問題 1

新しい冷媒と忘れられた古い冷媒。モデル冷凍サイクルで冷媒を熱力学的に比較する：液体冷媒が定圧

p_1

・温度

T_1

で沸騰し（熱

Q

を吸収）、蒸気を可逆断熱圧縮して

T_2

まで昇温し（仕事

W

）、定圧

p_2

で冷却して初期状態に戻る。冷媒 1 mol、

T_1 = 280

K、

T_2 = 380

K、蒸気は理想気体とする：

\ce{NH3}

—

\Delta H_{vap} = 21.3

kJ mol

^{-1}

、

C_V(\text{気}) = 26.7

J K

^{-1}

mol

^{-1}

；

\ce{CHF2Cl}

—

20.0

kJ mol

^{-1}

・

48.8

J K

^{-1}

mol

^{-1}

；

\ce{CF3CH2F}

—

22.1

kJ mol

^{-1}

・

79

J K

^{-1}

mol

^{-1}

；

\ce{CF3CF=CH2}

—

19.1

kJ mol

^{-1}

・

120

J K

^{-1}

mol

^{-1}

。(a)

\ce{NH3}

と

\ce{CHF2Cl}

の

Q

と

W

を計算せよ。(b) 成績係数

COP = Q/W

を両冷媒について計算せよ。(c)

\ce{CF3CH2F}

と

\ce{CF3CF=CH2}

の COP を計算せよ。

\ce{CHF2Cl}

に比べて効率は向上したか。

ステップ 3/4: 成績係数

COP = \dfrac{Q}{W}: \quad COP(\ce{NH3}) = \dfrac{21.3}{2.67} = 7.98,\quad COP(\ce{CHF2Cl}) = \dfrac{20.0}{4.88} = 4.10

分析

吸熱を圧縮仕事で割ると $COP(\ce{NH3}) = 7.98$ 、 $COP(\ce{CHF2Cl}) = 4.10$ 。安全性の問題はあるがアンモニアは熱力学的に優れた冷媒。