115 高普考普通考試 輪機技術 船舶輔機概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查理想氣體的狀態方程式，以及壓力、體積、溫度與氣體量之間的關係。理想氣體模型假設分子本身的體積可忽略，分子間除碰撞瞬間外不互相作用，且碰撞符合彈性碰撞。

解題方法

理想氣體狀態方程式為：

其中 $p$ 為絕對壓力，$V$ 為氣體體積，$n$ 為物質量（莫耳數），$R_u$ 為通用氣體常數，$T$ 為絕對溫度（K）。

若以氣體質量 $m$ 與比體積 $v=V/m$ 表示，則可寫成：

其中 $R$ 為該氣體的個別氣體常數。兩式可由 $n=m/M$ 及 $R=R_u/M$ 互相換算，$M$ 為氣體的莫耳質量。

核心觀念

熱傳遞的三種基本形式為熱傳導（conduction）、熱對流（convection）及熱輻射（radiation）。熱傳導與熱對流需要介質；熱輻射則可不經介質，在真空中傳遞能量。

對流是流體與固體表面之間，因流體流動及溫度差而產生的熱傳遞。依流體流動的成因，可分為自然對流與強制對流。

解題方法

判斷兩種對流的本質差異，可直接看流體是否由外部機械作用驅動：

• 自然對流（Natural convection）：流體受熱或冷卻後密度改變，在重力場中產生浮力，進而形成流動。流動的主要驅動力是溫度差所造成的密度差與浮力，沒有風扇、泵或其他外力強制推動。

核心觀念

本題考查船舶造水機（海水淡化設備）對船舶營運的效益。造水機將海水淡化，供應船員生活用水及經適當處理後的輪機系統補充水。常見蒸餾式造水機利用熱源使海水蒸發，再將水蒸氣冷凝成淡水；船上常以主機冷卻水等熱源供熱，並在真空條件下降低海水沸點。

作答須依題目指定的四個面向，分別說明造水機如何影響經營成本、航行自主性、能源使用及輪機設備的維護與壽命。

解題方法

採「設備功能 → 船舶營運效果」逐項作答：先指出造水機提供淡水，再說明淡水自產對經營效益與續航力的影響；接著交代其熱源或動力來源如何提高能源利用，最後說明適當水質對設備結垢、腐蝕及維護的影響。

四方面的具體貢獻

一、經營效益

船舶可在航行期間自行生產部分淡水，減少在港口購水及補給的需求，降低購水、運補與相關作業成本。若能減少裝載備用淡水，也可節省部分儲水空間與載運重量，提升營運彈性。

二、續航力

船舶不必完全依賴港口補充淡水，能在遠洋或補給不便的航線上持續供應船員生活用水及必要的系統補充水，減少因淡水存量不足而必須提早靠港的情形，提升航行自主性。

三、能源利用

核心觀念

本題考冷凍系統的蒸氣壓縮式冷凍循環。冷媒依序經過壓縮機、冷凝器、膨脹閥（或節流裝置）及蒸發器，完成四個核心過程：壓縮、冷凝、膨脹、蒸發。冷媒在循環中反覆吸收低溫處的熱量，再將熱量排至較高溫處。

解題方法：依設備順序說明原理

1. 壓縮（壓縮機） 蒸發器流出的低壓冷媒蒸氣進入壓縮機，受到壓縮後，壓力與溫度升高，成為高壓、高溫蒸氣。壓縮機提供循環所需的機械功，使冷媒能在較高溫度下向外界排熱。

2. 冷凝（冷凝器） 高壓、高溫冷媒蒸氣流經冷凝器，向冷卻水或周圍環境放熱，並逐漸凝結為高壓液態冷媒。冷媒在冷凝過程中主要排出潛熱，壓力大致維持在高壓側。