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資格Hub ／ エネルギー管理士 ／ 令和5年度 熱分野

2023年7月30日実施・第45回・熱分野・標準解答照合

エネルギー管理士 令和5年度
熱分野の解答・解説

第45回エネルギー管理士試験の熱分野について、課目I〜IVの全18問題・259欄の標準解答と、条文・計算による根拠をこのページに載せています。問題文と図表は省エネルギーセンターの問題PDFを開き、問題番号と空欄番号を合わせて読んでください。

公開 ・更新 ・作成 資格Hub（運営 Boson）・正答の照合方法

令和5年度の時間割と配点

課目I エネルギー総合管理及び法規1時限 9:00〜10:20（80分）。電気分野と共通の必須基礎区分です。問題1が省エネ法（50点）、問題2がエネルギー情勢・政策とエネルギー概論（50点）、問題3がエネルギー管理技術の基礎（100点）です。
課目II 熱と流体の流れの基礎2時限 10:50〜12:40（110分）。問題4・5が熱力学（オットーサイクルとディーゼルサイクルの比較、蒸気原動所と複合サイクル）、問題6が流体工学、問題7が伝熱工学で、各50点です。
課目III 燃料と燃焼4時限 16:20〜17:40（80分）。問題8・9が燃料及び燃焼管理（各30点）、問題10が燃焼計算（50点）です。
課目IV 熱利用設備及びその管理3時限 14:00〜15:50（110分）。問題11〜14は必須（各50点）で、問題15〜18の4問題からは2問題を選んで解答します（各40点）。

熱分野の解答欄は全259欄で、そのうち35欄は計算した数値を記入する欄（A、Bなど）でした。解答すべき最小位の一つ下の位で四捨五入する指定があるので、解説では途中の値を丸めずに示しています。課目IVの選択問題4問題は、どれを選んでも読めるよう全問題を解説しています。

合格基準は各課目とも配点の60%です。

出典：省エネルギーセンター「エネルギー管理士試験」の問題と標準解答。課目Iの法令問題は、令和5年4月1日時点で施行されている省エネ法・施行令・施行規則と照らしています。

標準解答一覧（全18問題・259欄）

省エネルギーセンターが公表した標準解答と、全259欄の記号・数値を照合しています。問題2の空欄5・6、問題9の空欄12・13、問題15の空欄8・9は順序を問いません。問題番号を選ぶと解説へ移動します。

課目I エネルギー総合管理及び法規

問題正答論点
問題11イ・2カ・3エ・4エ・5ア・6オ・7キ・8ア・9オ・10イ・11イ改正後の目的と定義・連鎖化事業者と連携省エネルギー計画・指定区分と管理者の業務
問題21ウ・A1.0×10³・2ケ・3オ・4ウ・5ア・6イ・7カ・8ア・9コ光束と照度・ウィーンの変位則・再生可能エネルギーの発電比率・水素の輸送と貯蔵
問題31キ・2イ・3ウ・A2.9・B1.2・4ア・5ア・C68・6ア・7イ・8ウ・D4.0×10⁴・E1.4・9ア・F4.8・10ア・11ア・12イ・13イ・14イ判断基準の対象設備と廃熱回収・熱と電気のオームの法則・気体と伝熱・発電と受電の計算

課目II 熱と流体の流れの基礎

問題正答論点
問題41イ・2エ・3カ・4オ・5ア・6ア・7イ・A1.50・8カ・B8.86・C3.00・D1.40・9ク・E5.58・10イ・F4.75最大圧力と最大温度が等しいオットーサイクルとディーゼルサイクルの比較
問題51ク・2ア・3イ・4エ・5ケ・6シ・7エ・8ウ・9オ・10カ・11ウ・A7.74・B2.04×10³・12カ・C3.7・13ケ・14カ・15ア蒸気原動所のP-v線図・タービン出口の乾き度と理論熱効率・複合サイクル
問題61イ・2カ・A3.0×10⁴・3イ・B1.8×10¹・4イ・5ウ・6オ・7イ・8エ・9オ・10ウ管摩擦係数とムーディ線図・タンクからの流出速度・ポンプの全揚程と特性
問題71ア・2ケ・3キ・4カ・5エ・6イ・7イ・8イ・9ウ・10ウ・11エ・12イ・A9.8×10¹・13オ・B40伝熱の三形態・沸騰と凝縮の形態・一枚ガラスと二重ガラスの熱通過

課目III 燃料と燃焼

問題正答論点
問題81コ・2ウ・3オ・4シ・5ウ・6ウ・7オ・8ウ・9オ・10オ・11ア・12ク・13イ・14シ・15キLPGの規格と比重・重油の分類と加熱・消炎距離・すすとセノスフェア
問題91オ・2キ・3イ・4ウ・5エ・6イ・7ア・8ケ・9ク・10ア・11オ・12イ・13ウ・14カ拡散燃焼バーナとノズル形バーナ・油バーナの噴霧方式・微粉炭燃焼・磁気式酸素計と熱伝導率法
問題101エ・2ウ・3エ・4キ・5エ・6カ・A2.15・B13.3・C1.10・D2.10・E14.4・7ア・8ウ・9ア・10ウ・F1.82・G12.2・H33.0・I6.53天然ガスへの水素20%混焼による燃焼ガス量と単位発熱量当たりのCO₂削減率

課目IV 熱利用設備及びその管理

問題正答論点
問題111オ・2イ・3カ・4イ・5ケ・6オ・7ア・8オ・9ア・10カ・11ア・12イ・13エ系統誤差と合成誤差・熱電対の補償導線・水蒸気圧と湿度計・差圧式流量計の絞り機構
問題121キ・2シ・3ス・4オ・5ウ・6サ・7ア・8ア・A5.0・9オ・10イ・11ウ・12オ温水加熱器のカスケード制御と比率制御・P動作のオフセット・調節弁と回転速度制御
問題131ア・2イ・3オ・4ア・5ケ・6カ・7セ・8サ・9ス・10キ・11オ・A2860・B7.0・C125過熱器の温度特性・蒸気配管のドレン排出・ボイラ水の腐食・排ガス損失と目標排ガス温度
問題141イ・2ア・3ア・4エ・5カ・6イ・7ア・8イ・9ク・10エ・11ウ・12イ・13イ・14オ・15キ蒸気タービンの損失と効率・ガスタービンのサージング対策・内燃機関のノック対策
問題151ウ・2セ・3カ・4オ・5サ・6ク・7オ・8ア・9カ・10オ・11ウ・12エ・13ア・A57.5・14ウ・B1.79全熱交換器の静止型と回転型・シェルアンドチューブ式の形式・向流熱交換器の熱回収効率
問題161エ・2ア・3ウ・4エ・5ウ・6イ・7ア・8ウ・9ア・10アモリエ線図の冷凍サイクル・冷房時の空気線図と冷却負荷・混合空気の状態点
問題171ア・2オ・3ク・4ク・5ウ・6ケ・7エ・8ウ・9イ・10ウ・11オ・12エ・13ウ産業別の工業炉・抽出温度の低減による燃料削減・セラミックファイバと保温材の施工
問題181イ・2エ・3オ・4エ・5ア・6ウ・7カ・8オ・9イ・10ア・11エ・12ウ・13ア・14イ・15ウ連続多段蒸留塔の物質収支と還流比・各種乾燥装置・石炭の乾留とコークス乾式消火

令和5〜7年度 熱分野 54問題の解説PDF

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課目I エネルギー総合管理及び法規の解答・解説（3問）

電気分野と共通の必須基礎区分です。問題1が省エネ法（50点）、問題2がエネルギー情勢・政策とエネルギー概論（50点）、問題3がエネルギー管理技術の基礎（100点）です。

省エネ法

問題1　改正後の目的と定義・連鎖化事業者と連携省エネルギー計画・指定区分と管理者の業務

令和4年の改正（令和5年4月施行）で、法の題名に非化石エネルギーへの転換が加わり、電気の需要の平準化が「需要の最適化」に改められました。この改正点と、従来からの指定区分・管理者制度を組み合わせた11欄です。

標準解答 1イ・2カ・3エ・4エ・5ア・6オ・7キ・8ア・9オ・10イ・11イ

本社3,500 kLは第一種エネルギー管理指定工場等ですが、製造業の事務所なのでエネルギー管理員の選任が、化学工場35,000 kLはエネルギー管理者2名の選任が必要です。

空欄1　イ

改正後の第1条は、電気の需要の最適化に関する所要の措置を講ずるとしています。改正前の「電気の需要の平準化」から、需要を減らすだけでなく増やす方向も含む「最適化」に改められました。

空欄2　カ

②と③が条文どおりです。①は誤りで、第2条第1項のエネルギーは化石燃料及び非化石燃料並びに熱及び電気で、燃料だけではありません。②非化石エネルギーは非化石燃料並びに非化石熱及び非化石電気です。③非化石熱は、化石燃料を熱源とする熱に代えて使う熱と定義されています。

空欄3　エ

工場等を設置する事業者に適用されるのは、特定事業者、特定連鎖化事業者（フランチャイズチェーンの本部）、申請で認定される認定管理統括事業者及び管理関係事業者です。小売事業者や製造事業者は機械器具に係る措置の対象で、工場等の指定とは別の区分です。

空欄4　エ

第50条は、工場等を設置する者が他の事業者と共同で連携省エネルギー計画を作成し、認定を受けられるとしています。複数の事業者が連携して実施した省エネルギーの量は、事業者間で分配して報告できます。

空欄5　ア

本社は3,500 kLで3,000 kL以上なので、第一種エネルギー管理指定工場等です。指定は用途ではなく使用量で決まります。

空欄6　オ

化学工場は35,000 kLで第一種です。コークス製造業などを除く製造業のエネルギー管理者は、2万 kL以上5万 kL未満で2人なので、2名です。

空欄7　キ

本社は製造業の事業者の専ら事務所として使う第一種指定工場等なので、エネルギー管理者ではなくエネルギー管理員を選任します（第11条第1項第1号、第12条）。

空欄8　ア

①だけが適切です。①エネルギー管理者はエネルギー管理士免状の交付を受けている者から選任します。②は誤りで、エネルギー管理員は講習修了者のほか、エネルギー管理士免状を持つ者からも選任できます。③は誤りで、どちらも選任すべき事由が生じた日から6月以内に選任します（遅滞なくとされるのはエネルギー管理統括者です）。

空欄9　オ

①と③が適切です。法が定める管理者・管理員の業務は、エネルギーを消費する設備の維持、エネルギーの使用の方法の改善及び監視で、施行規則はこれに定期報告書に係る書類の作成などを加えています。②は誤りで、使用の方法の改善は管理員の業務でもあります。

空欄10　イ

第148条のエネルギー消費性能は、機器を一定の条件で使用する際に消費されるエネルギーの量を基礎として評価される性能です。

空欄11　イ

①と③が該当します。施行令が挙げる特定エネルギー消費機器には交流電動機（籠形三相誘導電動機）が、特定熱損失防止建築材料にはサッシが含まれます。エスカレータと木製パネルは含まれません。

公式問題で問題1を見る

エネルギー概論

問題2　光束と照度・ウィーンの変位則・再生可能エネルギーの発電比率・水素の輸送と貯蔵

立体角の定義（全球は4π sr）、照度＝光束÷面積、変位則の反比例という3つの関係が計算の中心です。水素の欄は、圧縮、液化、有機ハイドライドという輸送方法ごとの数値と物質名を確かめます。標準解答の備考どおり、空欄5・6は順序を問いません。

標準解答 1ウ・A1.0×10³・2ケ・3オ・4ウ・5ア・6イ・7カ・8ア・9コ

照度は1.0×10³ lx、地球表面の放射のピーク波長は約10 μmで、水素はトルエンと反応させてメチルシクロヘキサンにして運びます。

空欄1　ウ

全球の立体角は4π srなので、1 cdの点光源が全方向に出す光束は4π lmです。

空欄A　1.0×10³

スクリーンの面積は1.5×2.0＝3.0 m²なので、照度は3,000 lm÷3.0 m²＝1,000 lx＝1.0×10³ lxです。

空欄2　ケ

黒体からの単色放射のピーク波長は、熱力学温度に反比例します（λmax×T＝約2,898 μm·K）。

空欄3　オ

この法則をウィーンの変位則と呼びます。ステファン・ボルツマンの法則は全放射エネルギーがT⁴に比例するという別の法則です。

空欄4　ウ

温度が6,000 Kの1/20の300 Kなので、ピーク波長は0.5 μmの20倍で約10 μmです。

空欄5・6　ア・イ（順不同）

2021年度の発電電力量に占める割合は、太陽光が約9%、バイオマスが約3%で、風力（約1%）と地熱（約0.3%）を上回ります。

空欄7　カ

温度一定では圧力と体積が反比例するので（ボイルの法則）、常圧の約0.1 MPaの700倍で約70 MPaに加圧します。

空欄8　ア

水素の沸点は約−253℃で、約−250℃まで冷やすと液化し、体積は約1/800になります。

空欄9　コ

トルエンに水素を付加すると液体のメチルシクロヘキサン（MCH）になり、常温・常圧で運べます。使う場所で脱水素して水素とトルエンに戻します。

公式問題で問題2を見る

エネルギー管理技術の基礎

問題3　判断基準の対象設備と廃熱回収・熱と電気のオームの法則・気体と伝熱・発電と受電の計算

例年の構成どおり、判断基準の文言の欄と短い計算の欄が交互に並ぶ20欄です。令和5年度は数値記入欄が6つあり、気体の状態変化、空気比、平板の熱伝導、発電所の燃料、三相電流、デマンド管理の6種類です。

標準解答 1キ・2イ・3ウ・A2.9・B1.2・4ア・5ア・C68・6ア・7イ・8ウ・D4.0×10⁴・E1.4・9ア・F4.8・10ア・11ア・12イ・13イ・14イ

計算欄は、体積2.9 m³、空気比1.2、低温側表面温度68℃、天然ガス4.0×10⁴ m³N/h、線電流1.4×10² A、残り5分の平均電力4.8×10³ kWです。

空欄1　キ

目標及び措置部分（工場）の対象は、燃焼設備、熱利用設備、廃熱回収設備、コージェネレーション設備、電気使用設備、空気調和設備等、照明設備及びFEMSです。

空欄2　イ

廃熱回収設備では、別表の廃ガス温度及び廃熱回収率を目標として、廃ガス温度を低下させ、廃熱回収率を高めるよう求めています。2は2か所に入ります。

空欄3　ウ

温度差が電位差に、熱流束（単位面積当たりの熱流）が電流密度に対応します。熱流そのものに対応するのは電流です。

空欄A　2.9

V＝10×(400/273)×(1.013×10⁵/5.1×10⁵)＝10×1.465×0.1986＝2.91 m³で、2.9です。

空欄B　1.2

乾き排ガスの酸素濃度からの簡易式で、m＝21/(21−O₂)＝21/(21−3.5)＝21/17.5＝1.2です。

空欄4　ア

流量が一定なら流速は断面積に反比例します。直径が2倍で断面積が4倍になるので、流速は1/4倍です。

空欄5　ア

乾き度は、湿り蒸気の全質量に対する乾き飽和蒸気の質量の割合（質量分率）です。

空欄C　68

温度差はΔT＝qδ/λ＝40,000×0.020/25＝32 Kなので、低温側の表面温度は100−32＝68℃です。

空欄6　ア

熱的平衡状態では、キルヒホッフの法則により放射率は吸収率に等しくなります。

空欄7　イ

回収熱を効率的に使うには、熱交換で温度が下がることによるエクセルギー（有効エネルギー）の損失を少なくします。

空欄8　ウ

空調設備は、外気条件の季節変動等に応じて、冷却水温度や冷温水温度、圧力等の設定を変え、総合的なエネルギー効率を高めるよう管理標準を設定します。

空欄D　4.0×10⁴

燃料の入熱は200 MW÷0.40＝500 MW＝500 MJ/sで、1時間では1.8×10⁶ MJです。45 MJ/m³Nで割ると4.0×10⁴ m³N/hです。

空欄E　1.4

I＝P/(√3V cosφ)＝40,000/(1.73×200×0.82)＝141 Aで、1.4×10² Aです。

空欄9　ア

力率は有効電力を皮相電力で割った値です。

空欄F　4.8

30分の上限は6,000 kW×0.5 h＝3,000 kWhです。25分で2,600 kWh使ったので残り5分は400 kWhで、400÷(5/60) h＝4,800 kW＝4.8×10³ kWです。

空欄10　ア

同じトルク差で加速する場合、回転速度の変化の速さは慣性モーメントに反比例するので、慣性モーメントの大きい送風機ほど風量変化の応答は遅くなります。

空欄11　ア

複数の電動機は、部分負荷の効率を考えて、稼働台数の調整及び負荷の適正配分を行います。

空欄12　イ

電動機は、負荷機械の運転特性と稼働状況に応じて所要出力に見合った容量のものを配置します。容量が過大だと低負荷域で効率が下がります。

空欄13　イ

ファラデーの法則では、電極に析出する物質の質量は通過した電気量に比例します。

空欄14　イ

光源の光束のうち被照面に届く割合を照明率といいます。室指数が大きいほど、内装の反射率が高いほど高くなります。14は2か所に入ります。

公式問題で問題3を見る

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課目II 熱と流体の流れの基礎の解答・解説（4問）

問題4・5が熱力学（オットーサイクルとディーゼルサイクルの比較、蒸気原動所と複合サイクル）、問題6が流体工学、問題7が伝熱工学で、各50点です。

熱力学

問題4　最大圧力と最大温度が等しいオットーサイクルとディーゼルサイクルの比較

同じ圧縮比ならオットーの方が効率が高い、という知識をそのまま当てはめると誤ります。この問題の条件は最大圧力と最大温度が等しいことで、T-s線図の面積で比べるとディーゼルの方が受熱量が大きく、効率も高くなります。

標準解答 1イ・2エ・3カ・4オ・5ア・6ア・7イ・A1.50・8カ・B8.86・C3.00・D1.40・9ク・E5.58・10イ・F4.75

圧縮比15、T₂＝886 K、締切比3.00、T₄＝1,397 Kで、熱効率はディーゼル0.558、オットー0.475です。

空欄1　イ

熱効率は、仕事QH−QLを受熱QHで割ったη＝1−QL/QHです。

空欄2　エ

放熱QLは、等容放熱d→aの下の面積f-a-d-e-fで、両サイクルに共通です。

空欄3　カ

オットーサイクルの受熱QHは、等容加熱b′→cの下の面積f-b′-c-e-fです。

空欄4　オ

ディーゼルサイクルの受熱QHは、等圧加熱b→cの下の面積f-b-c-e-fです。

空欄5　ア

QLが等しいので、QHが大きいサイクルほどQL/QHが小さく、熱効率は高くなります。

空欄6　ア

T-s線図でbはb′より上にあり、面積f-b-c-e-fはf-b′-c-e-fより大きいので、この条件ではディーゼルサイクルの熱効率の方が高くなります。

空欄7　イ

断熱変化ではPv^κが一定なので、P₂/P₁＝(v₁/v₂)^κです。

空欄A　1.50

ε＝(P₂/P₁)1/κ＝(4.43/0.1)1/1.4＝44.31/1.4で、表から15.00、すなわち1.50×10です。

空欄8　カ

断熱変化ではTvκ−1が一定なので、T₂＝εκ−1T₁です。

空欄B　8.86

T₂＝150.4×300＝2.954×300＝886 K＝8.86×10² Kです。

空欄C　3.00

σ＝T₃/T₂＝2,660/886.2＝3.00です。

空欄D　1.40

T₄＝σ^κT₁＝31.4×300＝4.656×300＝1,397 K≒1.40×10³ Kです。

空欄9　ク

QH＝cp(T₃−T₂)、QL＝cv(T₄−T₁)なので、ηD＝1−(T₄−T₁)/{κ(T₃−T₂)}です。

空欄E　5.58

ηD＝1−(1,397−300)/{1.4×(2,660−886)}＝1−1,097/2,483＝0.558で、5.58×10⁻¹です。

空欄10　イ

オットーではQH＝cv(T₃−T₂′)で、T₁/T₂′＝T₄/T₃を使うと、ηO＝1−(T₄−T₁)/(T₃−T₂′)＝1−T₄/T₃です。

空欄F　4.75

ηO＝1−1,397/2,660＝0.475で、4.75×10⁻¹です。ディーゼルの0.558より低くなります。

公式問題で問題4を見る

蒸気

問題5　蒸気原動所のP-v線図・タービン出口の乾き度と理論熱効率・複合サイクル

P-v線図の装置A〜Dに、給水ポンプ、ボイラ、蒸気タービン、復水器と状態変化を割り当ててから計算に入ります。状態点2は飽和液線より左なので圧縮水、2aと2bの間は湿り蒸気です。

標準解答 1ク・2ア・3イ・4エ・5ケ・6シ・7エ・8ウ・9オ・10カ・11ウ・A7.74・B2.04×10³・12カ・C3.7・13ケ・14カ・15ア

タービン出口の乾き度は0.774、比エンタルピーは2.04×10³ kJ/kg、理論熱効率は0.37で、複合サイクルの効率はηG＋(1−ηG)ηSηRです。

空欄1　ク

装置Aでは飽和水を断熱的に加圧するので、等エントロピー圧縮です。

空欄2　ア

状態点2は7 MPaで飽和温度より低い液なので、圧縮水です。

空欄3　イ

状態点3は7 MPa・400℃で、飽和温度285.79℃より高いので過熱蒸気です。

空欄4　エ

2aと2bの間は飽和液と飽和蒸気が共存する湿り蒸気です。状態点4もタービン出口の湿り蒸気です。

空欄5　ケ

装置Cでは、蒸気を可逆断熱的に膨張させるので、等エントロピー膨張です。

空欄6　シ

装置Dでは、湿り蒸気が一定の圧力・温度のまま凝縮して熱を放出するので、等温等圧過程です。

空欄7　エ

装置Aは給水ポンプです。

空欄8　ウ

装置Bはボイラです。

空欄9　オ

装置Cは蒸気タービンです。

空欄10　カ

装置Dは復水器です。

空欄11　ウ

湿り蒸気の比エントロピーはs＝s′＋x(s″−s′)です。

空欄A　7.74

s₄＝s₃＝6.4536なので、x₄＝(6.4536−0.6493)/(8.1511−0.6493)＝5.8043/7.5018＝0.774で、7.74×10⁻¹です。

空欄B　2.04×10³

h₄＝191.8＋0.774×(2,584.8−191.8)＝191.8＋1,851.5＝2,043 kJ/kg≒2.04×10³ kJ/kgです。

空欄12　カ

理論熱効率は、タービン仕事(h₃−h₄)からポンプ仕事(h₂−h₁)を引いた正味仕事を受熱(h₃−h₂)で割った値で、{(h₃−h₂)−(h₄−h₁)}/(h₃−h₂)と同じです。

空欄C　3.7

h₁＝191.8、h₂＝221.1、h₃＝3,161.2、h₄＝2,043.3なので、η＝{(3,161.2−221.1)−(2,043.3−191.8)}/(3,161.2−221.1)＝1,088.6/2,940.1＝0.37で、3.7×10⁻¹です。

空欄13　ケ

ガスタービンと蒸気原動所を組み合わせるのは複合（コンバインド）サイクルです。13は2か所に入ります。

空欄14　カ

ガスタービンの排熱は排熱回収ボイラで蒸気の発生に使います。

空欄15　ア

入熱1に対しガスタービンがηGを仕事にし、残る(1−ηG)のうちηRが蒸気側に渡ってηSで仕事になるので、ηC＝ηG＋(1−ηG)ηSηRです。

公式問題で問題5を見る

流体工学

問題6　管摩擦係数とムーディ線図・タンクからの流出速度・ポンプの全揚程と特性

ムーディ線図の読み取りは、Re＝3.0×10⁴と相対粗さ0.01の交点で行います。流出速度の欄は、液面上の圧力が外圧より高い分を水頭に換算して位置水頭に足す、という考え方で式を選びます。

標準解答 1イ・2カ・A3.0×10⁴・3イ・B1.8×10¹・4イ・5ウ・6オ・7イ・8エ・9オ・10ウ

Re＝3.0×10⁴でf≒0.040、1 m当たりの圧力損失は18 Paで、締切り点の軸動力は渦巻ポンプが最小、軸流ポンプが最大です。

空欄1　イ

十分に発達した層流ではf＝64/Reです。

空欄2　カ

滑らかな管の乱流にはブラジウスの式f＝0.3164/Re1/4を使います。

空欄A　3.0×10⁴

Re＝ρwD/μ＝1,000×0.3×0.1/(1×10⁻³)＝3.0×10⁴です。

空欄3　イ

ε/D＝1/100＝0.01の曲線とRe＝3.0×10⁴の交点から、f≒0.040と読み取れます。

空欄B　1.8×10¹

ΔP＝f(L/D)(ρw²/2)＝0.040×(1/0.1)×(1,000×0.3²/2)＝0.040×10×45＝18 Pa＝1.8×10¹ Paです。

空欄4　イ

液面と孔の圧力が等しければ、ベルヌーイの式からトリチェリの定理w＝√(2gh)になります。

空欄5　ウ

液面上の圧力がPのとき、ρw²/2＝ρgh＋(P−P₀)なので、w＝√{2gh＋2(P−P₀)/ρ}です。

空欄6　オ

全揚程には、吸込み部と吐出し部の鉛直方向の位置の差に相当する位置エネルギー（実揚程）が含まれます。

空欄7　イ

吸込み部と吐出し部の運動エネルギーの差は、速度水頭と呼ばれます。

空欄8　エ

渦巻ポンプは締切り点で軸動力が最小で、吐出し量とともに増加します。

空欄9　オ

軸流ポンプは締切り点で軸動力が最大で、吐出し量の増加とともに減少します。斜流ポンプはその中間で、軸動力がほとんど変化しません。

空欄10　ウ

比速度を無次元化した特性数は形式数と呼ばれます。

公式問題で問題6を見る

伝熱工学

問題7　伝熱の三形態・沸騰と凝縮の形態・一枚ガラスと二重ガラスの熱通過

二重ガラスの欄は、ガラス2枚と空気層の熱抵抗を直列に足すだけで解けます。熱抵抗の大部分は空気層（5.6 mm÷0.025 W/(m·K)）が占めるので、熱損失は一枚ガラスの約4割まで下がります。

標準解答 1ア・2ケ・3キ・4カ・5エ・6イ・7イ・8イ・9ウ・10ウ・11エ・12イ・A9.8×10¹・13オ・B40

一枚ガラスの通過熱量は9.8×10¹ W/m²で、二重ガラスにするとその40%になります。

空欄1　ア

熱伝導による熱流束はフーリエの式q＝−λdT/dxで表します。

空欄2　ケ

熱流束は温度の勾配に比例します。

空欄3　キ

その比例係数が熱伝導率です。

空欄4　カ

対流伝熱の熱流束は、温度差と熱伝達率の積で表します。

空欄5　エ

照射された電磁波をすべて吸収する理想物体は黒体で、射出能は絶対温度の4乗に比例します。5は2か所に入ります。

空欄6　イ

二つの黒体面間の正味の放射伝熱量は、面の大きさと配置だけで決まる形態係数を使って求めます。

空欄7　イ

過熱度は伝熱面温度と液体の飽和温度の差です。

空欄8　イ

遷移状態を除く沸騰形態は核沸騰と膜沸騰で、熱伝達率が高いのは核沸騰です。8は2か所に入ります。

空欄9　ウ

もう一つは、伝熱面が蒸気膜で覆われる膜沸騰です。

空欄10　ウ

凝縮形態は滴状凝縮と膜状凝縮で、熱伝達率が高いのは滴状凝縮です。10は2か所に入ります。

空欄11　エ

もう一つは、凝縮液が膜を作って熱抵抗になる膜状凝縮です。

空欄12　イ

通過熱量はq＝K(TH−TL)です。

空欄A　9.8×10¹

K＝1/(1/10＋0.0032/1.1＋1/20)＝1/0.1529＝6.54 W/(m²·K)で、q＝6.54×(20−5)＝98.1 W/m²≒9.8×10¹ W/m²です。

空欄13　オ

ガラス2枚と空気層が直列に入るので、K′＝1/(1/hH＋2lG/kG＋lA/kA＋1/hL)です。

空欄B　40

K′＝1/(0.1＋0.00582＋0.0056/0.025＋0.05)＝1/0.3798＝2.63 W/(m²·K)で、K′/K＝2.63/6.54＝0.40、すなわち40%です。

公式問題で問題7を見る

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課目III 燃料と燃焼の解答・解説（3問）

問題8・9が燃料及び燃焼管理（各30点）、問題10が燃焼計算（50点）です。

燃料

問題8　LPGの規格と比重・重油の分類と加熱・消炎距離・すすとセノスフェア

液化石油ガスと重油のJIS規格の数値、消炎距離の大小関係、2種類の粒子状物質の大きさを区別する15欄です。粒子の大きさは、すすが数nm〜数十nm、セノスフェアが数μm〜数百μmと、3桁ほど違います。

標準解答 1コ・2ウ・3オ・4シ・5ウ・6ウ・7オ・8ウ・9オ・10オ・11ア・12ク・13イ・14シ・15キ

LPGは空気の1.5〜2.0倍の重さで低所に滞留し、重油は動粘度で分類され、セノスフェアの生成は残留炭素分に左右されます。

空欄1　コ

液化石油ガスの略称はLPGです。

空欄2　ウ

JIS K 2240は、プロパン・プロピレンが主成分の2種1号の40℃における蒸気圧を1.55 MPa以下としています。

空欄3　オ

気化したLPGの空気に対する比重は、ほぼ1.5〜2.0です。

空欄4　シ

空気より重いので、漏洩すると床面などの低所に滞留して引火の危険があります。

空欄5　ウ

重油はJISで動粘度によって1種（A重油）、2種（B重油）、3種（C重油）に分類されます。

空欄6　ウ

C重油はさらに動粘度で1号、2号、3号に細分されます。

空欄7　オ

粘度の高いC重油は、送油の圧力損失を抑え、良好な噴霧を得るために加熱して使います。

空欄8　ウ

メタンとプロパンの空気混合気の消炎距離は、燃焼速度が最大の条件でいずれも約2 mmです。

空欄9　オ

燃焼速度や圧力が大きくなると火炎が狭い隙間でも伝播できるので、消炎距離は小さくなります。

空欄10　オ

酸素富化空気では燃焼速度が上がって消炎距離が小さくなり、逆火しやすくなるので注意します。

空欄11　ア

すすは、炭化水素の重合でできた巨大分子に炭化水素が析出し、直径数nm〜数十nmの球形粒子に成長したものが鎖状に凝集してできます。

空欄12　ク

重質油の噴霧燃焼で燃料微粒子が炭化してできる中空多孔質の粒子は、セノスフェアと呼ばれます。

空欄13　イ

セノスフェアの大きさは、元の油滴に近い数μm〜数百μmです。

空欄14　シ

セノスフェアの生成に最も影響する燃料性状は残留炭素分です。

空欄15　キ

伝熱面に堆積したすすや粒子状物質は、蒸気や空気を吹き付けるスートブローで除去します。

公式問題で問題8を見る

燃焼管理

問題9　拡散燃焼バーナとノズル形バーナ・油バーナの噴霧方式・微粉炭燃焼・磁気式酸素計と熱伝導率法

油バーナの欄は、火炎の形（狭角か広角か、短炎か長炎か）と用途から噴霧方式を選びます。標準解答の備考どおり、空欄12・13は順序を問いません。

標準解答 1オ・2キ・3イ・4ウ・5エ・6イ・7ア・8ケ・9ク・10ア・11オ・12イ・13ウ・14カ

大型ボイラの広角炎は油圧噴霧式、セメントキルンの狭角長炎は高圧気流形、霧化用空気が20%以下で済むのは回転噴霧式です。

空欄1　オ

拡散燃焼バーナは燃料と空気を別々に出して混ぜながら燃やすので、予混合バーナよりすすが発生しやすくなります。

空欄2　キ

燃料と空気をあらかじめ混ぜないので逆火の心配がなく、予熱空気を使用できます。

空欄3　イ

ノズル形バーナのうち、比較的高圧のガスにはガン形とマルチスパッド形が用いられます。リング形は比較的低圧のガスに使われます。

空欄4　ウ

比較的狭角の短炎で、小型加熱炉に用いられるのは低圧気流形流体噴霧式です。

空欄5　エ

広角の火炎で、大型ボイラに用いられるのは油圧噴霧式です。

空欄6　イ

狭角の長炎で、連続加熱炉やセメントキルンに用いられるのは高圧気流形流体噴霧式です。

空欄7　ア

霧化用空気が全燃焼空気量の20%以下で、送風圧が数kPa程度でよいのは回転噴霧式です。

空欄8　ケ

微粉炭燃焼装置は石炭を微粉にする粉砕機を動かすので、火格子燃焼装置より運転動力が大きくなります。

空欄9　ク

微粉炭をいったんビンに貯める貯蔵燃焼方式は、粉砕量と燃焼量を切り離せるので、負荷変動を容易に調節できます。

空欄10　ア

微粉炭の火炉内滞留時間は2〜3秒程度です。

空欄11　オ

燃焼後の灰は、主に燃焼ガスとともに運ばれるフライアッシュとして排出されます。

空欄12・13　イ・ウ（順不同）

磁気力方式の磁気式酸素計には、ダンベル形と圧力検出形があります。

空欄14　カ

二酸化炭素の熱伝導率は空気より十分小さい（約0.6倍）ので、熱伝導率の変化から濃度を求められます。

公式問題で問題9を見る

燃焼計算

問題10　天然ガスへの水素20%混焼による燃焼ガス量と単位発熱量当たりのCO₂削減率

水素を体積で20%混ぜても、水素の発熱量は天然ガスの約1/4なので、熱量当たりのCO₂削減は6.5%程度にとどまります。体積割合と熱量割合の違いを数値で確かめる問題です。

標準解答 1エ・2ウ・3エ・4キ・5エ・6カ・A2.15・B13.3・C1.10・D2.10・E14.4・7ア・8ウ・9ア・10ウ・F1.82・G12.2・H33.0・I6.53

混焼前の湿り燃焼ガスは14.4 m³N/m³N-n、混焼後は12.2 m³N/m³N-m、発熱量1 MJ当たりのCO₂削減率は6.53%です。

空欄1　エ

CH₄＋2O₂＝CO₂＋2H₂Oで、酸素は2です。

空欄2　ウ

炭素1原子からCO₂が1できます。

空欄3　エ

水素4原子からH₂Oが2できます。

空欄4　キ

C₂H₆＋7/2 O₂＝2CO₂＋3H₂Oで、酸素は7/2です。

空欄5　エ

炭素2原子からCO₂が2できます。

空欄6　カ

水素6原子からH₂Oが3できます。

空欄A　2.15

VO20＝0.9×2＋0.1×3.5＝1.80＋0.35＝2.15 m³N/m³N-nです。

空欄B　13.3

VA＝1.3×2.15/0.21＝1.3×10.24＝13.3 m³N/m³N-nです。

空欄C　1.10

VCO2＝0.9×1＋0.1×2＝1.10 m³N/m³N-nです。

空欄D　2.10

VH2O＝0.9×2＋0.1×3＝2.10 m³N/m³N-nです。

空欄E　14.4

湿り燃焼ガスは、供給空気から消費酸素を引きCO₂とH₂Oを加えて、13.31−2.15＋1.10＋2.10＝14.36≒14.4 m³N/m³N-nです。

空欄7　ア

H₂＋1/2 O₂＝H₂Oで、酸素は1/2です。

空欄8　ウ

H₂Oは1できます。

空欄9　ア

水素1 m³Nに必要な理論酸素量は1/2 m³Nです。

空欄10　ウ

水素1 m³Nから生成するH₂Oは1 m³Nです。

空欄F　1.82

VO20＝0.8×2.15＋0.2×0.5＝1.72＋0.10＝1.82 m³N/m³N-mです。

空欄G　12.2

VA＝1.3×1.82/0.21＝11.27、CO₂＝0.8×1.10＝0.88、H₂O＝0.8×2.10＋0.2×1＝1.88なので、VG＝11.27−1.82＋0.88＋1.88＝12.2 m³N/m³N-mです。

空欄H　33.0

H＝0.8×38.59＋0.2×10.79＝30.87＋2.16＝33.0 MJ/m³N-mです。

空欄I　6.53

1 MJ当たりのCO₂は、混焼前が1.10/38.59＝0.02850 m³N、混焼後が0.88/33.03＝0.02664 m³Nです。削減割合は1−0.02664/0.02850＝0.0653で、6.53%です。

公式問題で問題10を見る

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課目IV 熱利用設備及びその管理の解答・解説（8問）

問題11〜14は必須（各50点）で、問題15〜18の4問題からは2問題を選んで解答します（各40点）。

計測

問題11　系統誤差と合成誤差・熱電対の補償導線・水蒸気圧と湿度計・差圧式流量計の絞り機構

合成誤差、補償導線の2つの形式、湿度の定義、JISの3種類の絞り機構と、計測の基礎用語を一つずつ確かめる13欄です。

標準解答 1オ・2イ・3カ・4イ・5ケ・6オ・7ア・8オ・9ア・10カ・11ア・12イ・13エ

補償導線は熱電対と同じ材質のエクステンション形が高精度で、絞り機構の圧力損失はオリフィス、ノズル、ベンチュリ管の順に小さくなります。

空欄1　オ

偶然ではなく一定の傾向を持つ誤差は系統誤差です。1は2か所に入ります。

空欄2　イ

系統誤差の場合、合成誤差は各計測値の誤差aと寄与度bの積a×bの合計になります。

空欄3　カ

熱電対と受信計器は、熱電対とほぼ同じ熱起電力特性を持つ補償導線で接続します。

空欄4　イ

熱電対と同じ材質を用いる補償導線はエクステンション形です。異なる材質のものはコンペンセーション形です。

空欄5　ケ

同じ材質なので熱電対と同じ熱起電力特性を持ち、広い温度範囲で精度を保てます。5は2か所に入ります。

空欄6　オ

空気中の水蒸気は含有量に比例した分圧を持ち、これを水蒸気圧といいます。

空欄7　ア

一定容積の空気が含むことのできる水蒸気の量は温度で上限が決まり、温度が下がると水蒸気は凝結します。7は2か所に入ります。

空欄8　オ

水蒸気圧とその温度の飽和水蒸気圧の比を百分率で表したものが相対湿度です。

空欄9　ア

ジルコニア式湿度計は、空気中の水蒸気が増えると酸素濃度が下がることを利用し、酸素濃度から湿度を求めます。

空欄10　カ

絞りの前後の差圧は流速の2乗に比例するので、流量は差圧の平方根に比例します。

空欄11　ア

中央に孔の開いた1枚の円板で、エッジが摩耗しやすいのはオリフィスです。

空欄12　イ

エッジが丸く摩耗に強く、高温・高速流体に使われるのはノズルです。

空欄13　エ

流れをほとんど乱さず、圧力損失が最も小さいのはベンチュリ管です。

公式問題で問題11を見る

制御

問題12　温水加熱器のカスケード制御と比率制御・P動作のオフセット・調節弁と回転速度制御

P動作のオフセットの計算では、調節計の出力＝(100/PB)×偏差＋バイアスという関係を使い、%で求めた偏差を測定スパンで温度に直します。

標準解答 1キ・2シ・3ス・4オ・5ウ・6サ・7ア・8ア・A5.0・9オ・10イ・11ウ・12オ

温水温度調節計を一次、ガス燃料流量調節計を二次とするカスケード制御で、P動作のオフセットは5.0℃です。

空欄1　キ

温水温度調節計の出力でガス燃料流量調節計の目標値を決める制御は、カスケード制御です。1は2か所に入ります。

空欄2　シ

目標値を与える温水温度調節計は一次調節計です。

空欄3　ス

目標値を受けるガス燃料流量調節計は二次調節計です。3は3か所に入ります。

空欄4　オ

燃料ガスの供給圧の変動などの外乱は、温水温度に影響が出る前に二次調節計が処理します。

空欄5　ウ

燃料流量信号は比率設定器を通して燃焼空気流量調節計の目標値になります。5は2か所に入ります。

空欄6　サ

燃料流量に一定の比率を掛けて空気流量の目標値とする制御は、比率制御です。6は2か所に入ります。

空欄7　ア

PID制御のラプラス変換表示は(100/PB)(1＋1/(Ti s)＋Td s)です。

空欄8　ア

P動作だけで制御量が目標値から定常的にずれる偏差をオフセットといいます。8は2か所に入ります。

空欄A　5.0

比例ゲインは100/25＝4なので、70＝4×偏差＋50より偏差は5%です。スパン100℃の5%で、オフセットは5.0℃です。

空欄9　オ

オフセットを解消するには積分動作を加えます。

空欄10　イ

調節弁の開度を小さくすると調節弁の圧力損失が増加し、運転点がポンプ特性曲線上を左へ移って流量が減ります。

空欄11　ウ

相似則により、ポンプの軸動力は回転速度の3乗に比例します。

空欄12　オ

電動機の回転速度は、周波数を変えるインバータ装置で制御するのが一般的です。

公式問題で問題12を見る

ボイラ

問題13　過熱器の温度特性・蒸気配管のドレン排出・ボイラ水の腐食・排ガス損失と目標排ガス温度

過熱器の温度特性の図では、放射形はボイラ負荷が上がると過熱度が下がり、対流形は上がります。燃焼量が増えても火炉の放射熱は蒸気量ほどには増えず、燃焼ガス量は蒸気量とともに増えるためです。

標準解答 1ア・2イ・3オ・4ア・5ケ・6カ・7セ・8サ・9ス・10キ・11オ・A2860・B7.0・C125

排ガス損失は燃料1 kg当たり2,860 kJで低発熱量の7.0%、これを2/3にするには排ガス温度を125℃にします。

空欄1　ア

放射形過熱器は、ボイラ負荷の増加とともに過熱度が下がる曲線Aで示されます。

空欄2　イ

対流形過熱器は、ボイラ負荷の増加とともに過熱度が上がる曲線Bで示されます。曲線Cは両者を組み合わせた特性です。

空欄3　オ

高温の過熱器の伝熱管には、ニッケルやクロムを含む高強度鋼を使います。

空欄4　ア

配管内を蒸気とドレンが混相で流れると、脈動やドレンの衝突によるエロージョンで配管や弁を損傷します。

空欄5　ケ

フロート式スチームトラップは、蒸気とドレンの密度の差を利用してドレンを排出します。

空欄6　カ

蒸気配管の抜出部にはドレンだまりを設け、トラップへドレンを確実に導きます。

空欄7　セ

一般腐食は、ボイラ水のpHが低いときや溶存酸素が多いときに、金属全面に発生します。

空欄8　サ

孔食は酸化被膜で覆われた金属表面に生じる深い局部的な腐食で、被膜が破れた部分に局部電池ができます。8は2か所に入ります。

空欄9　ス

局部電池の陽極になった部分の鋼から鉄イオンが溶出して孔食が進みます。

空欄10　キ

苛性脆化は、濃縮したアルカリ成分によって生じる鋼の応力腐食割れで、応力が集中する微細な隙間に起きやすい現象です。

空欄11　オ

ボイラ水中の不純物の濃縮を抑えるため、ボイラドラムからブローを適切に行います。

空欄A　2860

排ガス損失は16.2×1.07×(180−15)＝2,860 kJ/kgです。

空欄B　7.0

低発熱量基準の損失は2,860/40,900＝0.0699で、7.0%です。

空欄C　125

排ガス量と比熱が同じなので、損失は温度差に比例します。温度差を165×2/3＝110 Kにすればよいので、目標温度は15＋110＝125℃です。

公式問題で問題13を見る

原動機

問題14　蒸気タービンの損失と効率・ガスタービンのサージング対策・内燃機関のノック対策

蒸気タービンの損失は、蒸気の流れの中で生じる内部損失と、それ以外の外部損失に分けて整理します。湿り損失・排気損失・漏れ損失が内部、軸受摩耗損失・軸貫通部の漏洩・放熱損失が外部です。

標準解答 1イ・2ア・3ア・4エ・5カ・6イ・7ア・8イ・9ク・10エ・11ウ・12イ・13イ・14オ・15キ

タービン効率は内部効率（内部仕事÷断熱熱落差）と機械効率の積で、ノックは混合気の圧力・温度と末端ガス温度を下げて抑えます。

空欄1　イ

湿り損失、排気損失、ノズルと動翼周辺の漏れ損失は、蒸気の流れの中で生じる内部損失です。1は2か所に入ります。

空欄2　ア

軸受摩耗損失、軸貫通部からの漏洩損失、放熱損失は外部損失です。2は2か所に入ります。

空欄3　ア

タービンの内部仕事の評価に使うのはタービン内部効率です。

空欄4　エ

第1段ノズルの入口から復水器の入口までの蒸気の熱落差を基準にします。

空欄5　カ

内部効率は、その間の断熱熱落差に対するタービン内部仕事の割合です。

空欄6　イ

内部仕事に対する軸端仕事の割合は機械効率で、内部効率と機械効率の積がタービン効率です。

空欄7　ア

回転数一定で運転する発電用には、一軸式の方が多く用いられます。二軸式は回転数を変える機械駆動用に向きます。

空欄8　イ

大型ガスタービンの圧縮機には軸流圧縮機が用いられます。

空欄9　ク

起動時のサージングを防ぐため、圧縮機の中段から抽気して前方段の吸気流量を増加させます。

空欄10　エ

圧縮機入口の可変静翼で、空気の流入角度を適切にします。

空欄11　ウ

オットーサイクルを応用するのは火花点火方式のガソリン機関です。

空欄12　イ

ディーゼルサイクルを応用するのは圧縮着火方式のディーゼル機関です。

空欄13　イ

燃料側の対策は、自己着火しにくいオクタン価の高い燃料を使うことです。

空欄14　オ

混合気の圧力と温度を下げると、末端部の自己着火が起こりにくくなります。

空欄15　キ

水やメタノールを噴射して、最後に燃える末端ガスの温度を下げます。

公式問題で問題14を見る

熱交換器（選択）

問題15　全熱交換器の静止型と回転型・シェルアンドチューブ式の形式・向流熱交換器の熱回収効率

熱回収効率の計算では、最大熱量Qmaxを熱容量流量の小さい側で決めます。燃焼排ガスは0.6 kW/K、給水は0.8 kW/Kなので、排ガス側が基準です。標準解答の備考どおり、空欄8・9は順序を問いません。

標準解答 1ウ・2セ・3カ・4オ・5サ・6ク・7オ・8ア・9カ・10オ・11ウ・12エ・13ア・A57.5・14ウ・B1.79

給水は57.5℃まで予熱され、熱回収効率は0.179です。

空欄1　ウ

事務所の換気に伴う外気負荷を減らすのは全熱交換器です。1は2か所に入ります。

空欄2　セ

全熱交換器が回収する熱は、顕熱と潜熱です。

空欄3　カ

熱交換の方法で静止型と回転型に分かれます。静止型は、エレメントがケーシングに固定されています。3は2か所に入ります。

空欄4　オ

回転型は、ハニカム状のエレメントが回転して給気と排気の通路を交互に通過します。4は2か所に入ります。

空欄5　サ

静止型のエレメントは、透湿性を持つ特殊な加工紙で作られ、仕切り板を通して水分も移動させます。

空欄6　ク

回転型のエレメントは吸湿剤を含んだクラフト紙等で作られ、排気側で吸湿し給気側で放湿します。

空欄7　オ

図は両端の管板が胴に固定され、胴に伸縮継手のある固定管板式です。

空欄8・9　ア・カ（順不同）

固定管板式以外の基本形式は、U字管式と遊動頭式です。

空欄10　オ

①は管束を収める胴です。

空欄11　ウ

④は管側の流体の流路を分ける仕切り板です。

空欄12　エ

対数平均温度差はΔTm＝(ΔT₁−ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)です。

空欄13　ア

低温流体の熱量はQc＝mc×cc×(Tco−Tci)です。

空欄A　57.5

排ガスの放熱はQ＝0.6×1×(300−250)＝30 kWなので、給水はTco＝20＋30/(0.2×4)＝57.5℃まで温まります。

空欄14　ウ

熱容量流量の小さい排ガス（0.6 kW/K）が入口温度差いっぱいまで冷えた場合が最大で、Qmax＝mh×ch×(Thi−Tci)です。

空欄B　1.79

η＝30/{0.6×(300−20)}＝30/168＝0.179で、1.79×10⁻¹です。

公式問題で問題15を見る

冷凍・空調（選択）

問題16　モリエ線図の冷凍サイクル・冷房時の空気線図と冷却負荷・混合空気の状態点

空気線図の欄では、コイル負荷を室内負荷と外気負荷に分けます。混合空気Mの点がR側に寄るほど外気が少なく、MとRの比エンタルピー差が外気負荷に当たります。

標準解答 1エ・2ア・3ウ・4エ・5ウ・6イ・7ア・8ウ・9ア・10ア

冷却熱量は比エンタルピー差h−fから求め、コイルの冷却負荷はhM−hS、そのうち外気負荷はhM−hRです。

空欄1　エ

モリエ線図（P-h線図）の横軸は比エンタルピーです。1は2か所に入ります。

空欄2　ア

縦軸は絶対圧力（対数目盛）です。2は2か所に入ります。

空欄3　ウ

冷熱を取り出すのは、冷媒が低圧で蒸発して周囲から熱を奪う蒸発過程です。

空欄4　エ

蒸発の始まりはF（膨張後）、終わりはH（圧縮機入口）なので、冷却熱量は冷媒循環量×(h−f)です。

空欄5　ウ

同じ蒸気圧縮サイクルを使う圧縮式ヒートポンプにも適用できます。吸収冷凍機は圧縮機を使いません。

空欄6　イ

コイルでは混合空気Mを吹出し空気Sまで冷却・除湿するので、冷却負荷はhM−hSです。

空欄7　ア

冷却負荷は室内負荷hR−hSと外気負荷hM−hRに分けられます。

空欄8　ウ

吹出し温度差は、室内空気Rと吹出し空気Sの乾球温度の差tR−tSです。

空欄9　ア

SとRを結ぶ直線の傾きは、室内負荷のうち顕熱が占める割合（顕熱比）を表します。

空欄10　ア

混合点Mは、直線R−OをR側からQO：QRに内分した点になります（てこの関係）。外気量が多いほどMはOに近づきます。

公式問題で問題16を見る

工業炉（選択）

問題17　産業別の工業炉・抽出温度の低減による燃料削減・セラミックファイバと保温材の施工

燃料削減量の欄は、被加熱材料の含熱量の差を熱効率と低発熱量の積で割って求めます。熱効率72%は、燃料の熱の72%しか材料に入らないという意味なので、必要な燃料は含熱量の差より多くなります。

標準解答 1ア・2オ・3ク・4ク・5ウ・6ケ・7エ・8ウ・9イ・10ウ・11オ・12エ・13ウ

抽出温度を50℃下げると、被加熱材料1 t当たり32.7 MJの含熱量と1.09 m³Nの燃料が減ります。

空欄1　ア

正極と負極の間の気体中を電流が高密度で流れるアークを利用して鉄スクラップを溶解するのは、アーク炉です。1は2か所に入ります。

空欄2　オ

鋼片加熱炉は、棒鋼や形鋼に熱間圧延するため、1,150〜1,250℃程度に加熱します。

空欄3　ク

天井や炉内面からの熱放射で銅鉱や銅スクラップを溶解するのは反射炉です。

空欄4　ク

歯車や機械部品に焼き入れや焼き戻しを施すのは熱処理炉です。4は2か所に入ります。

空欄5　ウ

石灰石や粘土を焼成したクリンカを粉砕してセメントを作るのがロータリーキルンです。5は2か所に入ります。

空欄6　ケ

火格子で廃棄物を支え、その下から燃焼用空気を送るのは火格子炉です。6は3か所に入ります。

空欄7　エ

含熱量の差は771.5−738.8＝32.7 kJ/kgで、1 t当たり32.7 MJ減少します。

空欄8　ウ

燃料1 m³Nで材料に入る熱は0.72×41.7＝30.0 MJなので、削減量は32.7/30.0＝1.09 m³N/tです。

空欄9　イ

昇温・降温を頻繁に行う炉では、セラミックファイバで炉壁の蓄熱量を減らすことが効果的です。

空欄10　ウ

高気孔率のセラミックファイバは、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物と低融点の化合物を作って浸食されます。

空欄11　オ

壁紙のように断熱材を層状に重ねて施工するのはペーパライニングです。

空欄12　エ

既設炉の炉内面にセラミックファイバ層を貼り付けるのはベニアリングです。

空欄13　ウ

保温材に水が入ると、蒸発と凝縮を繰り返してヒートパイプの作動媒体のように熱を運ぶので、断熱性が大きく損なわれます。13は2か所に入ります。

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蒸留・乾燥・乾留（選択）

問題18　連続多段蒸留塔の物質収支と還流比・各種乾燥装置・石炭の乾留とコークス乾式消火

蒸留の6欄は、全体の物質収支（F＝D＋W）、還流比の定義（R＝L/D）、濃縮部の収支（V＝L＋D）、低沸点成分の収支の順に解けます。

標準解答 1イ・2エ・3オ・4エ・5ア・6ウ・7カ・8オ・9イ・10ア・11エ・12ウ・13ア・14イ・15ウ

留出液5 kmol/s、還流液15 kmol/s、蒸気20 kmol/s、缶出液の組成0.02で、還流比を2にすると蒸気流量は15 kmol/sに減ります。

空欄1　イ

D＝F−W＝10−5＝5 kmol/sです。

空欄2　エ

還流比R＝L/Dなので、L＝3×5＝15 kmol/sです。

空欄3　オ

濃縮部の蒸気は還流液と留出液になるので、V＝L＋D＝15＋5＝20 kmol/sです。

空欄4　エ

低沸点成分の収支はF·zF＝D·xD＋W·xWです。

空欄5　ア

xW＝(10×0.5−5×0.98)/5＝(5−4.9)/5＝0.02です。

空欄6　ウ

改造後はL′＝2×5＝10 kmol/sなので、V′＝10＋5＝15 kmol/sです。リボイラで加熱する蒸気量が減り、省エネルギーになります。

空欄7　カ

スラリー状の原料を加熱気流中に噴霧して微粒化し、落下中に粉末にするのは噴霧乾燥装置です。

空欄8　オ

トレイや金網の上に材料を載せ、熱風で乾燥させるバッチ式は箱型乾燥装置です。

空欄9　イ

水平に移動する金網などに材料を載せて連続処理するのはバンド乾燥装置です。

空欄10　ア

回転する円筒の表面に材料を薄く塗り、内部の蒸気で乾燥させてナイフでかき取るのはドラム乾燥装置です。

空欄11　エ

材料を凍結して低真空下で乾燥させるのは凍結乾燥装置で、熱に敏感な医薬品や食品に向きます。

空欄12　ウ

乾留は、空気を遮断して石炭を加熱し、熱分解させてガス、タール、コークスを作る操作です。

空欄13　ア

コークス炉の出熱で最大の割合を占めるのは、赤熱コークスの持ち出す顕熱です。

空欄14　イ

乾式消火法（CDQ）では、密閉容器の中で不活性ガスを循環させてコークスを冷却し、顕熱を回収します。

空欄15　ウ

標準解答では、600〜800℃で最も多く発生するガスは水素です。乾留が進んで温度が上がると、炭化水素の発生が減り、コークス化に伴う脱水素で水素が増えます。

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出典と照合

出典は省エネルギーセンターが公開している令和5年度（第45回）エネルギー管理士試験の問題と標準解答です。問題文、図、表、解答群は転載していません。各問題の「公式問題で問題◯を見る」から、公式PDFの該当ページを開けます。

解説は資格Hubが法令の条文と計算で確かめて独自に作成したもので、試験実施団体とは関係ありません。

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