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資格Hub ／ エネルギー管理士 ／ 令和6年度 熱分野

2024年8月4日実施・第46回・熱分野・標準解答照合

エネルギー管理士 令和6年度
熱分野の解答・解説

第46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・252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6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（カルノーサイクルと逆カルノーサイクル、ランキンサイクルと再熱サイクル）、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252欄で、そのうち24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6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・252欄）

省エネルギーセンターが公表した標準解答と、全252欄の記号・数値を照合しています。問題9の空欄1・2、問題9の空欄3・4、問題9の空欄9・10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カ・2ウ・3オ・4ウ・5イ・6エ・7キ・8ウ・9ア・10イ・11エ・12キ非化石エネルギーとDR・管理統括者と企画推進者・報告徴収と立入検査・指定区分
問題21ケ・2オ・3ア・4エ・5ウ・6エ・A1.8×10⁴・7ウ・8キ・9エSI組立単位・氷蓄熱と二次電池・位置エネルギー換算・パリ協定とIPCC
問題31ウ・2イ・3ウ・4イ・5ア・6イ・7ウ・8イ・9エ・10ア・11ア・12ウ・13イ・14エ・15ウ・16ウ・17イ・18ア・19ア・20イ判断基準の共通事項・比熱比と粘性・燃焼と伝熱・蒸気・電気設備の計算

課目II 熱と流体の流れの基礎

問題正答論点
問題41ア・2ウ・3ク・A6.25・B7.50・4ク・5エ・C1.50・6ウ・7キ・D1.50・8キ・9エ・10ア・E5.56・F1.94・11イ・G4.38カルノーサイクルの熱効率・エントロピー変化と逆カルノーサイクル
問題51エ・2ソ・3キ・4サ・5ツ・6イ・7イ・8エ・9オ・10エランキンサイクルの乾き度・比エンタルピー・理論熱効率と再熱サイクル
問題61イ・2オ・3キ・4キ・5エ・6ア・7ウ・8オ・9ア・10ウ・11イ・12ア・13ウ管摩擦損失と摩擦係数・等価直径・ベンチュリ管・ターボ形ポンプ
問題71イ・2ア・3ウ・4キ・5ア・6カ・7ク・8オ・9ウ・10イ・11オ・12キ・13イ・14ウ・15イ炉壁の伝熱と無次元数・黒体放射・円柱の放熱と円筒断熱

課目III 燃料と燃焼

問題正答論点
問題81イ・2ア・3オ・4カ・5オ・6ク・7コ・8ウ・9オ・10ア・11ク・12イ・13ア・14イ・15ア液体燃料の密度・都市ガス13A・層流燃焼速度・すすとNOxの生成
問題91エ・2カ・3エ・4カ・5イ・6イ・7イ・8ア・9ア・10ウ・11イ・12オ・13ウガスバーナと油バーナの誤り・流動層燃焼の条件・燃焼ガス分析法
問題101キ・2ウ・3オ・A23.8・B28.6・C30.6・D26.6・E240・F210・4キ・5ア・6ア・7カ・G1.12・H28.6・8アプロパンの空気比燃焼・熱風の混合空気量・不完全燃焼時の空気比

課目IV 熱利用設備及びその管理

問題正答論点
問題111エ・2ア・3ケ・4ウ・5オ・6ア・7ク・8オ・9ウ・10ア・11カ・12ウ・13ウ・14エ熱電対の原理・コリオリ式と熱式の質量流量計・液柱式とブルドン管圧力計
問題121ア・2ク・3ケ・4キ・5ア・6カ・7キ・8ア・9エ・10ア・11エ・12ア・13ウ水管ボイラのカスケード制御と比率制御・P動作のオフセット・I動作とD動作
問題131オ・2ア・3ク・4ア・5ウ・6エ・7ア・8イ・9オ・10ア・11カ・12エ・13イ・A92.8・B7.8×10⁵・C2.8ボイラの熱損失の要因・シリカの溶解キャリーオーバ・ボイラ効率と配管放熱
問題141ウ・2イ・3ウ・4ア・5ア・6ケ・7キ・8イ・9オ・10ウ・11ウ・12カ・13ア・14ア・15ア容積形内燃機関・蒸気タービンの危険速度と熱応力・ブレイトンサイクルの性能
問題151ア・2エ・3ア・4カ・5ク・6ア・7オ・8キ・9ア・A300・B48・C44・D44・E40加熱源と飽和水蒸気・隔壁式熱交換器の分類・汚れ係数と温度効率の管理
問題161キ・2イ・3ウ・4カ・5エ・6オ・7カ・8ア・9ウ・10イ顕熱だけの空調負荷・吸収冷凍機の冷媒の流れ・暖房時の加湿方式
問題171イ・2カ・3イ・4エ・5ア・6ア・7カ・8エ・9ア・10ウ・11エ・12ク・13イ・14エ・15アカバー形炉と水素雰囲気・リジェネレイティブバーナ・不定形耐火物とセラミックファイバ
問題181カ・2ウ・3イ・4エ・5ア・6オ・7ケ・8キ・9ア・10カ・11エ・12イ・13ク2成分系の気液平衡と共沸・向流通気回転乾燥機の物質収支と熱収支・バイオマスのガス化

令和5〜7年度 熱分野 54問題の解説PDF

解説を全54問・760解答欄そろえた116ページのPDFです。 買い切りで、購入後すぐダウンロードできます。

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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　非化石エネルギーとDR・管理統括者と企画推進者・報告徴収と立入検査・指定区分

令和6年4月1日時点の省エネ法から、定義（第2条）、エネルギー管理統括者と企画推進者（第8条・第9条）、報告徴収と立入検査（第166条）、エネルギーの範囲と換算、工場等の指定区分を条文で照らす12欄です。

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

加工工場2,300 kLは第二種エネルギー管理指定工場等でエネルギー管理員の選任が、鋳造工場12,000 kLはエネルギー管理者1名の選任が必要です。

空欄1　カ

第2条第4項の非化石エネルギーは、非化石燃料並びに非化石熱（化石燃料を熱源とする熱に代えて使う熱）及び非化石電気です。燃料だけでも、熱と電気だけでもなく、3つすべてが割合を向上させる対象です。

空欄2　ウ

第2条第6項の電気の需要の最適化は、需給状況の変動に応じて電気の需要量を「増加又は減少」させることです。需要創出の上げDRと需要抑制の下げDRのいずれも該当します。

空欄3　オ

②と④が適切です。①は誤りで、第8条第2項は、エネルギー管理統括者を事業の実施を統括管理する者（役員クラスなど）から充てるとしています。②施行規則は、選任すべき事由が生じた日以後遅滞なく選任するとしています。③は誤りで、統括者に資格要件はありません。④第8条第1項は、第15条の中長期的な計画の作成事務の統括管理を業務に含めています。

空欄4　ウ

①と④が適切です。①第9条第1項は、統括者の業務のうち非化石転換の中長期計画の作成事務を除いて補佐するとしています。②は誤りで、企画推進者は工場等ごとではなく特定事業者ごとに選任します。③は誤りで、選任の期限は事由が生じた日から6月以内です。④企画推進者の要件は講習修了者またはエネルギー管理士免状の交付を受けている者で、管理者・管理員の経験は求められていません。

空欄5　イ

②だけが正しい記述です。①は誤りで、第1項の対象は「工場等においてエネルギーを使用して事業を行う者」で、指定を受ける前の事業者も含みます。②第2項は、選任に関する規定の施行に必要な限度で、経済産業大臣が報告と立入検査をさせることができるとしています。③は誤りで、連鎖化事業の加盟者の工場等に立ち入る場合は、あらかじめ加盟者の承諾を得なければなりません。

空欄6　エ

①と②が対象です。第3項は第3章第1節（工場等に係る措置）の規定の施行に必要な限度での報告徴収と立入検査を定めており、第6条の指導及び助言と第16条の定期の報告はこの節にあります。第165条の一般消費者への情報の提供は別の章の規定です。

空欄7　キ

①〜③のすべてが法のエネルギーです。①バイオマスの燃焼による熱は熱、②太陽光発電による電気は電気に当たります。③太陽熱で加熱した温水の熱は、施行令第1条が除く「自然界に存する熱」のうち、給湯などの設備を介した「集約した地熱等」に当たるので、法のエネルギーに含まれます。

空欄8　ウ

他人から供給された熱は、施行規則別表第二の熱の種類ごとの換算係数（産業用蒸気1.17、産業用以外の蒸気・温水・冷水1.19）を熱量に掛け、その熱を作るのに使われた燃料の発熱量に換算してから原油に換算します。

空欄9　ア

①だけが正しい換算です。燃料を使わずに発電し、事業者自らが使うための電気（風力・太陽光など）は、1,000 kWh＝3.60 GJで換算します。②の太陽光の自家使用も3.60 GJなので誤り、③の電気事業者からの買電は8.64 GJなので誤りです。

空欄10　イ

加工工場は2,300 kLで、1,500 kL以上3,000 kL未満なので第二種エネルギー管理指定工場等です。事業者全体は12,000＋2,300＋1,200＝15,500 kLで特定事業者です。本社1,200 kLは1,500 kL未満で指定されません。

空欄11　エ

鋳造工場は12,000 kLで第一種エネルギー管理指定工場等です。製造業（コークス製造業などを除く）のエネルギー管理者は2万 kL未満で1人なので、1名です。

空欄12　キ

第二種エネルギー管理指定工場等では、エネルギー管理員を選任します（第14条）。エネルギー管理者の選任義務は第一種の工場等に限られます。

公式問題で問題1を見る

エネルギー概論

問題2　SI組立単位・氷蓄熱と二次電池・位置エネルギー換算・パリ協定とIPCC

単位の組立と蓄熱・蓄電の基礎量、気候変動政策の固有名詞を組み合わせた10欄です。単位の欄は、定義の式（仕事＝力×距離、電荷＝電流×時間、電力＝電圧×電流）に戻せば迷いません。

標準解答 1ケ・2オ・3ア・4エ・5ウ・6エ・A1.8×10⁴・7ウ・8キ・9エ

50 Wh/kgの電池1 kgのエネルギーは、約1.8×10⁴ mの高さの位置エネルギーに相当します。

空欄1　ケ

J＝N·mで、N＝kg·m/s²なので、J＝kg·m²/s²です。kg·m/sは運動量、kg·m/s²は力の単位です。

空欄2　オ

エントロピーは熱量を絶対温度で割った量なので、単位はJ/Kです。J·Kや J·sではありません。

空欄3　ア

電流は単位時間当たりの電荷の移動量なので、電荷はC＝A·sです。

空欄4　エ

1 Aで1 J/sを消費する2点間の電圧が1 Vなので、V＝(J/s)/A＝J/(A·s)＝J/Cです。

空欄5　ウ

氷の融解潜熱は約334 kJ/kg、水の比熱は約4.19 kJ/(kg·K)なので、潜熱は温度変化1℃当たりの顕熱の約80倍です。氷蓄熱が水蓄熱より小さな槽で済むのはこのためです。

空欄6　エ

動作温度が約300℃の二次電池は、ナトリウム硫黄（NAS）電池です。電極の硫黄とナトリウムを溶融状態にして動かす電池で、大規模な電力貯蔵に実績があります。

空欄A　1.8×10⁴

50 Wh/kg×1 kg＝50×3,600 J＝1.8×10⁵ Jです。mgh＝Eよりh＝1.8×10⁵/(1×9.8)＝1.84×10⁴ mで、1.8×10⁴です。

空欄7　ウ

パリ協定の長期目標は、世界の平均気温上昇を産業革命以前に比べて抑えることです。

空欄8　キ

目標は、2℃より十分低く保ち、1.5℃に抑える努力を追求することです。

空欄9　エ

IPCCはIntergovernmental Panel on Climate Changeの略で、気候変動に関する政府間パネルです。

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　判断基準の共通事項・比熱比と粘性・燃焼と伝熱・蒸気・電気設備の計算

例年、判断基準の文言を問う欄と、1〜2行で終わる計算の欄が交互に並びます。令和6年度は計算欄が9欄あり、どれも単位をそろえれば解答群の数値が一つに決まります。

標準解答 1ウ・2イ・3ウ・4イ・5ア・6イ・7ウ・8イ・9エ・10ア・11ア・12ウ・13イ・14エ・15ウ・16ウ・17イ・18ア・19ア・20イ

計算欄は、熱伝導率0.2 W/(m·K)、熱損失3.0×10² W/m²、加熱量1.3×10⁵ kJ、発電端熱効率38.4%、コンデンサ容量24.9 kvar、所要入力83.7 kWなどです。

空欄1　ウ

令和4年の改正後、全ての事業者が工場全体を俯瞰して取り組む共通事項の2番目は、管理体制の整備です。管理標準の整備は設備ごとの取組で、共通事項の項目名ではありません。

空欄2　イ

5番目は、取組方針及び遵守状況の評価手法の定期的な精査・変更です。

空欄3　ウ

風車を通過する空気の運動エネルギーは、質量流量（風速に比例）×v²/2なので、発電電力は原理的に風速の3乗に比例します。

空欄4　イ

cp−cv＝R＞0なので、比熱比κ＝cp/cvはすべての気体で1より大きくなります（空気で約1.4）。

空欄5　ア

気体の粘性は分子の運動量の受け渡しで生じるので、温度が上がると大きくなります。液体の水は分子間の引力が弱まって、温度が上がると粘性が小さくなります。

空欄6　イ

C₄H₁₀＋13/2 O₂→4CO₂＋5H₂Oなので、理論酸素量は6.5 molです。

空欄7　ウ

λ＝qδ/ΔT＝400×0.30/(660−60)＝120/600＝0.2 W/(m·K)です。

空欄8　イ

q＝hΔT＝5×(90−30)＝300 W/m²＝3.0×10² W/m²です。

空欄9　エ

30℃の水を120℃の飽和水にする顕熱は50×(503.8−125.8)＝18,900 kJ、蒸発させる潜熱は50×2,202＝110,100 kJです。合計129,000 kJ≒1.3×10⁵ kJです。

空欄10　ア

判断基準は、有効エネルギー（エクセルギー）の観点から熱利用の温度的な整合性改善も検討するよう求めています。高温の熱を低温の用途に使うと、エクセルギーを無駄にするからです。

空欄11　ア

事務所等の空調では、室内温度、換気回数、湿度、外気の有効利用等について管理標準を設定します。

空欄12　ウ

出力は240,000 kWh×3.6 MJ/kWh＝864,000 MJ、入熱は50,000 m³N×45 MJ/m³N＝2,250,000 MJなので、864,000/2,250,000＝0.384で38.4%です。

空欄13　イ

星形結線の対称三相回路では、線間電圧は相電圧の√3倍で、位相は30°進みます。

空欄14　エ

皮相電力はS＝√3VI＝1.73×400×60＝41.52 kVAで、力率0.8のときの無効電力はQ＝S×0.6＝24.9 kvarです。これをすべてコンデンサで打ち消すと力率は100%になります。

空欄15　ウ

判断基準は、受変電設備の配置の適正化、配電方式の変更による配電線路の短縮、配電電圧の適正化等について管理標準を設定し、配電損失を低減するよう求めています。

空欄16　ウ

30分の上限は4,000 kW×0.5 h＝2,000 kWhです。前半15分に1,100 kWh使ったので残りは900 kWhで、900÷0.25 h＝3,600 kWです。

空欄17　イ

ω＝2π×720/60＝2×3.14×12＝75.36 rad/sで、出力はP＝Tω＝1 kN·m×75.36 rad/s＝75.36 kWです。効率90%なので所要入力は75.36/0.9＝83.7 kWです。

空欄18　ア

流体機械では、使用端圧力と吐出量を見直したうえで、負荷に応じた運転台数の選択、回転数の変更等の管理標準を設定します。

空欄19　ア

誘導加熱は、コイルの交番磁束で被加熱材に生じる渦電流が、材料の抵抗によって発生させるジュール熱を利用します。

空欄20　イ

JIS Z 9110（照明基準総則）の事務室の推奨照度は750 lxで、推奨照度範囲は500〜1,000 lxです。

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（カルノーサイクルと逆カルノーサイクル、ランキンサイクルと再熱サイクル）、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　カルノーサイクルの熱効率・エントロピー変化と逆カルノーサイクル

可逆な等温変化ではΔS＝Q/T、断熱変化ではΔS＝0です。この2つの関係だけで、熱効率、仕事量、各過程のエントロピー変化、ヒートポンプの成績係数まで順に求まります。

標準解答 1ア・2ウ・3ク・A6.25・B7.50・4ク・5エ・C1.50・6ウ・7キ・D1.50・8キ・9エ・10ア・E5.56・F1.94・11イ・G4.38

η＝0.625、W＝75.0 kJ、ΔS₁₂＝0.150 kJ/K、1サイクルのΔS＝0で、逆サイクルの成績係数は4.38です。

空欄1　ア

カルノーサイクルは、2つの等温変化と2つの断熱変化からなり、どの過程も可逆に行う理想サイクルです。

空欄2　ウ

熱効率は、1サイクルの仕事を高温熱源からの受熱量で割ったη＝W/Q₁₂です。

空欄3　ク

可逆な等温変化ではQ₁₂＝THΔS、Q₃₄＝TLΔSで、W＝Q₁₂−Q₃₄なので、η＝1−Q₃₄/Q₁₂＝1−TL/THです。

空欄A　6.25

η＝1−300/800＝0.625＝6.25×10⁻¹です。

空欄B　7.50

W＝ηQ₁₂＝0.625×120＝75.0 kJ＝7.50×10¹ kJです。

空欄4　ク

1から2は、高温熱源から受熱する等温過程です。

空欄5　エ

エントロピー変化はΔS₁₂＝∫dQ/Tです。等温なのでQ₁₂/THになります。

空欄C　1.50

ΔS₁₂＝120/800＝0.150 kJ/K＝1.50×10⁻¹ kJ/Kです。

空欄6　ウ

3から4は温度TLの等温過程で熱Q₃₄を放出するので、ΔS₃₄＝(1/TL)×(−Q₃₄)です。

空欄7　キ

Q₃₄＝Q₁₂−Wなので、−Q₃₄＝W−Q₁₂です。

空欄D　1.50

Q₃₄＝120−75＝45 kJで、ΔS₃₄＝−45/300＝−0.150 kJ/K、すなわち−1.50×10⁻¹ kJ/Kです。

空欄8　キ

2から3と4から1は断熱過程です。

空欄9　エ

可逆断熱過程では熱の出入りがないので、ΔS₂₃＝ΔS₄₁＝0です。

空欄10　ア

ΔST＝0.150＋0−0.150＋0＝0です。可逆サイクルを一巡すると、状態量であるエントロピーは元に戻ります。

空欄E　5.56

ΔS₄₃＝Q₄₃/T′L＝15/270＝0.0556 kJ/K＝5.56×10⁻² kJ/Kです。

空欄F　1.94

高温側でも同じエントロピー変化なので、Q₂₁＝T′H×ΔS＝350×0.05556＝19.4 kJ＝1.94×10¹ kJです。

空欄11　イ

ヒートポンプの成績係数は、取り出す温熱を加えた仕事で割ったε＝Q₂₁/W′です。

空欄G　4.38

W′＝19.44−15＝4.44 kJなので、ε＝19.44/4.44＝4.38です。T′H/(T′H−T′L)＝350/80＝4.375としても同じ値になります。

公式問題で問題4を見る

蒸気

問題5　ランキンサイクルの乾き度・比エンタルピー・理論熱効率と再熱サイクル

タービン出口dの乾き度は、入口cと同じ比エントロピー（6.5431 kJ/(kg·K)）が、0.008 MPaの飽和液と乾き飽和蒸気の間のどこにあるかで決まります。乾き度が出れば、比エンタルピーと熱効率は表の値を代入するだけです。

標準解答 1エ・2ソ・3キ・4サ・5ツ・6イ・7イ・8エ・9オ・10エ

乾き度0.78、hd≒2.0×10³ kJ/kg、理論熱効率0.38で、再熱サイクルの熱効率は再熱の受熱量を分母に加えて求めます。

空欄1　エ

ポンプで加圧した水をボイラで蒸発・過熱し、タービンで膨張させて復水器で凝縮させる蒸気原動所の基本サイクルは、ランキンサイクルです。

空欄2　ソ

湿り蒸気の比エントロピーは、飽和液の値に蒸発による増分のx倍を足したs＝s′＋x(s″−s′)です。

空欄3　キ

x＝(6.5431−0.5925)/(8.2296−0.5925)＝5.9506/7.6371＝0.779で、0.78です。

空欄4　サ

hd＝173.9＋0.779×(2,577.1−173.9)＝173.9＋1,872.5＝2,046 kJ/kg≒2.0×10³ kJ/kgです。

空欄5　ツ

理論熱効率は、タービン仕事(hc−hd)からポンプ仕事(hb−ha)を引いた正味仕事が、ボイラでの受熱(hc−hb)に占める割合です。

空欄6　イ

η＝{(3,178.2−2,046.4)−(178.9−173.9)}/(3,178.2−178.9)＝1,126.8/2,999.3＝0.376で、0.38です。

空欄7　イ

タービンの途中から蒸気を取り出してボイラ内で加熱し直すのは再熱器です。

空欄8　エ

再熱器では圧力一定のまま加熱します（等圧過程）。

空欄9　オ

給水ポンプの仕事はタービン仕事に比べて非常に小さく、無視するとhb＝haと扱えます。

空欄10　エ

仕事は高圧段(hc−he)と低圧段(hf−hg)の和、受熱はボイラ(hc−ha)と再熱器(hf−he)の和なので、η＝{(hc−he)＋(hf−hg)}/{(hc−ha)＋(hf−he)}です。

公式問題で問題5を見る

流体工学

問題6　管摩擦損失と摩擦係数・等価直径・ベンチュリ管・ターボ形ポンプ

ダルシー・ワイスバッハの式の形、層流と完全粗面乱流での摩擦係数の速度依存性、環状流路の等価直径の3つは、式を書けば確かめられます。後半はターボ形ポンプの種類と特性を問います。

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

環状流路の等価直径はD₂−D₁で、図のaは遠心ポンプ、bは斜流ポンプです。

空欄1　イ

管摩擦による圧力損失はΔP＝f(L/D)×(1/2)ρw²です。管が長いほど、細いほど損失が大きくなります。

空欄2　オ

層流ではf＝64/Re＝64ν/(wD)なので、fは流速に反比例します。

空欄3　キ

完全に粗い管の乱流では、fは相対粗さだけで決まり、流速にはほぼ関係なく一定です。

空欄4　キ

円形以外の断面の管は、水力直径（等価直径）を使って円管と同じ式で扱います。

空欄5　エ

等価直径はDe＝4A/Lpです。円管ならA＝πD²/4、Lp＝πDでDe＝Dに戻ります。

空欄6　ア

環状流路ではA＝π(D₂²−D₁²)/4、濡れ縁長さLp＝π(D₂＋D₁)なので、De＝(D₂²−D₁²)/(D₂＋D₁)＝D₂−D₁です。

空欄7　ウ

ベンチュリ管の流量の式は、ベルヌーイの式と質量保存則（連続の式）を連立させて導きます。

空欄8　オ

実際の流れではエネルギー損失があるので、流量は理論式の値より小さくなります。流量係数で補正します。

空欄9　ア

全揚程が高く吐出し量が中程度以下の範囲aは、遠心ポンプです。

空欄10　ウ

中間の範囲bは斜流ポンプで、吐出し量が最も大きく揚程の低い範囲cが軸流ポンプです。

空欄11　イ

遠心ポンプ（渦巻ポンプ）の軸動力は、吐出し量の増加とともに徐々に増加します。締切運転時に軸動力が最小になるので、弁を閉じて起動します。

空欄12　ア

液体が低圧になって気化し、気泡が生じる現象はキャビテーションです。気泡がつぶれる衝撃で羽根が壊食されます。

空欄13　ウ

形が相似なポンプ内部の流れが相似になる条件は、比速度が一致することです。

公式問題で問題6を見る

伝熱工学

問題7　炉壁の伝熱と無次元数・黒体放射・円柱の放熱と円筒断熱

後半の計算は、断熱材を巻いたのに放熱が増えるという結果になります。円柱が細く、外表面積の増加の効果が断熱材の熱抵抗の増加を上回るためで、臨界半径の考え方を数値で確かめる問題です。

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

ゴムを巻く前の放熱は25.1 W、巻いた後は33.2 Wに増えます。

空欄1　イ

ヌセルト数は、熱伝達率に代表長さを掛け、流体の熱伝導率で割った無次元数Nu＝hL/kです。

空欄2　ア

プラントル数は、動粘性係数を温度伝導率（熱拡散率）で割ったPr＝ν/aです。

空欄3　ウ

固体内部の伝導による熱流束は、フーリエの法則q＝−λdT/dxで計算します。

空欄4　キ

定常状態の平板では、どの層を通る熱流束も等しくなります。熱伝導率の大きい層ほど温度勾配が小さいだけです。

空欄5　ア

自然対流の強さを表す無次元数はグラスホフ数です。自然対流のヌセルト数は、グラスホフ数とプラントル数の関数です。

空欄6　カ

グラスホフ数Gr＝gβΔTL³/ν²には、流体の物性値として体膨張率βと動粘性係数νが含まれます。

空欄7　ク

黒体の単色放射能を与えるのは、統計力学から導かれたプランクの法則です。

空欄8　オ

極大波長と温度の関係（λmax×T＝一定）を表すのはウィーンの変位則です。

空欄9　ウ

常温（約300 K）の物体の放射の極大波長は約10 μmで、赤外線の領域です。

空欄10　イ

反射・透過・吸収の割合を足すと1になるので、ρ＋τ＋α＝1です。

空欄11　オ

黒体は入射した放射をすべて吸収する物体なので、ρ＝0、α＝1です。

空欄12　キ

キルヒホッフの法則により、同じ温度・波長では放射率は吸収率に等しくなります。

空欄13　イ

表面積は2πrL＝2×3.14×0.005×2＝0.0628 m²で、Q＝hAΔT＝5×0.0628×(380−300)＝25.1 Wです。

空欄14　ウ

外表面での対流の熱抵抗は、外表面積2π(r＋s)Lに熱伝達率を掛けた値の逆数で、単位長さ当たり1/{2π(r＋s)h}です。

空欄15　イ

単位長さ当たりの熱抵抗は、ゴムがln(7/5)/(2π×0.2)＝0.3365/1.256＝0.268、外表面が1/(2π×0.007×5)＝4.55で、合計4.82 K·m/Wです。Q＝80×2/4.82＝33.2 Wで、巻く前より増えます。臨界半径k/h＝0.2/5＝40 mmより細い円柱では、断熱材を巻くと放熱が増えます。

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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　液体燃料の密度・都市ガス13A・層流燃焼速度・すすとNOxの生成

液体燃料の比重の定義、都市ガスの熱量調整、最大燃焼速度の大小、すすとNOxの生成傾向という、燃料の性質の基本を確かめる15欄です。

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

13AはメタンにLPGを混ぜて高発熱量を約45 MJ/m³Nに調整したもので、最大燃焼速度が当量比2付近にあるのは水素−空気混合気です。

空欄1　イ

液体燃料の密度は、15℃における値をg/cm³で表すのが通常です。

空欄2　ア

比重は15℃の燃料の密度と4℃の水の密度（ほぼ1 g/cm³）との比（比重15/4℃）で表します。

空欄3　オ

重油、軽油、灯油のうち密度が最も大きいのは重油（約0.85〜0.95 g/cm³）です。

空欄4　カ

密度が最も小さいのは灯油（約0.80 g/cm³）です。

空欄5　オ

都市ガス13Aの原料ガスは、主成分がメタン（CH₄）の液化天然ガスです。

空欄6　ク

発熱量の調整のため、メタンより発熱量の大きいLPGを混合します。

空欄7　コ

LPG（プロパン・ブタン）の割合を高めると、単位体積当たりの発熱量は増大します。

空欄8　ウ

13Aの高発熱量は45 MJ/m³N程度に調整されています。

空欄9　オ

最大燃焼速度を与える当量比が2付近にあるのは水素−空気混合気です。最大値は約3 m/sで、炭化水素よりはるかに大きくなります。

空欄10　ア

メタン−空気混合気の最大燃焼速度は約40 cm/sです。

空欄11　ク

プロパン−空気混合気の最大燃焼速度も約40 cm/sで、メタンとほぼ同じです。アセチレン−空気は約150 cm/sと大きくなります。

空欄12　イ

燃焼域の酸素濃度が高いほど燃料の酸化が進み、すすは生成しにくくなります。

空欄13　ア

酸素濃度が高いほど、窒素と酸素が反応しやすくなり、NOxは生成しやすくなります。

空欄14　イ

標準解答では、温度が高いほどすすは生成しにくいとしています。高温の燃焼域では、すすやその前駆物質が酸素と反応して燃え切りやすくなるためです。

空欄15　ア

温度が高いほど、空気中の窒素が酸化されるサーマルNOxが急増します。

公式問題で問題8を見る

燃焼管理

問題9　ガスバーナと油バーナの誤り・流動層燃焼の条件・燃焼ガス分析法

正誤判断の誤りは、拡散燃焼に予混合燃焼の性質（逆火）を当てはめ、完全予混合燃焼に拡散燃焼の性質（輝炎）を当てはめるという入れ替えです。標準解答の備考どおり、空欄1・2、3・4、9・10は順序を問いません。

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

明らかな誤りは、ガスバーナの④⑥と油バーナの④⑥です。流動層の運転温度は800〜950℃、化学的分析法はオルザットとヘンペルです。

空欄1・2　エ・カ（順不同）

明らかに誤っているのは④と⑥です。④拡散燃焼バーナは燃料と空気を別々に出すので逆火が起きず、燃焼量の調節範囲も広くとれます。⑥完全予混合バーナは二次空気を必要としない点は正しいものの、炎はすすを含まない不輝炎です。①②③⑤は正しく、②の均圧弁方式は燃料ガスの圧力を空気側の圧力に追従させて空気比を保つ方式で、拡散燃焼バーナに使われます。

空欄3・4　エ・カ（順不同）

明らかに誤っているのは④と⑥です。④流体噴霧式のうち噴霧媒体に水蒸気（または高圧空気）を使うものは高圧気流式で、低圧気流式は低圧の空気を使います。⑥保炎器のバッフルタイプは板で空気流の後方に循環流を作る形式で、旋回羽根で旋回を与えるのはスワラタイプです。①②③⑤は正しい記述です。

空欄5　イ

流動層燃焼の運転温度は通常800〜950℃程度で、低温なのでサーマルNOxの生成が少なく、炉内脱硫にも適します。

空欄6　イ

気泡流動層の空気流速は1〜2 m/s程度です。循環流動層はそれより速く、粒子を炉外へ運んでサイクロンで戻します。

空欄7　イ

下水汚泥の焼却炉では、温室効果の大きいN₂Oの生成を抑えるため、炉内温度を850℃以上に保つことが求められています。

空欄8　ア

化学的分析法は試料ガスを吸収液に通して体積の減少を測るので、迅速性の点で物理的分析法に劣ります。

空欄9・10　ア・ウ（順不同）

化学的分析法は、オルザットガス分析計とヘンペルガス分析計です。どちらも吸収液ごとに成分を吸収させ、体積の減少から濃度を求めます。

空欄11　イ

物理的分析法のうち、ガスクロマトグラフは試料を間欠的に注入して成分を分離するので、連続測定には適しません。赤外線式、化学発光式、磁気式は連続測定ができます。

空欄12　オ

紫外線吸収方式による硫黄酸化物の分析では、紫外線を吸収する二酸化窒素が干渉成分になります。

空欄13　ウ

紫外線蛍光方式では、蛍光を発する炭化水素が干渉成分になります。

公式問題で問題9を見る

燃焼計算

問題10　プロパンの空気比燃焼・熱風の混合空気量・不完全燃焼時の空気比

前半は空気比1.2の完全燃焼と熱風の熱収支、後半はCOが出た不完全燃焼の空気比です。不完全燃焼の式は、残ったCOが完全燃焼したらO₂がCOの半分だけ減るという関係から組み立てます。

標準解答 1キ・2ウ・3オ・A23.8・B28.6・C30.6・D26.6・E240・F210・4キ・5ア・6ア・7カ・G1.12・H28.6・8ア

空気比1.2で湿り燃焼ガス30.6 m³N/m³N-f、熱風240 m³N/m³N-f、不完全燃焼時の空気比は1.12です。

空欄1　キ

C₃H₈＋5O₂＝3CO₂＋4H₂Oで、酸素は5 molです。

空欄2　ウ

炭素3原子からCO₂が3 molできます。

空欄3　オ

水素8原子からH₂Oが4 molできます。

空欄A　23.8

VA0＝5/0.21＝23.81≒23.8 m³N/m³N-fです。

空欄B　28.6

VA＝1.2×23.81＝28.57≒28.6 m³N/m³N-fです。

空欄C　30.6

湿り燃焼ガスは、供給空気から消費された酸素5を引き、CO₂ 3とH₂O 4を加えて、28.57−5＋3＋4＝30.57≒30.6 m³N/m³N-fです。

空欄D　26.6

乾き燃焼ガスはH₂O分を引いて、30.57−4＝26.57≒26.6 m³N/m³N-fです。

空欄E　240

低発熱量91.15 MJ/m³N-fで、25℃の燃焼ガスと空気をすべて300℃まで上げるので、熱風量は91,150/{1.38×(300−25)}＝91,150/379.5＝240 m³N/m³N-fです。

空欄F　210

混合した空気量は、熱風から燃焼ガスを引いて240.2−30.57＝209.6≒210 m³N/m³N-fです。

空欄4　キ

体積割合(CO)は、乾き燃焼ガス中の値なので(CO)＝V′GCO/V′GDです。

空欄5　ア

COが完全燃焼すればCO＋1/2 O₂→CO₂でCOの半分の酸素を使うので、使われなかった酸素量はV′O2＝(1/2)V′GCOです。

空欄6　ア

空気比α′で完全燃焼したとすると、燃焼ガス中の酸素は、実際の酸素V′GO2から未使用分V′O2を引いたV′GO2−V′O2になります。

空欄7　カ

窒素はすべて空気から来るので、過剰空気中の窒素は(0.79/0.21)(V′GO2−0.5V′GCO)です。α′＝V′GN2/{V′GN2−(0.79/0.21)(V′GO2−0.5V′GCO)}となります。

空欄G　1.12

体積割合で表すと、α′＝0.79/{0.79−3.762×(0.027−0.005)}＝0.79/0.7072＝1.117≒1.12です。

空欄H　28.6

V″_Gw＝(α′−0.21)VA0＋CO₂＋H₂O＝(1.117−0.21)×23.81＋3＋4＝21.60＋7＝28.6 m³N/m³N-fです。

空欄8　ア

不完全燃焼ではCOの半分の量の酸素V′O2が使われずに残るので、実際の湿り燃焼ガスV′GwはV″_GwよりV′O2だけ大きくなります。

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　熱電対の原理・コリオリ式と熱式の質量流量計・液柱式とブルドン管圧力計

熱電対、質量流量計2種、圧力計2種について、それぞれが検出する物理量から原理を確かめる14欄です。液柱式の欄は、どちらの液面が下がったかで圧力が大気圧より高いか低いかを判断します。

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

コリオリ式と熱式はいずれも質量流量を測り、固形物を含む液や高粘度液に向くのはコリオリ式です。

空欄1　エ

熱電対は、材質の異なる2本の金属線の両端を接続した回路です。

空欄2　ア

2つの接点を異なる温度に保つと、ゼーベック効果により回路に熱起電力が生じます。2は2か所に入ります。

空欄3　ケ

熱起電力の大きさは、材質が決まれば両接点の温度だけで決まり、途中の温度分布には左右されません。

空欄4　ウ

この原理で温度を測るのが熱電対です。サーミスタと測温抵抗体は電気抵抗の温度変化を利用します。

空欄5　オ

振動するU字管の中を流体が流れると、質量流量に比例するコリオリ力が生じて管がねじれます。5は2か所に入ります。

空欄6　ア

このねじれ角から質量流量を測るのがコリオリ式流量計です。

空欄7　ク

流体が単位時間に運ぶ熱量は、定圧比熱×温度上昇×質量流量に比例します。

空欄8　オ

移動する熱量と温度差から求まるのは質量流量です。8は3か所に入ります。

空欄9　ウ

この原理で質量流量を測るのが熱式流量計です。

空欄10　ア

コリオリ式は流路に可動部や絞りがないので、固形物を含む液、高粘度液、高圧気体にも使えます。熱式は比熱が一定のきれいな気体の小流量向きです。

空欄11　カ

一端を大気に開放した液柱計が示すのは、大気圧を基準とした圧力、すなわちゲージ圧です。

空欄12　ウ

加圧した端部1の液面が下がっているので、pは大気圧より高く、絶対圧は0.101＋0.01≒0.11 MPaです。

空欄13　ウ

ブルドン管は、圧力による管の弾性変形を利用する弾性式圧力計の一種です。

空欄14　エ

閉じた先端の変位量は、弾性範囲内では圧力にほぼ比例します。

公式問題で問題11を見る

制御

問題12　水管ボイラのカスケード制御と比率制御・P動作のオフセット・I動作とD動作

ボイラの制御系統図で、ドラム圧力から燃料流量へ設定値を渡す流れと、燃料と空気の比を保つ流れを見分けます。後半のPID調整は、比例帯・積分時間・微分時間をどちらへ動かすと振動するかで整理します。

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

ドラム圧力調節計が一次、燃料流量調節計が二次のカスケード制御で、比例帯を広げるとオフセットが大きくなります。

空欄1　ア

ドラム圧力調節計の出力で燃料流量調節計の設定値を与える階層構造の制御は、カスケード制御です。1は2か所に入ります。

空欄2　ク

設定値を与える側のドラム圧力調節計を一次（主）調節計と呼びます。

空欄3　ケ

設定値を受ける燃料流量調節計は二次調節計です。燃料の供給圧の変動のような外乱は、ドラム圧力に影響が出る前にこの二次調節計が吸収します。3は2か所に入ります。

空欄4　キ

燃料流量と燃焼用空気流量の関係を一定に保つのは比率制御です。

空欄5　ア

ブロワの回転速度制御には、周波数を変えて電動機の回転速度を変えるインバータ制御が使われます。

空欄6　カ

比例帯を過度に狭くすると（ゲインが大きすぎると）、測定値は波を打つように変動します。

空欄7　キ

比例帯を広くすると出力変化が小さくなり、波は打たなくなりますが、動きが遅くなります。

空欄8　ア

P動作だけで残る最終的な偏差をオフセット（定常偏差）と呼びます。

空欄9　エ

比例帯が広いほど同じ偏差に対する出力が小さいので、オフセットは大きくなります。

空欄10　ア

積分時間が長いと、積分動作分の出力はゆっくりと変化します。

空欄11　エ

積分時間が過度に短いと積分動作が強すぎ、測定値は波を打ちます（積分性のハンチング）。

空欄12　ア

微分時間が長いほど、変化速度に対する微分動作分の出力は大きくなります。

空欄13　ウ

微分時間が過度に長いと、わずかな変化にも大きく反応して測定値が波を打ちます。

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ボイラ

問題13　ボイラの熱損失の要因・シリカの溶解キャリーオーバ・ボイラ効率と配管放熱

JIS B 8222の熱損失の分類から、蒸気純度の管理、ボイラ効率と配管の放熱損失の計算までを扱う問題です。計算の3欄は、蒸発量×比エンタルピー差を燃料入熱と比べるだけで解けます。

標準解答 1オ・2ア・3ク・4ア・5ウ・6エ・7ア・8イ・9オ・10ア・11カ・12エ・13イ・A92.8・B7.8×10⁵・C2.8

ボイラ効率は92.8%、蒸気配管の放熱量は7.8×10⁵ kJ/hで、ボイラ入熱の0.28%です。

空欄1　オ

炉内の伝熱管外面にすすや煤塵が付くと、燃焼ガスから管への伝熱が阻害されます。

空欄2　ア

伝熱管内面には、給水中の硬度成分などがスケールとして付着します。①②はいずれも排ガス温度を上げます。

空欄3　ク

燃焼用空気が多すぎると、排ガス量が増えて排ガス熱損失が増加します。

空欄4　ア

不完全燃焼では、排ガス中にCOが検出されます。

空欄5　ウ

燃えがら中の未燃分は、採取した燃えがらの炭素分を分析して把握します。

空欄6　エ

放散熱による損失は、保温材の脱落や劣化で増加します。

空欄7　ア

熱損失のうち一般に最も大きいのは排ガス熱損失です。

空欄8　イ

中・大型の循環ボイラでは、ドラムから連続ブローを行います。

空欄9　オ

連続ブロー水をフラッシュタンクで蒸発させた蒸気は、給水中の溶存気体を除く脱気器の熱源に使えます。

空欄10　ア

ドラムの気水分離機能で、ボイラ水の水滴が蒸気に混じって運ばれるキャリーオーバは抑えられます。

空欄11　カ

それでもシリカの一部は蒸気に溶解して運ばれます（選択的キャリーオーバ）。

空欄12　エ

シリカの溶解量は蒸気圧力が上がるほど大きくなるので、高圧ボイラほどボイラ水中のシリカ濃度を低く管理します。

空欄13　イ

蒸気圧力10〜15 MPaの場合、ボイラ水中のシリカは一般に0.3 ppm以下で管理されます。

空欄A　92.8

η＝100,000 kg/h×(3,463.6−857.2) kJ/kg÷(6,850 kg/h×41,000 kJ/kg)＝260,640,000/280,850,000＝0.928で、92.8%です。

空欄B　7.8×10⁵

蒸気温度が543℃から540℃に下がった分の比エンタルピー差は3,463.6−3,455.8＝7.8 kJ/kgで、放熱量は100,000×7.8＝7.8×10⁵ kJ/hです。

空欄C　2.8

7.8×10⁵/(2.8085×10⁸)＝0.00278で、0.28%＝2.8×10⁻¹ %です。

公式問題で問題13を見る

原動機

問題14　容積形内燃機関・蒸気タービンの危険速度と熱応力・ブレイトンサイクルの性能

内燃機関の行程、蒸気タービンの危険速度、ガスタービンの性能向上策について、作動原理から一つずつ確かめる15欄です。

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

蒸気タービンは定格回転速度が一次と二次の危険速度の間に来るよう設計し、ガスタービンは入口ガス温度を上げ、圧縮機入口空気温度を下げると性能が上がります。

空欄1　ウ

燃焼ガスの膨張によるピストンの往復運動をクランク軸で回転に変える形式は、容積形と呼ばれます。

空欄2　イ

通常のガソリン機関では、燃料は気化された後に空気と混合されます。

空欄3　ウ

混合気は吸気行程でシリンダ内に導かれます。

空欄4　ア

続く圧縮行程の終了付近で、電気火花により点火します。

空欄5　ア

サイクルの改善として、有効ストロークの増大や圧縮比の増大が考えられます。オットーサイクルの理論熱効率は圧縮比が大きいほど高くなります。

空欄6　ケ

ロータには動翼が植え込まれます。静翼はケーシング側に固定されます。

空欄7　キ

技術基準は、調速装置の作動範囲内に危険速度があってはならないとしています。

空欄8　イ

危険速度は、ロータの固有振動数と回転数が一致して共振する速度です。8は3か所に入ります。

空欄9　オ

一般にロータの一次と二次の危険速度の間に定格回転速度がくるよう設計されます。

空欄10　ウ

ケーシングは軸対称で急激な肉厚変化がないようにし、温度差による過大な熱応力が働かないよう設計します。

空欄11　ウ

理想的なガスタービンサイクルは、断熱圧縮・等圧加熱・断熱膨張・等圧放熱のブレイトンサイクルです。

空欄12　カ

ブレイトンサイクルの理論熱効率は、比熱比が決まれば圧縮機出口と入口の圧力比だけの関数で、圧力比が大きいほど高くなります。

空欄13　ア

大気の圧力が高く温度が低いほど空気の密度が大きく、同じ体積流量でも質量流量が増えるので、出力は大きくなります。

空欄14　ア

タービン入口ガス温度を上げると、熱効率が直接向上します。入口温度ごとに、熱効率が最大になる圧力比が一つ決まります。

空欄15　ア

エバポレータや散水で圧縮機の入口空気温度を下げると、圧縮仕事が減り、吸い込む空気の質量も増えて性能が上がります。

公式問題で問題14を見る

熱交換器（選択）

問題15　加熱源と飽和水蒸気・隔壁式熱交換器の分類・汚れ係数と温度効率の管理

日常管理の指標として温度効率を使う問題です。低温側の熱容量流量（8 kW/K）が高温側（20 kW/K）より小さいので、この熱交換器ではエネルギー効率と低温側の温度効率が同じ値になります。

標準解答 1ア・2エ・3ア・4カ・5ク・6ア・7オ・8キ・9ア・A300・B48・C44・D44・E40

交換熱量300 kW、低温側出口48℃、温度効率44%で、温度効率35%を保つには低温側出口を40℃以上に管理します。

空欄1　ア

燃焼ガスや熱水は温度が下がりながら熱を渡す、つまり顕熱を利用するので、伝熱面の温度は入口から出口へ低下します。

空欄2　エ

飽和水蒸気の加熱温度は、凝縮温度（飽和温度）です。

空欄3　ア

凝縮温度は水蒸気の圧力で決まるので、圧力を調整すれば加熱温度を一定に保てます。

空欄4　カ

凝縮を伴う熱移動では、伝熱面での熱伝達率が相変化しない場合より大きくなります。

空欄5　ク

空気などの不凝縮ガスが混ざると、伝熱面に膜を作って熱交換性能が下がるので、抜き出す装置が必要です。

空欄6　ア

板式熱交換器には、プレート式やスパイラル式があります。

空欄7　オ

トロンボーン式冷却器は、管式熱交換器に属します。

空欄8　キ

伝熱面に付着した汚れの熱抵抗の度合いは、汚れ係数で表します。

空欄9　ア

汚れ係数は熱抵抗なので、単位は熱伝達率の逆数の(m²·K)/Wです。

空欄A　300

高温側の交換熱量はQ＝10×2×(95−80)＝300 kWです。

空欄B　48

低温側の熱容量流量は2×4＝8 kW/Kで、出口温度は10＋300/8＝47.5℃、四捨五入して48℃です。

空欄C　44

低温側の温度効率は(47.5−10)/(95−10)＝37.5/85＝0.441で、44%です。

空欄D　44

最大交換熱量は熱容量流量の小さい低温側で決まり、Qmax＝8×(95−10)＝680 kWです。エネルギー効率は300/680＝0.441で44%となり、温度効率と一致します。

空欄E　40

温度効率35%以上を保つには、出口温度を10＋0.35×85＝39.75℃以上にします。四捨五入して40℃です。

公式問題で問題15を見る

冷凍・空調（選択）

問題16　顕熱だけの空調負荷・吸収冷凍機の冷媒の流れ・暖房時の加湿方式

湿り空気線図の欄では、加湿後の点Sが加熱後の点Hからどの向きに動いたかで加湿方式を見分けます。水噴霧は温度を下げながら加湿し、蒸気加湿はほぼ温度一定のまま加湿します。

標準解答 1キ・2イ・3ウ・4カ・5エ・6オ・7カ・8ア・9ウ・10イ

吸収冷凍機の冷媒は吸収器から発生器、凝縮器、蒸発器の順に移り、図1は水噴霧加湿、図2は蒸気加湿です。

空欄1　キ

顕熱負荷のみを持つのは日射負荷です。人体発熱、隙間風、外気の負荷は、水分を伴うので潜熱負荷も持ちます。

空欄2　イ

室内と外気の温湿度から熱交換が省エネになるかを判断し、全熱交換器の運転・停止・バイパスを切り替えるのはエンタルピー制御です。

空欄3　ウ

空調用の吸収冷凍機では、冷媒に水、吸収剤に臭化リチウムを使います。

空欄4　カ

吸収器で薄くなった溶液は発生器（再生器）で加熱され、冷媒の水蒸気が分離されます。

空欄5　エ

発生した水蒸気は凝縮器で冷やされて水に戻ります。

空欄6　オ

水は低圧の蒸発器で蒸発して冷水から熱を奪い、その蒸気が吸収器で溶液に吸収されます。

空欄7　カ

加熱コイルでは水分が増減しないので、M→Hは絶対湿度一定の直線になります。

空欄8　ア

加熱コイルの負荷は、通過する空気の比エンタルピー差hH−hMに比例します。

空欄9　ウ

室内負荷は、吹出し空気Sが室内空気Rになるまでに処理する熱で、RとSの比エンタルピー差から導きます。

空欄10　イ

図1はSがHより温度が下がって絶対湿度が増えており、水の蒸発潜熱で冷える水噴霧加湿です。図2はSがHの真上で温度がほぼ変わらず、蒸気加湿です。

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工業炉（選択）

問題17　カバー形炉と水素雰囲気・リジェネレイティブバーナ・不定形耐火物とセラミックファイバ

工業炉の省エネ策について、炉の構造（カバー形炉）、燃焼装置（リジェネレイティブバーナ）、炉材（キャスタブルとセラミックファイバ）の3つの側面から問う構成です。

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

水素雰囲気で伝熱を速め、蓄熱式バーナを交互に燃焼させて排熱を回収し、炉材はアルカリ成分による浸食に注意します。

空欄1　イ

カバー形炉では、被加熱物をインナーカバーで覆い、一種のマッフル（被加熱物を燃焼ガスから隔てる容器）の中で処理します。

空欄2　カ

圧延で硬化した金属ストリップや線材コイルの加工性を回復させる熱処理は、焼きなましです。

空欄3　イ

雰囲気ガスに水素を使うと、窒素より比熱や熱伝導率が大きく、処理材への伝熱が速くなります。

空欄4　エ

水素の熱伝導率は窒素の約7倍で、加熱時間を短縮できます。

空欄5　ア

循環ファンも、ブロワや誘引ファンと同じく、インバータによるVVVF（可変電圧可変周波数）運転で省電力化します。

空欄6　ア

小型の蓄熱式熱交換器をバーナごとに一体化したのは、リジェネレイティブバーナです。

空欄7　カ

一対のバーナを適切な時間間隔で交互に燃焼させ、燃焼していない側の蓄熱媒体で排ガスの熱を回収します。

空欄8　エ

回収した熱で燃焼用空気を高温に予熱するので、高温空気燃焼が実現します。

空欄9　ア

炉内のガスがかき混ぜられて火炎温度が均一化し、局所的な高温が減るので、NOxの発生が抑えられます。

空欄10　ウ

蓄熱媒体には、熱容量が大きく1,000℃以上で使える耐熱性のセラミックが、ハニカムやボールの形で使われます。

空欄11　エ

代表的な不定形耐火物はキャスタブルです。11は2か所に入ります。

空欄12　ク

通常のセメントを含むキャスタブルは、水と混練した後、セメントの水和結合で機械的強度が増します。

空欄13　イ

超微粉の粘土や超微粉シリカを加えると、少ない水量で流動性を保てるので、高密度・高強度にできます。

空欄14　エ

アルカリ金属の酸化物の例は、K（カリウム）やNaの酸化物です。

空欄15　ア

アルカリ土類金属の酸化物の例はCa（カルシウム）の酸化物で、セラミックファイバと低融点の化合物を作ります。

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蒸留・乾燥・ガス化（選択）

問題18　2成分系の気液平衡と共沸・向流通気回転乾燥機の物質収支と熱収支・バイオマスのガス化

乾燥機の4欄は、乾量基準の含水率から蒸発量、熱量、排気温度へと一つずつ積み上げる計算です。熱風が失う顕熱は、材料の加熱・水の蒸発・放散と排気中の水分の顕熱の合計に等しくなります。

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

乾燥製品の湿量基準含水率は0.091、蒸発量は50 kg/h、熱風が与えた熱量は124×10³ kJ/h、排気温度は80℃です。

空欄1　カ

「ある成分の蒸気の圧力は、純粋成分蒸気圧と液モル分率の積に等しい」のはラウールの法則です。ダルトンの法則は分圧の和が全圧に等しいという法則です。

空欄2　ウ

理想溶液に近い(a)型の例はメタノールと水です。エタノールと水は最低共沸点を持つ(b)型、塩酸と水は最高共沸点の(c)型、1-ブタノールと水は2液相を作る(d)型の例です。

空欄3　イ

気相と液相の組成が同じになる点を共沸点といい、この点を持つ混合物を共沸混合物と呼びます。一つの蒸留塔では高純度に分離できません。3は2か所に入ります。

空欄4　エ

非理想溶液では、純成分蒸気圧と液モル分率の積に活量係数を掛けて補正します。

空欄5　ア

湿量基準の含水率は水÷(無水材料＋水)なので、0.1/(1＋0.1)＝0.0909で、0.091です。

空欄6　オ

蒸発量は100 kg/h×(0.6−0.1)＝50 kg/hです。

空欄7　ケ

材料の加熱4,000 kJ/hと蒸発50×2,400＝120,000 kJ/hの合計で、124,000 kJ/h＝124×10³ kJ/hです。

空欄8　キ

熱風が失う顕熱は124,000＋16,000＝140,000 kJ/hです。1,000 kg/h×1.0 kJ/(kg·K)×(220−Tout)＝140,000より、Tout＝80℃です。

空欄9　ア

向流式では乾燥が進んだ製品が最も乾いた高温の熱風に接するので、並流式より製品の含水率を低くできます。

空欄10　カ

バイオマスを加熱すると、まず熱分解反応が起こり、軽質ガス、タール、チャーが生成します。

空欄11　エ

水蒸気を供給すると、800℃位からチャーの水性ガス反応（C＋H₂O→CO＋H₂）が起こります。

空欄12　イ

水性ガス反応は吸熱反応です。

空欄13　ク

吸熱を補うため、部分酸化反応の反応熱とバランスさせます。

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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6年度（第46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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