エネルギー管理士(熱分野)「熱分野 課目Ⅳ 熱利用設備及びその管理」一問一答(全22問)

正解：d. 電磁流量計は導電性のある液体の流量を測る計器で、流路に絞りがなく、圧力損失が小さい

正解は「電磁流量計は導電性のある液体の流量を測る計器で、流路に絞りがなく、圧力損失が小さい」。電磁流量計は、磁界中を導電性の液体が流れるときに生じる起電力から流量を求めるため、導電性のある液体が対象になり、流路に絞りがないので圧力損失が小さい。「電磁流量計は、気体や油のように導電性のない流体の流量測定に適しており、圧力損失も大きい」は誤り。電磁流量計は導電性のある液体にしか使えず、気体や油のように導電性のない流体には適さない。「オリフィス流量計は、流路に絞りを設けないので、圧力損失がほとんど生じない」は誤り。オリフィス流量計は流路に絞り板を入れて差圧を発生させる方式なので、圧力損失が生じる。「面積式流量計は、流量が変わっても浮子の位置は変わらず、絞り部の差圧だけが変化する」は誤り。面積式流量計は絞り部の差圧が一定になるよう浮子が上下して流路面積が変わる方式で、浮子の位置から流量を読み取る。

正解：b. 0.90 MPa

正解は「0.90 MPa」。圧力計の指示値は大気圧を基準としたゲージ圧であり、絶対圧力はゲージ圧に大気圧を加えた値である。0.80＋0.10＝0.90 MPaとなる。「1.8 MPa」は誤り。1.8 MPaは大気圧を1.0 MPaと取り違えて加えた値である。大気圧は約0.1 MPaである。「0.80 MPa」は誤り。0.80 MPaは圧力計の指示値（ゲージ圧）をそのまま絶対圧力とした値で、大気圧が加わっていない。「0.70 MPa」は誤り。0.70 MPaは大気圧を加えずに差し引いた値で、符号を誤っている。

正解：a. 貫流ボイラは、給水が管内を一方向に流れる間に蒸気となる構造で、ドラムがなく保有水量が少ないため、起動が速い

正解は「貫流ボイラは、給水が管内を一方向に流れる間に蒸気となる構造で、ドラムがなく保有水…」。貫流ボイラは、ポンプで送られた給水が管内を一方向に流れる間に加熱・蒸発・過熱される方式で、ドラムを持たず保有水量が少ないため、起動が速い。「煙管ボイラは、水管の外側を燃焼ガスが流れる構造で、高圧・大容量の蒸気の発生に最も…」は誤り。煙管ボイラは燃焼ガスが管の内側を通る構造で、保有水量が多く、高圧・大容量には向かず、比較的小容量・低圧用に使われる。「水管ボイラは保有水量が多く、煙管ボイラに比べて起動に時間がかかるうえ、高圧・大容…」は誤り。水管ボイラは高圧・大容量の蒸気の発生に適しており、煙管ボイラより起動も速い。「貫流ボイラは、ドラム内の保有水を自然循環させて蒸気を発生させるため、保有水量が多…」は誤り。貫流ボイラは水を強制的に一方向へ流す方式でドラムがなく、保有水量が少ない。

正解：c. 13.4%

正解は「13.4%」。圧力が下がると、ドレンが持つ余分な顕熱(721−419)＝302 kJ/kgが蒸発に使われる。低圧側の蒸発潜熱は2,257 kJ/kgなので、フラッシュ蒸気の割合は302÷2,257≒0.134、約13.4%となる。「41.9%」は誤り。41.9%は(721−419)を高圧側のドレンのエンタルピー721 kJ/kgで除した値で、蒸発に必要な熱量の基準を誤っている。「14.7%」は誤り。14.7%は分母に高圧側の蒸発潜熱（約2,048 kJ/kg）を用いた値である。再蒸発は低圧側（大気圧）で起こるので、低圧側の蒸発潜熱2,257 kJ/kgを用いる。「11.3%」は誤り。11.3%は分母に乾き飽和蒸気のエンタルピー2,676 kJ/kgを用いた値で、蒸発に必要な熱量（潜熱）ではない。

正解：b. 28 K

正解は「28 K」。排ガスが放出する熱量は5,000×1.05×(250−160)＝472,500 kJ/hである。給水の温度上昇は472,500÷(4,000×4.19)＝472,500÷16,760≒28 Kとなる。「112 K」は誤り。112 Kは排ガスの比熱を水と同じ4.19 kJ/(kg·K)として計算した値である。「23 K」は誤り。23 Kは排ガスと給水の流量の違いを考えず、1.05×90÷4.19として求めた値である。「18 K」は誤り。18 Kは流量の比を逆にして4,000/5,000を掛けた値である。

正解：d. 11.1%

正解は「11.1%」。給水量F＝蒸発量S＋ブロー量B、固形分の収支はF×Cf＝B×Cb（蒸気には固形分なし）である。よってB/S＝Cf/(Cb−Cf)＝200/(2,000−200)≒0.111、すなわち約11.1%となる。「1.1%」は誤り。1.1%は桁を誤った値で、200/1,800＝0.111をパーセントに直す際に桁がずれている。「9.1%」は誤り。9.1%はCf/(Cb+Cf)＝200/2,200と、分母を足し算にした値である。「10.0%」は誤り。10.0%はCf/Cb＝200/2,000とした値で、給水量が蒸発量にブロー量を加えたものであることを無視している。

正解：a. 背圧タービンは、排気を大気圧より高い圧力のまま工程用蒸気に利用する方式で、発電量は小さいが熱の有効利用に適する

正解は「背圧タービンは、排気を大気圧より高い圧力のまま工程用蒸気に利用する方式で、発電量…」。背圧タービンは排気を高い圧力のまま取り出して工程用に利用する方式で、復水タービンより発電量は小さいが、排気の熱を有効に使えるため総合的な熱利用に適する。「復水タービンは、排気を工程用の蒸気として利用する方式であり、復水器を必要とせず設…」は誤り。復水タービンは排気を復水器で真空近くまで膨張させて水に戻す方式で、復水器を必要とする。「背圧タービンは、排気を復水器で真空近くまで膨張させるので、同じ蒸気条件でも復水タ…」は誤り。背圧タービンは排気圧力が高いため、タービンで取り出せる動力は、同じ蒸気条件の復水タービンより小さい。「抽気復水タービンは、途中から蒸気を取り出すことができないため、工程用蒸気の供給に…」は誤り。抽気復水タービンは膨張途中の蒸気を抽気して工程用などに供給でき、残りを復水させて動力を得る方式である。

正解：b. 異種の金属線を接合し、両端の温度差で生じる熱起電力を利用して温度を求める

正解は「異種の金属線を接合し、両端の温度差で生じる熱起電力を利用して温度を求める」。熱電対は異種の金属線を接合して回路をつくり、接合部と基準接点の温度差に応じて熱起電力が生じるゼーベック効果を利用して、起電力から温度を求める。「金属の電気抵抗が温度によって変化する性質を利用して温度を求める」は誤り。電気抵抗の温度変化を利用するのは測温抵抗体やサーミスタである。「物体が放射する赤外線の強さが温度で変わることを利用して温度を求める」は誤り。放射される赤外線を利用するのは放射温度計である。「貼り合わせた2種の金属板が、熱膨張の差で曲がる量を利用して温度を求める」は誤り。熱膨張の差による変形を利用するのはバイメタル式温度計である。

正解：d. 0℃で抵抗値が100Ωであり、温度が上がると抵抗値が増加する性質を利用する

正解は「0℃で抵抗値が100Ωであり、温度が上がると抵抗値が増加する性質を利用する」。Pt100は白金線を用いた測温抵抗体で、0℃のときの抵抗値が100Ωであり、温度が上がると抵抗値が増加する（正の温度係数）。この抵抗値を測って温度を求める。「温度が上がると抵抗値が減少する負の温度係数をもち、半導体で作られる」は誤り。負の温度係数をもつ半導体素子はサーミスタ（NTC）である。「測定には基準接点の温度補償が必要で、熱電対と同様に起電力を出力する」は誤り。基準接点の温度補償が必要なのは熱電対で、測温抵抗体は抵抗値を測る方式である。「熱電対より高い1,500℃付近までの高温測定に向いた温度センサである」は誤り。測温抵抗体の使用温度はおおむね500℃前後までで、1,500℃付近まで測れるのは熱電対（B・R・S型など）である。

正解：a. 20 m³/h

正解は「20 m³/h」。流量は差圧の平方根に比例するので、Q＝30×√(4/9)＝30×(2/3)＝20 m³/hとなる。「13 m³/h」は誤り。30×(4/9)≒13として、流量が差圧に比例すると考えた値である。「45 m³/h」は誤り。30×√(9/4)＝45で、差圧の比を逆にした値である。「68 m³/h」は誤り。30×(9/4)≒68で、比を逆にしたうえに平方根を取り忘れた値である。

正解：c. 偏差が残っている間は操作量を変化させ続け、定常偏差（オフセット）を解消する

正解は「偏差が残っている間は操作量を変化させ続け、定常偏差（オフセット）を解消する」。積分動作は偏差を時間で積み上げた量に応じて操作量を変えるため、偏差が残っている限り操作量が変化し続け、比例動作だけでは残るオフセットを解消できる。「偏差の変化の速さに応じて操作量を加減し、応答の遅れを補って安定化させる」は誤り。偏差の変化の速さに応じるのは微分（D）動作である。「偏差の大きさに比例して操作量を決め、偏差が小さくなれば操作量も小さくなる」は誤り。偏差に比例して操作量を決めるのは比例（P）動作で、偏差が小さくなると操作量も小さくなるためオフセットが残る。「偏差が設定した範囲内にあるときは操作量を変えず、頻繁な動作を抑える」は誤り。設定範囲内で動作を止める働きは不感帯（すきま）の考え方であり、積分動作ではない。

正解：b. 86 %

正解は「86 %」。入出熱法では、効率＝蒸気が受け取った熱量÷投入熱量で求める。蒸気の受熱量は10,000×(2,780−190)＝25.9×10⁶ kJ/h、投入熱量は750×40,000＝30×10⁶ kJ/hなので、効率は約0.863、すなわち約86％。「93 %」は誤り。給水の比エンタルピーを引かずに2,780で計算した値（約93％）である。「79 %」は誤り。給水を100℃の飽和水（約419 kJ/kg）として引いた値（約79％）で、問題の条件と合わない。「14 %」は誤り。効率ではなく損失の割合（約14％）である。

正解：d. 5,740 kg/h

正解は「5,740 kg/h」。換算蒸発量は、実際に蒸気へ与えた熱量を100℃の水から100℃の飽和蒸気をつくる熱量（2,257 kJ/kg）で割って求める。5,000×(2,780−190)÷2,257≒5,738となり、約5,740 kg/hである。「4,360 kg/h」は誤り。5,000×2,257÷2,590≒4,360で、分数の上下を逆にした値である。「6,160 kg/h」は誤り。給水の比エンタルピーを引かずに5,000×2,780÷2,257≒6,160とした値である。「12,950 kg/h」は誤り。5,000×2,590÷1,000＝12,950で、2,257で割らずに1,000で割った値である。

正解：a. 蒸気を漏らさずに、配管内で生じたドレン（凝縮水）や空気を自動的に排出する

正解は「蒸気を漏らさずに、配管内で生じたドレン（凝縮水）や空気を自動的に排出する」。蒸気トラップは、蒸気は通さずにドレンや空気だけを自動的に排出する装置で、蒸気の無駄な放出を防ぎつつ、熱交換の妨げになるドレンを除く。「蒸気の圧力を設定した値まで下げ、使用する機器へ安定した圧力で供給する」は誤り。蒸気圧力を一定に下げて供給するのは減圧弁の役割である。「蒸気に混じったごみやスケールを取り除き、機器への流入を防ぐ」は誤り。ごみやスケールを除くのはストレーナの役割である。「蒸気の流量を測定し、ボイラの蒸発量との差から漏えい量を検出する」は誤り。流量の測定は流量計の役割で、トラップには漏えい検出の機能はない。

正解：c. 回収により給水の水質が悪化するため、ボイラ水のブロー量を回収前より増やす必要がある

正解は「回収により給水の水質が悪化するため、ボイラ水のブロー量を回収前より増やす必要がある」。適切でないものとして「回収により給水の水質が悪化するため、ボイラ水のブロー量を回収前より増やす必要がある」を選ぶ。ドレンは水処理済みの純度の高い水であり、回収率を上げると補給水の持ち込む不純物が減るので、ボイラ水の濃縮が緩やかになりブロー量は減らせる。「高温のドレンを給水に戻すことで、給水の加熱に必要な燃料を減らすことができる」は適切。ドレンの保有する顕熱を回収でき、給水加熱の燃料を節約できる。「水処理済みの水を再利用できるため、補給水量と水処理薬品の使用量を減らせる」は適切。処理済みの水を再利用するため補給水と薬品が減る。「圧力の高いドレンを減圧して生じるフラッシュ蒸気を、低圧蒸気として再利用できる」は適切。高圧ドレンの減圧で発生するフラッシュ蒸気は、低圧蒸気として利用できる。

正解：b. 83 %

正解は「83 %」。総合効率は、有効に利用できた電力と熱の合計を投入熱量で割って求める。(380＋450)÷1,000＝0.83、すなわち83％である。「38 %」は誤り。380÷1,000で、発電効率だけの値である。「45 %」は誤り。450÷1,000で、熱回収効率だけの値である。「118 %」は誤り。450÷380≒1.18で、熱出力と電気出力の比（熱電比）であり、効率ではない。

正解：d. 430 kW

正解は「430 kW」。向流では両端の温度差が、高温流体の入口と低温流体の出口で150−70＝80 K、高温流体の出口と低温流体の入口で60−40＝20 Kとなる。対数平均温度差は(80−20)÷ln(80/20)＝60÷1.39≒43.2 Kなので、Q＝0.40×25×43.2≒432、約430 kWである。「200 kW」は誤り。小さい方の温度差20 Kを用いた値である。「500 kW」は誤り。算術平均50 Kを用いた値で、対数平均より大きくなる。「800 kW」は誤り。大きい方の温度差80 Kを用いた値である。

正解：a. 密閉した管内の作動液が高温部で蒸発し、低温部で凝縮することで潜熱を運ぶ

正解は「密閉した管内の作動液が高温部で蒸発し、低温部で凝縮することで潜熱を運ぶ」。ヒートパイプは真空にした密閉管に少量の作動液を封入したもので、高温部で作動液が蒸発して蒸気が低温部へ移り、そこで凝縮して潜熱を放出し、液は毛細管力や重力で高温部へ戻る。外部動力なしに熱を運べ、廃熱回収に利用される。「管内の作動液をポンプで循環させ、顕熱の形だけで熱を高温部から低温部へ運ぶ」は誤り。ポンプは使わず、運ぶのも顕熱ではなく主に潜熱である。「管内を満たした固体の金属芯の熱伝導だけで高温部から低温部へ熱を運ぶ」は誤り。金属芯の熱伝導だけではなく、作動液の相変化を利用する。「管内の空気を送風機で強制的に循環させ、対流によって熱を運ぶ」は誤り。送風機で空気を循環させる構造ではない。

正解：c. 4.5

正解は「4.5」。熱損失を無視すると、凝縮器の放熱量は蒸発器の吸熱量と圧縮機の仕事の和で、21＋6＝27 kWである。加熱COPは放熱量を動力で割るので、27÷6＝4.5となる。「3.5」は誤り。21÷6＝3.5は冷凍COP（冷房側の成績係数）で、加熱COPとは1だけ差がある。「1.3」は誤り。27÷21≒1.3で、放熱量と吸熱量の比であり、COPの定義とは異なる。「0.22」は誤り。6÷27≒0.22で、分母と分子を逆にした値である。

正解：b. 冷媒に水、吸収液に臭化リチウム水溶液を用い、再生器の加熱で吸収液から冷媒蒸気を分離する

正解は「冷媒に水、吸収液に臭化リチウム水溶液を用い、再生器の加熱で吸収液から冷媒蒸気を分離する」。臭化リチウム吸収冷凍機は、冷媒が水、吸収液が臭化リチウム水溶液で、蒸発器で冷媒水が蒸発するときの気化熱で冷水をつくる。薄まった吸収液は再生器で蒸気や温水、燃焼熱などにより加熱され、冷媒蒸気が分離されて濃縮される。「冷媒に臭化リチウム、吸収液に水を用い、加熱によって水を蒸発させて冷却する」は誤り。冷媒と吸収液の組み合わせが逆である。「冷媒蒸気を電動の圧縮機で昇圧し、吸収器で吸収液に溶かして凝縮させる」は誤り。電動の圧縮機で冷媒蒸気を昇圧するのは圧縮式冷凍機で、吸収式は吸収液と再生器が圧縮機の役割を果たす。「蒸発器内を大気圧より高い圧力に保ち、冷媒水を高温で蒸発させて冷水をつくる」は誤り。蒸発器内は高真空に保たれ、水が低温で蒸発する。

正解：d. 14 kW

正解は「14 kW」。各層の熱抵抗は、耐火れんが0.24÷1.2＝0.20、断熱れんが0.16÷0.16＝1.0（いずれも m²·K/W）で、直列なので合計1.2となる。熱流束は(900−60)÷1.2＝700 W/m²、20 m²では14,000 W＝14 kWである。「17 kW」は誤り。断熱れんがの抵抗1.0だけで計算した値（840 W/m²）である。「84 kW」は誤り。耐火れんがの抵抗0.20だけで計算した値（4,200 W/m²）である。「101 kW」は誤り。2層を並列と見て抵抗を合成した値で、直列の壁には使えない。

正解：c. 材料の表面が水分でぬれており、乾燥速度は一定で、材料温度は熱風の湿球温度に近い

正解は「材料の表面が水分でぬれており、乾燥速度は一定で、材料温度は熱風の湿球温度に近い」。恒率乾燥期間では、材料表面が水分でぬれていて、与えた熱がほぼ水分の蒸発に使われるため、乾燥速度が一定になり、材料温度は熱風の湿球温度に近い値で保たれる。「乾燥速度が時間とともに次第に低下し、材料温度は熱風の乾球温度に近づく」は誤り。速度が低下し材料温度が上昇するのは減率乾燥期間である。「材料内部の水分の移動が乾燥の速度を決め、材料の表面はすでに乾いた状態になっている」は誤り。内部の水分移動が速度を決めるのも減率乾燥期間の特徴である。「材料の含水率が平衡含水率に達しており、乾燥速度はほぼ零になっている」は誤り。平衡含水率に達して速度が零に近づくのは乾燥の終点で、恒率期間ではない。