課目IV 熱利用設備及びその管理試験時間　１４：００～１５：５０（１１０分）問題11, 12必須必須問題13,14計測及び制御ボイラ、蒸気輸送・貯蔵装置、蒸気原動機・内燃機関・ガスタービン
次の問題15から問題18までは、 4問題中2問題を選択して解答すること。

I全般的な注意
1．試験開始の指示があるまで、この問題冊子の中を見ないこと。 2．試験中に問題の印刷不鲜明、冊子のページの落丁・乱丁などに気付いた場合は、係の者に知らせること。 3．問題の解答は答案用紙（マークシート）に記入すること。 4．答案用紙の記入に当たっては、答案用紙に記載の「記入上の注意」に従うこと。「記入上の注意」に従わない場合には採点されない。該当欄以外にはマークや記入をしないこと。 5．問題冊子の余白部分は計算用紙などに適宜利用してよい。 6．試験終了後、問題冊子は持ち帰ること。解答上の注意は、裏表紙に記載してあるので、この問題冊子全体を裏返して必ず読むこと。指示があるまで、この問題冊子の中を見てはいけません。問題の内容に関する質問にはお答えできません。 (計測及び制御)問題11次の各文章の|   1 15 }それぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。 (配点計50点) (1)測定器を用いてある物理量を測定するとき、測定値と真の値との間に誤差を生じる。誤差の原因としては、測定の原理・方法、測定装置、測定条件や環境、測定者によるものがある。これらの誤差はいくつかの種類に分類される。このうち、「測定結果に偏りを与える原因により生ずる誤差」は「「１　」誤差である。「突き止められない原因によって起こり、測定値のばらつきとなって現れる誤差」は「「２ 」誤差である。誤差があらかじめ推定できる場合は、補正するなどして誤差の原因をできるだけ取り除いた上で測定を精密に行い、十分な回数の測定を行った上でその平均値をとることなどで、真の値の推定値の精度を高めることができる。測定回数が十分であれば、これらの誤差によって測定値は図のように分布することになる。この分布は統計学において[ __ 3 __分布と呼ばれている。
RE (2) 熱電対を用いて温度を測定する際には、次のような誤差となる要因について十分に注意を払う必要がある。 l）炉内温度や配管内の流体温度などを測定する場合、装置や配管などへの熱電対の挿入長さが短いと、熱電対の測温接点の温度は保護管が接する壁や外界との熱伝導の影響を受けて、測定対象の温度に対して誤差を生ずる。誤差を少なくするためには、配管に挿入する場合は曲がり部分を利用するなど、一般に、金属の保護管では保護管外径の15 ～ 20倍の長さを挿入するとよい。一方、非金属の保護管では、誤差が同程度となる場合の挿入長さは、金属の保護管と比べて4    。 2) 熱電対を用いて物体の表面温度を測る場合には、測定対象に測温接点を確実に接触させることや、熱電対によって測定対象の温度が変わってしまうようなことがないように十分注意して測温接点を取り付けることが、誤差を少なくすることにつながる。測定対象の温度は、熱電対を通して外界などとの熱の授受が生じることにより変化し、一般に、測定対象の熱容量や熱伝導率が     5     ほど、熱電対の熱容量や熱伝導率が     6      ほど測定対象の温度に影響を与えやすい。物体の表面温度が一様な場合に、より正確な表面温度を測定するには、できるだけ細い熱電対を用いて熱電対を測定対象の表面に勾配を小さくすることなどが有効である。
問題11の(3)及び(4)は次の3頁及び4頁にある(3) 流れの中の物体の下流側に発生した渦から、流体の流量を計測する流量計を渦流量計という。 l）流れの中に柱状の物体を置くと、ある流速の範囲ではこの物体の下流側には発生し、この渦はカルマン渦と呼ばれる。カルマン渦の発生周波数は、流れの中にある振動現象の周波数に関する無次元量であるストローハル数と関係があり、ストローハル数Stは、渦発生体の幾何学的寸法d 、渦発生の周波数f及び流速vを用いて次式で表される。
9渦流量計は、ストローハル数Stがレイノルズ数のある範囲において[…]ことを利用して、周波数fを測定することにより流速を求めている。
ケ　レイノルズ数に反比例する2）渦流量計の特徴としては次のような点が挙げられる。 ①構造が簡単で安価である。 ②可動部が無く保守が容易である。 ③差圧式流量計と比較すると圧力損失は[ ④レイノルズ数が過小な場合は渦が発生しないか又は不安定になる。
ア　小さい
(4)圧力計には液柱式圧力計やプルドン管圧力計など種々の方式がある。 l）両端が開放されたU字形の管に液体を入れ、一端に圧力を加えると、管内の液体は押されて移動し、二液面間の液位差と加えた圧力がパランスしたところで停止する。この原理を利用して液位差から圧力を求めるのが液柱式圧力計である。管の端１に圧力ｐを加え、端２を大気に開放したとき、液位差が示す圧力の測定値は     12と呼ばれる。標準気圧の大気中で管の端１側の液面が端２側の液面よりも低くなり、液位差が示す圧力の値が0.01 MPaと読み取れる場合、圧力pは絶対圧で[      13      [MPa]である。
2）配管などの圧力測定に用いられているプルドン管は、  14楕円型などの篇平な断面を持つ管の一端を閉じ、Ｃ字形・渦巻き形・つる巻き形などの形に巻き、他端から圧力を加えると、巻かれた管はほどける方向に動く。プルドン管圧力計はこのことを利用しており、閉じた先端の変位量はほぼ15 すする。ブルドン管圧力計は構造が簡単で比較的安価で製作でき、管の材料・寸法を選べば非常に広い範囲の測定が可能である。また、測定に当たって外部からのエネルギーは必要としない。
キ　圧力の平方根に反比例(計測及び制御)問題12  次の各文章の[    1  ] ～ [ 18解答群から選び、その記号を答えよ。なお、　１　　及び　　１３　は3箇所、　　３　　、 4及び|図は水管ボイラの制御系を示したものである。水管ボイラは、燃焼熱を発生する火炉と水管群やドラムのポイラ本体から構成されている。ポイラは燃焼、伝熱、圧力及び温度などの変化が同時並行し、関連しながら蒸気を発生するため、多変数制御系とみることができる。その主な制御としては、蒸気需要の変動により変化するドラム圧力を一定に保つ「圧力制御」とドラム液面を維持する「液面制御」がある。 l）ドラム圧力制御では、火炉の燃焼量を増減することによりドラム圧力を一定としている。具体的には、ドラム圧力調節計の出力により燃料流量調節計の設定値を与えている。このような調節計の階層構造を3    調節計と呼ぶ。また、「　１　」を採用することにより、燃料系の供給圧の変動といった外乱をで吸収することにより、それがドラム圧力の変動に及ぶことを防止できる。 2)燃焼においては、燃焼用空気を過大に供給すると排ガス量が増え、排ガスの持ち出す熱損失が増大する。そこで適正な空気比になるように、「４ 」を適用することにより燃焼用空気量を調節している。こういった|　１　|や|　４　|は一般に、目標値が時間とともに変化する|　５　|の中のーつである。
3)　燃焼用空気は、プロワにより送気される。その流量を制御するのに、一般にはプロワので調整することが多いが、この図の例ではプロワ動力の低減を図るため、広範な流量で6低減効果が最も優れるとされるプロワの回転速度制御による流量調整方式が適用されている。電動ブロワの回転速度制御には
問題12の4)及び5)は次の7頁及び8頁にある
4）水管ポイラのようにドラムで保持するポイラ水の容量が小さい場合、蒸気負荷が急激に増えたときに、ドラム圧力が下がり、その結果、ポイラ水中の気泡が増え、一時的にドラム水位が上がり、その後下降する[ _絞ってしまうと、その後の水位の下降に追従できずドラム水位が大きく乱れる。その対策として、給水流量と[ __ 9 __ ]流量の差分と、ドラム水位設定値とドラム水位計測値の差分の二つの偏差を小さくするように給水流量を制御する
I一次遅れ
5）ドラム圧力制御やドラム液面制御等のフィードバック制御の調節計には、一般にPIDアルゴリズムが適用される。 i）PID制御のP動作とはP動作の調整パラメータPB（%表示）は│    12  │と呼ばれる。制御アルゴリズムとしてP動作だけを使用した場合に、目標値と制御量の最終値に差が残ることがある。これをという。
iii）一方、制御量が変化したときに、その変化速度に比例した出力を出すのが|    16    |動作であり、その調整パラメータT』は    17   と呼ばれる。

 
 iv）PID動作のラプラス変換表示は、これらの調整パラメータを使用して[ _ 18 ]と表示される。
[1932] (ボイラ、蒸気輸送・貯蔵装置、蒸気原動機・内燃機関・ガスタービン)問題13  次の各文章のそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、 １　　及び［　２　］は２箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。また、［Ａ］a.b］～［Ｃ］a.b］に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。 (配点計50点) (1)ボイラの形状を主とした分類とその特徴について考える。 1)ボイラは、本体の構造形式により、大きくは次の①～③に分類される。 ①本体が径の大きな円筒形の胴からなる     1 ②径の小さな多数の水管によりボイラを構成する水管ボイラ③排熱を回収して熱源としたり、特殊燃料を用いたりする特殊ポイラ2)した構造のボイラである。このポイラの長所としては、次の①〜③が挙げられる。 ①多数の[ __ 2 __ ]を用いることで、多くの伝熱面積を確保でき、高い熱効率が得られる。 ②構造が簡単であり、取扱いも容易である。 ③ボイラ内に多くの飽和水を保持していることから、蒸気要求量が多少急増しても、 3の低下が小さい。一方、短所としては、ボイラ内の保有水量が多いため、    4
ドラフト
工　蒸発管
カ　蒸気圧力キ　循環ポイラケ　丸ボイラコ　ポイラ水の濃縮比が大きく水質管理が厳しいサ　ボイラ内の水循環性が悪く過熱損傷が多いシ　始動から所定の蒸気発生までに時間がかかるteras 3) ドラム式の水管ボイラの主な特徴については、次に示すとおりである。 ①ドラム内に炉筒はなくドラム径が小さいので、ドラム製作が容易で、ドラムの厚肉化を伴う蒸気の    5の②水管はドラムの外に配置できるため、管本数を増やすことが容易なので、   6ボイラに適する。 ③負荷変動により蒸気圧力やドラム水位が変動し易いので、これらの制御には応答の速い燃焼制御及びく5 ] ～ [ 7 ]の解答群>
ケ　大容量問題13の(1) 4)及び(2)は次の11頁及び12頁にあるseasa 4）特殊ボイラには、他の設備の排ガスからの熱回収を行う排熱回収ポイラ、特殊燃料に対応できる流動層ポイラや、水の代わりに特殊な熱媒体を使うボイラなどがある。 i ）ガスターピンと蒸気ターピンの複合サイクル発電所において、ガスターピンの排ガスから熱回収することにより蒸気を発生し、この蒸気を蒸気タービンの駆動用に供給しているため排熱回収ポイラは、複合サイクル発竜としての高効率化には不可欠である。ガス燃料を用いたガスタービンの非ガスはクリーンであるため、そのような排ガスから熱回収するポイラでは、ガス側の熱抵抗を減らしコンパクト化を図るため、伝熱管には[ __ 8 __ ]が採用されている。
ii）流動層ポイラは、燃焼室において流動媒体として、一般に[ __9 __を使用し、燃焼室底部より[_を用いて燃焼することで、固体燃料の石炭の他、植物由来のバイオマス燃料や工場における製造プロセスの副生物など、幅広い燃料に適用できる。また、環境面では、燃焼室に｜｜｜｜｜を投入することにより、炉内で脱硫ができることや、炉内温度が一般に850 ～ 900 ℃と低く維持されることから、  12   の発生が少ないのも特長である。
(2) ある工場のポイラで、過熱蒸気100t/hを発生させている。ポイラへの給水圧力は13MPa、給水温度は180℃、発生する過熱蒸気の圧力は12MPa、温度は542℃であり、そのときのボイラ効率(低発熱量基準) は90.0％であった。使用する燃料の低発熱量を41.0 MJ/kgとし、蒸気表を用いてl) ～ 4)を計算する。ただし、有効出熱は発生蒸気のみで、入熱は燃料からのみ供給されるものとする。 1）給水温度が180 ℃のときに蒸気発生に使用された燃料消費量は、 A  a.b | ×10 3 [kg/h]となる。 2)  次に、工場内の他のプロセスからの排熱利用により給水温度を16 ℃上昇させることが可能となった。ポイラ排ガス温度などの他の条件に変化はないものとすると、このときの燃料消費量は、 B   a.b   ×10³ [kg/h]となる。 3）また、このポイラから蒸気ターピンへ過熱蒸気を供給することとし、蒸気ターピンまで蒸気配管を施設した。蒸気タービン入口で、蒸気圧力の低下は無視できる程度であったが、蒸気温度は２℃低下した。蒸気麦を用いて、蒸気配管での放熱損失を計算すると、 C [ a.b ] ×10 s [kJ/h]となる。 4）給水温度を16 ℃上昇させた後のポイラ入熱に対する蒸気配管での放熱損失の割合を求めると、 13    | [%]の損失となることが分かる。
く    13    の解答群 〉ア0.18
ENER (ボイラ、蒸気輸送・貯蔵装置、蒸気原動機・内燃機関・ガスタービン)問題14 次の各文章の［ １］～ ［ １８ ］の中に入れるべき最も適切な字句又は数値をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、同じ記号が入る。 (配点計50点) (1)発電用の蒸気タービンの仕組み、性能及び運転管理について考える。 l）発電用蒸気タービンでは、負荷の変動に係らず常に所定の回転速度となるように、蒸気加減弁の開度を変えて蒸気流量を調整するシステムがあり、これを[ __ 1 __ ]という。このシステムにより回転速度を一定に制御しているが、タービンの運転中に負荷が遮断され、定格負荷から無負荷まで急に変化した場合には、蒸気加減弁が急速に絞られても回転速度は増加する。 「定格負荷から無負荷まで変化させて整定したときの回転速度変化量」の「定格回転速度」に対する比を、    2      といい、この値は通常     3
2)発電用蒸気タービンの性能を表す指標の中で、「発電電力[kW]」に対する「これを発生させるために必要な蒸気量[kg/h] 」の比で示したものを[ ￣ 4 ￣という。この比の逆数は、単位蒸気量当たりの発電電力を示し、「断熱熱落差×              × 発電機効率」で表される。 3）蒸気タービンの経年劣化の一因として、ポイラや蒸気管などからはく離した蒸気中の酸化スケールの飛来に伴う翼の[     6    ]が挙げられる。経年劣化を把握、評価して経済性及び信頼性の維持を図ることが大切である。
(2)容積形の内燃機関は、シリンダ内の燃焼ガスが膨張することによる往復動を回転運動に変換して軸動力を取り出す構造を持つものである。ここで、容積形内燃機関における熱効率改善及び構造上の課題について考える。 l）容積形内燃機関の熱効率向上に関する課題には、燃焼で生成される作動ガスのエネルギーが最も効果的に動力に変換されるような[ _ │の低減、及び往復動に伴う摩擦損失の低減などが挙げられる。その他に、排ガスの残存88をなくすような[ __ 9 __ ]の向上とともに、シリンダへの吸気充填性の向上も熱効率向上に必要である。また、容積形内燃機関の発電への応用では、排ガスや冷却水が持ち去る[    8    ]を有効活用する手段を組み込んだ、例えば     10
アコージェネレーション
2)容積形内燃機関の構造上の課題は、往復動から回転運動に変換して軸動力を取り出す必要があることから、振動等への対策が必要となることである。そのため、複数の気筒を持つエンジンで各ピストンの「」 11必要となる。また、急激な動力の変動を防ぐために、「 12 」を設けたりすることが行われる。
問題14の(3)は次の15頁にある(3)ガスタービンに関連したサイクル、主要構成及び保守管理について考える。 arsissa l）ガスタービンの理論サイクルは、  13     サイクルである。理論サイクルでは損失はないが、実際のガスタービンのサイクルでは圧縮機内部損失、    14機械損失等の影響を受ける。 2)ガスタービンと蒸気タービンを用いたコンバインドサイクル発電において、複数台のガスタービンと1台の蒸気タービンにより構成されているシステムでは、ガスタービンの台数分の蒸気が得られ、蒸気タービンの容量を大きくすることにより高負荷帯での高効率化を図ることができる。一方で、部分負荷調整やメンテナンス時の運転が難しいため|    15    |運用に適しているといえる。
エベース
3) 内部が1 500 ～ 2 000 ℃の高温となり火炎からの熱放射が大きくなる[…] 6焼損し易いため冷却に工夫が必要である。また、広い負荷範囲にわたり安定した性能を確保しながらNOx濃度も抑制する必要がある。近年特に注目されているNOx低減化手法として、局所的な高温部が生じず均一な温度分布が得られる[     17    ]があるが、燃焼の安定する負荷範囲が狭くなる恐れがあるので注意が必要である。 4)タービン翼や[…]などの高温の燃焼ガスにさらされる機器の高温部品では、運転時間の経過や起動停止の繰返しによって、クリープや「「I8」」に伴う損傷が進行する。このため、これらの機器の開放点検において必要と判断された部品は交換し、再使用可能なものは次回の点検までに補修するなどの対策が行われるが、これら高温部品の寿命消费の評価・管理が重要となっている。
as sizes
選択問題
次の問題15から問題18までは、４問題中2問題を選択して解答すること。問題15  熱交換器・熱回収装置問題16  冷凍・空気調和設備問題17  工業炉、熱設備材料問題18  蒸留・蒸発・濃縮装置、乾燥装置、乾留・ガス化装置(熱交換器・熱回収装置－選択問題) s were問題15 次の各文章の １ １ １２ ）の中に入れるべき最も適切な字句又は記述をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、記号が入る。 lまた、 A | ab.c | ～ | C | a.b |に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。 (配点計40点) (1)熱交換器とは、高温の流体と低温の流体の二つの流体間で熱の授受を行う装置である。 l）熱交換器は、伝熱操作の方法により大きく隔壁式熱交換器と直接接触式熱交換器に分けられる。 i ）隔壁式熱交換器は、熱交換する高温の流体と低温の流体が壁で仕切られているタイプの熱交換器で、熱交換する二つの流体の流動方向によって形式が分けられている。そのうち、両流体が同じ方向に流動するものを2 │形という。 １ │形では、両流体が相変化しない場合、両流体の温度差が熱交換器の入口から出口に向かって徐々に[相変化しない場合、低温側流体の出口温度を高温側流体の出口温度に対して|    4    |である。


サ 同程度とすることが上限シ　高くすることは不可能ii）直接接触式熱交換器は、二つの流体があって、一方の流体を他方の流体中に噴霧したり開放したりすることで、両流体を直接接触させて熱交換する熱交換器である。直接接触式熱交換器の例としては、
ウ　開放型冷却塔2)熱交換器の交換熱量について考える。熱交換部の熱通過率が一定の条件では、交換熱量（単位時間当たりの伝熱量）Ｑは次式で表される。 Q = （熱通過率）× （二重管式の熱交換器において、「高温側流体と低温側流体との温度差」の温度差とは、 7温度差のことである。
問題15の(2)及び(3)は次の19頁及び20頁にある(2) 熱回収とは、排熱源であるガス、液体、固体から熱交換によって熱媒体に熱を移動させて、それを利用することである。 l）加熱炉などの燃焼排ガスからの熱回収によって、燃焼用の空気を予熱するための熱交換器は|と呼ばれ、プレート式、多管式やヒートパイプ式などがある。 aヒートパイプ式は、密閉容器内に作動流体が封入されていて、作動流体が容器内の一端で熱を受けて蒸発し、他端で放熱して凝縮する、この操作で熱を伝える熱交換器で、凝縮した作動流体を｜　9  ｜で外部動力なしに蒸発側に戻すために、容器の内壁に沿ってその通路となる｜が装着されているのが特徴である。 10
2) 排熱源が焼結鉱などの粒塊状の固体である場合の熱回収の例として、焼結排熱回収設備が挙げられる。この装置では、焼成後の高温の焼結鉱の「「11」に空気を吹き込んで焼結鉱を冷却するが、その昇温された空気を集めてポイラに送り、蒸気を発生させるものである。 3)スラリーやスラッジなどからの熱回収では、伝熱面に固形物が固着しないように[ _ 12 _ ]などを設けている場合がある。
(3)二重管式熱交換器において、高温側の流体として比熱4 kJ/(kg·K)の温排水が、質量流量10 kg/min、入口温度90 ℃で流入している。この温排水の熱を回収して温度が20 ℃の水を温める排熱回収事例について考える。なお、低温側の流体である水は、比熱4 kJ/(kg K) 、質量流量10 kg/minでこの熱交換器に流入している。ここで、両流体共にこの熱交換の温度範囲では相変化がなく、外部への熱損失はないものとする。 l）高温側流体である温排水の温度効率を45 %以上に維持するためには、温排水の出口温度をA │ ab.c │ [℃]以下となるように管理すればよい。 2)  このとき、すなわち高温側流体である温排水の温度効率が45％のとき、低温側流体である水への伝熱量は、「B」ab.c 」[kW]である。 3) この排熱回収の熱交換器を年間1 500時間稼動させた場合、省エネルギー量は原油換算でC [ a.b ] [kL]である。ただし、原油換算係数は、0.0258 kL/GJとする。また、1 GJは1×10 9 Jである。 (冷凍・空気調和設備一選択問題)問題16次の各文章の[ __ 1 __ ～ __ 19 __の中に入れるべき最も適切な字句又は数値をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、一つの解答群から同じ記号を２回以上使用してもよい。 (配点計40点) (1)空気調和設備における省エネルギー対策に関する記述のうち、下線部の正誤について考える。 l）熱源設備の運転管理における省エネルギーに関する次の① ～ ③の記述のうち、下線部の記述が適正であるのは[ _ 1 _ ]である。 ①冷水の定流量運転時に冷熱需要の減少に応じて、冷熱源の冷水入口温度を変えずに、出口温度を高くするように制御すれば、熱源の成績係数は向上する。 ②冷熱源への冷却水入口温度の制御を、期間ごとに変動させる方法から、定格条件で年間一定とする方法に変更すれば、熱源の期間成績係数は向上する。 ③通風を妨げない程度の室外機への日よけの設置や室外機本体への散水は、一般に空冷式冷熱源の成績係数を向上させる効果がある。 2）熱搬送設備の運転管理における省エネルギーに関する次の①～③の記述のうち、下線部の記述が適正であるのは①空調負荷変動が大きいビルで、一般に冷温水ポンプの搬送動力を抑えるためには、ポンプのインバー夕制御や台数制御などは効果的な方法とされている。 ②ポンプの搬送動力は、同じ搬送熱量では往き還りの温度差が大きいほど小さくなる。 ③熱搬送系の配管方式は、一般に密閉式よりも開放式の方がポンプの搬送動力は小さくなる。 3)空調の運転管理における省エネルギーに関する次の①～③の記述のうち、下線部の記述が適正であるのは     3     である。 ①室内温度及び湿度は、年間一定に保つのが省エネルギーの点では最善である。 ②外気の比エンタルピーが室内設定値より高く、在室者がいない場合、冷房のウォーミングアップ時の省エネルギー対策の一つとして、空調機の外気カット運転が挙げられる。 ③空調のスケジュール運転は、使用時間が決まっている部屋において、切り忘れなどによる無駄な空調エネルギー消費を低減するのに効果的である。 4）冷房時の空調における省エネルギーに関する次の①～③の記述のうち、下線部の記述が適正であるのは①フリークーリングは、外気温度が高いほど利用可能熱量が多くなる。 ②日射負荷の低減には、窓ガラスへの遮光フィルムの貼付や窓に設置したプラインドの活用などが効果的である。 ③ナイトパージは、特に熱帯夜の省エネルギー対策として効果的である。 5)空調用機器やシステムの導入における省エネルギーに関する次の①～ ③の記述のうち、下線部の記述が適正であるのは    5        である。 ①空調機の送風量を負荷に応じて可変にする場合、最も送風機動力が少ない制御方法は吐出ダンパ制御である。 ②在室者に応じて外気導入量を自動制御する場合は、酸素濃度センサを用いることが多い。 ③広いスペースの中の限定された作業エリアで作業者の環境確保のために空調する場合、一般に局所空調方式の方が全域空調方式より空調の使用エネルギーが低減する。
] ～ [ 5 ]の解答群>
問題16の(2)及び(3)は次の23頁～ 25頁にあるl）空調プロセスを空気線図上で表すには、室内温温度条件のR点と外気温温度条件のO点を定め、この２点を線図上にプロットすることから始まる。図１、図２共に室内からの還気すなわちR点と、換気の目的で取り入れる外気すなわちO点とを用いてられている。く[ _ 6 _ ]の解答群 〉
2)図１と図２の違いは加湿方式の違いによるものであり、図１は   ７　加湿、図２は    ８加湿の場合を示している。
3)  ここで、室内への送風量を1000m³/h、空気の密度を1.2kg/m³とすると、蒸気加湿を行う場合の図の加熱コイル負荷は、
問題16の(3)は次の25頁にある(3)図３は、熱源設備の冷凍サイクルにおける冷媒の状態変化をP- l線図に示したものである。 h 1)図３の点は比エンタルピーであり、その値は冷媒の保有している[   10  ]を示している。図の冷凍サイクルをヒートポンプとして用いることにより、サイクル内で熱を｜部に移動させ、暖房に用いることができる。これは冷凍サイクルの上では、蒸発温度を12 13 ┃部より低く、疑縮温度をから熱を奪い、
H加温
全顕熱量と全潜熱量の合計ク単位質量当たりの顕熱量コ　単位質量当たりの顕熱量と潜熱量の合計ケ　単位質量当たりの潜熱量2)図３に示す冷凍サイクルには、主に低温で蒸発する性質を持つ冷媒が用いられ、液→ガス→液というように循環利用される。現在、主に使用されている冷媒は、フロン系の代替冷媒での値が零という特長を持つ[ 18 ]である。ただし、この冷媒は[ 19 ]の値が17大きく、地球環境上は万全ではないため、新しい代替冷媒の実用化が急がれている。
(工業炉、熱設備材料－選択問題)問題17　次の各文章のの解答群から選び、その記号を答えよ。また、【Ａ】ab.c 】及び［Ｂ］ab.c ］に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の一つ下の位で四捨五入すること。（配点計40点） (1)工業炉は熱源で分類すると燃焼炉と電気炉に分けられる。 l）燃焼炉は、直接加熱方式と間接加熱方式に分類される。直接加熱方式は、火炎及び生成ガスからの放射や間接加熱方式は燃焼室と加熱室が隔壁で隔てられており、加熱室の雰囲気を調節することができるので、
2)  竜気炉は、燃焼炉では大きな損失源となる     4が容易であり急速加熱が可能である。さらに、雰囲気加熱に適した構造にしやすく、 5鋼材の熱処理などに用いられる炉で、酸化や脱炭などを起こさず光輝性のある仕上がりが期待できる一般的に電気抵抗を用いた間接加熱方式では、炉を構成している断熱材の電気抵抗は温度上昇とともに低下するので、高温域での〈￣4コ～ [￣7コの解答群〉
問題17の(2)及び(3)は次の27頁～ 29頁にある(2)　リジェネレイティブバーナは、高性能工業炉を実現する大きな要素である。図は、その蓄熱体の高温端部の温度の時間的履歴である。 l) このバーナの特徴は、図に示すように蓄熱過程と放熱過程がa |て、蓄熱過程で排ガス顕熱を回収して、放熱過程で燃焼用空気を加熱することにより、高い効率で燃焼用空気を高温予熱できることである。ここで、図の最高温度T,は排ガス温度に等しく、かつ予熱後の空気の平均温度は放熱過程での平均温度T eに等しい、すなわち排ガス温度がT e 、予熱後の空気の平均温度がT eであるものとして、回収熱量等について解析してみることとする。
8     の解答群 〉
交互に繰り返され
ウ　不規則に現れ2)低温側流体としての燃焼用空気の入口温度はを20 ℃、予熱後の燃焼用空気の平均温度T 。を1060 ℃、燃焼用空気量V aを11.0 m³ N/minとし、高温側流体としての燃焼排ガス温度T aを1150 ℃、燃焼排ガス量V pを12.0 m³ ν /minとしたときの、蓄熱体を介した熱交換について考える。ここで、排ガスの平均定圧比熱c ρ rを1.55kJ/(m³ν·K )、空気の平均定圧比熱c ρ rを1.42kJ/(m³ν·K)とし、それぞれ温度によらず一定とする。このとき、低温側空気の予熱後の出口温度をT 。とみなし、高温側排ガスの入口温度をT 。とみなせば、空気側の温度効率[%]は、式[    9    ]で計算され、その値は[ A ] ab.c ] [%]となる。また、非ガス顕熱のうち空気予熱で回収された割合[%]は、式[ B ] ab.c ] [%]となる。
問題17の(3)は次の29頁にあるl）不定形耐火物炉壁は、 11一体構造としての特徴を持っている。代表的な不定形耐火物炉壁であるキャスタプル炉壁の施工方法としては、流し込み施工が採用されているが、この場合、炉壁の厚みが比較的    12    、流し込みが困難な場合や、流し込み用     13    を造れない場合には、「 14 」施工や吹付け施工が採用される。
2)不定形耐火物炉壁のキャスタプル炉壁は、レンガ積み構造では必要となる[    15    ]はあまり必要としないが、壁厚が厚く面積の広い炉の場合は、1 ～ 2 m間隔に設ける。また、補強用に耐熱鋼製のアンカスタッドやYスタッドが用いられる。一方、不定形耐火物炉壁のプラスチック炉壁は、高温用として使われることが多いので、補強用として[ __ 16 __ ]を用いることが多い。その配置や間隔は壁厚、その他の条件によって決められる。
(空　白） . - . (蒸留・蒸発・濃縮装置、乾燥装置、乾留・ガス化装置－選択問題)問題18次の各文章の[ _ 1 _ ] ～ _ 17 _ ]の中に入れるべき最も適切な字句又は記述をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、記号が入る。 (配点計40点) (1) 蒸発操作の基本事項、その方法及び効率的運用について考える。 l）蒸発には、溶液の温度が沸点以下のとき、その液面に見られる液の内面から蒸気が発生する条件や操作の能率などから、適当な条件が選ばれる。
2）落質と溶媒からなる水溶液の沸点は、圧力と溶質の濃度に依存する。同一圧力下において、水酸化ナトリウム10％水溶液と水酸化ナトリウム30％水溶液の沸点を比較したとき、水酸化ナトリウム10％水溶液の沸点は     3 〈 [͡3 ]の解答群〉 R 30%水溶液の沸点より低いイ　30％水溶液の沸点より高いウ30%水溶液の沸点と同じである3) 蒸発缶を用いた蒸発操作では、加熱に要した熱量に見合う量の蒸気が缶内で発生するので、これを再利用することにより、エネルギー消費量を削減することができる。例えば、「　4　」法では、一度発生した蒸気をターポ圧縮機又はエゼクタにより断熱圧縮して、発生蒸気の|　５　|を上昇させ、液の加熱用蒸気として再利用する。また、、として利用する。さらに第３缶、第４缶と順次作用させ熱の再利用を図っている。 < [ 4 ] ～ [ 7 ]の解答群>
(2)　熱風乾燥装置は比較的多量のエネルギーを消費する装置である。乾燥装置の熱損失及びその省エネルギー対策について考える。 l）乾燥装置において熱損失となる主なものには、乾燥用空気が排気されるときに持ち出す、乾燥装置本体からの伝導、対流、放射による熱損失、乾燥装置の間隙などからの熱風のa ）による熱損失等がある。 9 2）同じ乾燥製品の乾燥結果を得ながら、乾燥用空気が排気されるときに持ち出す減らす方法としては、熱風を循環させる方法の他に、可能な範囲で熱風の量を減らす方法、及び熱風の「「10」」を下げる方法がある。熱風の量を減らすと、熱風の「「11」」が「「12」」ことになり、乾燥速度が低下する。また、熱風の
問題18の(3)は次の33頁にある(3)　石炭及び石油系の原料を用いて合成ガス、水茶などのガス生成物を得る操作をガス化と呼んでいる。ガス化における基本的な反応は、熱分解、水蒸化分解、水蒸気改質及び部分酸化であり、これらの反応が同時あるいは継続的に反応器内で起こる。 l）石炭の乾留によりコークス炉ガスを生成させるように、原油、重油を高温で加熱し低分子の炭化水素ガスを得る反応を「「13 」という。この反応で得られる炭化水素ガスは「「14 」系炭化水素の含有量が多くなる。 2)比較的分子量の大きい炭化水茶を[    15       下で水茶と接触させ、低分子の水茶とする反応を水茶化分解という。 3）炭化水茶を完全燃焼より少ない酸茶量で反応させると、発熱を伴って二酸化炭素や水蒸気が生成される。次いで、この熱を利用し生成した二酸化炭茶や水蒸気を、残りの炭化水蒸と反応させ、一酸化炭素や水素を得る。この一連の反応を     17       という。く□ 13 □ ～ □ 17 □の解答群＞
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II解答上の注意
1．問題の解答は、該当欄にマークすること。 2. 1 |、|___2__|などは、解答群の字句、数値、式、図などから当てはまる記号「ア、イ、ウ、エ、オ・・・」を選択し、該当欄のその記号を塗りつぶすこと。 3. 【Ａ】a.bc 】、 Ｂ 【 a.bc×10 8 】などは、計算結果などの数値を解答する設間である。a,b,c,dなどのアルファベットごとに該当する数字「0,0,0,0,0,0,0,0,0,0」（ただし、aは0以外とする）を塗りつぶすこと。また、計算を伴う解答の場合は次の(1) ～ (3)によること。 (1)解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。このとき、解答すべき教値の計算過程においても、すべて最小位よりも一つ下の位まで計算し、最後に四捨五入すること。 (2)既に解答した数値を用いて次の問題以降の計算を行う場合も、必要に応じて四捨五入後の数値ではなく、四捨五入前の数値を用いて計算することなど、(1)の計算条件を満足すること。 (3)問題文中で与えられる数値は、記載してある位以降は「 0」として扱い、「解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。」を満足しているものとする。例えば、2.1 kgの2.1は、2.100 …と考える。特に円周率などの場合、実際はπ= 3.1415…であるが、π＝3.14で与えられた場合は、3.1400…として計算すること。 「解答例１」 ｢解答例２｣