解説 - 問題 3

廃熱回収計画を立案する上で、回収熱の効率的利用を図るためには、回収媒体への熱交換における【7】エクセルギーの損失を極力少なくすることが求められます。

この問題は、熱力学における重要な概念である「エクセルギー」に関する知識を問うものです。廃熱回収計画において、単に熱量（エンタルピー）を回収するだけでなく、その回収した熱をいかに有効に利用できるかという「質」の視点が重要となります。

• 正解：【イ】エクセルギー

  エクセルギー（Exergy）とは、「利用可能エネルギー」や「有効エネルギー」とも呼ばれ、熱力学第二法則に基づいて、あるエネルギー源（熱、物質など）が周囲の環境（基準状態）と熱的・力学的に平衡に達するまでに、外部に取り出しうる最大の仕事量を指します。言い換えれば、エネルギーの「質」を表す指標です。
  廃熱回収計画においては、単に廃熱が持つ熱量（エンタルピー）を回収するだけでなく、その熱をどれだけ有効に利用できるか、つまり仕事に変換できるか、あるいはより高温の熱として利用できるかという観点から、エクセルギーの損失を評価することが非常に重要です。熱交換器などでの熱交換プロセスでは、不可逆性（例：熱伝達における温度差）が生じるほどエクセルギーが損失され、エネルギーの質が低下します。したがって、回収媒体への熱交換においてエクセルギーの損失を極力少なくすることは、回収した熱の利用価値を最大化し、効率的な廃熱利用を実現するために不可欠な目標となります。

• 誤答：【ア】アネルギー

  アネルギー（Anergy）とは、エクセルギーの対義語で、「利用不可能エネルギー」や「無効エネルギー」とも呼ばれます。これは、あるエネルギー源が周囲の環境と平衡に達した際に、もはや仕事として取り出すことができなくなったエネルギーの部分を指します。エネルギーの総量（エンタルピー）は、エクセルギーとアネルギーの和として表されます。
  廃熱回収の目的は、利用可能なエネルギー（エクセルギー）を増やすことであり、アネルギー自体を「損失」として減らすという表現は適切ではありません。アネルギーが多いということは、エクセルギーが少ないことを意味するため、エクセルギー損失を減らすことが結果的にアネルギーの増加を抑制することに繋がりますが、「アネルギーの損失を少なくする」という直接的な表現は誤りです。

• 誤答：【ウ】エントロピー

  エントロピー（Entropy）とは、系の乱雑さや無秩序さの度合いを示す熱力学的な状態量です。熱力学第二法則によれば、孤立系における不可逆変化ではエントロピーは必ず増大します（エントロピー増大の法則）。エントロピーの増大は、エネルギーの質が劣化し、エクセルギーが損失することを意味します。
  エントロピーは「損失」として直接回収を目標とするものではありません。エントロピーの増大を抑制することによって、エクセルギーの損失を少なくすることができます。しかし、「熱交換におけるエントロピーの損失」という表現は一般的ではなく、より直接的にエネルギーの利用価値の低下を示す「エクセルギーの損失」がこの文脈では適切です。

以上の理由から、廃熱回収計画における効率的利用のためには、回収媒体への熱交換におけるエクセルギーの損失を極力少なくすることが求められます。