問題 15

次の各文章の【1】～【9】の中に入れるべき最も適切な字句をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。 また、【A】～【D】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) 蒸気を用いる熱利用設備から発生するドレンからの熱回収について考える。 1) 一般に、蒸気使用設備で加熱に利用される熱量は蒸気の持つ全熱量のうちの凝縮潜熱だけであることが多い。蒸気使用設備で発生したドレンは、設備の性能維持のために【 1 】により使用設備内から排出され、その温度は使用圧力に対する飽和温度であり、大きな熱量を持っている。例えば、圧力がおおよそ0.2～1 MPaの範囲では、蒸気の発生に用いられた全熱量に対して20～30%程度もある。 2) ドレンは、使用圧力より低い圧力下に排出された瞬間にその一部がフラッシュ蒸気となる。ここで、ドレン量wより生じるフラッシュ蒸気量fは、フラッシュ前の圧力に対応する飽和水の比エンタルピーを$h_1$、フラッシュ後の圧力に対応する飽和水の比エンタルピーを$h_2$、フラッシュ後の圧力における飽和水の単位質量当たりの蒸発潜熱をrとすると、次式で表される。 $f=w \times$【 2 】 排出後のドレンは、回収配管内でフラッシュ蒸気と飽和水の気液二相流となり、圧力損失は飽和水の単相流の場合と比べて【 3 】なるため、ドレンが排出できなくなるなどのトラブルが起きることがある。したがって、ドレン回収配管の口径は、気液二相流になることを考慮して決める必要がある。

(2) 伝熱面の汚れ等による熱交換器の性能評価と伝熱面の保守について考える。 1) 隔壁式の熱交換器は、継続的に使用することによって汚れ等に起因して伝熱性能が低下する。これは、隔壁材料の熱伝導率と比べて伝熱面に付着した汚れや生成されたスケールなどの熱伝導率が著しく小さいためである。 スケールの熱伝導率を$\lambda$、厚さを$\delta$とすると、このような汚れによる伝熱面の熱抵抗の度合を表す汚れ係数Rは次式で定義される。 R = 【 4 】 ここで、汚れ係数Rの単位は【 5 】である。

2) 熱交換器の伝熱面への汚れの付着の進行度は流体の種類、流速や流路形状、伝熱面の条件、時間の経過などにより変わる。汚れの付着量が増えると、熱通過率は小さくなる。そのため、熱交換器の伝熱性能を改善する方法として、【 6 】などによる化学洗浄やスポンジボールの循環による洗浄などが行われる。

(3) ある熱交換器において、比熱が2.5 kJ/(kg·K)の高温流体が、入口温度$T_{h1}$ 200℃、流量30 kg/minで流入しており、比熱が4 kJ/(kg·K)の低温流体が、入口温度$T_{c1}$ 20℃、流量180 kg/minで流入して熱交換している。このとき、低温流体の出口温度$T_{c2}$を測定したところ35℃であった。ただし、熱交換器の外部への熱損失は無視できるものとする。 1) この熱交換による交換熱量は[kW]である。 2) 高温流体の出口温度$T_{h2}$は、[℃]となる。 3) 高温側の温度効率$\eta_h$は次式で表される。 $\eta_h = \text{【 7 】} \times 100$ [%] これを計算すると、温度効率$\eta_h$は[%]となる。

4) 熱交換器の日常管理において、伝熱性能の管理を流体温度で行う場合、出入口温度差が大きい側の流体で管理する方が性能の劣化を把握しやすい。出入口温度差が大きくなるのは、熱容量流量の値が【 8 】側の流体であり、本問の条件では【 9 】温側の流体が該当する。出入口温度差を監視しながら、定期的な洗浄などにより性能を維持することができる。