問題 15

次の各文章の【1】～【13】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、【10】は2箇所あるが、同じ記号が入る。 また、【A ab】～【D 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) 熱交換器は高温の媒体から低温の媒体に熱を伝えるための装置であり、形状や伝熱方式等により分類される。また、同じ形状でも用途や機能等によって様々な呼称がある。熱交換器の選定に当たっては、用途、温度や圧力、日常管理の容易さなどの様々な条件を考慮する必要がある。 1) 多管式熱交換器は、管と管板の取り付け方法や管の形状等によって、管板が片側だけにあり、管束を引き抜くことができる構造の【 1 】式、両端の管板の間に直管の伝熱管を通した構造の【 2 】式、両端を管板で支えて片方の管板を固定しない構造の【 3 】式に分類される。 また、同じ多管式熱交換器でも用途や機能により呼称が異なる。例えば、冷凍サイクルで用いられる熱交換器では、冷却塔から送られる水に放熱する熱交換器は【 4 】器、冷房に用いる冷水を製造する熱交換器は【 5 】器と呼ばれている。

2) この他に、燃焼ガスを通して管本体を高温にして被加熱物を加熱するラジアントチューブのような【 6 】式加熱装置、セラミック等の充填槽内に高温の燃焼排ガスと燃焼用空気を交互に流通させて燃焼用空気を予熱する【 7 】式熱交換器等、その用途や熱交換の方式等によって様々な呼称のものがある。

(2) ボイラとその蒸気利用設備において、系外に熱損失として排出されるものとして、燃焼排ガス、ブロー水などがあり、これらからの熱回収が効率の向上のために重要である。 1) ボイラの燃焼排ガスからの熱回収では、燃焼用空気に熱回収させて排ガス損失を減少させる方法や、【 8 】を使って給水の温度を高くすることで加熱に要する燃料を減少させる方法などが効果的である。

2) ボイラ水に含まれる不純物等の【 9 】による弊害を防止するためにブローを行う必要がある。ブローは、発生する蒸気と同じ圧力の【 10 】を排出するものであり、ボイラの種類や水質の管理基準にもよるが、給水量の数%～10%程度である。 ブロー水は大きな熱エネルギーを保有している。例えば、圧力0.5MPaの飽和蒸気の比エンタルピーは2748kJ/kg、蒸発潜熱は2108kJ/kgであり、ボイラ水が同じ圧力の【 10 】であるとすると、その比エンタルピーは蒸発潜熱の[%]である。このことから、ブロー水からの熱回収は効率向上に重要なことが分かる。

3) 蒸気配管や蒸気の利用設備で発生する【 11 】は、それらの温度、量及び性状の範囲について管理標準を設定して熱交換による熱回収を行うことが求められている。例えば、高圧で回収できる場合、【 12 】蒸気を得て低圧蒸気として回収利用することや、そのままボイラ給水として利用するなどの方策を検討することが熱の有効利用にとって重要である。

(3) 熱交換器の日常点検において、例えば温度効率の変化を把握して適切に性能を維持管理することはエネルギーの有効利用に重要である。 1) 熱交換器に流入する高温流体及び低温流体の入口温度と流量がいずれも一定であるとき、汚れにより高温側の伝熱面の性能が低下すると、高温流体の出口温度は【 13 】。