問題 15

次の各文章の【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、【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 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。 1) 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【 1 】形といい、二つの流体が逆の方向に流れるものを【 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【 3 】ような温度分布となり、【 2 】形では、両流体が相変化しない場合、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。 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、【 5 】などがある。

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) × (【 6 】) × (高温側流体と低温側流体との温度差) 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。

(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。 1) 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【 8 】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。 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【 10 】が装着されているのが特徴である。

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ボイラに送り、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。