第一種・第二種冷凍機械責任者　② 伝熱理論と熱交換器

正解：C．熱伝導と熱伝達

熱の移動には熱伝導・熱伝達・熱放射の3つがあるが、一般の冷凍装置では熱伝導と熱伝達がほとんどである。

正解：A．熱伝導

1つの物体内の高温壁から低温壁に向かって熱が移動する現象は熱伝導である。

正解：B．アルミニウム

アルミニウムの熱伝導率は230 W/(m・K)であり、鉄鋼(35〜58)や水(0.59)よりも大きい。

正解：D．空気

空気の熱伝導率は0.023 W/(m・K)であり、比較対象の中で最小クラスである。

正解：C．対流熱伝達

固体壁の表面とそれに接している流体との間に温度差があるときの熱移動現象は対流熱伝達である。

正解：A．沸騰熱伝達

液体からガス体への流体の相変化を伴う熱移動は沸騰熱伝達である。

正解：B．凝縮熱伝達

ガス体から液体への流体の相変化を伴う熱移動は凝縮熱伝達である。

正解：D．4乗

熱放射による伝熱量は、ステファン・ボルツマン定数を用いて絶対温度の4乗に比例する。

正解：A．熱通過

固体壁により隔てられている高温流体と、低温流体との間の熱の流れを熱通過という。

正解：D．熱伝達抵抗と熱伝導抵抗の直列和

熱通過抵抗は、両側の熱伝達抵抗と壁の熱伝導抵抗の合計（直列和）である。

正解：B．熱通過率は熱通過抵抗の逆数である

熱通過率Kは熱の通りやすさ、熱通過抵抗は熱の通りにくさを表すため、両者は逆数の関係になる。抵抗が大きいほどKは小さくなる。

正解：C．フィン側の表面積を平面側の表面積で割った値

有効内外伝熱面積比(m)は、フィン側の表面積を平面側の表面積で割った値である。

正解：B．実際の伝熱量を全表面が根元温度と仮定した伝熱量で割った値

フィン効率は、実際の伝熱量を、全表面がフィン根元温度に等しいと仮定したときの伝熱量で割った値である。

正解：D．Φo + P

凝縮負荷は、冷凍能力と圧縮機入力を加えたもの（Φo + P）である。

正解：C．乾式凝縮器

凝縮器の種類には空冷、水冷、蒸発式がある。乾式は蒸発器の種類である。

正解：A．冷媒ガスを空気の顕熱で冷却する

空冷凝縮器は、外気（空気）の顕熱を利用して冷媒ガスを冷却して液化させる。

正解：D．冷媒ガスを冷却水の顕熱で冷却する

水冷凝縮器では、冷却水の顕熱を利用して冷媒ガスを凝縮する。

正解：C．冷媒ガスを冷却水の蒸発潜熱で冷却する

蒸発式凝縮器は、主に散布された冷却水が蒸発する際の蒸発潜熱によって冷媒ガスを凝縮する。

正解：B．3〜5K

乾式蒸発器では、温度自動膨張弁により出口の過熱度が3〜5Kになるようにコントロールする。

正解：C．核沸騰熱伝達

満液式蒸発器内の冷媒は、核沸騰熱伝達で蒸発するため伝熱性能が良い。

正解：A．3〜5倍

蒸発器内で蒸発する冷媒量の3〜5倍の冷媒液を液ポンプで強制的に蒸発器に送る。

正解：A．ホットガスデフロスト方式

ホットガスデフロスト方式は、高温の冷媒ガスの顕熱と凝縮潜熱によって霜を溶かす。

正解：B．空気

不凝縮ガスとはいくら冷却しても凝縮しないガスのことで、冷凍装置では主に空気を指す。

正解：D．10 kW

伝熱量 = λ・A・(t1-t2) / δ = 0.03 × 10 × 50 / 0.15 = 10 kW。

正解：B．熱が伝わりにくくなり流体間の温度差が大きくなる

熱通過抵抗が大きいほど熱が伝わりにくく、両流体間の温度差が大きくなる。

正解：D．5 kW/(m2・K)

K = 1 / (1/10 + 1/10) = 1 / 0.2 = 5 kW/(m2・K)。

正解：A．Ko = m × K

平面側の面積を基準にした熱通過率Koとフィン側の面積を基準にした熱通過率Kの間には、Ko = m・K の関係がある。

正解：C．汚れ係数が大きくなると、熱通過率は低下する

汚れ係数(f)が熱通過抵抗に加算されるため、汚れ係数が大きいと熱通過率が低下して伝熱性能が悪くなる。

正解：D．霜の厚さと霜の熱伝導率からなる熱伝導抵抗

霜が付着した場合、平板壁の熱伝導抵抗を無視し、代わりに霜の熱伝導抵抗(厚さ/熱伝導率)を考慮する。

正解：B．対向流の方が並行流よりも熱交換量が大きく有利である

対向流方式は並行流方式よりも熱交換量が大きくなり、伝熱性能上有利である。

正解：C．算術平均温度差

正確性を求める場合は対数平均温度差を用いるが、温度差が小さい場合は簡易的に算術平均温度差が多用される。

正解：A．凝縮温度が高くなり、圧縮機の軸動力が大きくなりやすい

外気温度が高くなると大気の顕熱を利用する空冷凝縮器は凝縮温度が高くなり、圧縮機の軸動力が大きくなりやすい。

正解：A．冷却管の全長を分割し、並列にする

空気側熱伝達率が小さく冷却管全長が長くなり圧力降下が大きいため、全長を分割し冷却管を並列にして対応する。

正解：D．冷却水が管内を流れ、冷媒が管外（胴体内）を流れる

胴体の中で冷媒ガスが冷却水に熱を放出して凝縮するため、冷却水は管内を流れ、冷媒は管外（胴体内）を流れる。

正解：B．高性能で小型のため、冷媒充てん量が少なくて済む

高性能で小型であるため、冷媒充てん量が少なくて済むメリットがある。ただし冷却水側の詰まりに注意が必要。

正解：C．ファンで吸い込む空気の湿球温度が低いほど性能が向上する

吸い込まれる空気の湿球温度が低いほど水の蒸発量が多くなり、冷却塔の性能が向上する。

正解：D．空冷式よりも凝縮温度が低くなる

蒸発式凝縮器は冷却水の蒸発潜熱を利用するため、空冷式より凝縮温度が低くなる。冷却塔と同程度の水を消費する。

正解：C．蒸発温度が低下し過ぎて能力が大きく低下し、成績係数は小さくなる

設定温度差が大き過ぎると蒸発温度が低くなり過ぎ、冷凍能力が大きく低下して成績係数は小さくなる。

正解：A．冷却水側の熱伝達率が冷媒側よりも高いため、バランスを取るため

冷却水側の熱伝達率が冷媒側よりも高いため、バランスを取るために冷媒側にローフィンチューブ加工をして伝熱面積を拡大する。

正解：B．核沸騰熱伝達で蒸発するため、伝熱性能が良く圧力降下も少ない

満液式は核沸騰熱伝達で蒸発するため乾式より伝熱性能が良く、圧力降下も少ない。

正解：A．冷凍機油が蒸発器内に留まりにくく、伝熱阻害がほとんど無い

冷凍機油が蒸発器内に留まりにくいため、油による熱伝達の阻害がほとんど無い。

正解：D．除霜時の庫内温度上昇を防止するために送風機を停止する

電気ヒータ方式では、除霜時に庫内温度が上昇するのを防止するために送風機は停止する。

正解：B．冷媒を止め、冷媒液を蒸発させてから送風機を停止して10〜15℃の温水を散布する

冷媒の流れを止め、冷媒液を蒸発させてから送風機を停止し、10〜15℃の温水を散布する。

正解：C．水分を吸収して薄くなっているので、加熱し濃度を調整して循環利用する

空気中の水分を吸収して不凍液が薄くなるため、加熱して濃度を調整し循環利用する必要がある。

正解：B．圧縮機の体積効率が低下し、冷凍能力が低下する

凝縮圧力が上昇すると圧縮機仕事量が増大し、体積効率が低下して冷媒循環量が減少し、冷凍能力が低下する。

正解：D．吸込みガスの比体積が大きくなって冷媒循環量が減少する

蒸発圧力が低下すると、吸込みガスの比体積が大きくなって冷媒循環量が減少し、冷凍能力と成績係数が低下する。

正解：A．凝縮器に溜まり、凝縮圧力が空気の分圧以上に上昇する

不凝縮ガス（空気）は通常凝縮器に溜まり、伝熱が阻害され凝縮圧力が空気の分圧以上に上昇して成績係数が小さくなる。

正解：C．冷媒の過熱部の管長を短くできる

対向流方式の方が過熱部における冷媒と空気の温度差が大きくなり、過熱部の管長を短くできる。

正解：C．アンモニアと油は溶け合わず、油の粘度は大きく熱伝導率は小さいため伝熱面に付着すると障害になる

アンモニアと油は溶け合わず、油の粘度は大きく熱伝導率は小さいため、伝熱面に付着すると障害になる。そのため油分離器を設ける。

正解：B．冷媒へ溶解して粘度が高くなり、境界層が厚くなって伝熱性能が悪くなる

ふっ素系冷媒と油は相溶性があるため、溶解して粘度が高くなり、伝熱壁面付近の境界層が厚くなって伝熱性能が悪くなる。

正解：A．Φ = q・c・Δt

凝縮負荷Φは冷却水量q、比熱c、出入口温度差Δtの積（Φ = q・c・Δt）で表される。

正解：D．任意の半径rの円筒面を単位時間に伝わる熱量は、半径rによらず一定である

円筒壁の熱伝導では、任意の半径rの円筒面を単位時間に伝わる熱量は一定である。

正解：C．x = (h1 - hL) / (hV - hL)

蒸発器入口の比エンタルピーh1は h1 = x・hV + (1-x)・hL で表されるため、x = (h1 - hL) / (hV - hL) となる。

正解：B．両壁面の熱伝達率だけを掛け合わせれば熱通過量が求まる

熱通過量は「両壁面の熱伝達率」だけでは求まらず、全体の熱の伝わりやすさを示す「熱通過率」を用いる。

正解：D．鉄鋼

鉄鋼の熱伝導率は35〜58であり、水(0.59)よりも大きい。空気、木材、ポリウレタンは水より小さい。

正解：A．kW / (m2・K)

熱伝達率の単位は kW / (m2・K) である。kW/(m・K)は熱伝導率の単位。

正解：C．液体からガス体への熱移動を凝縮熱伝達という

液体からガス体への相変化を伴う熱移動は「沸騰熱伝達」であり、凝縮ではない。

正解：A．伝熱量は物体の絶対温度の2乗に比例する

熱放射による伝熱量は絶対温度の4乗に比例するため、2乗とするのは誤りである。

正解：B．熱通過率の数値が大きい方が伝熱性能が悪い

熱通過率は熱の伝わりやすさを表すため、数値が大きい方が伝熱性能が良い。

正解：D．m = 平面側の表面積 / フィン側の表面積 である

有効内外伝熱面積比(m)はフィン側の表面積を平面側の表面積で割った値であるため、逆の記述は誤り。

正解：D．汚れの厚さ / 汚れの熱伝導率

汚れ係数(f)は、汚れの厚さ(δd)を汚れの熱伝導率(λd)で除したもの（δd / λd）である。

正解：B．並行流の方が対向流よりも熱交換量が大きくなり有利である

対向流方式の方が並行流方式よりも熱交換量が大きくなり、伝熱性能上有利である。

正解：A．冷媒ガスを空気の蒸発潜熱で冷却する

空冷凝縮器は空気の「顕熱」を利用するものであり、蒸発潜熱を利用するものではない。

正解：C．冷却水側の熱伝達率が冷媒側よりも高いため、冷却水側にフィンを付ける

冷却水側の熱伝達率が冷媒側より高いため、伝熱面積を拡大するフィンは「冷媒側」に設けるのが正しい。

正解：A．ステンレス

ブレージングプレート凝縮器の伝熱プレートは、板状のステンレスを積層した構造である。

正解：B．冷却水の顕熱のみを利用して冷媒ガスを凝縮する

蒸発式凝縮器は、冷却水の「蒸発潜熱」を利用して冷媒ガスを凝縮するため、顕熱のみとする記述は誤り。

正解：C．満液式に比べてシステム全体の冷媒量が多くなる

乾式蒸発器は満液式に比べてシステム全体の冷媒量が「少なく」なるため、多くなるという記述は誤り。

正解：A．冷媒液に伝熱管が浸っているため必要冷媒量が少なくなる

満液式は伝熱管が冷媒液に浸っている構造のため、必要冷媒量が「多く」なる。

正解：D．蒸発器出口の冷媒は完全に過熱蒸気となるため伝熱性能が良い

蒸発器出口の冷媒乾き度は0.2〜0.3程度であり、冷媒液で濡れているため伝熱性能が優れている。過熱蒸気ではない。

正解：D．送風機を運転しながら蒸発器上部から散水する

散水方式では送風機を「停止」してから散水する。運転しながら散水するのは誤り。

正解：B．冷媒回路を切り換える必要がないため操作が最も簡単である

この方法は冷媒回路を切り換える必要があるため、操作が複雑になる。

正解：C．伝熱が阻害され凝縮圧力が低下するため成績係数が大きくなる

不凝縮ガスが混入すると凝縮圧力が「上昇」し、圧縮機の動力が大きくなり成績係数は「小さくなる」。

正解：A．アンモニア液は冷凍機油よりも重いため、油は液表面に浮く

アンモニア液は冷凍機油よりも「軽く」、油は容器の底部に溜まる。

正解：C．油が溶解することで伝熱壁面の境界層が薄くなり伝熱性能が良くなる

油が溶解して粘度が高くなると境界層が「厚く」なり、伝熱性能は「悪く」なる。

正解：B．蒸発温度と被冷却媒体との温度差を可能な限り大きく設定する

成績係数を大きくするためには、蒸発温度と被冷却媒体との温度差を「小さく」する必要がある。

正解：D．任意の半径rでの単位時間あたりの伝熱量は、半径rが大きくなるほど増加する

任意の半径rの円筒面を単位時間に伝わる熱量は、半径rによらず一定である。