第三種冷凍機械責任者 ② 熱の移動・冷媒・ブライン・冷凍機油

伝熱の三形態(熱伝導・熱伝達・熱放射)と、冷凍装置で使う流体の性質を扱う分野。平板や円筒壁の熱伝導、熱伝達率、熱通過率と伝熱面積・温度差から交換熱量を求める計算が基本になる。冷媒はフルオロカーボンとアンモニアの性質比較、オゾン層破壊や地球温暖化への配慮、冷媒とともに循環する冷凍機油の役割と溶解性、水分混入による障害が問われる。ブラインは無機系(塩化カルシウムなど)と有機系の違い、凍結温度と腐食性が定番。アンモニアには銅・銅合金を使えないなど、冷媒と材料の相性は取り違えやすいので、冷媒ごとに一覧化して覚えるとよい。

この分野の問題44問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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45物体内部を高温端から低温端に向かって熱が移動していく現象を何というか。

  1. A熱伝導
  2. B対流
  3. C熱伝達
  4. D放射伝熱
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正解:A熱伝導

固体などの物体内部を熱が移動する現象を熱伝導という。

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46次の物質のうち、熱伝導率が最も小さいものはどれか。

  1. A鉄鋼
  2. B
  3. C木材
  4. D空気
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正解:D空気

物質の熱伝導率は空気が最も小さく、次いで木材、水、鉄鋼の順に大きくなる。

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47熱伝導による定常状態での伝熱量に関する説明として正しいものはどれか。

  1. A高温端と低温端の温度差に正比例し物体の厚みに反比例する。
  2. B伝熱面積に反比例し物体の厚みに正比例する。
  3. C伝熱面積に正比例し高温端と低温端の温度差に反比例する。
  4. D物体の熱伝導率に反比例し伝熱面積に正比例する。
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正解:A高温端と低温端の温度差に正比例し物体の厚みに反比例する。

熱伝導による伝熱量は、熱伝導率、伝熱面積、温度差に正比例し、物体の厚みに反比例する。

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48固体壁の厚みを、その材料の熱伝導率と伝熱面積の積で割った値を何というか。

  1. A熱通過率
  2. B熱伝導抵抗
  3. C熱伝達率
  4. D算術平均温度差
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正解:B熱伝導抵抗

熱が物体内を流れるときの流れにくさを示す指標であり、値が大きいほど熱は流れにくい。

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49定常状態において、均質な物体内を熱伝導で熱が流れる場合、熱の流れ方向の温度分布はどのようになるか。

  1. A高温側で急激に降下し低温側で一定になる。
  2. B勾配が放物線状になる。
  3. C勾配が直線状になる。
  4. D低温側で急激に降下し高温側で一定になる。
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正解:C勾配が直線状になる。

定常状態では、均質な物体内の温度分布は直線状の勾配となる。

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50固体壁の表面と、それに接して流れている流体との間で熱が移動する現象を何というか。

  1. A熱伝達
  2. B放射伝熱
  3. C熱伝導
  4. D熱通過
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正解:A熱伝達

固体壁と流体との間で熱が移動する現象を熱伝達(対流熱伝達)という。

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51熱伝達率の大きさに関係しないものは次のうちどれか。

  1. A固体壁表面の形状
  2. B流体の流れの状態(流速など)
  3. C流体の種類
  4. D固体壁の厚み
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正解:D固体壁の厚み

熱伝達率の大きさは、固体壁表面の形状、流体の種類、流速などで変化するが、固体壁の厚みは関係しない。

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52熱が固体壁表面から流体に伝わるときの「伝わりにくさ」を表す熱伝達抵抗の式はどれか。(α:熱伝達率、A:伝熱面積)

  1. Aα・A
  2. B1 ÷ (α・A)
  3. Cα ÷ A
  4. DA ÷ α
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正解:B1 ÷ (α・A)

熱伝達抵抗は、1を熱伝達率と伝熱面積の積で割った値である。

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53固体壁表面と流体の間の熱移動における伝熱量を計算する際、温度差と伝熱面積に掛ける比例係数はどれか。

  1. A熱通過率
  2. B熱伝導率
  3. C熱伝達率
  4. D熱通過抵抗
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正解:C熱伝達率

固体壁表面と流体間の熱移動は熱伝達であり、その比例係数は熱伝達率である。熱伝導率は固体内部の移動に関する係数である。

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54固体壁を通過して、高温流体から低温流体へと熱が移動する一連の現象を何というか。

  1. A放射伝熱
  2. B熱伝導
  3. C対流
  4. D熱通過
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正解:D熱通過

固体壁を隔てた2つの流体間での熱の移動を熱通過という。

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55固体壁を隔てた熱通過抵抗の構成として正しいものはどれか。

  1. A2つの熱伝達抵抗と1つの熱伝導抵抗の合計
  2. B2つの熱伝達抵抗の合計
  3. C1つの熱伝達抵抗と1つの熱伝導抵抗の合計
  4. D2つの熱伝導抵抗の合計
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正解:A2つの熱伝達抵抗と1つの熱伝導抵抗の合計

熱通過は固体壁両側の熱伝達と固体壁中の熱伝導を総合したものであり、2つの熱伝達抵抗と1つの熱伝導抵抗の合計になる。

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56水あかの付着などを考慮しない場合、熱通過率の値を計算するために必要な条件として不足しているものはどれか。「固体壁両面の熱伝達率、固体壁の熱伝導率、および( )」

  1. A高温流体の温度
  2. B固体壁の厚み
  3. C伝熱面積
  4. D算術平均温度差
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正解:B固体壁の厚み

熱通過率の計算には、両面の熱伝達率、固体壁の熱伝導率に加え、固体壁の厚みの値が必要である。

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57熱交換器における算術平均温度差の計算式として正しいものはどれか。(Δt1:入口側の温度差、Δt2:出口側の温度差)

  1. A(Δt1 × Δt2) ÷ 2
  2. B(Δt1 - Δt2) ÷ 2
  3. C(Δt1 + Δt2) ÷ 2
  4. D2 ÷ (Δt1 + Δt2)
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正解:C(Δt1 + Δt2) ÷ 2

算術平均温度差は、入口側と出口側の温度差を足して2で割った平均値である。

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58冷媒の飽和温度(沸点)と飽和圧力の関係について正しいものはどれか。

  1. A沸点の低い冷媒ほど同じ温度条件での飽和圧力が高くなる。
  2. B沸点の高い冷媒ほど同じ温度条件での飽和圧力が高くなる。
  3. C飽和温度は常に一定であり外圧が変化しても変わらない。
  4. D外圧が低くなると飽和温度は上昇する。
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正解:A沸点の低い冷媒ほど同じ温度条件での飽和圧力が高くなる。

沸点の低い冷媒は少ない温度上昇で外圧以上の蒸気圧になるため、同じ温度条件では飽和圧力が高くなる。

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59次の冷媒のうち、標準大気圧における標準沸点が最も低いものはどれか。

  1. AR717(アンモニア)
  2. BR410A
  3. CR134a
  4. DR22
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正解:BR410A

標準沸点はR410Aが約-51℃、R22が約-41℃、R717が約-33℃、R134aが約-26℃であり、R410Aが最も低い。

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60凝縮器における冷媒の状態変化として正しいものはどれか。

  1. A液体から蒸気へと変化しその間温度と圧力が上昇し続ける。
  2. B蒸気から液体へと変化しその間温度のみが低下し続ける。
  3. C液体から蒸気へと変化しその間温度と圧力は低下し続ける。
  4. D蒸気から液体へと変化しその間温度と圧力は一定に保たれる。
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正解:D蒸気から液体へと変化しその間温度と圧力は一定に保たれる。

凝縮の過程では液体と気体が共存する飽和状態となり、温度と圧力は一定のまま状態変化を行う。

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61自然界に元来存在する物質を利用した自然冷媒に該当しないものはどれか。

  1. Aアンモニア
  2. Bフルオロカーボン
  3. C二酸化炭素
  4. Dプロパン
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正解:Bフルオロカーボン

フルオロカーボンは人工的に合成された冷媒であり、自然冷媒には該当しない。

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62冷凍サイクルにおいて、圧縮機で圧縮された直後の冷媒ガスの状態に最も近いものはどれか。

  1. A飽和状態
  2. B湿り蒸気状態
  3. C過熱状態
  4. D過冷却状態
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正解:C過熱状態

圧縮機から吐き出された冷媒ガスは、飽和温度以上に加熱された過熱状態となる。

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63標準沸点とは、飽和圧力がどの状態に等しいときの飽和温度を指すか。

  1. A1.0 MPa abs
  2. B0 MPa abs(絶対真空)
  3. C臨界圧力
  4. D標準大気圧(約0.1 MPa abs)
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正解:D標準大気圧(約0.1 MPa abs)

飽和圧力が標準大気圧(約0.1MPa abs)に等しいときの飽和温度を標準沸点という。

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64蒸発や凝縮の際、冷媒液と冷媒蒸気で成分割合に差が生じる混合冷媒を何というか。

  1. A非共沸混合冷媒
  2. B自然冷媒
  3. C共沸混合冷媒
  4. D単一成分冷媒
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正解:A非共沸混合冷媒

沸点の差がある複数の冷媒を混合したもので、状態変化時に成分割合が変化する冷媒を非共沸混合冷媒という。

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65非共沸混合冷媒が蒸発する際の挙動として正しいものはどれか。

  1. A沸点の高い冷媒が多く蒸発するため冷媒液中は沸点の低い冷媒が多くなる。
  2. B沸点の低い冷媒が多く蒸発するため冷媒液中は沸点の高い冷媒が多くなる。
  3. C全ての成分が均等に蒸発するため冷媒液中の成分割合は変化しない。
  4. D沸点の低い冷媒が完全に蒸発してから沸点の高い冷媒の蒸発が始まる。
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正解:B沸点の低い冷媒が多く蒸発するため冷媒液中は沸点の高い冷媒が多くなる。

沸点の低い冷媒から多く蒸発するため、残った液体の成分は沸点の高い冷媒の割合が多くなる。

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66非共沸混合冷媒の凝縮過程における温度変化について正しい記述はどれか。

  1. A凝縮始めの露点より凝縮終わりの沸点のほうが高くなる。
  2. B凝縮中は成分割合が変化しないため温度差は生じない。
  3. C凝縮始めの露点より凝縮終わりの沸点のほうが低くなる。
  4. D沸点の低い冷媒から凝縮するため温度は次第に上昇する。
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正解:C凝縮始めの露点より凝縮終わりの沸点のほうが低くなる。

凝縮時は沸点の高い冷媒から多く凝縮するため、凝縮始めの温度(露点)より凝縮終わりの温度(沸点)のほうが低くなる。

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67次のうち、非共沸混合冷媒の番号として付されるものはどれか。

  1. A700番台
  2. B500番台
  3. C400番台
  4. D300番台
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正解:C400番台

R404Aなど400番台の番号が付されるものが非共沸混合冷媒である。500番台は共沸混合冷媒である。

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68蒸発温度などの条件を同じにした場合、R32、R404A、R410Aの中で吐出しガス温度が最も高くなる冷媒はどれか。

  1. A3つとも同じ温度になる
  2. BR404A
  3. CR410A
  4. DR32
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正解:DR32

一定条件下での吐出しガス温度は、R32が88℃、R410Aが60℃、R404Aが50℃であり、R32が最も高い。

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69密閉圧縮機を使用した場合、吐出しガス温度がさらに高くなる主な理由はどれか。

  1. A吸込み側に収められた電動機の熱が冷媒に加えられ過熱度が大きくなるため。
  2. B外気からの熱侵入が大きくなる構造のため。
  3. C圧縮機のピストン摩擦熱が直接冷媒液を加熱するため。
  4. D凝縮器での放熱が不十分になり圧縮比が増大するため。
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正解:A吸込み側に収められた電動機の熱が冷媒に加えられ過熱度が大きくなるため。

密閉圧縮機では、吸込み側の電動機で発生する熱が冷媒に加えられて過熱度が大きくなるため、吐出し温度が高くなる。

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70吐出しガス温度が高すぎる場合に生じる不具合として誤っているものはどれか。

  1. A冷凍機油の劣化
  2. B圧縮機の凍結による停止
  3. C冷媒の熱分解
  4. Dパッキン材料の損傷
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正解:B圧縮機の凍結による停止

吐出しガス温度が高いと、油の劣化や部品損傷を招くが、高温であるため凍結による停止は生じない。

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71フルオロカーボン冷媒のうち、オゾン層破壊係数が0であるものはどれか。

  1. ACFC
  2. BHCFC
  3. CHFC
  4. D全てのフルオロカーボン冷媒
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正解:CHFC

HFC(ハイドロ・フルオロ・カーボン)は塩素原子を含まないため、オゾン層破壊係数は0である。

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72HFC冷媒に関する記述として正しいものはどれか。

  1. Aオゾン層破壊係数は0であるが地球温暖化を招く温室効果ガスである。
  2. Bオゾン層破壊係数が0より大きく国際的に生産が全廃されている。
  3. C塩素原子を含むため大気放出を防ぐ規制が行われている。
  4. D自然冷媒と同等に環境への影響が少ないため規制対象外である。
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正解:Aオゾン層破壊係数は0であるが地球温暖化を招く温室効果ガスである。

HFCは塩素を含まずオゾン層破壊係数は0だが、地球温暖化の影響を及ぼすため規制や大気放出防止の対象となっている。

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73アンモニア冷媒の安全性と環境への影響について正しいものはどれか。

  1. A不燃性で安全だがオゾン層を破壊する。
  2. B毒性は低いが地球温暖化への影響がフルオロカーボンより大きい。
  3. C不燃性で毒性もないが温室効果ガスとして強く規制されている。
  4. D毒性と可燃性があるが地球環境に及ぼす影響はフルオロカーボンより少ない。
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正解:D毒性と可燃性があるが地球環境に及ぼす影響はフルオロカーボンより少ない。

アンモニアは毒性ガス・可燃性ガスに指定されているが、自然冷媒であり地球環境への影響は少ない。

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74冷媒が直接物を冷やすのではなく、間接的に冷却を行う際に用いられる熱媒体(凍結点が0℃以下)を何というか。

  1. A冷凍機油
  2. Bブライン
  3. C潤滑油
  4. Dエステル油
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正解:Bブライン

二次冷媒として冷却対象から熱を奪う熱媒体をブラインと呼ぶ。

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75無機ブラインの取り扱いにおいて、できるだけ空気と接触させないようにする主な理由はどれか。

  1. A空気中の窒素が溶け込みブラインが可燃性に変化するため。
  2. B空気中の二酸化炭素と反応し有害ガスを発生するため。
  3. C空気中の酸素が溶け込み金属に対する腐食性が促進されるため。
  4. D空気と触れることで濃度が急激に上昇し配管を詰まらせるため。
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正解:C空気中の酸素が溶け込み金属に対する腐食性が促進されるため。

無機ブラインは空気に触れて酸素が溶け込むと、金属に対する腐食性が促進される。

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76次のブラインのうち、有機ブラインに分類されるものはどれか。

  1. A塩化マグネシウム水溶液
  2. B塩化カルシウム水溶液
  3. C塩化ナトリウム水溶液
  4. Dエチレングリコール系水溶液
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正解:Dエチレングリコール系水溶液

エチレングリコールやプロピレングリコールは有機ブラインである。塩化カルシウムなどは無機ブラインである。

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77ブラインの濃度の増加に伴って低下する凍結温度において、最も低い温度となる点を何というか。

  1. A共晶点
  2. B露点
  3. C臨界点
  4. D標準沸点
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正解:A共晶点

ブラインの凍結温度が最低となる濃度における温度を共晶点という。

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78ブラインに空気中の水分が取り込まれた場合に生じる現象として正しいものはどれか。

  1. Aブラインの濃度が上がり凍結温度がさらに低下する。
  2. Bブラインの濃度が下がり凍結温度が高くなる恐れがある。
  3. Cブラインの腐食性が完全に失われる。
  4. D有機ブラインが無機ブラインに変化する。
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正解:Bブラインの濃度が下がり凍結温度が高くなる恐れがある。

空気中の水分がブラインに取り込まれると、ブラインが希釈されて濃度が下がり、凍結しやすくなるなどの問題が生じる。

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79フルオロカーボン冷媒が腐食性を示すため、冷凍保安規則関係例示基準で使用が禁止されている金属材料はどれか。

  1. A
  2. B銅および銅合金
  3. C2%を超えるマグネシウムを含有したアルミニウム合金
  4. D鉄筋コンクリート
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正解:C2%を超えるマグネシウムを含有したアルミニウム合金

フルオロカーボン冷媒は銅や鋼は腐食しないが、2%を超えるマグネシウムを含有したアルミニウム合金に対しては腐食性がある。

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80フルオロカーボン冷媒液と冷凍機油の比重を比較した記述として正しいものはどれか。

  1. A冷媒液の比重は1より大きく冷凍機油より重い。
  2. B冷凍機油の比重は1より大きく冷媒液より重い。
  3. C冷媒液の比重は1より小さく冷凍機油より軽い。
  4. Dどちらも同体積の水より軽いため比重の差はない。
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正解:A冷媒液の比重は1より大きく冷凍機油より重い。

飽和液のフルオロカーボン冷媒の比重は1より大きく、冷凍機油(0.82〜0.93)よりも重い。

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81室内でフルオロカーボン冷媒のガスが漏えいした場合のガスの滞留場所として正しいものはどれか。

  1. Aガスの比重が空気より小さいため室内の天井付近に滞留する。
  2. Bガスの比重が空気より大きいため室内の天井付近に滞留する。
  3. Cガスの比重が空気より小さいため室内の低いところに滞留する。
  4. Dガスの比重が空気より大きいため室内の低いところに滞留する。
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正解:Dガスの比重が空気より大きいため室内の低いところに滞留する。

フルオロカーボン冷媒のガスは同体積の空気よりも重いため、床面など低いところに滞留する。

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82フルオロカーボン冷媒の装置内に微量の水分が侵入し、低温状態となった場合に発生するトラブルはどれか。

  1. A冷媒が加水分解を起こして直ちに金属を激しく腐食する。
  2. B遊離水分が凍結し膨張弁を詰まらせて冷媒が流れなくなる。
  3. C冷媒と水分が完全に溶け合い冷凍能力が向上する。
  4. D水分が油と反応して可燃性ガスを発生させる。
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正解:B遊離水分が凍結し膨張弁を詰まらせて冷媒が流れなくなる。

低温状態では、冷媒に溶けきれない遊離水分が凍ってしまい、膨張弁を詰まらせることがある。

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83フルオロカーボン冷媒と冷凍機油の組み合わせに関する記述のうち、正しいものはどれか。

  1. AR410Aには鉱油が用いられる。
  2. BR134aには鉱油が用いられる。
  3. CR22には鉱油が用いられる。
  4. DすべてのHFC冷媒に鉱油が用いられる。
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正解:CR22には鉱油が用いられる。

HCFCであるR22には鉱油が使用できるが、R134aやR410AなどのHFC冷媒は鉱油と溶け合わないため合成油が用いられる。

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84アンモニア冷媒が腐食性を持つため、配管や部品に使用してはならない金属材料はどれか。

  1. A
  2. B鉄鋼
  3. Cアルミニウム
  4. D銅や銅合金
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正解:D銅や銅合金

アンモニアは銅や銅合金を腐食するため使用できない。鋼に対しては腐食性がない。

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85アンモニア冷媒液と鉱油(冷凍機油)が混在する油タンク内での状態として正しいものはどれか。

  1. A鉱油のほうが重いため底にたまりアンモニア液が上に浮く。
  2. B互いに完全に溶け合い均一な溶液となる。
  3. Cアンモニア冷媒液は水より重いため常に底に沈殿する。
  4. Dアンモニア冷媒液は鉱油より重いため底にたまる。
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正解:A鉱油のほうが重いため底にたまりアンモニア液が上に浮く。

アンモニア液は鉱油とはほとんど溶け合わず、比重が鉱油より軽いため、鉱油が下にたまりアンモニア液が上に浮く。

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86室内でアンモニア冷媒ガスが漏えいした場合の滞留に関する説明として正しいものはどれか。

  1. Aガスが空気より重いため低いところに滞留する。
  2. Bガスが空気より軽いため室内の天井付近に滞留する。
  3. Cガスが空気より重いため室内の天井付近に滞留する。
  4. Dガスが空気より軽いため低いところに滞留する。
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正解:Bガスが空気より軽いため室内の天井付近に滞留する。

アンモニアガスの比重は0.60であり、空気(比重1.0)より軽いため天井付近に滞留する。

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87アンモニア冷媒の装置内に多量の水分が侵入した場合の影響として正しいものはどれか。

  1. Aアンモニア水になり装置の性能は一切変化しない。
  2. B水分が凍結して膨張弁を詰まらせるが冷凍機油は劣化しない。
  3. C装置の冷凍能力が低下し冷凍機油の劣化を招く。
  4. Dアンモニアが加水分解を起こして強酸性の物質をつくり出す。
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正解:C装置の冷凍能力が低下し冷凍機油の劣化を招く。

微量ならアンモニア水になるため差し支えないが、多量の水分が侵入すると冷凍能力の低下や冷凍機油の劣化を招く。

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88アンモニア冷媒とフルオロカーボン冷媒の違いについて正しい記述はどれか。

  1. Aフルオロカーボンは油に溶けやすいがアンモニアは鉱油にほぼ溶けない。
  2. Bどちらの冷媒も銅や銅合金に対して腐食性がない。
  3. Cどちらの冷媒も液体の比重が冷凍機油より重い。
  4. Dフルオロカーボンは水によく溶けるがアンモニアは水に溶けない。
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正解:Aフルオロカーボンは油に溶けやすいがアンモニアは鉱油にほぼ溶けない。

フルオロカーボンは冷凍機油に溶けやすく水に溶けないが、アンモニアは水によく溶け鉱油には溶けない。

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