【直前対策】エネ管熱・課目Ⅳ「熱利用設備およびその管理」

資格試験

こんにちは、みのむしチャンネルにようこそ。

今回は8月8日に迫ったエネルギー管理士(熱)の課目Ⅳ「熱利用設備およびその管理」のポイントまとめを行いたいと思います。選択問題は範囲が広くなるため、まとめから外しています。あしからず。
私のエネルギー管理士(熱)チャレンジの過去投稿についてはこちらをご覧ください→

試験対策に使っているのは10年分の過去問題を掲載されたこちらのテキストです→

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みのむし
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ちなみに私は現在過去問題集の3週目に入りました。出題頻度が高く得点が稼ぎやすい部分のみを備忘録としてまとめます。

また、課目Ⅰ「エネルギー総合管理および法規」課目Ⅲ「燃料と燃焼」のポイントまとめの過去投稿はこちら→

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計測制御

◆温度計測

種類(測温体) 特徴
抵抗温度計 (サーミスタ) 温度が上昇すると抵抗値が減少する。負の温度特性
使用温度範囲:-50~350℃
(白金) 温度上昇に比例して抵抗値が上昇する。正の温度特性
使用温度範囲:-200~850℃
熱電対温度計 2つの金属線の閉回路の両端を異なる温度にすると回路中に熱起電力が生ずる現象をゼーベック効果という。この効果を利用した温度計を熱電対温度計という。金属線と計器の間は補償導線で接続される。
エクステンション形:金属線と同一材料
コンペンセーション形:金独占と異なる材質
放射温度計 物体から放出される放射エネルギー・温度・波長に一定の関係があるプランクの法則によるステファン・ボルツマンの法則を利用して温度を測定する。表面温度を非接触で計測できるので高温計測も可能

◆流量計測

種類 特徴
容積流量計 管路中の翼車の回転速度が流速に比例する事を利用して、回転数から流量を計算する。計器の上下流に直管部を設けることが必要
差圧流量計 管路内にオリフィスベンチュリーなどの絞り機構を設け、上下流の圧力差を計測して体積流量を求める
面積流量計 チーバ管内にあるフロートの高さで流量を表示する。ベルヌーイの定理を用いた理論値を補正している。圧力損失が増加するというデメリットがある
電磁流量計 導電性流体に磁界を与えるとファラデーの磁界誘導の法則による起電力が生じ、これを検出する事により流量を計測する。起電力の方向はフレミングの右手の法則による
渦流量計 流路内に柱状物体を置いて下流側でカルマン渦を発生させ、それの周波数を計測して流速から流量を計測する
超音波流量計 超音波を送受信する2つの機器を配管外側に設置して、伝搬時間の差を計測する事により流速から流量を計測する。流路内に部材を設けないので圧力損失が発生しない
コリオリ流量計 U字管などに流体が通過するに発生するねじれ作用(コリオリの力)を発生させ、このねじれ角度を計測する事により質量流量を計測する。上下流に直管部を設ける必要が無い

◆制御方式

種類 特徴
フィードバック制御 あらかじめ定まられた目標値と制御量(結果)を比較し、それらを一致させるように訂正動作を行う制御
フィードフォワード制御 外乱が制御量に影響を与える前に発生した外乱を検出して、比較部に送り出して操作量を決定し訂正動作を行う制御
カスケード制御 複数のフィードバック制御を組み合わせた階層的な複合制御
例)1次制御の出力を2次制御の目標値にする場合
比率制御 複数の制御量の間になる比例関係を持たせる制御
例)制御量Aに対して一定の比率で別の制御量Bを制御する場合
PID制御 Pは比例動作、Iは積分動作、Dは微分動作を表す
P動作のみの場合はオフセットが生じるのでI動作を併用しオフセットの発生を防ぐ。PI動作では制御に遅れが生じるので、即応性に優れたD動作を更に併用しPID制御とするPID制御の伝達関数
G(s)=(1+1/Tis+Tds)・100/PB
Kp=100/PB
Kp:比例ゲイン PB:比例帯 Ti:積分時間 Td:微分時間

◆流体の現象に関する用語

現象 内容
キャビテーション
(空洞現象)
ポンプ内部で流動液体中に気泡や空洞が発生する現象で、揚程が急激に低下して弁を開いても流入量が増大しなくなる
ウォーターハンマー
(水撃作用)
停電などによってポンプが急停止すると管路の流速や圧力の急激な変化により高圧力が発生する
サージング
(急変動)
ポンプを揚程曲線のりの右肩上が部分で運転すると、圧力と流量が激しく変動し配管を含む自励振動が発生して、ついには運転不能となる
失速現象 ポンプの一部で流れが失速し、その失速域が円周方向に伝搬する現象で流れが不安定になる。ポンプ自体の不安定現象。軸流ポンプでは50%の流域で発生する

◆ボイラの種類

種類 特徴
長所 短所
丸ボイラ
(炉筒煙管ボイラ)
保有水量が多い
蒸気圧力の変動が小さい
・濃縮比が小さく水処理しやすい
・保有水量が多いため起動に時間がかかる
・高圧大容量に不向き
水管ボイラ 保有水量が少なく、起動が速い
・伝熱量が大きく、高圧大容量ボイラへの適用が可能
・蒸気圧力が大きく、濃縮比が大きくなるので高度な水処理が必要
・蒸気圧力や水位が変動しやすい
貫流ボイラ ・管だけで構成されドラムが不要
・保有水量が最も少なく、蒸気圧力の応答が速い
・高度な水処理が必要
・給水流量が蒸気温度、蒸気圧力の両方に影響する

◆熱効率向上のための機器

機器名称 役割
過熱器 ボイラで発生した飽和蒸気をさらに加熱して、過熱蒸気にする装置
再熱器 高圧タービンから排出された蒸気をボイラで再び加熱し、中圧又は低圧タービンに送気する装置
エコノマイザ 排ガスの保有熱でボイラ給水を予熱する装置
空気予熱器 排ガスの保有熱で燃焼用空気を予熱する装置

◆ボイラの熱損失

・排ガス熱損失
・不完全燃焼による熱損失
・燃えがらの未燃分による熱損失
・放射熱による損失

◆ボイラの省エネルギー対策

・台数制御システムにより効率の高い負荷範囲で運転する
・インバータによる回転速度制御をポンプ・ファンなどの回転機に採用し、効率的に流量を制御する
・スチームアキュームレータなどで負荷変動を吸収する事により、効率の高い負荷範囲で運転する

◆内燃機関

機関名称 特徴
ディーゼル 空気のみをシリンダ内に吸入し、燃料の着火温度以上までピストンを圧縮した後、燃料をシリンダ内に噴霧して自然着火させる。ガソリン機関に比べ高圧縮比で熱効率が高い。理論サイクルはディーゼルサイクル。
ガソリン 燃料は気化されたあと空気と混合され、シリンダの吸気行程で導かれた後、圧縮行程にて電気火花により点火する。理論サイクルはオットーサイクル。圧縮比を大きくすれば熱効率が上がるが、ノッキングが発生する恐れがある。

◆ガスタービン

・理論サイクルはブレイトンサイクル
・熱効率は、圧縮比・比熱比のみの関数
実際は最高最低温度比の影響を受けるので、タービン入口温度が高く圧縮機入口温度が低いと熱効率が増加する。

最後までお読みいただきありがとうございます。
では、また。

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