熱工学：湿り空気と燃焼の一問一答

解説
加熱コイルで空気を温めても、空気中の水蒸気の量は変わらないので、絶対湿度は一定のままです（空気線図上では水平に右へ移動します）。
一方、温度が上がると、その空気が含むことのできる水蒸気の最大量が増えるため、相対湿度は低くなります。
冬の暖房で室内が乾燥するのはこのためで、加湿器で水蒸気を補う必要があります。

他の選択肢が誤りである理由
・加熱すると相対湿度は低くなります。高くなるのは冷却した場合です。
・加熱だけでは水蒸気は加わらないので、絶対湿度は増えません。
・加熱だけでは水蒸気は取り除かれないので、絶対湿度は減らず、相対湿度は低下します。

覚え方のポイント
「加熱＝絶対湿度一定・相対湿度↓」「露点までの冷却＝絶対湿度一定・相対湿度↑」「露点以下への冷却＝除湿（絶対湿度↓）」。空気線図の移動方向とセットで覚えます。

解説
空気を冷やしていくと、露点温度で相対湿度が100％になります。さらに露点温度より低く冷やすと、含みきれなくなった水蒸気が凝縮して水滴（ドレン）になり、空気から取り除かれます。
このため空気の絶対湿度は低くなり、これが冷房時の除湿の仕組みです。
冷却コイルの下にドレンパンと排水管を設けるのは、この凝縮水を受けて排出するためです。

他の選択肢が誤りである理由
・露点温度より低く冷やすと、水蒸気は凝縮します。絶対湿度が変わらないのは、露点温度より高い温度までの冷却の場合です。
・冷却によって水蒸気が増えることはありません。凝縮して減ります。
・冷却コイルを通ると乾球温度は下がります。

覚え方のポイント
「露点以下まで冷やす＝除湿」。冷却コイルの表面温度が露点温度より低いと除湿が起こり、ドレンが出ます。

解説
2つの空気を混ぜると、混合後の状態は空気線図上で2点を結んだ直線上にあり、量の比の逆の比で内分した点になります。
乾球温度はおおむね量で重みを付けた平均で求められます。
（32℃×1＋26℃×3）÷（1＋3）＝（32＋78）÷4＝27.5℃
量の多い還気の温度に近い値になることを確かめておくと、計算の誤りに気付きやすくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・29.0℃は、2つの温度を単純に平均した値で、量の比を考えていません。
・30.5℃は、比を逆（外気3：還気1）にして計算した値です。
・26.0℃は還気の温度そのもので、外気が混ざった影響を考えていません。

覚え方のポイント
「混合点は量の多いほうに近い」「温度は量の加重平均」。外気の量が多いほど、混合空気は外気の状態に近づき、空調機の負荷が大きくなります。

解説
湿り空気の比エンタルピーは、乾き空気1kgとそれに含まれる水蒸気が持つ熱量の合計で、単位はkJ/kg(DA)です。
乾き空気の顕熱と、水蒸気の潜熱・顕熱をあわせたものなので、温度だけでなく絶対湿度によっても変わります。
空調機のコイルの能力は、通過する空気の量と、入口と出口の比エンタルピーの差を掛けて求めます。

他の選択肢が誤りである理由
・比エンタルピーの基準は乾き空気1kgで、1m³ではありません。また水蒸気だけでなく乾き空気の熱量も含みます。
・比エンタルピーは乾球温度と絶対湿度の両方で決まります。
・比エンタルピーの単位はkJ/kg(DA)で、温度の単位ではありません。

覚え方のポイント
「比エンタルピー＝乾き空気1kgあたりの全熱（kJ/kg(DA)）」。コイル能力＝風量（質量）×比エンタルピー差、は空調の計算問題の定番です。

解説
湿球温度は、温度計の感温部を湿った布で包み、そこから水が蒸発するときに熱が奪われて下がった温度です。
空気が乾燥しているほど蒸発が盛んになり、湿球温度は乾球温度より大きく下がります。
相対湿度が100％の空気ではそれ以上蒸発しないため、乾球温度と湿球温度は等しくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・湿球温度は蒸発で熱が奪われるため、乾球温度と等しいか、それより低い値になります。
・空気が乾燥しているほど蒸発が盛んになり、乾球と湿球の温度差は大きくなります。
・湿球温度は、空気中の水蒸気量（湿り具合）によって変わります。

覚え方のポイント
「湿球≦乾球、飽和（100％）で等しい」「乾いているほど差が大きい」。冷却塔の性能が外気の湿球温度で決まることにもつながります。

解説
実際の燃焼では、燃料と空気がうまく混ざりきらないため、理論空気量より少し多めの空気を供給して完全燃焼させます。つまり一般のボイラでは、空気比を1より大きい値で運転します。空気比を1未満にすると空気が不足し、不完全燃焼で一酸化炭素やすすが発生します。

他の選択肢が正しい理由
・空気比（空気過剰率）は、実際に供給した空気量を、燃料を完全に燃やすのに理論上必要な空気量（理論空気量）で割った値です。
・空気比が1より小さいと酸素が足りず、燃料の一部が燃え残って不完全燃焼になります。
・空気比を大きくしすぎると、余分な空気を温めて排ガスとして捨てる熱が増え、効率が下がります。

覚え方のポイント
「空気比＝実際の空気量÷理論空気量（1より大きい値で運転）」「少なすぎ→不完全燃焼」「多すぎ→排ガス損失」。適切な空気比に調整することが省エネと安全の両方につながります。

解説
燃焼に使う空気の量を減らすと、酸素が不足して不完全燃焼が起こりやすくなり、一酸化炭素はかえって増えます。一酸化炭素を減らすには、十分な空気を供給して完全燃焼させることが基本です。
燃焼器具を使う室では、燃焼に必要な給気と排ガスの確実な排出が欠かせません。

他の選択肢が正しい理由
・酸素（空気）が不足すると、燃料中の炭素が二酸化炭素まで酸化されず、一酸化炭素が発生します。
・酸素が十分にあれば、燃料中の炭素は完全燃焼して主に二酸化炭素になります。
・一酸化炭素は無色で無臭のため、においや色で気付くことができず、気付かないうちに中毒を起こす危険があります。

覚え方のポイント
「不完全燃焼→CO」「空気を減らすとCOは増える」。ガス機器の設置では、給排気の方式（開放式、半密閉式、密閉式）の区別が重要です。

解説
燃料を燃やすと、燃料に含まれる水素が燃えて水蒸気が生じます。この水蒸気が凝縮して水に戻るときに出す熱（凝縮潜熱）まで含めた発熱量を高発熱量（総発熱量）、含めない発熱量を低発熱量（真発熱量）といいます。
したがって、同じ燃料では高発熱量のほうが大きくなります。
排ガス中の水蒸気を凝縮させて潜熱まで回収する潜熱回収型の給湯器やボイラは、この差を利用して効率を高めています。

他の選択肢が誤りである理由
・日本の都市ガスの標準熱量は、一般に高発熱量（総発熱量）で表示されています。機器の効率が高発熱量基準か低発熱量基準かで数字が変わるので注意が必要です。
・高発熱量は凝縮潜熱の分だけ大きいので、低発熱量のほうが小さくなります。
・水素を含まない燃料では燃焼で水蒸気がほとんど生じないため、両者の差はむしろ小さくなります。

覚え方のポイント
「高発熱量＝低発熱量＋水蒸気の凝縮潜熱」。潜熱回収型の機器では、凝縮水（ドレン）を排水する配管が必要になることもあわせて覚えます。

解説
エネルギーの総量が保存されることを表すのは、熱力学の第一法則です。第二法則は、熱は高温の物体から低温の物体へ自然に移り、その逆は外部から仕事を加えない限り起こらない、という熱の移動の向きを定めた法則です。
冷凍機やヒートポンプは、圧縮機の仕事を加えることで、低温の所から高温の所へ熱をくみ上げています。

試験の罠
第一法則と第二法則の内容を入れ替えたひっかけです。

他の選択肢が正しい理由
・第一法則はエネルギー保存の法則で、熱と仕事を含めたエネルギーの総量は変わらないことを表します。
・熱が低温から高温へ自然に移ることはなく、移すには外部からの仕事が必要です（第二法則）。
・熱と仕事はどちらもエネルギーの形で、互いに変換できます。

覚え方のポイント
「第一法則＝エネルギー保存」「第二法則＝熱は高温から低温へ（逆には仕事が必要）」。冷凍サイクルに圧縮機の入力が必要な理由がここにあります。

解説
理想気体では、ボイル・シャルルの法則により「圧力×体積÷絶対温度」が一定です。体積が変わらないとき、圧力は絶対温度に比例します。
絶対温度に直すと、27℃＝300K、87℃＝360Kなので、圧力は 360÷300＝1.2倍になります。
セルシウス温度のまま 87÷27 と計算すると誤った答えになるので、必ず絶対温度に直してから比を取ります。

他の選択肢が誤りである理由
・3.2倍は、87÷27 とセルシウス温度のまま比を取った誤りです。
・0.8倍は、比を逆にした（300÷360）誤りです。加熱すれば圧力は上がります。
・1.5倍は、計算の根拠のない値です。

覚え方のポイント
「気体の法則は必ず絶対温度（K）で」。密閉された配管や容器を加熱すると圧力が上がるため、膨張タンクや安全弁が必要になる理由にもつながります。