機器：冷凍機・ボイラ・冷却塔・ポンプ・送風機の一問一答

解説
同じポンプ（または送風機）の回転数を変えたとき、性能は次の関係（相似則）で変化します。
・吐出し量（流量）は回転数に比例
・全揚程（圧力）は回転数の2乗に比例
・軸動力は回転数の3乗に比例
たとえば回転数を80％に下げると、軸動力は0.8³≒0.51倍、約半分になります。インバータによる回転数制御が大きな省エネになるのはこのためです。

他の選択肢が誤りである理由
・軸動力は回転数の3乗、全揚程は2乗に比例します。乗数が入れ替わっています。
・吐出し量は回転数の1乗に比例します。2乗に比例するのは全揚程です。
・全揚程は回転数の2乗に比例します。3乗に比例するのは軸動力です。

覚え方のポイント
「流量は1乗・揚程は2乗・動力は3乗」。送風機でも同じ関係（風量・静圧・動力）が成り立ちます。

解説
同じ性能のポンプ2台を並列に運転すると、同じ揚程のもとで吐出し量を足し合わせた性能曲線になります。
しかし実際には、流量が増えると配管の抵抗（抵抗曲線）も大きくなるため、運転点（ポンプの性能曲線と抵抗曲線の交点）の吐出し量は、単独運転の2倍より少なくなります。
一方、直列運転は、同じ吐出し量のもとで揚程を足し合わせるもので、主に揚程を増やす目的で行います。

他の選択肢が誤りである理由
・並列運転は吐出し量を増やす目的で行う運転方法です。揚程を増やすのは直列運転です。
・配管の抵抗は流量が増えるほど大きくなるため、吐出し量はちょうど2倍にはなりません。
・直列運転は揚程を増やす目的で行う運転方法です。

覚え方のポイント
「並列＝流量を増やす（2倍未満）」「直列＝揚程を増やす」。運転点は、ポンプの性能曲線と配管の抵抗曲線の交点で決まります。

解説
軸流送風機は、羽根車の軸の方向に空気を流す送風機で、低い静圧で大きな風量を送るのに適しており、換気扇や冷却塔などに使われます。
高い静圧を必要とする長いダクト系統には、高い静圧に対応でき効率も高い後向き羽根送風機（ターボファンなど）が適しています。

他の選択肢が正しい理由
・多翼送風機（シロッコファン）は、前向きに曲がった幅の狭い羽根を多数持つ遠心送風機で、小型でも比較的低い静圧で大きな風量が得られ、空調機やファンコイルユニットに広く使われます。
・後向き羽根送風機は、多翼送風機より効率が高く、高い静圧にも対応できるため、大型の空調機などに使われます。
・送風機にもポンプと同じ相似則が成り立ち、風量は回転数に比例、静圧は2乗、軸動力は3乗に比例します。

覚え方のポイント
「多翼（前向き）＝小型・大風量」「後向き（ターボ）＝高静圧・高効率」「軸流＝低静圧・大風量（換気扇・冷却塔）」。

解説
冷却塔の性能を表す用語として、次の2つがよく使われます。
・レンジ：冷却塔の入口水温と出口水温の差（どれだけ冷やしたか）
・アプローチ：冷却塔の出口水温と外気の湿球温度の差（湿球温度にどこまで近づけたか）
冷却塔は水の蒸発を利用して冷やすため、理論上、出口水温は外気の湿球温度より低くすることはできません。アプローチが小さいほど、冷却塔の能力に余裕が必要になります。

他の選択肢が誤りである理由
・入口水温と出口水温の差はレンジです。
・レンジは入口水温と出口水温の差で、外気の乾球温度とは関係ありません。
・冷却塔の出口水温は、外気の湿球温度より低くはなりません。

覚え方のポイント
「レンジ＝入口−出口」「アプローチ＝出口−湿球温度」。冷却塔の能力は外気の湿球温度で決まることを押さえます。

解説
鋳鉄製ボイラは、鋳鉄製のセクションを組み合わせた構造で、分割して搬入・組立てができる反面、鋳鉄はもろく引張りや急な温度変化に弱いため、高い圧力には向きません。そのため低圧の蒸気や温水の用途に使われます。
高圧の蒸気をつくる用途には、鋼製の炉筒煙管ボイラや水管ボイラなどが用いられます。

他の選択肢が正しい理由
・貫流ボイラは、管の中に水を送り込み通過する間に加熱して蒸気にする方式で、保有水量が少ないため起動が速い一方、不純物が管内に付着しやすく、給水の水処理が重要です。
・炉筒煙管ボイラは、大きな胴の中に炉筒と多数の煙管を持ち保有水量が多いため、負荷が変動しても圧力が安定しやすいボイラです。
・鋳鉄製ボイラはセクションごとに搬入できるため、搬入口が狭い建物にも設置しやすく、主に低圧の蒸気や温水に用いられます。

覚え方のポイント
「貫流＝保有水量少・起動速い・水処理重要」「炉筒煙管＝保有水量多・負荷変動に強い」「鋳鉄製＝分割搬入・低圧用」。

解説
真空式温水発生機は、缶体の内部を大気圧より低い圧力（真空）に保ち、低い温度で熱媒水を沸騰させ、その蒸気で内部の熱交換器を通る水を加熱して温水をつくる機器です。
缶体内が大気圧以下で運転されるため破裂の危険が小さく、労働安全衛生法のボイラーに該当しないので、ボイラー技士の資格がなくても取り扱えます。
熱媒水は缶体内に密閉されて循環し、外へは出しません。内部に複数の熱交換器を設けて、暖房用と給湯用など複数の回路に温水を供給できるものもあります。

他の選択肢が誤りである理由
・缶体内は大気圧より低い圧力で運転されます。そのためボイラーに該当せず、ボイラー技士の資格は不要です。
・熱媒水は缶体内に密閉されて循環するもので、給湯として外に出すことはありません。熱交換器で別の水を温めます。
・缶体内で発生した蒸気は、内部の熱交換器で水を温めるために使われ、缶体の外へ送り出すことはありません。

覚え方のポイント
「真空式＝大気圧以下・ボイラーに該当しない・資格不要・熱交換器で間接加熱」。無圧式温水発生機も同様にボイラーに該当しません。

解説
吸収冷凍機では、冷房で奪った熱に加えて、吸収液を再生するために加えた熱（ガスや蒸気の熱）も冷却水で捨てる必要があります。そのため、同じ冷凍能力の圧縮式冷凍機（圧縮機の動力分だけを加えて捨てる）より、冷却塔で捨てる熱量が多くなり、冷却塔の容量は大きくなります。

他の選択肢が正しい理由
・遠心冷凍機（ターボ冷凍機）は、高速で回転する羽根車の遠心力で冷媒ガスを圧縮する冷凍機で、大規模な建物の中央熱源などに使われます。
・吸収冷凍機は圧縮機を持たず、水を冷媒、臭化リチウム水溶液を吸収液とし、熱で吸収液を再生するため、電力消費が少なく振動や騒音も小さいのが特徴です。
・空気熱源ヒートポンプチラーは、凝縮器の熱を屋外の空気に直接放出するため、冷却塔や冷却水ポンプが不要です。

覚え方のポイント
「遠心（ターボ）＝羽根車・大容量」「吸収式＝圧縮機なし・熱で駆動・冷却塔が大きい」「空気熱源＝冷却塔不要」。

解説
サージングは、送風機やポンプを、性能曲線（圧力と流量の関係）が右上がりとなる小流量の範囲で運転したときに、流量や圧力が周期的に変動し、騒音や振動が生じる現象です。
特に多翼送風機などで、ダンパを絞りすぎて風量を極端に少なくしたときに起こりやすくなります。
防止には、右上がりの範囲を避けて運転点を選ぶ、バイパスを設けて流量を確保する、などの対策をとります。

他の選択肢が誤りである理由
・吸込側で気泡が発生して壊食するのは、キャビテーションです。
・弁の急閉で圧力が急上昇するのは、ウォーターハンマーです。
・電源の線を入れ替えると逆回転するのは、三相誘導電動機の性質で、サージングではありません。

覚え方のポイント
「サージング＝右上がり特性での脈動」「キャビテーション＝気泡と壊食」「ウォーターハンマー＝急閉で圧力上昇」。似た現象を区別します。

解説
有効NPSH（有効吸込みヘッド）は、ポンプの吸込口で液体が沸騰するまでにどれだけ余裕があるかを表す値で、設備の条件（吸込み高さ、配管の抵抗、液温など）で決まります。
必要NPSHは、そのポンプがキャビテーションを起こさずに運転するために必要な値で、ポンプの性能で決まります。
キャビテーションを防ぐには、有効NPSHが必要NPSHより十分に大きくなるようにします。

他の選択肢が誤りである理由
・有効NPSHが必要NPSHより小さいと、キャビテーションが起こります。
・吸込み配管の抵抗が大きいと、吸込口の圧力が下がり、有効NPSHは小さくなります。
・液温が上がると飽和蒸気圧が高くなり、有効NPSHは小さくなって不利です。

覚え方のポイント
「有効NPSH＞必要NPSH」。有効NPSHを大きくするには、吸込み高さを小さく、吸込み配管を太く短く、液温を低くします。

解説
冷凍機の圧縮機には潤滑のための冷凍機油が使われ、その一部は冷媒と一緒に冷凍サイクルを循環します。冷媒の種類によって油との溶け合い方などの相性が異なるため、冷媒に適合した冷凍機油を選ぶ必要があります。
冷媒配管の施工では、ろう付けの際に管内に窒素ガスを流して酸化被膜（スケール）の発生を防ぎ、施工後は窒素ガスなどの不活性ガスで気密試験を行い、真空引きで水分と空気を十分に取り除きます。

他の選択肢が誤りである理由
・気密試験に酸素を用いると、油分と反応して発火、爆発するおそれがあるため危険です。窒素ガスなどの不活性ガスを用います。
・空気を流しながらろう付けすると、管の内面に酸化被膜ができ、はがれて弁などを詰まらせます。窒素ガスを流しながら行います。
・冷媒中の水分は、膨張弁の部分で凍結して詰まりを起こしたり、冷凍機油の劣化や腐食の原因になったりします。

覚え方のポイント
「冷媒と冷凍機油はセットで適合させる」「ろう付けは窒素を流しながら」「気密試験は窒素（酸素は厳禁）」「真空引きで水分・空気を除去」。