出典：建築物衛生管理技術者試験令和4年度(2022年)｜空気環境の調整第71問
問題
空気調和設備に用いられる熱交換器に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 回転型全熱交換器は、仕切り板の伝熱性と透湿性により給排気間の全熱交換を行う。
(2) 空気−空気熱交換器は、主に外気負荷の削減に用いられる。
(3) 代表的な空気冷却用熱交換器としては、プレートフィン型冷却コイルがある。
(4) ヒートパイプは、構造・原理が単純で、熱輸送能力の高い熱交換器である。
(5) プレート式水−水熱交換器は、コンパクトで容易に分解洗浄できるという特徴がある。
ビル管過去問｜空調用熱交換器 全熱交換器・冷却コイル・ヒートパイプを解説
この問題は、空気調和設備に使われる各種熱交換器の種類と特徴を正しく理解しているかを問う問題です。熱交換器は、空気同士で熱をやり取りするもの、水と水で熱をやり取りするもの、冷却コイルのように空気を冷やすものなど、用途ごとに構造や性質が異なります。正答は(1)で、回転型全熱交換器の説明として「仕切り板の伝熱性と透湿性により全熱交換を行う」としている点が不適切です。これは主に静止型全熱交換器に当てはまりやすい説明であり、回転型全熱交換器は回転体に蓄熱・蓄湿させながら給気と排気の間で熱と水分を移す仕組みです。他の選択肢は、それぞれの熱交換器の代表的な特徴を適切に述べています。
(1) 回転型全熱交換器は、仕切り板の伝熱性と透湿性により給排気間の全熱交換を行う。
不適切です。回転型全熱交換器は、ハニカム状などの回転体が給気側と排気側を交互に通過し、その間に顕熱と潜熱を受け渡すことで全熱交換を行います。つまり、回転体そのものが一時的に熱や湿気を蓄えて運ぶ方式です。一方で、「仕切り板の伝熱性と透湿性により交換する」という説明は、固定された隔壁を通して熱や水分を移す静止型全熱交換器の説明として理解すると自然です。試験では、回転型と静止型の仕組みの違いを入れ替えて出題されることがあるため、構造をイメージしながら覚えることが大切です。
(2) 空気−空気熱交換器は、主に外気負荷の削減に用いられる。
適切です。空気−空気熱交換器は、室内から排出する空気と外から取り入れる空気の間で熱をやり取りする装置です。夏は排気の冷たさを利用して外気を冷やし、冬は排気の暖かさを利用して外気を温めることができます。その結果、外気をそのまま空調機で処理する場合に比べて、冷房負荷や暖房負荷を減らせます。これを外気負荷の削減といい、省エネルギーや設備容量の低減に役立ちます。外気処理の負担を軽くするという役割を押さえておくと、他の機器との違いも整理しやすくなります。
(3) 代表的な空気冷却用熱交換器としては、プレートフィン型冷却コイルがある。
適切です。空気冷却用熱交換器としては、冷水や冷媒を流す管にフィンを取り付け、空気との接触面積を大きくしたプレートフィン型冷却コイルが広く用いられています。空気は熱伝達率が小さいため、効率よく熱交換するには表面積を増やす工夫が必要です。そこでフィンを付けて熱交換面積を拡大し、空気を効率よく冷却します。空調機の内部にある冷却コイルの基本形として重要なので、フィンの役割とあわせて理解しておくと応用問題にも対応しやすくなります。
(4) ヒートパイプは、構造・原理が単純で、熱輸送能力の高い熱交換器である。
適切です。ヒートパイプは、内部に作動液を封入し、蒸発と凝縮を利用して熱を移動させる装置です。加熱側で液体が蒸発し、蒸気となって低温側へ移動し、そこで凝縮して熱を放出します。その後、液体が毛細管力などで戻る仕組みです。見た目の構造は比較的単純ですが、相変化を利用するため熱輸送能力が高いという特徴があります。空調分野では排気熱回収などにも利用されます。単純な金属棒で熱を伝えるのではなく、内部の蒸発・凝縮作用によって高い性能を発揮する点が重要です。
(5) プレート式水−水熱交換器は、コンパクトで容易に分解洗浄できるという特徴がある。
適切です。プレート式水−水熱交換器は、薄い金属板を多数重ね、その間を流れる流体同士で熱交換を行う装置です。伝熱面積を効率よく確保できるため、コンパクトで高性能な点が大きな特徴です。また、形式によっては分解して内部を洗浄しやすく、保守管理の面でも利点があります。水系の熱交換では汚れやスケールの付着が性能低下につながるため、清掃しやすさは重要なポイントです。シェルアンドチューブ式との比較でも、プレート式は省スペース性とメンテナンス性がよく問われます。
この問題で覚えるポイント
空調用熱交換器は、何と何の間で熱をやり取りするのか、どのような構造で熱交換するのかを整理して覚えることが大切です。全熱交換器は顕熱だけでなく潜熱も扱う装置であり、外気処理負荷の軽減に用いられます。回転型全熱交換器は回転体に熱と湿気を蓄えて移す方式で、静止型は隔壁を介して熱や水分を交換する方式です。この違いは頻出です。冷却コイルでは、空気側の熱伝達を高めるためにフィンが付けられ、代表例としてプレートフィン型が使われます。ヒートパイプは内部の作動液の蒸発と凝縮を利用するため、小さな温度差でも効率よく熱を運べる点が特徴です。プレート式水−水熱交換器は、コンパクトで伝熱効率が高く、分解洗浄しやすいという点を押さえると、シェルアンドチューブ式との比較問題にも対応しやすくなります。試験では、熱交換器の名称だけでなく、交換する熱の種類、構造上の特徴、主な用途を結びつけて理解しておくことが正誤判断に直結します。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、熱交換器の名称は正しく見えても、仕組みの説明が別の形式の装置と入れ替えられている点にあります。特に全熱交換器では、回転型と静止型の説明が混同されやすく、どちらも熱と湿気を扱うため、表面的に読むと正しく見えてしまいます。また、「熱交換器」という大きなくくりで覚えていると、空気−空気、水−水、冷却コイルなどの用途や流体の違いが曖昧になり、もっともらしい文章に引っかかりやすくなります。試験作成者は、このように一部だけ正しい表現を混ぜて受験者を迷わせます。そのため、名称だけではなく、内部構造、熱の移し方、どの場面で使うかまでセットで理解することが重要です。こうした「似た装置どうしの説明の入れ替え」は今後も繰り返し出る典型的なパターンです。
