出典：建築物衛生管理技術者試験令和6年度(2024年)｜空気環境の調整第68問
問題
熱交換器に関する次の記述のうち、多管式熱交換器について述べているものはどれか。
(1) 熱交換器の中では、設置面積や荷重が小さい。
(2) 内部に封入された作動媒体が、蒸発と凝縮サイクルを形成して熱輸送する。
(3) 構造的にU字管式全固定式遊動頭式に分類される。
(4) 伝熱板の増減により伝熱面積の変更が可能である。
(5) 一体成形された構造のブレージング型は、汚れやすい流体の使用には向かない。
ビル管過去問｜熱交換器（多管式熱交換器の構造と特徴）を解説
この問題は、各熱交換器の「構造上の特徴」を見分けられるかを問う問題です。正しい選択肢は(3)です。多管式熱交換器は、いわゆるシェルアンドチューブ形であり、構造的には固定管板式、U字管式、遊動頭式に分類されます。一方で、コンパクトで伝熱板の増減ができるものはプレート式、内部の作動媒体の蒸発と凝縮で熱を運ぶものはヒートパイプ、ブレージング型はプレート式の一種です。つまり、この問題は「熱交換器の分類」と「各形式の代表的特徴」を整理して覚えているかが勝負になります。
(1) 熱交換器の中では、設置面積や荷重が小さい。
不適切です。その理由は、設置面積や荷重が小さいという特徴は、多管式熱交換器よりもむしろプレート式熱交換器に当てはまりやすいからです。プレート式熱交換器は薄い伝熱板を重ねる構造のため、軽量でコンパクトになりやすく、メーカー資料でも多管式に比べて高い伝熱性能と小さな設置スペースが特徴として示されています。多管式熱交換器は丈夫で広い用途に使えますが、一般に「小型軽量」が最大の特徴ではありません。
(2) 内部に封入された作動媒体が、蒸発と凝縮サイクルを形成して熱輸送する。
不適切です。その理由は、この説明はヒートパイプの原理を述べたものだからです。ヒートパイプは内部の作動液が加熱側で蒸発し、冷却側で凝縮することで熱を高速に移動させます。これに対して多管式熱交換器は、シェル側とチューブ側に流れる二つの流体の間で、金属管壁を介して熱交換を行う装置です。つまり、熱の運び方そのものが異なります。
(3) 構造的にU字管式全固定式遊動頭式に分類される。
適切です。その理由は、多管式熱交換器の代表的な構造分類が、固定管板式、U字管式、遊動頭式だからです。多管式熱交換器は、円筒胴の内部に多数の伝熱管を配置した構造を持ち、その管の支持方法や熱膨張への対応方法によって形式が分かれます。U字管式は管がU字に曲がっており熱膨張を吸収しやすく、遊動頭式は片側が可動で温度変化に対応しやすい、固定管板式は構造が比較的単純という特徴があります。試験では、この三分類をそのまま問う形がよく出ますので、確実に押さえておきたいところです。
(4) 伝熱板の増減により伝熱面積の変更が可能である。
不適切です。その理由は、伝熱板を増減して面積を調整できるのはプレート式熱交換器の特徴だからです。プレート式は、プレートを積層する構造なので、必要な能力に応じて伝熱プレート枚数を調整できます。多管式熱交換器は、多数の管を胴内に組み込む構造であり、プレート式のように運用途中で簡単に伝熱面積を変更する考え方とは異なります。文中の「伝熱板」という語が出た時点で、プレート式を連想できるようにしておくと正誤判断がしやすくなります。
(5) 一体成形された構造のブレージング型は、汚れやすい流体の使用には向かない。
不適切です。その理由は、これはブレージングプレート式熱交換器の説明だからです。ブレージング型はプレートをろう付けして一体化した構造で、分解洗浄がしにくく、閉塞防止の対策や薬液洗浄が必要とされます。そのため、汚れやすい流体には不向きとされます。多管式熱交換器の説明ではなく、プレート式の一形式に関する記述です。つまり、この選択肢は「熱交換器」という広い主語に対して中身だけ別形式へすり替えた、典型的なひっかけです。
この問題で覚えるポイント
熱交換器は、まず「何式か」を見抜くことが最重要です。多管式熱交換器はシェルアンドチューブ形とも呼ばれ、固定管板式、U字管式、遊動頭式に分類されます。圧力や温度の高い条件にも広く使われ、頑丈で用途が広い形式です。 プレート式熱交換器は、薄い伝熱プレートを重ねた構造で、伝熱性能が高く、軽量でコンパクトです。伝熱板の増減で伝熱面積を調整できる点も重要です。さらに、ブレージング型はプレート式の一種で、分解しにくいため汚れやすい流体には向きません。 ヒートパイプは、内部の作動媒体が蒸発と凝縮を繰り返して熱を運ぶ装置です。したがって、「蒸発」「凝縮」「作動媒体」という語が出てきたら、多管式ではなくヒートパイプを疑うのが基本です。試験では、構造分類と作動原理をセットで見分けられるかが問われます。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、「熱交換器に関する記述」という大きなくくりの中に、別形式の特徴を混ぜている点です。受験者は熱交換器全般の話だと思って読むと、どれもそれらしく見えてしまいます。しかし実際には、コンパクトさや伝熱板の増減はプレート式、蒸発凝縮サイクルはヒートパイプというように、各形式を代表するキーワードが明確に分かれています。 もう一つの罠は、「一部だけ正しい」知識に引っ張られることです。たとえば、多管式も熱交換器の一種なので、なんとなく高性能、なんとなく使いやすい、という曖昧な印象で選ぶと誤ります。試験では、印象ではなく「その特徴はどの形式の専売特許か」を見分ける必要があります。形式名を見たら、構造、調整方法、洗浄性、熱の運び方まで連想できるように整理しておくことが、同テーマの問題を安定して解くコツです。
