2026年版・2-2

原理:熱の移動(伝導・伝達・通過)の一問一答

第三種冷凍機械責任者試験「冷凍の原理と冷凍サイクル」から、原理:熱の移動(伝導・伝達・通過)に関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。本試験は正誤の組合せを選ぶ択一式が中心ですが、ここでは4択で出題しています。

問12-2

熱伝導率の単位として、正しいものはどれか。

  • ①W/(m²・K)
  • ②kJ/(kg・K)
  • ③W/(m・K)
  • ④kJ/kg
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正解 ③W/(m・K)
解説
熱伝導率λは、物体の中を熱が伝わる速さを表す物性値で、単位はW/(m・K)です。厚さδ(m)、面積A(m²)の板の両面に温度差Δt(K)があるとき、伝わる熱量はΦ=λ×A×Δt÷δで表されます。

他の選択肢が不適切な理由
・W/(m²・K):熱伝達率や熱通過率の単位です。
・kJ/(kg・K):比熱の単位です。
・kJ/kg:比エンタルピーや潜熱の単位です。

覚え方のポイント
「熱伝導率はm、熱伝達率・熱通過率はm²」。熱伝導率は材料の厚さ方向の性質なので長さ(m)、熱伝達率は表面での性質なので面積(m²)が単位に入ります。
問22-2

常温・常圧における熱伝導率が最も小さいものはどれか。

  • ①空気
  • ②銅
  • ③鉄鋼
  • ④水あか
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正解 ①空気
解説
熱伝導率は、金属が大きく、気体が非常に小さい値です。おおよその大きさは、銅>アルミニウム>鉄鋼>水あか・水>油>空気の順で、空気が最も小さくなります。空気や霜は熱を伝えにくいため、断熱材は空気を多く含む構造になっています。

他の選択肢が不適切な理由
・銅:金属の中でも熱伝導率が非常に大きく、冷却管の材料に使われます。
・鉄鋼:銅より小さいものの、空気よりはるかに大きい値です。
・水あか:金属よりはるかに小さく、冷却管に付くと伝熱を妨げますが、空気よりは大きい値です。

覚え方のポイント
「金属は伝える、空気は伝えない」。水あかや霜が付くと、その層が熱の流れを妨げ、凝縮器や蒸発器の性能が下がります。
問32-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、熱の移動について正しいものはどれか。
イ.熱伝達率の単位は、熱伝導率と同じW/(m・K)である。
ロ.壁をはさんだ流体どうしの間で伝わる熱量は、温度差・伝熱面積・熱通過率のそれぞれに比例して大きくなる。
ハ.一般に、流体の流速が大きいほど、流体と固体壁表面との間の熱伝達率は大きくなる。
ニ.常温・常圧において、空気の熱伝導率は、鉄鋼や水あかの熱伝導率よりも大きい。

  • ①ロ
  • ②イ、ロ、ハ
  • ③ロ、ニ
  • ④ロ、ハ
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正解 ④ロ、ハ
解説
熱の伝わり方(伝導・伝達・通過)の基本を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(誤り):熱伝達率の単位はW/(m²・K)です。W/(m・K)は熱伝導率の単位です。
・ロ(正しい):Φ=K×A×Δtmの関係です。
・ハ(正しい):流速が大きいと、壁の近くの流体がよく入れ替わるため、熱伝達率は大きくなります。
・ニ(誤り):空気の熱伝導率は非常に小さく、鉄鋼や水あかよりはるかに小さい値です。

覚え方のポイント
「伝導率はm、伝達率・通過率はm²」「空気は熱を伝えにくい」。単位と大小関係は定番の論点です。
問42-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、熱通過と伝熱面の汚れについて正しいものはどれか。
イ.冷却管に水あかが付着すると、その層が熱抵抗になり、熱通過率は小さくなる。
ロ.蒸発器の冷却管に霜が厚く付くと、霜が熱をよく伝えるため、熱通過率は大きくなる。
ハ.水冷凝縮器の冷却管に水あかが付着すると、凝縮温度は低下する。
ニ.熱通過率の逆数は、固体壁両側の熱伝達抵抗と壁の熱伝導抵抗の和(伝熱面積1m²あたり)で表される。

  • ①イ、ニ
  • ②イ
  • ③イ、ロ、ニ
  • ④イ、ロ、ハ
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正解 ①イ、ニ
解説
伝熱面の汚れ(水あか・霜)が熱通過に与える影響を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):水あかは熱伝導率が小さいため、熱の通り道の抵抗が増えます。
・ロ(誤り):霜は熱伝導率が小さく、熱通過率を小さくします。
・ハ(誤り):熱が伝わりにくくなるので、同じ熱量を捨てるために凝縮温度は上昇します。
・ニ(正しい):1/K=1/α1+δ/λ+1/α2 の関係です。

覚え方のポイント
「汚れは熱の通り道の抵抗」。水あかも霜も、熱通過率を下げて装置の効率を悪くします。
問52-2

熱通過率が0.5kW/(m²・K)、伝熱面積が20m²、冷媒と冷却水の平均温度差が6Kの熱交換器の交換熱量として、正しいものはどれか。

  • ①30kW
  • ②60kW
  • ③120kW
  • ④240kW
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正解 ②60kW
解説
熱交換器の交換熱量は、Φ=K×A×Δtmで求めます。Kは熱通過率、Aは伝熱面積、Δtmは平均温度差です。

計算の手順
Φ=0.5kW/(m²・K)×20m²×6K
=60kW

他の選択肢が不適切な理由
・30kW:温度差を3Kとした値です。
・120kW:熱通過率を1として計算した値です。
・240kW:熱通過率0.5を掛けずに割ってしまった値(20×6÷0.5)です。

覚え方のポイント
交換熱量は「熱通過率×面積×温度差」の3つの掛け算に比例します。どれか1つが下がれば(例:水あかでKが下がる)、交換熱量も下がります。
問62-2

水冷却器で、入口側の冷媒と水との温度差が8K、出口側の温度差が4Kのとき、算術平均温度差として正しいものはどれか。

  • ①12K
  • ②4K
  • ③6K
  • ④2K
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正解 ③6K
解説
算術平均温度差は、入口側と出口側の温度差を足して2で割ったものです。

計算の手順
Δtm=(Δt1+Δt2)÷2
=(8K+4K)÷2=6K

他の選択肢が不適切な理由
・12K:2で割っていない値です。
・4K:出口側の温度差をそのまま答えた値です。
・2K:温度差の差(8-4)を2で割った値です。

覚え方のポイント
厳密には対数平均温度差を使いますが、入口と出口の温度差があまり違わないときは、算術平均温度差で近似できます。試験では算術平均で計算させることが多いです。
問72-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、熱の移動について正しいものはどれか。
イ.壁の厚さを「熱伝導率×伝熱面積」で割った熱伝導抵抗は、値が大きいほど熱をよく通すことを表す。
ロ.熱放射は、物体が電磁波の形で熱エネルギーを放出・吸収する伝熱の形態である。
ハ.空冷凝縮器の冷却管では、管の外側の空気側の熱伝達率が、管の内側で凝縮する冷媒側の熱伝達率よりずっと小さい。
ニ.熱伝達率の小さい側の伝熱面にフィンを付けて面積を増やすと、伝熱量を大きくできる。

  • ①ロ、ハ、ニ
  • ②イ、ロ
  • ③イ、ハ
  • ④イ、ハ、ニ
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正解 ①ロ、ハ、ニ
解説
熱の伝わり方には、熱伝導・熱伝達(対流)・熱放射の3つがあります。

各記述の正誤
・イ(誤り):熱伝導抵抗(δ/(λA))は熱の流れにくさを表すので、大きいほど熱は流れにくくなります。
・ロ(正しい):熱放射は電磁波による伝熱で、間に物質がなくても伝わります。
・ハ(正しい):空気の熱伝達率は、凝縮している冷媒の熱伝達率よりはるかに小さい値です。
・ニ(正しい):そのため、空冷凝縮器やフィンコイル蒸発器では、熱伝達率の小さい空気側にフィンを付けて伝熱面積を増やしています。

覚え方のポイント
「抵抗が大きい=流れにくい」。電気の抵抗と同じ考え方です。「フィンは伝わりにくい側に付ける」も定番の論点です。
問82-2

蒸発器の冷却管に厚く霜が付いたときの影響として、正しいものはどれか。

  • ①霜は氷なので熱をよく伝え、熱通過率が上がる
  • ②霜の熱抵抗で熱通過率が下がり、蒸発圧力が低下する
  • ③霜の熱抵抗で熱通過率が下がり、蒸発圧力が上昇する
  • ④霜の熱抵抗で熱通過率が下がり、冷凍能力が増加する
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正解 ②霜の熱抵抗で熱通過率が下がり、蒸発圧力が低下する
解説
霜は多くの空気を含むため熱伝導率が小さく、冷却管に厚く付くと熱抵抗が増えて熱通過率が下がります。また、フィンの間が霜でふさがれると風量も減ります。その結果、蒸発器の伝熱量が減り、蒸発温度・蒸発圧力が下がって、冷凍能力が低下します。

他の選択肢が不適切な理由
・霜は熱をよく伝える:霜はすき間に空気を多く含むので、熱を伝えにくい物質です。
・蒸発圧力が上昇:伝熱量が減るので、蒸発温度・蒸発圧力は下がります。
・冷凍能力が増加:伝熱量が減るので、冷凍能力は低下します。

覚え方のポイント
霜が厚くなる前に除霜(デフロスト)を行うことが大切です。除霜の方法は、蒸発器の分野で詳しく学びます。
問92-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、熱交換器の伝熱について正しいものはどれか。
イ.熱交換器の交換熱量は、熱通過率、伝熱面積及び平均温度差の積で表される。
ロ.入口側と出口側の温度差があまり違わないときは、平均温度差を算術平均温度差で近似することができる。
ハ.空気冷却器では、熱伝達率の大きい冷媒側にフィンを付けて伝熱面積を増やしている。
ニ.壁の厚さを「熱伝導率×伝熱面積」で割った熱伝導抵抗は、その値が大きいほど熱がよく流れることを示す。

  • ①ロ
  • ②イ、ロ、ハ
  • ③ロ、ハ、ニ
  • ④イ、ロ
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正解 ④イ、ロ
解説
熱交換器の伝熱量の考え方を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):Φ=K×A×Δtmです。
・ロ(正しい):算術平均温度差は、入口側と出口側の温度差を足して2で割って求めます。
・ハ(誤り):フィンは、熱伝達率の小さい空気側に付けます。
・ニ(誤り):熱伝導抵抗が大きいほど、熱は流れにくくなります。

覚え方のポイント
「フィンは伝わりにくい側に付ける」「抵抗が大きいほど流れにくい」。
問102-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、熱の移動について正しいものはどれか。
イ.水あかの熱伝導率は、鋼の熱伝導率よりも大きい。
ロ.流体の流速を大きくすると、熱伝達率は一般に小さくなる。
ハ.熱は、温度の高い物体から温度の低い物体へ移動する。
ニ.熱通過率の逆数は、固体壁の両側の熱伝達抵抗と壁の熱伝導抵抗の和(伝熱面積1m²あたり)で表される。

  • ①イ、ハ
  • ②ロ、ニ
  • ③ハ、ニ
  • ④イ、ロ
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正解 ③ハ、ニ
解説
熱通過は、熱伝達(流体→壁)・熱伝導(壁の中)・熱伝達(壁→流体)が直列につながったものと考えます。

各記述の正誤
・イ(誤り):水あかの熱伝導率は、鋼よりはるかに小さい値です。
・ロ(誤り):流速を大きくすると、熱伝達率は一般に大きくなります。
・ハ(正しい):熱は、外から仕事を加えない限り、高温側から低温側へ移動します。冷凍装置は、圧縮機で仕事を加えることで、低温側から高温側へ熱を運んでいます。
・ニ(正しい):1/K=1/α1+δ/λ+1/α2 の関係です。

覚え方のポイント
熱通過の抵抗は「直列の電気抵抗」と同じく足し算です。どこか1か所でも抵抗が大きい(水あか・霜・空気側)と、全体の熱の通りが悪くなります。

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※本ページの問題・解説は、生成AI(人工知能)を活用して作成しています。

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