問３
次の各文章は、「工場等におけるエネルギーの使用の合理化に関する事業者の判断の基準」（以下、『工場等判断基準』と略記）の内容及びそれに関連した管理技術の基礎について述べたものである。ここで、『工場等判断基準』は、令和４年４月１日時点で施行されているものである。これらの文章において、『工場等判断基準』の本文に関連する事項については、その引用部を示す上で、「Ⅰエネルギーの使用の合理化の基準」の部分は、『基準部分』と略記する。特に「工場等（専ら事務所その他これに類する用途に供する工場等を除く）」における『基準部分』を、『基準部分（工場）』と略記する。1～12の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。また、［A|ab］～［H|a.b］に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。なお、単位のm3Nは標準状態（０℃、１気圧）における気体の体積を表す。（配点計100点）
（６）加熱炉の炉壁材
高温の加熱炉の炉壁材として、耐火れんが、耐火断熱れんが、ファイバ系断熱材等が使用される。熱の供給停止に伴う炉内温度の急激な低下を抑止したい場合には、これらの炉壁材の中で、蓄熱性が最も高い［５］を炉内側に使用し、炉外側に高断熱性の炉壁材を使用して炉全体の断熱性を高めることが有効である。
（ア）ファイバ系断熱材
（イ）耐火れんが
（ウ）耐火断熱れんが
（イ）耐火れんが
解答群の耐火れんが、耐火断熱れんが、ファイバ系断熱材の中で、蓄熱性能が最も高いのは耐火れんがです。
蓄熱性とは？
蓄熱性とは、物質が熱エネルギーを吸収、保存、そして放出する能力のことを指します。蓄熱性が高い物質は、熱エネルギーを吸収して、周囲温度が低下した時に放出することができます。このため、加熱炉の炉壁材料定において、蓄熱性が重要な要素となります。
蓄熱性と断熱性の違い
似たような意味に思えますが、この意味の違いをしっかりと理解しましょう。
断熱性は、物質が熱エネルギーの移動を防ぐ能力のことを指します。つまり、断熱性が高い物質は、熱の移動が起こりにくくなるため、室内の温度が室外との温度差によって変化しにくくなります。建物の断熱材、冷蔵庫や保冷バッグの内側など、熱の移動を防ぐ必要がある場所で重要な役割を果たします。
加熱炉では、蓄熱性に優れた材料と、断熱に優れた材料を併用することで省エネ性能を向上させています。過熱炉の内側は、蓄熱性に優れた材料を使用し、熱を蓄積させます。蓄熱性に優れた材料のみでは、蓄えた熱は直ぐに放出されてしまいます。このため、加熱炉の外側は、断熱性に優れた材料を使用し、熱の放出を抑えます。
炉壁材料の種類
| 材料 | 用途 | 熱伝導率 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 耐火レンガ | 蓄熱 | 大きい | 強度が大きい、重たい |
| 耐火断熱レンガ | 断熱 | 小さい | 耐火レンガに比べて軽い。サクサク |
| ファイバ系断熱材 | 断熱 | 小さい | 耐火断熱レンガに比べて軽量、断熱性に優れる。乾燥が不要 |
耐火レンガ
耐火レンガは、高温に耐えるための耐火性能を持ったレンガのことです。一般的に、耐火レンガはシリカ、アルミナ、マグネシア、クロム、ゼオライトなどの高温に強い原材料を使用して作られます。これらの原材料は、高温下でも変形や劣化を起こさず、長期間にわたって使用できる特性を持っています。
耐火レンガは、高温下での炉や窯、製鉄所、セラミック工場、火力発電所、製紙工場などの建設に使用されます。これらの建物は、高温環境に耐える必要があり、通常のレンガやコンクリートでは十分な耐久性を持ちません。そのため、耐火性能を持ったレンガが必要とされます。
また、耐火レンガは断熱性に優れており、高温環境下での温度上昇を抑えることができます。さらに、熱伝導率が低いため、高温環境下でも熱を逃がさず、省エネ効果も期待できます。
耐火断熱レンガ
耐火断熱レンガは、高温下でも耐久性があり、かつ断熱効果を発揮する建材の一種です。主に、高温の炉や窯、暖炉、火力発電所、製鉄所などの高温環境における建物や設備の断熱材として使用されます。
耐火断熱レンガは、高純度の耐火物質を原料とし、高温で焼成されたセラミック製品です。そのため、高温下でも耐久性があり、耐火性に優れた特性を持っています。また、低熱伝導率の断熱効果も発揮し、高温環境下での温度上昇を抑えることができます。
ファイバ系断熱材
ファイバ系断熱材は、繊維状の材料を主原料として作られた断熱材です。一般的に、ガラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、ポリエステルファイバーなどがファイバ系断熱材の代表的な種類です。
ファイバ系断熱材は、繊維状の構造が空気を含んでいるため、熱の移動を遅らせる効果があります。また、ファイバ系断熱材の繊維状構造は、柔軟性が高く、施工がしやすいという利点もあります。
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