R1年 大気特論 問3 問題と解説

　問 題　　　　　

通常空気使用時の理論空気量がA₀m³_N/kgである燃料を、酸素濃度を25.0%とした酸素富化空気により燃焼させる。酸素富化空気を使用した場合の理論湿り燃焼排ガス量は、通常空気使用時のそれに比べ、何m³_N/kg減少するか。

1. 0.04A₀
2. 0.08A₀
3. 0.12A₀
4. 0.16A₀
5. 0.20A₀

 

 

 

 

 

　解 説　　　　

酸素富化空気という言葉が聞き慣れないかもしれませんが、あまり気にしなくて大丈夫です。文字通り普通の空気(酸素濃度21%)よりも酸素濃度が高い空気という意味で、今回の場合は問題文より酸素濃度を25.0%として考えます。

問われているのは「2種類の空気を使ったときの理論湿り燃焼排ガス量の差」ですが、どちらの場合でも同じ燃焼を完全燃焼させるので、燃焼によって発生するガスの種類や量は変わりません。また、完全燃焼なので酸素も残りません。

つまり、求めたい差というのは実質的に、「空気中にもともと含まれている窒素の量の差」ということになります。これを図示すると下図のような感じです。

上記の通り、同じ燃料を完全燃焼させているので、上図の上段と下段における酸素の量(青色部分)は等しくなります。よって、次のような等式が成り立ちます。

求める答えは上図の赤色部分なので、上式の結果を用いると以下のように計算することができます。

よって、通常空気使用時に比べて減少する分は0.16A₀m³_N/kgとなるので、正解は(4)です。