公害防止管理者の過去問｜令和7年 ばいじん・粉じん特論 問３  問題と解説

問題３

問題３の解答

正解は「１」です。

問題３の解説

この図は、集じん装置の「流れの混ざり方（流動状態）」の違いで、同じ wA/Q でも集じん率 $\eta$ が変わることを示しています。

• $w$：粒子の分離速度（沈降・分離できる速さ）
• $A$：全集じん面積
• $Q$：処理ガス流量

したがって、wA/Qは「装置が粒子を分離できる能力（$wA$）に対して、ガスがどれだけ流れてくるか（$Q$）」の比で、値が大きいほど集じんしやすい指標です。

解答に至るまでのステップ

ステップ１：図の“形”で3つの流動状態を見分けます。

図には3本の曲線があります。

• 原点から直線的に上がり、ある点で $\eta=1$に達する線（左側の急な直線）
• 上に凸（だんだん頭打ち）で$\eta\to 1$ に近づく線（上の曲線）
• 同じく頭打ちだが、上の曲線より常に低い線（下の曲線）

ステップ２：層流（A）は“理想的に都合がよい”ので直線で表れます。

層流では流れが乱れにくく、粒子は比較的「まっすぐ」沈降できます。そのため、理想化すると集じん率は、$\eta = wA/Q$（ただし最大1）のように wA/Qに比例して直線的に増え、wA/Q=1 で100%に到達する形になります。→ 図の 直線 が層流なので ア＝A です。

ステップ３：乱流2ケース（BとC）は“混ざるほど不利”なので曲線になります。
乱流では混合が起こり、粒子が「せっかく沈みかけても流れに戻される」状況が増え、効率が落ちます。

• B：乱流で、流れ方向断面（各断面）では濃度が均一
  → 断面ごとには混ざるが、入口から出口へ進むにつれ濃度は下がる（“押し流されながら徐々に減る”タイプ）。
  → 一般に $\eta = 1-\exp(-wA/Q)$の形で、上側の曲線になります。
• C：乱流で、装置内すべてで濃度が均一（完全混合）
  → 装置全体が同じ濃度になりやすく、出口濃度も下がりにくい（“全体がずっと混ざってしまう”タイプ）。
  → 一般に $\eta = \dfrac{wA/Q}{1+wA/Q}$の形で、Bより効率が低く、下側の曲線になります。

よって、上側の曲線＝イ＝B、下側の曲線＝ウ＝C。

結論：ア＝A、イ＝B、ウ＝C → 選択肢1 です。

問題のポイント

• 層流（A）：混ざりが少なく、理想化すると $\eta$ は 直線的に増え、条件次第で 100%到達しやすい。
• 乱流（B,C）：混ざるほど粒子が再び流れに戻りやすく、$\eta$は 頭打ち曲線になる。
• “完全混合（C）”が最も不利：装置全域が同濃度になり、出口濃度が下がりにくい → 同じ $wA/Q$でも $\eta$ が一番低い。