【二級ボイラー技士】令和6年10月公表問題の解説｜ボイラーの構造（問1〜10）

蒸発熱とは？

沸騰している水を、同じ温度のまま蒸気に変えるのに使われる熱。温度計に表れない熱（潜熱）の1つです。

💡 なぜ？　沸騰が始まると、加えた熱は水を蒸気に変えることだけに使われ、温度は上がらないからです。

（1）　⭕ 正しい記述

過熱蒸気の温度と、同じ圧力の飽和蒸気の温度との差を過熱度という。

（2）　⭕ 正しい記述

乾き飽和蒸気は、乾き度が1の飽和蒸気である。

（3）　⭕ 正しい記述

飽和蒸気の比エンタルピは、飽和水の比エンタルピに蒸発熱の比エンタルピを加えた値である。

（4）　⭕ 正しい記述

飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。

（5）　❌ 誤りの記述

飽和水の蒸発熱は、圧力が高くなるほど大きくなり、臨界圧力に達すると最大になる。

💡 覚え方

高い圧力ほど、沸かすまでの熱は増え、沸いたあとの蒸発熱は減る。2つは逆向きに動き、蒸発熱は臨界圧力でゼロになると押さえましょう。

水循環とは？

ボイラーの中で、温まった水が上がり、冷たい水が下りてくる流れのこと。

💡 なぜ？　水は温まると軽くなり、冷えると重くなるからです。鍋でお湯を沸かすと、底の水が上がってくるのと同じ動きです。

（1）　⭕ 正しい記述

ボイラー内で、温度が上昇した水及び気泡を含んだ水は上昇し、その後に温度の低い水が下降して、水の循環流ができる。

（2）　⭕ 正しい記述

自然循環式水管ボイラーは、高圧になるほど蒸気と水との密度差が小さくなり、循環力が弱くなる。

（3）　⭕ 正しい記述

水管ボイラーは、水循環を良くするため、水と気泡の混合体が上昇する管と、水が下降する管を区別して設けているものが多い。

（4）　❌ 誤りの記述

炉筒を有するボイラーでは、水循環を良くするため、炉筒をボイラーの中央に配置するのが良い。

（5）　⭕ 正しい記述

水循環が不良であると気泡が停滞することなどにより、伝熱面が焼損、膨出するなどの原因となる。

💡 覚え方

炉筒は「中央」ではなく「片方へ少しずらす」。水循環の問題で「炉筒」と「中央」が並んでいたら、まず疑いましょう。

高発熱量と低発熱量とは？

燃料が燃えると水蒸気ができます。その水蒸気が持つ熱（潜熱）までふくめた発熱量が高発熱量、ふくめない発熱量が低発熱量です。

（1）　⭕ 正しい記述

ボイラー効率とは、全供給熱量に対する発生蒸気の吸収熱量の割合をいう。

（2）　⭕ 正しい記述

蒸気の発生に要する熱量は、蒸気圧力、蒸気温度及び給水温度によって異なる。

（3）　⭕ 正しい記述

蒸気ボイラーの容量(能力)は、最大連続負荷の状態で、1時間に発生する蒸発量で示される。

（4）　⭕ 正しい記述

換算蒸発量は、実際の蒸発量を基準状態のときの蒸発量に換算したものである。

（5）　❌ 誤りの記述

ボイラー効率を算定するときの液体燃料の発熱量は、一般に、水蒸気の潜熱を含んだ高発熱量を用いる。

💡 覚え方

効率は「使える熱」で計算するから低発熱量。煙突から逃げる水蒸気の熱は使えないので、数に入れないと考えましょう。

（1）　⭕ 正しい記述

水冷壁が燃焼室に配置されている。

（2）　❌ 誤りの記述

伝熱面積当たりの保有水量が多いので、高圧大容量用に適している。

（3）　⭕ 正しい記述

伝熱面積を大きくとれるので、一般に熱効率を高くできる。

（4）　⭕ 正しい記述

使用蒸気量の変動により圧力及び水位が変動しやすい。

（5）　⭕ 正しい記述

給水及びボイラー水の処理に注意を要し、特に高圧ボイラーでは厳密な水管理を行う必要がある。

💡 覚え方

水管ボイラー＝水が少ない。だから「高圧大容量向き・効率が高い」が長所で、「圧力と水位が揺れやすい・水管理が厳密」が弱点です。「保有水量が多い」は丸ボイラーの言葉だと覚えましょう。

ステーとは？

ボイラーの平らで弱い板を、ほかの部分とつないで支える補強材。棒・管・板などの形があります。

💡 なぜ？　平らな板は、内側から押されると外へふくらんで変形しやすいからです。

（1）　⭕ 正しい記述

管ステーは、鋼管を管板に溶接又はねじ込みによって取り付ける。

（2）　⭕ 正しい記述

管ステーを火炎に触れる部分にねじ込みによって取り付ける場合には、管ステーの端部を縁曲げする。

（3）　⭕ 正しい記述

ガセットステーは、熱応力を緩和するため、鏡板にブリージングスペースを設けて取り付ける。

（4）　❌ 誤りの記述

ガセット板を胴に直接溶接で取り付ける場合には、T継手の片側すみ肉溶接とする。

（5）　⭕ 正しい記述

棒ステーは、棒状のステーで、胴の両鏡板の間に設けたものを長手ステー、鏡板と胴板の間に設けたものを斜めステーという。

💡 覚え方

長手＝胴の長さいっぱいに渡す、斜め＝鏡板から胴へ斜めに渡す。名前がそのまま形を表しています。管ステーは「火炎に触れる所は縁曲げ」、ガセットステーは「鏡板にブリージングスペース」が要点です。

安全低水面とは？

ボイラーを使っている間、これより水位を下げてはいけない最低の水面のこと。

💡 なぜ？　水位が下がりすぎると、熱を受ける面が水から出てしまい、焼けて傷むからです。

（1）　⭕ 正しい記述

貫流ボイラーを除く蒸気ボイラーには、原則として、2個以上のガラス水面計を見やすい位置に取り付ける。

（2）　⭕ 正しい記述

ガラス水面計は、可視範囲の最下部がボイラーの安全低水面と同じ高さになるように取り付ける。

（3）　⭕ 正しい記述

ガラス水面計は、ボイラー本体又は蒸気ドラムに直接取り付けるか、又は水柱管を設けこれに取り付ける。

（4）　⭕ 正しい記述

丸形ガラス水面計は、主として最高使用圧力1MPa以下の丸ボイラーなどに用いられる。

（5）　❌ 誤りの記述

二色水面計は、光線の屈折率の差を利用したもので、蒸気部は緑色(青色)に、水部は赤色に見える。

💡 覚え方

蒸気は赤（熱い）、水は緑・青（冷たい）。熱い方が赤と考えれば、色の入れ替えに気づけます。

主蒸気弁とは？

ボイラーでつくった蒸気を、主蒸気管（蒸気を使う場所へ送る管）へ出す所にある弁。

（1）　❌ 誤りの記述

主蒸気弁に用いられる仕切弁は、蒸気の流れが弁体内でY字形になるため抵抗が小さい。

（2）　⭕ 正しい記述

主蒸気弁に用いられる玉形弁は、蒸気の流れが弁体内部でS字形になるため抵抗が大きい。

（3）　⭕ 正しい記述

沸水防止管は、気水分離器の一種で、低圧ボイラーの蒸気取出し口の下の胴内に設ける。

（4）　⭕ 正しい記述

主蒸気管の配置に当たっては、曲がり部に十分な半径を持たせ、ドレンのたまる部分がないように傾斜を付けるとともに、要所に蒸気トラップを設ける。

（5）　⭕ 正しい記述

2基以上のボイラーが蒸気出口で同一管系に連絡している場合は、一般に、主蒸気弁の後に蒸気逆止め弁を設ける。

💡 覚え方

仕切弁は「まっすぐ通り抜けられる門」、玉形弁は「中でS字に曲がる通路」。曲がりが多いほど抵抗は大きくなります。

膨張タンクとは？

温めて体積が増えた分の水を受け止めるタンク。上が大気に開いた開放形と、閉じた密閉形の2種類です。

💡 なぜ？　水は温めるとふくらむ性質があります。逃げ場がないと、ボイラーの中の圧力が上がってしまうからです。

（1）　⭕ 正しい記述

逃がし管は、ボイラーと高所に設けた開放形膨張タンクとを接続する管である。

（2）　⭕ 正しい記述

膨張タンクには、タンク内の水位をみる験水管、オーバーフロー管などが設けられている。

（3）　❌ 誤りの記述

逃がし管には、ボイラーに近い側に弁又はコックを取り付ける。

（4）　⭕ 正しい記述

逃がし弁は、逃がし管を設けない場合又は膨張タンクを密閉形とした場合に用いられる。

（5）　⭕ 正しい記述

逃がし弁は、水の膨張による圧力上昇によって、弁体を押し上げ、水を逃がすものである。

💡 覚え方

逃がし管は「いつでも開いている逃げ道」。途中に弁やコックがあると、閉めたときに逃げ道がふさがります。だから弁もコックも付けないと考えましょう。

エコノマイザとは？

煙突へ向かう煙道ガス（燃えたあとのガス）の余熱で、給水（ボイラーに入れる水）を前もって温める装置。

💡 なぜ？　燃焼ガスは、ボイラーを通ったあともまだかなり熱いまま煙突へ向かうからです。

（1）　⭕ 正しい記述

エコノマイザは、煙道ガスの余熱を回収して、給水の予熱に利用する装置である。

（2）　❌ 誤りの記述

エコノマイザの種類には鋼管形と鋼板形があり、エコノマイザ管には、平滑管やひれ付き管が用いられる。

（3）　⭕ 正しい記述

エコノマイザを設置すると、ボイラー効率を向上させ、燃料が節約できる。

（4）　⭕ 正しい記述

エコノマイザを設置すると、通風抵抗が多少増加する。

（5）　⭕ 正しい記述

エコノマイザを設置すると、燃料の性状によっては低温腐食を起こすことがある。

💡 覚え方

エコノマイザは一般に鋼管形。「鋼板形」という種類が出てきたら誤りを疑いましょう。設置すると「効率は上がる・通風抵抗は増える・低温腐食のおそれ」と、良い面と悪い面をセットで覚えましょう。

（1）　⭕ 正しい記述

水位の制御方式には、単要素式、二要素式及び三要素式がある。

（2）　⭕ 正しい記述

単要素式は、負荷変動が激しいときは良好な制御が期待できない。

（3）　❌ 誤りの記述

二要素式は、水位と蒸気圧力を検出し、その変化に応じて給水量を調節する方式である。

（4）　⭕ 正しい記述

電極式水位検出器は、蒸気の凝縮によって検出筒内部の水の純度が高くなると、正常に作動しなくなる。

（5）　⭕ 正しい記述

単要素式には、ドラム水位の変化を偏差信号として給水調節器へ伝え、比例制御で弁の開度を変えるようにしたものなどがある。

🤔 なぜ単要素式は、負荷変動が激しいときに弱いのですか？

蒸気を急にたくさん使うと、ボイラーの中の圧力が下がります。すると水の中の気泡がふくらんで、一時的に水位が上がって見えることがあるのです。水位だけを見ていると、そこで給水を減らしてしまいます。蒸気流量も見る二要素式なら、給水を増やすと正しく判断できるのです。

💡 覚え方

要素が1つ増えるごとに「量」が1つ増える。単要素＝水位、二要素＝＋蒸気流量、三要素＝＋給水流量です。足していくのは出入りの量なので、圧力は入りません。