二級ボイラー技士「ボイラーの構造」の要点とひっかけ（論点テキスト）

アプリの二級・ボイラーの構造にあたる30論点を、要点173本・ひっかけ129本にまとめました。公表試験問題で出た問数ごとの見出しに分けています。

最終更新：2026年11月3日

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このページの論点

二級・ボイラーの構造・30論点・要点173本・ひっかけ129本（見出しの問数は、公表試験問題3回分120問での内訳）

胴・マンホール・附属品
ボイラーの種類と構造比較
給排気系統・自動制御・燃焼室の構造
熱・圧力の基礎とボイラー効率

胴・マンホール・附属品（本試験3回分で11問）

水面計の種類と取付け

ガラス水面計の個数と取付け位置、二色式・平形反射式の見え方、機能試験や電極式水面計の特徴が問われる。

要点

貫流ボイラーを除く蒸気ボイラーには、原則として、ガラス水面計を2個以上、見やすい位置に設ける。
ガラス水面計は、可視範囲の最下部をボイラーの安全低水面と同じ高さにして取り付ける。
二色水面計は光の屈折率の差を利用しており、蒸気部は赤色、水部は緑色(青色)に見える。
平形反射式水面計は、ガラスの前面から見ると、水部は光が通って黒色に、蒸気部は光が反射して白色に見える。
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。
水面計は、閉塞すると実際の水位と異なる指示を示すおそれがあるため、種類にかかわらず定期的な機能試験が必要である。
電極式水面計は、電極間の通電状態によって水位を段階的に検出する方式で、警報や自動制御と連動させやすい。

ひっかけ

ガラス水面計の可視範囲の最下部は、安全低水面より上方ではなく、安全低水面と同じ高さに合わせる。
二色水面計は、蒸気部が緑色、水部が赤色ではなく、蒸気部が赤色、水部が緑色(青色)に見える。
マルチポート水面計の使用圧力は、平形透視式水面計より低いのではなく、高い圧力で使用できる。
水面計の機能試験は、いったん行えば以後不要なのではなく、使用開始前や運転中に繰り返し行う。
電極式水面計は、ガラス水面計のように水位を直接目視できる構造ではない。

圧力計・水高計の原理と取付け

ブルドン管圧力計の原理と取付け、サイホン管の役割、温水ボイラーの水高計、連絡管の扱いが問われる。

要点

ブルドン管圧力計は、扁平な管を円弧状に曲げたブルドン管に圧力が加わると、円弧が広がることを利用している。
圧力計は、原則として、胴又は蒸気ドラムの一番高い位置に取り付ける。
圧力計のコックは、ハンドルが管軸と直角方向になったときに閉じるように取り付ける。
サイホン管は、管内に凝縮水をためて、高温の蒸気が圧力計に直接触れないようにする。
水高計は温水ボイラーの圧力を測る計器で、構造は蒸気ボイラーの圧力計(ブルドン管式)と同様である。
蒸気ボイラーには圧力計を、温水ボイラーには水高計を取り付ける。
圧力計・水面計の連絡管には閉止できる弁又はコックを設けることが望ましく、燃焼ガスに触れるおそれがあれば防護する。

ひっかけ

耐熱用のブルドン管圧力計でも、高温の蒸気や水を直接ブルドン管に入れてよいわけではない。
水高計は蒸気ボイラー専用の計器ではなく、温水ボイラーに用いる計器である。
サイホン管は空にして使うのではなく、水を満たして蒸気が直接ブルドン管に入るのを防ぐ。
ブルドン管式圧力計は、水銀の液面の高さで示す液柱式ではなく、管の機械的な変形を指針に変換する方式である。

鏡板とステーの種類

鏡板の形状ごとの強さの違いと、ステー(棒・管・ガセット)の種類や取付け方が問われる。

要点

平鏡板は圧力に対して強度が弱く変形しやすいので、大径のものや高い圧力を受けるものはステーで補強する。
皿形鏡板や半楕円体形鏡板は、平鏡板に比べ圧力に対する強度が高い。
皿形鏡板は球面殻、環状殻及び円筒殻から構成され、応力はすみの丸みの部分で最大となる。
棒ステーは、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。
管ステーは煙管よりも肉厚の鋼管を使い、火炎に触れる部分にねじ込みで取り付ける場合は端部を縁曲げする。
ガセットステーは平板によって鏡板を胴で支えるもので、溶接で取り付け、熱応力を緩和するためブリージングスペースを設ける。

ひっかけ

皿形鏡板の応力は、すみの丸みの半径が大きいほど大きくなるのではなく、小さくなる。
管ステーの端部は、板の外側へ10mm程度突き出すのではなく、縁曲げする。
ステーの主目的は蒸気や水の漏れ防止ではなく、平鏡板などの強度上不利な部分を補強し、荷重を支えることである。
ガセット板を胴に直接溶接する場合は、片側すみ肉溶接ではなく、Ｔ継手の両側すみ肉溶接とする。
ステーによる補強を要するのは、強度に優れる皿形鏡板ではなく、強度上不利な平鏡板である。

吹出し装置の取扱い

吹出し弁の種類と直列配置、吹出しコックの使い分け、間欠吹出しと連続吹出しの違い、操作上の注意が問われる。

要点

吹出し弁には、スラッジなどによる故障を避けるため、仕切弁又はＹ形弁が用いられる。
大形・高圧のボイラーには吹出し弁を2個直列に設け、ボイラーに近い方に急開弁、遠い方に漸開弁を取り付ける。
最高使用圧力1MPa未満のボイラーでは、吹出し弁の代わりに吹出しコックが用いられることが多い。
吹出し管は、ボイラー水の濃度を下げたり沈殿物を排出したりするため、胴又はドラムに設ける。
吹出し弁は、沈殿物を排出しやすいよう、胴又は水ドラムの最下部に取り付ける。
連続吹出し装置は、水面付近の濃縮したボイラー水を調節弁で加減しながら少量ずつ連続的に排出し、水質を一定範囲に保つ。
間欠吹出しでは、急開弁を先に開いて次に漸開弁を開き、終了後は漸開弁を先に閉じ、急開弁を後で閉じる。

ひっかけ

吹出し弁に玉形弁やアングル弁を用いるのではなく、仕切弁又はＹ形弁を用いる。
吹出し管は、ボイラー水の濃度を上げるためではなく、下げるために設ける。
吹出しコックが多く用いられるのは、1MPa以上ではなく1MPa未満のボイラーである。
吹出しは、燃焼を続けたまま最大負荷で行うのではなく、水位が安定し燃焼負荷が低いときに行う。
吹出しは水位が低いときに行うのではなく、水位が正常であることを確認してから行う。

ハートフォード式連結法と返り管

ハートフォード式連結法の目的と接続位置、鋳鉄製蒸気ボイラーの給水管・返り管の取付けと特性が問われる。

要点

ハートフォード式連結法は、返り管の水位低下による低水位事故を防ぐために暖房用蒸気ボイラーの返り管の取付けに用いられる。
ハートフォード式連結法は、返り管を安全低水面に近い位置で胴又はヘッダーに接続する方法である。
ポンプ循環方式の蒸気ボイラーでは、返り管を安全低水面以下150mm以内の高さに取り付ける。
暖房用蒸気ボイラーは復水を循環使用し、給水管はボイラーに直接取り付けず返り管に取り付ける。
鋳鉄製ボイラーを蒸気ボイラーとして用いる場合、その使用圧力は0.1MPa以下に限られる。
セクション数は20枚程度、伝熱面積は50m2程度までが普通で、ガス通路にスタッドを付けて受熱面積を大きくしている。
鋳鉄製ボイラーは鋼製に比べ強度は低いが腐食には強く、熱による不同膨張で割れが生じやすい。

ひっかけ

ハートフォード式連結法の目的は、蒸気圧力の異常な昇圧防止ではなく、低水位事故の防止である。
ハートフォード式連結法の主目的は、給水中の不純物がボイラーへ混入するのを防ぐことではない。
ハートフォード式連結法は、返り管を最高水位より高い位置に接続するのではなく、安全低水面に近い位置に接続する。
重力循環式でも、給水管をボイラー本体の安全低水面の位置に直接取り付けるのではなく、返り管に取り付ける。

安全弁の構造と種類

ばね安全弁の作動と吹出し圧力の調整、揚程式・全量式の分類、揚程・弁座流路面積・のど部といった用語が問われる。

要点

安全弁は、蒸気圧力が設定圧力に達すると自動的に弁が開いて蒸気を吹き出し、圧力が下がると自動的に閉止する。
安全弁の吹出し圧力は、調整ボルトを締めたり緩めたりして調整する。
安全弁には揚程式と全量式があり、弁体が弁座から上がる距離を揚程(リフト)という。
弁座流路面積は、弁体と弁座の間の面積で、カーテン面積ともいう。
全量式安全弁は、弁座の下方ののど部の面積が吹出し面積の中で最小となり、その面積で吹出し面積が決まる。
安全弁箱又は排気管の底部には、開放したドレン抜きを設ける。
揚程による分類は弁体が弁座から離れる距離と吹出し容量に着目した構造上の分類で、揚程が大きいほど大きな吹出し容量を確保できる。

ひっかけ

ばね安全弁は、いったん吹き出すと自動的に閉止しないのではなく、圧力が低下すれば自動的に閉止する。
全量式安全弁は、のど部の面積が最大となるのではなく、吹出し面積の中でのど部の面積が最小となる。
弁座流路面積は、のど面積ともいうのではなく、カーテン面積ともいう。
揚程による分類は、弁体や弁ばねの材質の違いによる分類ではない。

逃がし管・逃がし弁・膨張タンク

温水ボイラーの逃がし管の接続先と弁を付けてはならない規則、逃がし弁を用いる場合、膨張タンク、水高計・温度計の取付けが問われる。

要点

逃がし管は、ボイラーと高所に設けた開放型膨張タンクとを接続し、ボイラーが高圧になるのを防ぐ安全装置で、途中に弁やコックを取り付けてはならない。
逃がし弁は、水の膨張により圧力が設定した圧力を超えると弁体を押し上げて水を逃がし、逃がし管を設けない場合や膨張タンクを密閉型とした場合に用いられる。
膨張タンクは水温上昇による水の膨張分を吸収するもので、開放式は大気に開放され、密閉式は空気又は窒素ガスなどの気体層をもつものがある。
開放型膨張タンクには、タンク内の水位を見る験水管やオーバーフロー管などが設けられている。
水高計は温水ボイラーの圧力を測る計器で、温度計はボイラー水が最高温度となる箇所の見やすい位置に取り付ける。

ひっかけ

逃がし管は、密閉型膨張タンクに直結するのではなく、高所に設けた開放型膨張タンクにつなぐ。
逃がし管には、ボイラーに近い側であっても弁又はコックを取り付けてはならない。
逃がし管の最小径は、最高使用圧力ではなく伝熱面積に応じて定められている。
逃がし弁は、温度を一定に保つ弁ではなく、圧力が設定値を超えたときに水を逃がして圧力の異常上昇を防ぐ弁である。
発生蒸気と使用箇所の蒸気の圧力差が大きいときの調節弁は、逃がし弁ではなく減圧弁である。

胴の応力・継手・溶接

胴に生じる応力の大小、突合せ溶接継手の特徴と検査、胴外面の腐食対策、炉筒や管板の強さが問われる。

要点

薄肉円筒の胴では、周方向の応力が長手(軸)方向の応力のほぼ2倍になる。
現在の鋼製ボイラーの胴の継手は溶接継手が主体で、突合せ溶接継手はリベット継手に比べ一般に継手効率が高い。
突合せ溶接継手にはＶ形やＸ形などの開先の種類があり、溶接部は放射線検査などで内部欠陥を確認することがある。
波形炉筒は、平形炉筒に比べ熱による炉筒の伸縮を吸収でき、外圧に対する強度も高い。

ひっかけ

胴の長手方向の応力が周方向の応力の2倍になるのではなく、周方向の応力が長手方向の約2倍である。
加熱された炉筒板に生じるのは、引張応力ではなく圧縮応力である。
突合せ溶接継手は、片側溶接に限られるのではなく、両側から溶接することも多い。
溶接部にも割れやブローホールなどの欠陥が生じることがあり、検査を省略できるわけではない。
胴の外面は、常に水中にあるわけではないため、腐食対策が不要とはいえない。

弁・コックの種類と特徴

玉形弁・仕切弁・アングル弁・コックの構造と、流量調整に向くか開閉専用かという使い分けが問われる。

要点

玉形弁は、流体がS字状に流れの方向を変える構造で、流量の調整に適するが、仕切弁に比べ流体抵抗が大きい。
仕切弁は弁体を流路に対して垂直に上下させて開閉し、全開時の流体抵抗が小さく、全開・全閉での使用に適する。
アングル弁は入口と出口の方向が直角になる構造で、配管を曲げる部分に用いて取り回しを簡略化できる場合がある。
コックはテーパ状又はボール状の栓を回転させて短時間で開閉でき、験水コックなど素早い操作が求められる箇所に用いられる。

ひっかけ

仕切弁は、半開状態での流量の微調整に用いるのではなく、半開で長時間使うと弁座の摩耗や振動を生じやすい。
玉形弁は、流体抵抗が仕切弁より小さいのではなく、仕切弁より大きい傾向がある。
コックは、玉形弁と同じ上下方向の開閉機構ではなく、栓を回転させて開閉する。
弁は、種類にかかわらず弁座や弁体の摩耗・腐食が生じないわけではなく、定期点検が必要である。

マンホールと各種の穴

マンホールの寸法、だ円形・長方形の穴を胴に設ける向き、掃除穴と検査穴の使い分け、穴の補強が問われる。

要点

だ円形のマンホールは長径375mm以上・短径275mm以上、円形のマンホールは直径375mm以上とする。
だ円形又は長方形の穴を胴に設けるときは、短径又は短い辺を胴の軸方向に配置する。
掃除穴は主にボイラー内部の清掃のため、検査穴は主に内部の点検のために設ける。
穴を設けた場所は強度が減少するので、強め材を取り付けたりフランジを打ち出したりして補強する。

ひっかけ

穴を設けても強度への影響が小さいわけではなく、補強が不要とはいえない。
一般にだ円形又は円形とするのは検査穴ではなく、掃除穴である。
マンホールは円形に限られず、だ円形も認められている。
マンホールを設けても、掃除穴や検査穴が不要になるわけではなく、目的に応じて使い分ける。

流量計・通風計の原理

容積式・差圧式・面積式流量計の原理と、Ｕ字管式通風計の測定内容、ブルドン管の形が問われる。

要点

容積式流量計は、だ円形歯車2個を流体の流れで回転させ、流量が歯車の回転数に比例することを利用している。
差圧式流量計は、管の中に絞りを挿入すると、入口と出口の間に流量の二乗に比例する圧力差が生じることを利用している。
面積式流量計は、垂直に置かれたテーパ管内のフロートが流量に応じて上下し、環状面積が流量に比例することを利用している。
Ｕ字管式通風計は、大気圧との差圧を水柱で示し、ドラフトのほか炉内圧も測定できる。

ひっかけ

容積式流量計は、流量が歯車の回転数の二乗に比例するのではなく、回転数に比例する。
差圧式流量計の圧力差は、流量に比例するのではなく、流量の二乗に比例する。
ブルドン管は、断面が真円形の管をＵ字状に曲げたものではなく、断面が扁平な管を円弧状に曲げたものである。
Ｕ字管式通風計は、ドラフトだけでなく炉内圧も測定できる。

蒸気トラップとドレン抜き

蒸気トラップの分類と作動原理、機能不良の影響、選定条件、主蒸気管のドレン抜きの目的が問われる。

要点

フロート式はフロートの上下動、バケット式は蒸気とドレンの密度差で弁を開閉するメカニカル式で、バイメタル式は温度差を利用するサーモスタティック式である。
蒸気トラップが開いたままだと蒸気が漏れて熱損失が増え、詰まりや閉じたままだとドレンの排出不良でウォータハンマの原因となる。
蒸気トラップの選定には、使用圧力やドレン量、負荷変動への対応性などの条件を考慮する必要がある。
主蒸気管のドレン抜きは、たまった凝縮水を排出してウォータハンマを防ぐために設け、管の低い位置や曲がり部の手前に置かれることが多い。

ひっかけ

ディスク式は、水位変化のみで作動するのではなく、蒸気とドレンの流速差(圧力差)を利用して弁体を作動させる。
ドレン抜きは蒸気の圧力を調整する弁ではなく、凝縮水を排出するためのものである。
蒸気トラップは種類ごとに特性が異なるため、選定に条件を考慮する必要がないとはいえない。
蒸気トラップが閉じたままになると、ドレンが配管内にたまり、運転に影響が出る。

ボイラーの種類と構造比較（本試験3回分で9問）

鋳鉄製ボイラーの特徴

鋳鉄製ボイラーの強度と使用圧力の制限、割れやすさと取扱い、セクション構造、ウェットボトム式が問われる。

要点

鋳鉄製ボイラーは鋼製に比べ強度が低くもろいが腐食には強く、主に暖房用や給湯用の低圧ボイラーとして用いられる。
鋳鉄製の蒸気ボイラーは、強度が低いため使用圧力が0.1MPa以下に限られる。
鋳鉄はもろく急激な温度変化で割れを生じやすいため、運転中や点火時・給水時の急熱・急冷を避ける。
低水位状態から急に給水すると急冷により割れる危険が高く、低水位を確認したときはまず火を落とすなど慎重に対応する。
セクションの数を増減することで容量や伝熱面積を調整でき、分割搬入できるため狭い場所への据付けにも有利である。
ウェットボトム式は、ボイラーの底部にも水を循環させる構造である。
暖房用の鋳鉄製蒸気ボイラーでは、原則として復水を循環使用し、返り管の取付けにハートフォード式連結法を用いる。

ひっかけ

鋳鉄製蒸気ボイラーの使用圧力は、1MPa以下ではなく0.1MPa以下に限られる。
鋳鉄製ボイラーは強度が高いのではなく強度が低いため、高圧の蒸気ボイラーや発電用には適さない。
鋳鉄製ボイラーは、熱による不同膨張で割れが生じにくいのではなく、生じやすい。
鋳鉄製ボイラーは、急激な温度変化に対する耐久性が高いのではなく、急激な温度変化に弱い。

貫流ボイラーの特徴

貫流ボイラーの水循環のない管系構造と、保有水量が少ないことによる起動・自動制御・焼損の特徴、給水の水質管理が問われる。

要点

貫流ボイラーは、給水ポンプで押し込まれた水が一連の管内を通る間に予熱・蒸発・過熱され、蒸気として取り出される。
貫流ボイラーは水管ボイラーに分類されるが、水循環がなく、蒸気ドラム及び水ドラムを持たず管系部材だけで構成される。
伝熱面積当たりの保有水量が著しく小さいため、起動から所要蒸気を発生するまでの時間が短く、据付面積も小さくて済む。
保有水量が少ないため、給水量・燃料量を負荷に応じて精密に自動制御する必要がある。
給水のほとんどが蒸発するため、純水に近い十分な水処理が必要で、水質管理は他のボイラー形式より厳しい。
水位異常や給水の途絶で短時間に管の焼損に至るおそれがあるため、水量不足を検出して燃料供給を遮断する装置が設けられる。
小形低圧の貫流ボイラーには、一本の管をコイル状に巻いた単管式や、複数の管を並列にした多管式が多く用いられる。

ひっかけ

貫流ボイラーは、保有水量が多く起動に時間がかかるのではなく、保有水量が著しく小さく起動が短い。
貫流ボイラーの給水の水質管理は、水循環がないからといって緩やかでよいのではなく、厳しい。
貫流ボイラーは、給水が途絶えても長時間安全に運転できるのではなく、短時間で異常昇温や管の焼損に至る。
貫流ボイラーの据付面積は、同容量の丸ボイラーより大きいのではなく、小さい。
貫流ボイラーの管系は、燃焼ガスにさらされないのではなく、燃焼室内や煙道内で放射伝熱・対流伝熱を受ける。

炉筒煙管ボイラーの構造

炉筒煙管ボイラーの内だき式の構造、加圧燃焼・戻り燃焼方式、スパイラル管、燃焼室形式と燃焼ガスの流れが問われる。

要点

炉筒煙管ボイラーは丸ボイラーの一種で、炉を胴の内部に設ける内だき式である。
加圧燃焼方式は、燃焼室内の圧力を大気圧より高く保ち、燃焼室熱負荷を高めて燃焼効率を向上させる。
戻り燃焼方式は、燃焼ガスを炉筒内で反転させて燃焼効率を高める方式である。
煙管には、燃焼ガスを流す管のほか、伝熱効果を高めるスパイラル管を使用しているものが多い。
保有水量が多く、水管ボイラーに比べ蒸気使用量の変動による圧力変動が小さい。
ウェットバック式は後部煙室の周囲もボイラー水で囲み、ドライバック式は後部煙室がれんが積みなどでボイラー水に囲まれない。
燃焼ガスは炉筒内で燃焼した後、煙管群を通ってボイラー水に熱を伝えながら煙室へ流れる。

ひっかけ

加圧燃焼方式は、燃焼室内の圧力を大気圧より低く保つのではなく、高く保つ方式である。
炉筒煙管ボイラーは、水循環のない貫流方式ではなく、自然水循環をもつ丸ボイラーの一種である。
炉筒煙管ボイラーは、保有水量が著しく小さい貫流ボイラーではなく、保有水量が比較的大きい丸ボイラーである。

水管ボイラーの特徴と構造

水管ボイラーの特徴(起動・圧力変動・用途)、自然循環式と強制循環式の違い、水冷壁・汽水分離装置・管寄せの働きが問われる。

要点

水管ボイラーは丸ボイラーに比べ、伝熱面積当たりの保有水量が小さく起動が早い反面、使用蒸気量の変動による圧力変動及び水位変動が大きい。
水管ボイラーは低圧小容量から高圧大容量までに適し、高圧・大容量のものは発電用として広く採用されている。
自然循環式は、高圧になるほど蒸気と水の密度差が小さくなり循環力が弱くなるため、高圧では強制循環式が有利になる。
強制循環式は、循環系路中に設けたポンプでボイラー水を強制的に循環させる方式で、水管の配置の自由度が高い。
水冷壁は燃焼室の周囲に配置された水管群で、放射熱を直接受ける放射伝熱面であり、炉壁の保護と伝熱の両方の役割をもつ。
気水ドラム内の汽水分離装置は、蒸気中の水滴を分離して乾き度を高める。
管寄せ(ヘッダー)は多数の水管を接続して水や蒸気を集散させる部材で、ドラムの外に設けられる。

ひっかけ

水管ボイラーは、保有水量が多く圧力変動が生じにくいのではなく、保有水量が少なく圧力変動が生じやすい。
自然循環式水管ボイラーは、高圧になるほど蒸気と水の密度差が大きくなるのではなく、小さくなる。
汽水分離装置は、給水中の溶存気体を除去する装置ではなく、蒸気中の水滴を分離する装置である。
戻り燃焼方式で燃焼効率を高めているのは水管ボイラーではなく、炉筒煙管ボイラーである。
蒸気中の水滴を分離するのは管寄せではなく、気水分離器(汽水分離装置)の働きである。

丸ボイラー・炉筒ボイラー

丸ボイラー(立て・炉筒・炉筒煙管)の保有水量と圧力変動などの特徴、コルゲート炉筒、安全低水面の考え方が問われる。

要点

丸ボイラーには、立てボイラー、炉筒ボイラー、炉筒煙管ボイラーなどが含まれる。
丸ボイラーは水管ボイラーに比べ保有水量が多く、起動から所要蒸気を発生するまでに時間がかかるが、蒸気使用量の変動による圧力変動は小さい。
丸ボイラーは構造が簡単で取扱いが容易な反面、水管ボイラーに比べ最高圧力が低く、比較的小容量や暖房用、給湯用に用いられる。
立てボイラーは胴を垂直に立てて設置する構造で、設置面積が小さく、小容量・低圧の用途に多い。
コルゲート炉筒(波形炉筒)は、熱による伸縮を吸収しやすく、伝熱面積が増え、外圧に対する強度も高まる。
炉筒は他の部分より高温になり熱膨張が大きいため、鏡板にブリージングスペースを設けるなどして応力を緩和する。
安全低水面は、これより水位が低下すると安全な運転が保てなくなる水位で、丸ボイラー・水管ボイラーを問わず規定され、構造により位置が異なる。

ひっかけ

丸ボイラーは、保有水量が少なく起動が早いのではなく、保有水量が多く起動に時間がかかる。
炉筒は熱膨張がほとんど生じないのではなく、鏡板との取付け部に応力対策が必要である。
大容量の発電用ボイラーとして多く採用されるのは丸ボイラーではなく、水管ボイラーである。
安全低水面は水管ボイラーだけに規定されるのではなく、丸ボイラーにも適用される。
コルゲート炉筒は、水管ボイラーの水管に用いる波形の管ではなく、炉筒を波形に成形したものである。

ボイラーの水循環

自然水循環の仕組み、丸ボイラーと水管ボイラーの循環の違い、水循環の良否が伝熱面に及ぼす影響が問われる。

要点

ボイラー内では、温度が上昇した水や気泡を含んだ水が上昇し、温度の低い水が下降して循環流ができる。
水循環が良好であれば熱が水へ十分に伝わり、伝熱面温度は水温に近い値となって過熱による損傷を防げる。
丸ボイラーは伝熱面の多くがボイラー水中にあり水の対流が容易なため、特別な水循環の系路を構成する必要がない。
水管ボイラーは、気泡を含む水が上昇する上昇管と、水が下降する降水管を区別して設けているものが多い。

ひっかけ

水循環が良好でも伝熱面の温度が水温より著しく高くなるのではなく、水温に近くなる。
丸ボイラーは特別な水循環の系路を必要とするのではなく、水の対流が容易で系路を要しない。
水管ボイラーの水循環は、系路が単純で設計上意識しなくてよいのではなく、上昇管と降水管を区別するなど意識した設計が必要である。
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中央に配置するのではなく、中央から片側に少しずらす。

給排気系統・自動制御・燃焼室の構造（本試験3回分で6問）

過熱器・エコノマイザ・空気予熱器

過熱器・エコノマイザ・空気予熱器の役割と配置順、空気予熱器の種類と効果、低温腐食が問われる。

要点

過熱器は、乾き飽和蒸気をさらに加熱して飽和温度より高い過熱蒸気を作る装置である。
過熱器出口の蒸気温度は、高すぎると管や下流機器を損傷し、低すぎると蒸気の湿りが増えるため、減温器などで適正範囲に制御する。
エコノマイザ(節炭器)は、排ガスの余熱を利用して給水を予熱し、ボイラー効率を高める装置である。
空気予熱器は燃焼用空気を温めて燃焼状態を良好にしボイラー効率を上げるが、窒素酸化物の発生量が増加することがある。
燃焼ガスの流れの順序は、一般に過熱器、エコノマイザ、空気予熱器の順に配置される。
空気予熱器には、管や平板を介して熱交換する熱交換式と、回転する蓄熱体を介して熱を伝える再生式などがある。
低温腐食は、伝熱面の温度が排ガス中の酸の露点以下に下がると生じやすく、エコノマイザや空気予熱器など排ガス温度の低い部分で起こる。

ひっかけ

ボイラーへの給水温度を上げるのは空気予熱器ではなく、エコノマイザである。
空気予熱器は、燃焼ガスの流れの最上流ではなく、下流側の比較的低温側に配置するのが一般的である。
低温腐食を避けるには、給水の予熱温度を低く保つのではなく、伝熱面の温度を酸の露点より高く保つ。
ひれ付き管式エコノマイザは、清掃の手間が少ないのではなく、ひれの間にすすや灰が付着しやすく手間がむしろ増える。
燃焼ガスで加熱された伝熱エレメントが空気側へ移動して空気を予熱するのは、熱交換式ではなく再生式である。

水位制御方式と水位検出器

水位検出器の方式、単・二・三要素式の水位制御、検出器の台数と連絡管の取付け基準が問われる。

要点

フロート式はフロートの上下動、電極式は電極間の通電状態を利用して水位を検出する。
差圧式水位検出器は、基準水柱側との圧力差を利用して水位を連続的に検出する。
低水位検出器は安全低水面付近まで水位が下がると警報を発し、燃料遮断装置などと連動させる構成が広く用いられる。
検出信号は、単要素式が水位のみ、二要素式が水位と蒸気流量、三要素式が水位・蒸気流量・給水流量である。
二要素式は蒸気流量も検出するため、負荷変動時の見かけ水位の変化にも早く対応でき、単要素式より応答性に優れる。
単要素式は構造が簡単で小容量ボイラーなどに用いられるが、負荷変動が激しいと良好な制御が期待できない。
水位検出器は原則2個以上、検出方式を異なるものにして取り付け、水側連絡管は呼び径20A以上で他と共用しない。

ひっかけ

負荷変動が大きいボイラーで水位を安定させやすいのは、単要素式ではなく検出要素の多い三要素式である。
二要素式の検出信号は、水位と蒸気圧力ではなく水位と蒸気流量である。
熱膨張管式水位調整装置は単要素式のみではなく、二要素式のものもある。
水側連絡管の呼び径は、15A以上ではなく20A以上である。
水側・蒸気側連絡管のバルブ又はコックは、直列に2個以上設けてはならない。

給水系統と給水ポンプ

給水弁と給水逆止め弁の配置、給水内管、給水ポンプの種類と運転、給水加熱が問われる。

要点

給水弁はボイラーに近い側、給水逆止め弁はその外側（ポンプ側）に付け、逆止め弁の故障時は給水弁で締め切って修理する。
給水逆止め弁はボイラー水のポンプ側への逆流を防ぐ弁で、給水の圧力差により自動的に開閉し、スイング式やリフト式がある。
給水内管はボイラー水中で給水を分散させて局部的な温度差を和らげ、取り外して点検・清掃できる構造とする。
渦巻ポンプは案内羽根なしで低圧用、ディフューザポンプは案内羽根ありで高圧には多段、渦流ポンプは小容量用である。
ディフューザポンプは吐出し弁を閉じた状態で起動し、停止時は吐出し弁を徐々に閉じてから電動機を止める。
給水を加熱すると、ボイラーへの熱衝撃が緩和され、缶体内で蒸発に必要な熱量も少なくて済む。
エコノマイザは排ガスの余熱、蒸気式給水加熱器は蒸気の一部を利用して給水を加熱する装置である。

ひっかけ

給水弁と給水逆止め弁を並べるとき、ボイラーに近い側は逆止め弁ではなく給水弁である。
給水逆止め弁は人が開閉操作する弁ではなく、給水の圧力差で自動的に開閉する。開閉操作をするのは給水弁である。
ディフューザポンプの起動は、吐出し弁を全開にした状態ではなく、閉じた（又は絞った）状態で行う。
給水内管は胴の外側ではなくボイラー水中に取り付け、取り外しができない構造でもない。
蒸気圧力の差が大きいときの調節に用いるのは逃がし弁ではなく減圧弁で、逃がし弁は温水ボイラーの膨張水を逃がす弁である。

送気系統と主蒸気弁・減圧弁

主蒸気弁・沸水防止管・気水分離器・減圧弁など送気系統の装置の役割と構造が問われる。

要点

主蒸気弁は運転員が開閉操作する弁で、たき始めは閉じておき、蒸気圧力が整ってから徐々に開く。急に開くとウォータハンマのおそれがある。
2基以上のボイラーが同一の管系に連絡する場合は主蒸気弁の後に蒸気逆止め弁を設け、長い主蒸気管には伸縮継手を設ける。
沸水防止管は、蒸気とともにボイラー水が主蒸気管へ運ばれるのを防ぎ、蒸気の流速を緩やかにする。
気水分離器は蒸気中の水滴を分離し、蒸気の乾き度を高める装置である。
減圧弁は高圧の蒸気を使用先に適した低い圧力に減圧する弁で、下流側に圧力計を取り付けて減圧後の圧力を確認する。
パイロット式減圧弁は、パイロット弁で二次側圧力を検出して主弁の開度を調整し、直動式より制御精度を高めやすい。
蒸気トラップは蒸気を逃さずドレンのみを排出し、蒸気ヘッダーは蒸気を複数の使用先へ分配する集合管である。

ひっかけ

仕切弁は蒸気がほぼ直進して抵抗が小さく、Ｓ字形に流れて抵抗が大きいのは玉形弁である。
減圧弁で圧力を下げると、蒸気の温度（飽和温度）も上昇ではなく低下する。
沸水防止管は水滴の持出しを防ぐ装置であり、給水中の溶存酸素を除去する装置ではない。
主蒸気弁は自動プログラムのみで開閉されるのではなく、運転員が開閉操作を行う。
主蒸気管と給水管は伝熱管ではなく、伝熱管は水管・煙管・過熱管・エコノマイザ管などである。

圧力・温度調節器と制限器

圧力調節器と圧力制限器の違い、比例式とオンオフ式の調節器、温度調節器の作動原理が問われる。

要点

蒸気圧力制限器は圧力が異常に上昇したときに直ちに燃料の供給を遮断するもので、一般にオンオフ式圧力調節器が用いられる。
圧力調節器は通常運転時に燃焼量を自動的に増減させ、圧力制限器は上限を超えたとき燃焼を強制的に停止させる安全機器である。
比例式蒸気圧力調節器は、コントロールモータと組み合わせて比例動作により圧力を調節し、比例帯の設定を行う。
オンオフ式温度調節器（電気式）は、感温体内の液体の膨張・収縮をベローズやダイヤフラムの変位として取り出し、マイクロスイッチを開閉する。
感温体内の液体には、一般にトルエン、エーテル、アルコールなどが用いられる。
保護管を用いて感温体を取り付けるときは、熱伝達を良くするため保護管内にシリコングリスを挿入する。
オンオフ式温度調節器（電気式）は、調節温度のほか、設定値付近での頻繁な発停を防ぐために動作すきまの設定を行う（比例帯は比例式の調節器の設定）。

ひっかけ

蒸気圧力制限器に用いられるのは、比例式ではなくオンオフ式の圧力調節器である。
燃焼量を増減させるのは圧力調節器、上限超過時に燃焼を停止させるのは圧力制限器であり、役割を入れ替えない。
オンオフ式蒸気圧力調節器の本体は、ボイラー本体に直接取り付けない。
保護管内にシリコングリスは、挿入してはならないのではなく、熱伝達を良くするため挿入する。
比例帯設定ねじは比例式調節器の部品で蒸気圧力制限器の構成部分ではなく、点火装置にサーモスタットは含まれない。

自動制御の基本と制御動作

燃焼制御方式、シーケンス制御、フィードバック制御、制御量と操作量、比例・積分・微分動作が問われる。

要点

オンオフ式は全負荷と停止の二位置、ハイロー式は高燃焼と低燃焼の二段階、比例式は燃焼量を連続的に変化させる方式である。
シーケンス制御は、定められた順序に従って点火から停止までの各段階を逐次進める制御で、点火前のプレパージで可燃性ガスを排出する。
フィードバック制御は検出部・調節部・操作部で構成され、検出値と目標値の偏差に応じて操作量を修正する。
制御量と操作量の組合せは、蒸気圧力が燃料量と燃焼用空気量、炉内圧力が排出ガス量、水位が給水量である。
自動燃焼制御（ＡＣＣ）は、蒸気圧力又は温水温度を一定にするよう燃料供給量と燃焼用空気量を自動調節する制御である。
インターロックは条件が整わないと次の動作へ進ませず、燃焼安全装置は異常消火などで燃料を遮断し、これらは組み合わせて用いられる。
比例動作は偏差の大きさに、積分動作は偏差の時間積分値に比例して操作量を増減する。

ひっかけ

燃焼量を高燃焼・低燃焼の二段階で切り替えるのはハイロー式で、比例式は連続的に変化させる。
ボイラー水位の制御で調節する操作量は、蒸気量ではなく給水量である。
目標となる状態量が制御量、そのために調節する量が操作量であり、両者を取り違えない。
オフセットをなくすのは比例動作ではなく積分動作であり、微分動作はＰＩ動作ではない。
シーケンス制御・インターロック・燃焼安全装置は、互いに独立ではなく組み合わせて用いられる。

燃焼室と伝熱面

燃焼室（火炉）の役割と構造、放射伝熱面と接触伝熱面の区別が問われる。

要点

放射伝熱面は燃焼室内の火炎や高温ガスからの放射熱を直接受ける伝熱面で、水管ボイラーの水冷壁が代表例である。
燃焼室を出たガス通路に置かれ、主に対流で熱を受ける伝熱面が接触伝熱面で、煙管ボイラーの煙管が代表例である。
燃焼室は火炉とも呼ばれ、燃料を速やかに着火・燃焼させ、可燃性ガスと空気の混合接触を良くして完全燃焼させる部分である。
加圧燃焼方式の燃焼室は気密構造とし、容積が小さすぎると不完全燃焼を起こしやすい。

ひっかけ

単位面積当たりの熱吸収量が大きいのは、接触伝熱面ではなく燃焼室に近い放射伝熱面である。
燃焼室に直面する伝熱面は接触伝熱面ではなく放射伝熱面で、接触（対流）伝熱面は燃焼室を出たガス通路にある。
加圧燃焼方式の燃焼室は、外部と空気が自由に出入りする開放構造ではなく気密構造である。
放射伝熱面での熱の伝わり方は、主に対流ではなく放射である。

燃焼安全装置と安全装置の連携

火炎検出器の種類と適用、異常消火時の燃料遮断、水位・圧力系の安全装置の連携が問われる。

要点

火炎検出器は燃焼中の火炎の有無を検出して異常消火を検知する装置で、フレームロッド式やフォトセル式などがある。
火炎検出器からの信号を受けた制御装置が、不着火や失火の際に燃料の供給を遮断する。
紫外線光電管は検出感度が高く全ての燃料の燃焼炎に使え、フレームロッドは主に点火用のガスバーナに用いられる。
低水位検出時は燃料遮断弁と連動して燃料を止め、圧力制限器は燃焼を停止させ、安全弁は圧力の異常上昇時に蒸気を逃がす。

ひっかけ

火炎検出器が火炎ありと誤認識すると、未燃ガスが滞留して逆火や爆発の危険があり、安全性に影響がないとはいえない。
整流式光電管は、ガス燃焼炎ではなく油燃焼炎の検出に用いられ、ガス燃焼炎には適さない。
低水位検出装置・圧力制限器・安全弁は、互いに独立ではなく組み合わせて用いられる。

熱・圧力の基礎とボイラー効率（本試験3回分で4問）

飽和水・蒸気の性質

比エンタルピ、飽和水・飽和蒸気の圧力による変化、乾き度、過熱度、臨界点が問われる。

要点

比エンタルピは水や蒸気1kg当たりの全熱量で、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。
圧力が高くなるほど、飽和水の比エンタルピは大きくなり、飽和蒸気の比体積は小さくなる。
水は沸騰を開始してから全部が蒸気になるまで温度が一定で、水の比熱は4.187kJ/(kg･K)である。
乾き飽和蒸気は水分を全く含まない飽和状態の蒸気で、湿り蒸気は飽和水と乾き飽和蒸気が混在した蒸気である。
過熱度は、過熱蒸気の温度と同じ圧力の飽和蒸気の温度との差である。
臨界点は液相と気相の区別がなくなる限界点で、水の臨界圧力は約22.1MPa、臨界温度は約374℃である。

ひっかけ

飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど大きくなるのではなく小さくなる。
乾き度は湿り蒸気中の水分の質量割合ではなく、乾き飽和蒸気（気相）の質量割合である。
臨界圧力を超えると、水は飽和水と飽和蒸気の二相状態を経て気化するのではなく、経ずに連続的に変化する。
飽和水の比エンタルピは潜熱ではなく、飽和水1kgの顕熱である。
飽和水の蒸発熱は、圧力が高くなるほど大きくなるのではなく小さくなり、臨界圧力でゼロになる。

蒸発量・効率の計算

換算蒸発量・ボイラー効率・燃料消費量の計算式と、ボイラー容量の表し方が問われる。

要点

換算蒸発量＝実際蒸発量×（発生蒸気の比エンタルピ−給水の比エンタルピ）÷2257kJ/kgで求める。
ボイラー効率＝実際蒸発量×比エンタルピ差÷（燃料消費量×低発熱量）で求め、供給熱量に対する蒸気の吸収熱量の割合である。
燃料消費量は、実際蒸発量×比エンタルピ差をボイラー効率で除し、さらに低発熱量で除して求める。
蒸気ボイラーの容量は最大連続負荷で1時間に発生する蒸発量で示し、効率算定の液体燃料の発熱量は低発熱量を用いる。

ひっかけ

効率の計算で、換算蒸発量に発生蒸気の比エンタルピをそのまま乗じるのは誤りで、実際蒸発量と比エンタルピ差の積を用いる。
蒸気ボイラーの容量は、1時間に消費する燃料量ではなく、1時間に発生する蒸発量で示す。

圧力・温度の基礎と換算

絶対温度とセルシウス温度、絶対圧力とゲージ圧力の換算、熱量・仕事の単位が問われる。

要点

絶対温度Ｔ[Ｋ]はセルシウス温度ｔ[℃]に273を加えた値でほぼ表され、120℃は393Kである。
ゲージ圧力は絶対圧力から大気圧を差し引いた値で、絶対圧力0.50MPa、大気圧0.10MPaなら0.40MPaである。
標準大気圧は760㎜の水銀柱の圧力で約101.3kPa、水の比熱は約4.187kJ/(kg・K)である。
１Ｗは１秒間に１Ｊの仕事をする割合で、１kWhは3.6ＭＪに相当する。

ひっかけ

圧力計の指度は絶対圧力ではなくゲージ圧力で、これに大気圧を加えると絶対圧力になる。
比エンタルピの単位kJ/kgと圧力の単位Paは同じ次元ではなく、混同しない。

伝熱の形態と熱貫流

伝導・対流・放射の三形態と具体例、熱貫流と熱貫流率の性質が問われる。

要点

伝導は物体内部を高温部から低温部へ熱が移る現象、対流は流体の移動で熱が運ばれる現象で、自然対流と強制対流がある。
空間を隔てて相対している物体間に熱が移動する現象を、放射伝熱という。
炉壁から熱が逃げるのは主に伝導、火炎から水冷壁へは主に放射、煙道内でガスが伝熱面に熱を渡すのは主に対流による。
熱貫流は固体壁を通して高温流体から低温流体へ熱が移る現象で、スケールが付着すると熱抵抗が増し熱貫流率は低下する。

ひっかけ

放射は気体を媒介として熱が伝わる現象ではなく、媒体がなくても電磁波の形で熱が伝わる。
ボイラー水が加熱されて上昇する水循環は、放射ではなく対流による。
熱貫流率は、材質や汚れの状態が変わっても一定という値ではなく、材質・板厚・流体の状態・付着物で変化する。
物体内部を高温部から低温部へ順に熱が伝わる現象は、熱伝達ではなく熱伝導である。

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この読み物は、アプリ「ボイラーウカール」の収録問題の設問・正しい記述・解説をもとに、アプリ製薬が論点ごとに整理したものです。協会の公表試験問題や市販テキストの転載ではありません。問題文・選択肢は載せていません。科目の見出しにある「本試験◯回分で◯問」は、公益財団法人安全衛生技術試験協会が公表している試験問題（公表試験問題のページ）を、アプリ製薬が論点ブロックごとに数えた問数です。