2級ボイラー技士 2024年(R6)10月-問1 過去問の解説 【ボイラーの構造に関する知識】

問題

熱及び蒸気について、適切でないものは次のうちどれか。

1.	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.	乾き飽和蒸気は、乾き度が1の飽和蒸気である。
3.	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.	飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。
5.	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。

回答

正解は（5）

１．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。
→正しい
沸騰した後にさらに熱を加えて蒸気の温度を上げると、過熱蒸気になります。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呼びます。（過熱度は以下の図を参照）

２．乾き飽和蒸気は、乾き度が1の飽和蒸気である。
→正しい
乾き度は、湿り蒸気中に含まれる乾き蒸気の割合を示す指標です。これは 0 から 1 の範囲で表現され、値が 1 に近づくほど蒸気の中に含まれる水分が少なくなります。
乾き飽和蒸気は水滴（水分）を全く含まず、全てが蒸気になっている状態を指すため、乾き度は 1（100%）となります。

３．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。
→正しい
比エンタルピーとは、物質の単位質量あたりのエンタルピー（熱量）のことです。
飽和蒸気の場合、水を飽和温度まで温めるのに必要な熱量（顕熱）と、その飽和水を全て蒸発させるのに必要な熱量（潜熱）を合計した値となります。
下の図は標準大気圧での水の状態変化です。温度0から100℃まで上げるのに必要な比エンタルピ（顕熱）は419〔kJ/kg〕で、そこから飽和蒸気にするために必要な比エンタルピ（潜熱）は2,257〔kJ/kg〕となります。
これらを合計したものが飽和蒸気がもつ全熱量となります。

４．飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。
→正しい
飽和蒸気の比体積（1 kgあたりの体積）は、圧力が高くなるほど小さくなります。
理由は簡単で、圧力が高くなると蒸気の分子がぎゅっと押し合うようになり、蒸気自体が密になって体積が小さくなるからです。
圧力が上がると蒸気は密になり（分子が詰まる）、体積が小さくなるためです。

イメージとしては、1 kg の蒸気を小さな粒の集まりだと考えてください。

• 圧力が低いと粒は広がって自由に動ける → 蒸気の体積は大きい
• 圧力が高くなると粒同士が押し合いながら詰まる → 蒸気の体積は小さい

５．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。
→不適当
飽和水の蒸発熱（潜熱）は、圧力が高くなるにつれて小さくなります。
これは、圧力が高くなると液体と蒸気の状態の違いが小さくなるためです。やがて、臨界圧力に達すると、液体と蒸気の区別がなくなり、状態変化に必要な蒸発熱（潜熱）はゼロになります。

以下のように圧力が上昇すると潜熱は減少していきます。（表の中の数値は覚えてなくていいです。）

圧力（MPa）	沸騰温度（℃）	蒸発潜熱（kJ/kg）
0.1（大気圧）	100	約2,257
22.06（臨界圧力）	約374	0

臨界圧力とは、物質の臨界温度において気体と液体が区別できなくなる「臨界点」での圧力のことです。