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二級ボイラー技士の過去問 令和4年10月公表 ボイラーの構造に関する知識 問2

問題

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水管ボイラー(貫流ボイラーを除く。)と比較した丸ボイラーの特徴として、誤っているものは次のうちどれか。
   1 .
蒸気使用量の変動による圧力変動が小さい。
   2 .
高圧のもの及び大容量のものに適さない。
   3 .
構造が簡単で、設備費が安く、取扱いが容易である。
   4 .
伝熱面積当たりの保有水量が少なく、破裂の際の被害が小さい。
   5 .
伝熱面の多くは、ボイラー水中に設けられているので、水の対流が容易であり、ボイラーの水循環系統を構成する必要がない。
( 二級ボイラー技士試験 令和4年10月公表 ボイラーの構造に関する知識 問2 )
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この過去問の解説 (3件)

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問題は、丸ボイラーの特徴についてからの出題です。

ボイラーは、大きく分けると、丸ボイラーと水管ボイラーがあります。

丸ボイラーは、丸形の大量の水が入る大きな胴があり、高温の延焼ガスが通る炉筒や煙管が、胴の中に設けられています。

丸ボイラーを断面から見ると、大きな円の真ん中下側に大きな円があり、その数位を小さな円が取り巻いているような図です。

炉筒や煙管には、燃焼した燃焼ガスが通っていて、燃焼ガスから水に熱が伝熱し、水の温度を上昇させ蒸気を発生させます。

沸騰した水は密度差から、ボイラー内を自然に対流するため、特別な水循環の設備を必要とせず、安価・取扱いの容易さ・構造の簡単さといった有利さを持っています。

丸ボイラーには、胴を縦にし底部に燃焼室を設けた「立てボイラー」、円筒型の燃焼室である炉筒と、燃焼ガスが管内を通過する煙管を洞内に配置した「炉筒煙管ボイラー」などがあります。

丸ボイラーの特徴の解説は、選択肢の中で解説しましょう。

選択肢1. 蒸気使用量の変動による圧力変動が小さい。

正しい特徴です。

丸ボイラーは多量のボイラー水を持っているため、蒸気が余れば余分な蒸気をボイラー水が吸収し、蒸気が足りないときはボイラー水から必要分取り出せるため、蒸気の使用量変動いわゆる多少の負荷変動があっても、圧力に大きく影響されない利点があります。

選択肢2. 高圧のもの及び大容量のものに適さない。

正しいことです。

丸ボイラーは大きな球体と見なせるため、高圧になれば板厚を厚くする必要があます。

また、大容量になれば、胴を大きく、板厚も厚くするなどの対応が必要です。

以上のことは、材料費や製作に掛かるコストが大きくなり不経済になります。

選択肢3. 構造が簡単で、設備費が安く、取扱いが容易である。

正しい特徴です。

選択肢4. 伝熱面積当たりの保有水量が少なく、破裂の際の被害が小さい。

誤った特徴です。

丸ボイラーは保有する水量が多いため、事故が起きて破裂などが起ると、大きな被害が生じます。

選択肢5. 伝熱面の多くは、ボイラー水中に設けられているので、水の対流が容易であり、ボイラーの水循環系統を構成する必要がない。

正しい特徴です。

一般には高圧になると水と蒸気の密度差が小さくなり、水の循環が悪くなりますが、丸ボイラーの場合は、大きな円筒中に水が満たされ、伝熱面の多くが水中にあるため、気泡を含んだ水は上昇し、温度が下がった水は下降するという水の対流が容易に起こります。

まとめ

ボイラーの構造として、色々な種類のボイラーの特徴を選ぶ出題は多く出ています。

今回は丸ボイラーですが、丸ボイラーでも立てボイラーや炉筒煙管ボイラーの特徴、水管ボイラーの特徴など、問題の形態は多くあります。

基本的にボイラーの構造を過去問と合わせて押さえておけば、特徴については、ほぼ解答できるのではないでしょうか。

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【同一テーマでの出題回数】★(H27/4~R4/4公表分)

ボイラーは、❶丸ボイラー❷水管ボイラー❸鋳鉄製ボイラー❹特殊ボイラーと大きく四つに分類されます。本問は、このなかの二種類のボイラーを比較して、丸ボイラーの特徴的なところを問うものです。

・丸ボイラー~円筒状の胴内に炉筒、火室、煙管など収容したもので、代表的な「炉筒煙管ボイラー」などがあります。

・水管ボイラー(貫流ボイラーを除く)~「水ドラム」と「蒸気ドラム」の間を多数の「水管」でつないだもので、ドラム間を循環させる必要はありますが、高圧・大容量のものまで製作可能です。

選択肢1. 蒸気使用量の変動による圧力変動が小さい。

正しい文章です。

水管ボイラーと比べ丸ボイラーの保有水量が多いことは、蒸気発生に時間を要するというデメリットである反面、負荷変動に対して圧力変動が少ないというメリットともなります。

選択肢2. 高圧のもの及び大容量のものに適さない。

正しい文章です。

構造上、円筒状の胴の製作には限界があり、高圧・大容量の仕様には適しません。

選択肢3. 構造が簡単で、設備費が安く、取扱いが容易である。

正しい文章です。

丸ボイラーは、その起源を蒸気機関車まで遡ることができ、簡単な構造・安価な設備費・取扱い容易といった基本的な特徴は今も変わっていません。

選択肢4. 伝熱面積当たりの保有水量が少なく、破裂の際の被害が小さい。

誤った文章です。

「保有水量が少なく、破裂の際の被害が小さい。」の「少なく」「小さい」のいずれもが誤りです。

選択肢5. 伝熱面の多くは、ボイラー水中に設けられているので、水の対流が容易であり、ボイラーの水循環系統を構成する必要がない。

正しい文章です。

丸ボイラーは、火室で発生する高温ガスを水中に張られた煙管の中を通すことで水は加熱され、蒸気を発生するもので、煙管が接触伝熱面の中心となります。水管ボイラーは、水管自体に火炎をあてて加熱し水管の中で水を蒸気に変換していくもので、多数の水管全てが放射伝熱面となるものです。

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この問題では、水管ボイラーと丸ボイラーの特徴を比較し、丸ボイラーの特性を理解することが求められます。丸ボイラーと水管ボイラーは、構造、運用、適用範囲などの点で異なる特性を持っています。丸ボイラーは通常、低圧・小容量用途に適しており、簡単な構造と安価な設備費で知られています。水管ボイラーは高圧・大容量の用途に適しており、より複雑な構造を持つことが一般的です。

選択肢1. 蒸気使用量の変動による圧力変動が小さい。

この文章は正しいです。丸ボイラーは蒸気使用量の変動による圧力変動が小さい特徴を持っています。

選択肢2. 高圧のもの及び大容量のものに適さない。

この文章は正しいです。丸ボイラーは高圧のものや大容量のものには適さないとされています。

選択肢3. 構造が簡単で、設備費が安く、取扱いが容易である。

この文章は正しいです。丸ボイラーは構造が簡単で、設備費が安く、取扱いが容易です。

選択肢4. 伝熱面積当たりの保有水量が少なく、破裂の際の被害が小さい。

この文章は誤りです。丸ボイラーは伝熱面積当たりの保有水量が多いため、破裂の際の被害が大きいとされています。

選択肢5. 伝熱面の多くは、ボイラー水中に設けられているので、水の対流が容易であり、ボイラーの水循環系統を構成する必要がない。

この文章は正しいです。丸ボイラーの伝熱面の多くはボイラー水中に設けられており、水の対流が容易で、別途水循環系統を構成する必要がありません。

まとめ

丸ボイラーと水管ボイラーの基本的な構造と適用範囲を理解することが重要です。丸ボイラーは低圧・小容量用途に適しており、構造が簡単で保有水量が多い特徴があります。一方で水管ボイラーは高圧・大容量用途に適しており、より複雑な水循環系統を持っています。

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