二級ボイラー技士 過去問
令和6年10月公表
問1 (ボイラーの構造に関する知識 問1)

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問題

二級ボイラー技士試験 令和6年10月公表 問1(ボイラーの構造に関する知識 問1) (訂正依頼・報告はこちら)

熱及び蒸気について、適切でないものは次のうちどれか。
  • 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。
  • 乾き飽和蒸気は、乾き度が1の飽和蒸気である。
  • 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。
  • 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。
  • 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。

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この過去問の解説 (2件)

01

熱及び蒸気についての問題です。

 

熱や蒸気の基礎知識になります。

用語をよく理解しておく必要があります。

選択肢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。

正しい記述です。

 

過熱度とは,同じ圧力での飽和蒸気温度と過熱蒸気温度の差の事です。

過熱度が高いほどより多くの熱エネルギーを持っている事になります。

選択肢2. 乾き飽和蒸気は、乾き度が1の飽和蒸気である。

正しい記述です。

 

飽和蒸気には水分を含んだ「湿り飽和蒸気」と水分を全く含まない「乾き飽和蒸気」があります。

乾き飽和蒸気は湿り飽和蒸気を全き含まないため乾き度が1となり,正しい記述となります。

選択肢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。

正しい記述です。

 

質量1kgあたりのエンタルピーkJを比エンタルピーkJ/kgといいます。

飽和蒸気には飽和水の顕熱および潜熱が含まれていますので,正しい記述となります。

選択肢4. 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。

正しい記述です。

 

比体積とは,質量1kgが占める体積m3の事で,単位はm3/kgで密度kg/m3の逆数となります。

質量が同じ場合,圧力が高くなると体積が小さくなり,

イメージとして箱にギュウギュウにものを詰め込むようなもので,正しい記述となります。

選択肢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。

誤った記述です。

 

飽和水の蒸発熱は,圧力が高くなるほど小さくなり

臨界圧力に達すると0になります。

 

蒸発熱とは潜熱とも言われ,相変化(水→蒸気)するときに必要とされる熱エネルギーの事です。

圧力が高くなると,蒸発熱は低くなります。

まとめ

【point】

とっつきにくい用語ばかりですが,用語をよく理解する事でこの問題は解けるようになります。

また試験問題としては用語の一部を変更して出されるケースが多いため,

同様な問題を何度もこなす事を推奨します。

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02

この問題では、熱力学の基礎概念である蒸気の種類(飽和蒸気、過熱蒸気)、乾き度蒸発熱などが正しく理解できているかが問われています。とくに「飽和水の蒸発熱」の変化や「過熱度」の定義などがポイントです。

選択肢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。

過熱蒸気とは、飽和温度よりもさらに高い温度に加熱された蒸気です。
過熱度は、(過熱蒸気の温度)−(飽和蒸気の温度)で表されます。

この記述は正しいです。

選択肢2. 乾き飽和蒸気は、乾き度が1の飽和蒸気である。

乾き度とは、飽和蒸気中に含まれる液体(飽和水)の割合を示す指標です。

乾き度が 1(100%)の場合、水滴を含まない完全な飽和蒸気を意味します。これを「乾き飽和蒸気」といいます。

 

この記述は正しいです。

選択肢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。

飽和蒸気の比エンタルピは、飽和水の比エンタルピに、蒸発潜熱(蒸発熱)の比エンタルピを加えたものです。

 

(飽和蒸気の比エンタルピ)

=(飽和水の比エンタルピ)+(蒸発熱の比エンタルピ)

 

この記述は正しいです。

選択肢4. 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。

飽和蒸気では、圧力が高くなるほど飽和温度も上昇し、密度が大きくなります。

よって、比体積(密度の逆数)は小さくなるのが通常です。

この記述は正しいです。

選択肢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。

実際には、飽和水の蒸発熱は圧力が上昇するにつれて小さくなり、臨界圧力に達するとゼロとなります。

 

これは、飽和液と飽和蒸気の状態が区別できなくなる(同じ状態になる)からです。臨界点では液体と蒸気の区別がないため、蒸発に要する潜熱が存在しません。

 

よって、誤りです。

まとめ

適切でない選択肢は「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。」です。

 

実際には、圧力が高くなるほど蒸発熱は小さくなり、臨界圧力でゼロとなります。そのほかの選択肢は正しい記述です。

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