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蒸気の性質（飽和蒸気・過熱蒸気・乾き度・エンタルピー）は、ボイラー技士試験の「ボイラーの構造」科目と熱計算に欠かせない基礎知識です。蒸気表と連動して理解することで得点に直結します。
水の状態変化と蒸気
水を加熱すると、液体→飽和蒸気→過熱蒸気と状態が変化します。この過程を圧力一定条件で整理します。
飽和状態とは
ある圧力において、液体と蒸気が共存できる温度状態を「飽和状態」といいます。この温度を飽和温度（飽和点）といい、対応する圧力を飽和圧力といいます。
- 標準大気圧（101.325 kPa）での飽和温度 = 100℃（沸点）
- 圧力が高いほど飽和温度も高くなる（例：1 MPaでは179.9℃）
飽和蒸気と乾き度
湿り飽和蒸気（wet saturated steam）
飽和温度において液体と蒸気が共存している状態の蒸気です。細かな水滴を含んでいます。
乾き飽和蒸気（dry saturated steam）
飽和温度において水分をまったく含まない状態の蒸気です。乾き度（x）= 1 の状態。
乾き度（クオリティ）x
湿り蒸気における蒸気分率を乾き度といいます。
x = 蒸気質量 / （蒸気質量 + 水分質量）
- x = 1：完全に乾いた飽和蒸気
- x = 0：完全に液体（飽和水）
- 0 < x < 1：湿り飽和蒸気
ボイラーから取り出す蒸気は理想的には x ≈ 1 に近い乾き度が必要です。乾き度が低い（湿り蒸気）と蒸気タービンや熱交換器の効率が下がります。
過熱蒸気（superheated steam）
飽和温度よりさらに加熱した蒸気です。水分を含まず、温度が飽和温度より高い状態です。
- 過熱度：過熱蒸気の温度 − 飽和温度（同圧力）
- 過熱蒸気は蒸気タービンの効率向上・配管内凝縮防止に用いられる
- 一級ボイラーでは過熱器（スーパーヒーター）が設置されることが多い
エンタルピーとは
エンタルピー（H、単位：kJ/kg）は、物質が持つ熱エネルギー量の指標です。ボイラーの熱計算では必須の概念です。
飽和水のエンタルピー（h’）
飽和温度の液体水が持つエンタルピー。基準点（0℃の水 = 0 kJ/kg）からの積算値。
蒸発潜熱（r）
飽和水が全て蒸気に変わるために必要な熱量。単位：kJ/kg。圧力が高いほど蒸発潜熱は小さくなります。
- 大気圧（100℃）での蒸発潜熱：約2,257 kJ/kg
- 1 MPa（179.9℃）での蒸発潜熱：約2,015 kJ/kg
乾き飽和蒸気のエンタルピー（h”）
h” = h’ + r（飽和水のエンタルピー + 蒸発潜熱）
湿り飽和蒸気のエンタルピー（h）
h = h’ + x・r（乾き度 x で按分）
ボイラーの熱計算への応用
ボイラーの発生熱量（Q）は次式で計算します。
Q = G × （h” − h_fw）
- G：蒸発量（kg/h）
- h”：発生蒸気のエンタルピー（kJ/kg）
- h_fw：給水のエンタルピー（kJ/kg）
計算例
圧力1 MPaの乾き飽和蒸気を毎時5,000 kg発生させるボイラーの発生熱量を求める。給水温度は20℃（エンタルピー≒84 kJ/kg）、1 MPaでの乾き飽和蒸気エンタルピーは約2,778 kJ/kgとする。
Q = 5,000 × （2,778 − 84）= 5,000 × 2,694 = 13,470,000 kJ/h ≈ 13,470 MJ/h
試験で間違えやすいポイント
- 乾き度 x = 1 は「乾き飽和蒸気」（水分ゼロ）。x = 0 は「飽和水」（液体）
- 過熱蒸気は「飽和温度より高い温度の蒸気」。圧力が同じでも飽和蒸気より温度が高い
- 蒸発潜熱は圧力が高くなるほど小さくなる（臨界圧力で0になる）
出典：ボイラー及び圧力容器安全規則・ボイラー構造規格・安全衛生技術試験協会
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月
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