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ボイラー技士試験の「ボイラーの構造に関する知識」科目では、熱量の基本計算が出題されます。比熱・比エンタルピ・蒸発潜熱の意味と計算式を押さえることで、換算蒸発量・ボイラー効率・給水加熱量などの計算問題を確実に解けるようになります。
熱量の基本単位
| 単位 | 意味 |
|---|---|
| kJ（キロジュール） | エネルギー・熱量の SI 単位。1 kJ = 1,000 J |
| kJ/kg | 質量1kgあたりの熱量（比エンタルピ等の単位） |
| kJ/(kg·K) | 質量1kgの物体を1K（1℃）温度上昇させるのに必要な熱量 = 比熱（単位） |
| kW | 電力または熱の流れ（1kW = 1kJ/s）。ボイラー出力の単位として使われることがある |
比熱とは
比熱（specific heat）は、物質 1 kg の温度を 1 K（1℃）上昇させるのに必要な熱量です。
Q = m × c × (T₂ − T₁)
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| Q | 加えた（または放出した）熱量 | kJ |
| m | 物質の質量 | kg |
| c | 比熱 | kJ/(kg·K) |
| T₂ − T₁ | 温度変化（加熱前後の温度差） | K または ℃ |
水の比熱は約 4.18 kJ/(kg·K)（≒ 4.2 kJ/(kg·K) で近似することが多い）です。
計算例 1：給水加熱量
給水流量 500 kg/h、給水温度 20℃、給水を 80℃ に予熱するときの加熱量を求めよ。
Q = 500 × 4.18 × (80 − 20)
= 500 × 4.18 × 60
= 125,400 kJ/h（= 34.8 kW）
比エンタルピ（エンタルピ）とは
比エンタルピ h（kJ/kg）は、物質が持つ熱エネルギーの量を質量あたりで表した値です。ボイラーの計算では次のように使います。
- 給水の比エンタルピ h₁：給水温度 T（℃）のとき、水の比エンタルピは近似的に h₁ ≒ 4.18 × T（kJ/kg）で計算できる
- 飽和蒸気の比エンタルピ h₂：蒸気表から読み取る。例：0.1MPa（大気圧）の乾き飽和蒸気の比エンタルピは約 2,676 kJ/kg
- 蒸気と給水の比エンタルピ差（h₂ − h₁）：ボイラーが水 1 kg に与えた熱量。ボイラー効率・換算蒸発量の計算に使う
計算例 2：h₁の計算
給水温度 40℃のときの給水比エンタルピを求めよ。
h₁ ≒ 4.18 × 40 = 167.2 kJ/kg
蒸発潜熱とは
蒸発潜熱（latent heat of vaporization）は、液体が温度を上げずに蒸気に変わるために必要な熱量です。温度変化を伴わない熱移動（相変化の熱）です。
- 100℃・大気圧での水の蒸発潜熱は 2,257 kJ/kg（換算蒸発量の計算で使う標準値）
- 圧力が高くなると飽和温度が上がり、蒸発潜熱は減少する
- 臨界圧力（22.1 MPa）では蒸発潜熱はゼロになる（液体と気体の区別がなくなる）
計算例 3：水から蒸気を作るのに必要な熱量
給水温度 60℃の給水を、0.5 MPa の乾き飽和蒸気（h₂ = 2,749 kJ/kg）にする場合、1 kg あたりの必要熱量を求めよ。
h₁ ≒ 4.18 × 60 = 250.8 kJ/kg
h₂ − h₁ = 2,749 − 250.8 = 2,498.2 kJ/kg
総まとめ：ボイラー熱計算の関係式
| 計算 | 式 | 使用場面 |
|---|---|---|
| 温度上昇に必要な熱量 | Q = m × c × ΔT（ΔT = T₂ − T₁） | 給水予熱・エコノマイザ加熱量の計算 |
| 給水比エンタルピ（近似） | h₁ ≒ 4.18 × T（℃） | ボイラー効率・換算蒸発量の h₁ として使用 |
| ボイラーが水に与えた熱量 | Q = G × (h₂ − h₁)（G：蒸発量kg/h） | ボイラー出力・効率計算の分子 |
| 換算蒸発量 | G_e = G × (h₂ − h₁) ÷ 2,257 | ボイラーの性能を標準状態に換算する |
| ボイラー効率 | η = G × (h₂ − h₁) ÷ (B × H_L) × 100 | 燃料の低発熱量との比で効率を算出 |
試験で間違えやすいポイント
- 「水の比熱は 1 kJ/(kg·K)」は誤り。水の比熱は約 4.18 kJ/(kg·K)（旧単位では 1 kcal/(kg·℃) = 4.18 kJ/(kg·K)）
- 「蒸発潜熱は温度が上がるほど大きくなる」は誤り。高圧（高飽和温度）になるほど蒸発潜熱は小さくなる
- 「比エンタルピはボイラー効率計算に不要」は誤り。h₂ − h₁ が分子に入る重要な値
- 「換算蒸発量の計算で使う値 2,257 kJ/kg は任意の圧力での蒸発潜熱」は誤り。100℃・大気圧（標準状態）での蒸発潜熱
この記事のまとめ
- 比熱：物質1kgを1K上昇させる熱量。水は約4.18 kJ/(kg·K)
- 給水比エンタルピ h₁ ≒ 4.18 × 給水温度（℃）で近似できる
- 蒸発潜熱：液体→蒸気の相変化熱。100℃・大気圧で2,257 kJ/kg（換算蒸発量の計算に使う）
- ボイラーが水に与えた熱量 = 蒸発量 × (h₂ − h₁)。これが効率・換算蒸発量計算の基礎
出典：ボイラー及び圧力容器安全規則（e-Gov法令検索）・ボイラー構造規格（昭和47年労働省告示第33号）・安全衛生技術試験協会 公表試験問題
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月
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