二級ボイラー技士試験【蒸気の性質】飽和蒸気・乾き度・エンタルピ

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二級ボイラー技士試験の「ボイラーの構造に関する知識」では、蒸気の性質に関する問題が毎年出題されます。飽和蒸気・乾き度・エンタルピという用語は、名前だけ覚えてもほとんど得点にはつながりません。「どの状態の蒸気か」「なぜその値になるか」という仕組みを理解することが合格への近道です。

水が蒸気になるまでの4段階

水を加熱したときの状態変化を順に整理します。

飽和蒸気とは何か

「飽和」とは、ある圧力のもとで水と蒸気が共存できる状態を指します。この温度を「飽和温度」、この圧力を「飽和圧力」と呼びます。大気圧（約0.1MPa）では飽和温度は100℃ですが、圧力が高くなるにつれて飽和温度も上がります。たとえば0.5MPaでは約151℃、1.0MPaでは約180℃が飽和温度です。

飽和蒸気には湿り飽和蒸気と乾き飽和蒸気の2種類があります。どちらも「飽和温度にある蒸気」という点では同じですが、水分の有無が異なります。試験では「飽和蒸気＝乾き飽和蒸気」と混同しないように注意が必要です。

乾き度の計算と意味

乾き度（クオリティ）は湿り飽和蒸気の中に占める蒸気の割合を示す指標です。

乾き度＝蒸気の質量÷（蒸気の質量＋水の質量）

具体例：1kgの湿り蒸気のうち900gが蒸気で100gが水分の場合、乾き度は900÷1000＝0.9です。

• 乾き度0.0：全部が水（飽和水）、蒸気はゼロ
• 乾き度0.8：蒸気80%・水分20%の湿り蒸気
• 乾き度0.9：蒸気90%・水分10%の湿り蒸気
• 乾き度1.0：水分ゼロの乾き飽和蒸気

ボイラーから供給される蒸気の乾き度が低いと、熱交換器や蒸気機器の性能が落ちます。乾き度が高いほど蒸気の品質が高いといえます。

過熱蒸気とは何か

過熱蒸気は乾き飽和蒸気をさらに加熱した蒸気です。同じ圧力の飽和温度より高い温度になっており、完全に水分を含みません。過熱温度は「蒸気の温度－飽和温度」で計算します。

過熱蒸気のエンタルピ（エネルギー量）は乾き飽和蒸気より大きく、蒸気タービンを回すエネルギーが大きいため、発電所や高出力が必要な工程で使われます。過熱器はボイラーで発生した飽和蒸気をさらに加熱する装置で、高温になるため金属材料の耐熱性が求められます。

エンタルピとは何か

エンタルピ（単位：kJ/kg）は物質が持つ熱エネルギーの量を表します。ボイラーの文脈では「蒸気1kgが持っているエネルギーの大きさ」を示す数値です。

• 過熱蒸気のエンタルピ ＞ 乾き飽和蒸気のエンタルピ ＞ 飽和水のエンタルピ
• 加熱するほどエンタルピは増加する
• 水が蒸気に変わるとき吸収する熱量を「蒸発潜熱」という（1気圧で約2257kJ/kg）
• 蒸発潜熱は圧力が高くなるほど小さくなる

換算蒸発量の計算にもエンタルピが使われます。換算蒸発量（kg/h）＝実際の蒸発量×（発生蒸気のエンタルピ－給水のエンタルピ）÷2257 kJ/kg という式で、標準状態（給水100℃・大気圧）に換算した蒸発量を求めます。

圧力と飽和温度・蒸気の比体積の関係

蒸気の比体積（1kgの蒸気が占める体積）は圧力が上がるほど小さくなります。低圧では蒸気は非常に体積が大きく、高圧になると体積が圧縮されます。配管の設計や蒸気タービンの設計に重要な数値です。

試験で間違えやすいポイント

• 「飽和蒸気＝水分ゼロ」は誤り。飽和蒸気には湿り飽和蒸気（水分あり）と乾き飽和蒸気（水分ゼロ）がある。
• 「圧力が上がると沸点は下がる」は誤り。圧力が上がるほど飽和温度（沸点）は上がる。
• 「蒸発潜熱は圧力が上がると大きくなる」は誤り。圧力が上がるほど蒸発潜熱は小さくなる。
• 「乾き度1.0は過熱蒸気」は誤り。乾き度1.0は乾き飽和蒸気。過熱蒸気は飽和温度を超えた別の状態。

この記事のまとめ

• 蒸気の状態：飽和水→湿り飽和蒸気（乾き度0〜1）→乾き飽和蒸気（乾き度1）→過熱蒸気の順
• 乾き度は蒸気の質量割合。1.0で水分ゼロの乾き飽和蒸気
• エンタルピは熱エネルギーの量。過熱蒸気が最大
• 圧力が上がると飽和温度は上がり、蒸発潜熱は小さくなる

出典：安全衛生技術試験協会 公表試験問題・ボイラー及び圧力容器安全規則（e-Gov法令検索）
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月

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