二級ボイラー技士 ① 構造1(本体・熱・各部構造)

ボイラーの基本構造と熱の基礎を学ぶ分野です。放射伝熱面・接触伝熱面といった伝熱の仕組み、丸ボイラー(炉筒煙管ボイラー等)と水管ボイラー・鋳鉄製ボイラーの構造上の特徴や長所短所、ボイラー効率や保有水量の考え方が頻出です。「構造に関する知識」科目の土台となる分野で、各形式のメリット・デメリットを対比して整理すると、この後の附属品や取扱いの理解もスムーズになります。まず伝熱面と本体構造の用語を確実に押さえましょう。

この分野の問題41問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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1ボイラーを構成する伝熱面のうち燃焼室に直面しており火炎などから強い放射熱を受ける部分の名称として正しいものはどれか。

  1. A接触伝熱面
  2. B放射伝熱面
  3. C対流伝熱面
  4. D伝熱面積
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正解:B放射伝熱面

燃焼室に直面している伝熱面は火炎などから強い放射熱を受けることから放射伝熱面と呼ばれます。

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2加圧燃焼方式を採用しているボイラーにおいて燃焼室の構造として正しいものはどれか。

  1. A開放構造
  2. B多管構造
  3. C一体構造
  4. D気密構造
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正解:D気密構造

加圧燃焼方式では燃焼室内を大気圧よりも高い圧力にして燃焼させるため燃焼室は気密構造になっています。

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3ボイラーの材質による分類として正しい組み合わせはどれか。

  1. A丸ボイラーと水管ボイラー
  2. B蒸気ボイラーと温水ボイラー
  3. C鋼製ボイラーと鋳鉄製ボイラー
  4. D簡易ボイラーと小型ボイラー
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正解:C鋼製ボイラーと鋳鉄製ボイラー

ボイラーはその材質によって鋼製ボイラーと鋳鉄製ボイラーに分かれます。

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4炉筒煙管ボイラーにおいて波形炉筒と煙管の両方が伝熱面となることで達成される一般的なボイラー効率として正しいものはどれか。

  1. A85〜90%
  2. B65〜70%
  3. C75〜80%
  4. D95〜100%
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正解:A85〜90%

炉筒煙管ボイラーは炉筒と煙管の両方が伝熱面となることから十分な伝熱が行われボイラー効率は85〜90%と高くなります。

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5丸ボイラーに関する記述として正しいものはどれか。

  1. A低圧小容量から高圧大容量のものまで幅広く適応できる
  2. B構造が簡単で設備費が安く取扱いが容易である
  3. C伝熱面積当たりの保有水量が小さく起動時間が短い
  4. D蒸気の使用量が変動したときの圧力および水位の変動が大きい
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正解:B構造が簡単で設備費が安く取扱いが容易である

丸ボイラーは水管ボイラーと比べて構造が簡単で設備費が安く取扱いが容易という特徴を持ちます。

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6丸ボイラーが「高圧のものや大容量のものに適さない」理由として最も適切なものはどれか。

  1. Aボイラーの圧力が高くなると胴の板を厚くしなければならないため
  2. B保有水量が極端に少ないため
  3. C特別な水循環系統を複雑に構成する必要があるため
  4. D工場の完成状態で運搬するパッケージ形式にできないため
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正解:Aボイラーの圧力が高くなると胴の板を厚くしなければならないため

丸ボイラーは圧力が高い大径の胴になると板厚を厚くせざるを得ず材料費や製作費が増大するため高圧・大容量には適しません。

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7炉筒煙管ボイラーの特徴に関する記述のうち正しいものはどれか。

  1. A胴・炉筒・煙管群の全部を設置現地で組み立てるものが多い
  2. B外部にれんが積みの燃焼室を設ける必要がある外だき式である
  3. C加圧燃焼方式や戻り燃焼方式を採用して燃焼効率を上げているものがある
  4. D内部の清掃が容易なため給水の処理に注意する必要はない
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正解:C加圧燃焼方式や戻り燃焼方式を採用して燃焼効率を上げているものがある

炉筒煙管ボイラーには燃焼効率を高めるために加圧燃焼方式や戻り燃焼方式を採用しているものがあります。

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8炉筒の一端を閉じそこで火炎を反転させることによって燃焼時間を長くとり燃焼効率を高める方式の名称として正しいものはどれか。

  1. A加圧燃焼方式
  2. B外だき燃焼方式
  3. C自然循環方式
  4. D戻り燃焼方式
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正解:D戻り燃焼方式

炉筒の一端を閉じて火炎を反転させることで燃焼時間を長くし燃焼効率を高める方式を戻り燃焼方式といいます。

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9水管ボイラーを丸ボイラーと比較したときの特徴として正しいものはどれか。

  1. A伝熱面積当たりの保有水量が小さいので起動時間が短い
  2. B構造上低圧小容量のものにしか適応できない
  3. Cドラム径が大きいため高圧ボイラーには適さない
  4. D使用蒸気量の変動による圧力変動および水位変動が小さい
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正解:A伝熱面積当たりの保有水量が小さいので起動時間が短い

水管ボイラーは丸ボイラーと比べて伝熱面積当たりの保有水量が小さいため起動から所要蒸気発生までの時間が短いです。

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10自然循環式水管ボイラーにおいてボイラー水が自然に循環する理由として最も適切なものはどれか。

  1. A上昇管と下降管でのボイラー水の密度差
  2. B給水ポンプによる一方向への強制的な押し込み力
  3. Cドラム内部に設置された気水分離器の誘導作用
  4. D臨界圧力を超えることによる一瞬の蒸気化
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正解:A上昇管と下降管でのボイラー水の密度差

燃焼室近くの上昇管と遠くの下降管におけるボイラー水の密度差(気泡の混入度合いの違い)によって自然循環力が生じます。

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11自然循環式水管ボイラーにおいてボイラーの圧力が高くなった場合の水循環力への影響として正しいものはどれか。

  1. A蒸気と水との密度差が大きくなるため循環力は強くなる
  2. B蒸気自体が圧縮されて水の密度に近づくため循環力は弱くなる
  3. Cポンプの補助が必要なくなるほど循環力は極めて安定する
  4. D液体と気体が共存しなくなるため循環力はゼロになる
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正解:B蒸気自体が圧縮されて水の密度に近づくため循環力は弱くなる

高圧になると蒸気が圧縮されて水の密度に近づき上昇管と下降管との密度差が小さくなるため自然循環力は弱くなります。

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12高圧大容量の水管ボイラーにおいて炉壁全面を水冷壁とし蒸発部の接触伝熱面がわずかしかないボイラー形式の名称として正しいものはどれか。

  1. A放射形ボイラー
  2. B貫流ボイラー
  3. C丸ボイラー
  4. D強制循環式ボイラー
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正解:A放射形ボイラー

高圧大容量ボイラーでは水冷壁管の放射伝熱面だけで十分に熱を吸収できるため炉壁全面を水冷壁とした放射形ボイラーが多く用いられます。

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13貫流ボイラーにおいて給水ポンプから押し込まれた水が他端から所要の蒸気として取り出されるまでに通過する設備の正しい順序はどれか。

  1. Aエコノマイザ → 過熱部 → 蒸発部
  2. B過熱部 → エコノマイザ → 蒸発部
  3. C蒸発部 → エコノマイザ → 過熱部
  4. Dエコノマイザ → 蒸発部 → 過熱部
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正解:Dエコノマイザ → 蒸発部 → 過熱部

貫流ボイラーでは管系の一端から押し込まれた水がエコノマイザ(予熱)、蒸発部(燃焼室)、過熱部(過熱器)を順次流れます。

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14貫流ボイラーの構造や特徴に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A他の水管ボイラーと同様に大型の蒸気ドラムや水ドラムを配置している
  2. B細い管系だけで構成されているため高圧ボイラーには適さない
  3. C細い管内で給水のほとんどが蒸発するため十分な処理を行った給水が必要である
  4. D負荷変動による圧力変動が小さいため自動制御装置を必要としない
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正解:C細い管内で給水のほとんどが蒸発するため十分な処理を行った給水が必要である

貫流ボイラーは細い管内で給水のほとんどが蒸発するため水中の不純物が堆積しやすく十分な処理を行った給水の使用が不可欠です。

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15水が臨界温度以上で、液体と気体の区別がなくなる境界に対応する圧力の名称として正しいものはどれか。

  1. A臨界圧力
  2. B大気圧力
  3. Cゲージ圧力
  4. D絶対圧力
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正解:A臨界圧力

水は臨界温度・臨界圧力を超えると液体と気体の明確な区別がなくなります。このときの圧力を臨界圧力といいます。

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16鋳鉄製ボイラーの概要に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A鋼鉄製の板を曲げたり溶接したりして組み立てられる
  2. B高圧大容量の産業用蒸気ボイラーとして広く使用されている
  3. Cセクションと呼ばれる部品を組み合わせ締付ボルトで固定する
  4. D内部の清掃が非常に容易なため不純物が付着しにくい
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正解:Cセクションと呼ばれる部品を組み合わせ締付ボルトで固定する

鋳鉄製ボイラーは鋳鉄を溶かして型に流し込んだセクションという部品を組み合わせニップルで結合し締付ボルトで固定して作られます。

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17鋳鉄製ボイラーを鋼製ボイラーと比較したときの特徴として正しいものはどれか。

  1. A強度が非常に強いため高圧のものに適している
  2. B大容量のものを製造するのが容易である
  3. C急激な燃焼を行っても不同膨張による割れが生じにくい
  4. D表面が酸化鉄で覆われているため腐食に強い(耐食性にすぐれている)
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正解:D表面が酸化鉄で覆われているため腐食に強い(耐食性にすぐれている)

鋳鉄製ボイラーは鋼製ボイラーと比べて強度は弱いものの表面が酸化鉄で覆われているため腐食に強いという特徴があります。

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18鋳鉄製ボイラーの使用圧力の制限において蒸気ボイラーとして使用するときの最高圧力として正しいものはどれか。

  1. A0.5 MPa以下
  2. B1.0 MPa以下
  3. C0.1 MPa以下
  4. D2.257 MPa以下
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正解:C0.1 MPa以下

鋳鉄製ボイラーを蒸気ボイラーとして使用するときの使用圧力は0.1MPa以下に制限されています。

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19鋳鉄製ボイラーにおいて伝熱面積を増加させるためにボイラー底部にも水を循環させる構造を持つ形式の名称として正しいものはどれか。

  1. Aドライボトム形
  2. Bウェットボトム形
  3. Cセクショナル形
  4. Dパッケージ形
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正解:Bウェットボトム形

ボイラー底部にも水を循環させて燃焼室の下側も伝熱面にする構造のものをウェットボトム形といいます。

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20鋳鉄製暖房用蒸気ボイラーにおいて低水位事故を防止するために返り管を安全低水面の高さまで立ち上げてから連結する配管方法の名称として正しいものはどれか。

  1. A加圧燃焼方式
  2. B自然循環方式
  3. Cハートフォード式連結法
  4. D戻り燃焼方式
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正解:Cハートフォード式連結法

返り管を安全低水面の高さまで立ち上げてボイラーに連結し返り管の破損などによる水位低下を防ぐ方法をハートフォード式連結法といいます。

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21ハートフォード式連結法において給水管(補給水配管)の取り付け位置として正しいものはどれか。

  1. Aボイラーに直接取り付けず返り管に取り付ける
  2. Bボイラー本体の常用水面の高さに直接取り付ける
  3. Cボイラー本体の安全低水面の高さに直接取り付ける
  4. Dラジエータの蒸気入口に直接取り付ける
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正解:Aボイラーに直接取り付けず返り管に取り付ける

給水(補給水)を直接ボイラーに入れると温度差による不同膨張を起こす危険があるため給水管は返り管に取り付けます。

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22セルシウス(摂氏)温度 t [℃] と絶対温度 T [K] との間に成り立つ関係式として正しいものはどれか。

  1. AT = t - 273
  2. Bt = T + 273
  3. CT = 273 t
  4. DT = t + 273
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正解:DT = t + 273

セルシウス温度 t [℃] と絶対温度 T [K] の間には T = t + 273 の関係式が成り立ちます。

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23標準大気圧のもとで質量1kgの水の温度を1℃(1K)上昇させるのに必要な熱量として正しいものはどれか。

  1. A約 0.1 kJ
  2. B約 4.2 kJ
  3. C約 1.0 kJ
  4. D約 2257 kJ
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正解:B約 4.2 kJ

標準大気圧のもとで質量1kgの水の温度を1℃上昇させるのに必要な熱量は4.187kJ(約4.2kJ)です。

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24熱の移動の仕方(伝熱)のうち流体(液体や気体)が移動することによって熱が伝わる現象の名称として正しいものはどれか。

  1. A熱伝導
  2. B対流
  3. C放射伝熱
  4. D熱伝達
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正解:B対流

流体が加熱されて膨張し密度が小さくなって上昇するなどの流体の移動によって熱が伝わる現象を対流といいます。

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25固体壁を通して高温流体から低温流体へと熱が移動する現象の名称として正しいものはどれか。

  1. A熱伝導
  2. B熱伝達
  3. C放射伝熱
  4. D熱貫流
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正解:D熱貫流

固体壁を通過(貫流)して高温流体から低温流体へと熱が移動する一連の現象を熱貫流(または熱通過)といいます。

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26熱貫流によって熱が伝わる度合いである「熱貫流率」の値を決定する要素として添付該当しないものはどれか。

  1. Aボイラーの最大連続負荷での実際蒸発量
  2. B固体壁の両側の流体と固体壁との間の熱伝達率
  3. C固体壁の熱伝導率
  4. D固体壁の厚さ
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正解:Aボイラーの最大連続負荷での実際蒸発量

熱貫流率は両側の熱伝達率、固体壁の熱伝導率、および固体壁の厚さによって決まり蒸発量は関係しません。

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27ボイラー効率を算定する際に用いる「燃料の発熱量」として適切なものはどれか。

  1. A高発熱量
  2. B絶対発熱量
  3. C臨界発熱量
  4. D低発熱量
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正解:D低発熱量

ボイラー効率の算定では燃料中の水分や水素から生じる水蒸気の潜熱を差し引いた熱量である低発熱量を用います。

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28発生蒸気の吸収熱量(出熱)を求める式として正しいものはどれか(Gは実際蒸発量、h2は発生蒸気の比エンタルピ、h1は給水の比エンタルピ、Fは燃料消費量、Hは発熱量)。

  1. AG ×(h2 + h1)
  2. BG ×(h2 - h1)
  3. CF × H
  4. DG ×(h2 - h1)÷ 2257
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正解:BG ×(h2 - h1)

1kgの蒸気が吸収した熱量は比エンタルピの差(h2 - h1)でありこれに1時間当たりの実際蒸発量Gを掛けたものが吸収熱量です。

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29蒸気ボイラーの容量(能力)を換算蒸発量Ge [kg/h] で示す場合実際蒸発量をG、発生蒸気の比エンタルピをh2、給水の比エンタルピをh1とすると算出式はどれか。

  1. AGe = G ×(h2 - h1)÷ 419
  2. BGe = G ×(h2 - h1)× 2676
  3. CGe = G ×(h2 - h1)÷ 2257
  4. DGe = G ×(h2 + h1)÷ 2257
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正解:CGe = G ×(h2 - h1)÷ 2257

換算蒸発量は実際に給水から蒸気を発生させるために要した熱量 G(h2 - h1) を基準状態の蒸発熱である 2257 kJ/kg で除したものです。

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30ボイラーの水循環に関する記述のうち正しいものはどれか。

  1. A丸ボイラーは伝熱面の多くが水中にあり対流が容易なため特別な水循環経路を要しない
  2. B水管ボイラーは対流が容易なため特別な水循環経路を設ける必要がない
  3. Cボイラー水の循環が不良になると伝熱面の温度が水温に非常に近い温度に保たれる
  4. D高圧になるほど蒸気と水との密度差が大きくなり自然循環力は強くなる
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正解:A丸ボイラーは伝熱面の多くが水中にあり対流が容易なため特別な水循環経路を要しない

丸ボイラーは胴内で水の通り道が広く確保でき対流が容易なため特別な水循環の経路を構成する必要がありません。

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31ボイラーの胴やドラムにおいて内圧による引張応力が生じる方向とその継手に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A引張応力は長手方向にのみ生じ長手継手に作用する
  2. B引張応力は周方向にのみ生じ周継手に作用する
  3. C周方向の引張応力は長手継手に作用し長手方向の引張応力は周継手に作用する
  4. D周方向の引張応力は周継手に作用し長手方向の引張応力は長手継手に作用する
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正解:C周方向の引張応力は長手継手に作用し長手方向の引張応力は周継手に作用する

胴板内部に生じる内圧による引張応力のうち周方向の応力は長手継手を引き裂く方向に作用し長手方向の応力は周継手に作用します。

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32胴やドラムの内圧によって生じる引張応力の強さについて周方向の引張応力は長手方向(軸方向)の引張応力の何倍になるか。

  1. A0.5倍
  2. B1倍
  3. C4倍
  4. D2倍
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正解:D2倍

引張応力の強さは周方向のほうが長手方向(軸方向)の2倍強いことがわかっています。

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33胴にだ円形のマンホールを設ける場合内圧による応力に耐えるための設け方として正しいものはどれか。

  1. Aマンホールの長径部を胴の長手方向に配する
  2. Bマンホールの長径部を胴の周方向に配する
  3. Cマンホールの短径部を胴の周方向に配する
  4. Dマンホールの配置方向は応力に関係しないため任意でよい
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正解:Bマンホールの長径部を胴の周方向に配する

強い引張応力がかかる周方向にだ円形マンホールの長径部を配するようにします。

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34同材質、同径、同厚の条件において鏡板の形状による強度の比較として最も強度が強いものはどれか。

  1. A平鏡板
  2. B皿形鏡板
  3. C全半球形鏡板
  4. D半だ円体形鏡板
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正解:C全半球形鏡板

球形に近いほど強度が増すため同材質・同径・同厚の場合全半球形鏡板が最も強度が強くなります。

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35平鏡板(平板部)の強度や補強に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A平鏡板は内部の圧力によって曲げ応力が生じるため大径や高圧のものはステーで補強する
  2. B平鏡板は強度が最も強いため一切の補強を必要としない
  3. C平鏡板は内部の圧力によって引張応力のみが生じ強度が安定する
  4. D管板には煙管のころ広げの厚さを減らすために全半球形鏡板が用いられる
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正解:A平鏡板は内部の圧力によって曲げ応力が生じるため大径や高圧のものはステーで補強する

平鏡板は強度が弱く内部の圧力によって曲げ応力が生じ、たわみが大きくなるため大径のものや高圧のものはステーで補強します。

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36炉筒煙管ボイラーなどの管板において煙管を管穴に挿入した後に管径を広げて隙間をなくす作業の名称として正しいものはどれか。

  1. Aブリージング
  2. B加圧固定
  3. Cころ広げ
  4. Dニップル結合
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正解:Cころ広げ

管板の管穴に煙管を挿入した後に管の中にころ広げ機を挿入して管を外側に広げて密着させる作業をころ広げといいます。

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37ガセットステーを鏡板に取り付ける際鏡板との取付部の下端と炉筒との間に設けなければならない隙間部分の名称として正しいものはどれか。

  1. Aニップルスペース
  2. Bマンホール領域
  3. C接触伝熱面
  4. Dブリージングスペース
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正解:Dブリージングスペース

ガセットステーを取り付ける場合には炉筒の伸縮を自由に行わせるために取付部下端と炉筒の間にブリージングスペースを設けます。

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38液体燃料や気体燃料および微粉炭を燃焼させる燃焼装置としてバーナが用いられるが一般の石炭などの固体燃料を燃焼させるために用いられる装置はどれか。

  1. Aバーナ
  2. B火格子
  3. Cステー
  4. Dニップル
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正解:B火格子

液体・気体燃料や微粉炭にはバーナが用いられ一般の石炭などの固体燃料には火格子などが用いられます。

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39加圧燃焼方式の説明として「開放構造になっている」という記述の正誤とその理由として正しいものはどれか。

  1. A正しい(圧力を逃がすために開放構造にする必要があるため)
  2. B誤り(加圧燃焼方式の場合は気密構造であり開放構造では加圧しにくいため)
  3. C正しい(完全燃焼のための空気を大量に取り入れる必要があるため)
  4. D誤り(加圧燃焼方式の場合は放射伝熱面をすべて外部に露出させるため)
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正解:B誤り(加圧燃焼方式の場合は気密構造であり開放構造では加圧しにくいため)

加圧燃焼方式の場合は燃焼室内を大気圧以上に加圧して燃焼させるため気密構造にする必要があります。

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40高温流体から固体壁への熱の移動、固体壁内部での熱の移動、および固体壁から低温流体への熱の移動の組み合わせとして正しいものはどれか(左から順に)。

  1. A熱伝達 → 熱伝達 → 熱伝導
  2. B熱伝導 → 熱伝達 → 熱伝導
  3. C熱伝導 → 熱伝導 → 熱伝達
  4. D熱伝達 → 熱伝導 → 熱伝達
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正解:D熱伝達 → 熱伝導 → 熱伝達

固体壁の両側における流体と固体壁の間の熱の移動は熱伝達であり固体壁の内部を伝わる熱の移動は熱伝導です。

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41ボイラーに使用される管類のうち「伝熱管」ではなく「配管」に分類されるものはどれか。

  1. A給水管
  2. B煙管
  3. C水管
  4. Dエコノマイザ管
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正解:A給水管

煙管、水管、エコノマイザ管、過熱管は熱を伝える伝熱管ですが給水管や蒸気管は流体を送るための配管です。

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