第一種電工 令和7年度 問16｜電気機器・蓄電池・配線器具

自然循環ボイラは、水と蒸気の密度差を利用して水を循環させる仕組み。給水は節炭器（エコノマイザ）で予熱されてからボイラに入る。次に蒸発管で水が熱せられて蒸気になる。発生した蒸気は過熱器でさらに加熱されて高温の過熱蒸気となり、タービンへ送られる。図の構成は①蒸発管②過熱器③節炭器の順番（エ）が正解。燃焼ガスは下から上に流れ、節炭器は一番上流側（排ガス側）に位置する。

自然循環ボイラの各構成要素と配置を理解する。蒸気ドラムを中心に、水側には「蒸発管」、蒸気側には「過熱器」、給水系には「節炭器（エコノマイザ）」が配置される。燃焼ガスの流れ：燃焼室→蒸発管（①）→過熱器（②）→節炭器（③）→煙突という順番になる。燃焼ガス温度は燃焼室に近いほど高いため、最も高温を必要とする蒸発管が燃焼室直近に置かれる。過熱器は蒸気をさらに昇温する機器で蒸発管より下流。節炭器は排ガスの余熱で給水を予熱する省エネ設備で最も下流（煙突側）に配置。図では給水ポンプから③節炭器→ドラム（蒸発管①）→②過熱器→タービン。正答エ（①蒸発管②過熱器③節炭器）。

【自然循環ボイラの構成と熱サイクル】ボイラは火力発電所や工場の蒸気生産設備の中核。第一種電気工事士では発電設備（汽力発電）の論点として頻出。

【自然循環ボイラの循環原理】水と飽和蒸気の密度差（水:約1kg/L、飽和蒸気:0.1kg/L程度）を駆動力として、ポンプなしに自然循環する。上昇管（蒸発管）では水が加熱されて汽水混合物となり上昇し、降水管ではサブクールな水が下降する。このループ循環がボイラの基本動作。

【各機器の役割と配置】節炭器（エコノマイザ）：排ガス熱で給水を約100-200℃に予熱。熱効率を数%向上させる重要な省エネ機器。燃焼ガス流れの最下流（最低温部）に配置。蒸発管（水管）：主燃焼熱で水を飽和蒸気に変換。最高温の燃焼ガスに直接さらされる①の位置。過熱器：飽和蒸気（100%湿り度=0）を過熱蒸気（温度さらに上昇）に変換。タービン効率向上に不可欠。②の位置。

【図中①②③の特定】給水ポンプから水が流入し、③（節炭器）で予熱→蒸気ドラムに入り①（蒸発管）で蒸発→②（過熱器）で過熱→タービンへ。燃焼ガスは①→②→③の順に流れる。正答エ（①蒸発管②過熱器③節炭器）。

【電験・第一種電工の発展】ランキンサイクル（蒸気タービンの基本熱サイクル）では節炭器→ボイラ（蒸発）→過熱器→タービン→復水器→給水ポンプの順。再熱・再生サイクルを組み合わせた複合発電は電験三種・電験二種の重要論点。