ボイラ設備の5装置を「一滴の水がたどる順番」で完全攻略

この記事で身につくこと

「節炭器、過熱器、再熱器、空気予熱器……名前が似すぎていて、どれがどれだか分からない」。

汽力発電のボイラ設備は、独学者がいちばん最初につまずくところです。しかもテキストを開くと、いきなり配管だらけの断面図が出てきて、心が折れそうになる。よく分かります。

でも、安心してください。この単元は覚え方さえ変えれば、電力科目でいちばん取りやすいサービス問題に変わります。コツはたった1つ、「一滴の水になったつもりで、旅の順番にたどる」ことです。装置をバラバラに暗記するから混乱するのであって、水が通る順に並べてしまえば、名前と役割が自然にひもづきます。

この記事を読み終えると、次のことができるようになります。

身につくこと	内容
ボイラの正体	1つの機械ではなく「役割分担した装置群」だと分かる
5つの主役	節炭器・ドラム・過熱器・再熱器・空気予熱器を順番に言える
水の流れ	給水がどの装置を通って過熱蒸気になるかを説明できる
排ガスの流れ	排ガスが逆向きに熱を配っていく仕組みが分かる
得点力	正誤判定問題で「どこがすり替えられたか」を見抜ける

暗記量は少ないのに配点はしっかりある、いわばコスパの良い単元です。今日1日で決着をつけてしまいましょう。

暗記フレーズ：節炭・ドラム・過熱・再熱・空気予熱、水の旅で覚える

まずは結論から。この単元は、次のフレーズを口に出せるようになれば半分終わりです。

節炭・ドラム・過熱・再熱・空気予熱、水の旅で覚える

前の4つ（節炭器→ドラム→過熱器→再熱器）は、水が実際に通っていく順番です。最後の空気予熱器だけは水ではなく空気を温める仲間はずれなので、あえて末尾に置いています。この「4＋1」の形で覚えておくと、試験本番で装置名が出てきたときに、頭の中で並び順に戻して確認できます。

ステップ1：ボイラの正体は「装置群」だと知る

ボイラと聞くと、大きな釜のような「1個の機械」を思い浮かべる方が多いのですが、実際は違います。汽力発電のボイラは、水を蒸気に変えるという1つの仕事を、何段階にも分けて受け持つ装置の集まりです。

なぜ分けるのか。理由は単純で、水の状態によって必要な熱の与え方が違うからです。冷たい水を温める段階、沸騰させる段階、さらに温度を上げる段階では、必要な温度も装置の作りも変わります。だから専用の装置を用意して分担させているわけです。

ここでランキンサイクルとの関係を押さえておきましょう。汽力発電の熱サイクルは、大きく4つの工程を回っています。

工程	担当する機器	何をしているか
加圧	給水ポンプ	水の圧力を上げる
加熱	ボイラ（今回の主役）	圧力一定のまま加熱し、過熱蒸気にする
膨張	タービン	蒸気の勢いで羽根を回し、仕事を取り出す
冷却	復水器	蒸気を冷やして水に戻す

つまりボイラは「加熱」の工程を丸ごと担当している部分であり、その加熱を5つの設備で細かく分担しているのだ、と捉えてください。

サイクル全体の流れがまだあやふやな方は、先にランキンサイクルは「装置・用語・線図」の3点リンクで攻略を読んでおくと、この記事の内容が驚くほどすんなり入ってきます。土台があるかないかで、理解のスピードがまったく違います。

ステップ2：5つの主役を「水の旅」で並べる

では、一滴の水になったつもりで旅に出ましょう。復水器で冷やされて水に戻った一滴が、再びタービンへ向かうまでの道のりです。

順番	通る場所	そこで起きること
①	節炭器	排ガスの余熱で、ぬるく温められる
②	ドラム	蒸発した分が水と分けられ、蒸気だけ先へ進む
③	過熱器	蒸気がさらに加熱され、過熱蒸気になる
④	高圧タービン	仕事をして、温度と圧力が下がる
⑤	再熱器	もう一度温め直される
⑥	低圧タービン	残った勢いでさらに仕事をする

この6ステップを、順番どおりに言えるようにしてください。装置名を単語カードで覚えるのではなく、「次にどこへ行くか」でつなげるのがポイントです。人間の記憶は、バラバラの単語より「物語の順番」のほうがはるかに残りやすいからです。

そして5つ目の空気予熱器。これは水の旅には出てきません。空気側の担当だからです。ここを混ぜてしまうと途端に分からなくなるので、「水組が4つ、空気組が1つ」と線を引いておきましょう。

ステップ3：節炭器（エコノマイザ）

節炭器は、煙道を通る排ガスの余熱を使って、ボイラ給水をあらかじめ温めておく装置です。

名前の由来がそのまま役割を表しています。「炭を節約する器」——つまり、捨てるはずだった熱を拾ってきて水を温めることで、燃料の消費を減らす装置です。この一点を押さえておけば、試験で何を問われても答えの見当がつきます。

温めすぎてはいけない

ここが試験で狙われるポイントです。節炭器は給水を温めますが、飽和温度に届かない範囲までにとどめます。

項目	内容
熱源	煙道の排ガス（捨てる予定だった熱）
温めるもの	ボイラ給水（水側）
どこまで温めるか	飽和温度より低い温度まで
効果	ボイラ効率の向上・燃料の節約

なぜ沸騰させないのか。節炭器はあくまで「下ごしらえ」の装置であり、蒸発という本番の仕事はドラムを含む蒸発部に任せる設計になっているからです。下ごしらえの鍋で煮込みまで始めてしまったら、役割分担が崩れてしまう——そんなイメージで捉えてください。

ステップ4：ドラム（蒸気ドラム）

節炭器で温められた水は、次にドラムへ入ります。ドラムの仕事は水と蒸気の仕分けです。

加熱部で沸き立った状態の水は、蒸気と水が入り混じっています。この混ざったものをそのままタービンへ送るわけにはいきません。水滴が高速で回る羽根に当たれば、タービンを傷めてしまうからです。そこでドラムという大きな容器にいったん受け止め、軽い蒸気は上へ、重い水は下へという自然な分かれ方を利用して仕分けます。

分けられた後の行き先は、次のとおりです。

分けられたもの	行き先
飽和蒸気	過熱器へ送られ、さらに加熱される
水	再び加熱部へ戻され、循環して蒸発を待つ

ドラムが無いボイラもある

試験でよく問われるのが貫流ボイラです。貫流ボイラは1本の長い管の中で、予熱・蒸発・過熱を一気に進めてしまう方式です。

水と蒸気が別々のルートに分かれる場面がそもそも無いので、仕分け役であるドラムも要らないわけです。「ドラムが無い＝手抜き」ではなく、「分ける必要が無いから置かない」と理解しておくと、忘れにくくなります。

ステップ5：過熱器（スーパーヒータ）

ドラムから送り出された飽和蒸気を受け取り、さらに温度を上げて過熱蒸気にするのが過熱器です。

飽和蒸気は、その圧力での沸点ちょうどの状態なので、少しでも冷えると水滴に戻ってしまいます。この状態のままタービンへ送ると、羽根が水滴に打たれて摩耗してしまう。そこでもう一段温度を上げ、水滴の心配が無い過熱蒸気にしてから送り出すのです。

過熱器を通す狙いは2つあります。

狙い	内容
熱効率を上げる	蒸気温度が高いほど、タービンで取り出せる仕事が大きくなる
タービンを守る	湿り（水滴）が減り、羽根の摩耗を抑えられる

「効率」と「保護」の2本立てで覚えておくと、選択肢のどちらが出ても対応できます。なお、蒸気温度と効率の関係が気になる方は、後ほど汽力発電の各効率を「エネルギーのバケツリレー」で完全攻略に進むと、この話が計算問題としてどう出るかまで一気につながります。

ステップ6：再熱器（リヒータ）

過熱蒸気は高圧タービンに送り込まれ、羽根を回して仕事をします。仕事をした分だけ蒸気は力を失い、温度も圧力も下がります。

このまま次のタービンへ送っても、たいした仕事はできません。そこでもう一度ボイラへ引き返して温め直すのが再熱器です。温め直された蒸気は、低圧タービンへ送られて、二度目の仕事に取りかかります。

戻り先を間違えないこと

ここが最大の要注意ポイントです。再熱器で温めた蒸気は、高圧タービンには戻りません。行き先はあくまで低圧タービンです。

項目	正しい内容
取り出す場所	高圧タービンの出口
することは	温度が下がった蒸気を再び加熱する
送り先	低圧タービン
得られる効果	熱効率の向上・低圧タービン内の湿りの低減

「再加熱して、もう一度使う」という大まかな話は合っているだけに、行き先だけをすり替えられると気づきにくい。入口は高圧タービンの出口、出口は低圧タービンの入口と、セットで唱えておきましょう。

ステップ7：空気予熱器（エアヒータ）

最後は、水の旅には登場しない5人目の主役、空気予熱器です。

こちらは燃焼用の空気を温める装置です。熱源は節炭器と同じく排ガスの余熱。冷たい空気をそのまま炉に吹き込むと、燃料が燃えるときに空気を温めるためのエネルギーまで食われてしまい、もったいない。あらかじめ温めておけば、燃料の熱がまるごと水を温めるほうへ回せます。

節炭器との違いを1行で

この2つは「排ガスの余熱を回収する」という点がそっくりなので、必ず並べて覚えてください。

装置	熱源	温める相手
節炭器	排ガスの余熱	給水（水）
空気予熱器	排ガスの余熱	燃焼用空気（空気）

違いは温める相手が水か空気か、それだけです。ここさえ押さえておけば、選択肢で入れ替えられてもすぐ見抜けます。

ステップ8：排ガスの流れという「もう1本の軸」

ここまで水の流れを追ってきました。実はボイラには、もう1本、逆向きの流れがあります。それが排ガスです。

炉で燃料が燃えて生まれた高温のガスは、煙道を通って煙突へ抜けていきます。その途中で、次々と熱を配っていくのです。並び順には明確な理屈があります。

通る順	装置	ガスの温度	必要な温度の高さ
1	過熱器・再熱器	最も高い	蒸気を高温にするので高い熱が要る
2	節炭器	中くらい	水を予熱する程度なので中くらいでよい
3	空気予熱器	低い	空気を温めるだけなので低くてよい

高い温度を必要とする装置から順に並べ、余った低い熱を最後まで使い切る。これが並び順の理由です。理屈が分かっていれば、順番を丸暗記する必要はありません。

2つの流れを重ねると全体像が見える

• 水・蒸気の流れ：節炭器 → ドラム → 過熱器 → 高圧タービン → 再熱器 → 低圧タービン
• 排ガスの流れ：炉 → 過熱器・再熱器 → 節炭器 → 空気予熱器 → 煙突

この2本を重ねた図が、ボイラの全体像です。水はだんだん熱くなり、排ガスはだんだん冷える——向きが逆であることに気づけば、あの複雑な断面図も急に読めるようになります。

まとめ

ボイラ設備は、5つの主役の役割を旅の順番で押さえるだけで得点源になります。

装置	一言で言うと
節炭器	排ガスの余熱で給水を予熱（飽和温度未満まで）
ドラム	水と飽和蒸気を仕分ける容器（貫流ボイラには無い）
過熱器	飽和蒸気をさらに加熱し、過熱蒸気にする
再熱器	高圧タービン出口の蒸気を再加熱し、低圧タービンへ
空気予熱器	排ガスの余熱で燃焼用空気を温める

そして忘れてはいけないのが、水と排ガスは逆向きに流れているという視点です。この1本の軸を持っているかどうかで、正誤判定問題の見え方がまるで変わります。

汽力発電の分野は、ボイラ・タービン・効率・自動制御と地続きです。設備の名前が頭に入った今こそ、周辺へ広げるチャンス。出力の調整という視点で発電所を眺め直したい方は、自動調速機（ガバナ）は「負荷ずれたら、水を調整」で攻略も合わせて確認しておくと、発電所の全体像がぐっと立体的になります。

⚠ ここを間違える人が多い

この単元の失点は、知識不足ではなく「言葉のすり替えに気づけない」ことで起きます。実際に受験者がつまずく3つを挙げておきます。

❌「節炭器は給水を温める。だから何度まででもOK」

✅ 正しくは、飽和温度に届かない温度までです。

正誤判定の選択肢では、「飽和温度以上に予熱する」という一文がしれっと混ぜられます。「余熱で温める装置」という大枠だけを覚えていると、この一文に何の違和感も持てず、正しい文だと思って読み飛ばしてしまう。節炭器は下ごしらえ役であって、沸騰させるのは仕事の範囲外——ここまで踏み込んで覚えておきましょう。

❌「再熱器で温め直して、また高圧タービンで仕事をさせる」

✅ 正しい送り先は低圧タービンです。

「再加熱して、もう一度仕事をさせる」という筋書きそのものは合っています。だからこそ、行き先だけを高圧タービンに書き換えられても違和感が出にくい。選択肢を読むときは、装置名だけでなく「どこからどこへ」まで指でなぞって確認する癖をつけてください。これだけで1問拾えることがあります。

❌ 効率の計算で、所内で使った分をうっかり無視する

✅ 送電端から逆算するときは、所内率の分も忘れずに割り戻す必要があります。

発電所は、自分自身も電気を使って動いています。送電端の電力量を出発点にしてボイラ効率を求めるタイプの問題では、タービン室効率や発電機効率だけを戻して満足してしまい、所内で消費された分を戻し忘れる——これが定番の取りこぼしです。逆算するときは「途中で減った要素をすべて挙げたか」を必ず指折り確認しましょう。

過去問ではこう出た

この単元は、電力科目の問3付近に定位置を持つ常連です。動画と電験ジムで扱っている範囲だけでも、次の4問が該当します。

年度	問番号
平成27年	問3
平成28年	問3
令和3年	問3
令和5年上期	問3

出題の形は、大きく2通りです。1つは各設備の説明文を5つ並べ、誤っているものを1つ選ばせる正誤判定。もう1つは、設備名を空欄にして役割から埋めさせる穴埋めです。どちらも問われているのは同じで、「どの装置が、何を、どこへ」という3点セットが正確かどうかに尽きます。

そして先ほど触れたとおり、誤りの作り方も温度の条件を入れ替える／送り先を入れ替える／温める相手を入れ替えるというパターンにほぼ集約されます。逆に言えば、5つの装置の3点セットさえ言葉にできれば、初見の年度でも十分に対応できるということです。

実際の選択肢を読んで、すり替えを見抜く練習をしてみましょう。

電験ジムで実際に解いてみる

よくある質問

Q. 節炭器と空気予熱器、どちらも排ガスの余熱を使うのに、なぜ2つも必要なのですか？

温める相手が違うからです。節炭器は水を、空気予熱器は空気を温めます。

排ガスはまだかなりの熱を持ったまま煙突へ向かうので、1つの装置で回収しきれる量には限りがあります。まず温度の高いうちに水を温め、それでも残った低めの熱で空気を温める——というように熱を段階的に使い切るほうが、全体の効率は高くなるのです。「二度手間」ではなく「無駄なく最後まで絞り取る工夫」だと考えてください。

Q. 過熱器と再熱器は、どちらも蒸気を温める装置ですよね。何が違うのですか？

温める相手の蒸気が、タービンを通る前か後かが違います。

過熱器が扱うのは、ドラムから来たまだ仕事をしていない蒸気です。一方の再熱器が扱うのは、高圧タービンで一度仕事を終えて弱った蒸気です。装置としての働き（加熱する）は似ていても、サイクル上の立ち位置がまったく違います。「過熱器はタービンの前、再熱器はタービンとタービンの間」と、位置で覚えるのが確実です。

Q. ドラムの有無で、覚えるべきことは変わりますか？

覚える設備の数が1つ減るだけで、他の装置の役割は変わりません。

貫流ボイラでも、給水を予熱し、蒸発させ、過熱蒸気にするという流れ自体は同じです。違うのは、それらを1本の管の中で連続して行うため、水と蒸気を分ける工程が存在しないという点だけ。試験では「貫流ボイラにはドラムがある」といった形で誤りが作られることがあるので、貫流＝ドラム無しを1つの単語のように結びつけておけば十分です。