水管ボイラーの構造や仕組みとは？どんな特徴があるの？

ボイラーとは熱エネルギーを使って水を加熱して、高温高圧の蒸気を得る装置です。
発生した蒸気は、動力源となって発電などに利用されます。
19世紀には実用化が始まった動力源としては歴史がある装置です。
ボイラーにはいろいろな種類がありますが、今回は水管ボイラーの仕組みや構造についてご紹介しましょう。
蒸気の力を動力にするというと、何やら前近代的な感じもします。
しかし、現在でもボイラーはいろいろなところで活躍しているのです。
ボイラーに付いて興味がある方や資格を取得したい方は、ぜひこの記事を読んでみてくださいね。

1. ボイラーとは？
2. 水管ボイラーの仕組みや種類とは？
3. ボイラーを扱う資格とは？
4. おわりに

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1．ボイラーとは？

ボイラーとは、燃料で水を熱することで高温高圧の蒸気や温水を得る装置のことです。
19世紀の半ばには実用化されて多種多様な機械の動力源となりました。
ボイラーを使った装置で最も有名なもののひとつが、蒸気機関車でしょう。
石炭を燃やしてお湯を沸かし、その蒸気の力を車輪に伝えることで列車を動かします。
また、ご家庭にある給湯器もボイラーの一種です。
特に、最近注目を集めているハイブリット給湯器などは、本来は空気中に排出してしまう熱を利用してお湯を沸かしています。
さらに、蒸気は動力になるほか、そのまま暖房としても使えるのです。
ロシアや韓国などの冬の寒さが厳しい地方では、ボイラーで作った蒸気をそのまま床や壁のすきまに流して暖房にします。
そして、火力発電所はボイラーで水蒸気を作ってその力でタービンを回し、発電をするのです。
ですから、ボイラーは私たちの生活になくてはならないもの、といえるでしょう。

2．水管ボイラーの仕組みや種類とは？

さて、ボイラーにもいろいろな種類があります。
この項では水管ボイラーの仕組みや種類をご紹介しましょう。

2-1．水管ボイラーとはどんなもの？

水管ボイラーとは、上部と下部のドラムを多数の水管でつないだ構造のボイラーです。
この水管の周りを燃焼ガスで温めることにより、下部のドラムから水管の中を循環している水から水蒸気を作りだして上部のドラムへと送ります。
細い水管に水を通して周りを高温で温めるので、一部だけが熱せられないように水を常に循環させておく必要があるのです。
そのため、水が大量に必要になります。
ここから作りだされる蒸気は高圧で大量にできるため、発電所などで使われることが多いでしょう。
また、耐久性が高く点検が容易なので、扱いやすいというメリットもあります。
では、次の項から水管ボイラーの種類とそれぞれの特徴をご紹介していきましょう。

2-2．貫流ボイラー

貫流ボイラーは、水を水管の一方から押しこんで循環させることなく蒸気に変える水管ボイラーです。
水管が長いため一部だけが極端に温まってしまうこともありません。
また、水を循環させる必要もないのでボイラーの小型化も容易です。
さらに、起動時間が早くボイラー効率がよいのもメリットになります。

2-3．強制循環ボイラー

水をポンプで強制的に循環させるボイラーです。
運転圧が臨界圧に近くなると、水と蒸気の比重差が少なくなります。
ですから、臨界圧近くで運転するボイラーは必然的にこの強制循環ボイラーになるのです。

2-4．自然循環ボイラー

自然循環ボイラーは、水の温度差による比重を利用して自然に循環させる構造のボイラーのことです。
仕組みが単純な分値段も安くて故障もしにくいでしょう。
しかし、臨界圧近くで運転をすると、水と水蒸気の比重差が少なくなって水の循環がうまくいきません。
ですから、扱うには高い技術が必要です。

3．ボイラーを扱う資格とは？

ボイラーは万が一事故を起こすと被害が大規模になります。
特に、爆発事故が起これば広い範囲で犠牲者が出ることもあるでしょう。
この項では、ボイラーに関する資格についてご紹介します。

3-1．ボイラー技士

ボイラーに関する資格というと真っ先にこれが思い浮かぶ、という方も多いでしょう。
ボイラー技士とは、ボイラーを取り扱い、点検、安全管理を行う技術者で国家試験に合格しなければ取得できません。
特級から二級までがあり、それぞれ取り扱えるボイラーの大きさが違います。
ボイラー技士の資格試験を受けるためには、特定の資格を取得したり一定の実務経験が必要だったりするのです。
しかし、二級ならば経験のない人でもボイラー実技講習を取得すれば、受験資格が得られるでしょう。
ボイラー実技講習は職業訓練校などでも行われています。
ですから、社会人にも人気の資格になっているのです。

3-2．ボイラー整備士

ボイラー整備士とは、文字どおりボイラーを整備することのできる資格です。
ボイラーは常に高温と蒸気の圧力にさらされながら運転しています。
ですから、部品の劣化するのも早いです。
そのため、定期的な点検は欠かせません。
ボイラー技士とボイラー整備士は名前が似ているので、できることも混同されがちです。
しかし、ボイラー整備士はボイラーを整備できますが、取り扱うことはできません。
つまり、ボイラーの運転はできないのです。
逆に、特級ボイラー士の資格を取得していても、ボイラー整備士の資格を取得していなければ不備があっても整備することはできません。
ですから、ボイラーを取り扱う仕事に就いている方はボイラー技士と整備士の資格を両方持っている方も少なくないのです。

3-3．ボイラー溶接士

ボイラー溶接士とは、文字どおりボイラーの溶接が行える資格です。
前述したように、ボイラーを運転すると高圧の蒸気が出ます。
ですから、溶接が不十分だとそこから劣化が始まって事故につながることもあるでしょう。
そのため、保守点検の結果溶接作業が必要になった場合は、ボイラー溶接士が行わなければなりません。
もし、資格を取得していない方が溶接を行った場合は法律違反で罰則を受けなければならないのです。
ですから、保守点検の結果、たとえ小さなひびでも入っていた場合はボイラー溶接士が溶接を行ってください。
そのため、火力発電所などボイラーが必ず必要な職場ではボイラー技士、ボイラー整備士、ボイラー溶接士の資格保持者がいることが多いでしょう。
ボイラー技士は社会人になっても十分に取得できる資格です。
そのため、危険物取扱者などと並んで、社会人の受験者が多い資格でもあります。
自治体によってはボイラー実技講習をなかなか受けられないところもあるのです。

4．おわりに

いかがでしたか？
今回は水管ボイラーの構造や仕組みについてご紹介しました。
ボイラーは前述したように、いろいろなところで使われています。
ですから、ボイラーの種類もたくさんあるのです。
ちなみに、水管に当たる部分に燃焼排ガスを通し、その周りに水を満たした構造になると「炉筒煙管ボイラー」という別のものになります。
さらに、ボイラーは取り扱いを間違ったり点検を怠ったりすると、大事故につながるでしょう。
どんなに小型なボイラーでも一定の圧力がかかっています。
この圧力が一気に開放されれば小さな建物など吹き飛んでしまうでしょう。
今でこそ管理が徹底されていますが、つい20年ほど前までは、銭湯のボイラーなどが爆発事故を起こすこともありました。
ですから、どんな小型のボイラーでも点検を行いましょう。
また、使う頻度が高いボイラーほど手入れが簡単なものを選んでください。
そうすれば、メンテナンスも簡単です。