第2章 ボイラーの伝熱
熱の伝わり方（伝導・対流・放射）、熱伝達と熱貫流、放射伝熱面と対流伝熱面、伝熱面積の数え方、スケールが伝熱をさまたげる理由。
1. 熱の伝わり方は3つ
熱は、温度の高いところから低いところへ移ります。伝わり方は次の3つです。
・伝導（熱伝導） … 物の中を、熱が順に伝わっていくこと。鉄板の片側を熱すると、反対側も熱くなるのがこれです
・対流 … 液体や気体（流体）が動いて、熱を運ぶこと。温められた流体は軽く（密度が小さく）なって上へ動きます。自然に起こるものを自然対流、ポンプやファンで流体を動かすものを強制対流といいます
・放射（ふく射） … 熱が電磁波（赤外線など）として、空間を飛んで伝わること。間に物がなくても伝わります。たき火に手をかざすと温かいのがこれです。火炎のように温度が高いものほど、放射で出す熱は大きくなります
物質によって熱の伝わりやすさ（熱伝導率）は大きく違います。一般に金属は熱伝導率が大きく、空気などの気体は小さいです。
2. 熱伝達と熱貫流
ボイラーでは、熱は「燃焼ガス → 金属の壁 → 水」と渡っていきます。この流れを、言葉で分けて考えます。
・熱伝達 … 流体（燃焼ガスや水）と、固体の壁の表面との間で熱が移ること
・熱伝導 … 壁の金属の中を熱が伝わること
・熱貫流（熱通過） … 高温の流体から、壁を通して、低温の流体まで熱が伝わる全体の流れ。熱伝達 → 熱伝導 → 熱伝達 が組み合わさったものです
熱貫流で伝わる熱の量は、次の式で表します。
伝わる熱量（W）＝ 熱貫流率（W/(m²・K)）× 伝熱面積（m²）× 温度差（K）
壁の中の熱伝導だけを考えるときは、次の式です。
伝わる熱量（W）＝ 熱伝導率（W/(m・K)）× 面積（m²）× 温度差（K）÷ 壁の厚さ（m）
熱伝導率の単位はW/(m・K)、熱伝達率・熱貫流率の単位はW/(m²・K)と、単位が違う点にも注意します。
3. 放射伝熱面と対流伝熱面
ボイラーの「伝熱面」は、燃焼ガスの熱を受け取って、裏側の水に渡す面です。熱の受け方で2つに分けます。
・放射伝熱面 … 火炎の放射熱を直接受ける部分。燃焼室（炉）のまわりに並べた水管（水冷壁）や、炉筒の内面などです
・対流伝熱面（接触伝熱面） … 高温の燃焼ガスが触れながら流れていく部分。煙管や、燃焼室を出たあとのガスが通る水管群などです
燃焼室の近くは火炎の温度が高く放射の熱が大きいので、放射伝熱面は面積の割にたくさんの熱を受け取ります。
4. 伝熱面積の数え方（ボイラー則 第2条）
ボイラーの大きさは、法令では「伝熱面積」で区分します（安衛令 第1条第3号）。その面積の数え方は、ボイラー則 第2条で決められています。おもなものは次のとおりです。
・水管ボイラー・電気ボイラー以外のボイラー（丸ボイラーなど） … 燃焼ガス等に触れる本体の面で、その裏面が水又は熱媒に触れるものの面積
・貫流ボイラー以外の水管ボイラー … 水管と管寄せの、燃焼ガス等に触れる面の面積など。耐火れんがでおおわれた水管は、管の外側の壁面に対する投影面積で数える
・貫流ボイラー … 燃焼室入口から過熱器入口までの水管の、燃焼ガス等に触れる面の面積
・電気ボイラー … 電力設備容量60kWを1m²とみなして換算する
5. スケールは伝熱のじゃまをする
給水の中に溶けているカルシウムやマグネシウムなどの成分（硬度成分）は、ボイラーの中で濃くなって、伝熱面の水側に固まってこびりつきます。これを「スケール」といいます。
スケールは熱伝導率が非常に小さい（熱を伝えにくい）ため、付着すると次のことが起こります。
・燃焼ガスの熱が水に伝わりにくくなり、同じ蒸気をつくるのにより多くの燃料が必要になる（ボイラー効率が下がる）
・水に熱を渡せない分、伝熱面の金属の温度が上がり、過熱して強度が落ち、膨出や破裂の原因になる
スケールの防ぎ方（給水処理・吹出し）は、第2部の取扱いの章でくわしく学びます。
POINT
6. ここだけは覚える
・熱の伝わり方は伝導・対流・放射。放射は間に物がなくても伝わる
・熱貫流＝熱伝達＋熱伝導＋熱伝達。熱量＝熱貫流率×面積×温度差
・熱伝導率はW/(m・K)、熱伝達率・熱貫流率はW/(m²・K)
・放射伝熱面＝火炎の放射熱を直接受ける（水冷壁など）、対流伝熱面＝燃焼ガスが触れて流れる（煙管など）
・伝熱面積は「燃焼ガス等に触れ、裏面が水に触れる面」（ボイラー則 第2条）。貫流ボイラーは燃焼室入口から過熱器入口まで
・スケールは熱を伝えにくい → 燃料のむだ＋伝熱面の過熱