ガスの燃焼を計算と概念の両面で扱います。発熱量(LHV/HHV)、燃焼反応式と理論酸素量・空気量、空気比と過剰空気、燃焼ガス量計算、燃焼速度と燃焼方式、燃焼範囲(可燃範囲)とル・シャトリエの式、爆発と爆ごうまでを順番に学びます。
乙種・甲種兼用 / 全17節 / 学習目安: 60〜90分
💡 このページの読み方
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📍 はじめに
都市ガス・LPGがバーナーで燃えるとき、何mol の酸素が必要で、何mol の燃焼ガス(CO2・H2O)が出てくるのか。この章ではそれを定量的に扱います。設計から事故防止まで、ガス事業者にとって最も実務的な章です。
📍 この章で学ぶこと(5ブロック・全17節)
各節の重要度を 乙種 / 甲種 で並べて表示します。
🟦 = 甲種で重要度が乙種より上がる節 / ★ = 重要度A節
ブロック1: 発熱量
| 節 | タイトル | 乙 | 甲 |
|---|---|---|---|
| 1 | 真発熱量（LHV）と総発熱量（HHV）の違い | C | C |
| 2 | 気体燃料の成分別発熱量（主要数値） | C | C |
| 3 | HHV→LHV変換式（水蒸気の凝縮潜熱から導く） | C | C |
ブロック2: 燃焼計算
| 節 | タイトル | 乙 | 甲 |
|---|---|---|---|
| 4 | 燃焼反応の構成（燃焼ガスの成分フロー） | C | C |
| 5 | 燃焼反応式と理論酸素量 | ★A | B |
| 6 | 理論空気量（A₀）の計算 | ★A | B |
| 7 | 空気比（λ）と過剰空気量 | C | 🟦 ★A |
| 8 | 湿り燃焼ガス量の計算 | C | C |
| 9 | 乾き燃焼ガス量の計算 | C | C |
| 10 | 燃焼計算の全体手順（まとめ） | ★A | ★A |
ブロック3: 燃焼速度と方式
| 節 | タイトル | 乙 | 甲 |
|---|---|---|---|
| 11 | 燃焼速度（層流燃焼速度・乱流燃焼速度） | C | C |
| 12 | 燃焼生成物とラジカル反応 | C | C |
| 13 | 燃焼方式（拡散燃焼・予混合燃焼） | C | 🟦 B |
ブロック4: 燃焼範囲
| 節 | タイトル | 乙 | 甲 |
|---|---|---|---|
| 14 | 単体ガスの燃焼範囲（燃焼上下限界） | C | C |
| 15 | 混合ガスの燃焼範囲（ル・シャトリエの式） | B | 🟦 ★A |
| 16 | 燃焼範囲に影響を与える因子 | B | C |
ブロック5: 爆発と爆ごう
| 節 | タイトル | 乙 | 甲 |
|---|---|---|---|
| 17 | 爆発と爆ごう（デフラグレーション・デトネーション） | C | 🟦 B |
📚 テキスト解説
各節は次の構成で進みます。
– 🎯 一言で
– 📖 解説(乙種ベース)
– 🟦 甲種プラスα(必要な節のみ)
– ⚡ 焦点ポイント
– 📝 過去問のひっかけ例
1. 真発熱量（LHV）と総発熱量（HHV）の違い
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
総発熱量（HHV）= 真発熱量（LHV）+ 水蒸気の凝縮潜熱。HHV ≥ LHV。供給ガスの発熱量は一般にHHVで表す
📖 解説(乙種ベース)
総発熱量（HHV）= 真発熱量（LHV）+ 水蒸気の凝縮潜熱。HHV ≥ LHV。供給ガスの発熱量は一般にHHVで表す
燃料を完全燃焼させると熱が発生する。この熱量を発熱量という。
燃焼後に生成する水（H₂O）が蒸気のままか液体になるかで発熱量の値が変わる。
総発熱量（高発熱量 HHV：Higher Heating Value）
燃焼で生じた水蒸気が液体に凝縮したときの潜熱（凝縮熱）を含めた発熱量。
別名：高位発熱量
真発熱量（低発熱量 LHV：Lower Heating Value）
燃焼で生じた水蒸気が気体のままとして計算した発熱量（凝縮潜熱を含まない）。
別名：低位発熱量
関係式：
HHV = LHV + 燃焼で生成した水蒸気の凝縮潜熱
→ 常に HHV ≥ LHV（等号はCOのように水素を含まない燃料のとき）
実務での使い分け
供給ガスの発熱量は一般に総発熱量（HHV）で表す。
コージェネ等の効率計算には真発熱量（LHV）を用いることが多い。
実際の燃焼装置は排気温度200〜300℃のため水蒸気が凝縮せず、LHVが実効発熱量になる。
⚡ 焦点ポイント
「総発熱量は真発熱量に同じか、または大きい」→ ○（頻出正誤問題） / 「供給ガスの発熱量は一般に総発熱量（HHV）で表す」→ ○
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 【最頻出】 「HHV の方が LHV より大きい」が基本だが、CO のように燃焼生成物に水が含まれない燃料では HHV = LHV。「常に HHV > LHV」と断言すると CO のケースで誤りになる。
- 「大きい」が「小さい」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる / 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
2. 気体燃料の成分別発熱量（主要数値）
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
メタン HHV≈40 MJ/m³N、LHV≈36 MJ/m³N（HHVの約90%）。炭素数が多いほど発熱量大。H₂はHHV/LHV比が最小
📖 解説(乙種ベース)
メタン HHV≈40 MJ/m³N、LHV≈36 MJ/m³N（HHVの約90%）。炭素数が多いほど発熱量大。H₂はHHV/LHV比が最小
気体燃料の発熱量は標準状態（0℃、101.3 kPa）の 1 m³N あたりの値で表す。
主要成分の発熱量（代表値）
成分 HHV [MJ/m³N] LHV [MJ/m³N]
メタン CH₄ 約 39.9 約 35.9
エタン C₂H₆ 約 70.5 約 64.4
プロパン C₃H₈ 約101.4 約 93.2
n-ブタン C₄H₁₀ 約134.4 約123.9
一酸化炭素 CO 約 12.6 約 12.6（HHV = LHV）
水素 H₂ 約 12.8 約 10.8
重要な傾向
・飽和炭化水素は炭素数が多いほど単位体積あたりの発熱量が大きい
・COは燃焼で水を生成しないのでHHV = LHV
・水素（H₂）は炭化水素系燃料と比べてHHVに対するLHVの比（LHV/HHV）が最も小さい
（水素は重量あたりの発熱量は大きいが体積あたりは小さい）
・メタンの LHV はHHVより約10%小さい（≈ 35.9/39.9 ≈ 0.90）
・メタンのHHVはH₂のHHVの約3倍（39.9 ÷ 12.8 ≈ 3.1）
⚡ 焦点ポイント
「メタンの総発熱量は約40 MJ/m³N」は数値として問われる（丸暗記必須）。 / 「メタンの真発熱量は総発熱量より約10%小さい」→ ○
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「発熱量が大きい = 燃焼範囲が広い」は誤り。発熱量と燃焼範囲は別の物性。水素は発熱量（体積基準）は小さいが燃焼範囲は非常に広い（4〜75%）。
- 「40MJ」が「45MJ」「35MJ」と書き換えられる
- 「10%」が「15%」「5%」と書き換えられる
- 「小さい」が「大きい」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる/数値・用語が類似のものに差し替えられる
3. HHV→LHV変換式（水蒸気の凝縮潜熱から導く）
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
Hn = Hg − 2.01（2·cCH₄ + 4·cC₃H₈ + 5·cC₄H₁₀）MJ/m³N。水蒸気の凝縮潜熱2.01 MJ/m³N×生成H₂O量
📖 解説(乙種ベース)
Hn = Hg − 2.01（2·cCH₄ + 4·cC₃H₈ + 5·cC₄H₁₀）MJ/m³N。水蒸気の凝縮潜熱2.01 MJ/m³N×生成H₂O量
真発熱量 Hn と総発熱量 Hg の関係は、燃焼で生成した水蒸気の凝縮潜熱から計算できる。
原理
各成分が 1 m³N 燃焼したときに生成する水蒸気の量（m³N）：
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O → H₂O 生成量 = 2
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O → H₂O 生成量 = 4
C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4CO₂ + 5H₂O → H₂O 生成量 = 5
水蒸気の凝縮潜熱 = 2.01 MJ/m³N
変換式
Hn = Hg − 2.01 × （生成したH₂O量）
Hn = Hg − 2.01（2·cCH₄ + 4·cC₃H₈ + 5·cC₄H₁₀） [MJ/m³N]
ただし：
Hn：真発熱量（LHV）[MJ/m³N]
Hg：総発熱量（HHV）[MJ/m³N]
cCH₄, cC₃H₈, cC₄H₁₀：1 m³N の乾き燃料ガス中のメタン・プロパン・ブタンの体積（m³N）
生成H₂O量の係数 2, 4, 5 は燃焼反応式のH₂O係数と一致する。
🟦 甲種プラスα
「（甲種）Hn = Hg − 2.01（[ ]cCH₄ + [ ]cC₃H₈ + [ ]cC₄H₁₀）の係数を求めよ」→ 2, 4, 5
⚡ 焦点ポイント
「（甲種）Hn = Hg − 2.01（[ ]cCH₄ + [ ]cC₃H₈ + [ ]cC₄H₁₀）の係数を求めよ」→ 2, 4, 5 / 係数は「各成分の燃焼反応式のH₂O係数」と一致することを理解すれば暗記不要。
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 係数 2, 4, 5 はそれぞれ CH₄, C₃H₈, C₄H₁₀ の燃焼反応式における H₂O の係数。分子式の H 原子数の 1/2 に等しい（CH₄ は H=4 → H₂O=2）。この関係を覚えておくと他の炭化水素にも応用できる。
- 「（甲種）Hn = Hg − 2.01（[ ]cCH₄ + [ ]cC₃H₈ + [ ]cC₄H₁₀）の係数を求めよ」→ 2, 4, 5
- 係数は「各成分の燃焼反応式のH₂O係数」と一致することを理解すれば暗記不要
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
4. 燃焼反応の構成（燃焼ガスの成分フロー）
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
供給空気 = 理論空気量 + 過剰空気量。燃焼ガス = 不燃成分 + CO₂ + H₂O + 過剰O₂ + 窒素。フローを頭に入れる
📖 解説(乙種ベース)
供給空気 = 理論空気量 + 過剰空気量。燃焼ガス = 不燃成分 + CO₂ + H₂O + 過剰O₂ + 窒素。フローを頭に入れる
燃焼計算の全体像を把握しておくことが、各計算問題を素早く解くための鍵。
燃焼前の構成
燃料ガス = 可燃成分（CH₄, C₃H₈ など）+ 不燃成分（N₂, CO₂ など）
供給空気 = 理論空気量 + 過剰空気量
= 理論酸素量 + 理論空気中N₂ + 過剰O₂ + 過剰空気中N₂
燃焼後の燃焼ガスの構成
燃焼ガス = 燃料中の不燃成分（そのまま通過）
+ 燃焼生成物（CO₂ + H₂O）
+ 過剰酸素（供給O₂ − 理論O₂）
+ 窒素（供給空気中のN₂がそのまま通過）
乾き燃焼ガスと湿り燃焼ガス
湿り燃焼ガス（G）：H₂O を含む燃焼後のガス全体
乾き燃焼ガス（G’）：湿り燃焼ガスから H₂O を除いたもの
G’ = G − （燃焼により生成した H₂O 量）
供給空気量が理論空気量のとき → 理論燃焼ガス量（G₀）
空気比 m のとき → G = G₀ + （m − 1） × A₀
⚡ 焦点ポイント
「燃焼ガスの中から水蒸気を除いたものを乾き燃焼ガスという」は定義問題の定番。 / 「供給空気中の過剰空気量と燃焼ガス中の過剰空気量は同じ」→ ○（過剰空気は反応せずそのまま通過）
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「燃料ガス中の酸素量は燃焼ガス量に含まれない」（理論酸素量から差し引いて計算する）という注意点がある。燃料に O₂ が含まれる場合は理論酸素量からその分を差し引いた値を使う。
- 「燃焼ガスの中から水蒸気を除いたものを乾き燃焼ガスという」は定義問題の定番
- 「供給空気中の過剰空気量と燃焼ガス中の過剰空気量は同じ」→ ○（過剰空気は反応せずそのまま通過）
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
5. 燃焼反応式と理論酸素量
重要度: ★ 乙A / 甲B
🎯 一言で
CmHn + (m+n/4)O₂ → mCO₂ + (n/2)H₂O。理論O₂量 = 反応式のO₂係数。混合ガスは各成分の加算
📖 解説(乙種ベース)
CmHn + (m+n/4)O₂ → mCO₂ + (n/2)H₂O。理論O₂量 = 反応式のO₂係数。混合ガスは各成分の加算
可燃性ガスの完全燃焼に必要な最小酸素量（理論酸素量）は、燃焼反応式のO₂係数から求まる。
一般式（炭化水素 CₘHₙ）
CₘHₙ + (m + n/4) O₂ → m CO₂ + (n/2) H₂O
理論酸素量 = m + n/4
主要ガスの燃焼反応式と理論酸素量
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O → 理論O₂量 = 2
C₂H₆ + 7/2 O₂ → 2CO₂ + 3H₂O → 理論O₂量 = 3.5
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O → 理論O₂量 = 5
C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4CO₂ + 5H₂O → 理論O₂量 = 6.5
H₂ + 1/2 O₂ → H₂O → 理論O₂量 = 0.5
CO + 1/2 O₂ → CO₂ → 理論O₂量 = 0.5
混合ガスの理論酸素量
各成分の（体積割合 × 理論O₂量）を合算する。
例：メタン cCH₄ + プロパン cC₃H₈ からなる 1 m³N の混合ガスの理論酸素量
= 2 × cCH₄ + 5 × cC₃H₈ [m³N/m³N]
🟦 甲種プラスα
混合ガスの理論酸素量計算は乙種・甲種どちらでも毎年出題される最頻出計算
⚡ 焦点ポイント
「メタン 1 m³N の完全燃焼に必要な酸素は 2 m³N、発生するCO₂は 1 m³N、H₂Oは 2 m³N」→ 超頻出の数値問題。 / 「プロパン 1 m³N を完全燃焼させるのに必要な理論酸素量は 5 m³N」→ 丸暗記。
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「プロパンを完全燃焼させる場合は同容積のメタンを完全燃焼させる場合の2.5倍の空気が必要」（プロパンO₂=5、メタンO₂=2 → 5/2=2.5）。比較問題で空気比と混同しないこと。
- 「超」が「以下」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる
6. 理論空気量（A₀）の計算
重要度: ★ 乙A / 甲B
🎯 一言で
A₀ = 理論O₂量 / 0.21 [m³N/m³N]。空気中O₂ = 21%。混合ガスの公式 A₀ = 1/0.21 × (2cCH₄ + 5cC₃H₈ + 6.5cC₄H₁₀ + …)
📖 解説(乙種ベース)
A₀ = 理論O₂量 / 0.21 [m³N/m³N]。空気中O₂ = 21%。混合ガスの公式 A₀ = 1/0.21 × (2cCH₄ + 5cC₃H₈ + 6.5cC₄H₁₀ + …)
理論空気量 A₀ は燃料の完全燃焼に理論上必要な最小の空気量。
計算式
A₀ = 理論酸素量 / 0.21 [m³N/m³N]
（空気中のO₂割合 = 21% = 0.21）
メタン単体の場合
A₀ = 2 / 0.21 ≈ 9.52 m³N/m³N
プロパン単体の場合
A₀ = 5 / 0.21 ≈ 23.8 m³N/m³N
混合ガスの一般式（メタン・プロパン・ブタン混合）
A₀ = 1/0.21 × (2·cCH₄ + 5·cC₃H₈ + 6.5·cC₄H₁₀) [m³N/m³N]
水素・COを含む場合（H₂のO₂係数=0.5、COのO₂係数=0.5）：
A₀ = 1/0.21 × (0.5·cH₂ + 0.5·cCO + 2·cCH₄ + 3.5·cC₂H₆ + 5·cC₃H₈ + 6.5·cC₄H₁₀)
燃焼時に残る窒素の量
N₂量 = 理論O₂量 × 79/21 = 理論O₂量 × 3.76
（空気のN₂:O₂ = 79:21）
🟦 甲種プラスα
A₀ の係数の式の空欄補充問題は甲種の頻出計算
⚡ 焦点ポイント
A₀ の係数の式の空欄補充問題は甲種の頻出計算。係数（2, 3.5, 5, 6.5…）は各炭化水素のO₂係数と同じ。 / 「メタン 1 m³N を完全燃焼するのに必要な理論空気量は？」→ 2/0.21 ≈ 9.5 m³N を素早く出せるように。
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 空気のO₂割合は体積基準で21%（= 0.21）。質量基準（≈23%）と混同しない。燃焼計算では必ず体積基準（mol または m³N）で計算する。
- 主語(誰が・どの事業者が)が別の主体に入れ替えられる
- 条件・対象範囲が拡大または限定方向に書き換えられる
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる
7. 空気比（λ）と過剰空気量
重要度: ★ 乙C / 🟦 甲A
🎯 一言で
空気比λ = 供給空気量/理論空気量。一般に λ > 1。過剰空気量 = (λ−1)×A₀。乾き燃焼ガス中のO₂・CO₂濃度から逆算も可
📖 解説(乙種ベース)
空気比λ = 供給空気量/理論空気量。一般に λ > 1。過剰空気量 = (λ−1)×A₀。乾き燃焼ガス中のO₂・CO₂濃度から逆算も可
空気比（λ、またはmとも表記）の定義
λ = 供給空気量 / 理論空気量 = 供給空気量 / A₀
→ 実際に供給した空気量が理論最小量の何倍かを示す数値
一般に λ > 1（理論量より多く空気を供給して確実に完全燃焼させる）
過剰空気量
過剰空気量 = 供給空気量 − 理論空気量 = (λ − 1) × A₀
λ と燃焼ガスの関係
λ = 1：理論空気量での燃焼 → 燃焼ガスにO₂なし（完全燃焼の最小条件）
λ > 1：過剰空気あり → 燃焼ガスにO₂が残る
λ < 1：空気不足 → 不完全燃焼（COが発生）
燃焼ガス中の成分濃度からλを逆算（重要計算パターン）
乾き燃焼ガス中の酸素濃度 = 過剰O₂量 / 乾き燃焼ガス量
乾き燃焼ガス中のCO₂濃度 = 生成CO₂量 / 乾き燃焼ガス量
空気比 λ を未知数として方程式を作り、与えられた濃度を代入して解く（例題1・2型）。
🟦 甲種プラスα
甲種計算：空気比と過剰空気量の計算は必ず出る
⚡ 焦点ポイント
「空気比は一般に1以上である」→ ○（頻出正誤問題） / 乙種計算の王道パターン：「乾き燃焼ガス中のO₂（またはCO₂）濃度が○%のときの空気比を求めよ」
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「空気比 1 = 完全燃焼」は理論上の話。実際の装置では空気の混合が不均一なため、λ = 1 でも不完全燃焼が起きる可能性がある。試験では理論値で計算すれば OK。
- 「以上」が「未満」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる / 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
8. 湿り燃焼ガス量の計算
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
G = 1 + mA₀ + (cC₃H₈ + 1.5·cC₄H₁₀ + …) [m³N/m³N]。燃料+供給空気+体積変化分の加算
📖 解説(乙種ベース)
G = 1 + mA₀ + (cC₃H₈ + 1.5·cC₄H₁₀ + …) [m³N/m³N]。燃料+供給空気+体積変化分の加算
湿り燃焼ガス量（G）は「水蒸気を含む燃焼後ガスの全量」。
計算方法①：体積変化量を加算する方法
G = 燃料量 + 供給空気量 + 燃焼反応による体積変化量
G = 1 + m·A₀ + (cC₃H₈ + 1.5·cC₄H₁₀ + …) [m³N/m³N]
（m：空気比、A₀：理論空気量）
燃焼反応による体積変化量（生成物 − 消費物）：
CH₄：(1+2) − (1+2) = 0 → 体積変化ゼロ
C₃H₈：(3+4) − (1+5) = 1 → 1 m³N 増加
C₄H₁₀：(4+5) − (1+6.5) = 1.5 → 1.5 m³N 増加
計算方法②：成分を個別に積算する方法
G = 過剰空気量 + 燃焼生成物（CO₂ + H₂O）+ 燃焼に使われなかったN₂
G = (m − 0.21)A₀ + (3·cCH₄ + 7·cC₃H₈ + 9·cC₄H₁₀)
（各成分の生成物係数：CH₄は CO₂+H₂O=1+2=3、C₃H₈は3+4=7、C₄H₁₀は4+5=9）
理論燃焼ガス量 G₀（m=1 のとき）：
G₀ = 1 + A₀ + (cC₃H₈ + 1.5·cC₄H₁₀)
🟦 甲種プラスα
甲種計算：「メタンを空気比1.5で燃焼させたときの湿り燃焼ガス量を計算せよ」が頻出
⚡ 焦点ポイント
甲種計算：「メタンを空気比1.5で燃焼させたときの湿り燃焼ガス量を計算せよ」が頻出。 / 手順：① A₀を計算 ② 供給空気量 = m×A₀ ③ G = 1 + m×A₀ + 体積変化量
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- メタン（CH₄）の燃焼では体積変化がゼロ（反応前後でモル数不変）。プロパン・ブタンは体積が増加。この「炭化水素によって体積変化量が異なる」点を正しく反映させること。
- 甲種計算：「メタンを空気比1.5で燃焼させたときの湿り燃焼ガス量を計算せよ」が頻出
- 手順：① A₀を計算 ② 供給空気量 = m×A₀ ③ G = 1 + m×A₀ + 体積変化量
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる / 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
9. 乾き燃焼ガス量の計算
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
G’ = G − （燃焼で生成したH₂O量）= G − (2cCH₄ + 4cC₃H₈ + 5cC₄H₁₀)。成分濃度計算の分母として使う
📖 解説(乙種ベース)
G’ = G − （燃焼で生成したH₂O量）= G − (2cCH₄ + 4cC₃H₈ + 5cC₄H₁₀)。成分濃度計算の分母として使う
乾き燃焼ガス量（G’）は「水蒸気を除いた燃焼ガス量」。
乾き燃焼ガス中の成分濃度計算（CO₂%、O₂%など）では G’ が分母になるため重要。
計算式
G’ = G − （燃焼により生成した H₂O の量）
G’ = G − (2·cCH₄ + 4·cC₃H₈ + 5·cC₄H₁₀ + …) [m³N/m³N]
係数（2, 4, 5）は各成分の燃焼反応式のH₂O係数（HHV→LHV変換の係数と同じ）。
単純計算例：メタン 1 m³N を空気比 λ で完全燃焼した場合
A₀ = 2/0.21 ≈ 9.52 m³N
G = 1 + λ × 9.52（体積変化ゼロ）
生成H₂O = 2 m³N
G’ = 1 + 9.52λ − 2 = 9.52λ − 1
理論乾き燃焼ガス量 G₀’（λ=1 のとき）
G₀’ = G₀ − （生成H₂O量）
⚡ 焦点ポイント
「乾き燃焼ガス量 = 湿り燃焼ガス量 − 燃焼で生成した水蒸気量」の定義をしっかり押さえる。 / 計算問題では G’ の式を λ で表し、CO₂% や O₂% の式と連立して λ を求める流れになる。
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「空気中にも水蒸気が含まれる場合」は計算が複雑になるが、試験の計算問題では通常「空気は乾燥状態」として扱う。問題文に「乾燥空気」の記載がなくても乾燥と仮定して計算して OK。
- 「乾き燃焼ガス量 = 湿り燃焼ガス量 − 燃焼で生成した水蒸気量」の定義をしっかり押さえる
- 計算問題では G’ の式を λ で表し、CO₂% や O₂% の式と連立して λ を求める流れになる
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
10. 燃焼計算の全体手順（まとめ）
重要度: ★ 乙A / 甲A
🎯 一言で
①理論O₂量 → ②A₀ → ③供給空気量 → ④生成CO₂・H₂O → ⑤G（湿り）→ ⑥G’（乾き）→ ⑦濃度。この順番で解く
📖 解説(乙種ベース)
①理論O₂量 → ②A₀ → ③供給空気量 → ④生成CO₂・H₂O → ⑤G（湿り）→ ⑥G’（乾き）→ ⑦濃度。この順番で解く
燃焼計算問題は必ず以下の順序で計算する。
この手順を体に染み込ませることが乙種・甲種合格への最短経路。
燃焼計算の 7 ステップ
① 理論酸素量 ＝ 燃焼反応式の O₂ 係数
（CₘHₙの場合 = m + n/4）
② 理論空気量 A₀ ＝ 理論酸素量 / 0.21
③ 供給空気量 ＝ A₀ × 空気比 λ
過剰空気量 ＝ (λ − 1) × A₀
④ 燃焼生成物の量
生成CO₂量 ＝ 反応式のCO₂係数
生成H₂O量 ＝ 反応式のH₂O係数
⑤ 湿り燃焼ガス量 G ＝ 供給空気量 − 理論O₂量 + 生成CO₂量 + 生成H₂O量
（または G = 1 + λA₀ + 体積変化量）
⑥ 乾き燃焼ガス量 G’ ＝ G − 生成H₂O量
（または G’ = 供給空気量 − 理論O₂量 + 生成CO₂量）
⑦ 成分濃度 ＝ 対象成分量 / G または G’
（乾き燃焼ガス中の濃度なら分母は G’、湿りなら G）
※ 空気比 λ が未知の場合：⑦の濃度を与えてλの方程式を立てて解く（例題1・2型）
🟦 甲種プラスα
甲種最頻出パターン：混合ガスの各種計算（A₀の式の係数・G₀の式の係数） 燃焼計算問題は必ず以下の順序で計算する
この手順を体に染み込ませることが乙種・甲種合格への最短経路
⚡ 焦点ポイント
この 7 ステップを「反応式を書く→O₂係数→A₀→供給空気→生成物→G→G’→濃度」と唱えながら練習する。 / 乙種最頻出パターン：「メタンを空気比λで燃焼→乾き燃焼ガスのO₂濃度=○%→λを求めよ」
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- G と G’ の区別ミスが最も多い計算ミス。問題が「乾き燃焼ガス中の濃度」を聞いているときは G’ を分母にすること。「湿り燃焼ガス中の水蒸気濃度」のときは G を分母にする。
- この 7 ステップを「反応式を書く→O₂係数→A₀→供給空気→生成物→G→G’→濃度」と唱えながら練習する
- 乙種最頻出パターン：「メタンを空気比λで燃焼→乾き燃焼ガスのO₂濃度=○%→λを求めよ」
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる / 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
11. 燃焼速度（層流燃焼速度・乱流燃焼速度）
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
燃焼速度は火炎が可燃性混合気を消費する速度。H₂は他と比べ著しく大きく空気比0.5付近で最大
📖 解説(乙種ベース)
燃焼速度は火炎が可燃性混合気を消費する速度。H₂は他と比べ著しく大きく空気比0.5付近で最大
燃焼速度とは、可燃性混合気体を消費しながら火炎が伝播する速度のこと。
層流燃焼速度 SL（Laminar Burning Speed）
ガスと空気が一様な層流で流れる場合の燃焼速度。
単位：cm/s
層流燃焼速度に影響する因子：
・ガス成分（燃料の種類）
・空気比（一次空気比）：炭化水素系ガスは空気比が1より少し小さいところで最大
・温度・圧力
各ガスの特徴（重要）
・水素（H₂）：他のガスに比べて著しく層流燃焼速度が大きい（約270〜300 cm/s）
空気比約0.5付近で最大燃焼速度となる
・炭化水素系ガス（CH₄, C₃H₈ など）：最大燃焼速度は30〜50 cm/s 程度
・CO：H₂と同様に比較的速い
乱流燃焼速度
乱流予混合火炎では渦運動の効果が加わり、乱流燃焼速度は層流燃焼速度よりはるかに大きい。
→ 工業炉など高負荷燃焼技術に利用される。
リフティングとフラッシュバック
ガス流速 > 燃焼速度 → 火炎がリフティング（吹き飛ぶ）
ガス流速 < 燃焼速度 → フラッシュバック（逆火）
⚡ 焦点ポイント
「水素の層流燃焼速度はメタンに比べ大きく、空気比0.5付近が最大」は過去問で直撃した重要事実。 / 「乱流燃焼速度は層流燃焼速度より大きい」→ ○
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「空気比0.5付近が最大」は水素の話。メタン・プロパンなど炭化水素系ガスは空気比が「1より少し小さいところ」（0.9〜0.95程度）で最大燃焼速度となる。水素と炭化水素を混同しない。
- 「大きい」が「小さい」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
12. 燃焼生成物とラジカル反応
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
燃焼は連鎖反応。空気不足・反応時間不足・冷所接触でCOが排出。NOxは燃焼中間体とN₂の反応で生成
📖 解説(乙種ベース)
燃焼は連鎖反応。空気不足・反応時間不足・冷所接触でCOが排出。NOxは燃焼中間体とN₂の反応で生成
燃焼反応は単一の素反応ではなく、多数の素反応が連鎖的に進行する複雑な反応。
ラジカルとは
不対電子を持ち非常に反応性が高い化学種。
燃焼反応では OH・、O・、H・などのラジカルが重要な役割を果たす。
完全燃焼 vs 不完全燃焼
完全燃焼：炭素 → CO₂、水素 → H₂O に完全に酸化される。
不完全燃焼：
・燃焼用空気が不足（酸素不足でラジカルが少ない）
・燃焼室が小さく反応時間が不足
・冷所接触による火炎温度低下
→ 中間生成物 CO、H₂CO（ホルムアルデヒド）などが排出ガスに残留
COからCO₂への最終酸化反応：
CO + OH・ → CO₂ + H・（比較的遅い反応）
→ 空気不足だけでなく、反応時間不足でも CO が排出される可能性がある。
NOxの生成
燃焼中間体などが空気中のN₂と高温で反応し、有害な窒素酸化物（NOx）を生成する。
→ 燃焼機器の設計上、NOx 低減のため過剰空気量や燃焼温度の管理が重要。
⚡ 焦点ポイント
「十分な空気が供給されていても燃焼反応に十分な時間が確保できない場合にCOが排出される可能性がある」→ ○（過去出題） / 「不完全燃焼の原因：空気不足・燃焼室容量不足・冷所接触」の3つを押さえる。
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「空気量が十分 = 完全燃焼」は誤り。空気量が十分でも反応時間（燃焼室の大きさ・温度）が不十分な場合は CO が残留する。この「時間不足」の視点が試験では問われる。
- 「空気不足」「燃焼室容量不足」「冷所接触」のいずれかが他の用語と入れ替えられる(類似名称の混同)
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
13. 燃焼方式（拡散燃焼・予混合燃焼）
重要度: 乙C / 🟦 甲B
🎯 一言で
拡散燃焼（逆火なし）vs 予混合燃焼（完全：NOx低、部分：ブンゼン・火炎安定）。方式の特徴を対比で覚える
📖 解説(乙種ベース)
拡散燃焼（逆火なし）vs 予混合燃焼（完全：NOx低、部分：ブンゼン・火炎安定）。方式の特徴を対比で覚える
ガスと空気の混合方式によって燃焼は大きく2種類に分類される。
拡散燃焼（Diffusion Combustion）
燃料のみをバーナーから吹き出し、周囲の空気と混合しながら燃焼する方式。
特徴：
・燃焼量の調節が容易 → 大型バーナーに多く採用
・バーナー内部で予混合気が形成されない → 逆火（フラッシュバック）の恐れがない
・燃焼ガス中のNOx濃度はやや高くなりやすい
予混合燃焼（Premixed Combustion）
燃料と空気を事前に混合した可燃予混合ガスをバーナーから吹き出して燃焼する方式。
完全予混合燃焼（空気比 ≥ 1）：
・燃焼ガス中のNOx濃度が低い
・逆火防止のため、多数の小さい火口を設けるなどの工夫が必要
部分予混合燃焼（空気比 < 1）：
・ブンゼン火炎（内炎と外炎の二重火炎）がその代表例
・火炎安定性に優れている
🟦 甲種プラスα
甲種では「燃焼方式（拡散燃焼・予混合燃焼）」の本文の概念をより深く理解した上で、応用問題への対応が問われます。本文の数式・概念をしっかり押さえてください。
⚡ 焦点ポイント
「拡散燃焼はバーナー内部で予混合気が形成されないため逆火の恐れがない」→ ○（頻出正誤問題） / 「ブンゼン火炎は部分予混合燃焼の代表例で内炎と外炎の二重火炎が形成される」→ ○
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「予混合燃焼 = 空気比 1 以上」は完全予混合燃焼の場合。部分予混合燃焼は空気比が 1 より小さい。この空気比の違いで完全と部分を区別する。
- 「拡散燃焼はバーナー内部で予混合気が形成されないため逆火の恐れがない」→ ○（頻出正誤問題）
- 「ブンゼン火炎は部分予混合燃焼の代表例で内炎と外炎の二重火炎が形成される」→ ○
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる / 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
14. 単体ガスの燃焼範囲（燃焼上下限界）
重要度: 乙C / 甲C
🎯 一言で
H₂：4〜75%、CH₄：5〜15%、C₃H₈：2.1〜9.5%、C₄H₁₀：1.6〜8.4%。H₂が最も広い。炭素数↑で下限界↓
📖 解説(乙種ベース)
H₂：4〜75%、CH₄：5〜15%、C₃H₈：2.1〜9.5%、C₄H₁₀：1.6〜8.4%。H₂が最も広い。炭素数↑で下限界↓
燃焼範囲（爆発範囲）とは、可燃性ガスと空気を混合したとき、着火によって燃焼する混合割合の範囲のこと。
最大混合割合 → 燃焼上限界（上限）
最小混合割合 → 燃焼下限界（下限）
主要ガスの燃焼範囲（空気中、大気圧）
ガス 燃焼下限 [vol%] 燃焼上限 [vol%] 範囲の広さ
水素 H₂ 4.0 75.0 非常に広い
メタン CH₄ 5.0 15.0 中程度
エタン C₂H₆ 3.0 12.5
プロパン C₃H₈ 2.1 9.5
ブタン C₄H₁₀ 1.6 8.4
アセチレン C₂H₂ 2.5 100.0 非常に広い（上限100%！）
傾向のまとめ
・水素とアセチレンは燃焼範囲が著しく広い（危険性が高い）
・飽和炭化水素は炭素数が増えると燃焼下限界が下がる（より低濃度でも燃える）
・メタンの燃焼範囲はプロパンより広い（5〜15 vs 2.1〜9.5）
・エタンの燃焼上限はブタンの燃焼上限より大きい
⚡ 焦点ポイント
「水素の燃焼範囲はおよそ4〜75%」「メタンの燃焼範囲はおよそ5〜15%」は数値として問われる。 / 「メタンの燃焼範囲はプロパンより広い」→ ○（幅：メタン10%、プロパン7.4%）
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「燃焼範囲が広い = 危険」という方向性は正しいが、「燃焼下限界が低い = 危険性が高い」という観点もある。LPGのプロパン・ブタンは燃焼下限界がメタンより低い（少量漏洩でも着火する）ため、低い場所への滞留に要注意。
- 「75%」が「80%」「70%」と書き換えられる
- 「15%」が「20%」「10%」と書き換えられる
- 「10%」が「15%」「5%」と書き換えられる
- 「広い」が「狭い」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる/数値・用語が類似のものに差し替えられる
15. 混合ガスの燃焼範囲（ル・シャトリエの式）
重要度: ★ 乙B / 🟦 甲A
🎯 一言で
L = 100 / (n₁/N₁ + n₂/N₂ + …)。混合ガスの燃焼下限界を各成分の燃焼下限界から計算。炭化水素によく適合
📖 解説(乙種ベース)
L = 100 / (n₁/N₁ + n₂/N₂ + …)。混合ガスの燃焼下限界を各成分の燃焼下限界から計算。炭化水素によく適合
2種類以上の可燃性ガスが混合した燃料の燃焼下限界は、ル・シャトリエの式で計算できる。
ル・シャトリエの式
100 / L = n₁/N₁ + n₂/N₂ + n₃/N₃ + …
または L = 100 / (n₁/N₁ + n₂/N₂ + n₃/N₃ + …)
L：混合ガスの燃焼下限界 [%]
n₁, n₂, n₃：各成分ガスの体積割合 [%]（合計 100%）
N₁, N₂, N₃：各成分ガスの燃焼下限界 [%]
計算例
メタン60%、エタン30%、プロパン10%の混合ガス（各燃焼下限：4.9, 2.5, 2.2%）
L = 100 / (60/4.9 + 30/2.5 + 10/2.2)
= 100 / (12.24 + 12.00 + 4.55)
= 100 / 28.79 ≈ 3.5%
適用範囲と注意事項
・炭化水素類の混合ガスによく適合する
・水素（H₂）、アセチレン（C₂H₂）を含む混合ガスでは誤差が大きい
・空気以外の不活性ガスの雰囲気に対しても成立する
🟦 甲種プラスα
計算問題：各成分の体積割合と燃焼下限界の数値が与えられ、混合ガスのLを計算する問題が出る（乙種・甲種とも）
⚡ 焦点ポイント
「2種類以上の可燃性ガスが混合した燃料の燃焼下限界はル・シャトリエの式で計算できる」→ 頻出正誤問題。 / 「ル・シャトリエの式は炭化水素の混合ガスによく適合するが、水素を含むガスでは誤差が大きい」→ ○
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「ル・シャトリエの式で燃焼上限界も計算できる」→ × 。ル・シャトリエの式は燃焼下限界の計算式。上限界には単純には適用できない。問題文が「下限界」を求めているか確認すること。
- 「以上」が「未満」に書き換えられる(方向の逆転)
- 「大きい」が「小さい」に書き換えられる(方向の逆転)
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる
16. 燃焼範囲に影響を与える因子
重要度: 乙B / 甲C
🎯 一言で
温度↑・圧力↑（一般）で燃焼範囲は広くなる。不活性ガス混合で狭くなる（上限界が大きく低下）。CO は圧力↑で狭くなる例外
📖 解説(乙種ベース)
温度↑・圧力↑（一般）で燃焼範囲は広くなる。不活性ガス混合で狭くなる（上限界が大きく低下）。CO は圧力↑で狭くなる例外
燃焼範囲は一定ではなく、温度・圧力・容器の大きさ・不活性ガスの混合割合によって変化する。
温度の影響
温度が高くなると熱の逸散速度が遅くなるため、燃焼範囲は広くなる。
温度が低くなると熱の逸散が激しくなり、燃焼範囲は狭くなる。
圧力の影響
一般に圧力が高くなると反応が促進され燃焼範囲は広くなる。
ただし例外：一酸化炭素（CO）は圧力が増加すると燃焼範囲が狭くなる。
容器の大きさの影響
燃焼範囲内のガスでも、容器が小さいと器壁の冷却効果を受けて燃焼が維持できなくなる。
不活性ガスの影響
可燃性ガスと空気の混合物に N₂、CO₂ などの不活性ガスを加えると燃焼範囲は狭くなる。
・燃焼下限界：あまり影響を受けない
・燃焼上限界：著しく低下する
（不活性ガスは高濃度側の燃焼に対してより大きな抑制効果を持つ）
⚡ 焦点ポイント
「一般に温度が高くなると燃焼範囲は広くなる」→ ○（頻出正誤問題） / 「一酸化炭素は圧力が増加すると燃焼範囲は狭くなる」→ ○（一般則の例外として頻出）
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「圧力上昇 → 燃焼範囲拡大」は一般則。しかし CO は圧力上昇で燃焼範囲が狭くなる例外。この CO の例外は繰り返し出題されているので要注意。「圧力が増加すると燃焼範囲が広くなる」という選択肢が正しいとは限らない（COの場合は誤り）。
- 「増加」が「減少」に書き換えられる(方向の逆転)
- 例外規定が見落とされて「原則のみ適用」と誤って出題される
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる
17. 爆発と爆ごう（デフラグレーション・デトネーション）
重要度: 乙C / 🟦 甲B
🎯 一言で
爆発＝急激な膨張。爆ごう（デトネーション）は超音速の燃焼伝播＋衝撃波。爆ごう範囲は燃焼範囲の内側
📖 解説(乙種ベース)
爆発＝急激な膨張。爆ごう（デトネーション）は超音速の燃焼伝播＋衝撃波。爆ごう範囲は燃焼範囲の内側
爆発（Explosion）
静止状態にあった物質系が急激に膨張する現象。
化学的爆発は可燃性ガスと空気の混合物が急速に反応することで起きる。
爆発反応の必要条件：
① 可燃性ガスと空気が適当な濃度範囲（爆発範囲＝燃焼範囲）で混合されていること
② 外部から何らかの方法でエネルギーが与えられること（点火源）
爆燃（Deflagration）と爆ごう（Detonation）の違い
爆燃（デフラグレーション）：燃焼反応領域の伝播速度が亜音速の爆発
爆ごう（デトネーション）：燃焼反応領域の伝播速度が音速を超え、衝撃波を伴う現象
爆ごうの特徴：
・衝撃波は音波と異なり非常に波長が短い単一圧縮波で前進する
・物体に衝突すると短時間に強烈な衝撃的圧力を及ぼし、機械的破壊作用を与える
・伝播速度は初め小さいが加速して音速を超える（爆燃 → 爆ごう への遷移）
爆ごう範囲と燃焼範囲の関係
爆ごうが発生する濃度範囲（爆ごう範囲）は、燃焼範囲の内側にある。
（すべての燃焼が爆ごうになるわけではない）
🟦 甲種プラスα
甲種では「爆発と爆ごう（デフラグレーション・デトネーション）」の本文の概念をより深く理解した上で、応用問題への対応が問われます。本文の数式・概念をしっかり押さえてください。
⚡ 焦点ポイント
「爆ごうの伝播速度は音速より大きくなり、衝撃的圧力が発生する」→ ○（頻出） / 「爆ごうが発生する範囲は燃焼範囲の内側にある」→ ○（頻出）
📝 誤答パターン(過去問頻出+一般則)
- 「爆ごう範囲 = 燃焼範囲」は誤り。爆ごう範囲は燃焼範囲の「内側」にある（より狭い範囲）。燃焼範囲内でも低濃度・高濃度側は爆ごうにならない。
- 「爆ごうの伝播速度は音速より大きくなり、衝撃的圧力が発生する」→ ○（頻出）
- 「爆ごうが発生する範囲は燃焼範囲の内側にある」→ ○（頻出）
- その他の傾向: 解説本文で太字のキーワードが類義語(似た用語・近い数値)に置き換えられる / 主語(誰が)・対象(何を)・条件のいずれかが入れ替えられる / 解説本文の太字キーワードが類似用語と置き換えられる / 節タイトルの主要語が類似名称と入れ替えられる
🔢 計算問題のための準備
完全燃焼反応式:
– メタン: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
– プロパン: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
– ブタン: C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O
– 一般炭化水素 CmHn: CmHn + (m + n/4)O2 → mCO2 + (n/2)H2O
空気比 λ: 実際の空気量 / 理論空気量
空気組成(体積%): O2=21%、N2=79%(O2:N2=1:3.76)
主要発熱量(MJ/m³ 標準状態, HHV): メタン=39.8、プロパン=99.0、ブタン=128.4
計算問題で失点する最大の原因は単位ミス。代入前に「絶対圧か?」「絶対温度か?」「単位は揃っているか?」を必ず確認。
🗒️ 3分で復習(章末まとめ)
🎯 全節 一言まとめ
- 節1 真発熱量（LHV）と総発熱量（HHV）の違い: 総発熱量（HHV）= 真発熱量（LHV）+ 水蒸気の凝縮潜熱。HHV ≥ LHV。供給ガスの発熱量は一般にHHVで表す
- 節2 気体燃料の成分別発熱量（主要数値）: メタン HHV≈40 MJ/m³N、LHV≈36 MJ/m³N（HHVの約90%）。炭素数が多いほど発熱量大。H₂はHHV/LHV比が最小
- 節3 HHV→LHV変換式（水蒸気の凝縮潜熱から導く）: Hn = Hg − 2.01（2·cCH₄ + 4·cC₃H₈ + 5·cC₄H₁₀）MJ/m³N。水蒸気の凝縮潜熱2.01 MJ/m³N×生成H₂O量
- 節4 燃焼反応の構成（燃焼ガスの成分フロー）: 供給空気 = 理論空気量 + 過剰空気量。燃焼ガス = 不燃成分 + CO₂ + H₂O + 過剰O₂ + 窒素。フローを頭に入れる
- 節5 燃焼反応式と理論酸素量: CmHn + (m+n/4)O₂ → mCO₂ + (n/2)H₂O。理論O₂量 = 反応式のO₂係数。混合ガスは各成分の加算
- 節6 理論空気量（A₀）の計算: A₀ = 理論O₂量 / 0.21 [m³N/m³N]。空気中O₂ = 21%。混合ガスの公式 A₀ = 1/0.21 × (2cCH₄ + 5cC₃H₈ + 6.5cC₄H₁₀ + …)
- 節7 空気比（λ）と過剰空気量: 空気比λ = 供給空気量/理論空気量。一般に λ > 1。過剰空気量 = (λ−1)×A₀。乾き燃焼ガス中のO₂・CO₂濃度から逆算も可
- 節8 湿り燃焼ガス量の計算: G = 1 + mA₀ + (cC₃H₈ + 1.5·cC₄H₁₀ + …) [m³N/m³N]。燃料+供給空気+体積変化分の加算
- 節9 乾き燃焼ガス量の計算: G’ = G − （燃焼で生成したH₂O量）= G − (2cCH₄ + 4cC₃H₈ + 5cC₄H₁₀)。成分濃度計算の分母として使う
- 節10 燃焼計算の全体手順（まとめ）: ①理論O₂量 → ②A₀ → ③供給空気量 → ④生成CO₂・H₂O → ⑤G（湿り）→ ⑥G’（乾き）→ ⑦濃度。この順番で解く
- 節11 燃焼速度（層流燃焼速度・乱流燃焼速度）: 燃焼速度は火炎が可燃性混合気を消費する速度。H₂は他と比べ著しく大きく空気比0.5付近で最大
- 節12 燃焼生成物とラジカル反応: 燃焼は連鎖反応。空気不足・反応時間不足・冷所接触でCOが排出。NOxは燃焼中間体とN₂の反応で生成
- 節13 燃焼方式（拡散燃焼・予混合燃焼）: 拡散燃焼（逆火なし）vs 予混合燃焼（完全：NOx低、部分：ブンゼン・火炎安定）。方式の特徴を対比で覚える
- 節14 単体ガスの燃焼範囲（燃焼上下限界）: H₂：4〜75%、CH₄：5〜15%、C₃H₈：2.1〜9.5%、C₄H₁₀：1.6〜8.4%。H₂が最も広い。炭素数↑で下限界↓
- 節15 混合ガスの燃焼範囲（ル・シャトリエの式）: L = 100 / (n₁/N₁ + n₂/N₂ + …)。混合ガスの燃焼下限界を各成分の燃焼下限界から計算。炭化水素によく適合
- 節16 燃焼範囲に影響を与える因子: 温度↑・圧力↑（一般）で燃焼範囲は広くなる。不活性ガス混合で狭くなる（上限界が大きく低下）。CO は圧力↑で狭くなる例外
- 節17 爆発と爆ごう（デフラグレーション・デトネーション）: 爆発＝急激な膨張。爆ごう（デトネーション）は超音速の燃焼伝播＋衝撃波。爆ごう範囲は燃焼範囲の内側
⚡ 全節 焦点ポイント
- 節1: 「総発熱量は真発熱量に同じか、または大きい」→ ○（頻出正誤問題） / 「供給ガスの発熱量は一般に総発熱量（HHV）で表す」→ ○
- 節2: 「メタンの総発熱量は約40 MJ/m³N」は数値として問われる（丸暗記必須）。 / 「メタンの真発熱量は総発熱量より約10%小さい」→ ○
- 節3: 「（甲種）Hn = Hg − 2.01（[ ]cCH₄ + [ ]cC₃H₈ + [ ]cC₄H₁₀）の係数を求めよ」→ 2, 4, 5 / 係数は「各成分の燃焼反応式のH₂O係数」と一致することを理解すれば暗記不要。
- 節4: 「燃焼ガスの中から水蒸気を除いたものを乾き燃焼ガスという」は定義問題の定番。 / 「供給空気中の過剰空気量と燃焼ガス中の過剰空気量は同じ」→ ○（過剰空気は反応せずそのまま通過）
- 節5: 「メタン 1 m³N の完全燃焼に必要な酸素は 2 m³N、発生するCO₂は 1 m³N、H₂Oは 2 m³N」→ 超頻出の数値問題。 / 「プロパン 1 m³N を完全燃焼させるのに必要な理論酸素量は 5 m³N」→ 丸暗記。
- 節6: A₀ の係数の式の空欄補充問題は甲種の頻出計算。係数（2, 3.5, 5, 6.5…）は各炭化水素のO₂係数と同じ。 / 「メタン 1 m³N を完全燃焼するのに必要な理論空気量は？」→ 2/0.21 ≈ 9.5 m³N を素早く出せるように。
- 節7: 「空気比は一般に1以上である」→ ○（頻出正誤問題） / 乙種計算の王道パターン：「乾き燃焼ガス中のO₂（またはCO₂）濃度が○%のときの空気比を求めよ」
- 節8: 甲種計算：「メタンを空気比1.5で燃焼させたときの湿り燃焼ガス量を計算せよ」が頻出。 / 手順：① A₀を計算 ② 供給空気量 = m×A₀ ③ G = 1 + m×A₀ + 体積変化量
- 節9: 「乾き燃焼ガス量 = 湿り燃焼ガス量 − 燃焼で生成した水蒸気量」の定義をしっかり押さえる。 / 計算問題では G’ の式を λ で表し、CO₂% や O₂% の式と連立して λ を求める流れになる。
- 節10: この 7 ステップを「反応式を書く→O₂係数→A₀→供給空気→生成物→G→G’→濃度」と唱えながら練習する。 / 乙種最頻出パターン：「メタンを空気比λで燃焼→乾き燃焼ガスのO₂濃度=○%→λを求めよ」
- 節11: 「水素の層流燃焼速度はメタンに比べ大きく、空気比0.5付近が最大」は過去問で直撃した重要事実。 / 「乱流燃焼速度は層流燃焼速度より大きい」→ ○
- 節12: 「十分な空気が供給されていても燃焼反応に十分な時間が確保できない場合にCOが排出される可能性がある」→ ○（過去出題） / 「不完全燃焼の原因：空気不足・燃焼室容量不足・冷所接触」の3つを押さえる。
- 節13: 「拡散燃焼はバーナー内部で予混合気が形成されないため逆火の恐れがない」→ ○（頻出正誤問題） / 「ブンゼン火炎は部分予混合燃焼の代表例で内炎と外炎の二重火炎が形成される」→ ○
- 節14: 「水素の燃焼範囲はおよそ4〜75%」「メタンの燃焼範囲はおよそ5〜15%」は数値として問われる。 / 「メタンの燃焼範囲はプロパンより広い」→ ○（幅：メタン10%、プロパン7.4%）
- 節15: 「2種類以上の可燃性ガスが混合した燃料の燃焼下限界はル・シャトリエの式で計算できる」→ 頻出正誤問題。 / 「ル・シャトリエの式は炭化水素の混合ガスによく適合するが、水素を含むガスでは誤差が大きい」→ ○
- 節16: 「一般に温度が高くなると燃焼範囲は広くなる」→ ○（頻出正誤問題） / 「一酸化炭素は圧力が増加すると燃焼範囲は狭くなる」→ ○（一般則の例外として頻出）
- 節17: 「爆ごうの伝播速度は音速より大きくなり、衝撃的圧力が発生する」→ ○（頻出） / 「爆ごうが発生する範囲は燃焼範囲の内側にある」→ ○（頻出）
📝 関連過去問
この章の知識が問われる過去問題リスト(全66問)。
ℹ️ 乙種・甲種は別の試験です。同じ問番号(例: 基問10)であっても、乙種と甲種では出題される問題内容は異なります。各年度・種別ごとの本文は 乙種過去問 / 甲種過去問 ページから確認してください。
乙種(34問)
– 令和7年: 基問7 / 基問8 / 基問9
– 令和6年: 基問7 / 基問8
– 令和5年: 基問8 / 基問9
– 令和4年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 令和3年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 令和2年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 令和元年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 平成30年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 平成29年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13 / 基問9
– 平成27年: 基問7 / 基問8
甲種(32問)
– 令和7年: 基問7 / 基問8 / 基問9
– 令和6年: 基問7 / 基問8
– 令和5年: 基問8 / 基問9
– 令和4年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 令和3年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 令和2年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 令和元年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 平成30年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13
– 平成29年: 基問10 / 基問11 / 基問12 / 基問13 / 基問9