学識 問6の記述問題｜国試は9割が燃焼・爆発、検定は4つから3つ選ぶ【甲種化学】

よくある記述：「学識の問6は4つの用語から3つを選んで説明する形式」

→ これは技術検定の問6です。国家試験の問6は形式がまったく違います。

答案の骨組み

爆燃（デフラグレーション）：火炎が熱伝導と拡散によって未燃部へ伝わる。伝播速度は音速以下（数 m/s〜数十 m/s）。圧力上昇は緩やか。

爆ごう（デトネーション）：衝撃波によって未燃部が断熱圧縮され着火する。伝播速度は音速を超える（1,500〜3,000 m/s）。圧力上昇が急峻で、破壊力が桁違いに大きい。

爆燃から爆ごうへ移行することがあり、これをDDT（爆ごうへの転移）という。長い配管、障害物、乱れがあると起こりやすい。

答案の骨組み

拡散燃焼：燃料と空気があらかじめ混合されておらず、拡散しながら接触した部分で燃える。ろうそく・ガスコンロの黄色い炎・フレアスタック。火炎は安定し、逆火の危険がない。ただし不完全燃焼を起こしやすくすすが出る。

予混合燃焼：燃料と空気をあらかじめ混合してから燃やす。ブンゼンバーナーの青い炎・ガスエンジン。完全燃焼しやすく高温になる。ただし混合気が爆発範囲内にあるため、逆火や爆発の危険がある。

答案の骨組み

理由は2つある。

① 酸素濃度の低下：燃焼に必要な酸素が不足し、限界酸素濃度を下回ると燃焼が継続できない。

② 熱容量の増加：不活性ガスが燃焼熱を吸収するため火炎温度が下がり、未燃部を着火温度まで加熱できなくなって火炎が伝播しない。

②の効果は不活性ガスの種類で異なり、熱容量の大きい CO₂ のほうが N₂ より少ない量で消火できる。

答案の骨組み

消炎距離とは、これ以下の間隔では火炎が伝播できなくなる限界の距離をいう。狭い隙間では、火炎から壁への熱損失が発生熱を上回り、火炎が維持できなくなるため。

最小発火エネルギーの測定では、電極間隔を狭めていくと必要エネルギーが下がるが、消炎距離以下では着火しなくなる。したがって最小発火エネルギーは消炎距離付近の電極間隔で測定した値となる。

この原理を利用したのが耐圧防爆構造のすきまや火炎防止器（フレームアレスタ）である。

答案の骨組み

最小発火エネルギー（MIE）を可燃性ガス濃度に対してプロットすると、下に凸のU字曲線になる。

爆発下限界・上限界に近づくほど MIE は急激に大きくなり、限界では無限大に発散する。最小値をとるのは、量論混合比よりやや燃料過濃側である。

燃料過濃側にずれるのは、燃料分子の拡散速度が酸素より遅く、実効的な反応が量論比よりわずかに燃料リッチな条件で最も速くなるためである。

答案の骨組み

引火点：液面上の蒸気が爆発下限界に達する液温。点火源があれば引火する最低温度。液体の性質（蒸気圧）で決まる。

発火温度（発火点）：点火源がなくても、加熱だけで自然に発火する温度。

両者は測定原理も値も異なり、発火温度のほうが高いのが一般的である。また発火温度は容器の形状・材質・滞留時間に依存し、固有の物性値とは言いにくい。

答案の骨組み

蒸気爆発：高温の物質と低沸点の液体（多くは水）が接触し、液体が瞬間的に気化して体積が急膨張することによる物理的な爆発。化学反応（燃焼）は伴わない。溶融金属と水の接触などが典型。

蒸気雲爆発（UVCE）：可燃性ガス・液体が大量に漏えいして大気中で可燃性の蒸気雲を形成し、着火して爆発する化学的な爆発。

前者は相変化のみ、後者は燃焼反応を伴う点が根本的に異なる。

答案の骨組み

熱発火理論（セメノフ）：反応による発熱速度が系からの放熱速度を上回ると温度が上昇し続け、発火に至るとする考え方。発熱速度は温度に対して指数関数的、放熱速度は直線的に増えるため、両者が接する点が臨界条件となる。

連鎖発火理論：反応中に生じるラジカル（連鎖担体）が分岐反応により増殖し、その生成速度が消滅速度を上回ると反応が加速して発火に至るとする考え方。

前者は熱の収支、後者はラジカルの収支に着目している点が異なる。

出典：高圧ガス保安協会『甲種化学・機械 試験問題集 令和7年度版』甲種化学編。集計は令和2〜6年度の国家試験5回・技術検定5回、計60大問を筆者が独自に整理したものです。設問のテーマの要約と解答の骨組みにとどめ、問題文および解答例そのものの転載は行っていません。