エネルギー管理士に関する情報を発信します。エネルギー管理士サイトマップお問い合わせSNSアカウントエネ管.com過去問で実際に出題された暗記問題を定期的につぶやきます。ブログの更新情報や最新ニュースをお届けします。LINE@で追加Youtubeチャンネルを開設しました。短期間で確実に合格したい・スマホを使ってすき間時間に勉強したい・独学だけでは分かりにくいそんな方にお勧めの通信講座です。2020年1月26日ランキンサイクルはクラウジウスサイクルとも呼ばれ、発電所などで蒸気を使用し、燃料エネルギーから電気を発生させるための熱サイクルです。非常にメジャーで、エネルギー管理士試験でも頻繁に出題されているため、しっかり理解しておきましょう。こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。ランキンサイクルとは?ランキンサイクルは、発電所で蒸気を使って電気を発生させる際に利用される熱サイクルです。「ランキン」というのは、このサイクルを確立したイギリスの物理学者ウェリアム・ランキンから来ています。ボイラ、過熱器、蒸気タービン、復水器(コンデンサ)、給水ポンプなどで構成されたサイクルです。動画閲覧が可能な方は、次の動画が非常にわかりやすいので一度見ていただければと思います。ランキンサイクルの全体の流れは次のようになります。ボイラで発生した高圧の飽和蒸気が過熱器によって※過熱蒸気になる。過熱蒸気が蒸気タービンで可逆断熱膨張して羽根を回す。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器(コンデンサ)で冷却されて飽和水になる。飽和水が給水ポンプで加圧され、ボイラーに送られる。供給するエネルギーとしては、ボイラーで蒸気を発生させるための燃料、加圧するためのポンプの電力などがあります。取り出せるエネルギーはタービンとつながっているモーターが回転することで発生する電気です。ランキンサイクルは、燃料の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するサイクルです。【蒸気】減圧すると乾き度が上がる?過熱になる?蒸気の流量を減圧弁やバルブなどによって絞ると、蒸気の乾き度が上昇したり、過熱蒸気になったりします。ランキンサイクルの効率ランキンサイクルの理論熱効率を計算してみたいと思います。ランキンサイクルは、燃料のエネルギーを電気エネルギーに変換するサイクルなので、どれだけの燃料を投入し、どれだけが電気として取り出せるかが重要になります。ランキンサイクルの効率ηを表す式は、燃料による供給熱量をQb、タービンで取り出せる仕事をWt、ポンプで使用する仕事をWp、とすると次のように表すことができます。$$η=\frac{Wt-Wp}{Qb}$$この式をわかりやすくすべてエンタルピーで表す式に変換したいと思います。上図の1⇒4までの流れを蒸気の流量をm[kg/s]としてエンタルピーで表します。1⇒2過熱器を出た蒸気がタービンを回転させ、発生させる仕事は、入出のエンタルピー差で表せます。$$Wt=m(h1-h2)$$2⇒3タービンから出てきた蒸気が、復水器で冷却される熱量をQcとすると$$Qc=m(h2-h3)$$3⇒4復水器で冷却された復水をポンプで加圧するのに必要な仕事をWpとすると$$Wp=m(h4-h3)$$4⇒1ボイラーに加圧された加圧水が過熱蒸気になるのに必要な熱量をQbとすると$$Qb=m(h1-h4)$$これらの式を効率を表す式に代入すると$$η=\frac{m(h1-h2)-m(h4-h3)}{m(h1-h4)}$$ランキンサイクルでは、タービンから取り出せる仕事に比べ、ポンプで加圧するのに必要な仕事は限りなく小さいため、h3=h4と仮定すると、次のように表すことができます。$$η=\frac{h1-h2}{h1-h3}$$このように、ランキンサイクルの効率は、各機器の入出のエンタルピーだけで表すことができます。効率を表す式を見ると、ランキンサイクルの効率を上げるためには次の3つが考えられます。タービン入口エンタルピーを出来るだけ大きくするタービン出口エンタルピーを出来るだけ小さくする復水器出口のエンタルピーを出来るだけ小さくする少しでも効率を上げるために、高温高圧の蒸気でタービンを回転させようとしていますが、実際には素材の耐久性などの関係で540°C~570°Cが限界といわれています。今後も、材料の進化とともに、入り口温度は上昇していくと考えられます。【熱機関】10分で理解できる!カルノーサイクルの原理や効率とは!?カルノーサイクルは温度の異なる2つの熱源で動作する熱サイクルの1種です。ランキンサイクルの種類ランキンサイクルは、全体の効率を上げるために3つのサイクルが使われます。再生サイクル再生サイクルは、タービンを通過する蒸気をすべて復水器に供給するのではなく、一部を取り出してボイラに入る前の給水を予熱するのに使用します。タービンで膨張させている蒸気の一部を取り出すことを抽気といいます。タービンで得られる仕事は減少しますが、もともと復水器で捨てていた熱量のほう多いので、全体の効率としては増加します。再熱サイクル再熱サイクルは、タービン出口の蒸気の乾き度を低下させないように、タービンでの膨張途中の蒸気を取り出し、ボイラにて再加熱を行い、再びタービンに供給するサイクルです。ボイラーで余分に発生する加熱分のエネルギーよりも、タービンでの仕事の増加量のほうが大きいため、全体の効率は向上します。タービン出口の蒸気の乾き度が上昇することで、タービン羽根の保護にもなり、タービン自体の寿命も向上させることができます。再生再熱サイクル実際の発電所でのサイクルは、再生サイクルと再熱サイクルをどちらも実施している場合があります。これを再生再熱サイクルといいます。製造業のプラントでは、蒸気を発電だけではなく、加熱にも使用するため、タービンから取り出した蒸気を復水器ではなく装置で使用します。これによってタービンから取り出せる仕事量は低下しますが、復水器で捨てる熱量がなくなるため、全体の効率は増加します。このように、タービン出口の蒸気圧力が大気圧以上になるタービンを背圧タービンといいます。ランキンサイクルのP-V線図とT-s線図とh-s線図ランキンサイクルのPV線図とTs線図はそれぞれ次のようになります。等圧加熱PV線図とTs線図は形そのものが問われたりするので、しっかりと意味を理解しておきましょう。タービンでの膨張では、理想的には等エントロピー膨張ですが、実際には摩擦損失などがあるためエントロピーは増大します。【タービン】タービン効率の考え方、熱落差ってなに?タービンについて勉強していると「熱落差」という聞きなれない言葉が出てきます。まとめこの記事のポイントランキンサイクルは蒸気を使用して燃料エネルギーから電気を取り出すサイクル全体の効率はそれぞれのエンタルピーのみで表せる全体の効率を上げるため、再生サイクル、再熱サイクル、再生再熱サイクルがあるランキンサイクルは、エネルギー管理士試験ではたびたび出題される分野なので、問題を繰り返し解き、しっかり理解しておきましょう。【タービン】タービン効率の考え方、熱落差ってなに?タービンについて勉強していると「熱落差」という聞きなれない言葉が出てきます。...熱機関に関する記事は他にもあるので、こちらもあわせてどうぞ。2020/1/26【熱機関】コージェネレーションとコンバインドサイクルの違いは?大規模な工場では、自家発電設備を保有し、燃料から電気と蒸気を取り出すコージェネレーションシステムが構築されています。今回は、電気と蒸気を取り出すコージェネレーションとコンバインドサイクルの違いについて書いてみたいと思います。...ReadMore2020/1/26【スターリングサイクル】スターリングエンジンの熱サイクルスターリングサイクルはスターリングエンジンに利用される熱サイクルでシリンダ内に封入されたガスを加熱・冷却することでピストン運動を行うサイクルです。スターリングサイクルの基本はカルノーサイクルと同様になります。この記事では、スターリングサイクルとはどのようなサイクルなのか、カルノーサイクルとは何が違うのかについて解説していきたいと思います。...ReadMore2020/1/26【ブレイトンサイクル】ガスタービンやジェットエンジンの理論サイクルブレイトンサイクルは、ガスタービンやジェットエンジンで利用される熱サイクルです。燃料を燃やして発生するガスを利用して推進力や回転力を得ることが出来ます。この記事では、ブレイトンサイクルを利用してガスタービンやジェットエンジンがどのように動力を得るのか、また、効率良くエネルギーを取り出すためにはどうすればいいのかについて解説していきたいと思います。...ReadMore2020/1/3【ディーゼルサイクル】ディーゼルエンジンが軽油で動くのはなぜ?ディーゼルサイクルはディーゼルエンジンなどに利用される熱サイクルでオットーサイクルと同様に燃料の熱エネルギーをピストン運動に変換します。この記事ではディーゼルサイクルとはどのようなサイクルなのか、オットーサイクルとは何が違うのか、また効率を高めるためには何がポイントなのかについて解説していきたいと思います。...ReadMore2020/1/3【オットーサイクル】5分でわかる!オットーサイクルとは!?オットーサイクルは、ガソリンエンジンやガスエンジンなどで利用される火花点火の熱サイクルで、ガソリンなどの燃料が持つ熱エネルギーをピストン運動に変換します。この記事では、オットーサイクルを利用してエンジンがどのように動いているのか、また何を変化させれば効率よくエネルギーを取り出すことができるのかについて解説していきたいと思います。短期間で確実に合格したい・スマホを使ってすき間時間に勉強したい・独学だけでは分かりにくいそんな方にお勧めの通信講座です。レビュー記事はコチラその他の講座一覧はコチラSNSアカウントエネ管.com過去問で実際に出題された暗記問題を定期的につぶやきます。ブログの更新情報や最新ニュースをお届けします。LINE@で追加Youtubeチャンネルを開設しました。最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。現場技術系の資格取得をサポートするおすすめの通信講座を紹介します。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。詳細ページへ公式サイトへ現場系通信講座の老舗「JTEX」40年の実績がある現場系通信講座の老舗です。動画はなく、レポート提出形式の通信講座になります。価格もお手頃でテキストが分かりやすいと評判です。最新記事エコおじいプラント系のエンジニアです。皆さんにとって少しでも分かりやすい情報を発信します。どれがいい?3つのおすすめ業者を紹介あなたエネルギー管理士の資格を最短で取得したい。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。内燃機関の違いとは?燃料を燃焼させて熱を取り出し、動力として利用するものを熱機関といいます。...【熱機関】コージェネレーションを導入するメリット、検討条件は?大型の工場では、事業継続性などの観点でコージェネレーションを導入する事業者も増えています。...【熱機関】10分で理解できる!カルノーサイクルの原理や効率とは!?カルノーサイクルは温度の異なる2つの熱源で動作する熱サイクルの1種です。...【ブレイトンサイクル】ガスタービンやジェットエンジンの理論サイクルブレイトンサイクルは、ガスタービンやジェットエンジンで利用される熱サイクルです。LINKSNSアカウントエネ管.com過去問で実際に出題された暗記問題を定期的につぶやきます。ブログの更新情報や最新ニュース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