第9章 蒸気サイクルmaru/sub/lecture/thermodynamics...2015/12/17  · 4 第9章...

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第９章 蒸気サイクル

火力発電所の仕組みと蒸気サイクル

熱力学 圓山重直

http://www.yonden.co.jp/energy/p_station/thermal/page_02.html

第９章 蒸気サイクル

(phase equilibrium and transition)

熱力学 圓山重直

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第９章 蒸気サイクル

相平衡と状態変化

物質には固体 液体 気体

647 K

22.1 MPa

c

c

T

P

物質には固体，液体，気体の三つの状態があり，各状態のことを (phase)という．

固相と液相の間の状態変化を(dissolution)あるいは (solidification)

熱力学 圓山重直

液相と気相間の状態変化は(condensation)あるいは (evaporation)

気相と固相間の状態変化は (sublimation)

第９章 蒸気サイクル

相平衡と状態変化

物質の状態の二相あるいは三相が共存する状態を(phase equilibrium)という．

例えば，大気圧下でお湯を沸かすと100℃で沸騰し，液体の水から水蒸気が発生するが，これは気相と液相が共存している状態で，

熱力学 圓山重直

気液平衡(gas-liquid equilibrium)にあるという

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第９章 蒸気サイクル

相平衡と状態変化

(phase equilibrium and transition)

熱力学 圓山重直

第９章 蒸気サイクル

気液平衡状態図

① (compressed liquid)② (saturated liquid line)③ ( )③ (wet vapor)④

(dry saturated vapor line)⑤ (superheated vapor)

熱力学 圓山重直

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第９章 蒸気サイクル

気液平衡状態図

①圧縮液(compressed liquid)②飽和液(saturated liquid line)③湿 蒸気

水の臨界点

647.3 K, 22.12 MPaT p

③湿り蒸気(wet vapor)④乾き飽和蒸気

(dry saturated vapor line)⑤過熱蒸気(superheated vapor)

熱力学 圓山重直

第９章 蒸気サイクル

(properties of wet vapor)

(heat of vaporization)または (latent heat of vaporization) ：または (latent heat of vaporization) ：液体を圧力一定の下で蒸発させるとき，必要な熱量

は飽和蒸気の比エンタルピー と飽和液の比エンタルピー の差に等しい

r hh

熱力学 圓山重直

r h h (9.2)

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第９章 蒸気サイクル

湿り蒸気の性質(properties of wet vapor)

(quality) ：湿り蒸気1kgの中に乾き飽和蒸気が (kg)，xその湿り蒸気の乾き度は x

湿り蒸気の熱物性

熱力学 圓山重直

第９章 蒸気サイクル

(vapor power cycles)

高温高圧の蒸気のエネルギーをタービンにより機械仕事に変換する熱機関

熱力学 圓山重直

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第９章 蒸気サイクル

蒸気原動機サイクル (vapor power cycles)

高温高圧の蒸気のエネルギーをタービンにより機械仕事に変換する熱機関

熱力学 圓山重直

第９章 蒸気サイクル

蒸気原動機サイクル (vapor power cycles)

熱力学 圓山重直

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第９章 蒸気サイクル

(Rankine cycle)

ランキンサイクルは基本蒸気サイクルであり，ボイラ，タービン，復水器，給水ポンプより構成されている．

熱力学 圓山重直

第９章 蒸気サイクル

ランキンサイクル (Rankine cycle)

ランキンサイクルは基本蒸気サイクルであり，ボイラ，タービン，復水器，給水ポンプより構成されている．

熱力学 圓山重直

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第９章 蒸気サイクル

ランキンサイクル

状態1→2：

(9 51)(9.51)

状態2→3：

(9.52)

状態3→4：

熱力学 圓山重直

(9.53)

状態4→1：

(9.54)

第９章 蒸気サイクル

34 12 411l l q

23 23q q

ポンプ仕事は、タービン仕事に

熱力学 圓山重直

比べて無視できる場合が多いので，理論熱効率は 近似的に

3 4 3 4

3 2 3 1

h h h h

h h h h

(9.57)

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第９章 蒸気サイクル

(9.55)

ポンプ仕事は、タービン仕事に

熱力学 圓山重直

比べて無視できる場合が多いので，理論熱効率は 近似的に

3 4 3 4

3 2 3 1

h h h h

h h h h

(9.57)

第９章 蒸気サイクル

熱力学 圓山重直東京電力火力(汽力)発電の高効率化

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第９章 蒸気サイクル

(combined cycle)

熱力学 圓山重直

第９章 蒸気サイクル 複合サイクル (combined cycle)

ガスタービン 廃熱回収ボイラ

熱力学 圓山重直東北電力仙台火力発電所の複合発電プラント

廃熱回収ボイラ用熱交換器

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第９章 蒸気サイクル 複合サイクル (combined cycle)

熱力学 圓山重直廃熱回収ボイラ用熱交換器のフィン

第９章 蒸気サイクル

複合サイクル (combined cycle)

熱力学 圓山重直

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第９章 蒸気サイクル

熱力学 圓山重直

ガスタービン入口ガス温度：1300～1500℃ガスタービン出口ガス温度：700～800℃排気ガスを用いて排熱回収ボイラで水蒸気を発生させ，蒸気サイクルの熱源とする