1

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

2

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

3

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

4

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)

5

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

6

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

7

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

8

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)

9

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

10

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

11

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

12

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