第9章

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
http://www.yonden.co.jp/energy/p_station/thermal/page_02.html
第９章
熱力学
圓山重直
熱力学
圓山重直
蒸気サイクル
(phase equilibrium and transition)
1
第９章
蒸気サイクル
相平衡と状態変化
Tc  647 K
Pc  22.1 MPa
物質には固体，液体，気体
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)
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)
熱力学
第９章
圓山重直
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，
気液平衡(gas-liquid equilibrium)にあるという
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
(phase equilibrium and transition)
熱力学
第９章
圓山重直
蒸気サイクル
気液平衡状態図
①
②
③
④
⑤
(compressed liquid)
(saturated liquid line)
(
(wet
vapor))
(dry saturated vapor line)
(superheated vapor)
熱力学
圓山重直
3
第９章
蒸気サイクル
水の臨界点
T  647.3 K, p  22.12 MPa
気液平衡状態図
①圧縮液(compressed liquid)
②飽和液(saturated liquid line)
③湿蒸気
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
第９章
圓山重直
蒸気サイクル
(properties of wet vapor)
(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 h と
飽和液の比エンタルピー h  の差に等しい
r
r  h   h 
(9.2)
熱力学
圓山重直
4
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 x (kg)，
その湿り蒸気の乾き度は x
湿り蒸気の熱物性
熱力学
第９章
圓山重直
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
5
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
第９章
熱力学
圓山重直
熱力学
圓山重直
蒸気サイクル
蒸気原動機サイクル (vapor power cycles)
6
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
第９章
圓山重直
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：
(9.53)
状態4→1：
(9.54)
第９章

熱力学
圓山重直
熱力学
圓山重直
蒸気サイクル
l34  l12
q
 1  41
q23
q23
ポンプ仕事は、タービン仕事に
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

h3  h4 h3  h4

h3  h2 h3  h1
(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
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

h3  h4 h3  h4

h3  h2 h3  h1
(9.57)
熱力学
第９章
圓山重直
蒸気サイクル
東京電力火力(汽力)発電の高効率化
熱力学
圓山重直
9
第９章
蒸気サイクル
(combined cycle)
熱力学
第９章
圓山重直
蒸気サイクル複合サイクル (combined cycle)
廃熱回収ボイラ
ガスタービン
廃熱回収ボイラ用熱交換器
東北電力仙台火力発電所の複合発電プラント
熱力学
圓山重直
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第９章
蒸気サイクル複合サイクル (combined cycle)
廃熱回収ボイラ用熱交換器のフィン
第９章
熱力学
圓山重直
熱力学
圓山重直
蒸気サイクル
複合サイクル (combined cycle)
11
第９章
蒸気サイクル
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
熱力学
圓山重直
12

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