ま え が き 本 書 は ， 蒸 気原 動 機 に つ い て 学 び ，熱 エ ネ ルギ ー 変換 の原 理 を 知 ろ う と して い る大 学 学部 学生 ， 工 業 高 等 専 門学 校 学 生 の 方 々の教 科 書 ， あ るい は 関連 分 野 の 若 い技 術 者 の方 々の参 考 書 と して執 筆 した もの で ，基 礎 か ら応 用 まで ， で き るだ け 幅 広 く記 述 す る よ う努 め た ． ご承 知 の とお り， 蒸 気 原動 機 は 熱 エ ネル ギ ー変 換 装 置 の 一種 と して古 い 歴 史 を もち， 科 学 技 術 の 進 歩 とと も に著 しい発 達 社 を遂 げ ， 現 在 もな お新 しい技 術 開 発 の 進 め られ てい る分 野 で あ る ．電 気 エ ネル ギ ー供 給 のた め の 発電 所 ，工 場 作 業 用 あ るい は暖 房 用 熱 エ ネ ル ギ ー供 給 設 備 ， 船舶 用 推 進 動 力 供 給 の た め の設 備 な ど， そ の包 含す る範 囲 が きわ め て広 く， す ロ ナ べ て を網 羅 す る こ とは 容 易 で な い． こ こで は ，基 礎 事 項 に 重 点 を お き， 蒸 気 サ イ クル ， ボ イ ラお よび 蒸 気 ター ビ ンを中 心 に 記述 す る こ と と し，重 要事 項 を数 式 あ る い は原 理 図 と と もに示 してい る． また ，必 要 に 応 じて 各 機 器 の構 造 ，制 御 な どに 関す る事 項 も加 え ，理 解 を深 め て い た だ くと ともに 実 用 に際 して の参 考 に 供 した ．最 近 の エ ネル ギ ー事 情 も考 慮 して ，現 在 あ るい は 今 後 の 問題 と し コ て 蒸 気 原動 機 に関 連 して取 りあげ られ る事項 につ い て も記 述 して い る ． 執 筆 に際 して， 特 に 留 意 した 点 はつ ぎの とお りで あ る． 1） 広 い範 囲 の 技 術 の集 積 で あ る蒸 気 原 動 機 につ い て の理 解 を 助 け る た め に ， 関連 分野 の記 述 も併 せ て取 り入 れ て い る． 2） 重 要 な基 礎 事 項 に つ い て は， 数 式 お よび 例 題 な どを記 載 し，応 用 面 につ い て は ， 原理 図 な ど も記 載 して 学習 へ の 便 宜 を計 るこ とと した ． 3） 各 機 器 の代 表 的 な構 造 ， 制 御 の原 理 な どの記 述 を加 え， 蒸 気 原動 機 に 関 す る技 術 の一 端 を うか が え る よ うに した ． 4） 現 在 あ るい は今 後 の 問題 点 に つ い て も記 述 し，技 術 開発 の動 向 ， 例 え ば 最 近 の ス ク リュー式 膨 張 機 に 関 す る事 項 も把 握 で きる よ う配 慮 した ． しか し， 紙 面 の 制約 か ら， 十 分意 を つ くす こ とが で きな か った 箇 所 もあ る と 思 わ れ るの で ， 読者 の方 々か ら ご指 摘 い ただ き， 将 来 補足 す る機 会 が 得 られ れ ば 幸 い で あ る． 本 書 の企 画 に あた って は ， 慶 応 義塾 大 学 渡 部康 一 教 授 よ り 種 々 ご教 示 賜 わ り， また執 筆 に際 して は ， 内外 数 多 くの 著 書 お よび文 献 を 参照 あ る いは 引 用 さ せ て いた だ いた ． これ ら関 係者 の方 々に対 して深 く感 謝 の意 を表 す る． な お ， こ のた び 本 書 を 出 版す る こ とが で きた の は， 当初 か ら一 方 な らぬ ご協 力 を いた だ い た 株 式 会 社 コ ロナ社 の 方 々の お陰 で あ り，著 者 と して こ こに 厚 くお 礼 申 し 上 げ る次 第 で あ る． コ ロ ナ 社 1989年2月 著 者 しる す 目 次 要1 1.2開 発 の 歴 史 と 基 本 シ ス テ ム2 1.3水 お よ び 蒸 気 の 諸 性 質9 1.4他 の 作 動 媒 体 の 諸 性 質21 1.5単 純 ラ ン キ ン サ イ ク ル24 1.6ラ ン キ ンサ イ ク ル の 改 善32 1.6.1再 ロ ナ 1.1概 熱 サ イ ク ル33 1.6.2再 生 サ イ ク ル35 1.6.3再 熱-再 生 サ イ クル38 習 問 題43 コ 演 2.1概 要44 2.2ボ イ ラ の 分 類 と 構 造46 2.3燃 料 ， 燃 焼 お よ び 燃 焼 装 置52 2.3.1燃 料 の種 類 と組 成52 2.3.2燃 焼 用 空 気 量 お よび燃 焼 ガ ス量57 2.3.3硫 黄 酸 化 物 お よび 窒素 酸化 物62 2.3.4燃 2.4通 焼 装 置65 風 装 置 お よ び 大 気 汚 染 防 止 装 置72 2.4.1通 蒸 気 サ イク ル と基 本 シス テ ム 社 1 風 装 置73 2 蒸 気 ボ イ ラ 2.4.2大 2.5火 気 汚 染 防 止 装 置76 炉 ， ボ イ ラ 本 体 お よ び 各 伝 熱 面85 2.5.1火 炉 の 構 造 お よび 火 炉 内 の 伝 熱88 2.5.2ボ イ ラ本 体 に お け る 伝 熱 お よ び 水 循 環97 2.5.3過 熱 器 お よ び 再 熱 器103 2.5.4節 炭 器 お よ び 空 気 予 熱 器106 2.6給 水 お よ び 給 水 装 置109 2.7自 動 制 御 装 置 お よ び 付 属 装 置120 2.7.1自 動 制 御 装 置120 2.7.2付 イ 装 置126 ラ の 性 能127 2.8.1ボ イ ラ の 運 転 性 能128 2.8.2ボ イ ラ の 熱 勘 定130 習 問 題137 ロ ナ 演 社 2.8ボ 属 3原 3.1概 子力蒸気発生装置 要139 子 力 蒸 気 発 生 シ ス テ ム140 3.3質 量 欠 損 と核 反 応146 コ 3.2原 3.4付 属 装 置150 4蒸 4.1概 4.2タ 4.3蒸 要152 ー ビ ン の 分 類 と 構 造153 気 の 流 動156 4.3.1ノ ズ ル 内 の 流 動157 4.3.2羽 根 内 の 流 動162 4.3.3過 飽 和 膨 張 お よ び 流 動 方 向 の 偏 向164 気タービン 4.4線 図 効 率 お よ び 諸 損 失165 4.4.1線 図 4.4.2諸 効 損 率165 失172 4.5タ ー ビ ン 本 体 の 主 要 部174 4.6制 御 装 置 お よ び 付 属 装 置177 4.6.1調 速 装 4.6.2調 圧 装 置179 4.6.3付 属 装 置180 4.7タ 置178 ー ビ ン の 性 能180 部 効 率 ， 有 効 効 率 お よ び 再 熱 係 数181 4.7.2パ ー ソ ン ス 数 お よ び 相 似 法 則183 習 問 題184 ロ ナ 演 社 4.7.1内 5.1概 5 容積形蒸気膨張機 要185 5.2ス ク リ ュ ー 式 膨 張 機 お よ び 付 属 装 置186 5.3ス ク リ ュ ー 式 膨 張 機 の 性 能188 図 効 率 お よび 諸 損 失189 5.3.2内 部 効 率 お よ び有 効 効 率194 コ 5.3.1線 演 習 問 題195 6 6.1概 要196 6.2復 水 器 お よび 付 属 装 置197 6.3復 水 器 の 性 能199 復 水 装 置 付 参 録 考 文 献 演 習 問題 略 解 引 コ ロ ナ 社 索 1 社 蒸 気 サ イ クル と基 本 シス テ ム 1.1概 medium） とす る熱 エ ネ ル ギ ー変 換 サ イ ク ル は ， ロ ナ 蒸 気 を 作 動 媒 体 （working 要 最 初 に 実 用 化 さ れ た 動 力 供 給 技 術 で あ り， そ の 構 成 要 素 は ボ イ ラ ・プ ラ ン ト （boiler plant） と蒸 気 原 動 機 （steam primover） で あ る ． ボ イ ラ ・プ ラ ン トは ボ イ ラ （boiler） お よ び そ の 付 属 設 備 を 含 み ，燃 料 （fuel） を燃 焼 させ て 蒸 気 を発 生 す る ま で の エ ネ ル ギ ー 変 換 過 程 を 受 持 つ ． 蒸 気 原 動 機 は そ の 蒸 気 か ら動 力 （power） コ を 得 る エ ネ ル ギ ー 変 換 過 程 を 受 持 ち ， 蒸 気 タ ー ビ ン （steam turbine） と 容 積 形 の 蒸 気 膨 張 機 （steam expander） が 実 用 化 さ れ 現 在 に い た っ て い る が ， 蒸 気 タ ー ビ ンが 最 も広 く採 用 さ れ て い る ． ま た ， 蒸 気 は 工 場 作 業 用 あ る い は 暖 房 用 熱 源 と して ，そ の ま ま利 用 され て い る ． 蒸 気 サ イ ク ル （steam cycle）は ， 復 水 器 （condenser） 導 入 の 有 無 に よ り， 復 水 サ イ ク ル と非 復 水 サ イ ク ル に 分 け られ る ． 復 水 サ イ ク ル で は ， 蒸 気 原 動 機 で 仕 事 を した の ち の蒸 気 を復 水 器 で 凝 縮 させ て水 と し，給 水 ポ ン プで 再 び ボ イ ラに 戻 す ．す な わ ち ，一 定 量 の同 じ水 が サ イ クル 中を 循環 して い る ．非 復 水 サ イ ク ルで は ，蒸 気 原動 機 で仕 事 を した の ち の蒸 気 を 工 場 作業 用 あ るい は 暖 房用 熱 源 と して 使用 す る か， 大 気 中に 直 接放 出す る ．凝 縮 水 を再 利 用 で きな い場 合 ， ボ イ ラへ の給 水 （feed water） は た え ず 更 新 さ れ る が ， 自 然 界 が 一 種 の 復 水 器 の 役 割 を は た す の で ， 全 体 と して サ イ ク ル を 形 成 して い る ． 蒸 気 原 動機 に よる熱 エ ネル ギ ー変 換技 術 は ， 長 年 に わ た るエ ネル ギ ー 開発 の 歴 史 と と も に 発 展 を 続 け ， 関 連 分 野 の 技 術 開 発 に よ りつ ね に 支 え ら れ つ つ 著 し い 発 達 を 遂 げ 完 成 した も の で あ る ． しか し， 現 在 も な お 性 能 改 善 へ の 努 力 が 続 け ら れ て お り， 新 しい 技 術 開 発 に よ る 成 果 が 期 待 され て い る ． 単 機 出 力 の 点 に つ い て は ， 他 種 熱 機 関 に 比 べ 格 段 と大 き い 容 量 ま で 製 作 可 能 で あ り， 現 在 の 100万kW級 の 発 電 所 を 考 え る と， 蒸 気 原 動 機 以 外 の 機 器 で は 実 現 が 難 しい の で あ る． ま た ，熱 効 率 の点 で も，材 料 の高 温 強 度 の 向上 に よる蒸 気 サ イ クル の 高 温 化 に よ っ て ， あ る い は ガ ス タ ー ビ ン （gas turbine） と の 複 合 サ イ ク ル （comcycle）に よ る 改 善 策 な ど 性 能 向 上 が 計 られ て お り， 蒸 気 原 動 機 の 重 要 性 社 bined は 今 後 も 継 続 し て 認 め られ る と こ ろ で あ ろ う． ロ ナ 1.2開 発 の 歴 史 と基 本 シス テ ム エ ネ ル ギ ー 開 発 の 歴 史 を ふ り返 っ て み る と ， 紀 元 前 か ら現 在 ま で 数 多 く の 発 見 ・発 明 に 支 え ら れ て 歩 ん で き た も の で あ る ． 熱 エ ネ ル ギ ー 変 換 技 術 あ る い は 蒸 気 原 動 機 に 応 用 さ れ て い る 事 項 は ，火 の 使 い 始 め か ら 原 子 力 （nuclear power） コ の 利 用 に い た る ま で ， 随 所 に 見 受 け られ る と お りで ， 基 本 原 理 ， 構 成 機 器 ， 適 用 シ ス テ ムな ど広 範 囲 に及 んで い る． ま た， 動 力 源 と して実 用 化 した発 達 過 程 を調 べ てみ る と， 図1.1に 示 す とお り で ， 最 初 の人 力0.01 kWか 万kWへ ら近 年 の 蒸 気 原 動 機100 と急成 長 を遂 げ て い る．わ れわ れ の生 活 を 支 え る工 業 技 術 が ， エ ネ ルギ ー， 材 料 ， 情 報 の3大 柱 に支 え られ て い る こ とを 知 る とき， 動 力 源 の発 達 図1.1人 類 の動 力 源 単 位 出 力 の 発 達経 過 過 程 が 工業 技 術 の発 達 過 程 を 代 表 し て い る と い っ て も過 言 で な い な らば ， 蒸 気 原 動 機 の 占 め る 地 位 の 重 要 性 を 理 解 で き る で あ ろ う． も ち ろ ん ， 動 力 源 と し て 蒸 気 原 動 機 と 並 行 し て 発 達 した 内 燃 機 関 （internal combustion engine） も別 の 面 で 重 要 な 地 位 を 占 め て は い る が ， 単 機 出 力 の 点 で 比 較 す る と い ず れ の 年 代 で も蒸 気 原 動 機 よ り 小 さ く， 図 1.1に は現 れ て こな い の で あ る． 動 力 源 以 外 に ，工 場 作 業 用 あ るい は暖 房 用 熱 源 に つ い て の 利 用 を 考 え る と ， これ を 供 給 す る 設 備 もわ れ わ れ の 生 活 を 支 え る た め に 重 要 で あ り， 熱 源 の 主 流 を な して い る 蒸 気 を 発 生 す る ボ イ ラ ・プ ラ ン ト に つ い て も忘 れ る こ と が で き な い ． 蒸 気 原 動 機 の 歴 史 を 抽 出 し て み る と， 紀 元 前100年 頃 の ヘ ロ ン （Heron） に よ の 後 ，1629年 社 る 回 転 形 の 蒸 気 タ ー ビ ン の 原 理 を 発 見 した こ と に さ か の ぼ る こ と が で き る ． そ に ブ ラ ン カ （Branca）に よ り簡 単 な 蒸 気 の 力 で 回 転 す る 装 置 が 作 ら れ た が ， 動 力 を 取 り出 す ま で に は い た ら な か っ た ． し か し， 当 時 す で に 水 車 ・ 1690年 ロ ナ 風 車 が 実 用 化 さ れ て お り， 動 力 に 対 す る 需 要 は 相 当 あ っ た も の と 思 わ れ る ． に ， パ パ ン （Papin）に よ り蒸 気 原 動 機 の 一 種 で あ る 往 復 動 形 の 機 関 が 発 明 さ れ た 背 景 に は ， 蒸 気 に よ る 噴 水 ・真 空 の 実 験 の 成 功 が あ げ ら れ る ． す な わ ち ， 蒸 気 が 冷 却 さ れ 凝 縮 す る と ， 蒸 気 を 入 れ て お い た 容 器 が 真 空 に な る現 象 が 見 出 され て い た ． パ パ ン に よ る 蒸 気 機 関 は ， ま ず シ リ ン ダ （cylinder）中 の 水 を コ 外 部 か ら加 熱 し て 蒸 気 を 発 生 さ せ ， 蒸 気 に よ り ピ ス トン （piston）を 押 上 げ る ． つ ぎ に ， シ リ ン ダ を 冷 却 し て 蒸 気 を 凝 縮 さ せ ， 真 空 を 作 り大 気 圧 に よ り ピ ス ト ン を 引 下 げ る ． こ の 運 動 を 繰 り返 す こ と に よ り， ピ ス トン を 上 下 さ せ 動 力 を 取 り出 す 方 式 で あ る が ， シ リ ン ダ が ボ イ ラ と と も に 復 水 器 を 兼 用 し て い る最 も簡 単 な 構 造 で あ っ た ． 一 方 ，1699年 に セ バ リ ー （Savery）が 蒸 気 に よ る 揚 水 機 関 を 作 り， 鉱 山 の 排 水 に 成 功 し て い る ． こ の 機 関 は ， パ パ ン の 蒸 気 機 関 と異 な り， 2個 の 容 器 を 設 け て 蒸 気 を 交 互 に 送 り， 片 方 を 吸 水 用 ， 他 方 を 排 水 用 と し て 利 用 す る も の で ， シ リ ン ダ と ピ ス トン の 組 合 せ の よ う な 可 動 部 分 が な い た め ， 製 作 が 容 易 で あ っ た ．1712年 に い た り， ニ ュー コ メ ン （Newcomen） が ボ イ ラを シ リ ン ダ か ら 分 離 し た 蒸 気 機 関 を 作 り， パ パ ン の 後 を つ い で 工 業 的 に 十 分 利 用 で き る動 力源 と して の成 功 を収 め た が ， 蒸 気 の 作動 圧 力 は まだ大 気 圧 程 度 であ った ． ニ ュー コメ ンの蒸 気機 関 で は， シ リン ダの下 部 に ボイ ラか らの蒸 気 を 導 入 す る 入 口 が あ り， 蒸 気 に よ り ピ ス トン を 押 上 げ た の ち ， シ リ ン ダ 内 に 冷 水 を 直 接 噴 射 し て 蒸 気 を 凝 縮 させ 真 空 を 作 る ． そ の と き ， ピス ト ン は 大 気 圧 に よ り 押 下 げ ら れ る の で ， ピ ス ト ン は 上 下 運 動 を 繰 り返 す こ と と な る ． ボ イ ラ を シ リ ン ダ か ら 分 離 す る こ と に よ り， 蒸 気 発 生 の た め の 伝 熱 面 積 を 大 き くす る こ と が 可 能 と な り， ま た シ リ ン ダ の 加 熱 ・冷 却 の 繰 り返 し に よ る 熱 損 失 の 軽 減 に も役 立 っている． 1776年 に は ， ワ ッ ト（Watt） が シ リ ン ダか ら 復 水 器 を さ らに 分 離 し ， 蒸 気 の 作 動 圧 力 を 大 気 圧 以 上 と した 蒸 気 機 関 を 作 り， 今 日 の 蒸 気 原 動 機 基 本 シ ス テ ム mechanism） 社 の 原 形 を 完 成 し た ． さ ら に ， ク ラ ン ク機 構 （crank mechanism） ， 弁 機 構 （valve ， 調 速 機 （governer） な ど重 要 な 構 成 要 素 を つ ぎ つ ぎ に 開 発 し， 蒸 気 機 関 の 技 術 を 大 成 した ． そ の 背 景 に は ， 物 理 学 の 基 礎 が 順 次 固 め られ ， 熱 力 ロ ナ 学 の 分 野 に お け る実 績 の 積 上 げ が 着 々 と進 め ら れ て い た の で あ る ． ま た ， 蒸 気 機 関 の 交 通 機 関 へ の 応 用 例 と し て ， 蒸 気 自 動 車 の 発 明 も行 わ れ て い た ． ワ ッ ト の 蒸 気 機 関 を ， パ パ ン ， ニ ュー コ メ ン の 蒸 気 機 関 と比 較 し て み る と ， 図1.2 の と お りで ， 技 術 の 進 歩 の 跡 が う か が わ れ よ う． 復 水 器 を シ リ ン ダ か ら分 離 す る こ と に よ り， シ リ ン ダ を 加 熱 ・冷 却 す る こ と に よ る 熱 損 失 を 大 幅 に 削 減 す る コ こ と が で き ， 一 挙 に 熱 効 率 を 数 倍 に 向 上 さ せ た の で あ る ． ま た ， シ リン ダを 二 図1.2蒸 気 機 関の 進 歩過 程 重 構 造 と し て 蒸 気 温 度 と ほ ぼ 等 し く保 つ よ う に し た の も大 き な 特 徴 で あ る ． 作 動 用 の 蒸 気 は ， ボ イ ラ か ら ま ず 内 外 の す き ま に 入 り シ リ ン ダ を 加 熱 し， 弁 を 通 し て ピス ト ン の 上 下 に 供 給 さ れ る ． ピス トン の 両 側 に 蒸 気 が 供 給 され る と ， 上 下 の 圧 力 が 釣 合 う の で ， 接 続 ビ ー ム の 自重 に よ り ピス ト ンは 上 方 に 移 動 す る ． つ ぎ に ， ピ ス トン の下 側 の 弁 を 閉 じ 復 水 器 へ の 連 絡 弁 を 開 け る と ， 蒸 気 が 流 出 し て 凝 縮 し ， ピ ス トン の 下 部 が 真 空 と な り下 方 に 移 動 す る の で ， ピ ス トン は 上 下 運 動 を 繰 り返 す こ と と な る ． ワ ッ トに よ り， 大 容 量 の 動 力 源 装 置 の 緒 が 開 か れ た ので ，人 力 に よ る小形 機 械 か ら蒸 気機 関駆 動 に よる大 形 機械 へ と転 換 が 始 周 知 の とお りで あ る． 1803年 に， 社 ま り， 産 業 界 の 様 相 が 一 変 して ， 産 業 革 命 を 起 こす 要 因 の 一 つ と な っ た こ と は トレ ビ シ ッ ク （Trevithik）に よ り 蒸 気 機 関 車 （steam locomotive） が 作 られ ， 蒸 気 機 関 が 輸 送 面 へ 進 出 した が ， そ の 基 礎 と な っ た の は 蒸 気 機 関 の ロ ナ 高 圧 化 で あ っ た ． 以 上 に 述 べ た よ う に ， ワ ッ トま で の 蒸 気 機 関 で は ， 作 動 範 囲 が 大 気 圧 と真 空 の 間 で あ っ た の に 対 し， ト レ ビ シ ッ クの 蒸 気 機 関 で は ， 蒸 気 圧 と大 気 圧 の 間 を 作 動 範 囲 と し 復 水 器 を 省 略 し た の で あ る ． 蒸 気 圧 を 高 め 作 動 範 囲 を 広 くす る こ と が で き れ ば ， 熱 効 率 は 改 善 され 比 出 力 も増 大 す る の で ， 蒸 気 機 関 の 性 能 を 一 段 と 向 上 さ せ る こ とが で き る ． しか し， ボ イ ラ の 技 術 開 発 が 伴 コ わ な け れ ば ， ト レ ビ シ ッ ク の 意 図 は 達 成 さ れ な か っ た で あ ろ う． こ の 蒸 気 機 関 の 成 功 は ， コ ル ニ シ ュ炉 筒 ボ イ ラ （Cornish flue tube boiler）の 開 発 へ 引 継 が れ ， 現 在 で も 小 形 暖 房 用 ボ イ ラ に そ の 形 態 が 残 さ れ て い る ．1807年 に は， フ ル ト ン （Fulton）に よ り蒸 気 船 （steam ship）が 作 られ ， そ の 後 の ス ク リ ュ ー （screw） の 導 入 に よ り， そ の 真 価 が 発 揮 さ れ る に い た っ た の で あ る ． 産 業 界 の め ざ ま しい 発 展 と と も に ， 動 力 源 と して の 蒸 気 機 関 の 地 位 は 確 保 さ れ た が ，1882年 に 最 初 の 火 力 発 電 所 が エ ジ ソ ン （Edison）に よ り作 ら れ る 頃 と な っ て ， 蒸 気 機 関 の 発 達 に も行 き づ ま りが 見 ら れ る よ う に な っ た ． こ こ で ， 再 び 回 転 形 の 蒸 気 タ ー ビ ン が 見 直 さ れ ， そ の 開 発 へ の 努 力 が 積 重 ね られ た 結 果 と して ，1883年 に は ド ・ラ バ ル （de Laval） に よ る 衝 動 形 蒸 気 タ ー ビ ン （impulse turbine） が ，1884年 に は パ ー ソ ン ス （Parsons）に よ る 反 動 形 蒸 気 タ ー ビ ン （reac- tion turbine） が 作 ら れ ， 初 め て 蒸 気 タ ー ビ ンが 実 用 に 供 さ れ た の で あ る ． ひ と た び 蒸 気 タ ー ビ ン の 特 徴 が 認 め られ る と， 動 力 源 と して の 採 用 が 急 増 し，1896 年 に カ ー チ ス （Curtis）に よ る 衝 動 タ ー ビ ンに 対 し て の 改 良 ，1898年 に ラ トー （Rateau） に よ る 圧 力 複 式 蒸 気 タ ー ビ ン の 考 案 ， 引 続 き ツ ェ リー （Zoelly）に よ る そ の 実 用 化 へ の 努 力 に よ っ て め ざ ま しい 発 達 を 遂 げ た の で あ る ． ま た ，1907年 に ユ ン グ ス ト ロ ー ム （Ljungstrom） に よ る 反 動 タ ー ビ ン 関 連 の 考 案 も な さ れ て い る ． 蒸 気 タ ー ビ ン の 蒸 気 条 件 が 順 次 高 圧 ・高 温 化 され ， ボ イ ラ の 構 造 も従 来 の 自然 循 環 ボ イ ラ （natural circulation boiler）か ら ，1918年 （La Mont） に よ る 強 制 循 環 ボ イ ラ （controlled circulation boiler）が ，1922年 後 年 の 超 臨 界 圧 発 電 所 （supercritical pressure 固 め られ た ． に boiler）が 順 次 作 ら れ ， 社 は ベ ン ソ ン （Benson） に よ る 貫 流 ボ イ ラ （once-through に は ラ ・モ ン ト electric power station）の 基 礎 が ロ ナ 蒸 気 原 動 機 の 性能 改 善 は， まず ， 作 動 範 囲 の拡 大 す な わ ち蒸 気 条 件 の 高圧 ・ 高 温 化 に よ りな され た が ， 二 流 体 サ イ ク ル （binary fluid cycle） の 開 発 も 促 進 さ れ た ．1928年 に は ， 水 銀 と水 蒸 気 を 使 用 す る発 電 所 が 作 られ ，熱 効 率 の 向 上 が 実 証 さ れ た が ， 作 動 媒 体 と して の 水 銀 が 毒 性 を 有 す る こ と な ど の 理 由 に よ り， 試 用 され た だ け に 止 ま っ た の で あ る ． し か し，1909年 よ り開 発 が 行 わ れ て き た コ ガ ス タ ー ビ ンが 実 用 化 され る と， そ の 作 動 範 囲 が 高 温 に 適 して い る こ とか ら， ガ ス タ ー ビ ン と 蒸 気 タ ー ビ ンの 複 合 サ イ ク ル が 有 望 視 され ， 熱 効 率 改 善 の 有 力 な 手 段 と して 導 入 が 進 め られ て い る ．1954年 に 超 臨 界 圧 発 電 所 が 作 られ ， 現 在 の 大 容 量 ・高 性 能 化 へ の 端 緒 と な り， 出 力100万kW級 ， 熱 効 率40％ 台の 蒸 気 原 動 機 へ と発 展 し現 在 に い た っ た の で あ る ． 一方 ，1905年 の ア イ ン シ ュ タ イ ン （Einstein）に よ る 相 対 性 原 理 に 端 を 発 し た 原 子 力 利 用 は ， 原 子 核 物 理 学 の 進 歩 に 支 え ら れ て ，1938年 に ハ ー ン （Hahn） に よ る ウ ラ ン （uranium） の 核 分 裂 （nuclear fission）の 発 見 に よ っ て 実 証 さ れ ，1942 年 に は フ ェ ル ミ（Fermi） に よ る 原 子 炉 （nuclear reactor） へ と 引 継 が れ た ．1954 年 に は ， 原 子 力 潜 水 艦 の 動 力 源 と して 原 子 炉 お よ び 蒸 気 タ ー ビ ンの 組 合 せ に よ る 設 備 が 完 成 し，1957年 に作 られ た 原子 力発 電所 の基 礎 とな っ た ので あ る． こ 索 引 ガ ス タ ー ビ ン複 合 発 電 所7 ガ ス定 数158 【A】 【C】 Cd113（ ア ン モ ニ ア23 カ ド ミ ウ ム）147 原 動 所 熱 効 率182 原 子 炉6，139 原 子 炉 遮 閉 装置148 安 全 弁126 亜 臨界 圧10 【D】 ア ル カ リ度112 原 子 力2 原 子 力 発 電 所6 楕 円法 則184 減 速 装 置154，177 ア ル カ リ処 理116 脱 気器40，117 亜 硫 酸 ガ ス62 濁 度111 減 速 材147 ギ ブ ス関 数11 亜 硫 酸 イオ ン113 断熱 熱 落 差27 ア シ ッ ド ・ス マ ッ ト63 断熱 材88 圧 力部 分46 圧 力複 式 衝 動 ター ビ ン155 弾 性 軸176 デ ー タ ロガ ー120 圧 力 噴 霧 式67 電 気 伝 導 率112 社 ア ル カ リ腐 食115 剛 性 軸176 ロ ナ 逆 転 装 置177 凝 固9 凝 縮9 凝 集 沈 澱 ・ろ過 装 置116 電 気 集 じん装 置80，81 圧 力計126 伝 熱 面45 【H】 ドラバ ル ・ノズ ル159 【B】 B11（ ボ ロ ン）147 バ ー ク54 バ ーナ燃 焼66 バ ーナ燃 焼 装 置45，66 コ バ ガス54 ドラバ ル ・タ ー ビン155 排 圧28 ドラ ム46 背 圧 ター ビン154 ドレ ンポ ンプ38 排 煙 脱 硝装 置77 同 位 元 素146 排 煙 脱硫 装 置77 動 力1 排 ガ ス再 循環78 バ グフ ィル タ81 【E】 バ イ ア ス122 液 体 金 属21 バ ウル式69 煙 管47 微 粉 炭燃 焼68 ボ イ ド比100 ボ イ ラ1 羽 根 車152，175 反 射 材147 遠 心 力 集 じん 装 置80 遠 心 式67 平均 有 効 厚 さ98 平 衡通 風73 煙 突73 並 流87 変圧 運 転179 ボ イ ラ ・プ ラ ン ト1 【F】 fuel NO 64 ボ イ ラ水 循 環 ポ ン プ48 ボ ー ル式68 分 裂 生 成 物147 ブ ロー116 偏 差122 ヘ ル ム ホ ル ツ関 数11 ヒ ドラ ジ ン113 ボ イ ラ水 処 理116 部 分集 じん 率79 発 熱量55 塩 素 イ オ ン113 ボ イ ラ本 体44，97 ボ イ ラ水46，111 反 動 形蒸 気 タ ー ビ ン5 反 動 ター ビン153 バ イ パ ス調 速179 弁 機 構4 反 動度155 比 エ ンタ ル ピー11 【G】 比 エ ン トロ ピー11 外燃 機 関8 ガ ス冷 却 形140 火 格 子 燃 焼70 ガス タ ー ビ ン2 火 格 子 燃 焼 装 置45，66 火 格 子 燃 焼 率128 火 格 子熱 発 生 率128 ヒー トポ ン プサ イ クル21 シ ョン ・ボイ ラ51 コ ン ピュ ー タ ・ライ ブ ラ リ20 【K】 非 化学 量 論 燃 焼78 比 内 部 エ ネ ル ギ ー11 カ ーチ ス ・タ ー ビン155 氷9 コ ル ニ シ ュ炉 筒 ボ イ ラ5 比 熱 比158 加圧 水 形 （PWR形 硬 度111 比 例 微 分 制御 （PD動 作 ）123 比 例 微 分積 分 制 御 （PID動 123 作） ）140 可 逆 断 熱圧 縮24 可逆 断熱 膨張24 高（ 総 ）発 熱 量55 コ ー クス54 可逆 断 熱 過 程24 高 熱 源25 比 例 ゲイ ン122 過 飽和 膨張164 比例制御 海 洋 温 度 差 発 電所7 高温 ガ ス冷 却 形 （HTGR形 144 核 分 裂6，139 高温 腐 食105 比 容 積11 核 分 裂 反 応146 核 エ ネル ギ ー146 後 進 タ ー ビ ン177 非 常 調 速 機180 格納 容器142 放 熱 量25 拡 散燃 焼 方式66 （P動 作 ）122 比 例 積 分 制 御 （PI動 作）122 比 例 帯122 向流87 恒 湿 ベ ー ス55 ク ラ ン ク機 構4 放 射 ボ イ ラ48 核 子146 放 射過 熱 器104 拡 張 伝 熱 面106 放 射再 熱 器105 核 融 合139 飽 和 圧 力9 核 融 合 反 応146 飽 和 曲線21 過 熱 度10 飽 和 温 度9 過 熱 器26，44，103 空 気 抽 出 ポ ンプ198 飽 和 水9 過 熱 蒸 気10 空 気 予熱 器44，107 ロ ナ 社 ク ラジ ウ スサ イ クル25 環境 ア セ ス メ ン ト83 飽 和 蒸 気9 串 形 配列153 空 気比58 空 気 噴 霧 式67 空 気 過 剰 率58 貫流 ボ イ ラ6，46 空 冷 復水 器198 キ ャ リオ ーバ ー112 慣性 力 集 じん 装 置80 強 制 循環 ボイ ラ6，46 換 算 蒸 発 量128 カ リウ ム22 給 水1，111 給 水 ポ ン プ27 火 炉44 給 水 制 御124 火 炉 爆発 戸127 給 水 装置44，109 火 炉伝 熱 面45 給 水 処理109 復 水 ポ ンプ198 火 炉 負荷128 給 水 予熱 器44 復 水装 置196 火炉 壁88 カ ル ノ ーサ イ クル24 補助 調速 機180 h-s線 図20 フ ィー ドバ ッ ク121 不 輝 ガ ス放 射97 複 合 サ イ クル2 ふ く流 ター ビン154 コ 復 水 器1，197 復 水 タ ー ビ ン154 【M】 粉 じん72 フ ォー ミン グ112 火 力発 電 所7 乾 き度12 丸 ボ イ ラ46，47 フ ロ ン23 乾 き飽 和蒸 気9 Mア ル カ リ度112 腐 食112 乾 き燃焼 ガ ス量59 ケ ーシ ン グ152，176 マ ルチ ン ・ス トー カ71 傾 斜 火 格 子 ス トーカ71 水9 モ ンテ カ ル ロ法92 沸 騰 水 形 （BWR形 浮遊 粒 子 状 物 質79 ）140 MHD発 電 所7 軽 油54 ケ ミカ ル シ ム143 無 水 ベ ー ス55 揮 発 性 処理116 無 水 無 灰 ベ ー ス55 機 械 効 率182 無 水 硫 酸62 危 険 回 転数176 無 次 元流 量184 イ オ ン交 換 樹 脂116 固 形 物113 無 次 元 周速184 硫 黄 酸 化物62 国 際骨 組 表11 コ ンバ イ ン ド ・サ ーキ ュ レ ー 表 面復 水 器197 氷 点11 【I】 移 床 式 ス トー カ71 ） pH 【N】 サ イ ク ロ ン集 じん装 置80 111 ピ ス ト ン3 再 熱 係 数182 ポ リ ト ロ ー プ 指 数160 再 熱 器33，44，105 内 部効 率181，194 ポ ス トパ ー ジ125 再 熱 サ イ クル33 内部 仕 事165 prompt 再 熱-再 生 サ イ クル39 内燃 機 関3 Pu239（ 軟 化装 置116 Na冷 却 形140 プ ラ イ ミ ン グ115 再 生 式 空 気予 熱 器108 プ ラ ン トル 数99 先 細 ノズ ル159 ナ トリウム22 プ レパ ー ジ124 酸 化 窒 素63 NO 63 プ ル トニ ウ ム ）147 燃 料1 燃 焼 ガ ス分 析値59 【R】 再 生 サ イ クル33，35 散 布 式 ス トー カ70 三 重 点9 鎖 床 式 ス トー カ71 燃 焼 ガス 量57 制 御 棒142 燃 焼 装 置44 ラ ンキ ンサ イ クル25 制 御 動 作121 ラ トー ・タ ー ビ ン155 制 御 量120 熱 貫 流 率86 冷 却 塔198 制 御 装 置152 熱 貫 流 式空 気予 熱 器108 冷 却 塔 式 復水 器198 石 炭54 熱 勘 定130 冷 却 材140 熱 効率25 冷 却 材 浄 化装 置148 レイ ノル ズ数99 燃 焼 用 空気 量57 熱 力学 的 基 準温 度11 二 流 体 サ イ クル6 二 酸 化 窒 素63 NOx 64 ノ ズ ル152，175 ノ ズル 効 率160 ノ ズ ルの ど159 ノズ ル締 切調 速178 レー シ ン グ ・ワイ ヤ175 コ 【L】 23，54 【O】 オ フ セ ッ ト22 お き燃 焼54 温 排 水200 オ ンオ フ制 御121 押 込 通 風73 潜 熱 回 収87 線 図 効 率165 線 図 仕 事165 臨 界 圧 力10 洗 浄 集 じん装 置80 臨 界 温 度10 接 線 流 形 バ ー ナ66 臨 界 量147 接 触 過 熱 器104 臨 界 流 量159 接 触 再 熱 器105 臨 界 点10 リン酸 イ オ ン113 節 炭 器26，44，106 絞 り調 速179 シ ー ケ ンス制 御123 理 論 空 気 量57 湿 り度29 理 論 燃 焼 ガ ス量58 湿 り蒸 気9 リセ ッ ト122 ろ 過 集 じん装 置80 ロ ー タ152 真 空 度28 シ リカ112 シ リンダ3 ロ ー タ リー式67 下 込 め燃 焼70 露 点63 質 量 欠 損146 炉 筒47 使 用 時 ベ ー ス55 粒 径 分 布79 自然 循 環 ボ イ ラ6，46 流 動 層 燃 焼69 自然 通 風73 流 動 層燃 焼 装 置45，66 速 度 比168 速 度 複 式 衝動 タ ー ビ ン155 押 込 通 風機73 速 度 係 数160 【S】 【P】 潜 熱10 冷 凍 サ イ クル21 リン酸 処理116 ヌセ ル ト数98 LNG 旋回 流 形 バ ー ナ66 ロ ナ 二 段 燃 焼77 社 燃 焼 室 熱 発 生率128 ラ ビ リンス ・パ ッキ ン176 速 度 三 角形156 差 分 法92 相9 パ ー ソ ン ス 数183 作 動 媒 体1 相 変 化9 パ ー ソ ン ス ・タ ー ビ ン156 最 大 着 地濃 度83 サ イ ク リ ング122 送 風機73 Pア ル カ リ度112 操 作 量121 水 銀22 翼 理 論157 ツ ェ リー ・タ ー ビ ン155 水 封 グ ラ ン ド176 通 風 力73 水 管 ボイ ラ46，47 通 風 装 置44，73 全 塩 脱 塩 装 置116 水面 計126 直 交 流87 全 面 腐 食114 水冷 復 水 器197 直 接 接 触 復 水器197 全 自動 制 御121 水蒸 気9 ス ケ ー ル111 調 圧 装 置179 自動 ボ イ ラ制 御121 自動 燃 焼 制 御121 ス ク リュ ー5 超 臨 界 圧 発 電所6 超臨 界圧10 ス ク リュ ー式 膨張 機186 調 速機4 自動 周波 数 制 御178 隅 角形 バ ーナ66 ス ラ ッジ111 調 速装 置178 軸 封装 置152 チ ュー ブ式68 軸 流 タ ー ビ ン154 ス テ ー タ152 抽 気35 実 用 国際 状 態 式11 ス テ ファ ン ・ボル ツ マ ン定 数 抽 気-背 圧 ター ビ ン154 自由 エ ネ ルギ ー11 抽 気-復 水 ター ビ ン154 自由 エ ン タル ピー11 中 性 子146 自由 うず 理 論157 蒸 発9 89 初圧27 初 温28 衝 動 形蒸 気 タ ー ビ ン5 【Z】 自動 制 御 装 置120 社 末 広 ノズ ル159 【U】 衝 動-反 動 混式 ター ビン154 U235（ ウ ラ ニ ウ ム）147 衝 動 ター ビン153 ウイ ラ ンス線183 衝 撃 式68 集 じん 率79 U形 燃焼 ス トー カ71 【T】 耐 火 材88 コ 大 気 汚 染64 大 気 汚 染 防 止 装置76 対 数 平 均 温 度 差87 太 陽熱 発 電 所7 炭化 水素23 炭酸 ガ ス最 大 値59 低（ 真 ）発熱 量55 低 温 腐食109 等 温 過 程24 灯 油54 T-s線 図20 蒸 気 原動 機1 蒸 気 発生 器139 蒸 気 発 生装 置8 蒸 気 噴 霧 式67 蒸 気 表11 蒸 気 機 関 車5 蒸 気 温 度 制 御124 蒸 気 サ イ クル1 蒸 気 船5 蒸 気 線 図20 蒸 気 タ ー ビ ン1，152 状 態 式11 受 熱 量25 翼 列理 論157 循環 燃 焼70 余 熱 回収 装 置45 循環 水 ポ ン プ30，198 陽 子146 重 力 集 じん 装置80 羊 腸形 伝 熱 面49 重 油54 誘 引通 風73 63 蒸 気 膨張 機1，185 予混 合 燃 焼 方 式66 156 低 酸 素 燃焼63 窒 素 酸 化 物62 横 込め 燃 焼70 横並 び 配 列154 溶 存酸 素112 ユ ン グス トロ ーム ・タ ー ビ ン 低 熱 源25 地 熱 発 電 所7 【Y】 汚 れ係 数89 大 気 拡 散77，82 NO 運 動力量理 論157 ウ ラ ン6 上 込 め燃 焼70 集 じん 装 置79 点 食115 thermal ウ イル ソン線164 ロ ナ 昇 華9 シ ュ ラ ウ ド ・リン グ175 蒸 気 ボ イ ラ44 誘 引通 風 機73 融 解9 有 機 媒 体21 有 効 煙突 高 さ83 有 効 効 率182，194 有 効 仕 事25，165 ――著 口 工 同 年 1979年 同 年 1981年 1994年 歴 ―― 博 北海道大学工学部機械工学 科卒業 三菱重工業 株式会社勤務 北海道大学助教授 工学博士 （ 北海道大学） 北海道大学教授 中国浙江大学名誉教授 北海道大学名誉教授 北海学園大学教授 （工学部建築学科） 退職 藤 1970年 略 一 彦 東京大学大学院工学研究科舶用機械工学専攻 修士課程修了 株式会社 日立製作所勤務 同社エネル ギ研究所主任研究員 工学博士 （東京大学） 北海道 大学助教授 北海道大学教授 （ 工学部機械工学科） 現在に至 る 社 谷 1953年 同 年 1963年 1973年 1979年 1985年 1994年 同 年 2001年 者 ロ ナ 蒸気原動機 Steam Primover 〓Hiroshi 1989年3月20日 2007年3月30日 者 コ 著 Taniguchi，Kazuhiko 初 版 第1刷 発 行 初 版 第9刷 発 行 検 印 省略 谷 博 口 1989 札 幌 市東 区 北22条 東18-6-27 工 藤 一 彦 札 幌 市 西区 前 田3条9-1-28 発 行 者 発 行所 牛 株式 会 社 CORONA 来 辰 コ ロ PUBLISHING Tokyo 112-0011東 電話 Kudo 社 Japan 代） 振 替00140-8-14844 ホ ームページhttp://www.coronasha.co Printed in Japan ナ CO.,LTD. 京 都 文 京 区 千 石4-46-10 （03）3941-3131（ ISBN978-4-339-04055-5 巳 .jp （清 文 社 ， 染野 製 本 所 ） 無 断複写 ・転載 を禁ず る 落丁 ・乱丁本 はお取替 えいた します
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