汽力発電とランキンサイクル

汽力発電のしくみ

汽力発電所では、石油や石炭、液化天然ガスなどの燃料を火炉で燃焼し、熱エネルギーによって高温・高圧の蒸気をボイラで発生させ、蒸気タービンに送ってタービンを回転させることにより、タービンに連結した発電機で発電をしています

汽力発電所のランキンサイクル

汽力発電所では、蒸気を動作流体としたサイクルが形成されています。蒸気は保有熱量が大きいことと、水を加熱することにより容易に作り出すことができるため広く用いられています。
①　給水ポンプで水をボイラに送ります。
②　水はボイラで熱せられ蒸気になります。蒸気はさらに加熱器で熱せられ過熱蒸気になります。
③　過熱蒸気がタービンを回転させます。
④　蒸気は復水器によって水に戻され、給水ポンプに送られます。

 

このような基本となる汽力発電所の理論蒸気サイクルをランキンサイクルといいます

 

気体の状態変化

飽和蒸気と過熱蒸気

水が沸騰する時の温度を飽和温度といいます。飽和温度に達した水を加熱しても、それ以上温度は上がりません。このように水が沸騰している最中に発生する蒸気を飽和蒸気といいます。

水が沸騰している最中に発生する飽和蒸気は水分を含んでいますので、湿り飽和蒸気といいます。この湿り飽和蒸気をさらに過熱すると、水分が完全に蒸発した乾き飽和蒸気になります。

乾き飽和蒸気をさらに過熱すると、蒸気の温度は飽和温度を超えて上昇します。この状態の蒸気を過熱蒸気といいます。

ボイルシャルルの法則

気体の体積は圧力に反比例し、絶対温度に比例します。この法則をボイルシャルルの法則といいます。ボイルシャルルの法則では、気体は体積、圧力、温度のどれかを一定に保つと、次のような状態を変化させることができます。

また、外部と熱のやりとりをしないで、体積と圧力を変化させることを断熱変化といい、次の２つの場合があります。