1級電気工事施工管理技士 過去問
令和3年度(2021年)
問9 (午前 イ 問9)

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問題

1級電気工事施工管理技士試験 令和3年度(2021年) 問9(午前 イ 問9) (訂正依頼・報告はこちら)

図に示す汽力発電のランキンサイクルにおいて、タービンの入口から出口に至る蒸気の圧力及び体積の変化を表す過程として、適当なものはどれか。
問題文の画像
  • A → B
  • B → C
  • C → D
  • D → A

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この過去問の解説 (5件)

01

ランキンサイクルにおいて、

下記変化となる。

給水ポンプ:A→B 圧力増・温度増(断熱圧縮)

ボイラ:B→C 温度増・体積増

タービン:C→D 体積増・圧力減・温度減(断熱膨張)

復水器:D→A 体積減

A;(3)

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02

ランキンサイクルでは以下の変化が起こります。

給水ポンプではA→B ボイラに給水するために必要な圧力にします。

次にボイラではB→C 熱を吸収して体積大きくします。

次にタービンではC→D タービン内で仕事をするため、圧力と温度が小さくなり、蒸気を含むため体積が増えます。

最後に復水器ではD→A タービンで仕事した空気が冷却され体積が小さくなします。

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03

汽力発電のランキンサイクル(p-V線図)の、それぞれ4つの変化に関する問題です。

選択肢1. A → B

× 誤りです。

給水の断熱圧縮過程を表します。

復水器からの水を給水ポンプ(A)で圧力を上げてボイラ(B)に送ります。

この過程で体積は一定で、圧力が上昇します。

選択肢2. B → C

× 誤りです。

ボイラ内での給水の定圧受熱過程を表します。

ボイラ(B)に送られた給水を加熱して、給水が熱を吸収して蒸発します。

蒸発した蒸気は乾き飽和蒸気となって、加熱器(C)でさらに熱を吸収して加熱蒸気となります。

この過程で圧力は一定で、体積が増加します。

選択肢3. C → D

〇 正解です。

タービンで加熱蒸気が仕事をする断熱膨張過程です。

加熱蒸気(C)がタービンに入り、タービンロータに回転力を与える仕事をします。

仕事が終わると圧力と温度は低下し、湿り蒸気となって復水器(D)に入ります。

この過程で、圧力波低下し、体積は増加します。

選択肢4. D → A

× 誤りです。

復水器で蒸気は冷却される等圧放熱過程です。

タービンで仕事をした湿り蒸気は、復水器(D)で復水器内を流れる水(海水)と熱交換して冷却され、蒸気の潜熱が奪われて復水となります。復水は再び給水ポンプ(A)に送られます。

圧力は一定で、体積は減少します。

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04

この問題で覚えておくポイントは以下の通りです。

各機器の働きは、

給水ポンプ:圧力増 A⇒B

ボイラ:等圧加熱(体積増)B⇒C

タービン:圧力減、体積増C⇒D

復水器:体積減、等圧 D⇒A

選択肢1. A → B

不適当です。

選択肢2. B → C

不適当です。

選択肢3. C → D

適当です。

選択肢4. D → A

不適当です。

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05

ランキンサイクルとは、水を蒸気に変えて、その力でタービンを回し、

その後、再び水に戻すという、熱を動力・電気に変換する循環プロセスのことです。

 

主に以下のステップを経ることになります。
 1.給水ポンプで、水を高い圧力でボイラーへ送ります。
 2.ボイラ(+過熱器)で、水を加熱して、高温・高圧の蒸気を作ります。
 3.タービンで、蒸気の力で羽根車を回し、連結した発電機で発電します。
 4.復水器で、蒸気を冷やして水に戻します。

 

このうち、タービン入口から出口までの圧力と体積の変化は、
 入口の蒸気は圧力が高いが、タービンへの仕事により、圧力が急激に減少します。
 また、圧力が減るのに伴い、体積は大きくなります。
(圧縮されていや蒸気が拡散して、低圧・大容積になる。)

 

それで選択肢の中から、
 圧力が減り、体積が増える過程を選べば良いことになります。

選択肢1. A → B

不適当です。

 

圧力が増加しているので、給水ポンプからボイラ入口までの行程にあたります。

選択肢2. B → C

不適当です。

 

圧力の変化はないものの、体積が増加していることから、

 圧力の加えられた水が、その圧力を保ったまま水蒸気に変化する行程、

 つまりボイラからタービン入口までにあたると分かります。

選択肢3. C → D

正解です。

選択肢4. D → A

不適当です。

 

圧力は低いままで、体積のみが大きく減少しています。

これは、タービンでの仕事により、圧力を失った後、復水器により

水蒸気が水に変わり体積が減る行程に当てはまります。

まとめ

汽力発電の主要な行程と併せて、

 「水」(もしくは水蒸気)の状態をイメージすると

 覚えやすくなります。

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