1級電気工事施工管理技士 過去問
令和6年度（2024年）
問7 (電力・電気機器 問1)

ランキンサイクルは、水を加熱して高温・高圧の蒸気をつくり、その蒸気でタービンを回して発電するサイクルです。タービンを出た蒸気は復水器で冷やされて水に戻り、給水ポンプによって再びボイラへ送られます。

この問題では、T-S線図において、蒸気がタービンの入口から出口まで変化する過程を選びます。理想的なタービンでは、蒸気は外部との熱の出入りがない状態で膨張するため、エントロピーはほぼ一定のまま、絶対温度が低下します。

したがって、タービンの入口から出口までの過程は、5→6です。

この問題は、熱力学の基本的な原理に基づいています。

蒸気が仕事をする：過熱蒸気は高い圧力と温度を持っています。

タービンに流入すると、そのエネルギーを使って羽根車を回し、発電機を駆動します。

この「タービンを回す」という行為が、外部に対して仕事をすることになります。

エネルギーの保存：エネルギー保存の法則により、蒸気が仕事にエネルギーを費やせば、蒸気自身が持っている内部エネルギーは減少します。

温度の低下：蒸気の内部エネルギーが減少すると、その結果として温度も下がります。また、膨張することで圧力も低下します。

このことを踏まえ問題に取り組みましょう。

汽力発電のランキンサイクルとは水を温めて高温高圧の蒸気にし、その蒸気でタービンを回し、復水器で冷却して水を元の状態に戻すサイクルを言います。

図のT-S線図の①→②の期間は給水ポンプで水に圧力をかけている状態の断熱圧縮と言い、③→⑤の期間をボイラや過熱器で加熱している状態の等圧受熱、⑤→⑥の期間を蒸気をタービン内に放出し仕事をしている状態の断熱膨張、⑥→①の期間を復水器で蒸気を水にしている状態の等圧放熱と言います。

この問題で問われているのは、【タービンの入口から出口に至る蒸気のエントロピーSと絶対温度Tの変化を示す過程】となっていますので断熱膨張状態の期間を選択しなければなりません。

各選択肢を見ていきましょう。