「ランキンサイクル」の版間の差分

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'''ランキンサイクル''' ('''Rankine cycle''') は、[[ボイラ]](蒸気発生器)と[[蒸気タービン]](([[蒸気機関)]])を主たる構成要素とする[[熱機関の理論サイクル]]である。この熱機関の理論を、最初にサイクルとして確立したイギリスの工学者で物理学者の[[ウィリアム・ランキン]](William(William John Macquorn Rankine, 1820-1872)1872)の名にちなんでいる。クラウジウスサイクル、クラウジウス・ランキンサイクル、蒸気原動所サイクル、蒸気サイクルと称されることもある。
 
ランキンサイクルとよぶ場合は、後述の再熱や再生を行わない単純サイクルを指す場合が多いが、[[再熱サイクル]][[再生サイクル]]も含めて、蒸気原動所で用いられているサイクル(蒸気原動所サイクル)を広い意味でランキンサイクルと見なすことができる。
 
内燃機関等の他の熱機関の理論サイクルと比較して、以下のような特徴がある<ref name="蒸気工学">{{Citation|和書
}}</ref>。
 
# 作業流体(通常は[[)]])の等圧での蒸発・凝縮を利用するため、等温で熱を授受する部分が多くなり、[[カルノーサイクル]]に近くなる。このため、比較的狭い温度範囲でも、良好な[[熱効率]]を維持できる。
# 比体積の小さい液[[ (物質)|相]]での圧縮となるため、タービンで得る仕事に比べてポンプ所要仕事が少なくて済む。
# 蒸気動力自体大出力向きであり、特にタービン形式の場合は小型では極端に効率が悪く、小出力には不向きである。
 
このサイクルの現在における主な用途は、
[[汽力発電]]([[火力発電]]、[[原子力発電]])および超大型船舶の主機である。
タービンの代わりにピストン・[[レプロエダによる往復動ジン|レシプロ]]の[[蒸気外燃機関]]を用いても、
同一のサイクルとなる。
 
 
[[蒸気機関車]]で用いられるサイクルでは、
タービンの代わりに[[レシプロエンジン|往復動式]][[蒸気機関]]が用いられるのに加えて、
復水器が無いことが大きな違いである。
この理由は、復水器が大きなスペースを要することの他に、
蒸気条件を単に高温高圧化するだけでは次のような問題が生じる。
 
# 最高温度(500~600℃500 - 600 ℃)が抑えられると、図 5 に示すように、高圧化によりタービン出口のかわき度が低下する。かわき度低下は、タービンの湿り損失増加やタービン翼のエロージョンの原因となるため、これを避ける必要がある。次項の[[再熱サイクル]]が一つの解決策となる。
# [[熱力学第2法則]]によれば、周囲温度を <math>T_0</math> とするとき、温度 <math>T</math> の熱源から得た熱量 <math>\Delta q</math> のうち有効な仕事に変換できる部分は <math>\Delta q( 1 - T_0/T)</math> だけである。最終的な蒸気圧力・温度を高くしても、図 2 の低温の水を加熱する部分は無くならないため、熱効率の向上が次第に鈍化する。後述の[[再生サイクル]]とすることにより、これを改善することができる。
 
膨張途中の蒸気を取り出して再度加熱することを再熱とよび、
この種のサイクルを一般に[[再熱サイクル]]とよぶ。
また再熱に用いる装置を再熱器(ボイラの一部を構成)とよぶ。
 
再熱サイクルとするには、建屋内のタービンと屋外のボイラをつなぐ配管を必要とし、
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