火力54【電験3種 電力】ランキンサイクルの4過程!断熱圧縮→等圧受熱→断熱膨張→等圧放熱 平成20年度 A問題3 完全解説

電験3種 電力科目【火力】平成20年度 A問題3 (ア)ランキンサイクル・(イ)断熱圧縮・(ウ)等圧受熱・(エ)断熱膨張・(オ)等圧放熱→(1)

今回は平成20年度 電力科目 A問題3を解説します。汽力発電所の基本的な熱サイクルのP-V線図について、サイクルの名称と4つの過程(給水ポンプ・ボイラ・タービン・復水器)の熱力学的な呼び名を埋める空欄補充問題です。

汽力発電の基本サイクルはランキンサイクル。装置と過程の対応は「ポンプ=断熱圧縮/ボイラ=等圧受熱/タービン=断熱膨張/復水器=等圧放熱」の4点セットで、平成26年度(T-s線図版・火力36)とまったく同じ知識で解けます。

出題のポイント

目次

平成20年度 電力科目 A問題3:問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 電力科目 火力 平成20年度 A問題3 問題文
平成20年度 電力科目 A問題3 問題文

電験3種 電力科目 【火力】 平成20年度 A問題3

 図は、汽力発電所の基本的な熱サイクルの過程を、体積Vと圧力Pの関係で示したPV線図である。図の汽力発電の基本的な熱サイクルを(ア)という。A→Bは、給水が給水ポンプで加圧されボイラに送り込まれる(イ)の過程である。B→Cは、この給水がボイラで加熱され、飽和水から乾き飽和蒸気となり、さらに加熱され過熱蒸気となる(ウ)の過程である。C→Dは、過熱蒸気がタービンで仕事をする(エ)の過程である。D→Aは、復水器で蒸気が水に戻る(オ)の過程である。上記の記述中の空白箇所に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(ア)(イ)(ウ)(エ)(オ)
(1)ランキンサイクル断熱圧縮等圧受熱断熱膨張等圧放熱
(2)ブレイトンサイクル断熱膨張等圧放熱断熱圧縮等圧放熱
(3)ランキンサイクル等圧受熱断熱膨張等圧放熱断熱圧縮
(4)ランキンサイクル断熱圧縮等圧放熱断熱膨張等圧受熱
(5)ブレイトンサイクル断熱圧縮等圧受熱断熱膨張等圧放熱

ポイント解説:汽力=ランキンサイクル、装置と過程の4点セット

(ア):汽力発電の基本熱サイクルはランキンサイクルブレイトンサイクルはガスタービンの基本サイクルなので、汽力発電の問題で出てきたら誤りの選択肢——この区別だけで(2)(5)が切れる。

(イ)〜(オ):装置と熱力学過程の対応は次の4点セット。
・A→B 給水ポンプ:外部と熱をやりとりせず給水を加圧する→断熱圧縮
・B→C ボイラ(+過熱器):一定圧力のまま飽和水→乾き飽和蒸気→過熱蒸気と加熱→等圧受熱
・C→D タービン:熱を捨てずに膨張して仕事を取り出す→断熱膨張
・D→A 復水器:一定圧力のまま冷却水に熱を捨てて凝縮→等圧放熱
よって(ア)ランキンサイクル・(イ)断熱圧縮・(ウ)等圧受熱・(エ)断熱膨張・(オ)等圧放熱で答えは(1)。

問題の解説

STEP1 (ア)

汽力発電=ランキンサイクル(ブレイトンはガスタービン)→(2)(5)を除外。

STEP2 (イ)(エ)

圧力を上げるポンプ=断熱圧縮、仕事を取り出すタービン=断熱膨張。

STEP3 (ウ)(オ)

ボイラ=等圧受熱、復水器=等圧放熱→(1)。

答え:(1)

💡 覚え方
サイクルの対応:**汽力=ランキンサイクル/ガスタービン=ブレイトンサイクル**(コンバインドは両方の組合せ)。ランキンサイクルの4過程:**給水ポンプ=断熱圧縮→ボイラ・過熱器=等圧受熱→タービン=断熱膨張→復水器=等圧放熱**。「断熱」はポンプとタービン(圧力が変わる)、「等圧」はボイラと復水器(熱の出入り)。平成26年度A問題2(火力36・T-s線図版)と同じ知識で解ける。

⚠️ よくある間違い
ランキンとブレイトンを混同しない(汽力=ランキン)。ポンプは断熱「圧縮」・タービンは断熱「膨張」——H26問2ではポンプを「断熱膨張」とした引っかけが出た。受熱(ボイラ)と放熱(復水器)の向きも取り違えない。

まとめ

(ア)汽力発電の基本サイクル=ランキンサイクル
(イ)A→B 給水ポンプ=断熱圧縮
(ウ)B→C ボイラ=等圧受熱
(エ)C→D タービン=断熱膨張
(オ)D→A 復水器=等圧放熱→(1)

▼あわせて解きたい関連問題
・T-s線図で追うランキンサイクル(火力36・同じ4過程):【電力】平成26年度 A問題2

・この年度の問題を通しで解く:電験3種 平成20年度 問題一覧(全4科目)

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