今回は平成27年度 電力科目 A問題2を解説します。汽力発電所における再生サイクル及び再熱サイクルについて、誤っているものを選ぶ問題です。
ねらいは装置名の1語。ドラムからの飽和蒸気を過熱蒸気にするのが過熱器、高圧タービンで仕事をした蒸気を温め直すのが再熱器。「〜熱器」の役割分担を正確に覚えているかが試されます。
平成27年度 電力科目 A問題2：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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成27年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題2
電験3種 電力科目 【火力】 平成27年度 A問題2
汽力発電所における再生サイクル及び再熱サイクルに関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
再生サイクルは、タービン内の蒸気の一部を抽出して、ボイラの給水加熱を行う熱サイクルである。
再生サイクルは、復水器で失う熱量が減少するため、熱効率を向上させることができる。
再生サイクルによる熱効率向上効果は、抽出する蒸気の圧力、温度が高いほど大きい。
再熱サイクルは、タービンで膨張した湿り蒸気をボイラの過熱器で加熱し、再びタービンに送って膨張させる熱サイクルである。
再生サイクルと再熱サイクルを組み合わせた再熱再生サイクルは、ほとんどの大容量汽力発電所で採用されている。
誤りは(4)：再熱するのは再熱器
「ボイラの過熱器で加熱し」——再熱器の誤りです。
| 装置 | 温める相手 | 行き先 |
| ★過熱器 | ★ドラムから来た飽和蒸気 | ★高圧タービン |
| ★再熱器 | ★高圧タービンで仕事をした蒸気 | ★中圧・低圧タービン |
過熱器は「初めて温める」、再熱器は「温め直す」——相手が違います。
過熱器に湿り蒸気を入れることはできません——そこはドラムから来た飽和蒸気の通り道だからです。
2つは別々の管群として、煙道の中に並んで置かれています——どちらも高温部にあるので混同しやすいのですが、別物です。
(2) 再生サイクルが効率を上げるしくみ
「復水器で失う熱量が減少する」——これが再生サイクルの本質です。
| 再生なし | ★再生あり | |
| 復水器へ行く蒸気 | 全量 | ★抽気した分だけ減る |
| 復水器で捨てる熱 | 多い | ★少ない |
| タービンの仕事 | 多い | ★少し減る |
| ボイラで加える熱 | 多い | ★それ以上に減る |
| 効率 | — | ★向上する |
抽気した蒸気は、復水器へ行きません——給水加熱器で熱を渡して、そのまま給水に混ざるのです。
だから復水器で捨てる熱が減る——捨てなければ、それだけ効率が上がることになります。
タービンの仕事は少し減りますが、ボイラで加える熱がそれ以上減る——差し引きで効率が向上するのです。
(3) 抽気圧力と効果の関係
「抽出する蒸気の圧力、温度が高いほど大きい」——これは正しい記述です。
| 抽気の圧力 | 給水を温められる温度 | 効率向上の効果 |
| ★高い（高圧段から） | ★高い温度まで温められる | ★大きい |
| 低い（低圧段から） | 低い温度までしか温められない | 小さい |
給水を高い温度まで温めれば、ボイラで加える熱が大きく減ります——その分だけ効率が上がるのです。
ただし高圧段から抽気すると、タービンの仕事の減りも大きい——どこから抜くかには最適値があることになります。
だから実際の発電所では、複数の段から少しずつ抽気します——大型機で6〜8段の給水加熱器が使われる理由です。
⚠️ よくある間違い
(4)の「湿り蒸気を加熱し、再びタービンに送る」を見て正しいと判断する——再熱サイクルの説明としては正しいのです。
誤りは装置名の「過熱器」だけ——正しくは再熱器。1語の違いです。
(2)を疑ってしまう——「復水器で失う熱量が減少するため熱効率が向上」は正しい。再生サイクルの原理そのものです。
(3)を疑ってしまう——抽気の圧力・温度が高いほど効果が大きいのは事実。給水をより高い温度まで温められるからです。
(5)も正しい——大容量機はほぼ再熱再生サイクルです。
⏱️ 本番での進め方
①★再熱するのは再熱器。過熱器は飽和蒸気が相手。
②再生サイクル＝復水器で捨てる熱が減るから効率が上がる。
③抽気の圧力・温度が高いほど効果が大きい。
④★過熱器と再熱器は「初めて温めるか、温め直すか」。
💡 覚え方
「過熱器は初めて、再熱器は2度目」——相手の蒸気が違います。再生サイクルは「捨てる熱を減らす」——抽気した分は復水器へ行かないからです。
熱効率向上策の一覧は平成21年度 A問題3（火力：熱効率向上策）にあります。
再生サイクルの構成
抽気した蒸気は、どこへ行くのでしょうか。
| 設備 | 役割 |
| ★高圧給水加熱器 | ★高圧タービンからの抽気で給水を温める |
| ★脱気器 | ★抽気を直接混ぜて温めつつ、溶存酸素を追い出す |
| ★低圧給水加熱器 | ★低圧タービンからの抽気で温める |
復水器を出た水は、低圧側から順に温められていきます——低い温度の熱源から使うのが効率的だからです。
脱気器だけは、蒸気と水を直接混ぜます——そのとき溶けていた酸素が追い出されるのです。
溶存酸素は配管を腐食させます——給水を温めるついでに脱気もできる——一石二鳥の装置だと言えます。
段数と効率
| 給水加熱器の段数 | 効率の向上 |
| 0段（再生なし） | 基準 |
| 3段 | 約4 ポイント |
| ★6〜8段 | ★約6 ポイント |
段数を増やすほど効率は上がりますが、頭打ちになります——設備が増えて複雑になるぶん、6〜8段あたりで折り合いをつけることになります。
再熱サイクルの効果を数字で見る
再熱で何が変わるのかを整理しておきましょう。
| 項目 | 再熱なし | ★再熱あり |
| 熱落差 | 1,250 kJ/kg 程度 | ★1,600 kJ/kg 程度 |
| タービン出口の湿り度 | ★15 ％ 以上 | ★12 ％ 以下 |
| 熱効率 | 基準 | ★2〜4 ポイント向上 |
再熱で加えた熱の分だけ、取り出せる仕事も増えます——分子も分母も増えますが、分子の増え方が大きいのです。
そのうえ湿り度が下がって翼が守られる——効率と保護の両方に効くことになります。
再熱と再生を比べる
| ★再熱サイクル | ★再生サイクル | |
| 取り出す蒸気 | ★高圧段の排気（全量） | ★途中段からの抽気（一部） |
| 行き先 | ★再熱器（ボイラへ戻す） | ★給水加熱器 |
| 効果の出方 | ★分子（仕事）を増やす | ★分母（加える熱）を減らす |
| 副次的な効果 | ★湿り度の低下 | ★復水器の負担軽減 |
効率を上げる方向がまったく違います——だから両方を組み合わせられるのです。
それが(5)の再熱再生サイクル——大容量機の標準になっています。
この1問で押さえること
再熱するのは再熱器——過熱器はドラムから来た飽和蒸気が相手です。
「初めて温めるのが過熱器、温め直すのが再熱器」——この一言で区別できます。
再生サイクルが効率を上げるのは、復水器で捨てる熱が減るから——抽気した蒸気は復水器へ行かないのです。
装置名を問う出題は繰り返される
| 混同されやすい組 | 見分け方 |
| ★過熱器と再熱器 | ★相手が飽和蒸気か、タービンの排気か |
| ★節炭器と給水加熱器 | ★熱源が排ガスか、抽気か |
| ★蒸気加減弁と安全弁 | ★蒸気の行き先がタービンか、大気か |
いずれも「働きの説明は正しいが装置名が違う」という形で出題されます——説明文ではなく装置名を疑うのが解き方です。
3組とも押さえておけば、火力の正誤問題はかなり守れるでしょう。
再生サイクルの3つの記述を確認する
| 記述 | 内容 | 要点 |
| (1) | 抽気して給水加熱を行う | ★再生サイクルの定義 |
| (2) | 復水器で失う熱量が減る | ★効率が上がる理由 |
| (3) | 抽気の圧力・温度が高いほど効果が大きい | ★給水をより高温まで温められる |
定義・理由・条件と、順を追って述べられています——いずれも正しい記述です。
誤りは再熱サイクルを述べた(4)だけ——再生の話が3つ続いた後なので、油断しやすいところでしょう。
まとめ
| (1)再生サイクル | 抽気してボイラの給水加熱→正しい |
| (2)効率向上の理由 | 復水器で失う熱量が減少→正しい |
| (3)向上効果 | 抽気の圧力・温度が高いほど大きい→正しい |
| (4)再熱サイクル | 加熱するのは再熱器（過熱器ではない）→誤り |
| (5)再熱再生サイクル | 大容量汽力発電所のほとんどで採用→正しい。答えは(4) |
▼あわせて解きたい関連問題
・ボイラ設備の正誤（再熱器の行き先）（火力19）：【電力】令和3年度 A問題3
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 平成27年度 問題一覧（全4科目）
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