今回は令和5年度下期 電力科目 A問題3を解説します。汽力発電所の復水器について、何を冷却するのか、内部に何を保持するのか、そしてそれがタービンの何を高めるのかを問う空欄補充問題です。
復水器の役目は2つ。①蒸気を水に戻して回収することと、②内部を真空に保ってタービンの背圧を下げること。真空にすると入口と出口の圧力差が大きくなり、その分だけ多くの仕事が取り出せるので効率が上がります。
出題のポイント：復水器の真空度とタービン効率
復水器はタービンの排気蒸気を冷却して水に戻し、復水を回収します。内部の真空度を高く保つことで出口圧力を下げ、入口と出口の圧力差を大きくしてタービン効率を高めます。
令和5年度下期 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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和5年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題3
電験3種 電力科目 【火力】 令和5年度下期 A問題3
次の文章は、汽力発電所の復水器に関する記述である。汽力発電所の復水器は、タービンの(ア)を冷却し水に戻して復水を回収する装置である。内部の(イ)を保持することで、タービンの入口蒸気と出口蒸気の(ウ)を大きくし、タービンの(エ)を高めている。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)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) (1) 抽気蒸気 真空度 圧力差 回転速度 (2) 排気蒸気 温度 温度差 効率 (3) 排気蒸気 真空度 圧力差 効率 (4) 抽気蒸気 真空度 温度差 回転速度 (5) 排気蒸気 温度 温度差 回転速度
復水器は排気蒸気を水に戻す
本問の(ウ)は「圧力差」——タービンが仕事をする源です。
| 入口（高圧） | 出口（低圧） | |
| 圧力 | ★24 MPa 程度 | ★5 kPa 程度 |
| 温度 | ★600 ℃ | ★33 ℃ |
| 蒸気の状態 | 過熱蒸気 | 湿り蒸気 |
圧力差がおよそ5,000倍——この差を通り抜ける間に、蒸気は仕事をします。
出口の圧力を下げれば下げるほど、使える差が大きくなる——だから真空にするのです。
真空度が圧力差を大きくし効率を高める
蒸気1 kg が持っているエネルギーの差——これが熱落差（断熱熱落差）です。
| 復水器の圧力 | 出口の h₂ | 熱落差（h₁＝3,400 とすると） |
| 大気圧 | 約2,600 kJ/kg | 800 kJ/kg |
| ★10 kPa | ★約2,250 kJ/kg | ★1,150 kJ/kg |
| ★5 kPa | ★約2,150 kJ/kg | ★1,250 kJ/kg |
大気圧のままだと熱落差は800——5 kPa まで下げれば1,250。1.5倍以上の仕事が取り出せることになります。
同じ蒸気を作るのに要る燃料は変わりません——取り出せる仕事だけが増えるのですから、そのまま効率の向上になります。
真空度はどこまで下げられるか
限界を決めるのは冷却水の温度——海水より冷たくはできません。
| 季節 | 海水温度 | 復水器の圧力 | 熱効率 |
| ★冬 | ★低い（10 ℃ 台） | ★低くできる | ★高い |
| ★夏 | ★高い（25 ℃ 以上） | ★下げられない | ★低い |
同じ発電所でも、冬のほうが効率がよい——海水が冷たいからです。
冷却水の温度＋数 ℃ が凝縮温度の限界——その温度の飽和圧力が、達成できる真空度になります。
⚠️ よくある間違い
(イ)を「温度」としてしまう——選択肢(2)(5)がそれです。
「内部の温度を保持する」では意味が通りません——復水器が保つのは真空度。温度は冷却水しだいで決まるものです。
(エ)を「回転速度」としてしまう——選択肢(1)(4)(5)。回転速度は系統周波数で決まるので、復水器では変えられません。
(ア)を「抽気蒸気」としてしまう——選択肢(1)(4)。抽気は給水加熱器へ送るものです。
(ア)と(エ)の2欄で確定できます。
⏱️ 本番での進め方
①(ア)★復水器に入るのは排気蒸気。
②(イ)真空度。温度ではない。
③(エ)★効率。回転速度は周波数で決まるので変わらない。
④★真空度を高める＝熱落差を大きくする＝効率向上。
💡 覚え方
「出口を下げれば落差が増える」——水力の落差とまったく同じ発想です。限界を決めるのは冷却水の温度——だから夏より冬のほうが効率がよいのです。
同じテーマが平成18年度 A問題1（火力：復水器の空欄補充）にあります。内容はほぼ同じですが答えの番号が違うので注意してください。
空欄の絞り込み手順
4つの空欄がありますが、2つで確定します。
| 確定させる欄 | 正しい語 | 残る選択肢 |
| (エ) | 効率 | ★(2)(3) |
| (イ) | 真空度 | ★(3)に確定 |
(エ)は「タービンの〜を高めている」——回転速度は系統周波数で決まるので変えられません。効率 です。これで3つ落ちます。
(イ)は「内部の〜を保持する」——復水器が保つのは真空度。2手で確定します。
復水器の主な役割は3つ
| 役割 | 内容 |
| ★真空を作る | ★タービン出口の圧力を下げて熱落差を増やす |
| ★復水を回収する | ★純度の高い水をボイラへ戻す |
| 脱気する | 溶け込んだ酸素を抜いて腐食を防ぐ |
「真空を作る」と「水を回収する」が2本柱——問題文もこの順で述べています。
ボイラ給水は極めて高純度でなければなりません——一度使った水を捨てずに回収するのは、純水を作り直す費用が大きいからでもあります。
真空度が落ちると何が起きるか
復水器の真空度は、日々の運転で監視される値です——落ちると多方面に影響します。
| 影響 | 内容 |
| ★熱効率の低下 | ★熱落差が減り、同じ燃料で出せる出力が減る |
| ★出力の低下 | ★最大出力そのものが下がる |
| タービン排気室の温度上昇 | 最終段翼が過熱するおそれ |
| 真空度低下による保護動作 | 限度を超えるとタービンが自動停止する |
真空度の低下は、機器を傷める前触れでもあります——だから保護装置が組み込まれているのです。
真空度が落ちる原因
| 原因 | 内容 |
| ★空気の漏れ込み | ★軸封部やフランジから大気が入る |
| ★冷却水量の不足 | ★循環水ポンプの不調・取水口の詰まり |
| ★管の汚れ | ★貝や藻が付いて熱が伝わらなくなる |
| 空気抽出器の性能低下 | 抜く力が足りない |
海水を使うので、生物の付着は避けられません——定期的に管を掃除することになります。
運転中でもスポンジ状のボールを流して内壁を掃除する方式——ボールクリーニングが使われることもあります。
冷却水をどう確保するか
大量の冷却水が要るので、取水の方式も設計の一部です。
| 方式 | 仕組み | 適地 |
| ★海水直流冷却 | ★海水を汲み上げて一度使い、海へ戻す | ★沿岸（我が国の火力はほぼこれ） |
| 冷却塔（クーリングタワー） | 水を循環させ、大気に熱を逃がす | 内陸 |
我が国の火力・原子力はほぼ海沿い——海水を直接使えるので冷却塔が要りません。
内陸の国では、大きな冷却塔から湯気が上がる光景が見られます——水を蒸発させて熱を捨てているのです。
温排水という課題
使った海水は7 ℃ ほど温まって戻されます——これが温排水です。
| 対策 | 内容 |
| ★深層取水 | ★冷たい深いところから取る（効率も上がる） |
| ★表層放水・水中放水 | ★拡散させて温度差を早く薄める |
| 放水口を離す | 取水口へ回り込ませない |
温まった水を取水口へ吸い込んでしまうと、真空度が落ちます——効率のためにも、取水と放水は離す必要があるのです。
環境への配慮と発電効率が、同じ方向を向いている——珍しく利害が一致する例だと言えるでしょう。
復水器まわりの補機
| 機器 | 役割 |
| ★循環水ポンプ | ★冷却水（海水）を送り込む |
| ★復水ポンプ | ★溜まった復水を給水系へ送り出す |
| ★空気抽出器 | ★漏れ込んだ空気を抜いて真空を保つ |
| 除じん装置 | 取水口のごみやくらげを取り除く |
循環水ポンプは所内電力を大きく消費します——毎秒数十トンの海水を持ち上げるのですから当然でしょう。
復水ポンプは、真空の中から水を吸い出す特殊な役目——吸込側が負圧なので、キャビテーションを起こしやすいのです。だから低い位置に据えられます。
まとめ
| (ア) | タービンの排気蒸気を冷却して復水を回収 |
| (イ) | 内部の真空度を保持する |
| (ウ) | 入口蒸気と出口蒸気の圧力差が大きくなる |
| (エ) | 取り出せる仕事が増えタービンの効率が高まる |
| 答え | (3) |
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