電験三種 令和5年度下期 電力 問3｜発電（火力発電）

電験三種「電力」の汽力発電所の復水器に関する空欄補充問題（令和5年度下期 問3）。正答は(3)です。

復水器は、タービンを通過した後の排気蒸気を冷却して水に戻す装置です。内部を真空に近い状態（真空度）に保つことで、タービン入口蒸気と出口蒸気の圧力差を大きくでき、同じ蒸気量でより多くの仕事を取り出せる、すなわちタービンの効率を高められます。よって(ｱ)排気蒸気(ｲ)真空度(ｳ)圧力差(ｴ)効率の組合せとなり、正答は(3)です。

【復水器の役割と真空度・圧力差・効率の関係】（令和5年度下期 問3）

(ｱ) 復水器が冷却するのは、タービンの仕事をし終えて出てきた「排気蒸気」です。「抽気蒸気」はタービン途中から給水加熱用に取り出す蒸気で、復水器が冷却する対象とは異なります。

(ｲ) 復水器内部を「真空度」の高い状態（絶対圧力をできるだけ低く）に保つことで、タービン出口側の圧力を下げます。

(ｳ) 真空度を高くしてタービン出口圧力を下げると、タービン入口の高い蒸気圧力との「圧力差」が大きくなります。

(ｴ) 入口と出口の圧力差（＝利用できる熱落差）が大きいほど、同じ量の蒸気からより多くの仕事を取り出せるため、タービンの熱「効率」が高まります。

したがって(ｱ)排気蒸気(ｲ)真空度(ｳ)圧力差(ｴ)効率の組合せである(3)が正答です。「温度」「温度差」「回転速度」は、本文が述べている圧力に基づく仕事の取り出し方とは異なる概念であり、これらを含む(1)(2)(4)(5)は誤りです。

【復水器の真空度がタービン効率に与える影響】（令和5年度下期 問3）

汽力発電所のランキンサイクルでは、ボイラで発生させた高温高圧の蒸気をタービンで膨張させて仕事（回転エネルギー）を取り出し、仕事をし終えた排気蒸気を復水器で水に戻して給水として再利用します。タービンが取り出せる仕事の大きさは、入口蒸気と出口蒸気のエンタルピー差（熱落差）で決まり、この熱落差は入口圧力を高くするだけでなく、出口圧力（＝復水器内の圧力）をできるだけ低くすることでも大きくできます。

復水器は、冷却水（海水や循環水）で蒸気を凝縮させることで、内部を飽和蒸気圧に相当する非常に低い絶対圧力（大気圧よりはるかに低い真空に近い状態、一般に数kPa程度）に保ちます。この真空度が高い（圧力が低い）ほど、タービン出口圧力が下がり、入口圧力との圧力差＝利用可能な熱落差が増えるため、同じボイラ条件でもタービンの熱効率を高められます。逆に、冷却水温度の上昇や冷却管のスケール付着、空気漏入などで真空度が低下すると、出口圧力が上がって熱落差が減り、発電端出力・熱効率ともに低下します。

このため火力発電所の運転管理では、復水器の真空度（背圧）を常時監視し、冷却水量の確保・復水器内の空気抽出（エゼクタや真空ポンプによる不凝縮ガスの排出）・伝熱管の清浄度維持が重要な保守項目となります。また、復水器で凝縮した水（復水）は、復水ポンプ・給水ポンプで昇圧され、給水加熱器（タービンからの抽気で予熱）を経てボイラに戻されます。誤答の「抽気蒸気」はこの給水加熱に使う蒸気で、復水器に入る蒸気ではありません。また(ｴ)の「回転速度」は、発電機を系統周波数に同期させるため一定に保つもので、復水器の真空度で高めるものではありません。