第一種電工 平成30年度 問17｜電気工事の施工方法

汽力発電所は、ボイラで水を蒸気に変え、その蒸気でタービンを回して発電します。図のⒶは全体を囲む大きな枠で「ボイラ」です。Ⓑはボイラの中で、給水が流れ込む側から高圧タービンへつながる「過熱器」で、蒸気をさらに高温にします。Ⓒは、高圧タービンで仕事をして温度が下がった蒸気を、もう一度加熱して低圧タービンへ送る「再熱器」です。Ⓓは、低圧タービンを出た蒸気を冷やして水に戻す「復水器」です。この組合せはウ（Ⓐボイラ・Ⓑ過熱器・Ⓒ再熱器・Ⓓ復水器）です。

【蒸気の流れを順にたどる】

給水ポンプ → Ⓐボイラ（水を加熱して蒸気にする）→ Ⓑ過熱器（湿り気のない高温の過熱蒸気にする）→ 高圧タービン → Ⓒ再熱器（膨張して温度・圧力が下がった蒸気を再び加熱する）→ 低圧タービン → Ⓓ復水器（冷却水で冷やして水に戻す）→ 給水ポンプ

【図から見分けるコツ】

・復水器は低圧タービンの出口にあり、冷却用の管（図の渦巻き記号）を持つ。

・再熱器は、高圧タービンと低圧タービンの「間」の経路にある。

・過熱器は、ボイラの中で給水側から高圧タービンの入口へつながる経路にある。

・ボイラは過熱器と再熱器を内側に含む大きな枠。

【誤りの選択肢】ア・イはⒹをボイラとしていますが、Ⓓは低圧タービンの出口にあるので復水器です（ア・イはⒷも復水器としており、ボイラの中にあるⒷとは合いません）。エはⒶを復水器としていますが、Ⓐは過熱器と再熱器を内側に含むボイラです。正答はウです。

汽力発電の基本となる「ランキンサイクル」に、効率を上げるための工夫を加えたのが再熱サイクルです。

【ランキンサイクルの4つの過程】

①給水ポンプで水を加圧する → ②ボイラ・過熱器で加熱して高温高圧の蒸気にする → ③タービンで蒸気を膨張させて仕事をさせる → ④復水器で蒸気を冷やして水に戻す。

蒸気が持つ熱のうち、タービンで仕事に変わるのは一部で、残りの多くは復水器で冷却水に捨てられます。汽力発電で最も大きな熱の損失は、この復水器での損失です。

【再熱器を設ける理由】

高圧タービンで膨張した蒸気は温度が下がり、そのまま低圧タービンで膨張を続けると、後段で水滴を含む湿り蒸気になります。水滴はタービンの羽根を浸食し、効率も下げます。そこで、高圧タービンを出た蒸気をボイラ内の再熱器（Ⓒ）へ戻して再び加熱し、低圧タービンへ送ります。これにより、羽根の損傷を防ぐとともに、サイクル全体の熱効率が上がります。

【再生サイクルとの違い】

・再熱サイクル：タービンの途中の蒸気を「ボイラへ戻して再加熱」する。

・再生サイクル：タービンの途中から蒸気の一部を抜き出し（抽気）、その熱で「給水を予熱」する。復水器へ捨てる熱が減るため効率が上がる。

両方を組み合わせた「再熱再生サイクル」が、大容量の汽力発電所で広く採用されています。図に給水加熱器がなく、高圧と低圧のタービンの間に加熱の経路（Ⓒ）があることが、再熱サイクルの図である手がかりです。

【復水器の役割の補足】

復水器は蒸気を水に戻すだけでなく、内部を真空に近い低い圧力に保ちます。タービン出口の圧力が低いほど、蒸気がタービンでする仕事が大きくなり、効率が上がります。