令和5年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問30 解説 問3 問3

復水器はタービンから出る排気蒸気を冷却して水に戻す装置であり、内部を真空に保つことでタービン入口と出口の圧力差を増大させ、発電所の熱効率を高める役割を担っています。

復水器の機能と熱力学的サイクル

汽力発電所におけるランキンサイクルでは、ボイラで発生した高温・高圧の蒸気がタービンを回転させる仕事を行い、その後、タービンから排出される蒸気を復水器で冷却し、ポンプで再びボイラへ送ることで循環させています。

タービンが外部へ仕事を取り出す能力は、入口蒸気の熱エネルギーと出口蒸気の熱エネルギーの差によって決まります。この出口側の圧力が低ければ低いほど、蒸気はより膨張し、熱エネルギーを効率よく回転動力に変換できます。復水器は、蒸気を冷却・凝縮させる際に体積が激減する性質を利用し、容器内を大気圧よりも低い圧力状態、すなわち真空に保持する役割を果たします。

復水器の状態とタービン効率への影響

復水器の役割について、以下の手順で各項目を特定します。

1. タービンを通過した後の蒸気は排気蒸気と呼ばれます。復水器はこれを受け取り、冷却水との熱交換によって凝縮し、水に戻すことで、ボイラへ給水するための復水として回収します。
2. 復水器内部で蒸気が凝縮すると急激に体積が減少するため、この状態を維持することを「真空度を保持する」と表現します。真空度が高い（圧力が低い）ほど、タービン出口の圧力は低下します。
3. タービン入口圧力と出口圧力の差を圧力差と呼びます。出口の圧力が下がることで、タービン全体の入口蒸気と出口蒸気の圧力差は拡大し、蒸気が持つ膨張エネルギーをより多く仕事として取り出せるようになります。
4. タービンにおいて、入力した熱エネルギーに対してどれだけ効率よく仕事に変換できたかを示す指標が熱効率です。圧力差を大きくすることで蒸気の膨張が促進されるため、タービンの熱効率は向上します。

タービンの構造図と蒸気の流れを重ねてみると、復水器が作り出す低圧環境によって、蒸気がタービンを通り抜ける際の流れの勢いが変わる様子が見えてきます。

参考リンク

• 【電験三種】汽力発電の熱サイクルと効率のポイント
• 【火力発電所】復水器の仕組みと真空の重要性
• ランキンサイクルの熱力学的定義とエネルギー変換