技術士 第一次試験 専門科目 機械部門 熱工学 練習問題 第5問: 水を作動流体とするランキンサイクルの理論熱効率に関する次の記述のうち、最も適切なものはどれか。ただし、記述に挙げた条件以外は変えないものとする。

「復水器の圧力を下げると…熱効率が上がる」が適切です。純物質では飽和圧力が高いほど飽和温度が高く（DOE Fundamentals Handbook Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid Flow Vol.1 Saturation）、可逆サイクルの効率は1−TC/THで、熱を受ける温度が高く捨てる温度が低いほど大きくなります（同 Second Law 式1-23）。

同書のRankine Cycleによれば、ランキンサイクルは圧縮を液相に限るのでポンプの仕事は小さく、100℃の飽和水をゲージ圧で約6.9 MPa（1000 psig）まで圧縮しても温度は約0.6 K（1°F）しか上がりません（換算はNIST SP 811）。再熱は高圧タービンを出た蒸気を再び加熱してから低圧タービンで膨張させるもので（同書の例では湿分分離再熱器で湿り蒸気を乾かして過熱）、出口の湿り度を小さくします。

復水器での過冷却は捨てる熱とボイラで補う熱を増やし、効率を下げます。熱効率は、復水器の圧力を下げるほど、ボイラの圧力を上げるほど上がります。