ランキンサイクル わかりやすく
世界の電気のほとんどは、水が蒸気になり再び水へ戻る一つの輪から生まれます。ランキン循環はその水をボイラー、タービン、復水器、ポンプへ順に送り、効率が上がる理由はまさにその相の変化にあります。
ボイラーが熱を受け、タービンが仕事を出し、復水器が熱を捨て、ポンプが液体を再び持ち上げます。石炭を焚いても原子炉を使っても日光を集めても、変わるのは熱源だけで、水が巡る輪そのものはほぼ同じままです。
T-s 平面で循環は飽和ドームにぴったり寄り、T-s 図では各段階がやりとりした熱がその経路の下の面積になり、閉じた輪が囲む面積は正味に受けた熱で、一周ではそれが正味の仕事に等しくなります。ボイラー温度が上がると輪が大きくなり、その面積、つまり正味の仕事も一緒に大きくなります。
正味の仕事はタービンが出した仕事からポンプが使った仕事を引いたものです。ポンプは液体を押すだけなので仕事はごく小さく、タービンの仕事のほぼ全部が残ります。液体はほとんど縮まないので、水を高い圧力まで押しても体積はわずかしか減らず、気体を押したならタービンの仕事の大きな分を戻し入れたはずです。
蒸気をドームの上までさらに熱する過熱は、熱を入れる平均温度を上げて効率を高め、タービンを出る蒸気をより乾かします。出口が湿っていると水滴が速く回る翼を叩いて削り、蒸気を乾いたままにするとその削れを防いで翼がより長くもちます。
装置は四つで、効率は η = WnetQH と書かれ、水を使う理由は相の変化のおかげでほぼ一定の温度で熱をやりとりしながらポンプの費用がほとんどないからです。次は相の変化がない気体の循環、オットーとディーゼルです。今の蒸気発電所は熱の 40% ほどを電気に変え、ガスタービンを前に置いた複合発電ではその値が 60% を超えます。