解説 - 問題 5

与えられたP-v線図と小問1の記述から、蒸気原動所の理論サイクル（ランキンサイクル）を構成する各装置の役割を特定し、その名称を導き出します。

• プロセスの分析: 状態点1から状態点2への変化を見てみましょう。P-v線図では、圧力が0.010 MPaから7.000 MPaへと大幅に上昇しています。一方、比体積vは0.001 010 m³/kgでほぼ一定（飽和液線に沿ってわずかに増加）です。これは液体（飽和水）を圧縮して昇圧するプロセスを示しています。
• 小問1の記述との照合: 「状態点1は飽和水である。その飽和水は、装置Aでクされ、状態点2のアとなる。」とあります。ここで「ク」は「圧縮」を意味すると考えられます。液体を圧縮・昇圧する装置はポンプです。
• 結論: 装置Aは、飽和水を高圧の圧縮水へと昇圧する役割を担うポンプです。

• プロセスの分析: 状態点2から状態点3への変化を見てみましょう。P-v線図では、圧力が7.000 MPaで一定に保たれながら、比体積vが大きく増加しています。小問1の記述にあるように、この間に熱が供給され、状態点3の温度は400℃（過熱蒸気状態）に達しています。これは定圧で熱を供給し、水を蒸気に変え、さらに過熱するプロセスを示しています。
• 小問1の記述との照合: 「状態点2の作動流体には装置Bで熱が供給され、状態点3のイになる。」とあります。定圧で熱を供給し、水から蒸気を生成する装置はボイラ（蒸気発生器）です。
• 結論: 装置Bは、高圧水を過熱蒸気へと定圧加熱する役割を担うボイラ（蒸気発生器）です。

• プロセスの分析: 状態点3から状態点4への変化を見てみましょう。P-v線図では、圧力が7.000 MPaから0.010 MPaへと低下し、比体積vは増加しています。このプロセスでは、高温高圧の蒸気が膨張することで仕事を取り出します。小問1の記述から「装置Cでケされ」とあり、「ケ」は「膨張」を意味すると考えられます。
• 小問1の記述との照合: 「状態点3の作動流体は装置Cでケされ、状態点4のエとなる。」とあります。高温高圧の蒸気を膨張させて機械的仕事を取り出す装置はタービンです。
• 結論: 装置Cは、過熱蒸気を膨張させて仕事を取り出す役割を担うタービンです。

• プロセスの分析: 状態点4から状態点1への変化を見てみましょう。P-v線図では、圧力が0.010 MPaで一定に保たれながら、比体積vが減少しています。小問1の記述にあるように、このプロセスで熱を外部に放出し、状態点1（飽和水）に戻ります。これは定圧で熱を放出して蒸気を凝縮させるプロセスを示しています。
• 小問1の記述との照合: 「装置Dにおいて、シ過程で熱を外部に放出し、状態点1に戻る。」とあります。ここで「シ」は「凝縮」を意味すると考えられます。定圧で蒸気を凝縮させて水に戻す装置は復水器です。
• 結論: 装置Dは、低圧湿り蒸気を定圧冷却・凝縮させて飽和水に戻す役割を担う復水器です。