問題 5

次の各文章の【1】～【4】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。 また、【A abcd】については表から読み取り、【B ab.c】～【H a.bc】については当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。(配点計50点) ボイラで発生した蒸気が、絞り弁で減圧されて熱交換器の熱源に利用されるシステムについて考える。なお、水及び蒸気の状態量を用いる計算には表1及び表2の数値を用いること。ここで、$v$は比体積、$h$は比エンタルピー、$s$は比エントロピーとし、符号'は飽和水状態、符号''は乾き飽和蒸気状態を表す。 1) 絞り弁で減圧する前の圧力1.0MPaの湿り蒸気を断熱状態で絞り膨張させたところ、減圧後の圧力が0.2MPaで温度が140℃の過熱蒸気となった。 i) 絞り膨張過程は、運動エネルギーの変化を無視できると考えられることから、【 1 】変化として扱うことができるので、絞り膨張により減圧する前の湿り蒸気の比エンタルピーは、[kJ/kg]となる。また、減圧した後の過熱蒸気の過熱度は[K]となる。

ii) 減圧する前の湿り蒸気の乾き度$x$を求めたい。乾き度$x$は、湿り蒸気の比エンタルピー$h$、飽和水の比エンタルピー$h'$及び乾き飽和蒸気の比エンタルピー$h''$を用いて、式【 2 】で求められる。したがって、表の値を用いて、$x$ = ×$10^{-1}$となる。

iii) 減圧する前の湿り蒸気の比体積及び比エントロピーは乾き度$x$を用いて計算できるので、絞り膨張過程で減圧したことにより、蒸気の比体積の増減については×$10^{-1}$[$m^3$/kg]の増加となり、比エントロピーの増減については×$10^{-1}$[kJ/(kg·K)]の【 3 】となることが分かる。

2) 減圧された圧力0.2MPaの過熱蒸気を、圧力一定のもとで熱交換器の加熱源として利用した結果、過熱蒸気は飽和水の状態まで冷却された。 i) このとき加熱用に使われた熱量は、過熱蒸気1kg当たり[kJ/kg]となる。この熱量は、減圧せずに圧力1.0MPaのまま飽和水の状態まで加熱源として用いた場合の熱量と比較して、蒸気1kg当たり[kJ/kg]の【 4 】となる。