旅客機のエアコンに利用されている「エアサイクルマシン」について知りたいのですが。エアサイクルマシンの概要はタービンエンジンのコンプレッサーによって作り出された圧縮空気をヒートエクスチェンジャーによって冷やすと言う物。システム構成はエンジン(コンプッレサー)⇒コンプレッサー(圧縮)⇒ヒートエクスチェンジャー⇒タービン(膨張)です。
特にコンプレッサーとタービンの作動、役目を詳しく知りたいのでお願いします。

A 回答 (1件)

半分程度しか質問の答えにはなっていませんが、私はこれでもよくわかりました。



参考URL:http://www.jalcard.co.jp/members/agora/agora16.h …
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Q準静的過程,可逆サイクル,熱効率 (熱力学)

熱力学に関して以下の様に理解しております.
しかしこの理解はどこかが間違っているはずです.
そこで,その間違いはどこなのか,どの様に間違っているのかを指摘して下さると幸いです.



(1) 任意のサイクルにおいて,そのサイクルを常に平衡を保った状態で(準静的に)
  完了すれば,そのサイクルは可逆サイクルである.

(2) 可逆サイクルは最も熱効率のよいサイクルである.

(3) (1),(2)より,任意のサイクルを準静的に完了すれば,そのサイクルは
  最も熱効率の良いサイクルである.



上の理解はどこかが間違っているはずなのです.
なぜなら,(3)より,カルノーサイクルでもオットーサイクルでもディーゼルサイクルでもブレイトンサイクルでも,
サイクルを準静的に完了すれば全て同じ熱効率となってしまうためです.

Aベストアンサー

一言で言えば,熱源の数が違います.

最初に効率の定義を確認しておきましょう.
1サイクルでもらった熱量を Q2,
捨てた熱量を Q1
総仕事(外にする方を正と勘定)を W とするとき,
熱機関の効率ηは
(1)  η = W/Q2
で定義されます.
エネルギー保存則によって
(2)  Q2 - Q1 = W
ですから
(3)  η = 1 - Q2/Q1
と書くこともできます.
ここまでは効率の定義で,最大とかいう話はまだ出てきません.

さて,カルノーサイクルは2つの熱源の間で動作し,
その効率ηは
(4)  η = (T2-T1)/T2
に等しいことが知られています.
T2 は高温熱源の温度,T1 は低温熱源の温度.
カルノーサイクルでは,
作業物質の温度が T2 から T1 に移る(あるいはその逆)ときには
断熱過程で移りますから,
上記の2つの熱源以外に熱源は要りません.
で,カルノーの定理は
【ただ2つの熱源の間で動作する可逆機関】はすべて同じ効率をもち,
その効率は(4)である,
というものです.【】に注意.

ところが,他のサイクルではそうは行きません.
他のサイクルには等圧変化過程や等積変化過程があります.
これらの過程では必ず熱の出入りがあります.
で,準静的変化(可逆変化)では,
熱の移動の時に温度差があってはいけませんから(☆1),
例えば等圧変化で温度が Ta から Tb まで変化したとすると,
熱をやりとりする相手の熱源は温度が Ta から Tb までの連続無限個の
ものが必要になります.

したがって,カルノーサイクル以外のものは
【ただ2つの熱源の間で動作する可逆機関】
ではないのです.

カルノーサイクル以外のサイクルでは熱を授受する温度は
最高温熱源から最低温熱源まで分布しているわけですから,
カルノーサイクルとは効率が違って当然でしょう.
(4)は高温熱源の温度が高いほど,低温熱源の温度が低いほど,
効率がよいということを意味していますから,
熱源温度が連続的に T2 から T1 まで分布していたら
効率はカルノー効率(4)より小さくなることは容易に想像できます.
実際,クラウジウスの不等式を用いることによって,
このことを示すことができます.

(☆1) 本当に温度差がゼロでは熱が移動しませんから,
無限小だけ温度差があると思うべきでしょう.
温度差を小さくすることによって,
非可逆性の影響はいくらでも小さくできると考えられています.
この意味で,可逆機関は理想極限ですね.
ただし,これはオットーサイクルなどの効率がカルノー効率と違うこととは
別の話です.

(★) 本文からおわかりと思いますが,
【ただ2つの熱源の間で動作する可逆機関】は
本質的にカルノー機関しかありません.
したがって,カルノーの定理は,
効率が作業物質によらない(理想気体でも非理想気体でも同じ),というところが最も大事です.

(★) 熱機関は1サイクル回って元の状態に戻るのですから,
束縛エネルギーなどため込んではいけません.
エネルギー保存則(2)は常に成り立っています.
hitokotonusi さんはエントロピー出入りの話と混同されているように思われます.

一言で言えば,熱源の数が違います.

最初に効率の定義を確認しておきましょう.
1サイクルでもらった熱量を Q2,
捨てた熱量を Q1
総仕事(外にする方を正と勘定)を W とするとき,
熱機関の効率ηは
(1)  η = W/Q2
で定義されます.
エネルギー保存則によって
(2)  Q2 - Q1 = W
ですから
(3)  η = 1 - Q2/Q1
と書くこともできます.
ここまでは効率の定義で,最大とかいう話はまだ出てきません.

さて,カルノーサイクルは2つの熱源の間で動作し,
その効率ηは
(4)  η = (T2-T1)/T...続きを読む

Qre:5374013 サイクルの最大効率と異なるサイクルの効率の比較について

質問番号:5374013
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa5374013.html

に関して解答を書いている間に締め切られてしまいましたので、あらたに質問として起こします。

熱力学でサイクルの効率を考えるとき、熱効率は

η=W/Q1 (Q1:吸熱)

で定義されます。ここでエネルギーの保存則

W = Q2 - Q1 (Q2:放熱 Q1:吸熱)

を使うと熱効率は

η=W/Q1=1-Q2/Q1

と書くことができます。

ここで、このエネルギー保存の式がサイクルの可逆不可逆によらず成立しているとしてしまうと、不可逆のカルノーサイクルの効率も最大効率になってしまいます。わかりやすく、不可逆が断熱過程にあるとして等温過程を可逆とするとQ1, Q2は全体が可逆なカルノーサイクルと正確に等しいですから。したがって、このエネルギー保存の式は不可逆過程では成り立たず、散逸するエネルギーをδQとして

Q1-Q2 = W + δQ > W

と修正する必要があります。

不可逆過程が存在する場合、サイクルが完全に元に戻っているとすると、外部のどこかにエントロピー生成があるはずです。不可逆過程では熱源も外部も含めた全体を一つの孤立系として、全体のエントロピーが増大しないといけませんから。したがって、このエントロピー生成によって生じた束縛エネルギーがδQに対応するはずです。

前置きはこのくらいにして、本題に入ることにします。

少し考えてみるとカルノーサイクルとほかのサイクル、たとえば、オットーサイクルの効率を比較するというのは結構厄介な問題だということに気がつきます。

可逆カルノーのサイクルに限っても、T1=500Kに固定したとしてT2=400KとT2=100KではT2=100Kの方が効率がいいですが、どちらも熱力学的な意味では最大効率です。

オットーサイクルにしても、四つの温度をどう設定するかで効率の値は変わってきますが、全過程が可逆であればそれは値の大小によらず全て熱力学的な意味では最大効率です。

なので、可逆サイクルであっても条件の設定によって最大効率のときの効率の値は変わってしまいますから、異なるサイクルの効率を比較する場合、条件を対等にして比較しないと意味がないことになります。そこで、この対等な条件という物を模索しないといけないのですが、これがどうにもわからないのです。結局考えてみても、Q1, Q2の値が等しいという条件で外に取り出せるWの大小を比較するしかないように思うのですが、そうすると、可逆サイクルではW=Q1-Q2が成り立つので、可逆であればすべてのサイクルの効率は等しいという結論になってしまいます。

よくみるカルノーサイクルとオットーサイクルの効率の比較では、オットーサイクルの最高温度、最低温度をカルノーサイクルの熱源の温度に等しく置いています。こうすると、オットーサイクルのTS線図がカルノーサイクルのTS線図の中にすっぽり入ってしまうのでオットーサイクルのほうが効率が低いことになるのですが、これは、

「オットーサイクルの最高温度、最低温度をカルノーサイクルの熱源の温度に等しく置く」

という新たな条件を付加したうえでの比較なので、熱力学的な最大効率とは無関係と思われます。

以上を踏まえまして、異なるサイクル間の熱力学的な意味での効率の比較について、ご意見を賜りたいと思います。

質問番号:5374013
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa5374013.html

に関して解答を書いている間に締め切られてしまいましたので、あらたに質問として起こします。

熱力学でサイクルの効率を考えるとき、熱効率は

η=W/Q1 (Q1:吸熱)

で定義されます。ここでエネルギーの保存則

W = Q2 - Q1 (Q2:放熱 Q1:吸熱)

を使うと熱効率は

η=W/Q1=1-Q2/Q1

と書くことができます。

ここで、このエネルギー保存の式がサイクルの可逆不可逆によらず成立しているとしてしまうと、不可逆のカル...続きを読む

Aベストアンサー

>それというのはW/Q1でしょうか?
>当然効率の比較とはこれ(W/Q1)を比較するのですが、可逆サイクル同士の
>比較であっても、その比較の仕方が問題であるということなのですが。

効率を比で表すのは、何と言うか個々のサイクルの効率の算出に用いた数値などの違いを隠してくれるのではないかと思っただけなのです。その意味で、例えば高熱源の温度とか低熱源の温度に縛られない公平な比較の方法ではないかと思ったのです。

>普通、オットーサイクルよりもカルノーサイクルのほうが効率が高いと
>言いますが、これはそのような比較の仕方を選択している(TS線図が
>外接するようにカルノーサイクルをとる)だけの話で、熱力学のいう最
>大効率とは関係ない話ではないか?というところはどうですか?

カルノーサイクルの効率が最大であるという証明は、いわゆる背理法を用いたものなので、他のサイクルの種類や、熱源の温度などには依存しないはずです。つまり、もし、カルノーサイクルの効率が最高でないと仮定すると矛盾が導かれるのです。この結果は動作流体などには依存しません。ただし、以前のどなたかの指摘通り、熱源が二つ必要なサイクルに限られます。
 実際、オットーサイクルなどは、動作流体によって効率が変化するのです。また、スターリング・サイクルと呼ばれるサイクルは2本の等容変化と、2本の等温変化からなるサイクルですが、明らかに熱源が二つだけだとまずい事になります。ただし、理論熱効率はカルノーサイクルと同じです。

>たとえばカルノーサイクルを考えるときに、Q2は低温側熱源への放熱
>という明確な定義があります。不可逆がたとえばピストンのコネクティ
>ングロッドの摩擦などから生じていた場合、これをQ2に含めてしまう
>わけにはいかないと思いますがどうでしょう?

そうかも知れませんが、でも、いずれにしても、得られる仕事は小さくなっていなければおかしいです。それに、いったん蓄熱機にでも入れて熱機関が廃熱するときに一緒に捨てましたと言っても良いのではないかと。
でも、排熱Q2の中に何らかの損失によって、発生する熱を含ませるか含ませないかは別にして、エネルギー保存即では、最初から明示しておいた方が良いかと思います。ただQ2に入れておいた方がいろいろな意味で楽だと思います。

もうだいぶ眠いので、何言っているか判らないかもしれませんが、よろしければがんばって見てください。

>それというのはW/Q1でしょうか?
>当然効率の比較とはこれ(W/Q1)を比較するのですが、可逆サイクル同士の
>比較であっても、その比較の仕方が問題であるということなのですが。

効率を比で表すのは、何と言うか個々のサイクルの効率の算出に用いた数値などの違いを隠してくれるのではないかと思っただけなのです。その意味で、例えば高熱源の温度とか低熱源の温度に縛られない公平な比較の方法ではないかと思ったのです。

>普通、オットーサイクルよりもカルノーサイクルのほうが効率が高いと
>言いま...続きを読む

Q2サイクルと4サイクルエンジン

2サイクルエンジンと4サイクルエンジンの長所・短所を教えてください。

2サイクルエンジンのほうが高いトルクが得られるのにどうして自動車・最近のバイクは4サイクルエンジンなのですか?

Aベストアンサー

4サイクルエンジンは、吸気・圧縮・燃焼・排気の行程が明確に分かれていますが、2サイクルは圧縮中にクランク室に吸気するなど同時進行で行われ、吸排気バルブもありません。そのため吸排気は、シリンダーに新しい混合気を送り込み、燃焼したあとの排気ガスを押し出すという方法で行われます。この時どうしても排気ガスに新気が若干混じって排出されてしまうので燃費で不利になりますし、混合気に潤滑オイルを混ぜて燃焼させるので環境規制をクリアすることが難しいのです。4サイクルの方が、燃焼や吸排気行程が明確に分かれている分、細かく制御しやすく、環境規制をクリアするには有利です。
2サイクルエンジンが規制をクリアするには大きく重い補機類を付けることになって2サイクルエンジンのシンプルコンパクトというメリットが失われます。

また四輪自動車の場合、車体が大きく重いので低速トルクの出しやすい4サイクルエンジンの方が性格的に合っています。2サイクルはパワーバンドというトルクの山谷がはっきり出るので、下から上までまんべんなくトルクが必要な4輪には向かない、ということでは。

Q圧縮機で空気を圧縮するとき空気の質量は変化しますか?

熱力学の問題なんですが、変化のプロセスが次の通りです。
初期状態1、P1=0.1M T1=298.15 
1~2第一圧縮 P2=0.6M T2=?
2~3冷却 P3=? T3=298.15
3~4第二圧縮 P4=3.6M T4=?

という問題で求めるものは1㎏当りの駆動仕事と、熱交換機の放熱量です。

疑問点は2つです。   (1)この時の圧縮は、等容変化なのか、断熱変化なのか。
(2)冷却は等容変化なのか、等圧変化なのか。

最初は圧縮は断熱変化で、冷却は等圧変化だと思ったのですが根拠がなく困ってます。

Aベストアンサー

こんにちは。

(1)
「圧縮」は体積(容積)を小さくするという意味でしょうから、
等容変化とは考えにくいです。
また、断熱変化であるか否かはどこにも書かれていませんので、
断熱変化であるか否かは断言できません。
ただ、文脈からして、断熱変化であることが推測されます。
たぶん、断熱変化でしょう。


(2)
体積が固定されるとも圧力が固定されるとも書かれていませんので、
どちらとも言えませんし、どちらでもないかもしれません。
しかし、
冷却中に圧力が一定に保たれるようにするのはややこしいので、
熱機関では、あまりやらないと思います。
ですから、等圧変化ではないと推測されます。

たぶん、一定の体積のまま温度を下げたら、それに伴って圧力が‘勝手に’下がる、ということなのでしょう。
おそらく、等容変化です。


以上、ご参考になりましたら。

Q2サイクルと4サイクルの違い

タイトルで書いたとおり2サイクルと4サイクルの違いが分かりません。2サイクルは加速がいい、4サイクルは燃費が良いみたいなことを耳にしたことがあります。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

2サイクル 4サイクルはガソリンの燃焼方法が違うからです
ガソリンを燃やすには
給気(ガソリンと空気)
 ↓
圧縮(燃えやすくするために)
 ↓
点火(燃やします)
 ↓
排気(マフラーに送る)
この工程を順番に一つずつするのが4サイクルエンジンで
2サイクルは 給気と圧縮  点火と排気 という感じで
短縮して行います
 
単純に4サイクル1回転に対し2サイクルは2回転できると思ってください

だから2サイクルエンジンは高回転までエンジンが
回り スピードが出やすい(加速がいい分トルクが少ない)
 
4サイクルエンジンは回転が遅い分(加速感が少ないがトルクはある) 燃費がよい と思ってください 

でも 原付バイクより上の排気量になると そんなに変わりませんし
スピードも出せないので・・・原付はかなり違いが出ますよ(実感)

Q発電の仕組み タービン

火力も原子力もタービンを回して発電していますが、タービンと発電機の仕組みがよく分かりません。なぜタービンを回すことで電気が出来るのですか?

Aベストアンサー

電線の近くで、磁石を動かすと電気が起きます。
これが、基本的な発電機の原理です。
電線を沢山巻き付けて、"コイル"と言うものをつくり、その近くで磁石を動かし続けると、効率よく発電する事が出来ます。
自転車のライトを点けるための発電機も同じ仕組みです。
タイヤに押し当てて、クルクル回る部分が中にある磁石を動かして、発電させています。

火力発電や原子力発電の場合は、水を沸騰させて蒸気をつくり、その圧力で"タービン"と言う大きな風車を回します。
その風車が発電機につながっていて、発電機を回して電気を起こします。

火力発電は、石油や石炭など比較的コントロールが容易な燃料を使ってますが、排ガスや多量の二酸化炭素を排出するなどの欠点もあります。

原子力発電は、放射性物質を使うため、その扱いが非常に難しく大変ですが、少しの燃料で膨大な熱量が得られるので効率的で、二酸化炭素等も出ません。
ただし、放射性廃棄物の処理が大問題です。

http://www.ed-eyes.com/karyoku/karyoku.html

http://www.fepc.or.jp/hatsuden/karyoku.html
http://www.fepc.or.jp/genshi/genshi1.html

電線の近くで、磁石を動かすと電気が起きます。
これが、基本的な発電機の原理です。
電線を沢山巻き付けて、"コイル"と言うものをつくり、その近くで磁石を動かし続けると、効率よく発電する事が出来ます。
自転車のライトを点けるための発電機も同じ仕組みです。
タイヤに押し当てて、クルクル回る部分が中にある磁石を動かして、発電させています。

火力発電や原子力発電の場合は、水を沸騰させて蒸気をつくり、その圧力で"タービン"と言う大きな風車を回します。
その風車が発電機につながっていて、...続きを読む

Q2サイクルのバイクについて

突然失礼致します。
自分は4サイクルのバイク(原付)に乗っているものなんですが、まだ友達で2サイクルのバイクに乗っているヤツがいます。
そこで以前から若干疑問に思ってたことがあるんですが、2サイクルエンジンは4サイクルエンジンに比べて燃費がかなり悪いですよね?
(もちろん理由には車体重量などいろいろあるとは思いますが)

2サイクルエンジンが4サイクルエンジンと比べて燃費が格段に悪い理由はなにが原因でなぜなのでしょうか!?

Aベストアンサー

2サイクルは4サイクルの二倍の数ほど燃焼しているため単純に二倍の燃料が必要な為。
排気と吸気が同時のサイクルで実施する為、排気を押し出して、綺麗な混合気になるように吸気を排気側まで吹き抜かせるから無駄に混合気を捨てることになる為
圧縮比が2サイクルは低いので、低速中速では効率が悪く燃費が数割は悪い為。
チャンバーが有効に働くようなタイミングにすると、充填効率を向上出来てパワーが出せるけど、かわりに混合気をかなり無駄に捨ててしまう為。

Qタービン仕事について

はじめまして。さっそく質問ですが、
タービン仕事の定義はエンタルピの差だと思うのですが、
タービンについて「作動流体の比容積を増大させ膨張仕事を増大させる」
という表現があり、どうしてもタービン仕事の定義とつながってきません。
なぜ比容積が増大することで膨張仕事が増大するのでしょうか。
どなたかお答え願います。

Aベストアンサー

 ご質問の意図が今ひとつ分かりませんが、蒸気タービンの場合、蒸気の持つ熱エネルギーをノズルを通して流速を増大させてタービン翼に衝突させるときに生ずる衝動力(あるいは動翼での加速による反動力)を軸の回転トルクとして取り出すものです。
 この流速変化Δwは熱落差に依存しますので、タービン仕事はおっしゃる通りエンタルピ差で示され、断熱膨張しますので流速の増加とともに圧力は下がり比容積は増大します。
 なお、断熱膨張のエンタルピ変化は定義より、W=∫dh=∫vdp=(w2^2-w1^2)/2となりますが、理想気体が断熱膨張する場合の比容積vは
V2=V1(p1/p2)^(1/κ)となります。(κ:比熱比)
 すなわち、単に膨張量だけではタービン仕事は求められず、気体の種類による比熱比によっても異なります。

Q2サイクルと4サイクルの違い。

2サイクルと4サイクルの違い。

吸気→圧縮→燃焼→排気→で2サイクル(ピストンが2往復)ですが、4サイクルのエンジンは、後の2往復の間は何の活動をしているのでしょうか・・・?
ただ、空回りをしているだけですか?

Aベストアンサー

吸気→圧縮→燃焼→排気→ は4サイクルの原理です。

2サイクルは
爆発後、ピストンが下がる時に排気
次にピストンが上がる時に吸気
します。

つまりピストン2往復で4行程を行うのが4サイクル
ピストン1往復で4行程を行うのが2サイクルです。

http://www5f.biglobe.ne.jp/~zx6/mobilutility/info/4st2st/4st2st.htm

参考URL:http://www5f.biglobe.ne.jp/~zx6/mobilutility/info/4st2st/4st2st.htm

Qコンデンサの役目

図のような回路があります。


押しボタンを押しっぱなしにするとAのリレーが引きaの接点が入り続いてBCDEと順番に引き最終的にeの接点が入りモーターが回る押し釦を離すとモーターが止まるのですが、
押し釦を押さなくてもコンデンサを通ってBCDEと繋がりモーターが動かないのは直流回路で電流を通さないからでしょうか?もしその場合このコンデンサはどんな役割をしているのでしょうか?釦を離したときの逆流電流を吸収目的なのでしょうか?それとも釦を離したときにすぐに止まらず時間をもって止めるためのものなのでしょうか?

コンデンサの働きがあいまいなもので初歩的な質問ですが、電気を蓄える働きと認識しています、電気を蓄えてる間は電流が流れますがそれはコンデンサまで流れてるだけであってコンデンサの後の回路には流れてないのでしょうか?溜まりきったら何時放出するのでしょうか?

極性のあるものがあると聞いたのですがプラスマイナス逆につけるとどうなりますか?ダイオードみたいに一方通行みたいな使い方もできるのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

コンデンサの基本的性質を知っておく必要があります。
1.コンデンサには有極性と無極性があり、Cアルミ電解など有極性で逆電圧を印加すると壊れる部品もありますが、普通のコンデンサは無極性で油入りペーパーコンデンサ(通称;オイルコン)は無極性で『極性は上側に+・・・-側がプラス』など考えなくても良いのです。
2.電源の周波数は50Hz/60Hzで、コンデンサが0.1μF程度では高抵抗と見なせるのです。
3.コンデンサのインピーダンスは≒1/ωcで周波数が高くなければ低くなります。

>交流だとスイッチを開いても閉じても流れてしまうのでしょうか?
電源の周波数は50Hz/60Hz程度では殆んど流れません。

>直流の場合は図の上側を+極とした場合コンデンサのコンデンサが壊れないように極性は上側に+を繋ぐのでしょうか?
オイルコンに極性は無いのでどちらに繋いでも良いです。
リレーは交流用と直流用があるので、このリレーは交流回路で使用できません。

>その場合リレーの逆起電力があった場合-側がプラスになりそれはそれで壊れたりしないのでしょうか?
ウィキペディアのリンク先ではサージ電圧と過渡電圧が説明されていますが、スイッチの開・閉の過渡電圧のスパイクを抑制することができます。
スイッチしている信号周波数には影響せず、過渡電圧のスパイクを吸収するのです。

>極性のあるものがあると聞いたのですがプラスマイナス逆につけるとどうなりますか?>ダイオードみたいに一方通行みたいな使い方もできるのでしょうか?
有極性のCアルミ電解などは逆電圧を印加すると、非常に危険で特性劣化して最悪爆発します。
ダイオードとは違います。コンデンサの基本的性質を知ってください。
 

コンデンサの基本的性質を知っておく必要があります。
1.コンデンサには有極性と無極性があり、Cアルミ電解など有極性で逆電圧を印加すると壊れる部品もありますが、普通のコンデンサは無極性で油入りペーパーコンデンサ(通称;オイルコン)は無極性で『極性は上側に+・・・-側がプラス』など考えなくても良いのです。
2.電源の周波数は50Hz/60Hzで、コンデンサが0.1μF程度では高抵抗と見なせるのです。
3.コンデンサのインピーダンスは≒1/ωcで周波数が高くなければ低くなります。

>交流だとスイッ...続きを読む


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