エネルギー収支とエクセルギー収支
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2019/01/13 10:49 UTC 版)
「エクセルギー」の記事における「エネルギー収支とエクセルギー収支」の解説
物質の出入りを伴う開いた系では、熱力学第一法則(エネルギー保存則)により、出入りするエンタルピー、熱、仕事(工業仕事)の間に保存則が成り立つ。したがって、ある機器に流入するエネルギーと流出するエネルギーをリストアップし、両者の差を求めれば、それは、放熱や漏洩などにより(機器外へ逃げて)失われたエネルギーとなる。このような作業は通常、熱管理、熱勘定、熱収支、等とよばれている。ある機器のエネルギー(エンタルピー)の流れは右図のようになる。 一方、エクセルギーは、機器内で非可逆変化が生じれば、グイ=ストドラの定理にしたがって必ず減少する。出入りする物質、熱、仕事のエクセルギー差を求めれば、それがこの機器におけるエクセルギーの損失 LW である。 ある機器のエクセルギーの流れは右図のようになる。エクセルギー評価は熱力学第二法則に基づく評価ということもできる。 各機器のエクセルギー評価を行うには、以下のような手順に沿えばよい。 外界と平衡する状態を選定する。これには、次節を参考にできる。 系(機器)に流入する物質、熱、仕事を列挙し、流入エネルギー(エンタルピー)を求める。物質のエンタルピーの原点は通常は便宜的(例えば三重点の水等)に定められているので、外界と平衡する状態のエンタルピーとの差を用いるのがよい。 系から流出するエネルギー(エンタルピー)についても同様に行う。 両者の差を求めて、未知のエネルギー損失(放熱、漏洩等)を推定する。 推定した放熱、漏洩等も含めて、流入・流出エネルギーをエクセルギーに換算する。 流入エクセルギーと流出エクセルギーの差を求めて、機器内のエクセルギー損失を推定する。 エンタルピーを用いたエネルギー収支では、その機器内でどれだけの(エクセルギーの)損失があったかは分からない。この種の損失は、熱と動力の変換を伴う設備(熱機関、冷凍機、各種化学プラント等)で、設備を構成する全機器のエネルギー収支を集計した結果、外界へ放出する熱量の増加となって現れる。しかし、どの機器の何を改善すれば損失が減るかは、勘と経験をもとにして試行錯誤を行わなければ知ることができない。 これに対して、エクセルギーを用いた評価では、それぞれの機器ごとに原因別に損失の内訳が明らかになるので、これを用いて見通しよく改善策を立案することができる。ここにエクセルギー評価の最大のメリットがある。
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