再生サイクル
T-s 線図の面積は単位質量あたりの熱量または(熱量の差である)仕事を表している。図 2 の再生サイクルの T-s 線図では、タービン流入量 1 kg に対して、抽気点 H1 以降ではタービンと復水器の流量が (1 - m1) kg に減少する。したがって下記の補正を行えば、線図の面積でタービン流入量 1kg あたりの熱量または仕事を表すことができる。
ボイラの加熱量は曲線 h 1 H T ̄ {\displaystyle {\overline {h_{1}H_{T}}}} の下方の面積で表される。
線分 H C h C ̄ {\displaystyle {\overline {H_{C}h_{C}}}} : 線分 H C a C ̄ {\displaystyle {\overline {H_{C}a_{C}}}} = 1 : (1 - m1) となるように 点 aC を取れば、線分 H C a C ̄ {\displaystyle {\overline {H_{C}a_{C}}}} の下方の面積が、タービン流入蒸気 1kg に対する復水器放熱量である。
ランキンサイクルの熱効率を上げるには、タービン入口の蒸気を高温高圧化するのが有効であるが、高圧になるにつれてその効果は鈍くなる。その原因は、ボイラへ給水される低温の水の加熱に多量の熱量が必要とされることにあり、高圧になればなるほど、その比率が増すからである。再生ランキンサイクルでは、この低温の水の加熱をサイクル内でまかなうことにより実質的に削除し、熱効率を大幅に向上させることができる。
↑ H1 などは比エンタルピー(単位質量あたりのエンタルピー)を表す。作業物質の状態を示すのに、便宜上その比エンタルピーを表す記号で呼ぶことにする。
↑ 復水器に溜まった水(復水)を汲み上げるポンプ CP を特に「復水ポンプ」とよび、他の給水ポンプと区別している。
↑ 給水の温度を高くすればその分ボイラの加熱量が少なくてすむが、抽気混合量が多くなって湿り蒸気となれば、混在する気泡により次の給水ポンプで障害が生じる。最良の条件は飽和水である。
↑ 図 2 では -273.15 ~ -50 °C ( 0 ~ 223.15 K )の範囲を割愛しているので、図の下方の割愛した部分を補って考えることが必要である。
↑ hC h1 間を外部熱源で加熱した場合の加熱量は曲線 hC h1 の下方の面積であり、そのうち仕事に変わらずに復水器で放熱される熱量は復水器の等温線 hC HC の下方の面積である。
復水器圧力 0.005 MPa 、タービン入口蒸気条件 5 MPa, 500 °C のランキンサイクルを例に、再生サイクルの基礎となる計算法を以下に例示する。計算においては、蒸気配管での圧損やタービンでのまさつ損失等を無視し、可能な範囲で可逆変化として扱う。
元のランキンサイクルの復水器圧とタービン入口の蒸気条件が与えられているので、蒸気表や h-s 線図等を用いて、表 1 に示す蒸気条件の タービン入口 HT、復水器出口 hC の値が求まる。また、タービンで等エントロピー膨張するとして、h-s 線図よりタービン出口 hC の値が求まる。
次に、抽気圧力を決める。後述のようにいくつかの経験則があり、またタービンの構造上の制約もあるが、ここではタービン内のエンタルピー落差が等しくなるように H1 = ( HT + HC)/2 として、抽気圧 0.4163 MPa を求めた。
抽気圧が決まれば、h1 は抽気圧に対応する飽和水として値が求まる。復水ポンプ CP 出口、給水ポンプ出口の比エンタルピーは、それぞれのポンプ入口の値 hC、h1 に等しいので、表 1 には記載していない。
このサイクルの T-s 線図を図 2 に示す。
T-s 線図上には、圧力 5 MPa, 0.416 MPa、0.
給水加熱器には次の二つの方式がある。