カルノーサイクル、ランキンサイクル

熱力学で取り上げられるサイクルとしては、カルノーサイクル、ランキンサイクルがある。これらは、「熱機関」で説明する。熱機関とは、熱を仕事に変換するための装置や機構のこと。カルノーサイクルは、エンジンの効率を最大にする理論的なサイクルであり、ランキンサイクルは、実際のエンジンの計算に用いることができる実用的なサイクルである。どの分野でも、この2つのサイクルを理解することが必要です。今回は、カルノーサイクル、ランキンサイクルとは何か、その定義、応用、カルノーサイクルとランキンサイクルの類似点、最後にカルノーサイクルとランキンサイクルの相違点について説明します。

カルノーサイクルとは？

カルノーサイクルとは、熱機関を表現する理論的なサイクルである。カルノーサイクルを説明する前に、いくつかの用語を定義しておく必要がある。熱源とは、無限に熱を供給するサーモスタット装置と定義される。ラジエーターは、温度を変えずに無限に熱を吸収するサーモスタット装置です**。エンジンとは、熱源にある熱を仕事に変える装置やプロセスのことである。カルノーサイクルは4つのステップで構成されている。

1 ガスの可逆的等温膨張 - エンジンはソースに熱的に接続されています。このステップでは、膨張したガスが発生源から熱を吸収し、周囲に作用する。気体の温度は一定です。

2 断熱システムの断熱膨張は不可能です。エンジンは電源から外して絶縁しています。このステップでは、ガスは熱源から熱を吸収しない。ピストンは周囲に作用し続ける。

可逆的等温圧縮 - エンジンを水槽の上に置き、熱的に接触させる。周囲の環境がシステムに作用するように、ガスが圧縮される。

4 可逆断熱圧縮：エンジンをシンクから取り外し、断熱材を入れる。周りの人はシステムの作業を続ける。

カルノーサイクルでは、周囲で行われる仕事（ステップ1、2）と周囲で行われる仕事（ステップ3、4）の差から、総仕事が導かれる。カルノーサイクルは、理論上最も効率の良い熱機関である。カルノーサイクルの効率は、ソースとシンクの温度のみに依存する。

ランキンサイクルとは？

ランキンサイクルも、熱を仕事に変えるサイクルである。ランキンサイクルは、蒸気タービンで構成されるシステムで実際に使用されているサイクルである。ランキンサイクルには主に4つの工程がある

1 流体を低圧から高圧に変化させるプロセス

2 高圧液体を加熱して蒸気にする

蒸気がタービンを回すことで膨張し、電力を生み出す

4 蒸気はコンデンサで冷却される。