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エネルギー管理士熱分野!特製テキストシリーズ!!高発熱量とは?低発熱量とは?

エネルギー管理士試験熱分野では、発熱量についても知識を深めておく必要があります。
今回は、発熱量について調べてまとめてみました。

これを読めば、高発熱量と低発熱量の事がわかります!
ポイントはH2Oがどういう変化をするかです!!

(関連記事)エネルギー管理士熱分野!合格者が教える!過去問から学ぶ超効率的勉強法とは?

高発熱量とは?

高い発熱量と書いて高発熱量と書きますが、一体なんなのか?というと、発熱量に凝縮潜熱を含める発熱量を高発熱量といいます。

低発熱量とは?

高発熱量とは、逆に低い発熱量と書いて低発熱量と書きますが、これは単純に凝縮潜熱を含めない発熱量を低発熱量といいます。

なんか単純すぎますよね?

凝縮潜熱について

では、この凝縮潜熱とは一体なんなのか?

と説明しますと、燃料を燃焼すると化学反応が起きて、燃料の中に潜んでいる可燃元素が空気や酸素と反応しながら完全燃焼します。

その時に可燃元素の水素(H)が反応するんですが、なんと、この水素は2パターンの反応をするのです!

そうなんですか!!2種類もあるんですね!!

パターン1 水(液体)

パターン2 水蒸気(気体)

この液体か気体かが高発熱量と低発熱量の境界線なのです!

パターン1の液体ですと、温度低下にともなって凝縮を始める。つまり凝縮潜熱が含まれる。

これが、高発熱量です!!

パターン2は気体のままなので、凝縮潜熱は発生しないので、低発熱量です!

発熱量ってそもそもなに?

そもそも発熱量ってなんやねん!!

って思ったので、発熱量について調べてみました。

発熱量とは、そもそも燃料は化学的なエネルギーを内蔵していますが、そのエネルギーはなんと、そのままでは利用できないのです!そう!燃料を燃焼しないと利用できないのです!燃料を燃焼することにより化学エネルギーを熱エネルギーに変えて、有効利用しているのです。この働きが発熱量なのです!

つ・ま・り

燃料の中にいる可燃元素(炭素C、水素H、硫黄S)が完全燃焼して、二酸化炭素CO2、水蒸気か水H2O、二酸化硫黄SO2に進化させ、これを最大限に有効利用しているという事です。

ここで一つ変化が起きます!
燃焼によって作られる高温ガスは、最大限に熱を取り出すと最終的には燃焼前の燃料、空気と同一の温度になります。

つまり温度が下がります!

その際に、燃焼ガスを構成する成分の中で、H2Oを除くすべて(CO2,SO2)は気体の状態ですが、H2Oに関しては最終的な状態として、気体(水蒸気)の場合と液体(水)の場合が考えられます。

H2Oが最終的に液体(水)となる場合は、燃焼によって生成された水蒸気が温度低下にともなって凝縮し、その際に凝縮潜熱が発生します。

さきほど、説明した凝縮潜熱ですね!

逆に、H2Oの最終的な状態が気体である場合は、凝縮潜熱の発生はないから、全発生熱量はその分だけ小さい値となります。

つまり、液体(水)のようにH2Oの最終状態に凝縮潜熱が含まれる状態を高発熱量といいます。

逆に、H2Oが水蒸気の気体に進化すると、最終状態に凝縮潜熱が含まれないので、低発熱量といいます。

 

高発熱量と低発熱量の与える影響

高発熱量と低発熱量が与える影響としては、熱効率が絡んできます。

熱効率の値として燃料の発熱量が関係します。

燃料の発熱量は、燃料が持っている化学エネルギーを、最大限に利用できる熱エネルギーの量として評価する値です。

燃焼をともなう熱利用設備においては、燃料の保有するエネルギーのうちの、どれだけを有効に利用しているかという熱効率が、その性能指標となります。

その際、利用している熱エネルギー量が同一であっても、燃料の保有する熱エネルギーとして、高発熱量と低発熱量のどちらを選択するかによって熱効率の値が違うのです!

そこで、問題なのが高発熱量を選択する場合、凝縮水が熱交換器の腐食等が懸念されるため、一般的には、低発熱量を選択します。

なので、熱効率を定義する場合は、低発熱量です!

まとめ

今回は、高発熱量と低発熱量を深堀りしてみました!
境界線は水素にかかっていたなんて、驚きでした!
ではまた。