ブレイトンサイクル|ガスタービンに使われる理想サイクル

ブレイトンサイクル(Brayton cycle)

ブレイトンサイクルとは、発電所で使われいてるガスタービンに使われる理想サイクルで、等圧で受熱と排熱(断熱圧縮、等圧加熱、断熱膨張、等圧冷却)が特徴である。 気体を圧縮し熱エネルギーを供給し膨張させることで、羽根車を回転させる仕組みとなっている。アメリカのブレイトンによって考案された。

ガスタービン

ガスタービンは、エンジンに流入した空気を圧縮機で圧縮し、燃焼器で燃料を加えたのち燃焼させ、高温高圧ガスを作り、このガスをタービンの羽根車にあてて、そのエネルギーを直接回転仕事に変える熱機関である。得られた回転仕事が発電機などの駆動力となる。タービンで発生した仕事の一部で圧縮機を駆動していることが特徴である。また、作動流体が、圧縮、燃焼、膨張の各行程のそれぞれの機器で連続的に定常状態で流れている。

P‐V線図

P-V線図は圧力と体積の関係を示している。

ブレイトンサイクルp-v線図

T-S線図

T-S線図は、温度エントロピーの関係を示している。

ブレイトンサイクルT-S線図

A→B 断熱圧縮

A→B(断熱圧縮)の過程は空気を吸入する過程で、吸入した空気を圧縮機で圧縮させて温度が上昇する。

B→C 等圧加熱

B→C(等圧加熱)の過程は、空気を燃焼器に入れて、圧力一定のまま燃料と混合して燃焼させて加熱する過程である。(P=一定,dP=0)

C→D 断熱膨張

C→D(断熱膨張)の過程は、熱エネルギーの流入を断つ過程で、吸入時と同じ圧力まで断熱膨張しながらタービンの羽根車を回転させ仕事をする。

D→A 等圧冷却

D→A(等圧冷却)の過程は、圧力が一定のまま熱を排出して冷却してAに戻る過程である。(P=一定,dP=0)ただし、実際には、タービンから流出した作動流体はそのまま下流に流れていき、圧縮機からは常に新しい作動流体が流入することが多い。

ブレイトンサイクルの理論効率

ブレイトンサイクルの理論効率は、次式で表される。ブレイトンサイクルの理論熱効率は、圧力比と比熱比が大きいほど高くなる。