熱力学

【熱力学】エクセルギーとアネルギーの違いとは?

更新日:

熱を与えることによって仕事をさせる「熱機関」ですが、これらを考えるときには「有効エネルギー(=エクセルギー)」と「無効エネルギー(=アネルギー)」という考え方が必要になります。

熱エネルギーはすべて仕事に変換できるわけではなく、仕事として有効に利用できるエネルギー廃棄せざるを得ないエネルギーとに分かれます。

今回はこの「エクセルギー」と「アネルギー」の違いについて解説していきたいと思います。

1. エクセルギーとアネルギーの違い

エクセルギーとアネルギーの言葉の意味を考えてみましょう。

エクセルギー

「エクセルギー」という言葉の語源は、ギリシア語のex(外へ)とergon(仕事)というところからきています。「有効エネルギー」とも言われ、ある系から外へ取り出せる最大の機械的仕事のことを言います。

電気エネルギーは、ほぼエクセルギーからなりますが、熱エネルギーは廃棄されるエネルギーを多く含みます。一般的に熱の省エネルギーというときは、このエクセルギーを効率的に利用するという意味で使われます。

アネルギー

これに対し「アネルギー」は、仕事に変換することができない「無効エネルギー」のことを言います。エクセルギーとアネルギーは、エネルギー変換を行うシステムが、エネルギーをどの程度有効に利用できるかをはかる尺度として使われます。

2. エクセルギー効率には限界がある

熱機関では、熱エネルギーからいかに効率よく仕事を出力するかが重要になり、全エネルギーのうち仕事として取り出せるエネルギーの割合を「エクセルギー効率」や「熱効率」といいます。

ちなみに熱機関の例をあげると、次の動画のように熱を仕事に変換する機関になります。

動画に出てくるようなスターリングエンジンは販売もされてますので、子供の教育などにいかがでしょう?(笑)おそらく数回しか使わないでしょうけど、地味に欲しくなります。

この時、全エネルギーから仕事として取り出せる最大のエネルギーというのはあらかじめ決められています。この最大の効率を「カルノー効率」といいます。

カルノーの定理は非常にシンプルで次の2つで成り立っています。

  • 熱機関の最大効率は、作業物質にはよらず2つの温度のみで決定される。
  • 不可逆機関の効率は可逆機関の効率より小さい。

⇒ 「カルノー効率」=1-T2/T1(T1:高温熱源温度、T2:低温熱源温度)

ちなみにここでいう「可逆機関」というのは、熱から仕事を生み出したように、同じだけの仕事から同じ量の熱を生み出せる機関のことを言います。

熱機関から取り出せる最大のエネルギー効率が、高温熱源と低温熱源の温度から決まります。つまり、温度さえわかればその熱機関から取り出せる最大のエクセルギーを計算することができます。ここから、実際に仕事として取り出すことのできたエネルギーと比較することでエクセルギー効率を出すことができます。

また、カルノー効率の式から、効率を高めるためには「高温熱源の温度をできる限り高くすること」「低温熱源の温度をできる限り低くすること」の2つが言えます。熱機関を考えるうえで非常に重要なのでしっかり押さえておきましょう。

3. まとめ

この記事のポイント

エネルギーにはエクセルギーとアネルギーの2種類がある

熱機関から取り出せる最大のエクセルギー効率を「カルノー効率」という

カルノー効率は、熱源の温度のみで決まる

エクセルギーやアネルギーという言葉は、普段あまり聞きなれないので、最初は理解しにくいかもしれません。

この言葉自体の意味が問われることはあまりありませんが、熱機関の問題では必ず全体の「効率」を問われるので、カルノー効率の考え方は理解しておきましょう。

2020/5/17

【熱力学】マテリアルバランスって何?計算方法や使い方は?

タンクや釜など、ひとつの容器に複数の物体を入れるときにその容器の中が一体何℃になるのかを計算しないといけないことってありますよね? これを計算する方法の1つにマテリアルバランスやエネルギーバランスという考え方があります。 今回は、マテリアルバランス(エネルギーバランス)とは何か?どんな使い方をするのかについて解説していきたいと思います 目次1. マテリアルバランスとは?2. マテリアルバランスの使い方3. 実務でマテリアルバランスを使用する場合4. まとめ 1. マテリアルバランスとは? マテリアリアルバ ...

ReadMore

2020/5/14

【熱力学】キロ、パスカル、圧力の単位が人によって変わる理由

水や蒸気、ガスなどの流体を扱うときに 「その圧力は何キロ?」と言われることもあれば 「その圧力は何メガパスカル?」と言われることもあります。 このように、人によって圧力の単位が微妙に違うので混乱してしまうことがしばしばあります。例えば、「何キロ?」と聞かれているものが「kPa」なのか「kgf/cm2」なのかわからないというところが厄介です。 なぜ人によって圧力の単位の認識が違うのでしょうか?それはSI単位の導入時期と関係がありました。 圧力の単位 圧力を表す単位は大体次のようなものが利用されます。 Pa ...

ReadMore

2020/6/15

【熱力学】水の流量を測定する方法

工場やプラントで新しい設備の導入を検討するときや省エネの検討をするときに、今の設備がどれぐらいのユーティリティを使っているのか知りたいことってありませんか? 既に計測機器が設置されていてきっちり管理されている場合は問題ありませんが、ほとんどの場合はそれぞれの設備で流量計測が実施されていることはありません。 今回は、流量計の設置されていない設備で水の流量を計算する方法について書いてみたいと思います。 こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。 チャンネル登録はこちら 目 ...

ReadMore

2020/4/27

【熱力学】ワットとカロリーの変換方法

以前にこちらの記事でワットとジュールの変換について書きました。 熱をあつかうときに厄介なのが、エネルギーを表す単位です。カロリー、ワット、ジュール、キロワット、キロカロリー・・・。これらの単位をしっかり理解できれば、エネルギーの考え方を理解できたも同然です。 今回は、ワットとカロリーの変換方法について解説したいと思います。 こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。 チャンネル登録はこちら 目次1. ワット2. カロリー3. ワットとカロリーの変換は?4. 実際に計算 ...

ReadMore

2020/5/13

【熱力学】エンタルピーって何?内部エネルギー、エントロピーとの違いは?

エンタルピーと聞くと何を思い浮かべますか? 物体の持つエネルギー量・・・ エントロピーとは全く別の概念・・・ 難しい数式で表されて良くわからないもの・・・ そんなイメージを持っている人も多いのではないかと思います。 確かに熱力学の教科書を読むと最初の方に何やらよくわからない数式とエンタルピーが一緒に出てきて頭が混乱してきます。でも、実際にはエンタルピーは工業系の実務で使えるとても便利な考え方なのです。 今回はそんなエンタルピーがどんな場面で利用されているのかについてイラストや動画を交えながら解説してみたい ...

ReadMore

お勧め専門誌

   

   

SNSアカウント

エネ管.com

更新情報が届いたりチャット機能が利用出来ます。
是非、登録をお願いします!

Youtubeチャンネル登録

Twitterでフォロー

LINEで登録



おすすめ通信講座

エネルギー管理士熱分野講座

・効率よく短期間で確実に合格したい
・スマホを使ってすき間時間に勉強したい
・独学だけでは分かりにくい

そんな方にお勧めの通信講座です。

現場技術の資格を取るなら!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。現場技術系の資格取得をサポートするおすすめの通信講座を紹介します。

シンプルで分かりやすいテキスト『SAT』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

現場系通信講座の老舗『JTEX』

40年の実績がある現場系通信講座の老舗です。動画はなく、レポート提出形式の通信講座になります。価格もお手頃でテキストが分かりやすいと評判です。

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

エコおじい

プラント系エンジニアです。2017年から工業技術に関する情報をまとめて発信しています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

おすすめ記事

1

あなたエネルギー管理士の資格を最短で取得したい。でも、熱力学や流体工学を学んだことがないので、独学だ ...

2

これからエネルギー管理士試験を受けるあなたのために、最短時間でエネルギー管理士に合格する方法を紹介し ...

-熱力学
-,

Copyright© エネ管.com , 2020 All Rights Reserved Powered by AFFINGER5.