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7/20開講【通信講座】エクセルギーの基礎理論と実践的計算・解析方法

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エネルギー・環境・機械 生産：製造プロセス・化学工学  /  環境 エネルギー

エクセルギーの基礎理論と実践的計算・解析方法

≪環境・省エネ、カーボンニュートラルの学理≫
～エネルギー・エントロピー・エクセルギーの概念・関係から分かりやすく解説～

 

エクセルギー解析により、システムのどこに無駄な消費があるかを把握でき、
廃熱・廃物の有効利用や製造効率・製造手法の改善について指針を得ることができます。
 
本講座では、エクセルギーの基礎・計算方法・解析方法について、
エネルギー・エントロピー・エクセルギーの概念とそれらの関係といった基礎の基礎から
熱や様々な物質の具体的な計算方法、システムの解析方法と事例までを分かりやすく解説します。
 
「2050年二酸化炭素実質排出量ゼロ」に向けた有効手段の一つでもあるエクセルギー解析。
その学習に、ぜひこの機会をご活用ください。

 

開講日 2023年7月20日 (木)

講座回数

3回コース(7月20日～11月下旬)

1口の受講者数

1口3名まで受講可能
受講料(税込
 
1口  62,700円 ( E-Mail案内登録価格 59,565円 )

　定価：本体57,000円＋税5,700円

　会員：本体54,150円＋税5,415円

 

[1名受講も可能です]
　35,200円 (E-Mail案内登録価格33,440円 )

　　定価：本体32,000円＋税3,200円
　　会員：本体30,400円＋税3,040円


[4名以上は、1口1人あたりの金額追加で受講可能です]
　1人あたり20,900円( S&T会員受講料 19,855円)の

　金額追加で受講可能です

 
スケジュール

 

7月20日
 第1講 開講(テキスト到着予定)
  ↓
8月25日 第1講 演習問題解答提出締切
第2講 開講(テキスト到着予定)
  ↓
9月25日 第2講 演習問題解答提出締切
第3講 開講(テキスト到着予定)　
  ↓
10月25日 第3講 演習問題解答提出締切
  ↓
11月下旬 修了証発行

 
受講条件

(１) PC の環境は必須です。
・通信講座の進行上の連絡はE-Mail で行います。

　本人の個別E-Mail アドレスをご用意ください。

・教材データ、演習問題解答用紙は、Word,Excel, PowerPoint,PDF などの

　データを使用いたします。

(２) 受講者全員のS&T 会員登録が必須です。
【E-Mail案内登録価格5%OFFは、受講者全員がE-MailまたはDM案内希望の場合のみ適用】
・通信講座の受講にあたってのテキストebook および教材データのダウンロード、講師への質問、
　修了証発行などに弊社S&T 会員マイページ機能を利用します。
　※弊社案内(E-Mail,DM)を希望されない方はS&T 会員登録の際、案内方法欄のチェックを外してください。なお、案内希望チェックがない場合、E-Mail案内登録価格(5%OFF)は適用できません。
教材

テキスト：各受講者1冊
ebook版：　各受講者の閲覧可能PC数 2台／1アカウント（同一アカウントに限る）
※テキストは、製本版の他に、ebookでも閲覧可能です。１人２台まで閲覧可能で
　 会社のPCだけでなく通勤途中でもアプリから私物のタブレットでも学習できます。ebook版のダウンロードは、S&T会員「マイページ」内で行います。
　　[対応デバイス]　 Win・Macの両OS、スマートフォン・読書端末(iPhone,iPadなど)
　　[フォーマット]　PDF(コンテンツ保護のためアプリケーション「bookend」より閲覧)
※製本版、ebook版は同様の内容です（講座により異なる場合あり）
※本講座の映像視聴配信はありません。
備考

□受講期間
　本講座の受講期間は、全３講の３か月間です。
　１講あたり１か月間が学習の目安になります。
□演習問題
　演習問題の解答用紙が未提出の場合は、０点 扱いとなります。
　各講の平均をとり、ある一定の基準をクリアした方に「修了証」を発行します。
 

【講師への質問】
受講者全員で共有できるよう講師へのＱ＆Ａは基本的に受講者マイページに匿名にて掲載いたします。全質問の講師の回答が閲覧でき、参考になります。
お申込み
詳細・お申込みはこちら

 

  

講師

 

名古屋大学　大学院工学研究科　化学システム工学専攻　教授　博士(工学)　北 英紀　氏

専門：エクセルギー論、セラミックスプロセス、トライボロジー

  

趣旨

 

　「2050年CO2(二酸化炭素)排出実質ゼロ」という政府方針が示されたのを受け、脱炭素化・非化石燃料化に向け、二酸化炭素を出さない技術や排出された二酸化炭素を別の物質に変換する技術に注目が集まっている。もちろんこうした技術開発が重要であることは間違いない。ただし考えるべきことは、経済規模は維持しながら無駄を最小限にすることであり、それには俯瞰的思考に立ち、消費の原理を正しく理解することが必要である。また、新しいシステムについても近視眼的にならず、長い時間スパンで見て本当にCO2削減に効果があるかどうかも検証していく必要があろう。
　エクセルギーは「物質とエネルギーに共通の資源性＝失われていくもの」を一元化して定量的に示す物理量であり、エクセルギーを使って解析すればシステムのどこに無駄な消費があるのかを示してくれる。エクセルギーを基にした解析を進めることで、不用意に環境に廃棄していた物質やエネルギーを転じて有効に使用するという新たな発想もうまれる。約200年前の産業革命において人の手に替わって大量生産を可能とする蒸気機関が、そして現代は、同じく動力として電気自動車が最先端技術として注目を集めている。求められる技術は時代の変遷とともに変わっていくが、その根底となる学理はいつの時代も変わることはない。では省エネの学理とは何であるか。産業革命の後半期、1832年に夭折したサディー・カルノー、及びそれに続きクラウジウスにより体系化されたエントロピーはエネルギー問題が第一法則だけで説明できないことを示した。そしてこのエントロピー概念と表裏の関係にあるエクセルギーは、当時の考察対象であった熱機関に留らず、現代我々が抱える難題であるカーボンニュートラルにも多いに役立つものである。
　本講座では、まず第１講で、エネルギーという概念の曖昧さがどこから来るのかに始まり、エクセルギーとは何であるか、どのように使えるかを、できるだけわかりやすく解説する。第２講では、特定の物質やエネルギーなど、システムを構成する要素のエクセルギー計算方法を解説する。第３講では、要素の集合体であるシステムについてエクセルギーの解析の手法について解説する。本講座は、他のエクセルギーを論じた書籍に比べて物質のエクセルギーに多くの紙面を割いていることも特徴である。それは製造や社会における循環といった大規模システムにおいて、物質の資源消費に関する考察なくしてシステムの解釈はできないからである。

 

プログラム

 

第１講　エクセルギーの基礎

＜趣旨＞
　第1講では、エネルギーという概念の曖昧さがどこから来るのかに始まり、エクセルギーとは何であるか、どのように使えるかを、できるだけわかりやすく学べるように解説する。特に、エネルギーとエクセルギーを繋ぐ大切な役割を果たすエントロピーの理解なくしてエクセルギーは理解できないと考えるため、エントロピーに関しては、多くの紙面を割いて説明を試みた。

 

＜習得できる知識＞
　エクセルギーとは何か；エネルギー、エントロピー、エクセルギーの関係について 

 

はじめに


１．エネルギーにまつわる曖昧な部分
　1.1 エネルギーは減るのか、減らないのか
　1.2 「系」を明確にする
　　1.2.1 孤立系、閉鎖系、開放系
　　1.2.2 孤立系で変わる事、変わらない事
 
２．エネルギーとエントロピーの関係
　2.1 拡散とエネルギー
　2.2 拡散の度合い－エントロピー
　　2.2.1 拡散した状態を数式で表すとどうなるか
　　2.2.2 混ざり合うとエントロピーは増大する(混合エントロピー)
　　2.2.3 統計熱力学におけるエントロピーの扱い
　2.3 熱エントロピー(カルノーサイクルから学ぶ)
　　2.3.1 カルノーサイクル
　　2.3.2 カルノーサイクルでわかること
　　2.3.3 エントロピーの定義式
　2.4 熱は何故高温から低温に流れるのか－エントロピーの分子運動論的解釈
 
３．エントロピーからエクセルギーへ
　3.1 グイ＝ストドラの定理
　3.2 エクセルギーの定義といくつかの解釈や表現
　3.3 環境を基準とすることの意義
　3.4 熱力学的諸量とエクセルギー
　　3.4.1 カルノー式から解釈
　　3.4.2 一般形
　3.5 エクセルギーでわかる事、わからない事
　3.6 エクセルギー観点での社会システムの捉え方
　　3.6.1 エントロピー生成
　　3.6.2 複雑化する製造システム

おわりに
 
参考文献

□ 演習問題・添削 □

 
 
第２講　エクセルギーの計算方法

＜趣旨＞

　第２講では、具体的な熱や物質などの要素について、それらのエクセルギーの計算方法を説明する。エクセルギーはエネルギーと物質の共通の資源性を示す物理量であるが、そのベースには熱力学がある。よって個々の計算をスムースに理解するために、まず熱のエクセルギーについて解説する。次に、物質の持つ化学エクセルギーについて解説する。その他、圧力・混合・混合気体・濃度差などのエクセルギー計算を定義に基づき順を追って説明していく。
　これらの計算を通じて、湿り空気の計算や濃度差（淡水化）発電や、浸透圧などのエクセルギー計算ができるようになるだろう。 

 

＜習得できる知識＞
　熱及び様々な物質、人工物、混合気体、圧力などのエクセルギーの計算方法

 

はじめに
 
１．熱のエクセルギー
　1.1 熱エクセルギー計算をする場合のいくつかのパターン
　　1.1.1 熱源の温度が一定の場合
　　1.1.2 熱源の温度が変化する場合
　　1.1.3 熱源の内部に温度勾配がある場合
　1.2 伝熱に伴うエクセルギー消費
　1.3 相変態(潜熱)のエクセルギー計算
 
２．物質のもつエクセルギー（化学エクセルギー）
　2.1 参照種と化学エクセルギーの計算方法
　2.2 STEP1：基本物質：酸素、二酸化炭素、窒素のエクセルギーの計算
　　2.2.1 混合現象、気体拡散のエクセルギー
　　2.2.2 酸素、二酸化炭素、窒素のエクセルギーの計算
　2.3 STEP2：単体物質のエクセルギー
　　炭素、鉄、ケイ素のエクセルギーの計算
　2.4 STEP3：化合物の化学エクセルギー
　　窒化ケイ素、メタノール、PVA(ポリビニルアルコール)のエクセルギーの計算
 
３．混合気体のエクセルギー
　3.1 混合燃料
　3.2 水蒸気（湿り空気）
　3.3 水蒸気表からの比エンタルピー、比エントロピーのよみ取り

４．その他プロセスとエクセルギー
　4.1 圧力のエクセルギー
　4.2 負圧のエクセルギー
　4.3 溶液のエクセルギー
 
参考文献

□ 演習問題・添削 □ 

 

 

第３講　エクセルギーに基づくシステムの解析

＜趣旨＞
　第３講は、第２講で得た知識をつかってシステムへの拡張を試みる。まず第１節において、システムの解析を行う上で基本となる、物質、エネルギー、エントロピー、そしてエクセルギーの収支式の立て方について学習する。ここでは一般式を示すのみではなく、解析において何を目的にするかでたてるべき収支式は変わってくるので、それらをいくつかのパターンに分類して説明した。つぎに第２節では、応用として製造システムを題材として実際に解析を進めていく。第３節では、設備系のシステムを題材にその解析例を示す。

　

＜習得できる知識＞ 

　製造システムや設備システムなどのエクセルギー解析方法 

 
 はじめに

１．システムの解析
　1.1 一般的な形
　1.2 運動エネルギー、位置エネルギーが無視できる場合
　1.3 電力を使って製造がなされ、廃熱が生じる場合
　1.4 エクセルギー収支のみを考える場合

２．ケーススタディー１：製造システムの解析
　2.1 セラミックスの製造のエクセルギー解析
　　2.1.1 投入エネルギー（電力，気体燃料）のエクセルギー計算
　　2.1.2 乾燥(造粒)工程におけるエクセルギー収支計算
　　2.1.3 関与する物質やエネルギーのエントロピーやエクセルギーの計算
　2.2 鉄の製造のエクセルギー解析
　2.3 対象システムの拡大：使用過程まで含めたエクセルギー解析
　　2.3.1 各過程でのエクセルギー解析
 
３．ケーススタディー２：設備システムの解析
　3.1 システム1：燃焼器
　3.2 システム2：熱交換プロセス(ボイラ)
　3.3 管路抵抗
　3.4 動力発生プロセス(熱電併給)
　3.5 設備全体のエネルギー収支
 
参考文献

お奨めする本や文献など

関連弊著

□ 演習問題・添削 □ 
 

 

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