3/17 《循環型社会を読み解く》 エントロピー・エクセルギーの基礎理論と計算・解析方法

名古屋大学　名誉教授／ハルビン工程大学　客員教授／(株)ヒートピース　代表取締役社長　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

　エクセルギーとは「着目するシステムが環境と熱的に平衡状態になるまでにできる最大仕事である」。保存則で規定されるエネルギーとは対照的に、エントロピーが生成される全ての実世界のプロセスにおいてエクセルギーは消費される。エクセルギーによりエネルギーの質の違いを含めた評価が可能である。エクセルギーを用いて評価すると個々の要素プロセスごとに損失を計算でき、その結果をもとに、廃熱や廃物の有効利用のあり方・製造効率や製造手法の改善についての指針を得ることができる。またエクセルギーは物質とエネルギーに共通した資源性を示しており、資源から廃棄に至る広い時間的空間的スケールの中で物質やエネルギーの資源性の消失を定量化することができる。近年、カーボンニュートラルやサーキュラーエコノミーの実現が求められる中、エクセルギー解析はプロセス設計や社会システム評価における有力なツールとして注目されている。

　本講義では、省エネ、循環システムの開発に向けてエクセルギーの有効利用に役立てていただくことを狙いとして、エクセルギーの意味や活用、様々なエクセルギーの計算、システムへの応用など、例題・演習問題を交えわかりやすく説明する。

１．エクセルギーの概念的理解
　1.1 エネルギーとエクセルギー
　　・再考：エネルギーが必要な理由
　　・示強変量、示量変量
　　・エネルギー、エントロピー、エクセルギーの関係
　1.2 エントロピーが包括するエネルギー
　　・拡散とエネルギー
　　・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)
　　・統計熱力学におけるエントロピーの扱い
　1.3 熱エントロピー
　　・カルノーサイクルでわかること
　　・エントロピーの定義式
　1.4 エントロピーからエクセルギーへ
　　・環境を基準とすることの意義
　　・エクセルギーでわかる事，わからない事
　　・定常開放系としての社会システム
　　・エントロピー生成とエクセルギー消費
 
２．エクセルギーの実践的計算方法
　2.1 熱エクセルギーの計算
　　・熱源の温度が一定／変化する場合の計算
　　・伝熱に伴うエクセルギー消費
　　・相変態(潜熱)のエクセルギー計算
　2.2 物質のもつエクセルギー（化学エクセルギー）
　2.3 参照種とは
　2.4 STEP1：基本物質：酸素，二酸化炭素，窒素のエクセルギー
　　・混合現象，気体拡散のエクセルギー
　　・酸素，二酸化炭素，窒素のエクセルギー
　2.5 STEP2：単体物質のエクセルギー
　2.6 STEP3：様々な化合物の化学エクセルギー
　2.7 混合気体のエクセルギー
　　・混合燃料
　　・水蒸気（湿り空気）
　2.8 その他プロセスとエクセルギー
　　・圧力のエクセルギー
　　・溶液のエクセルギー
 
３．システムの解析
　3.1 計算のためのケース分類
　　・運動エネルギー，位置エネルギーが無視できる場合
　　・電力を使って製造がなされ，廃熱が生じる場合
　　・エクセルギー収支のみを考える場合
　3.2 ケーススタディー1：材料製造の解析
　　・セラミックスの製造のエクセルギー解析
　　・鉄の製造のエクセルギー解析
　3.3 ケーススタディー2：システムの解析
　　・ガスタービン 他

　□質疑応答□
 

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