大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.①自動車について学んだ。エンジンの仕組みや種類、それに伴う燃料の使い分けについても学んだ。 ②ランキンサイクルについて調査し、ボイラー、タービン、復水器、ポンプで構成されていることがわかった。 ③内燃機関は、燃料をシリンダー内で燃焼させ、その爆発的な力でピストンを動かし、機械的エネルギーを得る装置である。主にガソリンやディーゼル燃料が使われ、自動車やバイク、発電機などに広く利用されている。構造がコンパクトで高出力が得られることが特徴であるが、排出ガスによる環境負荷も課題とされている。
A.① 今回の講義では、熱エネルギーについて学んだ。熱エネルギーは温度が高いところから低いところへ移動し、移動の方法には伝導、対流、放射の3つがある。導電率が高い金属は熱伝導度も高く、工業製品に利用されています。例えば、アルミニウムは高い熱伝導度を持ち、エアコンの室外機のフィンなどに使われている。また冷媒についても学び、冷媒は気化熱と凝縮熱を利用して熱を運び、冷蔵庫やエアコンに使用されています。フロンはオゾン層を破壊する温室効果ガスとして知られている。さらに、飽和蒸気圧についても学んだ。これは特定の温度で空気中の水蒸気が凝縮せずに存在できる最大の圧力で、雲が形成される際に重要な役割を果たした。また、逆カルノーサイクルについても学んだ。これは理論上最も効率の高いサイクルで、エアコンや冷蔵庫のヒートポンプなどで応用されている。エネルギー移動のメカニズムや物理法則を理解することで、私たちの生活や産業における応用が見えてきた。 ②今回の発表では 熱サイクルとその応用について調べてみようであった。 ③スターリングサイクルについて調べた。
A.①自動車の作り方について学びました。自動車はプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組立工程、検査工程の５つの工程に分かれていると分かった。車はガソリン、電気、水素、バイオエタノールなど様々なものを燃料としていると分かった。ガソリン車はガソリンの圧縮比が高いほど燃費が良くなり、電気自動車は充電に時間がかかるなどの特徴があると分かった。オットーサイクルやディーゼルサイクル、スターリングサイクルなどいくつもの重要なサイクルがあると分かった。②ガソリンエンジンであるオットーサイクルについて議論した。吸気工程、圧縮工程、燃焼・膨張工程。排気工程などいくつかの工程に分かれていると分かった。③ディーゼルエンジンに使われているディーゼルサイクルはディーゼルエンジン特有の熱サイクルであり、空気のみを圧縮してそこに燃料を噴射して燃焼させる方式だと分かった。スターリングサイクルはスターリングエンジンで用いられる熱機関の理想的なサイクルで等温圧縮、定容加熱、等温膨張、定容冷却の４つの過程を繰り返すことで熱エネルギーを仕事エネルギーに変換させるものだと分かった。
A. 燃料電池は白金などの希少金属を利用するため、コストがかかる。しかし発電効率が60％程度で、火力発電の40％と比べて高いというメリットがある。内燃機関とは燃料を中で燃やして、その力で機械を動かすエンジンのことで、吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気というプロセスがある。内燃機関の熱力学サイクルはオットーサイクル、外燃機関はスターリングサイクルである。 グループワークでは熱サイクルとその応用について調べた。熱サイクルとして逆ランキンサイクルを選んだ。逆ランキンサイクルは、外部からの仕事を使って低温の熱源から高温へ熱を移動させるサイクルである。このサイクルを使った工業製品として、エアコン、冷蔵庫、ヒートポンプ給湯器がある。 事後学習ではハイオクガソリンのメリットとガソリンのサプライチェーンについて学んだ。オクタン価とはガソリンのノッキングに対する抵抗性を表す数値で、セタン価とはディーゼルエンジンの自己着火をのしやすさを示す数値である。はイオンガソリンをレギュラーエンジンに給油したとしても、安全性に問題はないが、性能向上はないとされる。ガソリンのサプライチェーンは、原油を産油国から輸入し、原油を熱分解・分留してガソリンや軽油などの種類に分けて精製する。貯蔵し配送し、ガソリンスタンドで販売する。
A.①?③を以下に示す。 ①自動車には材料として、鉄が必要である。鉄を製造するには鉱石、コークス、炉が必要である。（電気自動車の場合）モーターの機能性材料にはネオジム、ガラスや電線と鉄の間には絶縁体であるセラミックス、シートには線維、タイヤにはゴム、電池にはPb、H2SO4、（電気自動車には）リチウムイオンビニル電池（LIV）が使われる。 自動車はおもに5つの工程からなる。（１．プレス工程 ２．ボディ工程 ３．塗装工程 ４．組立工程 ５．検査工程） ガソリンを動かすにはガソリン、電気（ソーラーパネル込み）、水素、バイオエタノールなどが使われる。軽油はディーゼル車に使われる。 熱サイクルには内燃サイクルと外燃サイクル（ランキンサイクル）、カルノーサイクルなどがある。熱効率はε＝１－T2（温度の低い方）/T1（温度の高い方）で表される。この式からT1とT2の差が大きいほど熱機関効率が高くなることが分かる。 ガソリン車はオットーサイクル、ディーゼル車はディーゼルサイクル、スターリングエンジンにはスターリングサイクル、ガスタービンはブレイドンサイクルが使われる。 ②演題 熱サイクルとその応用について考えてみましょう グループ名 スターリング！ 役割 責任著者 共著者 鈴木結惟、大濱風花、近ありす、立花小春 熱サイクルとしてスターリングサイクル、工業製品としてグリーンパワーテクノ（株）の籾殻発電機を挙げる。 スターリングエンジンとは、密閉された空間内の気体を加熱・冷却することで、ピストンを動かし、機械的な仕事を取り出す熱機関である。籾殻発電機では籾殻を燃焼させることによってこのエンジンを回し、電力に変換する。籾殻を燃焼させる際に排出されるCO2は、植物が成長過程で吸収したCO2と同量であるため、差し引きゼロとみなされ、環境負荷を低減できる。 また冷却エンジンや、冷凍庫にも利用されており、冷やすのに用いられることが多いと感じた。 ③トピック名 ハイオクガソリンのメリットとガソリンのサプライチェーンについて ハイオクガソリンはオクタン価が高いため、これよりオクタン価の低いレギュラーエンジンを給油すると自然発火する。 ガソリンは石油（アルカンやアルケン）を生成して得られる。芳香環を持つ石油は使い勝手が良いと聞いたことがある。
A.第十回の授業では自動車の作り方の5工程について学びました。自動車製造にはプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程の五段階に分かれていることがわかりました。また車が走るための燃料についても学び、ガソリンや軽油の違いなどを理解することができました。 グループディスカッションではエンジンの仕組みについて調べました。オットーサイクルが関係していることがわかり、オットーサイクルは、内燃機関の一種で、ガソリンエンジンの基本的な動作原理を説明する理論的なサイクルで、1876年にドイツの技術者ニコラウス・オットーによって発明されました。オットーサイクルは、吸気、圧縮、燃焼、排気の4つの工程から成り立っていることがわかりました。 復習の内容としてエンジン開発の歴史について調べました。エンジンの歴史は、1769年にフランスのニコラ＝ジョゼフ・キュニョーによって発明された蒸気自動車に始まり、その後、内燃機関やガソリンエンジンの発展を経て、現代の多様なエンジン技術へと進化しました。蒸気エンジンは大砲を運ぶための自動車に応用され、最高速が自足10㎞だと言われています。
A.①自動車のサプライチェーンについて学んだ。自動車には、銅、鉄、アルミニウム、ユーティリティ、ゴム、セラミックスなどが必要である。燃料電池は、発電効率が60％で比較的高い。内燃機関はオットーサイクルが用いられている。ディーゼルエンジンはディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ブレイトンサイクルがある。火力発電はランキンサイクルで、外熱機関を利用している。 ②熱サイクルとその応用について議論した。右前というグループで、鈴木晴琉、小野翔太、黒沢行博、日下陽太、青木優菜と議論し、私は調査を行った。スターリングサイクルは、2つのピストンで構成されている密閉式のエンジンで、熱源と冷却源の温度差を利用して作動する外熱機関であった。応用例として、排熱利用発電やバイオマス発電が挙げられる。 ③オクタン価とは、ガソリンの自然発火しにくさのことである。セタン価とは、自然発火しやすさのことである。ハイオクガソリンは、レギュラーガソリンよりもオクタン価が高いため、ノッキングの発生頻度が下がる。出力が少し上がる可能性がある。原油を採掘し、製油所で加熱、分留し、沸点の違いを利用してLPガス、軽油、灯油、ナフサ、重油に分けると考える。ナフサを加熱炉で高温にして炭化水素の分子構造を変えることでガソリンを生成する。 また、排ガス浄化触媒について調査した。キャタライザーによって、排気ガスに含まれる有害成分を酸化・還元して無害化している。キャタライザーは、マフラーのパーツであり、メインマフラーとパイプの間に位置している。触媒にパラジウムが使用されている。パラジウムは、ニッケルやプラチナなどの他の金属を採掘する際の副産物として回収される。プラチナ鉱床では、製錬過程でパラジウムが分離される。ニッケル鉱床では、ニッケル精製の副産物としてパラジウムが採取される。
A. 自動車の排ガス浄化触媒は、一酸化炭素や窒素酸化物などの有害物質を無害な成分に変換する役割を持ち、プラチナ、パラジウム、ロジウムなどの貴金属が使用される。触媒コンバーターはセラミックや金属のハニカム構造に貴金属をコーティングして製造され、排気系に組み込まれる。これらの触媒は環境保護に貢献する一方、資源の供給や持続可能性が課題となっている。 燃料の品質指標として、ガソリンにはオクタン価、軽油にはセタン価が用いられる。オクタン価が高いほどノッキングが起こりにくく、セタン価が高いほど自己着火性が高まる。ハイオクガソリンは清浄剤を含み、エンジン内部の汚れ除去に効果があるが、レギュラーエンジンでは大きな性能向上は期待しにくい。ガソリンのサプライチェーンは原油の採掘から精製、輸送、販売まで複雑で、持続可能な供給体制が求められる。 自動車の燃費向上には、アルミニウム合金の使用が有効である。鉄鋼に比べて軽量で耐食性に優れ、車体の軽量化と長期的な性能維持に貢献する。マグネシウムやシリコンの添加、ナノテクノロジーによる微細構造の制御により、強度と耐久性を高めた合金の開発が進んでいる。これにより、環境負荷の低減と経済的メリットが期待される。
A.①自動車は①プレス工程、②ボディ工程、③塗装工程、④組み立て工程、⑤検査工程という順で作られ、ゴムなどの素材も欠かせない。また、車の動力源には、ガソリンや電気、水素の他にバイオエタノールなどがある。中でも注目されるのが、燃料電池自動車で、化石燃料に依存しない持続可能な交通手段として期待されている。燃料電池自動車は圧縮水素と燃料電池スタック、エネルギー回生用のキャパシターを搭載し、355kmの航続距離を実現している。 今回のグループワークは、熱サイクルとその応用について調べてみましょうである。 ②演題は熱サイクルとその応用について調べてみましょうであり、グループ名は名無し、属した人は、中川一生、佐々木悠杜、HUYNHVINH KHANG、鈴木奏逞、須藤春翔であり、役割は調査係。 今回は、熱サイクルとしてランキンサイクルを挙げ、特徴をまとめた。熱源の種類を問わないことや、排熱の再利用が可能であることが分かった。 ③私は、電気自動車と燃料電池自動車の比較をした。 燃料電池自動車は、水素と酸素から電気をつくり走るため、走行時に二酸化炭素を出さず、充電時間も短いのが特徴である。一方、電気自動車はバッテリーに充電して走るが、充電に時間がかかり、充電インフラも十分ではない。また、燃料電池自動車は高圧水素タンクで長い航続距離が可能であるが、水素ステーションの整備が課題である。そして、電気自動車は家庭でも充電できる利点があるが、電池の重さや寿命も問題となっている。それぞれに長所と短所がある事が分かった。このことから、まだ普及には時間がかかるのではないかと考えた。
A.【講義の再話】 自動車にはエンジンがあり、熱サイクルに基いています。ディーゼル車に用いられるディーゼル車、ガソリン車に使われる内燃機関の熱サイクルであるオットーサイクル、外燃機関の熱サイクルであるスターリングサイクルなどがあります。内燃機関の4サイクルエンジンは吸入、圧縮、爆発燃焼、排気の4つの工程により仕事を生み出しています。この圧縮比が大きいほど、燃費の良いエンジンとなります。ガソリン車で11.5、ディーゼル車で20ほどになります。また、自動車はこれ以外にも燃料電池自動車や電気自動車がありますが、これらは充電時間が長いといいう課題があります。 【発表の要旨】 演題:熱サイクルとその応用について調べてみましょう グループ名：ランキンサイクル 共著者名：石毛翼、宮入丈、小笠原大地、坂本彩夏 役割：調査 熱サイクルとしてランキンサイクルを選択して調査した。 ランキンサイクルは蒸気を使って電気を発生させる際に利用されるもので、超大型船舶の排熱回収装置、火力・原子力・バイオマス発電に利用される。 【復習の内容】 ランキンサイクルについてさらに調査した。 工業製品として、船舶に搭載される発電装置がある。三菱重工のオーガニックランキンサイクルは、熱交換の媒体に蒸発温度の低い有機溶媒を用いて、エンジンの冷却水から排熱を回収し発電を行う。 ランキンサイクルの装置に用いられる材料は、ステンレス鋼やアルミニウムである。 ランキンサイクルのPV線図は次のサイトに示されている。 https://kenkidryer.jp/2021/06/01/simple-rankine-cycle-pv-diagram-ts-diagram/ 熱媒体の物質をポンプで圧縮し液体にし、ボイラーの加熱により蒸発させ膨張させる。断熱膨張しながらタービンを回転させ発電を行う。通過した蒸気は復水器で冷却し凝縮させる。 ランキンサイクルの課題として、構造が複雑なためコンパクト化が難しいという点が挙げられる。この課題を解決するために、スペースを確保できる大型船舶や化学プラントで採用することが考えられる。
A.① 授業では、自動車の製造やエネルギー技術について解説された。自動車のサプライチェーンには、鉄、ガラス、ゴム、電気、電池、鉛、硫酸など多様な素材が関わっている。製造工程にはプレス、ボディー、塗装、組立、検査があり、車の燃料にはガソリン、電気、水素、バイオエタノール、ソーラーなどが使われる。燃料電池車には白金が使われており、トヨタのミライが例として紹介された。さらに、熱サイクルについても学習した。 ② サイクル 白澤拓磨、松田天、鈴木佑涼 自分の班では、ランキンサイクルについて調べ、熱機関の基本的な仕組みを学んだ。高熱の蒸気でタービンを回し、仕事を得た後に復水器で冷却する流れを、図を使ってわかりやすくまとめた。サイクル全体のエネルギーの流れや効率の考え方も理解でき、実際の発電への応用をイメージすることができた。 ③ 自動車は多くの素材から成り、鉄やガラス、ゴム、電池、硫酸などが必要だと学んだ。製造はプレス、ボディー、塗装、組立、検査という工程で行われ、燃料にはガソリン、電気、水素、バイオエタノール、ソーラーなどがあり、燃料電池車では白金が触媒に用いられることを理解した。水素は圧縮タンクに貯蔵し、熱機関にはオットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ランキンサイクルなどがあり、逆サイクルのカルノーサイクルはエアコン原理にも応用されている。
A.①ガソリンで動く車をガソリン車という。ハイブリット車や電気自動車の登場で燃費の良い車が注目を浴びている。一方、電気自動車は電気を使ってモーターを動かすことで進むことができるが、その電気を作るためには多くの二酸化炭素を排出している。自動車は熱機関を使っているが、熱機関は例えばオットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクルなどがある。 ②「熱サイクルとその応用について調べてみましょう」グループ名：乱金サイクル、石毛、坂本、久保、宮入、役割：調査 ランキンサイクルを選んだ。特徴として蒸気を使って電気を発生させるというのがある。例としては実在流体サイクルで三菱重工では125kWの電気を発生させる。応用例は超大型船舶、火力、原子力、バイオマス発電などがある。 ③自動車塗装について調べた。18世紀の蒸気機関車や19世紀末の車にはボディーがほどんどないため、ボディー付きの量産車は1907年のT型フォードであった。塗装工程は手塗りで1週間ほどかかっていた。その後、スプレーガンが開発され、同時期にニトロセルロースの染料で様々な色を作れるようになり、塗装と乾燥時間を1週間以下に短縮できるようになった。やがて、水溶性の塗料を使用され、現在では電着塗装が主流になった。 半導体のパターニング技術の一つにフォトリソグラフィが使われている。この技術は1970年代から使用され、初期は可視光線を用いていて解像度が乏しいという欠点があった。1990年代にはUVを用いるようになり解像度が向上した。そして、21世紀にはEUV（極端紫外線）という非常に短い波長の光で繊細な回路パターンを形成することに成功した。また、デジタルフォトパターニング技術が導入され、試作製品の作成が大幅に短縮され、量産化に貢献したと考えられる。
A. 自動車のサプライチェーンについて学んだ。主な原材料としてはネオジウムがモーターや発電機、鉄鉱石から鉄、アルミニウムをつかって骨格、ゴムをつかってタイヤなどがあった。そのほかのユーティリティとしてはガソリン、電気、水素、バイオエタノールなどが挙げられた。ｐVのサイクルに少し触れ、カルノーサイクルなどについて学んだ。 今回の授業の演題は熱サイクルとその応用について調べてみましょうであり、共同著者は宮内、中澤、佐藤、山口であった。私たちの班ではディーゼルサイクルについて調べた。ディーゼルサイクルとはオットーサイクルの定容加熱過程を定圧加熱に変えたサイクルであり、断熱圧縮、等圧燃焼、断熱膨張、等容排気の順番のサイクルとなっている。 復習では以下の内容を行った。ガソリン車で代表的な触媒として三元触媒がある。セラミックや金属製のハニカム構造体になっておりロジウム、プラチナ、パラジウムが使用されている。またこの構造の触媒は排気の流れに対して直交するように取り付けられている。材料となるロジウムは鉱石として掘り出され、主にアフリカを中心に生産されている。
A.・スターリングサイクル 工業製品:発電機。コジェネレーションシステムである。 スターリングサイクルの工程 １等温圧縮→２定容加熱→３等温膨張→４定容冷却 ①セラミックスの特徴と自動車への応用 まず、セラミックスとは、耐熱性・耐食性・電気絶縁性・軽量性などの特性を持つ無機材料であり、自動車では、多孔質構造の最適化、細孔径や比表面積を制御し、ガスとの反応面積を拡大する。これにより、排ガス処理の効率が高まり、エンジン負荷が低減される。 ② 熱伝導性の向上!:高熱伝導性セラミックスとの複合化により、触媒層全体の昇温速度を向上させ、低温時からの効率的な浄化を可能にする。 ③ 軽量化による走行負荷の低減!!:セラミックの密度を最適化することで、触媒システム全体の重量を削減し、車両全体の軽量化につながる。これは直接的に燃費向上に結びつく ④燃費向上への寄与。以下例。 Aエンジン運転効率の最適化する B始動時の排気処理性能向上による無駄燃焼の抑制 C車体軽量化による燃料消費量の削減 天然ガスや石油を使用する燃料の品質指標として、ガソリンにはオクタン価、軽油にはセタン価が用いられる。オクタン価が高いほどノッキングが起こりにくく、セタン価が高いほど自己着火性が高まる。 オクタン価:ガソリンのノッキングを起こしにくい性質を示す数値。 セタン価:軽油の着火性の良さを示す数値。 今回の議題であるハイオクは、ノッキングを防ぐ添加剤が多く含まれており、高圧縮エンジンで真価を発揮するため、レギュラー車に入れてもコスト増につながるのみである。 『ガソリンのサプライチェーン』 1.原油の採掘 2.輸送 3.精製 4.貯蔵・配送 5.販売である。
A.１．講義の再話 ガソリンで動く車、ハイブリッド車がある。 電気自動車も登場 電気自動車 電気を使ってモーターを回転させることで動く 二酸化炭素排出しない もとになる電気を作るために二酸化炭素を排出している 電費が悪い ２．発表 グループ名 発行ダイオード メンバー 松本碧衣 今山華百 鈴木純奈 益子 はるな 鈴木唯 発光ダイオードの 製造プロセス インゴットの製造 ↓ ウェーハーの製造（インゴットを薄くスライス ） ↓ 洗浄 ↓ 結晶成長 ↓ フォトリングラフィ 光を使って結晶成長で作った層を加工する。 レジストを付与、現像、レジスト除去 ３．復習 実際に発行ダイオードを用いた実験を理科研修センターでおこなった。、
A. 自動車の燃料として現在様々なものが使われている。ガソリン、電気、水素、バイオディーゼルなど、資源を消費するものから自分で生み出すことでまかなうものもある。電気自動車には燃料として電気が使われるが、電気は発電することで得られる。電気自動車のデメリットとして充電時間が長いことが挙げられる。ガソリンを使った自動車で稼働効率を上げるためには、圧縮機が10倍ほどの最も強いときに燃料を投入することが有効である。また、ディーゼルエンジンは圧縮機が20倍まで稼働するため、一般的なエンジンよりも効率がよい。しかしエンジン自体が大きく重くなるため、軽自動車には使えない。こうした効率を考える際に用いられるのが熱機関サイクルである。オットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクルなどがあり、それぞれ燃焼方式が異なり特徴も違う。 特にオットーサイクルはガソリンエンジンに用いられる。一回のサイクルで吸気工程、圧縮工程、燃焼・膨張工程、排気工程があり、その4工程が繰り返される。PV線図、TS線図にも特徴がある。 現在最も発電方法として多いものは火力発電であるが、この発電効率は40%である。大量の電気を生み出すためには発電効率を上げる必要がある。
A. 自動車の製造はプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組立工程、検査工程の大きく5つの工程に分けられる。車が必要な理由は、どこでも走れるため自由度が高いからである。車はガソリン(軽油)、電気(ソーラー)、水素、バイオエタノール(バイオディーゼル)で走る。また、カルノーサイクルから、熱効率εは温度差が大きいと上がるということがわかる。 演題は「熱サイクルとその応用について調べてみましょう」、グループ名はカルチャン、共同著者は鈴木純奈、渡邉陽菜、荒井巴瑠、山中麻央、私は記録を担当した。カルノーサイクルの特徴は、理想的な可逆過程、2つの等温過程と2つの断熱過程から構成される。熱効率の上限を与える。応用製品は、高効率ガスタービン、蒸気タービン、冷凍庫、ヒートポンプ、スターリングエンジン、熱音響エンジンなとがある。 復習として、車と電車を比較した。車は目的地まで直接移動でき、時間やルートを自分で自由に決められる点で、電車より自由度が高い。そのため、買い物や旅行、通勤など幅広い場面で必要とされている。特に地方では公共交通が限られているため、車の重要性はさらに高いと感じた。自分のペースで行動できる車は、現代の生活に欠かせない存在だと思う。
A.1/講義の再話：当日の授業では燃料電池にいついてまなんだ。燃料電池は、水素やメタンなどの燃料と酸素の化学反応によって電気を直接発生させる装置だ。一般的に、負極に水素、正極に酸素を供給し、電解質を通じてイオンが移動することで電流が流れる。燃焼のように熱エネルギーを電気に変換するのではなく、化学エネルギーをそのまま電気に変えるため、エネルギー効率が高く、排出物が少ないのが特徴。特に水素を使う場合、排出されるのは基本的に水だけなので、環境に優しいエネルギー源として注目されている。 2/発表の要旨：「熱サイクルとその応用について調べてみましょう 」 ここでは実際の工業製品との関係が深く、私たちの生活にも密接なランキンサイクル（Rankine Cycle）を選び、その特徴と応用された工業製品について説明します. 1.ランキンサイクルの特徴: ・熱源の種類を選ばない（石炭、天然ガス、バイオマス、原子力、太陽熱など） ・蒸気タービンを使うため、大量の電力を安定供給できる ・排熱の再利用が可能（再熱・再圧縮システムなど） 2。応用された工業製品：火力発電所（特に石炭火力） ・ボイラーで水を加熱し、高温・高圧の蒸気を作る ・その蒸気を蒸気タービンに送り、羽根車を回転させて発電機を動かす ・蒸気はタービンを通過した後、復水器で冷やされ再び水に戻る ・水は再びボイラーに戻されて加熱され、サイクルが繰り返される 3/復習の内容：オクタン価はガソリンのノッキングの起こりにくさを示す指標で、値が高いほど自己着火しにくく、圧縮比の高い高性能エンジンに適している。一方、セタン価は軽油の自己着火のしやすさを表す指標で、ディーゼルエンジンにおいては値が高いほど燃焼が安定する。つまり、ガソリンエンジンにはオクタン価が、ディーゼルエンジンにはセタン価が重要になる。 ハイオクガソリンはオクタン価が高く、スポーツカーや高圧縮エンジン向けに設計されている。これをレギュラー仕様のエンジンに給油しても、性能が上がるわけではなく、むしろ燃費が悪化する場合がある。エンジンがオクタン価の高さを活かす設計になっていないため、過剰性能となって無駄になる可能性がある。 ガソリンのサプライチェーンは、原油の採掘から始まり、精製所で蒸留・改質を経てガソリンや軽油に分離される。その後、タンクローリーなどでガソリンスタンドに運ばれ、消費者に供給される。サプライチェーン全体では、原油の輸入、精製プラントの運用、輸送インフラの整備が重要であり、価格や供給安定性に大きな影響を与える要因となっている。
A.自動車は様々な原料を用いて作られています。鉄、アルミ、ゴム、繊維などが使われていますがそれぞれ鉄は鉱石から製銑、アルミは電解精錬など、原材料を製造するのにもコストがかかります。また、工場の機械を作るコスト、運営するコストがかかります。自動車の燃料にはガソリン、電気、燃料電池が使われています。発電効率は燃料電池で60％ほどです。車には内燃機関が搭載されています。内燃機関は、４サイクルエンジンと呼ばれるものが多いです。また、ディーゼルエンジンが使われていた時代もあります。ディーゼルエンジンは排出量が多い特徴があります。ノッキングには昔鉛が使われていました。内燃機関にはオットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ブレイトンサイクル、ランキンサイクル、カルノーサイクルがあります。ディーゼルサイクルとオットーサイクルの相図をまとめました。断熱圧縮、東圧燃焼、断熱膨張、等容廃気があります。 オクタン価はノッキングに対する耐性でセタン価はディーゼル燃料の着火の速さを評価する指標です。ハイオクガソリンをレギュラーエンジンに給油してもエンジンが破損することはないですが、かといってエンジンがよく稼働するわけではありません。ガソリンは海外から輸入された後、製油所での精製ののち輸送後に販売されます
A. 車は様々な部品の組み合わせによって作られており、鉄鉱石とアルミニウム、コークスを鉄にすることでそれを成形して自動車の部品にしている。また、タイヤに用いるゴム、電池に利用する鉛蓄電池が含まれている。最近ではEV自動車が普及したため、リチウム電池も使用されている。 これらの工業製品のサイクルとして、グループワークではスターリングサイクルを学んだ。スターリングサイクルを用いている工業製品として発電機がある。発電機は、コージェネレーションシステムによってエネルギーを利用しており、天然ガスや石油によって発電し、同時に発生する排熱を利用してエネルギーを無駄なく使っている。 また、個人ワークを通して、ディーゼルサイクルを選んだ。ディーゼルサイクルは、熱エネルギーをピストン運動に変換したもので、オットーサイクルの定容加熱過程を定圧加熱に変えたサイクルである。ディーゼルサイクルの基本サイクルは吸気で空気を吸入して、断熱圧縮することで空気を圧縮する。次に、等圧受熱で徐々に燃焼し、断熱膨張させる。その後、等容放熱によって放熱し、最後に排気して高温ガスを外に出す。ディーゼルサイクルを応用した工業製品としてトラックのディーゼルエンジンがあり、このサプライチェーンを上がっていくと、シリンダーブロック、マフラー、ターボチャージャー、インジェクター、ピストン・コンロッドとなり、これらは、アルミニウム合金や鋳鉄など鉄鋼業や非鉄金属工業によって生産される。 ディーゼルサイクルでは、作動流体である空気を圧縮することで高温の状態として燃焼させて、膨張、排気という一連の作業を繰り返しているためエネルギーを運搬して変換させる役割を持っている。また、冷媒漏れの事故を防ぐには、漏れを検知するセンサーの導入や耐食などに優れたコーティング剤を利用する必要があると考える。
A.①講義の再話 自動車のサプライチェーンについて考えた。自動車を作る際に用いる材料はこれまでの授業で学んだ無機材料が多く含んでいることがわかった。具体的には、第7回で学んだネオジウムやモーター、第5回で学んだアルミニウムの溶融塩電解、第7回で学んだセラミックス、ガラスを作る窯業、第8回で学んだゆ空気やガス、電気といったユーティリティーなどであった。 ②発表の内容 熱サイクルとその応用についてしらべた。 私たちは逆ランキンサイクルをえらんでしらべ、その結果外部からの仕事を使って低温の熱源から高温へ熱を移動させるサイクルであることが分かった。具体的に用いられる工業製品はエアコン、冷蔵庫、ヒートポンプ給湯器などがあった。 ③復習の内容 逆ランキンサイクルの過程は室内機??冷媒??コンプレッサー??凝縮器??膨張弁??蒸発器の流れであった。また自動車製造には多くの無機材料が使われており、授業で学んだアルミニウム、ネオジム、セラミックスなどが関係していた。発表では逆ランキンサイクルを調べ、冷蔵庫やエアコンなどへの応用を理解した。
A. 今回は自動車のサプライチェーンについて学びました。自動車の作り方は１、プレス工程、２、ボディ工程３、塗装工程４、組立工程５、検査工程があります。ガソリンは自然発火するとノッキングが起こります。ハイオクは普通のレギュラーと異なり、自然発火しにくくオクタン価が高いとされています。 今回は「熱サイクルとその応用について調べてみましょう」というテーマで発表内容を考 えた。私たちが選んだのは、オットーサイクルで、特徴としてはガソリンエンジンが代表で あり、点火方式としてはスパークプラグで燃料混合気体に点火する。加熱は体積一定で進む。 オットーサイクルの問題点としては、エネルギー変換効率が低いことによって膨大なエネ ルギー損失が生じることである。 オクタン価とは、ガソリンなどの燃料がエンジン内で「ノッキング」を起こしにくい性質を示す指標です。数値が高いほど自己着火しにくく、安定した燃焼が可能になります。ハイオクはオクタン価が高く、高性能エンジンに適しています。
A.①自動車のサプライチェーン、熱サイクルなどについて学びました。自動車は、「プレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程」の手順で製造されています。材料には、鉄、繊維、アルミ、セラミックス（ガラス、ガイシ（絶縁性材料）、スパークプラグ）、ネオジム（モーターに使う、ゴム（タイヤ）、電気などがあります。熱サイクルではカルノーサイクルを使っていることが分かりました。 ②グループ名は右前です。グループメンバーは小野翔太、鈴木晴琉、黒沢行博、青木優菜、笹原果音です。熱サイクルとしてスターリングサイクルを選び、サイクルの仕組みについて詳しく図に描いて、特徴とその応用例について調べてまとめました。スターリングサイクルは2つのピストンで構成されている、密閉式のエンジンです。熱源と冷却源の温度差を利用して作動している概念機関であることが分かりました。 ③復習では、カルノーサイクルについて深堀しました。カルノーサイクルは理論上最も効率が良い熱機関（熱エンジン）の理想サイクルで、高温熱源と低温熱源の間で仕事を取り出しています。プロセスとしては、「等温膨張（高温熱源から熱を吸収しながら気体が膨張し、仕事をする）、断熱膨張（外部に熱を出さずに膨張し、温度が下がる）、等温圧縮（低温熱源へ熱を放出しながら気体が圧縮される）、断熱圧縮（熱を出さずに圧縮されて温度が上昇し、元に戻る）、等温膨張、．．．」の順で４つの熱変化を循環させることで仕事（J：ジュール）を得ていることが分かりました。
A.①自動車の原料には鉄、アルミニウム、セラミック、ゴム、モーターなどがあり、これらは複雑なサプライチェーンを通じて供給される。燃料にはガソリン、電気、水素、バイオエタノールがあり、内燃機関ではオットーサイクルやディーゼルサイクル、ガスタービンに使われるブレイトンサイクルなどが用いられる。発電効率や環境負荷は燃料によって異なる。素材の加工には人絹のような化学処理も応用され、繊維やゴムなどの部品製造に活かされる。自動車は多様な材料とエネルギー技術の集約によって成り立っている。 ② ガソリンエンジンのオットーサイクルについて調べた。ガソリンは吸気工程、圧縮工程、燃焼.膨張工程を経て、排気工程で気体が排出される。また、pv線図をみると体積が大きくなると圧力は下がり、ts線図ではエントロピーが大きくなると温度は上がる。 ③自動車部品から鉄鋼を選ぶ。鉄鋼はボディフレームに使用され、燃費向上には軽量化が重要である。引張強度980MPa以上の超ハイテン材やセラミックス、炭素繊維との組み合わせが有効である。高温加工により複雑な形状が可能となり、部品数削減にもつながる。オクタン価はガソリンの自己着火のしにくさ、セタン価は軽油の着火のしやすさを示す。ハイオクをレギュラー仕様に使っても問題は少ないが性能向上は限定的である。ガソリンは原油の輸入から製油所での精製、油槽所での保管、配送を経て供給される。排ガス浄化には三元触媒が用いられ、有害物質を無害化する。触媒はセラミックや金属製ハニカム構造体に塗布され、排気管内に組み込まれる。製造には貴金属を含むスラリーを塗布し、乾燥・焼成後にハウジングに封入する。触媒に使われる貴金属やレアアースは特定国への依存度が高く、地政学的リスクや価格変動の影響を受けやすい。
A. 第10回の講義では、自動車製造の話から燃料電池や様々な熱力学サイクルにについて内容を深めていった。自動車を走らせるための動力として現時点で存在するものには、ガソリン、電気、水素、バイオエタノールが挙げられる。これらは内燃機関またはモーター駆動に分類できる。また、燃料電池は水の電気分解の逆反応に相当し、水素と酸素を反応させることでエネルギーを取り出す。ここにはカルノーサイクルが関与している。さらに、内燃機関でよく使用されるのはオットーサイクル、外燃機関で一般的なのはスターリングサイクルであることを知った。 グループディスカッションでは、「演題：熱サイクルとその応用について調べてみよう（グループ名：左前、共著者名：大濱風花、近ありす、鈴木結惟、増子香奈、役割：発言者）」について議論を行った。私たちのグループは、スターリングサイクルを選んだ。これは、外燃式ピストンエンジンに適用されるガスサイクルであり、温度による気体の膨張・圧縮の性質を利用して、シリンダ内の作動ガスを外部から加熱・冷却することでシリンダを動かす。このサイクルが用いられる工業製品としては、もみ殻発電機（もみ殻を燃焼した時の熱を利用したもの）や、冷却エンジンなどがあると分かった。 私は高校時代、SSHの授業の一環としてスターリングエンジンについての研究を行っていた。スターリングエンジンは外熱機関であることから燃焼の種類を選ばず、太陽熱や工場の排熱なども利用でき、理論上はカルノー効率に近い高い熱効率を持つことから、あらゆる場面で応用できるのではないかと考え、研究を行っていた。しかし、出力密度が低いことやコストが高いこと、高温に長期間耐えられるような材料が必要であることなどが課題として見つかった。自分が高校時代勉強していたこととこの講義で取り扱った内容がつながって、とても面白かった。
A.①今回の授業では自動車について学び主に製造について学んだ。製造の部品やサプライチェーンについて詳しく調査した。車の材料としては鉄鉱石、セラミックス、モーター、発電機、繊維、ゴムなどがある。また、スパークプラグとはエンジンを点火するときにガソリンに火をつける密閉状態であり、このときに高い電圧内で電気を加えることである。これにセラミックスが使われている。また車の重さは1トンくらいであり、自動車の作り方について着目すると工場の仕組みp36ページから理解を深めることができる。またゴムについては合成ゴム、クロロプレンゴムなどいくつか種類があり、そのそれぞれに様々な特徴があった。火力発電について仕組みを調べるとカルノーサイクルというサイクルが関連している。最新工業化学p61からも理解を深めることができる。サイクルにはいくつかあり、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ブレイドサイクルなどがある。 ②発表の要旨としてはカルノーサイクルについて、このサイクルは最も効率の良いサイクルであり、温度の異なる2つの熱源間で生じる可逆的サイクルである。 ③この抗議の復習としては自動車の主に、製造裏での仕組みを学んだ。サプライチェーンなど以前に授業で学んだ知識が生かされた。また、車の部品の一つ一つについて焦点を当て、どんな材料で作られているか、どんな製造法で作られているかについて一つ一つ確認した。
A.①第十回は自動車についての授業であった。車は鉄、アルミ、ネオジム、セラミックス、モーター、発電機、電池、繊維、ゴム、それらを生成する工場のユーティリティなどによってできている。工場内でプレス、ボディ、組み立て、検査の5つの工程を経て作られる。タイヤにゴムを使っている理由は接地面積が増えるため安定するからである。しかし接地面積が大きいことで鉄のタイヤでできている電車に比べて燃費が悪い。それでも車が必要とされる理由は車の方が自由度が高いからである。車が走るためにはガソリンや電気、近年では水素やバイオエタノールで走る車も存在する。発電効率は燃料電池は60％程度であり、火力発電の40％よりも高い。発電のサイクルに内燃機関が利用されており、これは高圧状態でスポークプラグし、低圧にすることで仕事に変換、その後弁を開けると再び圧をかけた際に排気ガスとして排出されるというサイクルで構成されており、内燃機関にはオットーサイクルが良く使われている。これと反対に外燃サイクルも存在し、スターリングサイクルやブレイドサイクルが存在する。外燃サイクルは内燃サイクルより燃費がいい。 ②授業最後の演習では熱サイクルとその応用について調べた。班は大濱風花、立花小春、近ありす、鈴木結惟、増子香奈の5人であり、班名は左前、役割は発言であった。私たちはスターリングサイクルについて調べた。これはグリーンパワーテクノ(株)の籾殻発電機に使われており、これは籾殻を燃焼したときの熱を利用した発電である。また、冷却エンジンにも使われており、冷やすためにこのサイクルが使われることが多い。 ③この授業の復習としてハイオクガソリンのメリットとガソリンのサプライチェーンについて調べた。ハイオクガソリンはレギュラーガソリンよりもオクタン価が高く、異常燃焼を起こしにくいため、エンジンの性能を最大限に引き出すことができる。また、これによりエンジンの出力が向上し、加速性能や燃費性能が向上する、エンジンのダメージを防いでエンジンの寿命を延ばすといった効果も期待できる。さらに燃費効率が高い、排気ガス中の有害物質の排出量を低減させる効果も期待できる。ガソリンは原油埋蔵地から採掘され、パイプラインやタンカー、トラック、鉄道などによって運ばれ、製油過程を経てさらに輸送、貯蔵され、各ガソリンスタンドなどで販売される。
A. 自動車には、鉄やアルミニウム、ガラス、ネオジム、ゴム、絶縁材料など部位ごとに様々な材料が使用されてできている。この自動車はプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程という順で作られていく。自動車の燃料としてはガソリンがメジャーであるが、そのほかに電気や水素、バイオエタノールなども燃料として使われ始めているが、充電に時間がかかることなどからあまり普及が進んでいない。また、燃料には内燃と外燃によるものがあり、ランキンサイクル、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ブレイトンサイクルなどがある。 「熱ランキンサイクルとその応用について調べてみましょう」「グループ名：-」「共著者名：佐々木悠杜、HUYNHVINH KHANG、鈴木奏逞、須藤春翔」「役割：案だし」。ランキンサイクルは熱源の種類を問わない、排熱の再利用が可能、大量の電力を安定して供給できるという特徴がある。また、ランキンサイクルは主にボイラ、過熱器、蒸気タービン、復水器、給水ポンプで構成されており、タービンを回すことで発電を行う。 自動車などに使用される燃料は脱炭素の考えとともに様々考えられており、これまでには電気、水素、など様々に利用されてきたが、問題点も多く、大きくは普及しなかった。現在も新しい燃料の開発が進められており、合成燃料の開発が研究されている。合成燃料は二酸化炭素と水素を合成することで製造される燃料だとして、カーボンニュートラルとして注目されている。エネルギー問題として、エネルギーをどのように作り、使い続けることができるのかということが今後も続く課題なのだと感じた。
A.授業では復習としてネオジムがモーターに使われていること、鉄には鉄鉱石とコークスと石灰石とマンガン鋼が使われていること、また、車を作るにはセラミックス、ガラス、繊維、クッション、タイヤなどが必須であることを学び、それぞれがどのように生成されているのか、そのサプライチェーンについて教科書を用いて学びました。結果、自動車のサプライチェーンはプレス工程→ボディ工程→塗装工程→組み立て工程→検査があることが分かりました。そして、エンジンの動作機構について学び、EV車とガソリン車の違いについても学びました。 発表では熱機関であるオットーサイクルについて調べました。オットーサイクルとは、内燃の1種でガソリンエンジンの基本的な動作原理を説明する理論的なサイクルであり、1876年にドイツの技術者、ニコラウスオットーによって発明されました。サイクル構成は断熱圧縮、定容加熱、断熱膨張、低容冷却であり、点火方式はスパークプラグで燃料混合機に点火する方法であることがわかりました。問題点は、エネルギー変換効率が低いため、膨大なエネルギーが損失することであることもわかりました。 復習としてもし自動車が突然なくなったら、を考えました。もし自動車が突然なくなったら私たちの生活や物流、産業は大きく混乱します。一方で、自動車は世界全体の温室効果ガス排出量の約15％を占めており、カーボンニュートラル（脱炭素社会）を実現するには、交通分野の見直しが不可欠です。そこで近年は、内燃機関車から電気自動車（EV）や水素自動車（FCV）への転換が急速に進められています。
A.自動車のサプライチェーンとして車を作るのに必要なものは鉄、アルミニウム、ガラスなどがある。そして車を走れセルにはガソリンや軽油、水素、バイオエタノールなどの燃料や物理的部品としてタイヤが必要である。その動力源としてはオットーサイクル（内燃機関）の一種であり、それぞれディーゼルサイクル（ディーゼル機関）、スターリングサイクル（外燃機関）、ブレイトンサイクル（ガスタービンエンジン）がある。 ワークショップの演題は熱サイクルとその応用について調べてみようであった。グループ名は右前で共著者名は、笹原里音、鈴木晴琉、小野翔太、黒沢行博、日下陽太自分の役割として調査者であった。私たちの班はスターリングサイクルについて取り上げた。2つのピストンで構成されている密閉式のエンジンで、熱源と冷却源の温度差を利用して作動する外熱機関である。実用例として排熱利用発電やバイオマス発電が挙げられる。 復習として、自動車部品を取り上げ、自動車の燃費向上のため材料をどう改善するのが良いか考えた。アルミニウム製のホイールの軽量化が燃費向上に最適だと考えられ、中空構造を多くとる形にして不要な部分を削減することで軽量化できると考えられる。また、自動車浄化触媒に使われる貴金属のサプライチェーンについて考え、これには白金などの希少金属が使用され、資源枯渇対策としてリサイクルが重要であると考えられた。
A.１．自動車の作り方は大きく分けて５つの工程に分けられ、１つ目がプレス工程で鋼板をプレス加工し、様々な部品を作る。２つ目は、ボディ工程で作られた部品を溶接し、骨格を形作る。３つ目は、塗装工程で、成形したボディを十分に洗浄後、焼付塗装が行われる。４つ目は、組み立て工程で、塗装後のボディにエンジンや、メーターなどを取り付ける。最後に５つ目は、検査工程で、完成した自動車のブレーキやライトなどを検査し最終確認を行う。 自動車は、ガソリンで走るが、どれだけ燃費よく走るかが大事になってくる。これに伴い、様々なサイクルについて知る必要がある。 ２．私たちのグループは、グループ名を右前として、スターリングサイクルについて調査、ディスカッションした。まず、スターリングサイクルは、再生器の両端を膨張シリンダーと圧縮シリンダーに挟まれた構造をしている。このように２つのピストンで構成された密閉のエンジンで熱源と冷却源の温度差を利用して作動する外熱機関である。実用例としては、排熱利用発電や、バイオマス発電が挙げられる。また、意見で出たのは、外燃機関と内燃機関どちらの方が効率が良いか。また、メリットやデメリットはあるか。ということが意見で出た。 ３．オクタン価について調査した。、ガソリンのエンジン内での自己着火のしにくさ、ノッキングの起こりにくさ（耐ノック性・アンチノック性）を示す数値であり、オクタン価が高いほどノッキングが発生しにくく、分子量が低いほどオクタン価が高く、また直鎖より枝分かれの多い炭化水素の方がオクタン価が高い。
A.①自動車の作り方について。自動車はプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程を経て製造される。自動車に必要な材料はネオジウム、鉄、鉄鉱石、ユーティリティ、アルミニウム、繊維、ゴム、ガラス、セラミックスなどがある。自動車にゴムが必要な理由は、効率が良いからである。ゴムで接地面積を広げることで電車より燃費が悪くなるがどこでも走れるという利点がある。 ②発表では、カルノーサイクルについて調査した。カルノーサイクルの特徴は理想的な可逆過程で2つの断熱過程から構成される。応用製品として高効率ガスタービン、蒸気タービン、冷凍機ヒートポンプ、スターリングエンジン、熱音響エンジンが挙げられる。 ③復習では、ランキンサイクルについて調査した。ランキンサイクルとは火力発電などで広く使われてる熱力学サイクルで水を蒸気に変換して、その蒸気でタービンを回して仕事を取り出す仕組みである。蒸気の温度と圧力を高く、復水器圧力を低くするほど熱効率が向上する。
A.
A. まず、自動車の作り方について説明した。順番としてはプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程の順であり、全体的に電気を用いている。そもそも車が必要とされる理由としては自由度が高いからである。また、やわらかいゴムに空気を入れるのはタイヤの設置面積を広くして乗り心地をよくするためである。電車は接地面が小さいので鉄でタイヤを作っても乗り心地にそれほど支障はない。 今回は「熱サイクルとその応用について調べてみましょう」というテーマで発表内容を考えた。私たちが選んだのは、オットーサイクルで、特徴としてはガソリンエンジンが代表であり、点火方式としてはスパークプラグで燃料混合気体に点火する。加熱は体積一定で進む。オットーサイクルの問題点としては、エネルギー変換効率が低いことによって膨大なエネルギー損失が生じることである。 今回の講義では熱サイクルについてとりあげられたため、熱サイクルのうちディーゼルサイクルについて調べた。ディーゼルサイクルは、ドイツのルドルフ・ディーゼルが考案した圧縮着火式内燃機関の理論サイクルである。空気を断熱圧縮して高温にし、燃料を噴射して自然着火させることで等圧加熱を行う。その後、断熱膨張・等容放熱・排気を経てサイクルが完了する。火花点火を用いないため、オットーサイクルより高い圧縮比が可能で、熱効率も高くなる。
A.①今回の講義では、地球に降り注ぐ太陽の恵み、すなわち1キロワット毎平米という膨大なエネルギーが、いかにして私たちの生活を支えるエネルギープラントで活用されるかを学びました。エネルギーの用益を最大化するため、特に火力発電における最高効率の追求が重要となります。その鍵となるのが、水が液体と気体の区別なく振る舞う超臨界状態を利用した発電技術です。これにより、従来のランキンサイクルの効率が飛躍的に向上します。また、ガスタービンなどで用いられるブレイトンサイクルも、熱エネルギーを電力に変換する重要な熱力学サイクルとして紹介されました。 ②エネルギープラントの概念は、発電だけでなく熱の移動システムにも及びます。その代表が逆ランキンサイクルです。これは、標準的なランキンサイクルとは逆に、熱を低温側から高温側へ移動させる原理で、冷蔵庫やエアコンなどのヒートポンプに利用されます。冷媒を圧縮・凝縮・膨張・蒸発させることで、効率的に冷却や暖房を実現し、エネルギーの用益を多様な形で最大化する、現代生活に不可欠な技術です。 ③今回の講義で復習すべきは、まず太陽から得られるエネルギーがエネルギープラントでいかに利用されるか、その用益を理解することです。次に、電力供給の主要な手段である火力発電の仕組みと、その最高効率を追求するための技術、特に超臨界状態の概念を深く理解する必要があります。さらに、発電の根幹をなす熱力学サイクルであるランキンサイクルとブレイトンサイクルの基本的な原理と違いを整理することが、この分野の理解を深める上で不可欠となります。
A. 第10回のテーマは「自動車がなくなったらー目指せ カーボンニュートラルー」であった。近年、自動車の燃料として一部で燃料電池が使われるようになった。燃料電池の発電効率は６０％ほどで、ほかに比べて高い数値を取っている。また、自動車のサプライチェーンについても学習した。「プレス工程→ボディ工程→塗装工程→組み立て工程→検査」これらの工程を経て、自動車が作られる。電気自動車の難点として、充電時間がある。ガソリンで走行する自動車に比べて、燃料の補充にかなり時間がかかる。ランキンサイクルやオットーサイクルについても触れた。ランキンサイクルは、蒸気を使って電気を発生させる方法である。 また、自動車のサプライチェーンについても学習した。「プレス工程→ボディ工程→塗装工程→組み立て工程→検査」これらの工程を経て、自動車が作られる。電気自動車の難点として、充電時間がある。ガソリンで走行する自動車に比べて、燃料の補充にかなり時間がかかる。ランキンサイクルやオットーサイクルについても触れた。ランキンサイクルは、蒸気を使って電気を発生させる方法である。
A.①最初に自動車に必要な材料を、過去の授業から振り返った。必要なものとして挙げられたのは、鉄やアルミニウムゴムや繊維、セラミックなどが挙げられた。自動車を作る上で、タイヤは鉄で作ってしまうと弾性がなく体を痛めてしまう。よって反発力のあるゴムを使うことで、乗り心地が良くなった。 ②熱機関であるオットーサイクルについて調べた。オットーサイクルとは、内燃の1種でガソリンエンジンの基本的な動作原理を説明する理論的なサイクルであり、1876年にドイツの技術者、ニコラウスオットーによって発明されました。サイクル構成は断熱圧縮、定容加熱、断熱膨張、低容冷却であり、点火方式はスパークプラグで燃料混合機に点火する方法であることがわかった。問題点は、エネルギー変換効率が低いため、膨大なエネルギーが損失することであることもわかった。 ③火力発電のランキンサイクルについて復習を行った。金サイクルは、火力発電所で蒸気タービンを使って、電力を生み出す基本的な熱サイクルである。ランキンサイクルには4つの主要の工程をがある。給水ポンプ、ボイラー、蒸気タービン、複製器である。これらは、それぞれ状態変化が起こっているとわかった。
A.１．自動車は鉄鋼、アルミニウム、ゴム、発電機、モーター、電池などによって構成されている。さらに鉄鋼の原料は鉄鉱石、アルミニウムの原料はボーキサイトというように構成材料の原料も細分化することができる。また、車は内燃機関によって動力を得る。内燃機関にはオットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ブレイトンサイクルがある。 ２．演題：熱サイクルとその応用 共著者：永井日奈、向田有稀、山?紀々香、山根寿々 自身の役割：調査 逆ランキンサイクルを調査した。逆ランキンサイクルは、外部からの仕事を使って低温の熱源から高温へ熱を移動させるサイクルである。これを利用した工業製品として、エアコンや冷蔵庫、ヒートポンプ給湯器などが挙げられる。 ３．エアコンは絶縁体や熱交換器などの部品から構成されている。絶縁体は窯業によって生産される酸化アルミから、熱交換器は銅からできており、非鉄金属工業によって生産される。作動流体は熱サイクルにおいて冷却を担っている。また、冷媒の漏出を防ぐために、定期的な装置の検査のほか、漏出の因子を早期に除くことが必要であると考えられる。
A.自動車は、鉄鉱石やコークスを原料とする鋼板、ボーキサイトを原料とするアルミニウム、ネオジム、ガラス、ゴム、繊維など、多岐にわたる材料から成り立っている。また、製造過程では電力、水、ガスなどのユーティリティも不可欠である。自動車の動力源には、ガソリン、軽油、電気、水素などがあり、内燃機関や燃料電池が用いられる。ガソリン車などの内燃機関はオットーサイクルなどの4サイクルエンジンが主流ですが、最近では燃料をシリンダー内に直接噴射する直噴エンジンも増えている。ディーゼルエンジンは自然発火を利用しており、エンジンの大型化が特徴です。かつては、エンジンの異常燃焼（ノッキング）を防ぐため、アンチノッキング剤として鉛が使用されていた。発電効率は、燃料電池が50?60%と高い一方、火力発電は複合発電によって近年50%程度に向上してきている。火力発電は外燃機関で、ランキンサイクルなどで計算される。 ディーゼルサイクルは、オットーサイクルの定容加熱過程を定圧加熱に変えたサイクルである。ディーゼルサイクルは、トラックやバス、船舶、発電機など大型車両や重機の動力源に用いられている。
A.①今日の授業では、自動車のサプライチェーンについてまた、絶縁材料として碍子について学んだ。碍子とは、電線を支柱などに絶縁固定する陶磁器または合成樹脂製の器具であり、自動車の材料として欠かせないものである。また、自動車の作り方について学び、各工程で自動化が進んでいるが、人間のチェックは欠かせなくない。また、自動車に欠かせない材料として、ゴムが挙げられた。続いて、内燃機関について学んだ。吸収、圧縮、燃焼、排気の手順からなっている。 ② 熱機関であるオットーサイクルについて調べました。オットーサイクルとは、内燃の1種でガソリンエンジンの基本的な動作原理を説明する理論的なサイクルであり、1876年にドイツの技術者、ニコラウスオットーによって発明されました。サイクル構成は断熱圧縮、定容加熱、断熱膨張、低容冷却であり、点火方式はスパークプラグで燃料混合機に点火する方法であることがわかりました。問題点は、エネルギー変換効率が低いため、膨大なエネルギーが損失することであることもわかりました。 ③今回の授業では自動車について学んだ。最初に自動車に必要な材料を過去の授業から振り返った。必要なものとして、鉄やアルミニウム、ゴムや繊維セラミックスなどが挙げられた。また、スパークプラグと言うエンジンに火をつける。材料の絶縁材料についても学んだ。車はガソリン、電気、水素などで動く。火力発電は、ランキンサイクルと言う熱機関のサイクルである。
A. 自動車の構成成分として、鉄鉱石、アルミニウムが挙げられる。また、自動車のガラスにはセラミックスが用いられる。モーターや発電機には電池、ネオジウムが用いられる。ユーティリティもある。タイヤのゴムが必要である。 自動車の製造工程は５つある。プレス工程、ボディ工程、塗装工程、組立工程、検査工程がある。 自動車が走るためには、ガソリン(軽油)、水素、電気(ソーラー)、バイオエタノールが挙げられる。 燃料電池の種類として、アルカリ型(発電効率は?６０％)、リン酸型(35?45)、溶融炭酸塩型(45?55％)、固体電解質型(50％以上)、高分子膜型(40％以上)がある。燃料電池を使った自動車として、トヨタのミライがある。火力発電の発電効率は、４０％程度である。 電気自動車の欠点として、充電時間が長い点が挙げられる。 内燃機関は、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機関のことである。オットーサイクル、ディーゼルサイクルがある。外燃機関には、スターリングサイクルがある。 ノッキングとはガソリンが勝手に自然発火し、圧力上昇による不快音のことである。ノッキングが起こると、エンジンが損傷してしまう。オクタン価はガソリンの自然発火しにくさを表す。 ランキンサイクルとは蒸気を利用して、電気を発生させる際に利用される熱サイクルのことである。
A. ① 自動車は、鉄や鉛などの金属、ガラスなどのセラミックス、繊維など、非常に多くのものを組み合わせた工業製品である。そんな自動車の核ともいえるエンジンは、内燃機関でありカルノーサイクルを用いて熱効率を表すことができ、オクタン価の高い燃料で駆動する。また、同じエンジンであってもディーゼルエンジンは、ディーゼルサイクルで表されオクタン価の高い燃料が使われている。 ② グループワークでは、ランキンサイクルについて調査を行った。ランキンサイクルは、外部からの熱で水を加熱し、高温高圧の水蒸気に変えることで、水蒸気でタービンを回しエネルギーを得るエネルギーサイクルであり、主に、火力発電や原子力発電の原理として活用されている。また、ランキンサイクルは、p-V線図で表すと低温変化と低圧変化を繰り返すサイクルであり、サイクルに囲まれた体積がサイクルの仕事を示していることが分かった。 ③ 復習として、オクタン価とエンジンについて考えた。一般的なエンジンにオクタン価の低い燃料を入れると異常燃焼が起きやすいため、異常燃焼によってエンジンが損傷してしまう。また、ディーゼルエンジンにオクタン価の高い燃料を入れると、反応が起きないためエンジンが動かなくなってしまうため、適切な燃料を適切なエンジンに用いらなければ、エンジンの損傷につながってしまうことが分かり、気を付けたいと考えた。
A.今回は自動車についてを取り上げる。自動車を構成するサプライチェーンを考えたとき、モーターや発電機に使われるネオジム、部品を構成している鉄の原料である鉄鉱石やコークス、窓ガラスに使われるセラミックスなどがあげられた。ほかにはユーティリティであるガスや電気、タイヤの原料であるゴム、シートを構成する繊維などがあげられる。自動車には燃料電池も外せない。これはアノードである水素極で水素をプロトンになり、カソードである酸素極に移動し酸素と反応することで水になる反応から発電している。 演習では熱サイクルまたは逆サイクルの中から一つを選び、それとその応用についてを調べた。熱サイクルとしてオットーサイクルを取り上げた。これはガソリン機関に使われており、断熱圧縮、等容加熱、断熱膨張、等容冷却のサイクルで変化が行われるのが特徴で燃料と空気の混合気を圧縮して上死点で火花点火し、一気に燃焼させるものであることがわかった。 別の演習ではオクタン価とセタン価について調べ、ハイオクガソリンをレギュラーエンジンに給油したときどうなるかとガソリンのサプライチェーンについて調べた。オクタン価は自動車の燃料に利用されるガソリンの質を示す指標でオクタン価が高いほどエンジン内で事故着火が起こりにくいとされている。オクタン価が90未満がレギュラーガソリン、オクタン価が90以上がハイオクガソリンという。オクタン価が低いとエンジン内のピストンが圧縮空気を作り出すときに火花点火前に爆発してエンジンにダメージが入ってしまうことから、ハイオクガソリンをレギュラーエンジンに給油すると点火しにくくなると考えられる。ガソリンのサプライチェーンはタンカーで輸入、タンクで貯蓄、精製して精製したものをタンクで貯蓄・輸送、サービスステーションにて販売といった流れがあった。
A.①講義では自動車のサプライチェーンやエンジンサイクルについて学んだ。自動車は鉄・非鉄金属・プラスチックなどで構成され、移動の自由度が高い乗り物である。エンジンには絶縁体として碍子が使われ、スパークプラグで高電圧を発生させ点火する。燃料はオクタン価で分類され、エンジンはオットーサイクルやディーゼルサイクルで動く。EVにはLIBが燃料電池車には水素吸蔵合金タンクが用いられる。 ②グループワークではエンジンのサイクルについて調査した。私たちの班ではオットーサイクルについて調べた。オットーサイクルはガソリンエンジンで用いられ、断熱圧縮、定容加熱、断熱膨張、定容冷却のサイクルからなる。点火はスパークプラグで燃料混合気につけることで行われ、加熱は定容過程で行われる。これは体積一定の下で加熱される。 ③復習では、高級車にハイオクを使用するエンジンが多く積まれることの理由を調査した。その結果、高級車のエンジンは高性能で高圧縮比にすることで燃焼効率を高めている。このようなエンジンでは燃料がノッキングを起こしやすくなるためオクタン価を高くしたハイオクガソリンを使用することが多いとわかった。オクタン価が高いと異常燃焼を抑える性質を持っている。
A. 燃料について学んだ。自動車の燃料はガソリン、電気、水素などが挙げられる。自動車はどこでも走ることができるため便利であるが二酸化炭素を排出する。自動車はまた、燃料電池も使用されている。燃料電池は水素と酸素を反応させて電気エネルギーに変換している。燃料電池は全体的に発電効率が高い。また、発電サイクルについても学んだ。火力発電で使用されているのはランキンサイクルでこれは蒸気でタービンを回している。他にはカルノーサイクルがある。カルノーサイクルは可逆等温変化と可逆断熱変化よりなる可逆サイクルで、効率は理論上の最大値を示す。 グループで議論した演題は、熱サイクルとその応用について調べてみましょうで、グループ名はスターリング！でメンバーは近ありす、大濱風花、立花小春、鈴木結惟、増子香奈であった。自分の役割は、発言であった。私たちのグループはスターリングサイクルについて調べた。実際に活用されている例として、グリーンパワーテクノ(株)の籾殻発電機があった。これは籾殻を燃焼したときの熱を利用している。また、冷却エンジンにも使われている。このサイクルのP-V線図とともにまとめることができた。 スターリングサイクルは2つのピストンで構成されていて、作動ガスを排出することなく繰り返して用いる密閉式エンジンである。外燃機関の一種で、外から熱エネルギーを得ることで動作する。等温加熱、等温膨張、等容冷却、等温圧縮過程を繰り返す。スターリングエンジンは蒸気を発生させる蒸発器やタービンが不要なため、比較的小形化しやすく、小規模の熱源にも適用できるという長所がある。熱エネルギーを有効利用して高効率を達成するために蓄熱式熱交換機が採用されている。最高効率は40％である。グリーンパワーテクノ(株)の籾殻発電機に使われる。これは、もみを燃やしてスターリングエンジンにより発電する。八出されるもみ殻は燻炭となるため畑に還元することも可能であり、雪解けを促進させる効果もある。
A.①テーマは自動車についてである。自動車のサプライチェーンの上流には鉄鉱石、ネオジム、セラミックスなどがある。また、自動車の燃料にはガソリン、電気、水素、バイオエタノールがある。そして、自動車におけるノッキングはガソリンが勝手に自然発火して圧力が上昇することで不快音が発生することである。ガソリンの自然発火のしにくさは、オクタン価で表され、オクタン価が高いほど自然発火が起こりにくい。 ②熱サイクルとその応用例の発表では、ランキンサイクルを選んだ。グループ名はランキンサイクルで、グループのメンバーは私を含めて小笠原大地、宮入丈、坂本彩夏、久保明裕であり、私の役割は原稿作成であった。ランキンサイクルは蒸気を使って、電気を発生させる際に利用されるサイクルである。応用例としては、超大型船舶や火力発電などがあると調べられた。 ③10-04【平常演習】「自動車の排ガス浄化触媒について調べよう」で取り組んだ内容を次に示す。自動車に使用されている触媒にはパラジウム、ロジウム、プラチナがある。これらの触媒によって、排ガスに含まれる有害ガスである炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を無害のガスへと変化させている。また、触媒は排気システムの組み立て工程で取り付けられる。使用される触媒の一つであるプラチナのサプライチェーンに着目すると、主に南アフリカやロシアから輸入して工場に流通している。
A.?自動車産業の部品構成とサプライチェーン、スパークプラグのセラミックス利用と合成クロロプレンゴムの特徴、火力エンジンサイクルの各方式を学び、?部材マテリアルフローとサイクル効率比較グラフを用いて発表し、?部品別役割とサイクル効率式を復習しました。
A.自動車は、鉄鋼、アルミニウム、セラミック、ゴム、繊維など多様な素材を駆使し、複雑な工程を経て組み立てられる工業製品である。製造工程は、プレス、ボディ、塗装、組立、検査と分かれており、それぞれに専門的な技術が用いられている。また、ガソリン、電気、水素、バイオエタノールといった多様な燃料が使われ、燃費や環境への影響も異なる。熱機関としては、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクルなどが知られており、それぞれ特性や効率に差がある。 加えて、ボディ軽量化のために超ハイテン材や炭素繊維複合材などの高機能材料が活用されている。熱や化学反応に強いセラミック部品や、柔軟なゴム素材も、自動車の安全性や性能を支える重要な要素である。 ② ガソリンエンジンのオットーサイクルを取り上げ、各工程と、PV線図やTS線図を通じたエネルギー変換の仕組みを調べた。圧縮比やエントロピーの変化と温度の関係など、工学的な視点でその動作原理を把握することができた。 また、ランキンサイクルやスターリングサイクルといった他の熱サイクルについても調査。ランキンサイクルは主に火力発電などで用いられ、実用例として三菱重工の125kW発電装置などがある。スターリングサイクルは、等温・定容のプロセスを繰り返す外燃機関の理想的なサイクルとして知られている。さらに、自動車の塗装技術の歴史にも注目。初期の手塗りから、スプレーガンやニトロセルロース塗料の導入、近年の電着塗装まで、技術の進化によって効率と美観が大きく改善された。 ③ 自動車産業では、排ガス浄化のために三元触媒が使用されており、貴金属を含んだスラリーがセラミックまたは金属のハニカム構造に塗布され、高温で焼き固められている。これにより、有害物質の浄化が行われているが、使用される貴金属やレアアースは、供給国が限定されているため、価格変動や供給リスクが懸念されている。また、自動車に関わる素材や部品の性能を高めるために、半導体技術の高度化が進められている。フォトリソグラフィ技術は、光の波長を短くすることで解像度を上げてきており、EUVの登場によって回路の微細化が飛躍的に進展した。
A.?自動車は鉄や非鉄金属、セラミックス、ネオジム、ゴム、繊維など多様な材料から構成され、動力源としてガソリン、電気、水素、バイオ燃料などが用いられています。近年は環境負荷低減を目指し、燃料電池の研究が進展しており、特に固体高分子膜型燃料電池（PEFC）が注目されています。燃料電池の発電効率は約60％で、火力発電やリン酸型燃料電池の約40％を上回ります。エンジンの作動原理には、内燃機関のオットーサイクルやディーゼルサイクル、外燃機関のスターリングサイクルやブレイトンサイクルがあります。ガソリンのオクタン価は自然発火しにくさを示し、イソオクタンが100、n-ヘプタンが0とされます。効率向上のためにアンチノック剤が添加されるなど、自動車の動力源と素材は、技術と資源の進展とともに多様化しています。 ?「カルノーサイクルについて」 カルチャン 山中麻央(発案)、荒井巴瑠、渡邉陽菜、今山華百、鈴木純菜 カルノーサイクルについて調べた。カルノーサイクルの特徴として、理想的な可逆過程であり、2つの等温過程と2つの断熱過程から構成されている。応用製品は高効率なガスタービンや蒸気タービン、冷凍機、ヒートポンプ、スターリングエンジン、熱音響エンジンなどが挙げられる。 ?カルノーサイクルとは、熱機関における理想的なサイクルであり、熱力学第二法則に基づいて最も効率が高いとされる理論上のモデルである。このサイクルは、2つの等温過程（高温熱源との等温膨張と、低温熱源との等温圧縮）と、2つの断熱過程（断熱膨張と断熱圧縮）から構成される。まず、高温の熱源から熱を吸収しながら等温膨張し、次に外部との熱のやりとりなしに断熱膨張する。その後、低温の熱源に熱を放出しながら等温圧縮し、最後に断熱的に圧縮して元の状態に戻る。カルノーサイクルの熱効率は「1－低温熱源の温度／高温熱源の温度」で表され、これは理論的に達成可能な最大効率です。このことから、カルノーサイクルは実際の熱機関の効率を評価する基準となる。
A. 自動車の歴史から材料や分類などについて学びました。自動車を製造する工程では組み立て型とプロセス型などがあり、現代の日本の自動車生産では非常に危機的な状況であることを知りました。またエネルギーの備蓄と輸送も自動車の生産と関係していて、今後私たちがどのように向き合っていくべきか考えるきっかけになりました。 グループワークでは、熱サイクルとその応用について調べて議論しました。私たちのグループワークでは、カルノーサイクルの特徴は理想的な可逆工程で二つの断熱過程から構成され、熱効率の上限を与えることを調べました。計算式はη=1-Tc/THです。 応用製品として高効率がスタービン、上記タービン、冷凍機、ヒートポンプ、スターリングエンジン、熱音響エンジンなどが挙げられます。 今回の講義を通して、自動車のサプライチェーンやカルノーサイクルの仕組み、応用製品について知り、自分たちの身近な製品に熱サイクルが使用されているのではないかと思いました。
A.現代社会における電力供給は、発電効率や持続可能性が重視されており、複数の熱機関サイクルや新しいエネルギー変換技術が活用されている。中でも火力発電は依然として世界的に主流だが、発電効率は理論的限界が存在する。蒸気タービンを用いる場合、発電効率は一般に40?45％程度であり、熱損失が多い。熱機関の理想モデルであるカルノーサイクルは、最高効率を示す理論的なサイクルであり、効率は高温熱源と低温熱源の温度差で決まる。しかし実際の発電機関では、理想に近づけるのが難しい。たとえば、オットーサイクル（ガソリンエンジンに代表される）は断熱圧縮・爆発・膨張・排気の工程を経るが、点火による急激な燃焼のため熱効率は30?35％程度である。 ディーゼルサイクルは、圧縮着火を利用するためオットーサイクルよりも高効率（最大40％超）を得られるが、構造が重くなりやすい。スターリングサイクルは外燃機関で、理論上はカルノーサイクルに近い高効率を持つが、実用化には熱交換の難しさがある。ブレイトンサイクルは主にガスタービンに使われ、航空機や天然ガス発電所に応用されており、高温運転により発電効率を向上できる（最大60％近くに達することもある）。 一方、燃焼を伴わない次世代技術として注目されるのが燃料電池である。これは水素と酸素の化学反応から直接電気を取り出す方式であり、理論効率はカルノーサイクルを超える場合もある。水しか排出しないため環境負荷が低く、将来のクリーンエネルギー源として期待されている。 これらの発電方式は単体で完結するものではなく、燃料の供給、生産設備、輸送、廃棄物処理までを含めたサプライチェーン全体の最適化が求められている。発電効率だけでなく、エネルギー全体の持続可能性と社会的コストを見据えた総合的な評価が必要である。
A.
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大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
