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シラバス基本情報

開講年度 2008 年度
授業科目名称 エネルギー変換工学Ⅰ及び演習
よみがな えねるぎーへんかんこうがくいちおよびえんしゅう
英語表記 Energy Conversion Engineering Ⅰ and Exercises
対象学生・科目区分 工学部機械工学科・専門教育・・3年次
開講学期・単位数等 前期・選択科目・2.5単位
開放科目 開放しない
担当教員 廣田真史(工学部機械工学科)

授業内容・授業計画

授業形態 講義,演習
キーワード・テーマ 熱エネルギー,有効仕事への変換,エネルギー需要と供給,燃料と燃焼,熱機関,カルノーサイクル,ガソリンエンジン,ディーゼルエンジン,ガスタービン,スターリングエンジン,燃料電池,蓄熱,次世代への展開
授業の目的・概要  私達の高水準な生活は電力やガスなどの供給によって支えられている.これら二次エネルギー源のほとんどが化石燃料であり,日本では全てを海外に依存している.その上,化石燃料の燃焼により一旦熱エネルギーへ変換してから機械的な動力へ再度変換しているため,その最終的な変換効率は高々40%に過ぎず,60%以上の熱が大気や海水に放出され,排ガスは環境悪化の要因になっている.
 本講義では,まず世界と日本のエネルギー需要と供給の現状について解説する.次に,熱エネルギーを積極的に作り出す燃料と燃焼の原理について理解する.「熱エネルギーを有効仕事に変換する科学手法」がエネルギー変換工学の本質であるため,私達が現在恩恵をこうむっている実際のエネルギー変換機器,例えばガソリンエンジン,ディーゼルエンジン,ガスタービン,あるいは燃料電池などの動作原理と熱サイクルに帰着される論理性を会得する.これらの学習を経て,なぜ熱エネルギーの有効仕事への変換効率がきわめて悪いのか,の合理的理由を理解することが最終的な目標である.
学生の到達目標 本講義で到達できる学修レベルは,例えばFE試験のEnergy, Work and Power Energyの熱関連事項,Thermodynamic Properties of SubstancesとChanges in Thermodynamic Propertiesの後半部分,PsychrometricsとCombustion Power Cycleのすべて,及びOrganic Chemistry and Combustionの後半部分の問題が解けるレベルである.なお,Vapor Power Cycles, Refrigeration Cyclesに関する事項は「エネルギー変換Ⅱ」で取り扱う.
本学教育目標との関連 「感じる力」=20%
「考える力」=60%
「生きる力」=10%
「コミュニケーション力」=10%
受講要件 本講義の基礎として,「工業熱力学及び演習」があり、これを修得しておくこと前提とする.本講義「エネルギー変換工学Ⅰ及び演習」と「エネルギー変換工学Ⅱ」とは一体のものであるから,両科目とも修得すること.
予め履修が望ましい科目 「工業熱力学及び演習」(2年後期・必修)
発展科目 「エネルギー変換工学Ⅱ」(3年後期・選択)
教科書、参考書 <教科書>
・藤田秀臣・加藤征三,「熱エネルギーシステム」(共立出版)を「工業熱力学及び演習」に引き続いて使用する.
・補助的にプリント配布する.
成績評価方法と基準 出席は必要条件であり,3回以上の欠席(病欠など止むをえない場合は除く)者には単位を与えない.演習などでの回答状況についても成績評価に考慮する.
評価は,定期試験を7割,演習(レポートを含む)を3割とし,6割以上を合格として単位を与える.
オフィスアワー 講義終了後など,質問には随時答える.
場所:機械工学棟 4階 エネルギーシステム設計研究室(ただし,建物改修のため移転する可能性があるので注意すること)
授業改善への工夫
理論のみではなく,具体的で最新の事例についてもプリント等を用いながら解説する.
講義の後半に,講義内容に関連した例題と演習を行う予定である.
授業計画・学習の内容と課題
学習内容 学習課題(予習・復習)
第1回 世界と日本のエネルギー需要動向,環境規制の動向,様々なエネルギー変換
第2回 燃料,燃焼現象,燃焼計算,例題
第3回 熱サイクル,カルノーサイクル,有効仕事,工業仕事,例題
第4回 内燃機関と外燃機関,ガソリンエンジン,オットーサイクル,例題
第5回 排気ガス処理,ノッキング対策,例題
第6回 ディーゼルエンジン,ディーゼルサイクル,ディーゼルノック,サバテサイクル,例題
第7回 ガスタービン,ブレイトンサイクル,例題
第8回 第1回~第6回の調査型課題(1)回答検討会
第9回 航空機用エンジン,ガスタービンの現状と課題
第10回 スターリングサイクル,スターリングエンジン,エリクソンサイクル,例題
第11回 エンジンの冷却,熱交換器,例題
第12回 燃料電池の原理と課題
第13回 熱エネルギーの貯蔵
第14回 第7回~第13回の調査型課題(2)回答検討会
第15回 定期試験
授業内容に関連した例題を解説し,演習を行う.また,最新のエネルギー変換における問題に関連した調査型,アドバンスト型の課題についても考えさせる.
復習を十分に行うとともに,エネルギーや環境に関するニュースなどにも関心を向けてほしい.

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