エネルギー変換工学

本授業では，エネルギー変換システムの評価・開発に必要となる概念や知識を整理し，エネルギー変換の諸原理を実用問題へ適用する手法について考える．具体的なテーマとして，ベルヌーイの定理の応用，熱力学第一法則による熱流体機器の性能評価，直接発電技術（MHD発電，燃料電池）を取り上げる．

莫大なエネルギー消費に支えられた現代社会が持続的に発展していくためには，環境を汚染せずに自然から効率良くエネルギーを抽出する技術が不可欠である．そのような技術の構築に向けて機械工学は答を出していかなければならないが，エネルギー科学を支える理論的背景を正確に理解し，現状の課題を認識しておかなければ，新たな技術を開発していくことは難しい．
そこで本授業では，これまで専門科目の中で断片的に触れられてきたエネルギーの概念を整理し，できるだけ統一的な立場からエネルギーについて理解することを第一の目的とする．そしてその理解に基づいて，輸送現象を中心としたミクロな立場と熱機関の効率化を中心としたマクロな立場とから，エネルギー変換システムについて説明できるようになることを第二の目的とする．

1.	広義のエネルギー変換についてその意味を説明することができ，主要なエネルギー形態の違いを区別することができる．
2.	質点および流体に対する力学的エネルギー保存則（ベルヌイの定理）を，流体機械等の解析に適用し，必要な物理量を求めることができる．
3.	熱力学第一法則の本質をミクロな視点から説明できるとともに，実際の工学問題に対して適切に熱力学第一法則を適用することができる．
4.	熱流体を利用したエネルギー変換機の特性を，エンタルピーやエントロピーを用いて説明することができ、その知識を機器の性能評価や簡単な設計に適用することができる．
5.	現在使われているエネルギー機器とその将来性について熱力学的な観点から理解することができる．
6.	エネルギーをテーマとした英語の文献を読み，その概要を理解することができる．

	【授業計画】	【授業時間外課題（予習および復習を含む）】
1.	Introduction：工学的な立場からみたエネルギー変換　・広義、狭義のエネルギー変換とエネルギー形態　・エネルギー資源	これまでの講義で登場した種々のエネルギー形態ならびにエネルギー保存について，各自で整理しておく．
2.	力学的エネルギーとエネルギー保存（１）　・運動エネルギーとポテンシャルエネルギー　・力学的エネルギー保存則	予習ビデオ「ポテンシャルとエネルギー保存（21:25）」を視聴し事前課題を提出する．
3.	力学的エネルギーとエネルギー保存（２）　・理想流体の力学的エネルギー保存（Bernoulliの定理）　・Bernoulliの定理の応用例１（流体機械のエネルギー評価）　・Bernoulliの定理に関する演習	予習ビデオ「ベルヌイの定理の導出（27:25）」を視聴し事前課題を提出する．
4.	力学的エネルギーとエネルギー保存（３）　・Bernoulliの定理の応用例２（運動量保存の併用）	第4回資料を読み，Bernoulliの定理と流体の運動量保存式の具体的な適用法を確認し事前課題を提出する．
5.	熱エネルギーとエネルギー保存　・熱エネルギーの微視的考察　・分子間力と分子間ポテンシャル　・気体の内部エネルギー	予習ビデオ「気体分子の運動エネルギー（21:30）」を視聴し事前課題を提出する．
6.	熱流体機器におけるエネルギー変換（１）　・開いた系に対する熱力学第一法則の適用　・エンタルピーを用いたエネルギー式の表現	予習ビデオ「開いた系に対するエネルギー保存（22:42）」を視聴し事前課題を提出する．
7.	熱流体機器におけるエネルギー変換（２）　・可逆断熱変化とよどみ点状態	予習ビデオ「断熱効率（24:52）」を視聴し事前課題を提出する．
8.	熱流体機器におけるエネルギー変換（３）　・原動機および被動機の性能評価（断熱効率）	第8回資料を読む．熱力学，航空宇宙工学などの講義を参照して，断熱効率の定義を確認し事前課題を提出する．
9.	核エネルギーの工学的利用（１）　・原子核反応に伴う高エネルギー現象　・質量変化を含むエネルギー保存則	第9回資料を読み，事前課題を提出する．
10.	核エネルギーの工学的利用（２）　・核分裂連鎖反応と原子炉　・核融合反応の基礎	第10回PPT資料を読み，原子核反応の具体例について調べ，事前課題を提出する．
11.	直接発電技術（１）ＭＨＤ発電　・MHD発電開発史　・MHD発電の概念と動作原理（電磁誘導の法則）	第11回PPT資料を読み，事前課題を提出する．
12.	直接発電技術（２）ＭＨＤ発電　・MHD発電機の電気特性　・MHD発電機の種類と発電性能	予習ビデオ「オームの法則の物理的解釈（25:16）」を視聴し事前課題を提出する．
13.	直接発電技術（３）燃料電池　・燃料電池の作動原理　・燃料電池と水素製造	第13回資料を読み，事前課題を提出する．
14.	直接発電技術（４）燃料電池　・Gibbsの自由エネルギーと燃料電池の理論効率　・高温型燃料電池とハイブリッドシステム	第14回資料を読み，事前課題を提出する．
15.	期末試験　・試験範囲：第1週から第14週の全範囲　・試験終了後に配付解答を用いて解説．	第14週までの講義内容や演習を復習しておく．

【成績評価の条件】初回の授業で目標達成度のチェックシートを記載した詳細シラバスを配付する．授業の進展にあわせて講義項目の達成度を毎週チェックシートに記入しておき，講義最終日に達成度入力フォームから提出すること．
【評価方法】演習・小テスト30%・期末試験70%の配分で評価し，総合点の60%以上を合格とする．
【評価基準】与えられた問題に対し，「適用する原理や概念の選択」「解答方針の決定」「最終解に到る計算」の各プロセスが，概ね正しく実行できることを合格基準（60点）とする．

講義で使用する資料は機械工学科のWebサイトに掲載するので，受講前に各自でダウンロードし，目を通しておくこと．その他の専門書籍，有益なサイトなどは，必要に応じて授業中に紹介する．
講義内容を毎回ビデオで収録し，講義終了後に動画コンテンツとして配信している．授業中に聞き漏らした点や十分理解できなかった点などをフォローアップするために，映像教材を積極的に利用してもらいたい．

熱力学と流体力学の基礎事項（熱力学第一法則，エントロピー，エンタルピー，h-s線図，ベルヌーイの定理，質量・運動量保存式など）は理解できているという前提で話を進めるので，両科目とも履修しておくことが望ましい．

1.	(A-1)文化・芸術・歴史・国民性などに基づいた大局的な視野に立って，機械工学と社会の関わりやエネルギー・環境問題を考察することができる．

・	豊洲キャンパス：木曜12:10-13:00．質問の受付・担当者と直接連絡をとることが難しいときは，電子メールでの質問も受け付けています．

環境関連科目 (環境教育割合25%)

地域志向ではない科目

・	知識活用力を育成する科目

能動的な学修への参加による授業が概ね半数

(A-1)文化・芸術・歴史・国民性などに基づいた大局的な視野に立って，機械工学と社会の関わりやエネルギー・環境問題を考察することができる．

最終更新 : Thu Sep 15 07:00:37 JST 2016

開講部	工学部
開講学科	機械工学科
開講学年	3年次
開講時期	後期
単位数	2
単位区分	選択必修
系列区分	専門
講義区分	講義
教育目標	A-1

A0720100

授業の概要

授業の目的

達成目標

授業で使用する言語

授業計画

評価方法と基準

教科書・参考書

履修登録前の準備

学習・教育到達目標との対応

オフィスアワー、質問・相談の方法

環境との関連

地域志向

社会的・職業的自立力の育成

アクティブ・ラーニング科目

授業の到達目標と各学科の学習・到達目標との対応