エネルギーからエクセルギーへ――人と社会を動かす“有効な力”の本質

実践的なエクセルギーの計算と解析方法

講座概要

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取り出し得る最大の仕事」を意味します。保存則で規定されるエネルギーとは対照的に、実際のすべてのプロセスではエントロピーが生成し、これに伴ってエクセルギーは消費されます。すなわち、エクセルギーはエネルギーの“質”の違いを定量的に評価できる指標です。エクセルギーを用いた解析により、各要素プロセスごとの損失量を明らかにし、その結果から廃熱・廃物の有効利用や製造効率・製造手法の改善に関する具体的な指針を得ることが可能となります。

さらに、エクセルギーは物質とエネルギーに共通する資源性の指標でもあり、資源の採取から製品利用・廃棄に至るまでの広い時間的・空間的スケールで、資源性の消失を定量的に把握することができます。近年、二酸化炭素削減や省エネルギー、環境負荷低減が社会的に重要な課題となる中で、エクセルギー解析はプロセス設計・システム最適化のための強力なツールとして注目されています。

本講義では、省エネルギーシステムや循環型社会の構築に向けて、エクセルギーをどのように理解し、活用できるかを学びます。基礎概念から実践的な計算方法、システム解析への応用までを、具体的な例題・演習問題を交えてわかりやすく解説します。

担当講師

北 英紀 講師

セミナープログラム（予定）

１．エントロピーとエクセルギーの基礎― 平衡熱力学から非平衡熱力学、工学応用へ ―　　
1.1　エントロピー研究の歴史的発展
1.2　エネルギーと仕事
1.2.1 系の分類
1.2.2 エネルギーと仕事、可用仕事
1.3　平衡熱力学
1.3.1 カルノーサイクルとエントロピー
1.3.2 エントロピーの増大法則(Clausiusの表記)
1.4 　エントロピーの統計学的意味
1.4.1 拡散とエネルギー
1.4.2 統計熱力学におけるエントロピーの扱い(Boltzmannの式、Shannonエントロピー)
1.5 　非平衡熱力学
1.5.1 エントロピー生成最小の法則（Bejanの法則）
1.5.3 エントロピー生成とエクセルギーの関係（Gouy Stodolaの定理）
1.6　エントロピー増大則とエクセルギー
1.6.1 拡散とエントロピー増大
1.6.2 エクセルギーとエントロピー生成
1.7 　輸送現象・エントロピー生成・エクセルギーの統一的理解
1.7.1 輸送現象とは何か
1.7.2 エントロピー生成・エクセルギー損失と工学システム
1.8　エクセルギーとは何か― エネルギーの質を表す熱力学量
1.8.1 エネルギーの質とエクセルギー
1.8.2 エクセルギーの定義式と基準状態

２．エクセルギーの計算方法
2.1　熱エクセルギーの計算
2.1.1 熱源温度が一定の場合
2.1.2 温度が変化する物体の顕熱エクセルギー
2.1.3 熱交換器におけるエクセルギー
2.1.4 相変態と潜熱エクセルギー
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
2.4.1 混合現象，気体拡散のエクセルギー
2.4.2 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
2.7.1 混合燃料
2.7.2 水蒸気（湿り空気）
2.8　その他プロセスとエクセルギー
2.8.1 圧力
2.8.2 混合気体
2.8.3 溶液

３．システムの解析 　
3.1　解析収支式の整理
3.1.1 流れ系の解析
3.1.2 閉じた系の解析
3.2　ケーススタディー1：材料製造の解析
3.2.1 セラミックス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
3.3.1 ガスタービン
3.4　社会システム
3.4.1 定常開放系としての社会システム
3.4.2 エントロピー生成とエクセルギー消費

主な受講対象者

• プロセスシステムの設計、省エネシステムの開発従事者、LCA研究者など

　特段の予備知識は不要です

期待される効果

• エクセルギーの意味が理解できる
• 様々な物質やエネルギーの計算方法、それらを踏まえてシステムのエクセルギーの計算・解析方法を習得できる

公開セミナーの次回開催予定

• 開催日時

【LIVE配信】2026/9/29（火）10:00～16:00

【アーカイブ配信】10/1～10/15

• 開催場所

【LIVE配信】【アーカイブ配信】：オンライン受講 （※Live配信は、Zoomによるオンライン講義です）

※LIVE配信をお申込みの方は、追加料金なしでアーカイブ配信の受講が可能です。

　セミナー開催日当日（9/29）に受講可能な方は、LIVE配信での受講をお勧めします。

　開催日当日の受講が難しい方は、アーカイブ配信受講のお申込みをご検討ください。

• 受講料　：49,500円（税込み）

※開催１週間前までに最少開催人数に達しない場合は、実施をキャンセルさせていただくことがあります。

※開催の場合は、開催１週間前程度から受講票と請求書を発送させていただきます。

※アーカイブ配信期間終了日まで、本セミナーに関する範囲内で講師への質問が可能です。

（セミナーテキストに講師の連絡先の記載がございます。）

※Live配信もしくは会場受講時の質問については、個人や企業を特定しない範囲でお願いいたします。

※北講師による出張セミナーをご検討の方は、お問い合わせください。

お申し込み方法

★下のセミナー参加申込ボタンより、必要事項をご記入の上お申し込みください。

★【LIVE配信】、【アーカイブ配信】のいずれか希望される受講形態をメッセージ欄に明記してください。