Co je motor s externím spalováním? – jejich příklad

Co je to externí spalovací motor?

Motor s vnějším spalováním je tepelný motor, kde se (vnitřní) pracovní tekutina ohřívá spalováním z vnějšího zdroje přes stěnu motoru nebo výměník tepla. Kapalina pak rozpínáním a působením na mechanismus motoru vytváří pohyb a použitelnou práci.

Tekutina se poté ochladí, stlačí a znovu použije v uzavřeném cyklu. Na rozdíl od parního stroje, který používá jako pracovní tekutinu vodu v kapalné i plynné fázi, Stirlingův motor uzavírá pevné množství trvale plynné tekutiny, jako je vzduch nebo helium.

Jako u všech tepelných motorů se obecný cyklus skládá ze stlačování chladného plynu, zahřívání plynu, expanze horkého plynu a nakonec ochlazení plynu před opakováním cyklu.

Porozumění externímu spalovacímu motoru

Externí tepelné motory jsou obecně parní stroje a liší se od spalovacích motorů v tom, že zdroj tepla je oddělený od kapaliny, která pracuje. Například motor s vnějším spalováním by použil plamen k ohřevu vody na páru a pak by páru použil k otočení turbíny. To se liší od vnitřního spalování, jako je tomu v automobilovém motoru, kde se benzín vznítí uvnitř pístu, funguje a pak je vytlačen.

Všechny motory s vnějším spalováním jsou motory s vnějším teplem. Existují EHE, jako jsou solární tepelné elektrárny, jaderné elektrárny a geotermální elektrárny, které nejsou motory s vnějším spalováním. Navzdory tomu jsou motory s vnějším teplem, jako jsou jaderné reaktory, někdy označovány jako motory s vnějším spalováním.

Motory s vnějším spalováním jsou nejběžnější formou motorů s vnějším teplem, protože se používají v elektrárnách. Motor s vnějším spalováním je jedinečný od ostatních EHE, protože ke spalování vyžaduje palivo, aby se vytvořilo teplo, které se používá pro práci.

Vnější spalovací motory se již v dopravě nepoužívají, protože mobilní konstrukce nejsou dostatečně účinné, ale v elektrárnách se nadále používají. Například elektrárna na zemní plyn převaří vodu na páru, aby se otočila turbína a vytvořila se elektřina.

Konstrukce vnějšího spalování znamená, že zemní plyn nepřichází do přímého kontaktu s vodou a motor stále využívá nesmírné množství emitované energie k užitečné práci. Zhruba stejně funguje uhelná elektrárna, kde se uhlí bere do elektrárny z dolu a spaluje se v kotli. Potrubí posílá vodu do kotle a hořící uhlí vaří vodu a vytváří páru, která roztáčí turbínu a vyrábí elektřinu.

Co je spalování?

„Spalování“ znamená spalování paliva s okysličovadlem, které dodává teplo. Motory podobných (nebo dokonce identických) konfigurací a operací mohou využívat dodávku tepla z jiných zdrojů, jako jsou jaderné, solární, geotermální nebo exotermické reakce nezahrnující spalování; nejsou pak přísně klasifikovány jako motory s vnějším spalováním, ale jako motory s vnějším tepelným spalováním.

Pracovní tekutina

Pracovní tekutina může mít libovolné složení a systém může být jednofázový (pouze kapalina nebo pouze plyn) nebo dvoufázový (kapalina/plyn).

  • Jednofázové: Plyn se používá ve Stirlingově motoru. Někdy lze použít jednofázovou kapalinu.
  • Duální fáze: Dvoufázové motory s vnějším spalováním používají fázový přechod k přeměně teploty na použitelnou práci, například z kapaliny na (obecně mnohem větší) plyn. Tento typ motoru následuje varianty Rankinova cyklu. Parní motory jsou běžným příkladem dvoufázových motorů. Dalším příkladem jsou motory, které využívají organický Rankinův cyklus.

Příklady

  • Reaktor CANDU (typ jaderné elektrárny)
  • uhelná elektrárna
  • elektrárna na zemní plyn
  • parní lokomotiva (ačkoli zbývá jen velmi málo provozních příkladů)
  • Solární tepelná elektrárna
  • Stirlingův motor

Výhody motorů s vnějším spalováním

  • Lze použít téměř jakýkoli druh paliva, které je k dispozici
  • Vzhledem k tomu, že se energie nevyrábí kvůli detonaci paliva, vzniká velmi méně hluku.
  • Emise motoru jsou také velmi nízké
  • Velmi hospodárné pro velkou výrobu energie

Nevýhody motorů s vnějším spalováním

  • Není vhodné pro požadavky na nízkou zátěž
  • Únik pracovní kapaliny
  • Spotřeba maziva
  • Velikost motoru je relativně velká
  • Celková pracovní teplota je vysoká, takže je zapotřebí velká opatrnost a speciální stavební materiály

Aplikace motorů s vnějším spalováním

  • Parní stroje: Lokomotiva, Marine
  • Stirlingovy motory: Experimentální vesmírná vozidla
  • Parní turbíny: Síla, Velký námořní
  • Plynová turbína s uzavřeným cyklem: Moc, Marine