Rysunek pary wodnej T-S
2. Obiegi
a) obieg prawobie\
ny  dostarczona jest energia mechaniczna np. silnik cieplny.
Czynnik pobiera ciepło Qd ze z
ródła o temperaturze T1, część ciepła zamienia na pracę
mechaniczną Lob, a pozostałą część oddaje do z
ródła ciepła o temp T2.
p I
Lob
T I
Lex
Q d dq = du + dl1-2
Lk
Lob
dq = di + dlt
II
A II
Q w
A I T II
V
b) obieg lewobie\
ny - jest to obieg ziębiarki lub
p I
Lob
pompy grzejnej
T II=T0
Lk
Chłodnica pobiera ciepło Qd o temp ni\
szej ni\

Qw
Lex
temp otoczenia T2 otrzymuje pracÄ™ /Lob/ i
Lob
II
oddaje ciepło Qw do z
ródła o temperaturze
A II
Qd
wy\
szej(otoczeniu)
A I
T I
Lob=Qw-Qd
V
T I < T II
3. Model Carnota.
Cykl Carnota - obieg termodynamiczny, zło\
ony z dwóch przemian izotermicznych i
dwóch przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest obiegiem odwracalnym. Do realizacji
cyklu potrzebny jest czynnik termodynamiczny, który mo\
e wykonywać pracę i nad
którym mo\
na wykonać pracę, np. gaz w naczyniu z tłokiem, a tak\
e dwa nieograniczone
z
ródła ciepła, jedno jako z
ródło ciepła (o temperaturze T1) - górne z
ródło ciepła obiegu, a
drugie jako chłodnica (o temperaturze T2) - dolne z
ródło ciepła obiegu.
Cykl składa się z następujących procesów:
1-2 RozprÄ™\
anie izotermiczne  czynnik roboczy styka
siÄ™ ze z
ródłem ciepła, ma jego temperaturę i poddawany
jest rozprÄ™\
aniu izotermicznemu w temperaturze T1,
podczas tego cyklu ciepło jest pobierane ze z
ródła
ciepła.
2-3 RozprÄ™\
anie adiabatyczne  czynnik roboczy nie
wymienia ciepła z otoczeniem i jest rozprę\
any, a\

czynnik roboczy uzyska temperaturę chłodnicy (T2). 3-4
SprÄ™\
anie izotermiczne  czynnik roboczy styka siÄ™ z
chłodnicą, ma temperaturę chłodnicy i zostaje poddany procesowi sprę\
ania w tej
temperaturze (T2). Czynnik roboczy oddaje ciepło do chłodnicy.
4-1 SprÄ™\
anie adiabatyczne  czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem, jest
poddawany sprÄ™\
aniu, a\
uzyska temperaturÄ™ z
ródła ciepła (T1).
W wyniku tych czterech procesów czynnik roboczy powraca do punktu wyjścia, dlatego
mówimy, \
e cykl jest zamknięty (zgodnie z definicją obiegu).
Podczas procesów sprę\
ania siła zewnętrzna wykonuje pracę nad układem
termodynamicznym, a podczas rozprÄ™\
ania układ wykonuje pracę. Ilość pracy wykonanej
przez układ jest większa (gdy T1 > T2) od pracy wykonanej nad układem. Podczas cyklu
ciepło jest pobierane ze z
ródła ciepła, część tego ciepła jest oddawana do chłodnicy, a
część zamieniana na pracę.
Tw(S - S ) - Tn(S - S )
Lob Tw - Tn Tn
2 1 3 4
· = = = = 1-
Qd Tw(S - S ) Tw Tw
2 1
Lc = L max = B
Lob B
· = =
Qd Qd
Tn
ëÅ‚ öÅ‚
B = ·Qd = ìÅ‚1- ÷Å‚Qd
ìÅ‚ ÷Å‚
Tw
íÅ‚ Å‚Å‚
L L
Współczynnik sprawnoÅ›ci egzergicznej: ·egz = =
B L max
Praca obiegu: Lob = Q1  |Q2|
Q1 - Q2 Q2
Sprawność obiegu: · = = 1 -
Q1 Q1
Poniewa\
dla adiabaty
dQ = T dS, to Q1 = T2(S3-S2) oraz
|Q2| = T1(S4  S1).
T1
Poniewa\
S3 = S4 i S1 = S2, to ostatecznie: · = 1- . W obiegu Carnota o sprawnoÅ›ci
T2
decydujÄ… temperatury z
ródeł ciepła. Sprawnośc silnika Carnota jest tym wy\
sza im przy
wy\
szej temperaturze ciepło jest doprowadzane, a przy ni\
szej odprowadzane.
Sprawność cieplna nieodwracalnego obiegu silnika jest mniejsza od sprawności obiegu
silnika Carnota między z
ródłami ciepła o tych samych temperaturach.
4. Sprawność konwertorów energii
· = moc uzyskana dla osiÄ…gniÄ™cia zamierzonego celu / moc dostarczona
· = praca | energia | & / praca | energia | &
" konwektor energii mechanicznej:
· = Nw / Nd d" 1
·  sprawność
Nd  doprowadzona moc
Nw  wyprowadzona moc
" konwektor energii strumienia
· = Nw / Nz < 1
·  sprawność
Id  strumień doprowadzonej entalpii
Nz  moc dla turbiny izentropowej
*
w2
Entalpia całkowita: Ic = m(i + + gh)
2
" silnik
· = Lw / Qd = Nw / Qd < 1
Qd  strumień ciepła spalania
paliwa
Qw  strumień ciepła odpadowego
Sprawność zintegrowana: - cieplna
- mechaniczna (jednocześnie)
NW + QW
· = < 1
Qd
" pompa ciepła, ziębiarka
" ogniwo paliwowe
Lel
· = >< 1
Qd
Maksymalna energia paliwa = entalpia swobodna reakcji
Lel + Qw
·opz int egrowane = <> 1
Qd
" termoelement
Nelw
·T = < 1 {do 20%}
Qd
5. Turbiny
Wirnikowy silnik przepływowy = praca wirnika na skutek dynamicznego oddziaływania
czynnika roboczego na Å‚opatki wirnika
Stopnie turbiny:
Akcyjne
Reakcyjne
Zasada działania polega na tym, \
e czynnik termodynamiczny, którym mo\
e być
powietrze, spaliny, para przy odpowiedniej prędkości pada na łopatki turbiny pod
odpowiednim kątem. Uderzając w palisadę łopatek powoduje obracanie się tarczy wokół
wału. Na wale powstaje moment obrotowy, który mo\
na wykorzystać do napędu. Je\
eli
prędkość czynnika jest za mała aby nadać wirnikowy prędkość wymaganą wtedy
potrzebna jest kierownica. Je\
eli czynnikiem jest gaz to w kierownicy dochodzi do
ekspansji, a gdy to zachodzi tak\
e w wirniku jest to turbina reakcyjna.
W turbinach cieplnych (zwłaszcza w turbinach wielostopniowych) zwykle wieniec
wirnikowy musi mieć przed sobą nieruchomy wieniec kierowniczy zwany te\
w skrócie
kierownicą, który ma za zadanie odpowiednio przyspieszyć i ukierunkować czynnik
napływający na łopatki wirnika. Kierownica, podobnie jak wirnik, składa się z łopatek i
jest ona nieruchomo przymocowana do korpusu turbiny. Nie mo\
e ona stykać się z
wirnikiem, a przepływ gazu / cieczy między ruchomym wałem wirnika i nieruchomą
kierowniczą ograniczony jest dzięki zastosowaniu odpowiednich uszczelnień, zwykle
labiryntowych.
Powy\
sze wykresy ciśnienie  objętość (p-v) i entalpia  entropia (i-s) przedstawiają
ekspansjÄ™ adiabatycznÄ…, jaka zachodzi w turbinie. DotyczÄ… one turbin cieplnych
(parowych i gazowych). Czynnik rozprÄ™\
a się od ciśnienia p1 do ciśnienia p2, co obrazują
odpowiadające im izobary. Cieńsza niebieska linia to proces idealnego (beztarciowego)
rozprÄ™\
ania adiabatycznego (izentropowego) od punktu 1 do 2s. Czarna grubsza linia to
rzeczywiste (uwzględniające tarcie wewnętrzne) rozprę\
anie od punktu 1 do 2. Ró\
nica
tych dwóch przemian jest zawarta w sprawności wewnętrznej turbiny. Natomiast ró\
nica
entalpii na drodze przemiany 1-2s to otrzymana praca ekspansji izentropowej (adiabaty
odwracalnej) a ró\
nica entalpii 1-2 to praca ekspansji rzeczywistej (adiabaty
nieodwracalnej).
Moc mechaniczna (dla turbin cieplnych)
 masowe natÄ™\
enie przepływu czynnika, [kg/s]
i1  entalpia czynnika przed turbinÄ…, [J/kg]
i2  entalpia czynnika za turbinÄ…, [J/kg]
c2- prędkość bezwzględna czynnika na wylocie z ostatniego stopnia, [m/s]
·m- sprawność mechaniczna.
Sprawność wewnętrzna (dla turbin cieplnych)
i1  entalpia czynnika przed turbinÄ…
i2  entalpia czynnika za turbinÄ…
i2s  entalpia czynnika za turbinÄ… po ekspansji izentropowej
Zawiera siÄ™ ona zwykle w zakresie 85%...92%
6. Wykres indykatorowy silnika czterosuwowego iskrowego i obieg
porównawczy Otta.
7. Prosty obieg Rankine a
jest obiegiem porównawczym dla procesów, w których zachodzi parowanie i skraplanie
czynnika roboczego np. dla konwencjonalnych lub jądrowych siłowni parowych,
agregatów chłodziarek.
Jest on zło\
ony z następujących przemian:
1 - 2 - izentropowego (adiabatycznego) rozprÄ™\
ania pary w turbinie parowej,
2 - 3 - izobarycznego skroplenia rozprÄ™\
onej pary (odprowadzenia ciepła w skraplaczu),
3 - 4 - izochorycznego, pompowania kondensatu w pompie,
4 - 1 - izobarycznego podgrzewania cieczy (wody), jej odparowania oraz przegrzewania
powstałej pary w kotle parowym lub wytwornicy pary.
Sprawność obiegu dla wody mo\
e wynosić 0,4-0,6.
Czynnikiem roboczym (termodynamicznym) w cyklu Rankine'a jest w zastosowaniach
technicznych (energetyce) najczęściej woda.
Schemat instalacji cyklu.
Ke - kocioł parowy,
T - turbina,
G - generator,
Ko - skraplacz,
Sp - pompa wody zasilajÄ…cej
8. Obieg Rankine a z przegrzewaczem międzystopniowym
Przegrzew wtórny (zwany tak\
e przegrzewem międzystopniowym)  zabieg stosowany
do podniesienia sprawności w siłowni parowej funkcjonującej według obiegu Rankine'a.
Pozwala on na pewne przybli\
enie obiegu termodynamicznego siłowni do obiegu
Carnota posiadającego największą sprawaność dla danych temperatur dolnego i górnego
z
ródła ciepła (karnotyzacja obiegu).
W tym przypadku para po opuszczeniu wysokoprÄ™\
nej części turbiny kierowana jest z
powrotem do kotła do ponownego przegrzania. Pozwala to na zapobieganie skraplania się
pary wodnej wewnątrz turbiny i zwiększa jej \
ywotność (jak widać na wykresach T-s i p-
v, podczas rozprÄ™\
ania pary (przemiana 1-2) następuje przekroczenie linii nasycenia pary
wodnej i wejście w obszar pary wilgotnej, a więc mieszaniny pary wodnej i wody w fazie
ciekłej - przegrzew wtórny powoduje przesunięcie na wykresie T-s "w prawo"
rozprÄ™\
ania i pozwala na uniknięcie lub opóz
nienie wejścia w obszar pary wilgotnej).
Jednocześnie powoduje zwiększenie średniej temperatury przekazywania ciepła do
czynnika w obiegu, od której to temperatury zale\
y sprawność (podobnie jak od
temperatury dostarczania ciepła w obiegu Carnota).
9. Obieg Rankine a z regeneracja ciepła.
Regeneracja ciepła w obiegach termodynamicznych polega na zachowaniu pewnej
ilości ciepła wewnątrz obiegu, które bez regeneracji byłoby wyrzucone do otoczenia.
W siłowni parowej (a więc i w obiegu Rankine'a) ciepłem tym jest ciepło skraplania pary
wodnej. Część strumienia pary, po rozprę\
eniu w pewnej ilości stopni turbiny,
odprowadzana jest do wymiennika regeneracyjnego. Całe ciepło (a dokładniej entalpia)
tej części strumienia pary wykorzystane zostaje do podgrzania kondensatu, dzięki czemu
w kotle spalana jest mniejsza ilość paliwa.
Regeneracja ciepła obiegu Rankine'a prowadzi do wzrostu sprawności termicznej obiegu
o kilka do kilkunastu procent, w zale\
ności od ilości wymienników i wielkości ciepła
wykorzystanego do regeneracji. Zastosowanie w układach rzeczywistych siłowni
regeneracji ciepła prowadzi do komplikacji układu i wzrostu kosztów inwestycyjnych.
Jednak korzyści wynikające ze wzrostu sprawności netto elektrowni powodują, \
e
regeneracja ciepła była, jest i będzie stosowana, a jej znaczenie stale wzrasta
10. Obieg zamknięty Braytona.
Obieg Braytona-Jule'a jest obiegiem cieplnym realizowanym w turbinach gazowych. W
zało\
eniu obieg ten składa się z następujących przemian:
1-2 - izentropowe sprÄ™\
anie,
2-3 - izobaryczne dostarczenie ciepła (spalanie paliwa),
3-4 - izentropowe rozprÄ™\
anie.
Rodzina obiegów Barytona dla
ustalonych wartości temperatur na
wlocie do turbiny i sprÄ™\
arki.
  niskie sprÄ™\
enie
   wysokie sprÄ™\
enie
Z ogniwem międzystopniowym
Z chłodzeniem międzystopniowym
Z regeneracja cieplnÄ…
Obieg silnika powietrznego, turbiny gazowej, silnika odrzutowego. Składa się z
dwóch adiabat i dwóch izobar.
ciepło dostarczone do obiegu: Q1 = Mcp(T3  T2),
ciepło odprowadzone: |Q2| = Mcp(T4  T1),
praca wykonana przez obieg:
L =Q1 - |Q2|=Mcp(T3  T2) - Mcp(T4  T1),
Lzob Q 2 T4 - T1
sprawność obiegu: · = = 1 - = 1 -
Q1 Q1 T3 - T2
º º
p2 p ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
V1 V4
3
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
WprowadzajÄ…c pojecie sprÄ™\
u µ = = = =
p1 p4 ìÅ‚ V2 ÷Å‚ ìÅ‚ V3 ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
V1
oraz stopnia sprÄ™\
ania  = , przy czym º = µ
V2
po prostych przekształceniach mo\
na otrzymać wzór na sprawność
T4 1 1
1 - = 1- = 1-
termicznÄ… obiegu Joule a w postaci: ·t =
T3 º -1  º -1
º
µ
Odwrotnością obiegu Joule a jest obieg sprę\
arki tłokowej.
11. Zaawansowane systemy turbin gazowych.
Silniki turboodrzutowe - rodzaj silnika, który napędza pojazd poprzez wykorzystanie
zjawiska odrzutu gazów (silnika odrzutowego)..
Powietrze zasysane jest przez sprÄ™\
arkÄ™ (osiowÄ… lub promieniowÄ…, jedno- lub
wielostopniowÄ…) i sprÄ™\
ane przez niÄ….
Następnie trafia do komory spalania, tam wtryskiwacze podają paliwo (np. naftę
lotniczą), które zapala się od rozgrzanych spalin (w momencie rozruchu paliwo zapalane
jest świecą zapłonową).
Spalanie paliwa zwiększa temperaturę gazów w komorze spalania. Gorące gazy
spalinowe napędzają turbinę, która jest sprzęgnięta wałem z wymienioną wcześniej
sprÄ™\
arką. Turbina napędza sprę\
arkÄ™, co powoduje podtrzymanie pracy silnika.
Ciąg silnika wynika z ró\
nicy pędu gazów wpadających przez wlot i opuszczających
silnik przez dyszę wylotową ze zwiększoną prędkością - a bezpośrednio jest rezultatem
działania ciśnień na ró\
ne elementy silnika - od sprÄ™\
arki poprzez komorÄ™ spalania,
turbinÄ™ lub turbiny po dyszÄ™ wylotowÄ….
Silniki turbowentylacyjne (Boeing 747 i 767)
- dysza powietrza opływowego
zwiększa ciąg silnika
chłodzi
zmniejsza hałas
dobra ekonomiczne, ale nie nadaje się do myśliwców
Dopalanie - wstrzyknięcie dodatkowego paliwa ale nie jest całkowicie spalone,
dodatkowy ciÄ…g.
Układy zaawansowane 
SprÄ™\
one (turbina gazowa + parowa)
Zintegrowane (zgazowanie + turbina parowa + gazowa -> ·= 60%)
13. Obieg Otta
Silniki tłokowe
Turbina  ruch obrotowy
Tłok  ruch posuwisto-zwrotny + korbowód = ruch obrotowy
· = Ne / Qd = Ne / mpWp
mp  strumień paliwa
Wp  wartość opałowa paliwa
Ne  moc efektywana
Qd  strumień ciepła dostarczonego
WewnÄ™trzna · = Ni / Np Ni  moc wewnÄ™trzna na tÅ‚oku
Np  moc obiegu porównawczego
Mechaniczna · = Ne / Ni
Obiegu porównawczego · = Np / Qd
Obieg Otta - Realizowany jest w silniku tłokowym w trakcie 4 suwów tłoka. Podczas
ruchu tłoka (0-1) zwiększa się objętość w cylindrze i jest do niego zasysana mieszanka
paliwowo-powietrzna. Podczas powrotu suwu (1-2) mieszanka poddawana jest sprÄ™\
aniu
co zwiększa temperaturę do T2. następnie od iskry zapala się mieszanka paliwowo-
powietrzna i następuje szybkie spalanie (2-3) Wzrasta p i T. podwy\
szone ciśnienie
porusza tłok z (3-4). Wykorzystywana jest praca mechaniczna kosztem, spadku p i T. W
punkcie 4 nie ma wytwarzanej pracy, p i T sÄ… min. Po otwarciu zaworu wylotowego sÄ…
usuwane spaliny i następuje spadek ciśnienia (4-5). Podczas (5-0) zawór wylotowy
pozostaje otawy aby została usunięta reszta spalin. Zawór wylotowy zamknięty a
wlotowy otwarty. Cykl siÄ™ powtarza.
Stosowany jest przy porównywaniu silników tłokowych spalinowych
wolnobie\
nych gaz
nikowych z zapłonem iskrowym. Składa się z dwóch izochor i dwóch
adiabat.
ciepło doprowadzone do obiegu: Q1 = Mcv(T3-T2),
ciepło odprowadzone: |Q2| = Mcv(T4-T1),
praca obiegu: L = Q1  |Q2|,
º -1
º -1
Q2 1
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
1 T2 V1 p2 º
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
sprawność obiegu: ·= 1 - = 1 - = 1 - bo = =
Q1 º -1 ºº-1 T1 ìÅ‚ V2 ÷Å‚ ìÅ‚ p1 ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
µ
14. Obieg Diesla.
W silniku Diesla wtryskowym kompresji podlega samo powietrze z resztÄ… spalin. Na
krótko przed poło\
eniem zwrotnym otwiera się zawór paliwowy przez który wtryskuje
się ciekłe paliwo pod wysokim ciśnieniem 20-60 MPa, z prędkością 200-400 m/s. Paliwo
rozpyla się, odparowuje i zapala bez udziału obcych z
ródeł ciepła, bowiem temp
powietrza przy końcu kompresji jest odpowiednio wy\
sza od temp samozapłonu paliwa.
Proces spalania w Dieslu przebiega izobarycznie.
W tym silniku spalany olej napędowy -> wydzialaja się parafiny -> zatykanie filtrów.
Stosuje się świece \
arowe zamiast zapłonowych.
SÅ‚u\
y do porównywania wolnobie\
nych silników wysokoprę\
nych z zapłonem
samoczynnym. Składa się z dwóch adiabat, izobary i izochory
Ciepło doprowadzone w obiegu: Q1 = Mcp(T3  T2),
ciepło odprowadzone z obiegu: |Q2| = Mcv(T4  T1),
praca obiegu: L = Q1  |Q2| = Mcp(T3  T2)  Mcv(T4  T1),
sprawność obiegu:
º
Mcv (T4 - T1 ) 1 Õ - 1 1
· = 1 - = 1 -
Mcp(T3 - T2 ) º Õ - 1 º -1
V1
gdzie:  = - stopień sprę\
ania
V2
V3
Õ = - stopieÅ„ obciÄ…\
enia
V2
p2
µ = - sprÄ™\
przy czym µ = º
p1
cp
oraz º = - wykÅ‚adnik adiabaty
cv
15. Porównanie obiegów Otta i Diesla.
Diesel 7l / 100km
Otto 12l / 100km
16. Turbodoładowanie w silnikach tłokowych.
Spaliny napędzają turbinę => sprę\
anie paliwa => wy\
sza sprawność => mniejsze
spalanie
Silnik jest doładowany za pomocą turbosprę\
arki wykorzystującej do napędu energie
spalin w przewodzie wylotowym (turbodoładowanie). Doprowadzone do cylindrów
tłokowego silnika spalinowego powietrze (do silnika o zapłonie samoczynnym) lub
mieszkanki palnej (do silnika o zapłonie iskrowym) o ciśnieniu wy\
szym od
atmosferycznego (wstępnie sprę\
onych) w celu zwiększenia napełnienia cylindrów
czynnikiem roboczym i umo\
liwia to spalanie w silniku większej ilości paliwa, a tym
samym uzyskanie większej mocy przy tej samej prędkości obrotowej bez zmiany
wymiarów silnika, wzrost mocy uzyskanej przez doładowanie wyra\
ony w procentach
nosi nazwę stopnia doładowania.
17. Silnik Wankla.
Tłok wykonuje ruch obrotowy. Zasada właściwie jest taka
sama jak w silniku 4-suwowym. Wlot, sprÄ™\
enia,
rozprÄ™\
enie, wylot. W przeciwieństwie do typowego
silnika tłokowego mieszanka paliwowo-powietrzna jest
przetłaczana z miejsce na miejsce w związku z tym 4 fazy
odbywają się w ró\
nych miejscach silnika.
Ssanie  rozpoczyna się gdy wierzchołek mija okno kanału
ssącego. Objętość komory rośnie od 0 powodując
wciąganie mieszanki paliwowo-powietrznej. Gdy następny
wierzchołek komory mija okno kanału ssącego, komora się
zamyka i rozpoczyna siÄ™ sprÄ™\
anie.
SprÄ™\
anie  wirnik kontynuuje swój ruch, objętość
komory zmniejsza siÄ™, mieszanka paliwowo-powietrzna siÄ™
sprÄ™\
a. W tym czasie ścianka przemieszcza się przed
świecami zapłonowymi, a objętość komory jest ponownie
najbli\
sza min.
Zapłon  komora spalania jest długa i dlatego są potrzebna
dwie świece, zęby proces był szybki. Po zapaleniu
mieszanki, ciśnienie rośnie zmuszając roztwór do ruchu.
Ciśnienie spalanej mieszkanki zmusza rator do ruchu w
kierunku, który spowoduje wzrost objętości komory. Gazy
spalinowe dalej siÄ™ rozprÄ™\
ajÄ… przesuwajÄ…c rator i
wytwarzajÄ…ce energie.
Wydech  gdy wierzchołek ratora minie okno kanału
wydechowego sprÄ™\
one gazy spalinowe mogą swobodnie wydostać się na zewnątrz. Gdy
rator się obraca, komora kurczy się wytłaczając resztę gazów spalinowych przez okno
kanału wydechowego. W tym czasie objętość komory zbli\
a siÄ™ do min.
Zalety: rozrzÄ…d bezzaworowy, du\
a moc jednostkowa, prosta budowa, unifikacja części
silnika, mo\
e być stosowane paliwo o ni\
szej liczbie oktanowej.
18. Silnik Stirlinga.
Silnik przetwarza energiÄ™ cieplna na mechanicznÄ…. Nie ma spalania mieszanki paliwowo-
powietrznej, ale w sposób ciągły doprowadzane jest ciepło z zewnątrz do ogrzewanego
czynnika którym jest gaz (hel, wodór, powietrze), który przepływa między dwoma
cylindrami ciepłym i zimnym.
W ka\
dym cylindrze znajduje się tłok, połączone są one wałek korbowym tak alby tłok w
cylindrze ciepłym wyprzedzał tłok w cylindrze zimnym o ź cyklu ruchu. Na początek
gaz w cylindrze ciepłym powiększa swoja objętość (co za tym idzie ciśnienie),
przeprowadzony jest do cylindra zimnego gdzie zmniejsza swoją objętość. Potem po
osiągnięciu minimalnej objętości znów do cylindra ciepłego.
Ciepło zewnętrzne zamieniane jest w energię mechaniczną lub elektryczną. W cyklu
pracy gaz roboczy jest sprÄ™\
any i oziębiony w zimnej komorze. Potem trafia do komory
gorÄ…cej gdzie ulega rozprÄ™\
eniu. Rozszerzenie gazu w wysokiej temp daje więcej energii
ni\
wymaga sprÄ™\
enie tego gazu w niskiej temp.
Paliwa mogą być odnawialne i nieodnawialne. Powietrze wypełnia cylindry p=4-15MPa.
Zalety:
- niezawodność rozruchowa
- zapewnienie całkowitego spalania paliwa
- minimalny hałas
- brak okablowania
- du\
a swoboda kształtowa i konstrukcji
- brak zaworów
- brak wra\
liwości na warunki pracy
- niskie koszty eksploatacji
Wady:
- du\
e chłodnice
- du\
y ciÄ™\
ar
- wysokie koszty materiałowe
- niska sprawność
- nieprzydatny do samochodów za względu na du\
e rozmiary
Cechy charakterystyczne:
Izotermiczne doprowadzanie ciepła ze spalania przez ściankę cylindra i dlatego gaz
roboczy rozprÄ™\
a siÄ™ i wykonuje pracÄ™ u\
ytecznÄ…. Potem izotermiczne odprowadzenie do
otoczenia niewykorzystanego ciepła.
Jest bliski realizacji cyklu Carnota.
19. Ogniwa pierwotne, akumulatory, ogniwa paliwowe.
Ogniwa dzielą się na pierwotne (nie ładowalne) i wtóre (ładowalne)
Ogniwa pierwotne  mamy do czynienie z nieodwracalnÄ… reakcjÄ… chemicznÄ…, w wyniku
której jest wydzielona energia elektryczna. Do tej grupy zalicza się ogniwa cynkowo-
węglowe, alkaiczne, magnezowe, rtęciowe, litowe. Ogniwa takie są stosowane w
bateriach.
Akumulatory  ogniwa wtórne, odwracalne reakcje chemiczne. Po doprowadzenia
napięcia z zewnątrz, ogniwo takie kumuluje energie, która następnie mo\
na oddać.
Rodzaje: ołowowe, niklowo-kadmowe, niklowo-wodorkowe, litowo-jonowe.
W akumulatorach występują dwa cykle pracy.
ładowanie  w czasie którego akumulator jest odbiornikiem energii elektrycznej,
wewnątrz akumulatora jest magazynowana energia elektryczna, która jest przetwarzana
na energiÄ™ chemicznÄ…,
praca  akumulator jest z
ródłem prądu elektrycznego na skutek uwalniania
zmagazynowanej wcześniej energii elektrycznej; rezultatem pracy jest stopniowe
rozładowywanie akumulatora
Ogniwa paliwowe  następuje bezpośrednia przemiana energii chemicznej w energię
elektryczną. Jest to ogniwo galwaniczne, w którym paliwo  wodór w stanie czystym lub
mieszanka z innym gazem  jest doprowadzone w sposób ciągły do katody. Do ogniwa
paliwowego reagenty podawane są w sposób ciągły i teoretycznie nie ulegają
rozładowaniu. W rzeczywistości degradacja lub niesprawność komponentów ogranicza
\
ywotność ogniwa paliwowego. Ogniwa te mogą pracować bez przerwy o ile tylko
doprowadza siÄ™ paliwo.
Reakcja chemiczna zachodzÄ…ca w ogniwie polega na rozbiciu wodoru na proton i
elektron na anodzie, a następnie na połączeniu substratów reakcji na katodzie. Procesom
elektrochemicznym towarzyszy przepływ elektronu od anody do katody z pominięciem
nieprzepuszczalnej membrany. W wyniku elektrochemicznej reakcji wodoru i tlenu
powstaje prąd elektryczny, woda i ciepło.
20. Siła elektromotoryczna ogniwa paliwowego.
y
ródło energii elektrycznej w której energia ta powstaje w wyniku reakcji
elektrochemicznej składa się z dwóch półogniw połączonych bezpośrednio. Ró\
nica
potencjałów między elektrodami w stanie równowagi układu jest zwana siłą
elektromotoryczną (SEM) ogniw. Po połączeniu elektrod przewodem zewnętrznym
popłynie w nim prąd, od katody do anody. SEM ogniwa galwanicznego wynosi zwykle
2V, mo\
na sumować łącząc szeregowo zespół ogniw w baterie, co mo\
liwe jest dzięki
wymianie elektronów między reagującymi ze sobą substancjami.
Ogniwo znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej jest ogniwem
odwracalnym a potencjały Ec i Ea są potencjałami równowagowymi elektrod Eve, Eva.
Ró\
nica potencjałów "E zmierzonym dla takiego układu jest nazwana siłą
elektromotorycznÄ… ogniwa.
21. Rodzaje ogniw paliwowych.
- ze względu na rodzaj elektrolitu
-alkaliczne ogniwo paliwowe (ang. Alkaline fuel cells),
-ogniwo paliwowe oparte na kwasie fosforowym (ang. Phosphoric-acid fuel cells),
-ogniwo paliwowe ze stopionymi węglanami (ang. Molten-carbonate fuel cells),
-ogniwo paliwowe z zestalonym elektrolitem tlenkowym (ang. Solid-oxide fuel cells),
- odwracalne ogniwo paliwowe (ang. Reversible Fuel Cell),
- ze względu na temp pracy
- niskotemperaturowe (<100C)
- średniotemperaturowe (100-300C)
- wysokotemperaturowe (500C)
- ze względu na rodzaj przewodzących jonów
- ogniwo z membrana do wymiany protonów PEMFC (Proton-exchange membrane
fuel cell),
- AFC OH-
- PAFC H+
- bezposrednie ogniwo metanolowe (ang. Direct-methanol fuel cell).
22. Ogniwo paliwowe metanolowe  powietrzne
Składa się ono z dwóch elektrod węglowych umieszczonych po przeciwnych stronach
polimerowej membrany spełniającej zadanie elektrolitu. Proces bezpośredniego
utlenienia metanolu na anodzie przebiega wolniej ni\
w przypadku utleniania wodoru w
DMFC, stosuje się większe ilości katalizatora, którym jest najczęściej stop Pt- Rh. Na
zewnętrznej elektrodzie znajdują się kolektory z kanałami umo\
liwiającymi stały kontakt
z cała powierzchnią elektrod i odprowadzenie produkowanej wody. Bezpośrednio
utleniany na anodzie jest metanol. W procesie utlenianie uwalniany jest CO2, protony
przepływają przez membranę, tak ja w ogniwie zasilanym wodorem. Elektrony płyną
przez zewnętrzny obwód do katody gdzie z tlenem i protonami tworzą wodę.
Reakcja chemiczna zachodzÄ…ca w ogniwie polega na rozbiciu wodoru na proton i
elektron na anodzie, a następnie na połączeniu substratów reakcji na katodzie. Procesom
elektrochemicznym towarzyszy przepływ elektronu od anody do katody z pominięciem
nieprzepuszczalnej membrany. W wyniku elektrochemicznej reakcji wodoru i tlenu
powstaje prąd elektryczny, woda i ciepło.
Anoda: CH3OH + H2O CO2 + 6H+ + 6e
Katoda: 1.5O2 + 6H+ + 6e 3H2O
W sumie: CH3OH + 1.5O2 CO2+ 2 H2O
Teoretyczne napięcie ogniwa to 1,21V. w ogniwie zachodzą tak\
e niekorzystne zjawiska
obni\
ające sprawność jego działania  przenikanie paliwa przez membranę do katody.
Obni\
a to napięcie ogniwa.
23. Zastosowanie ogniw paliwowych.
Prostota i elastyczność ogniw paliwowych czynią je interesującymi we wszystkich
aspektach konsumpcji energii. Zastosowania dzielą się na: przenośne, transportowe,
stacjonarne.
- napęd lokomotyw pociągów, samochodów
- baterie do laptopów, telefonów
- elektrociepłownie przy szpitalach, niedu\
ych zakładach
Najmniejsze zasilane metanolem wa\
y 8g.
- zasilanie odtwarzacza MP3
24. Generatory
magnetohydrodynamiczne
MHD.
Jest to technologia uzyskania
energii z węgla (konkurencyjną
pod względem sprawności jest
technologia z ogniwami
zasilanymi wodorem ze
zgazowania węgla).
Zalety MHD - brak ruchomych
elementów co pozwala na pracę
przy znacznie większej temp ni\

inne systemy generacji, dlatego
mo\
liwe jest osiągnięcie wy\
szych wydajności.
Zasada działania polega: strumień plazmy o temp 3000K i przewodności elektrycznej
100 S/m jest kierowany wzdłu\
kanału MHD z prędkością ok. 1000 m/s. wektor
prędkości jest prostopadły do wektora indukcji magnetycznej. W przepływających
strumieniu plazmy indukują się siła elektromotoryczna generując napięcie między
dwoma elektrodami generatora połączonymi z odbiornikiem.
W zasadzie ka\
dy przewodzący płyn mo\
e być u\
yty jako płyn roboczy.
Kluczowym elementem generatora jest nadprzewodzący magnes, który wytwarza pole
magnetyczne niezbędne do urzeczywistnienia procesu konwersji energii.
WadÄ… jest to \
e potrzebna są materiały o du\
ej wytrzymałości na wysoką temperaturę.
25. Zjawisko termoelektryczne.
Zjawisko zaobserwowane w obwodach elektrycznych polegające na powstaniu efektów
cieplnych pod wpływem procesów elektrycznych i efektów elektrycznych pod wpływem
procesów cieplnych.
Rozró\
nia się następujące zjawiska termoelektryczne:
zjawisko Seebecka - powstanie siły termoelektrycznej w zamkniętym obwodzie
składającym się z dwóch ró\
nych metali, o ile miejsca styku tych metali znajdujÄ… siÄ™ w
ró\
nych temperaturach
zjawisko Peltiera - gdy prąd elektryczny przepływa, przez miejsce złączenia dwóch
ró\
nych metali, to zale\
nie od kierunku przepływu złącze to nagrzewa się lub oziębia.
Ochłodzeniu ulega złącze, w którym elektrony przechodzą z przewodnika o ni\
szym
poziomie Fermiego do przewodnika o wy\
szym poziomie,
zjawisko Thomsona - nagrzewanie lub oziębianie pod wpływem przepływu prądu
występujące równie\
w jednorodnym przewodniku, którego końce znajdują się w
ró\
nych temperaturach