열기관이란?

열 엔진은 열 에너지 또는 열을 기계 작업으로 변환하는 데 사용되는 장치입니다. 이것은 열원에서 발생하는 열이 엔진 자체를 통과하여 냉각 싱크로 들어갈 때 수행됩니다. 콜드 싱크는 랭킨 (Rankine)에서 발견 된 응축 장치 또는 증기 사이클과 같은 열역학적 사이클의 저온 부분입니다. 다양한 유형의 열 엔진이 있으며 각 열 엔진에는 고유 한주기가 있습니다. 열 엔진의 일부 예에는 스털링 엔진 및 가스 터빈과 함께 증기 및 내연 기관이 포함됩니다.

일반적으로 열 엔진은 엔진 자체에서 발생하는 열역학적 사이클과 혼동됩니다. 주로 열 엔진이 특정 열역학적 사이클로 분류되기 때문입니다. 열 에너지를 작업으로 변환하는 장치 자체는 "엔진"으로 알려져 있으며 엔진에 적용되는 열역학적 모델은 "사이클"입니다. 이로 인해 스팀 엔진은 랭킨 엔진으로 지칭되지 않습니다.

효율적인 열 엔진은 가능한 한 각 사이클을 모방하려고합니다. 사이클 내에서 핫 소스와 콜드 싱크 사이의 온도 차이가 높을수록 엔진이 더 효율적입니다. 예를 들어, 효율적인 스팀 엔진에는 고온 열원과 저온 콜드 싱크가 모두 필요합니다. 랭킨 사이클에서 보일러는 고온 버너를 사용하여 물을 증기로 변환합니다. 이 증기는 엔진을 통과 한 다음 저온 응축기를 통해 물로 다시 응축됩니다.

응축기가 차가울수록 더 많은 증기가 다시 물로 응축됩니다. 이는 보일러가 수행하는 포화 과정을 효과적으로 역전시키기 위해 응축기가 만들어지기 때문입니다. 그렇게하면 더 높은 응축 속도를 달성하는 데 도움이됩니다. 비율이 높을수록 더 많은 물이 반환됩니다. 이것은 스팀 사이클의 전체 효율을 높이는 데 도움이됩니다.

열원과 냉각 싱크 사이의 온도 차이가 클수록 열 엔진 효율이 크게 최적화 될 수 있지만 여전히 제한적입니다. 이는 냉각 싱크의 온도가 주변 온도에 의존하기 때문에 어떤 상황에서는 이상적인 조건으로 냉각 될 수 없기 때문입니다. 이로 인해 열 엔진의 효율은 콜드 싱크의 온도 한계로 제한됩니다. 이에 대한 일반적인 해결책은 핫 소스의 온도를 높이는 것입니다. 그러나 이것은 심지어 고온에서 재료 강도의 부족으로 제한됩니다.

열 엔진 효율은 특정 엔진 및 사이클에 따라 다릅니다. 열효율은 3 %에서 70 % 사이이며 자동차 엔진은 25 % 정도의 열효율을 달성합니다. 보다 효율적인 열 엔진은 가스 및 증기 터빈이 전기를 생성하는 데 사용되는 대규모 발전소에서 발견됩니다.