halgatyó#49
Bármely hőerőgép mindig KÉT hőtartály segítségével ad ki magából mechanikai munkát. Egyik hőtartály a környezet (óriási tömeg, kb. 300 Kelvin), a másik általában valami magasabb hőmérsékletű közeg. Legyen az egyik hőtartály hőmérséklete T1 Kelvin fok, a másiké T2 Kelvin fok. Legyen T2 > T1.
A hő a magasabb hőmérsékletű hőtartályból átáramlik az alacsonyabb hőmérsékletűbe, de oda nem érkezik meg mind. Egy része mechanikai munka formájában a hőerőgépből kivehető.
A hőerőgép elméletiileg elérhető maximális hatásfoka ekkor (T2-T1)/T2 .
Ez elméleti érték, a súrlódás és egyéb veszteségek csökkentik valamelyest. Minél kisebb csökkenést akarunk elérni, általában annál drágább lesz a gép.
A gyakorlatban a hatásfok növelése két irányban folyik: T2 hőmérséklet növelése, és a veszteségek csökkentése. T1 az bizony adott.
Példák:
-- Hőerőmű: T2 = 800 Kfok, T1 = 300 Kfok (körülbelüli adatok), ekkor az elméleti max. hatásfok 63%. A gyakorlati kb. 45%.
-- Nyomottvizes atomerőmű: T2=600K , T1=300K , elméleti max. 50%, gyakorlati kb 31%.
-- ELKÉPZELT alacsonyhőmérsékletű hőerőgép (fordított hőszivattyú): T2=320 Kfok, T1=280 Kfok. Az elméletielg elérhető max. hatásfok (320-280)/320 = 12,5%.
Mit jelent ez hőmennyiségek és mechanikai munka szemőpontjából? A következőt (példa):
A magasabb hőmérsékletű hőtartályból távozik (a hőerőgépen keresztül) 320 kJ (kiloJoule) hőmennyiség. Az alacsonyabb hőmérsékletű hőtartályba beérkezik 280 kJ hőmennyiség. A hőerőgép tengelyéről levettünk 40 kJ munkát. (4 tonna 1 m magasra emelése)
A szépség a természeti törvények között abban van, hogy a hőerőgép MEGFORDÍTHATÓ, és ekkor is érvényes a fenti képlet. Az előbbi bekezdésben elképzelt hőerőgép megfordítva a következő adatoka adja elő: (ELMÉLETI adatok)
A hőszivattyú tengelyén befektettünk 40 kJ mechanikai munkát. Az alacsonyabb hőmérsékletű hőtartályból távozott 280 kJ, a magasabb hőmérsékletűbe megérkezett 320 kJ.
Mennyi ennek a hőszivattyúnak a hatásfoka? Itt a "hatásfok" szó értelmét ki kell tágítani, mert nem pontosan arról van szó, mint a hőerőgépnél. Itt a hatásfok azt jelenti, hogy mennyi energiát vittünk be a rendszerbe (40 kJ) és cserébe mennyi hasznos energiát kaptunk: ha fűtésre használjuk akkor 320 kJ +hőt kaptunk, ha hűtésre használjuk, akkor 280 kJ hőt sikerült elvonni.
Az előbbi esetben tehát a hatásfok 320/40 = 800%. A gyakorlatban persze kevesebb, a súrlódási és hővezetési veszteségek miatt, mondjuk 400-500%. Ez is 4-5 SZÖRÖSE annak a hőmennyiségnek, mint amit úgy kaphattunk volna, ha azt a befektetett 40 kJ -t elektromos ellenállás fűtéssel alakítottuk volna hővé!
Ez a hőszivattyú felmérhetetlen előnye. Következő hozzászólásban az örökmozgó elkészítését fogom leírni (FELTÉVE HOGY a cikkben szereplő direkt termoelektromos átalakító hatásfoka nagyobb az ún. Carnot körfolyamat elméleti hatásfokánál)