Двигуни зовнішнього згорання
Важливим елементом реалізації програми енергозбереження є забезпечення автономними джерелами електроенергії і тепла невеликих житлових утворень і віддалених від централізованих мереж споживачів. Для вирішення цих завдань якнайкраще підходять інноваційні установки для генерації електроенергії і тепла на основі двигунів зовнішнього згоряння. В якості палива може використовуватися як традиційні види палива, так і нафтовий газ, біогаз, що отримується з деревних стружок і ін.
Протягом останніх 10 років відзначалися підвищення цін на викопне паливо, підвищена увага до викидів СО2. а також зростаюче бажання перестати залежати від викопного палива і повністю забезпечувати себе енергією. Це стало наслідком розвитку величезного ринку технологій, здатних виробляти енергію з біомаси.
Двигуни зовнішнього згорання були винайдені майже 200 років тому, в 1816 році. Разом з паровим двигуном, дво- і чотиритактним двигуном внутрішнього згоряння, двигун зовнішнього згоряння вважаються одними з основних типів двигунів. Вони були розроблені з метою створення двигунів, які були б більш безпечними і продуктивними, ніж паровий двигун. На самому початку 18-го століття відсутність відповідних матеріалів призводило до численних випадків зі смертельними наслідками у зв'язку з вибухами парових двигунів, які перебувають під тиском.
Значний ринок для двигунів зовнішнього згоряння сформувався в другій половині 18-го століття, зокрема, в зв'язку з більш дрібними сферами застосування, де їх можна було безпечно експлуатувати без необхідності в послугах кваліфікованих операторів.
Після винаходу двигуна внутрішнього згоряння в кінці 18-го століття ринок для двигунів зовнішнього згоряння зник. Вартість виробництва двигуна внутрішнього згоряння в порівнянні з вартістю виробництва зовнішнього згоряння нижче. Основний недолік двигунів внутрішнього згоряння полягає в тому, що для їх роботи необхідно чисте, викопне паливо, що збільшує викиди СО2, паливо. Однак, до недавнього часу вартість викопного палива була низькою, а викидів СО2 не приділялося належної уваги.
Принцип роботи двигуна зовнішнього згоряння
На відміну від широко відомого процесу внутрішнього згоряння, при якому паливо спалюється всередині двигуна, двигун зовнішнього згоряння, приводиться в дію зовнішнім джерелом тепла. Або, точніше кажучи, вона приводиться в дію різницями температур, що створюються зовнішніми джерелами нагрівання та охолодження.
Цими зовнішніми джерелами нагрівання та охолодження можуть служити відпрацьовані гази біомаси і охолоджуюча вода відповідно. Процес призводить до обертання генератора, монтованої на двигуні, за допомогою чого проводиться енергія.
Всі двигуни внутрішнього згоряння приводяться в дію різницями температур. Бензинові, дизельні двигуни і двигуни зовнішнього згоряння засновані на тій особливості, що для стиснення холодного повітря необхідно менше зусиль, ніж для стиснення гарячого повітря.
Бензинові і дизельні двигуни всмоктують холодне повітря і стискають це повітря, перш ніж він підігрівається в процесі внутрішнього згоряння, який відбувається всередині циліндра. Після підігрівання повітря над поршнем поршень переміщається вниз, за допомогою чого повітря розширюється. Так як повітря гарячий, сила, що діє на шток поршня, велика. Коли поршень доходить до низу, клапани відкриваються і гарячі вихлопи замінюються новим, свіжим, холодним повітрям. При русі поршня вгору холодне повітря стискається, причому сила, що діє на шток поршня, менше, ніж при його русі вниз.
Двигун зовнішнього згорання працює відповідно до трохи іншим принципом. У ньому немає клапанів, він герметично запаяний, а повітря підігрівається і охолоджується за допомогою теплообмінних апаратів гарячого і холодного контуру. Вбудований насос, що приводиться в дію рухом поршня, забезпечує рух повітря туди і назад між цими двома теплообмінними апаратами. Під час охолодження повітря в теплообмінному апараті холодного контуру поршень стискає повітря.
Після стиснення повітря потім підігрівається в теплообмінному апараті гарячого контуру, перш ніж поршень починає рухатися в зворотному напрямку і використовувати розширення гарячого повітря для приведення в дію двигуна.