Heißluftmotor – Wikipedia
Verbrennungsmotor mit Luft als Arbeitsmedium
EIN Heißluftmotor[1] (historisch als an bezeichnet Luftmotor oder Kalorienmotor[2]) ist eine Wärmekraftmaschine, die die Expansion und Kontraktion von Luft unter dem Einfluss einer Temperaturänderung nutzt, um Wärmeenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Diese Motoren können auf einer Reihe von thermodynamischen Zyklen basieren, die beide Geräte mit offenem Zyklus umfassen, wie beispielsweise die von Sir George Cayley[3] und John Ericsson[4] und der geschlossene Motor von Robert Stirling.[5] Heißluftmotoren unterscheiden sich von den bekannteren Verbrennungsmotoren und Dampfmaschinen.
In einer typischen Implementierung wird Luft in einem Zylinder wiederholt erwärmt und gekühlt, und die resultierende Expansion und Kontraktion wird verwendet, um einen Kolben zu bewegen und nützliche mechanische Arbeit zu erzeugen.
Definition[edit]
Der Begriff “Heißluftmotor” schließt insbesondere jeden Motor aus, der einen thermodynamischen Zyklus ausführt, in dem das Arbeitsmedium einen Phasenübergang durchläuft, wie beispielsweise den Rankine-Zyklus. Ebenfalls ausgeschlossen sind herkömmliche Verbrennungsmotoren, bei denen dem Arbeitsmedium durch Verbrennung von Kraftstoff im Arbeitszylinder Wärme zugeführt wird. Kontinuierliche Verbrennungstypen wie der Ready Motor von George Brayton und die zugehörige Gasturbine könnten als Grenzfälle angesehen werden.
Geschichte[edit]
Die expansive Eigenschaft der erwärmten Luft war den Alten bekannt. Held von Alexandria Pneumatica beschreibt Geräte, mit denen Tempeltüren automatisch geöffnet werden können, wenn auf einem Opferaltar ein Feuer angezündet wurde. Geräte, die als Heißluftmotoren bezeichnet werden, oder einfach LuftmotorenGuillaume Amontons (1663–1705) legte der Königlichen Akademie der Wissenschaften in Paris einen Bericht über seine Erfindung vor: ein Rad, das durch Hitze gedreht werden sollte.[6] Das Rad wurde vertikal montiert. Um die Radnabe herum befanden sich wassergefüllte Kammern. Luftgefüllte Kammern auf der Felge des Rades wurden durch ein Feuer unter einer Seite des Rades erwärmt. Die erhitzte Luft dehnte sich aus und drückte über Rohre Wasser von einer Kammer in eine andere, wodurch das Rad aus dem Gleichgewicht gebracht und gedreht wurde.
Sehen:
- Amontons (20. Juni 1699) “Moyen de substituierer Ware l’action du feu, à la Kraft des hommes und des chevaux pour mouvoir les Maschinen” (Mittel, um die Kraft von Menschen und Pferden durch Feuerwirkung zu ersetzen, um sich zu bewegen [i.e., power] Maschinen), Mémoires de l’Académie Royale des Sciences, Seiten 112-126. Das Mémoires erscheinen in der Histoire de l’Académie Royale des Sciences, année 1699, die 1732 veröffentlicht wurde. Der Betrieb von Amontons ‘ moulin à feu (Feuermühle) wird auf den Seiten 123-126 erklärt; Seine Maschine ist auf der Platte auf Seite 126 abgebildet.
- Für einen Bericht über Amontons ‘feuerbetriebenes Rad in englischer Sprache siehe: Robert Stuart, Historische und beschreibende Anekdoten von Dampfmaschinen und ihren Erfindern und Verbesserern (London, England: Wightman and Cramp, 1829), vol. 1, Seiten 130-132 ;; Eine Abbildung der Maschine wird angezeigt [7] Zu der Zeit, als die Gesetze für Gase erstmals festgelegt wurden, gehören zu den frühen Patenten die von Henry Wood, Vikar von High Ercall in der Nähe von Coalbrookdale Shropshire (englisches Patent 739 von 1759) und Thomas Mead, Ingenieur von Sculcoats Yorkshire (englisches Patent 979 von 1791),[8] Letzteres enthält insbesondere die wesentlichen Elemente eines Verdrängermotors (Mead nannte ihn den Transferer). Es ist unwahrscheinlich, dass eines dieser Patente zu einem tatsächlichen Motor führte, und das früheste praktikable Beispiel war wahrscheinlich der Open-Cycle-Ofengasmotor des englischen Erfinders Sir George Cayley c.1807[9][10]
Es ist wahrscheinlich, dass Robert Stirlings Luftmotor von 1818, der seine innovative enthalten Economiser (1816 patentiert) war der erste Luftmotor, der in die Praxis umgesetzt wurde.[11] Der Economiser, der jetzt als Regenerator bekannt ist, speicherte Wärme aus dem heißen Teil des Motors, als die Luft zur kalten Seite gelangte, und gab Wärme an die gekühlte Luft ab, wenn sie zur heißen Seite zurückkehrte. Diese Innovation verbesserte den Wirkungsgrad des Stirling-Motors und sollte in jedem Luftmotor vorhanden sein, der ordnungsgemäß als Stirling-Motor bezeichnet wird.
Stirling patentierte 1827 zusammen mit seinem Bruder James einen zweiten Heißluftmotor. Sie kehrten das Design um, sodass sich die heißen Enden der Verdränger unter der Maschine befanden, und fügten eine Druckluftpumpe hinzu, damit der Luftdruck erhöht werden konnte rund 20 atmosphären. Chambers gibt an, dass er aufgrund mechanischer Defekte und „unvorhergesehener Wärmestauung, die durch die Siebe oder kleinen Durchgänge im kühlen Teil des Regenerators, dessen Außenfläche nicht groß genug war, nicht vollständig entzogen wurde, erfolglos geblieben ist Wirf die nicht zurückgewonnene Wärme ab, wenn der Motor mit stark komprimierter Luft arbeitet. “
Parkinson und Crossley, englisches Patent, 1828, entwickelten einen eigenen Heißluftmotor. Bei diesem Motor ist die Luftkammer durch Eintauchen in kaltes Wasser teilweise äußerer Kälte ausgesetzt, und ihr oberer Teil wird durch Dampf erwärmt. Ein inneres Gefäß bewegt sich in dieser Kammer auf und ab und verdrängt dabei die Luft, setzt sie abwechselnd den heißen und kalten Einflüssen des kalten Wassers und des heißen Dampfes aus und ändert seine Temperatur und seinen Expansionszustand. Die Schwankungen bewirken die Hin- und Herbewegung eines Kolbens in einem Zylinder, an dessen Enden die Luftkammer abwechselnd angeschlossen ist.
1829 patentierte Arnott seine Luftexpansionsmaschine, bei der ein Feuer auf einem Rost nahe dem Boden eines geschlossenen Zylinders gelegt wird und der Zylinder vor kurzem mit Frischluft gefüllt ist. Ein loser Kolben wird nach oben gezogen, so dass die gesamte Luft im Zylinder oben durch ein Rohr durch das Feuer strömt und eine erhöhte Elastizität erhält, die zur Ausdehnung oder Vergrößerung des Volumens neigt, die das Feuer ihm geben kann .
Ihm folgt im nächsten Jahr (1830) Kapitän Ericsson, der seinen zweiten Heißluftmotor patentieren ließ. Die Spezifikation beschreibt es insbesondere als bestehend aus einer „kreisförmigen Kammer, in der ein Kegel mittels Blättern oder Flügeln, die abwechselnd dem Druck von Dampf ausgesetzt sind, auf einer Welle oder Achse gedreht wird; Diese Flügel oder Blätter arbeiten durch Schlitze oder Öffnungen einer kreisförmigen Ebene, die sich schräg zu dieser dreht und dadurch mit der Seite des Kegels in Kontakt bleibt. “
Ericsson baute 1833 seinen dritten Heißluftmotor (den Kalorienmotor), der vor einigen Jahren in England so großes Interesse weckte. und was, wenn es in die Praxis umgesetzt werden sollte, die wichtigste mechanische Erfindung sein wird, die jemals vom menschlichen Verstand erfunden wurde und die dem zivilisierten Leben größere Vorteile bringt als jede andere, die ihm jemals vorausgegangen ist. Ziel ist die Erzeugung mechanischer Energie durch Wärmeeinwirkung bei einem so außerordentlich geringen Brennstoffverbrauch, dass der Mensch in Regionen, in denen heute kaum noch Brennstoff vorhanden sein kann, über eine nahezu unbegrenzte mechanische Kraft verfügt .
1838 wird der Franchot-Heißluftmotor patentiert, sicherlich der Heißluftmotor, der den Carnot-Anforderungen am besten entsprach.
Bisher waren alle diese Luftmotoren erfolglos, aber die Technologie reifte. Im Jahr 1842 baute James Stirling, der Bruder von Robert, die berühmte Dundee Stirling Engine. Dieser dauerte mindestens 2-3 Jahre, wurde dann aber aufgrund unsachgemäßer technischer Geräte eingestellt. Heißluftmotoren sind eine Geschichte von Versuchen und Irrtümern, und es dauerte weitere 20 Jahre, bis Heißluftmotoren im industriellen Maßstab eingesetzt werden konnten. Die ersten zuverlässigen Heißluftmotoren wurden von Shaw, Roper und Ericsson gebaut. Mehrere tausend von ihnen wurden gebaut.
Thermodynamische Zyklen[edit]
Ein thermodynamischer Zyklus eines Heißluftmotors kann (idealerweise) aus 3 oder mehr Prozessen (typisch 4) bestehen. Die Prozesse können folgende sein:
Einige Beispiele (nicht alle Heißluftzyklen, wie oben definiert) sind wie folgt:
Ein weiteres Beispiel ist der Vuilleumier-Zyklus.
[12]
Siehe auch[edit]
Verweise[edit]
Externe Links[edit]
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