熱機関の発明は、人類の革命的な発見の 1 つでした。熱機関は熱力学の第 1 法則に従います。この法則では、エネルギーを生成または破壊することはできませんが、ある形式から別の形式に変換することはできます。熱機関では、熱エネルギーが機械エネルギーに変換されます。今日、自動車、船舶エンジン、火力発電所など、さまざまな種類の熱機関が私たちの日常生活の中で見られます。
熱機関の種類
熱機関は、その動作原理に基づいて主に 2 つのタイプに分類されます。
- 内燃機関 (IC エンジン)
- 外燃機関 (EC エンジン)
内燃機関 (IC エンジン)
内燃機関は、エンジン内で燃料の燃焼が発生するエンジンとして定義されます。
原則
化学エネルギーは、ガソリン、ディーゼル、またはガスの形で供給されます。これらの燃料はシリンダー内で燃焼し、システム内で熱エネルギーを生成します。この熱は後で機械エネルギーに変換されます。
IC エンジンの利点
- このタイプの熱機関は始動時間が短い。
- 場所を取らない。
- 重量に対するパワーの比率は非常に高いです。
- 非常に効率的です。
IC エンジンの欠点
- 大量の発電には適していません。
- ガソリンやディーゼルなど、限られた数の燃料しか使用できません。
- 排気汚染が激しい
アプリケーション:
- チェーンソー
- ポータブル発電機
- 航空機
内燃機関の分類
IC エンジンは、次の要因に従って分類されます。
<オール>- 4 ストローク サイクル エンジン:ここでは、ピストンの 4 ストロークによって 1 つの完全なパワー サイクルが発生します。 4 つのストロークとは、吸入、圧縮、点火、排気です。
- 2 ストローク サイクル エンジン:2 ストローク エンジンでは、ストロークがアップストロークとダウンストロークである 2 ストローク ピストンによって 1 つの完全なパワー サイクルが発生します。
- 熱力学的作業サイクルに基づく:
- オットー サイクル エンジン:オットー サイクルでは、一定の量でエンジン、熱の追加と除去が行われます。例:ガソリン エンジン車。
- ディーゼル サイクル エンジン:ディーゼル サイクル エンジンでは、熱の追加は一定の圧力で行われ、熱の除去は一定の量で行われます。したがって、燃焼は連続圧力下で発生します。例:ディーゼル エンジン車、ディーゼル発電機
- デュアル サイクル エンジン:デュアル サイクル エンジンでは、一定の体積と一定の圧力で部分的に熱が加えられます。熱除去は通常のボリューム プロセスで行われます。
- 使用燃料に基づく:
- ガソリン エンジン:ガソリンはエンジンを作動させるための燃料として使用されますが、スパーク プラグは点火プロセスでパワー ストロークを生成するために使用されます。
- ディーゼル エンジン:ディーゼルは、これらのタイプの熱機関の燃料として使用されます。噴霧化されたディーゼルで圧縮行程中に圧縮された空気は、発火プロセスに使用され、動力行程を生成します。
- ガス エンジン:圧縮天然ガス、バイオガス、LPG などのガスがこれらのエンジンの燃料として使用されます。
- 使用されたシリンダーの数に基づく:
- 単気筒エンジン:このタイプの熱機関は、単気筒マシンで熱エネルギーを機械エネルギーに変換します。
- 多気筒エンジン:多気筒エンジンでは、複数の気筒が熱エネルギーを機械エネルギーに変換します。その結果、単気筒エンジンと比較してより多くの電力が生成されます。
- シリンダー配置に基づく:
- 水平シリンダー エンジン:ここでは、シリンダーが水平に配置されています。通常、ほとんどの単気筒エンジンは水平に配置されています。
- 垂直シリンダー エンジン:シリンダーが垂直に配置されています。
- エンジン速度に基づく:
- 低速エンジン:低速エンジンでは、クランクシャフトの速度は 100 rpm 未満です。
- 中速エンジン:このタイプのエンジンでは、速度範囲は 100～250 rpm です。
- 高速エンジン:エンジンの速度が 250 rpm を超える場合、高速エンジンと呼ばれます。
- 使用されている冷却システムに基づく:
- 空冷エンジン:空冷エンジンでは、冷却操作を容易にするフィンまたはプロペラによってシリンダーが冷却されます。
- 水冷エンジン:ここでは、過熱からエンジンを保護するためにウォーター ポンプが使用されます。ラジエーターから水を汲み上げる装置
外燃機関 (EC エンジン)
外燃エンジンでは、燃料の燃焼はエンジン シリンダーの外側で発生します。
原則
このタイプの熱機関では、内部の作動流体を加熱するために外部ソースが使用されます。熱により、流体は膨張します。この拡張により、エンジンのメカニズムが動くことで動力が発生します。
EC エンジンの利点
- 排気ガスの汚染が少ない
- 高い始動トルクを提供します。
- EC エンジンは作動音を抑えます
- 高発電に最適です。
EC エンジンの欠点
- EC エンジンには大きなスペースが必要です
- 大量の潤滑剤を消費します。
- この熱機関は全体的に高温であるため、より多くのケアとメンテナンスが必要です。
アプリケーション
- 原子力および石炭火力発電所
- 船舶用エンジン
外燃機関の分類
EC エンジンは次のように分類されます。
- 蒸気機関:蒸気機関は、蒸気の熱エネルギーを機械エネルギーに変換して機能させる熱機関の一種です。
- スターリング エンジン:スターリング エンジンでは、空気またはガスがさまざまな温度で閉じたサイクルで圧縮および膨張します。このメカニズムは機械的エネルギーを生み出します。
結論
さまざまなタイプの熱機関では、燃料またはガスによって生成された熱エネルギーが機械エネルギーに変換されます。これらのタイプのエンジンは、熱は生成も破壊もされず、変換されるのみであるという熱力学の第一法則に従います。
熱機関は、内燃（IC）エンジンと外燃（EC）エンジンに分類できます。熱機関の種類に関するその他の質問は、以下で回答されています。
