なぜタービンを回転させるために蒸気を使うのがより効率的なのでしょうか。

例えば、バイオ燃料の燃焼による非常に熱い空気の入った排気管があり、排気の終わりに回転して発電するタービンがあります。

熱を使って水を沸騰させた後、発生した蒸気を使ってタービンを回転させる方が効率的なのはなぜですか。同量のバイオ燃料を燃焼するときに蒸気を使用しないのとは対照的に、なぜタービンを回転させるために蒸気を使用することによってより多くの電気が発生するのでしょうか。

主な理由は、タービンが作動流体からエネルギーを抽出するために圧力降下を必要とすることです。タービン内で観察される温度の低下は、流体の膨張の結果です。タービンには、流体から直接熱エネルギーを取り出す方法はありません。

流体によって行われる総仕事量は通常、エンタルピーの変化として表されます。これは内部エネルギー（熱）と膨張によって行われる仕事量（圧力降下）の合計です。$ \ Delta H = \ Delta U + \ Delta（PV） $。あなたの燃焼器の排気圧が周囲の圧力よりはるかに高くないならば、それからタービンの向こう側にそれほど多くの圧力降下がないであろう、そしてそれ故に多くの仕事はガスによってされないであろう。ガスは比較的高い温度でタービンを出ることになり、タービンによって抽出されなかった多くのエネルギーがまだあることを示しています。

この浪費されたエネルギーを捉えるための解決策は、代わりにその熱エネルギーのいくらかを取り、水を沸騰させることによってそれを圧力エネルギーに変換することです - 今、あなたはタービンを動かすためによりはるかに役に立つ高圧作動流体を持っています。タービンは、圧力の形で、はるかに多くの元の熱エネルギーを引き出すことができるようになり、したがってより高い効率が得られます。

蒸気を作るために水を加熱することは必ずしもより効率的ではありませんが、はるかに実用的です。あなたが説明するのは、例えば、内燃機関がどのように働くかということです、それでそれは有効な概念です。しかし、彼らはこれを一気に行い、液体で慎重に設計された燃料を使用するため、実装がより実用的になります。

あなたが説明するように連続システムでは、燃料は高圧で燃やされます。その圧力に対してシールしながら、システムにより多くの燃料を追加することの機械的な困難さを考慮してください。あなたはまた、どうにかして未燃の廃棄物を出す必要があります。

基本的な物理学はあなたが説明することを妨げませんが、実際の工学はそうします。周囲圧力で燃料を燃焼させ、特別に設計された圧力容器の内部を高圧にするために熱を使うほうが簡単です。別の言い方をすると、やや予測できない形や大きさの固体よりも、圧力シールを通して熱を逃がす方がはるかに簡単です。

あなたはほとんどガスタービンエンジンについて説明しています。これらは電力を生成するために、そしてまた航空機に電力を供給するために使用されます。しかし、ガスタービンでは、燃焼器の出力は高圧であり、それはタービンを回転させるために使用されます。そして、それは蒸気サイクルとは異なる燃焼サイクルです。

あなたは、内燃機関と外燃機関を比較しています。どちらにも利点と欠点があります。実用的な効率は、基本的なエンジン設計と構成材料によって制限されます。あなたは、航空機には良いが、メンテナンス集約的である、重量対重量比が高いガスタービン排気駆動型タービンについて説明しています。ボイラー内で蒸気プラントに給油するための外部燃焼ははるかに信頼性がありますが、基本負荷の発電プラントに適した重機が必要です。ベース荷重が変わります。

熱を利用して圧力をかける二相化学が必要です。

空気だけの圧力鍋は、1リットルの水の場合よりもはるかに少ない圧力になります。

水は実際には冷たい状態で蓄えられた潜在的な圧力です。

超臨界流体は実際には蒸気よりも効率的ですが、より高圧の容器とたくさんの氷のCO2が必要です。そして他のエキゾチックな物質。