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Wärmekraftmaschine

Wärmekraftmaschinen sind Maschinen, die Wärme teilweise in mechanische Energie umwandeln können. Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik sind solche Umwandlungen nur mit beschränktem Wirkungsgrad möglich. Es bleibt also immer ein Anteil Abwärme übrig – meistens mehr als die Hälfte der eingesetzten Menge von Hochtemperaturwärme. Je geringer der mechanische Wirkungsgrad ist, desto größer die Menge der anfallenden Abwärme. Da diese Abwärme auf einem niedrigeren Temperaturniveau anfällt, kann sie nicht mehr für die Maschine genutzt werden.

Einige Typen von Wärmekraftmaschinen können der theoretischen Grenze (Carnot-Wirkungsgrad) für den Wirkungsgrad relativ nahe kommen, andere liegen weit darunter. Relativ hohe Wirkungsgrade setzen eine hohe Temperatur der eingesetzten Wärme und eine niedrigere Temperatur für die Abgabe von Abwärme voraus.

Zum Teil sehr große Wärmekraftmaschinen sind die zentralen Bestandteile von Wärmekraftwerken. Manche davon sind besonders geeignet für die Kraft-Wärme-Kopplung, d. h. für die Nutzung der sonst als Abwärme verlorenen Energie; dies erhöht die Energieeffizienz.

Manchmal wird die Erdatmosphäre als eine riesige Wärmekraftmaschine betrachtet, die (mit sehr geringer Effizienz) einen Teil der Sonneneinstrahlung in mechanische Energie v. a. in Form von Winden erzeugt. Diese kann dann teilweise mit Windenergieanlagen genutzt werden.

Typen von Wärmekraftmaschinen

Die wichtigsten Typen von Wärmekraftmaschinen sind:

• Dampfturbinen und Gasturbinen
• Verbrennungsmotoren, betrieben z. B. mit Benzin, Dieselkraftstoff, Erdgas oder Biogas, ausgeführt meist als Hubkolbenmotoren, seltener als Linearmotoren oder Wankelmotoren

Darüber hinaus gibt es einige weniger gebräuchliche Typen:

• Dampfmaschinen arbeiten wie Dampfturbinen mit Wasserdampf, der jedoch einen oder mehrere Kolben antreibt anstelle einer Turbine.
• Stirlingmotoren und Ericssonmotoren arbeiten mit einer äußeren Wärmequelle, was die Nachteile der inneren Verbrennung beispielsweise bezüglich der Schadstoffe im Abgas vermeidet. Ebenfalls wird die Spanne nutzbarer Wärmequellen größer; beispielsweise lässt sich auch Sonnenenergie nutzen. Ein hoher Wirkungsgrad ist hier aber schwer zu erreichen.

Siehe auch: Wärmekraftwerk, Wärme, Thermodynamik, Hauptsätze der Thermodynamik, Wirkungsgrad, Carnot-Wirkungsgrad, Motor