3. Emilio Panarella, Experimental proof-of-principle ....

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Volume 35: Pages 115-122, 2022

Experimental proof-of-principle of heat recovery and recirculation in a reciprocating steam engine. Applicability of the technology to present electricity generating power plants and estimation of the yearly world energy saving and reduction of greenhouse gas emission

Emilio Panarellaa)

Fusion Reactor Technology, Inc. (FRT), 2012 Woodglen Cres., Ottawa, Ontario K1J 6G4, Canada

 

The motivation for the present study is energy production from thermonuclear fusion, as discussed in recent works [Panarella, Phys. Essays 33, 283 (2020); 34, 256 (2021); Peretti et al., Phys. Essays 34, 596 (2021)]. The direction of research for the attainment of the milestone of fusion energy breakeven was analyzed in depth in those works. The path of increasing the efficiency of the energy input deposition was found to be favorable relative to the alternative path of increasing the fusion energy output in ever bigger machines, as pursued for the past seven decades by all major research programs. The input for the fusion machines is electrical energy, which is generated from conventional engines that convert heat to work. In a simulation study, it was found that the efficiency of these engines could be improved through heat recovery and recirculation without violating the second law of thermodynamics. However, an experimental proof-of-principle was required to conclusively prove what the simulation indicated to be possible. The present study reports on such an experimental confirmation. It demonstrates experimentally a novel thermodynamic cycle where heat is re-used and re-circulated in a reciprocating steam engine. An advanced study of the second law of thermodynamics is provided that justifies this experimental result, as well as its historical interpretation. Re-use and recirculation of heat in engines used in power plants all over the world leads to global energy savings, as well as to significant reductions of global greenhouse gas emissions. These are estimated on a yearly time-scale with the most recent data available. Their significance regarding mitigation of climate change is highlighted.

 

La motivation de la présente étude est la production d'énergie au moyen de la fusion thermonucléaire, comme discuté dans des travaux récents [Emilio Panarella, Phys. Essais 33, 283 (2020) ; 34, 256 (2021); Michel de Peretti. Arne P. Olson et Emilio Panarella, Phys. Essais 34, 596 (2021)]. L'orientation des recherches pour atteindre le ‘breakeven’ énergétique de fusion a été analysée en profondeur dans ces travaux. Dans cette présente étude l’augmentation de l'efficacité du dépôt d'énergie primaire a été privilégiée par rapport à la voie alternative de l’augmentation de la production d'énergie de fusion dans des machines toujours plus grandes, voie poursuivie au cours des sept dernières décennies par tous les grands programmes de recherche. L'énergie primaire pour les machines de fusion est l'énergie électrique générée par des moteurs conventionnels qui convertissent la chaleur en travail. Dans des simulations antérieures, il a été constaté que l'efficacité de ces moteurs pouvait être améliorée grâce à la récupération de chaleur et à la recirculation, sans violer la 2e loi de la thermodynamique. Cependant, une preuve expérimentale de ce principe restait nécessaire pour prouver de manière concluante les résultats de ces simulations. La présente étude rend compte d'une telle confirmation expérimentale. Elle prouve expérimentalement qu’un nouveau cycle thermodynamique est possible où la chaleur est réutilisée et recirculée dans une machine à vapeur alternative. Une étude avancée de la 2ème loi de la thermodynamique est fournie justifiant ce résultat expérimental, ainsi que son interprétation historique. La réutilisation et la recirculation de la chaleur dans les moteurs utilisés dans les centrales électriques du monde entier entraîneront des économies d'énergie mondiales, ainsi que des réductions importantes des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Celles-ci sont estimées sur une échelle de temps annuelle avec les données les plus récentes disponibles et on mettra en évidence leur impact sur le climat.

 

Key words: Heat Recovery; Heat Recirculation; Second Law of Thermodynamics; Recirculating Steam Engine; Experimental Proof-of-Principle of Recirculating Steam Engine; Energy Saving; Greenhouse Gas Emission.

Received: December 29, 2021; Accepted: March 7, 2022; Published Online: March 31, 2022

 

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