Ein Ansatz zur Neukonstruktion eines speziell angepassten Zylinderkopfes für die optimierte Umsetzung eines neuartigen thermodynamischen Prozesses

  • Forschungsthema:Ein Ansatz zur Neukonstruktion eines speziell angepassten Zylinderkopfes für die optimierte Umsetzung eines neuartigen thermodynamischen Prozesses
  • Typ:Diplomarbeit
  • Datum:Juni 2011
  • Betreuer:

    Dr.-Ing. Uwe Wagner

    Dipl.-Ing. Michael Steffen

    Dr.-Ing. Michael Löffler

  • Bearbeiter:

    Christopher Hort

  • Gegenstand der Arbeit:

    In Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Löffler, dem Europäischen Institut für Energieforschung (EIfER, KIT) und dem Institut für Kolbenmaschinen (IFKM, KIT) wurde am Institut für Technische Thermodynamik und  Kältetechnik (ITTK, KIT) der Prototyp eines thermodynamisch neuartigen Prozesses zur Nutzung von Niedertemperaturwärme aufgebaut und in Betrieb genommen. Der Prozess basiert darauf, dass flüssiges, heißes Wasser unter hohem Druck in eine Vorkammer (Zyklon) einer Kolbenmaschine eingespritzt wird und dabei schlagartig teilweise verdampft. Der entstehende Dampf verdrängt den Kolben und treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Die flüssige Phase verbleibt in der Vorkammer (Phasentrennung) und kühlt sich aufgrund der entzogenen Verdampfungswärme stark ab.

    Nach zunächst erfolgreicher Umsetzung des neuartigen Prozesses konnte festgestellt werden, dass ein unerwünschter Flüssigkeitstransport vom Zyklon in den Kolbenraum eine Neukonstruktion des Zylinderkopfes und der Ventilsteuerung notwendig macht. Das Fehlverhalten ist auf mehrere Effekte zurückzuführen: die Auslassventile und der Zyklon sind unterdimensioniert und die Abscheidung im Zyklon ist unzureichend.

    Ziel dieser Arbeit ist es, den Zylinderkopf unter Berücksichtigung aller bisher gewonnen Erkenntnisse mit dem Prototypen neu zu konstruieren und fertigungsgerechte Zeichnungen zu erstellen. Unter anderem soll die Ventilsteuerung so aufgebaut sein, dass die flüssige Phase den Zyklon vollständig verlassen kann, hierbei kann auf die bisherige Direktansteuerung der Ventile durch den Kolben oder eine Nockenwellensteuerung zurückgegriffen werden. Prozessrelevante Sachverhalte sollen gemeinsam mit den externen Betreuern diskutiert und erarbeitet werden.