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Entspannungsverdampfung in einer Kolbenmaschine zur Nutzung von Niedertemperaturwärme

Entspannungsverdampfung in einer Kolbenmaschine zur Nutzung von Niedertemperaturwärme
Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Michael Steffen

Dr.-Ing. Michael Löffler

Projektgruppe:Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Schaber

Entspannungsverdampfung in einer Kolbenmaschine zur Nutzung von Niedertemperaturwärme

 

 

Mit den auf dem Markt verfügbaren Verfahren kann Niedertemperaturwärme nur mit hohen Investitionskosten und bei niedrigen Wirkungsgraden energetisch genutzt werden. Diese Verfahren (ORC und Kalina) finden hauptsächlich in der Geothermie Anwendung. Im Bereich der Industrieabwärme oder Solarthermie sind diese Verfahren aus den genannten Gründen nicht rentabel.

Die niedrigen Wirkungsgrade haben einerseits thermodynamische (Exergie des Wärmestroms) andererseits prozesstechnische Ursachen. Letztere sind vor allem auf die Exergieverluste bei der Wärmeübertragung der (sensiblen) Nutzwärme zurückzuführen.

Bei dem von Dr. Löffler vorgeschlagenen Prozess können durch Verwendung eines flüssig/flüssig Wärmeübertragers die Exergieverluste deutlich verringert werden.

 

Abbildung 1: schematische Darstellung des Prozesses

 

Das nach der Erwärmung unter erhöhtem Druck vorliegende flüssige Prozessmedium wird im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine entspannt. Bei der stattfindenden Entspannungs­verdampfung treibt der simultan entstehende Dampf den Kolben an. Um die flüssige Phase vom Kolbenraum fernzuhalten und um entstehende Tröpfchen abzuscheiden, findet der Verdampfungsprozess in einem Zyklon statt, welcher dem Arbeitsraum vorgeschaltet ist.
Im T-s-Diagramm stellt dieses Verfahren einen Dreiecksprozess dar.

Abbildung 2: Darstellung des Dreiecksprozesses im T-s-Diagramm

 

Am Institut für Technische Thermodynamik und Kältetechnik wird gemeinsam mit dem Europäischen Institut für Energieforschung und dem Ingenieurbüro Löffler an der Umsetzung des Prototyps gearbeitet, welcher den neuartigen Prozess verwirklicht.