Bau einer autonomen Wärmepumpe?

 
FamZim
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 01.06.2017 - 18:59 Uhr  ·  #41
Hallo

Mal eine kleine Zusammenfassung.
Eine Senke ist ein Kondensator damit aus Gas wieder eine Flüsigkeit wird, der ist vorhanden.
Es wirt eine Leistung von 800 W benötigt um die Flüssigkeit von 7 Bar auf 22 Bar in den Verdampfer zu drücken.
Dieser wird mit konstand 55 ° C beheizt.
Der Dampf soll durch Düsen einer Turbine beschläunigt und expandiert werden, und nimmt ein viel gröseres Volumen bei 7 Bar an.
Die Restwärme die noch vorhanden ist kondensiert im Kondensator bei 15 ° C.
Von dort wirt wieder auf 22 Bar in den Verdampfer gepumpt.
Das flüssige Medium erhitzt sich erst im Verdampfer, nicht durch die Kompression, das macht nur Gas.

Die Mengendifferenz zwischen Flüssig und Gas wäre noch wichtig um Die Leitungsquerschnitte richtig aus zu legen.
Schon bei Turbinen mit Wasserbetrieb ist die Ableitung wesentlich grösser als der Düsenquerschnitt und die Strömungsgeschwindigkeit entsprechen kleiner.
Bei Gasbetrieb muß die zusatzliche Expansion noch dazu gerechnet werden.
Da ist ein Querschnitt vom 100 fachen schnell erreicht.
Den Platz muß das Turbinengehäuse innen dann haben.

Als ersten Selbstversuch würde ich ein 2 oder 3 mm dickes Zahnrad mit 10 cm D und sehr vielen kleinen Zähnen versuchen.
Mehrere Düsen zur Leistungsanpassung einsetzen, die dann einzeln begast werden können.
Zähne sind zwar nicht obtimal, können aber einen ersten Eindruck vermitteln.
Sie können auch schräg von der Seite angeblasen werden.

Ich setze mitlerweile auch auf eine Turbine, da alle Kolbenmotor mehr oder weniger Volldruckmaschinen sind, und kaum eine Expansion, in der ja die Leistungsaubeute steckt, zulassen.
Ein Druckgefälle von 22 auf 7 Bar ist ja gewünscht ! und zwar in der Arbeitsmaschine und nicht an Ventielen Leitungen oder sonstwas.
Eine Druckdiverenz von einstufig 15 Bar ist aber schon eine Hausnummer.
Ewentuell 2 Stufig ?
Erste Stufe für 7,5 Bar und Volumensteigerung auf das doppelte.
Zweite Stufe mit grösserem Düsenquerschnitt auf die grosse, und 7 Bar Restdruck habende Ableitung .
Hmm die Menge schwankt ja gar nicht so stark ?? Ich denke zwischen 7 Teilen bei 22 Bar und 22 Teilen bei 7 Bar, ist das richtig so ??

Gruß Aloys.
mortin
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 01.06.2017 - 20:39 Uhr  ·  #42
Hallo Aloys,
danke, Du hast es fast verstanden: Ich fasse zusammen: Die Flüssigkeit ist vorhanden bei 7 bar Druck und den dazugehörenden 15°C - oder umgekehrt, jedenfalls gehören diese beiden Werte untrennbar zusammen. (wie 55°C und 22 bar) Ein kleiner Kompressor, der als "Sättigungspumpe" fungiert, befördert diese Flüssigkeit in den Verdampfer wo sie 55°C ausgesetzt wird. Da erst, beim Erhitzen der Flüssigkeit auf 55°C entstehen die dazu gehörenden 22 bar, die durch die Turbine sollen um Arbeit zu verrichten und Strom zu erzeugen. (Ich brauche keine 800 Watt um die Flüssigkeit von 7 bar auf 22 bar in den Verdampfer zu drücken) Die Wärmequelle "frisst" 500 Watt und die Sättigungspumpe 100 Watt, d.h. ich setze 600 Watt ein und brauche einen "Erlös" aus der Turbine, der darüber liegt also z.B. 800 Watt um das System "rentabel" zu machen.
(Und nicht zu vergessen, ich habe schliesslich dauerhaft über das 4fache an thermischen Watt als ich an elektrischen Watt reinstecke und ein Watt ist schliesslich ein Watt, ob thermisch oder elektrisch, das ist jeweils nur eine andere Form des Energieträgers)
Am Ausgang des Verdampfers habe ich den doppelten Querschnitt vorgesehen als beim Zugang zum Verdampfer, da der ganze Dampf dann durch diesen Querschnitt muss, erhöhe ich zwangsläufig auch die Durchlaufgeschwindigkeit zum Turbineneintritt. ( Hinter der Turbine ist natürlich auch ein recht grosser Querschnitt incl Expansionsgefäss vorgesehen.) Danach geht der teilweise runtergekühlte und expandierte Dampf durch zwei Kondensatoren, die von einem Kaltluftstrom von 510 m³ pro Stunde bei einer Temperatur von 9°C durchblasen werden und die Energie zum Erreichen der benötigten 15°C liefern sollte - und wenn Ammoniak flüssig sein soll bei 15 ° dann hat es zwangsläufig wieder 7 bar - und ich verfüge über eine Druckdifferenz von verwertbaren 15 bar - ob das nun einstufig oder zweistufig geschehen soll muss abgewägt werden. Ich warte jetzt mal auf das Angebot von DEPRAG, deren Turbinenleistung beginnt ja schon bei einem kW, wenn das dabei rauskommt wäre ich vollstens zufrieden, ich habe eigentlich keine große Lust mit dem giftigen Gas "Sebstversuche" anzustellen um die Turbine zu optimieren. Das mache ich nur, wenn ich wirklich nichts Brauchbares "von der Stange" finden kann. Gerne höre bzw. lese ich wieder von Dir, Du machst Dir echt brauchbare Gedanken dazu!
Gruß
Mortin
FamZim
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 02.06.2017 - 12:57 Uhr  ·  #43
Hallo Mortin

Ich denke es sind noch Denkfehler in der Rechnung.
Die 100 W Pumpe ist eine Speisepumpe und drückt andauernt gegen 22 Bar, mit Drucksteigerung von 15 Bar.
Diese Leistung ist warscheinlich verlorene Leistung.
Die 500 W Wärmeleistung ist nur ein Gewinn wenn sie kostenlos aus der Umwelt zur Verfügung steht.
Wirt diese nun, mit gutem Wirkungsgrad, zu Strom oder auch für die Einspeisepumpe genutzt, hat man einen Gewinn erwirtschaftet.
Die Frage ist dann noch ob die angebotene Turbine mit der doch recht geringen Leistung von 500 W dabei ein annehmbares ETA hat ?
Das muß der Anbieter angeben können.
Für die kalte Luft zum kondensieren wirt doch auch Leistung eingesetzt oder ?

Gruß Aloys.
Ralf B
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 02.06.2017 - 23:30 Uhr  ·  #44
Hallo Aloys
Zitat: Ich denke es sind noch Denkfehler in der Rechnung.
Die 100 W Pumpe ist eine Speisepumpe und drückt andauernt gegen 22 Bar, mit Drucksteigerung von 15 Bar.
Diese Leistung ist warscheinlich verlorene Leistung.

...ich denke ich habe dafür eine Lösung! Eine ohne "Speisepumpe".... Nur mit einer Ventilsteuerung lässt sich mit Hilfe der unterschiedlichen Drücke eine "Ventilpumpe" (mit gleicher Funktion einer Speisepumpe!!) realisieren. Die "Pumpenergie" wird aus einem kleinen Teil des Überdruckvolumen genommen ......
so das "unterm Strich" immer immer noch ein Überschuss an Druckenergie vorhanden ist.... ;-)

Wie groß ist eigentlich die Volumenzunahme von Amoniak zu Amoniakgas?
Bei Wasser ist es (unter gleichem Ausgangsdruck !) meines Wissens nach um den Faktor 2000 fach !?

Gruß Ralf
FamZim
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 03.06.2017 - 18:02 Uhr  ·  #45
Hallo

Hmm Ventilpumpe ?
Ich denke das sind die Geräte die an Dampflocks, wenn sie im Bahnhof stehen , periodisch Tak tak Tak tak machen.
Die haben warscheinlich 2 Kolben mit unterschiedlichem Durchmesser, und keine drehenden Teile.
Arbeiten an der gleichen Kolbenstange hin und her !
Der Druck ist auf beiden Seiten aber gleich dem Betriebsdruck!

Gruß Aloys.
Ralf B
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 04.06.2017 - 12:39 Uhr  ·  #46
Hallo Aloys

Ich meine, dass man den "Transport" von flüssigem Amoniak auch ohne Pumpe ( Kolben ) etc hinkriegt.
Nur mit zwei Ventilen, die man öffnen / schließen muss..
( mit ein wenig "Druckverlust" an der Überdruckseite!)

Ganz einfach und primitiv....

...ich bin ja auch schon seit ein paar Jahren dran mir eine "Dampfmaschine" zu bauen ( Gedanklich ist sie schon lange fertig... ;-) ) und bisher habe ich bei meinem geschlossenen System eine "Speisepumpe" vorgesehen.. aber wenn es einfacher gehen könnte!?! ...
(Ist hier aber nicht das Thema .... ;-) )

Gruß Ralf
mortin
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 05.06.2017 - 16:39 Uhr  ·  #47
Hallo Ralf und Aloys,
dass man ein Medium - hier flüssiges Ammoniak, durch öffnen und schließen von Ventilen bewegen kann, kann ich mir gut vorstellen! Habe stundenlang das Internet abgesucht, aber nichts in diesem Zusammenhang gefunden.

Ralf, was meinst Du - unter welchen Stichworten könnte ich weitersuchen?

Oder könntest Du was zeichnen zum besseren Verständnis?

danke und Gruß
Mortin
Ralf B
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 05.06.2017 - 18:04 Uhr  ·  #48
Sorry Mortin
...aber keine Ahnung unter welchen Stichworten du das findest oder wie man sowas bezeichnen kann...
Aber im Grunde ist es vergleichbar mit einer Art "Schleuse".. Wo man das Boot/ Schiff hoch (oder auch runter - ) - schleusen kann OHNE zu "pumpen" ( man verliert halt ein wenig Wasserstand im oberen Kanalabschnitt (= Volumen von Schleusenhub! Verlust ) ....
Das Ganze wäre noch einfacher in Form einer "Kreiselschleuse" ( sorry, weiß nicht ob es das Wort/ Begriff gibt ... Eigenkreation! ;-) ) zu realisieren. Man könnte es somit sogar gut als Steuerung benutzen....

du mußt doch drei Sachen steuern/regeln um mit deiner WP die Leistung anzupassen :
Zum einen die Wärmezufuhr
Zum anderen die "Abkühlung"
und vielleicht noch die Menge des Ammoniaks ...( so würde ich das jedenfals machen ... ;-) )

Gruß Ralf

P.S. : Zeichnungen könnte ich Dir viele machen, wenn ich genau wüßte was Du dir vorstellst... :-)
FamZim
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 05.06.2017 - 20:25 Uhr  ·  #49
Hallo

Ich denke ich weis jetzt was Ralf meint.
Es gibt ein Pumpsystem, aber nur für Wasser, dieses läst aus einem Fließgewässer einen Wasserstrom durch ein Rohr abwärts fliesen.
Das Wasser erreich dabei eine vom Querschnitt und Fallhöhe abhängig eine max Fließgeschwindigkeit.
Bervor diese ereicht wirt schließt ein Vertil den Abfluß, und die Wassersäule wirt abrubt gestoppt und macht einen Wasserschlag.
Dieser hat einen viel höheren Druck dabei, als die eigentliche Wassersäule, und drückt durch ein Rückschlagventil eine geringe Wassermenge in ein Steigrohr mit dann bleibenden höheren Druckniwo.
Diese ervold dann, sich ständig wiederholent im Rütmuß.
Das geht mit Gasen eher nicht wegen zu geringer Schlagwirkung.

gruß Aloys.
Ralf B
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 05.06.2017 - 21:34 Uhr  ·  #50
Hallo Aloys
Nein das mein ich nicht.... kein "Widder",( Eine Pumpe mit Rohr im einem fließendem Gewässer, die durch abruptes abbremsen der Wassersäule im Rohr ein Überdruck erzeugt um ein Teil des Wassers in ein "höheres Niveau" pumpt ....)
Einfach nur eine "Schleuse".... ;-)

Ich mach mal eine Skizze....

Gruß Ralf
marcus h
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 09.11.2017 - 12:41 Uhr  ·  #51
Hey mortin,

So weit ich das verstanden habe baust du dir einen ORC-Prozess (organic Rankine Cycle).
Ich habe gerade in einen log(p)-h Diagramm für Ammonik nachgesehen.
55°C heißer sattdampf hat eine dichte von 18kg/m^3. Das macht bei 150l/min 0,045kg/s Dampf.
Bei einer idealen entspannung auf 15°C bekommst du eine Enthalpiedifferenz von ca. 140KJ/kg.
Macht also mit dem Massestrom eine maximale leistung von 6,3kW.

Ganz schön große Machine die du da baust. Würde ich gerne mal sehen. Mit meinem Überschlag hast du eine Wärmequelle mit 46kW.
Oder habe ich irgendwo einen Denkfehler?

Kleine Turbinen haben probleme, da die spaltverluste anteilig immer größer werden. Radialturbinen könnten diesen leistungsbereich noch abdecken.
Auch willst du in das Nassdampfgebiet entspannen, oder.
Das mögen meines Wissens die meisten Turbinen nicht.
Langsam laufende Kolbenmaschinen können das.

Oft werden für diese Anwendung auch die Verdichter die man aus der Kältetechnik kennt als Expansionsmaschine benutzt.
Scrollexpander und so was...

Grüße
Carl
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Re: Bau einer autonomen Wärmepumpe?

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Gepostet: 10.11.2017 - 10:18 Uhr  ·  #52
Hallo allerseits,

Ich hab mir bei Wikipedia den Artikel: "Ammoniak" reingezogen, toller Artikel fachlich mit einem gewaltigen Stapel Literaturnachweise belegt. Obwohl ich Laie für das Vorhaben hier bin und nur neugierig für alle Alternativlösungen (also auch die von denen ich wenig verstehe) stellt sich mir nach Lektüre des Wikipedia Artikels wegen der dort aufgeführten Eigenschaften des Ammoniaks die etwas kuriose Frage, was denn mit dem aus der Turbine- oder Kolbensystem austretenden Ammoniakdampf geschehen soll. Wird das ein geschlossener Kreislauf mit Rückgewinnung oder wird das Ammoniak freigesetzt? :fgrin: Hust...

Gruß, Carl
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