Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel der Efficient Energy GmbH ist die Entwicklung eines hocheffizienten W\u00e4rmepumpensystems auf der Basis der Direktverdampfung von Wasser.
\nZiel des Teilprojektes 1b des von der DBU gef\u00f6rderten Projekts 26661 ist die Entwicklung der erforderlichen Anlagenkomponenten: Verdampfer, Verfl\u00fcssiger, Pumpen, Vakuum, Fremdgasabscheidung, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst wurde eine Versuchsanlage bestehend aus Verdampfer, Verdichter und Verfl\u00fcssiger aufgebaut. F\u00fcr die Entwicklung der Komponenten Verdampfer und Verfl\u00fcssiger sowie Fremdgasabscheidung wurden geeignete Sensorik gesucht und kalibriert.
\nMit Hilfe der Versuchsanlage konnten das Verhalten und die Leistungsf\u00e4higkeit von Verdampfer und Verfl\u00fcssiger analysiert werden. Aufbauend darauf wurden unterschiedliche Konzepte entwickelt und untersucht. Der Schwerpunkt der Entwicklung lag auf der Bereitstellung einer maximalen Wasseroberfl\u00e4che, der Mikrovermischung der Wasserstr\u00f6mung und der Minimierung des Druckverlustes f\u00fcr die Dampfstr\u00f6mung.
\nEs wurde ein getrennter Pumpenteststand aufgebaut. Er dient der Analyse der Vakuumfestigkeit, der F\u00f6rderleistung als Funktion des NPSH-Wertes und der elektrischen Leistungsaufnahme der Pumpen.
\nDer Einfluss von Fremdgas (im wesentlichen Luft) auf den Prozess und das Verhalten von Fremdgas in der Anlage wurde in der Versuchsanlage mit geeigneten Versuchen untersucht. Aufbauend auf der Analyse wurden Konzepte entwickelt, um das Fremdgas m\u00f6glichst konzentriert aus dem Prozess zu entfernen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Verdampfer:
\n\tMit Hilfe geeigneter Strukturen zur Wasserverteilung und Mikroverwirbelung konnte ein Verdampferprototyp ohne bewegliche Einbauten aufgebaut werden, der auf einem zylindrischen Bauraum < 0,4 m * 0,4 m (Durchmesser * H\u00f6he) eine tropfenfreie Verdampfung von 60 kW Wasserdampf erlaubt. Dies entspricht einer fl\u00e4chenbezogenen Verdampferleistung von q > 400 kW\/m2.
\n\tDer Verdampfer ist so aufgebaut dass kaum Tropfen entstehen. Es konnte zudem ein Tropfenabscheider entwickelt werden, so dass der Bereich oberhalb des Verdampfers im Ansaugbereich des Verdichters absolut tropfenfrei ist.
\n\tDas erforderliche treibende Temperaturgef\u00e4lle liegt bei ?T < 1 \u00b0C.\n\tAlle eingesetzten Bauteile sind Kunststoffnormteile oder als Kunststoffspritzgussteile aus g\u00fcnstigen Massenkunststoffen herstellbar. Konzeptstudien zur \u00dcberf\u00fchrung der Bauteile in Spritzgussformen wurden in Zusammenarbeit mit Formenbauern und Spritzgiessern erstellt.\nVerfl\u00fcssiger: \n\tDer Einsatz \u00e4hnlicher Strukturen wie im Verdampfer erlaubt auch den Aufbau eines Verfl\u00fcssigers, der auf einem Bauraum < 0,4 m * 0,5 m (Durchmesser * H\u00f6he) ebenfalls die Kondensation von 60 kW \u00fcberhitztem Dampf leistet. Dies entspricht einer fl\u00e4chenbezogenen Verdampferleistung von q > 400 kW\/m2.
\n\tDas erforderliche treibende Temperaturgef\u00e4lle liegt bei ?T < 1 \u00b0C.\n\tAlle eingesetzten Bauteile sind ebenfalls Kunststoffnormteile oder als Kunststoffspritzgussteile aus g\u00fcnstigen Massenkunststoffen herstellbar. Konzeptstudien zur \u00dcberf\u00fchrung der Bauteile in Spritzgussformen wurden in Zusammenarbeit mit Formenbauern und Spritzgiessern erstellt. \nPumpen: \n\tEs konnten unterschiedliche serienm\u00e4\u00dfige Pumpen gefunden und qualifiziert werden, die einen kavitationsfreien Betrieb der Anlage im angestrebten Druck- und Temperaturbereich mit der angestrebten Wasserumlaufmenge von 2,6 l\/s leisten. Die elektrische Gesamtleistung der Pumpen f\u00fcr eine Anlage mit 45 kW K\u00e4lteleistung liegt bei Pel < 600 W.\nVakuumhaltung:\n\tDer Anlagenprototyp weist eine Leckage von ?p\/?t < 1 mbar\/h auf. \n\tDie eingetragenen Fremdgase werden im Betrieb durch geeignete Str\u00f6mungsf\u00fchrung an einem Ort in der Anlage gesammelt, angereichert und k\u00f6nnen dort ausgetragen werden. \n\tDas Vakuum kann durch den intermittierenden Einsatz einer kleinen serienm\u00e4\u00dfigen Vakuumpumpe aufrechterhalten werden.\nDie elektrische Leistungsaufnahme f\u00fcr die Vakuumhaltung liegt bei Pel < 100 W Im zeitgleich bearbeiteten Teilprojekt 1a (finanziert \u00fcber das bayerische Wirtschaftsministerium konnte ein Verdichter entwickelt werden, der die Leistungsspezifikationen bez\u00fcglich Druckverh\u00e4ltnis ?>3, Schluckverm\u00f6gen m ?>4 ?(g\/s) und Wirkungsgrad ?_is>60 % erreicht. Die aus der Integration der in beiden Teilprojekten entwickelten Komponenten entstandenen Prototypanlagen sind derzeit im Laborversuch sowie im Dauerversuch. Die \u00dcberf\u00fchrung in die Vorserie hat begonnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse der Projektarbeit wurden bei unterschiedlicher Gelegenheit pr\u00e4sentiert, beispielsweise bei der ANSYS Users Conference Deutschland und an der Hochschule Luzern im Fachbereich Verfahrenstechnik und thermische Maschinen (11\/2012).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Dank der F\u00f6rderung der DBU konnte die Funktion aller Komponenten f\u00fcr die Entwicklung eines hocheffizienten W\u00e4rmepumpensystems auf der Basis der Direktverdampfung von Wasser nachgewiesen werden. Insbesondere war es m\u00f6glich die tropfenfreie Verdampfung und Verfl\u00fcssigung von Wasser weit \u00fcber den bisher bekannten Stand der Technik hinaus anzuheben. F\u00fcr die weiteren Funktionen Pumpen und Vakuumhaltung konnten marktg\u00e4ngige Produkte europ\u00e4ischer Hersteller gefunden und qualifiziert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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