Projekt 25116/01

Umsetzung einer Kolbendampfmaschine mit interner Flashverdampfung

Projektträger

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Technische Thermodynamik und Kältetechnik
Engler-Bunte-Ring 21
76131 Karlsruhe
Telefon: (07 21) 6 08-23 21

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung: Aufbau einer Kolbenmaschine, die einen neuartigen, hocheffizienten Prozessverlauf verwirklicht. Dreiecksprozesse erlauben theoretisch eine um ca. 50% verbesserte Nutzung von Niedertemperaturwärme im Vergleich zu den gängigen Prozessen wie Clausius-Rankine-Cycle, Organic-Rankine-Cycle oder Kalina-Prozess.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür den Aufbau der Testmaschine wurden folgende Arbeitsschritte ausgeführt:
1. Einwicklung der Theorie der Flashentspannung: z.B. exergetischer Wirkungsgrad, Leistungszahl und Einfluss des Arbeitsmittels.
2. Berechnung und Auswahl der Komponenten: Entspannungsmaschine, Messtechnik, Wasserheizung, Kondensator, Ölheizung.
3. Entwicklung und Aufbau von Detaillösungen: Ventiltechnik (Einlass und Auslass), Mess- und Regelungstechnik, schnelle Temperaturmesstechnik, Einspritztechnik, Zyklondimensionierung und -aufbau.
4. Experimenteller Untersuchungen mit dem aufgebauten Prototyp
5. Darstellung einer ersten Marktanalyse.


Ergebnisse und Diskussion

Der Testlauf der Maschine mit eingespritztem Wasser war erfolgreich. Die Dynamik der Flash-Entspannung reicht aus, um die Maschine anzutreiben. Dennoch gelangt Wasser in den Zylinder, was zu Wasserschlag führt und die Maschine abbremst. Die Ursachen des Wassereintrags müssen näher untersucht werden. Bei weiteren Aufbauten sollte durch die Lage des Zyklons unterhalb des Kolbens ein Austreiben des Wassers aus dem Zylinderraum ermöglicht werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veröffentlichungen:
Löffler Michael, Steffen Michael, Schaber Karlheinz: Flashverdampfung im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine, in: Kurzfassungsband des Thermodynamik-Kolloquium und Ingenieurdaten, 5.-7. Oktober 2009, Technische Universität Berlin.
Löffler Michael, Schaber Karlheinz: Flashverdampfung im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine, in: Kurzfassungsband des Thermodynamik-Kolloquium und Ingenieurdaten, 24.-26. September 2008, Universität Erlangen-Nürnberg.
M. K. Löffler: Flash Evaporation in Cyclones, Chemical Engineering & Technology, Volume 31, Issue 7/2008, Pages 1062 - 1065, http://dx.doi.org/10.1002/ceat.200700470
Löffler Michael: Kreisprozess mit Flashverdampfung im Arbeitsraum einer Kolbenmaschine. In: VGB PowerTech, International Journal for Electricity and Heat Generation, 7/2007, S. 92-97.
Löffler Michael: Thermodynamischer Prozess mit maximaler Energienutzung, Internetveröffentlichung in ebwk.de, 20.12.2006, UUhttp://www.technikwissen.de/bwk/2006/12/33245.html
Neun Studienarbeiten / Diplomarbeiten in Zusammenarbeit mit anderen Instituten (Elektrotechnisches Institut ETI, Institut für Kolbenmaschinen (IFKM), Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP).


Fazit

Die Umsetzung von Niedertemperaturwärme bis ca. 350°C ist mit dem Dreiecksprozess machbar. In Folgeprojekten sollten die bisherigen Erkenntnisse vertieft und die neue Technologie für alle denkbaren Abwärmemärkte verfügbar gemacht werden.

Übersicht

Fördersumme

174.200,00 €

Förderzeitraum

30.11.2006 - 30.11.2009

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik