Samstag, 15.12.2018 19:04 Uhr

Neue Wärmepumpe mit Zentrifugalkraft

Verantwortlicher Autor: Friedrich Scheuerecker Zorneding, 12.07.2018, 15:01 Uhr
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Zorneding [ENA] Eine Neuentwicklung aus dem Bereich der Wärmepumpen für großtechnische Anwendungen befindet sich in der praktischen Umsetzung. Die Namensgebung „Rotationswärmepumpe“ weist bereits auf das Funktionsprinzip hin. Diese Technik unterscheidet sich wesentlich von den üblicherweise angewandten Prinzipien und beschreitet einen völlig neuen technischen Ansatz mit einer deutlichen Effizenzsteigerung.

Anstelle des Carnot-Prozesses im 2-Phasengebiet liegt der innovativen Wärmepumpentechnologie ein linksläufiger Joule-Prozess zugrunde, bei welchem es zu keinem Phasenübergang des Arbeitsmediums kommt. Dieses bleibt immer gasförmig. Üblicherweise wird mit dem Begriff Joule-Prozess der rechtslaufende Prozess (Wärmekraftmaschine) bezeichnet; er eignet sich jedoch auch als linkslaufender Prozess (Wärmepumpe oder Kälteanlage). Dadurch kann eine Effizienz von über 99% erreicht werden. Ein Arbeitsgas, bestehend aus einem Gemisch von Edelgasen zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, der um eine Achse rotiert.

Kreisprozesse können am effektivsten mit Edelgasen betrieben werden, da diese über einen hohen Isentropenexponenten verfügen. Mit der, durch die Rotation auftretenden Fliehkraft, wird das, in einem geschlossenen Kreislauf befindliche Gas komprimiert. Diese Druckzunahme geht mit einer Temperaturerhöhung einher. Die Wärme wird dann über einen Wärmeübertrager an eine Senke abgegeben. Wird das dadurch abgekühlte Gas wieder entspannt, ändert es seine Temperatur aufgrund der Strömung entgegen der Fliehkraft auf ein niedrigeres Niveau und kann so an der Quelle über den achsnahen Wärmeübertrager wieder Wärme aufnehmen.

Der Einsatzbereich bewegt sich von minus 20 Grad Celsius bis plus 150 Grad Celsius mit ein- und derselben Maschine bei gleichbleibendem Arbeitsmittel. Die Anpassung erfolgt über die Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit. Der maximale Temperaturhub beträgt 80 Grad Celsius. Dabei kann die Maschine gleichzeitig für die Wärme- und Kälteerzeugung eingesetzt werden. Durchfluss und übertragbare Wärmeleistung sind unabhängig voneinander zu regulieren. Dadurch können beispielsweise jahreszeitlich schwankende Temperaturen in der Quelle und Senke verarbeitet werden. Aufgrund der neuartigen Technologie ist ein theoretischer Coeffizient of Performance (COP) von 10,3 erreichbar. Praktisch sinken die Werte auf 6,0.

Aufgrund der geringeren physikalischen Verluste liegt dieser Wert deutlich über der praktischen Leistungsfähigkeit konventioneller Wärmepumpen. Aktuell ist die Maschine mit einer Leistung von 700 kW thermisch verfügbar; die Minimalleistung beträgt dabei 400 kW. Die nächste Maschinengröße ist mit 2000 kW thermisch in Planung. Interessierte finden ein technisches Datenblatt auf www.ygnis.ch unter der Rubrik Produkte.

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