Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine effiziente, praktikabel in den Kreisprozess einbindbare Expansionsmaschine f\u00fcr das K\u00e4ltemittel Kohlendioxid zu entwickeln. Anlass dieser Entwicklung war, dass der Energieverbrauch in einem \u00fcberkritischen CO2-Proze\u00df gr\u00f6\u00dfer als in normalen Kaltdampfprozessen sein kann, und hier mit arbeitsleistenden Expansionsmaschinen eine verbesserte Effizienz erzielt werden kann. Theoretisch wurden Steigerungen f\u00fcr K\u00e4ltemaschinenprozesse von ?COP von 43% berechnet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBei der Entwicklung der CO2-Expansionsmaschine wurde f\u00fcr den Expansionszylinder auf das Grundprinzip einer Zweitaktmaschine mit Schlitzteuerung von Doll und Eder zur\u00fcckgegriffen und dieser mit einem Verdichtungszylinder auf dem gegebenen Triebwerk der Firma Bock kombiniert. Diese einfache Art des Ladungswechsels in der Maschine kommt ohne mechanische Steuerbauteile aus. Eine Patentanmeldung durch das FKW f\u00fcr eine kombinierte Kompressions-Expansionsmaschine liegt vor. Die Arbeiten an die-sem Grundkonzept sollten zur Minimierung der Leckagen, des W\u00e4rmeflusses und der Steigerung der G\u00fctegrade der Expansionseinheit dieser Maschine dienen.
\nDie Schwerpunkte der in diesem Vorhaben durchzuf\u00fchrenden Arbeiten waren:
\n\u00a7\tTheoretische Untersuchungen zu W\u00e4rme\u00fcbertragung zwischen Fluid und Zylinder\/Kolben, Arbeitsraumleckage und Gaswechsel
\n\u00a7\tKonstruktion der Expansionsmaschine und Bau des Prototypen
\n\u00a7\tExperimentelle Untersuchungen und Effizienzanalyse.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die entwickelte Maschine wurde bei Expansion im Gasgebiet und bei transkritischer Prozessf\u00fchrung mit Expansion in das Nassdampfgebiet experimentell untersucht. Zur Effizienzanalyse wurde der indizierte G\u00fctegrad aus dem Zylinderdruckverlauf des Expanders ermittelt.
\nBei der Expansion im Gasgebiet ist der bestimmende Einfluss auf den G\u00fctegrad nach den gesammelten Erkenntnissen im Verh\u00e4ltnis von durchgesetztem Massenstrom zu dem Leckagemassenstrom des Expanders im Zusammenwirken mit der W\u00e4rme\u00fcbertragung an das Gas zu sehen. Dieses Verh\u00e4ltnis ist vom Betriebspunkt der Anlage und dem Expansionsverh\u00e4ltnis des Expanders abh\u00e4ngig. Der im Gasgebiet in der zweiten Messreihe ermittelte, relativ hohe indizierte G\u00fctegrad von hind=49% ist auf die g\u00fcnstige Wahl des Expansionsverh\u00e4ltnisses f\u00fcr diesen Betriebspunkt mit einem hohen Arbeitsmassenstrom zur\u00fcckzuf\u00fchren.
\nBei der transkritischen Expansion in das Nassdampfgebiet zeigt der Zylinderdruckverlauf Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten, welche die an den Kolben \u00fcbertragene Arbeit deutlich herabsetzen. Ursache daf\u00fcr kann ein thermodynamisches Ungleichgewicht bei der schnellen Expansion der Fl\u00fcssigkeit nach Eintritt in das Nassdampfgebiet sein. Der h\u00f6chste im transkritischen Betrieb gemessene indizierte G\u00fctegrad lag bei hind=15%.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Der Prototyp der CO2-Expansionsmaschine wurde 2004 auf der Internationalen Fachmesse K\u00e4lte-Klima-L\u00fcftung in N\u00fcrnberg der \u00d6ffentlichkeit pr\u00e4sentiert.
\nIm November 2005 wird \u00fcber diese Entwicklung auf der Jahrestagung der Deutschen K\u00e4lte-Klima Vereins (DKV) in W\u00fcrzburg berichtet werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Um das Potential des untersuchten Konzeptes abschlie\u00dfend zu bewerten, w\u00e4re es notwendig mit einer ge\u00e4nderten Versuchsanordnung einen optimalen Versuchspunkt im Nassdampfgebiet einzustellen. Ein ausreichend hoher G\u00fctegrad, der den wirtschaftlichen Einsatz der Maschine f\u00fcr transkritische Prozesse erm\u00f6glicht, ist nicht zu erwarten, da die Expansion nach Doll und Eder wegen der durch die R\u00fcckverdichtung schmalen Arbeitsschleife besonders anf\u00e4llig gegen Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten des Zylinderdruckverlaufes ist.
\nBei einer Expansion ausschlie\u00dflich im Gasgebiet rechts vom kritischen Punkt konnte ein Expanderg\u00fctegrad von ann\u00e4hernd 50% erreicht werden, der erwarten l\u00e4sst, dass eine solche ventillose Maschine f\u00fcr die Gasexpansion wesentlich geeigneter w\u00e4re.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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