Kann ich gerne tun. Wenn ich das bis jetzt hier noch nicht gemacht habe, dann deshalb, weil ich unseren beiden Aqua-Superexperten, die die Schlauheit/Klugheit sogar in ihrem Namen tragen (aber leider nur dort) den Vortritt lassen wollte. Aber daß da nix kommt, war eigentlich klar.
An deinen Ausführungen dazu war nichts falsch, da war erklärt, was Azeotrope Gemische sind und daß es da zwei verschiedene Sorten (mit Siedepunktminimum und Siedepunktmaximum) gibt. Soweit so gut. Interessant für die Leser hier wären aber Erklärungen dazu, wie so ein Gemisch in Aquas ORC-Anlagen funktioniert und welche Vorteile es gegenüber herkömmlichen ORC-Anlagen bringt.
Erstmal vorweg, azeotrope Gemische mit Siedepunktsmaximum spielen für Aquas Anlagen keine Rolle. Da werden bloß Gemische mit Siedepunktsminimum verwendet.
Um mit ORC-Anlagen aus Abwärme Strom zu erzeugen, wird gewöhnlich mit der Abwärme ein bestimmtes Betriebsmittel verdampft. Der Dampf treibt dann ein Antriebsaggregat an, an das ein Generator angeschlossen ist, der den Strom erzeugt. Abwärme mit hohen Temperaturen dazu zu nutzen, ist nicht weiter schwierig.
Das Bestreben, auch von Aqua, geht aber dahin, die Abwärme bereits bei relativ niedrigen Temperaturen (z.B. ab 80°C) zu nutzen. Dazu braucht man ein Betriebsmittel, das bei dieser Temperatur verdampft (oder besser noch etwas niedriger, damit man einen etwas höheren Dampfdruck erhält, der dann das Antriebsaggregat antreiben kann. Herkömmliche ORC-Anlagen verwenden meist eine organische Flüssigkeit, die in dem gewünschten Temperaturbereich verdampft. Bei der Auswahl eines geeigneten Betriebsmittels gilt es nun zwei gegensätzliche Interessen zu optimieren. Zum einen wäre es günstig, aus einer bestimmten Menge Abwärmeenergie möglichst viel Dampf des Betriebsmittels zu erhalten. Das geht am besten mit einem Betriebsmittel mit möglichst niedriger Verdampfungsenergie. Eine große Dampfmenge erfordert aber andererseits ein Gerät mit größerem Volumen. Wer einer geringeren Baugröße des Gerätes des Vorzug gibt, müßte demgegenüber also ein Betriebsmittel mit größererer Verdampfungsenergie wählen und erhält aber damit ein geringeres Dampfvolumen. Die Flüssigkeit mit der größten Verdampfungsenergie ist Wasser. Wasser kann also bei der Verdampfung die größten Energiemengen aufnehmen, was früher bei den Dampfmaschinen ausgenutzt wurde. Nun siedet Wasser bei 100°C. Damit wäre es also auch nicht möglich, Abwärme unter 100°C zu nutzen.
In diesem Spannungsfeld zwischen Dampfmenge und Baugröße, sowie Verdampfungstemperatur setzen die Erfindungen von E. Oser an, indem er die jeweiligen Vorteile verschiedener Flüssigkeiten als Betriebsmittel miteinander kombiniert.
Das kann man recht gut am Beispiel der Anlage zeigen, über die im Jahre 2005 vom Fraunhofer Institut ein Gutachten erstellt worden ist. Diese Anlage verwendete ein Betriebsmittelgemisch aus Wasser und einer organischen Flüssigkeit mit der Handelsbezeichnung "Oel AK 0,65". Die Eigenschaften von Wasser (Siedepunkt 100°C) sind ja hinreichend bekannt. Bei der organischen Flüssigkeit handelt es sich chemisch gesehen um Hexamethyldisiloxan, das als reine Substanz ebenfalls wie Wasser bei 100°C siedet. An dieser Stelle kommen die Eigenschaften des azeotropen Gemisches ins Spiel. Beide Flüssigkeiten bilden zusammen ein azeotropes Gemisch, das nicht wie die Einzelkomponenten bei 100°C siedet, sondern schon bei 90°C, womit man die nutzbare Temperaturuntergrenze schon ein Stück nach unten geschoben hat. Das ganze wird noch unter einem gewissen Unterdruck betrieben, was den Siedepunkt weiter senkt und eine Abwärmenutzung ab 80°C möglich macht. Wir haben hier also ein Gemisch aus einer organischen Komponente mit niedriger Verdampfungsenergie, die bei gegebener Wärmemenge eine recht große Dampfmenge erzeugen kann und als andere Komponente Wasser, das bei der Verdampfung sehr viel Energie aufnehmen kann und mit geringerer Dampfmenge die Baugröße des Gerätes in Grenzen hält. Oser begnügt sich aber nicht mit dieser Optimierung zwischen Dampfmenge und Baugröße, sondern er setzt sogar noch eins drauf. Durch Einspritzen einer wäßrigen Silikatlösung in das Dampfgemisch im Entspannungsaggregat nimmt er selektiv den Wasseranteil des Dampfgemisches in die flüssige Silikatlösung auf, was im Ergebnis einer Kondensation des Wasseranteils des Dampfgemisches entspricht. Dabei wird vom kondensierenden Wasserdampf dessen hohe Verdampfungsenergie abgegeben, die von der verbleibenden organischen Dampfkomponente aufgenommen wird und dabei erheblich ihr Volumen vergrößert. Das ist übrigens der gleiche Effekt, aus dem z.B. die tropischen Wirbelstürme ihre gewaltige Kraft beziehen. Über warmen Meeresgebieten steigt warme Luft mit viel Wasserdampf auf. In höheren Luftschichten kondensiert dieser Wasserdampf und gibt seine große Verdampfungsenergie beim Kondensieren an die umgebende Luft ab. Aqua erzeugt sich somit selber einen kleinen Hurrikan, genau an der Stelle, wo er gebraucht wird, im Entspannungsaggregat. |
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