Värmepump + ångturbin, kommer det att fungera?

[ABBE9607]

Jag tror att några har missat den understa värmeväxlaren i bilden. Den kopplar samman den kalla delen på värmepumpen med "värme in". Värme in skulle lämpligtvis kunna vara vatten från ett bergvärmehål eller liknande.

Om man lyckas bygga en turbin som är tillräckligt effektiv så att den kan driva kompressorn så borde det väll fungera. Om man kopplar ihop turbinen och kompressorn mekaniskt med en axel så borde man också kunna höja effektiviteten eftersom att man slipper motor + generator.

Värmen som blir av de ineffektiva komponenterna borde kunna återföras in i den kalla sidan på värmepumpen.

Meningen med maskinen är att man skulle kunna generera ström från värme. Det är ingen evighetsmaskin eftersom att den får energin genom att kyla ned ingången.


Problemet verkar vara att tillverka en turbin med tillräcklig verkningsgrad. Vilka turbintyper är effektivast? Teslaturbinen eller liknande?

[Icecap]

Det är ganska enkelt: Ur borrhålet hämtas en viss mängd energi, den exakta mängd beror på strömningshastigheten i vätskan samt temperaturskillnaden. Mer energi än den mängd kan man inte få om man inte tillsätter ytterligare energi.

Då en inomhustemperatur på 5-7°C inte är så häftigt har man värmepumpar, de ökar temperaturen till ett mer lämpligt nivå samt lägger till den energi de förbrukar, inget annat.

Hur mycket man än pumpar o grejer kommer det inte mer energi ur borrhålet.

[sorry]

Kanske inte riktigt vad trådskaparen frågar efter men ett verkligt projekt av storformat .


http://www.maskinisten.net/viewtopic.ph ... &start=480

[janaf]

Problemet verkar vara att tillverka en turbin med tillräcklig verkningsgrad. Vilka turbintyper är effektivast?

Problemet är inte i första hand verkningsgraden i själva turbinen, bra turbiner ligger nära den teoretiskt maximala med tillgängliga temperaturer. "Problemet" är termodynamikens begränsningar, det som Carnot pekade på redan i början av 1800-talet: för att få ut maxmal verkningsgrad så ska man alltså höja ångtemperaturen så högt det går och kyla kondensor så långt det går.

I praktiken, på riktigt stora anläggningar, så är övre temperaturgränsen i storlekordningen 600 grader C. Man behöver ett matchat tryck så att det kan sjunka i turbinen, ner till så lågtemperatur det går, vilket styrs av värmesänkan, kylvattnet, och i praktiken kan man vär komma ner emot 40 grader eller så.

Översta temperatur är så högt man kan ha det av hållfasthetsskäl i överhettartuber och rör, med dom legeringar som är ekonomiskt vettiga. Vid dom högsta temperaturerna är faktiskt rören svagt mörkröda, samtidigt som det är ånga i dem med över 200 bars tryck i dem..... Det ställer extremt höga krav på att allt är rätt, att materialen håller.

[ABBE9607]

Jag måste ha formulerat mig lite krokigt. Det jag vill göra är inte att försöka bygga en evighetsmaskin (vilket ju inte går) utan jag vill ta energi i form av värme och omvandla det till energi i form av elektricitet.

Om man skulle ta energin ifrån ett bergvärmehål så skulle hålet efter en tid blir kallt men i gengäld så skulle jag få ut ström.

/Bäckman

[ABBE9607]

Janaf: Då förstår jag!

Men borde man inte kunna mata tillbaka värmen som man tar bort i kondensorn för att sedan tillsätta på den kalla sidan av värmepumpen. Det borde höja effektiviteten lite.
Men det blir ju ändå en ganska låg utgångstemperatur och temperaturskillnad. Man kanske använda ammoniak som har en lägra kokpunk?

Är det någon som vet om det finns något gratisprogram för att simulera värmepumpar och liknande? Vill testa hur hög effektivitet man kan få.

Bäckman

[janaf]

Jag påstår inte att du försöker göra en evighetsmaskin men ibland är det en bra jämförelse. Ibland är det lättare att visa att en cykel skulle vara en evighetsmaskin om den fungerade, än att göra alla dom beräkningar som behövs för att visa om den fungerar eller ej.

Det stora grundproblemet är att värmeenergi aldrig går att konvertera till elenergi med hög verkningsgrad i en termodynamisk process! Temperaturskillnaden kommer alltid in och försämrar verkiningsgraden, oavsett om det är en ångturbin, gasturbin / jetmotor, dieselmotor, bensinmotor, sterlingmotor, ångmaskin eller vad man vill.

Bränsleceller, el från "bakvända peltier-element" och annat följer däremot andra energilagar.

[danei]

Var menar du att energin ska komma ifrån? Du måste utgå från en temperatur differens.

[säter]

Det här kanske är något liknande.
http://www.opcon.se/BinaryLoader.axd?Ow ... hment=True

[Nerre]

Ja, det är väl det som är det enklaste sättet att säga det på, att det handlar om differensen.

Det går kanske att formulera det så man förstår det elektriskt.

Temperaturskillnaden är detsamma som potentialskillnad. Om du tar upp 4 gradigt vatten ur borrhålet och kyler det till 2 grader så har du en "spänning" på 2 grader.

För att få ut hög effekt från den lilla spänningen måste du dra väldigt hög ström. Och det ger stora förluster i ledningarna på grund av spänningsfallet.

Med en hög temperaturskillnad (säg att du får upp 100 gradigt kokande vatten ur hålet och kyler det till nollgradigt) så behövs det inte lika mycket ström för att få ut samma effekt, och förlusterna blir lägre.

[Anders Olsson]

Hej!

Om du har en liten temperaturdifferens som du vill använda för att generera elektricitet så är kanske en stirlingmotor en bättre lösning?
Det finns faktiskt redan värmepannor med stirlingmotor för villabruk.

[idiotdea]

Som sagt så måste man också kyla bort en del värme för att kunna ta ut en mekanisk (elektrisk) effekt.

En kort förklarning på hur det "fungerar":
Tryck, temperature, densitet, entalpi, entropi o.s.v. kallas för tillståndsstorheter. I ett enkelt system räcker det med att två av dessa storheter är kända för att resten skall gå att beräkna. Exempelvis så har vatten(ånga) vid temperaturen 400°C och trycket 10 bar densiteten 3,26 kg/m³, entalpin 3264 kJ/kg och entropin 7,47 kJ/(K*kg). Entalpin och entropin är dock beroende av de valda nollpunkerna.

Om vi antar att hela det slutna systemet i bilden i första inlägget är i fortfarighetstillstånd, så innebär det att alla tillståndsvariabler i varje punkt i systemet är konstanta mellan två tidpunkter. Med andra ord är t.ex. trycket och temperaturen före turbinen konstanta.

Och nu börjar vi redan komma till själva poängen. Entropi kan liksom energi inte förstöras, men den kan däremot skapas eller genereras. I samband med värmeöverföring sker även en överföring av entropi. Storleken av entropiöverföringen är ΔS = ΔQ/T, där ΔS är entropiöverföringen, ΔQ är värmeöverföringen och T är den absoluta temperaturen vid vilken värmeöverföringen till systemet sker. Med andra ord ökar entropin i systemet när energi tillförs via värmeöverföring. När mekanisk energi uttas ur systemet, minskar systemets energi, men inte systemets entropi. Entropin kan minskas endast genom att ta ut massa ur systemet eller genom värmeöverföring från systemet. Eftersom inget av detta sker, innebär det att entropin i systemet ökar. Men detta strider direkt mot att systemet skulle vara i fortfarighetstillstånd.

Ifall entropin ökar i systemet, så förändras även de andra tillståndsstorheterna (temperatur, tryck, o.s.v.) och systemet så att säga skenar iväg. I alla verkliga system finns det dessutom en entropigenerering, som beror på att processerna är irreversibla. Sådana irreversibiliteter (kanske fel ord på svenska) är bland annat strömningsmotstånd i rör och verkningsgrader på mindre än 100%.

Slutsatsen är att det även krävs att värme leds bort från systemet för att det skall fungera.

[ABBE9607]

Tack vare Janafs och Idiotdeas inlägg så förstår jag nu. Tack för hjälpen!

Jag ska nog ta och läsa på lite mer om termodynamik..

Anledningen till att jag verkar lite dum och outbildad är väll för att jag fortfarande går i 8:an. Våra fysik och -kemilektioner har löjligt låg nivå. Hittills har jag säkert kunnat över 95% av allting på lektionerna...


Är det någon som har tips på bra böcker om grundläggande termodynamik?

[idiotdea]

Termodynamik är inte det lättaste att få koll på. Ett citat av Arnold Sommerfeld (som jag inte har någon aning om vem är):

“Thermodynamics is a funny subject. The first time you go through it, you don't understand it at all. The second time you go through it, you think you understand it, except for one or two small points. The third time you go through it, you know you don't understand it, but by that time you are so used to it, it doesn't bother you anymore.”

Boktips beror på hur bra du förstår engelska. Jag har inte själv sett någon bok om termodynamik på svenska, även om det säkert finns. Men engelska böcker finns det dock i överflöd.

Själv köpte jag för en tid sedan: "Thermodynamics: an engineering approach" av Yunus A. Çengel, och den är om inte utmärkt så i alla fall helt okej. Men boken (och även termodynamik i sig) bygger på en hel del matematik som inte har behandlats ännu i åttan. Så den boken är antagligen inte den bästa för dig.

[säter]

De här böckerna, på svenska, kan du klämma från pärm till pärm.
http://elektronikforumet.com/forum/view ... 70#p619170