Produkt

WÄRME RECYCLING FÜR DIE INDUSTRIE

Energie rückgewinnen, die Umwelt schonen und Kosten sparen

Technologie

Konventionelle Wärmepumpen nutzen physikalisch den zweiphasigen Rankine Prozess. Der überlegene Joule-Prozess oder Brayton-Prozess hat diesem gegenüber viele Vorteile, z.B. dadurch, dass er einphasig ist (das Arbeitsmedium bleibt immer gasförmig). Die praktische Umsetzung wurde allerdings als nicht machbar angesehen, da dieser Prozess eine extrem hohe Effizienz in der Verdichtung erfordert. ecop ist es gelungen, diese Effizienz von über 99% dadurch zu erzielen, indem der gesamte Prozess die Zentrifugalkraft nutzt und rotiert – daher „Rotationswärmepumpe“. Die Technologie ist durch 68 Patente aus 6 Patentfamilien geschützt.

UMWELTSCHUTZ

Die ROTATION HEAT PUMP verwendet meist bisher ungenutzte Abwärme, die normalerweise an die Umgebung abgegeben wird. Dadurch müssen keine fossilen Brennstoffe verwendet werden. Jede Anlage spart pro Jahr bis zu 2.500 Tonnen CO2 im Vergleich zur Herstellung der gleichen Energie mit Gas. Ein Baum kann pro Jahr 25 kg CO2 absorpieren. Das bedeutet, dass man 100.000 Bäume braucht, um die Menge abzubauen, die eine einzige Anlage einspart. Über die nächsten 10 Jahre betrachtet möchten wir mehrere Millionen Tonnen CO2 einsparen helfen. Die Wärmepumpe selbst verwendet ein umweltfreundliches und ungiftiges Arbeitsmedium anstatt eines Kältemittels.

NUTZEN

Für unsere Kunden – Industriebetriebe und Hersteller von Wärme – ergeben sich aus der einzigartigen Konstruktion eine Reihe von Vorteilen:

  • Herstellung von Wärme nachhaltig und ohne Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen
  • Beitrag zu Klimazielen und Dekarbonarisierung
  • Effiziente Nutzung von Abwärme
  • Kosten sparen

Vorteile im Einsatz

Durch ihre spezielle Konstruktion besitzt die Rotation Heat Pump eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Technologien, die sie hoch attraktiv macht:

Hochtemperaturfähig
Ausgabetemperaturen bis 200°C

Flexibel
Unterschiedliche Betriebspunkte ohne Änderungen an der Hardware

Großer Temperaturhub
Bis zu 100 Kelvin innerhalb eines Prozesses

Hocheffizient
Überlegene Technologie ermöglicht bis zu 100% höhere Effizienz

Quellenkühlung
Die Quelle kann bei Bedarf signifikant abgekühlt werden

Umweltfreundlich
100% Green High Tech: ungiftiges, unbrennbares Arbeitsmedium mit null Global Warming Potential (GWP)
Konventionelle Wärmepumpe Rotation Heat Pump
Effizienz / COP (abhängig von der genauen Einbindung) 2,5 – 5,0 4,0 – 7,0
Temperaturbereich Senke (Output) 0°C bis +80°C 0°C bis +200°C
Maximaler Temperaturhub 60K 100K
Flexibler Temperaturbereich mit einer Maschine nein ja
Signifikante Kühlung der Quelle möglich nein ja
Sommer und Winterbetrieb nein ja
Arbeitsmittel oftmals umweltschädlich / toxisch / brennbar umweltfreundliches, ungiftiges, unbrennbares Edelgas
Wartungsvorteil mittel hoch
Installationsvorteil niedrig hoch
Anschaffungskosten und Integrationsaufwand mittel mittel

 

Umsetzung

Der ecop-Prozess ist ein thermodynamischer Kreisprozess.

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. Dieser Prozess ist zwar schon ca. 150 Jahre alt, konnte aber aufgrund der nötigen hohen Verdichtung bisher in Wärmepumpen nicht eingesetzt werden. ecop erreicht diese durch Zentrifugalkraft. Das Arbeitsgas der Rotationswärmepumpe zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, der um eine Achse rotiert. Werden nun Wärmetauscher nahe und weiter entfernt der Rotationsachse positioniert und diese mit Leitungen verbunden, baut sich ein thermodynamischer Kreisprozess auf. Da die Fliehkraft bei Rotation mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse zunimmt, wird auch das Arbeitsgas immer stärker durch die Fliehkraft komprimiert. Um den Kreisprozess zu betreiben, muss das Arbeitsgas mittels eines Ventilators im geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Durch die Druckzunahme im achsfernen Bereich kommt es zu einer Temperaturerhöhung des Arbeitsgases, welches Wärme in eine Senke über einen Wärmetauscher abgibt. 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 Wärmetauscher wieder Wärme aufnehmen. Der Rotor wird im „Diffusion Bonding“ Verfahren hergestellt. Rund 300.000 Kanäle befinden sich in einem integrierten Block, in dem der gesamte Wärmepumpenprozess abläuft.

James Prescott Joule, Quelle Wikipedia

Variation der Rotationsgeschwindigkeit für maximale Effizienz

Je nach Rotationsgeschwindigkeit ergibt sich zwischen dem äußeren und dem inneren Bereich ein unterschiedliches Druckverhältnis. Das Kompressions- und Expansionsdruckverhältnis kann somit verändert werden. Daraus resultiert eine frei wählbare Temperaturdifferenz zwischen Niederdruckseite (Quelle) und Hochdruckseite (Senke), welche über die Drehzahl reguliert werden kann. Durch die Drehzahl des Ventilators werden der Durchfluss und damit die übertragbare Wärmeleistung unabhängig von der Temperaturerhöhung reguliert. Diese Technologie ermöglicht somit eine maximale Flexibilität.

Modularer Rotoraufbau: Optimale Leistungsskalierung

Durch die Kombination mehrerer Module kann die Leistung der Rotationswärmepumpe vervielfacht werden. Mit Hilfe des Diffusion Bondings entstehen Rotormodule (sog. „Cores“) mit einer Leistung von 700 kW. Etwa 50 % des Bedarfs an industriellen Wärmepumpen liegt jedoch im Bereich bis 10 MW. Andere Anbieter bauen daher größere Anlagen. Dies hat allerdings Nachteile: Diese benötigen viel Platz, sind schwierig zu transportieren und zu implementieren und bergen ein höheres Risiko im Falle eines Ausfalls.

Die Technologie von ecop erlaubt es stattdessen, mehrere der Kerne zu kombinieren. So können beispielsweise 8 Kerne in einer Maschine kombiniert werden. Dadurch erhöht sich die Leistung auf 5,6 MW. Dies führt zu Skaleneffekten in der Produktion und zu zahlreichen Vorteilen für unsere Kunden: Einfache Leistungsanpassung, schneller Baugruppenwechsel, sehr gutes Teillastverhalten, sehr geringe Baugröße und schnelle Integration vor Ort.

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