Rotation Heat Pump K7
Die „ROTATION HEAT PUMP K7“ ist das erste Produkt aus dem Hause ecop. Es handelt sich dabei um eine völlig neuartige Wärmepumpe mit einer Ausgabe-Leistung von thermisch 700 kW.
Die Rotationswärmepumpe kann im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmepumpen Temperaturbereiche in einer Bandbreite von minus 20°C bis plus 150°C abdecken. Es gibt kein vergleichbares Produkt auf dem Markt.
Die Rotationswärmepumpe kann im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmepumpen Temperaturbereiche in einer Bandbreite von minus 20°C bis plus 150°C abdecken. Es gibt kein vergleichbares Produkt auf dem Markt.
Leistungskennzahl (COP) im Vergleich
Aufgrund der neuartigen Technologie ist theoretisch, je nach konkretem Anwendungsfall, ein COP (Coefficient of Performance) von deutlich über 10 erreichbar. In der praktischen Umsetzung sinken die Werte (auch bei konventionellen Wärmepumpen). Die Rotation Heat Pump erreicht in der Anwendung COPs von 4 – 7. Entscheidend ist, dass diese Werte über den gesamten Temperaturbereich erzielt werden, insbesondere auch bei hohen Temperaturen von über 90°C.
Konventionelle Wärmepumpen schaffen in der Praxis – abhängig vom verwendeten Kältemittel – COPs von 4 – 5, allerdings nur im optimalen Betriebspunkt. Ansonsten und insbesondere bei Temperaturen über 90°C fällt der COP stark ab auf Werte von 2,5 – 3.
Zwei Beispielrechnungen für COPs bei konkreten Betriebspunkten. Beide Betriebspunkte können mit ein- und derselben Wärmepumpe mit Anpassung über die elektronische Steuerung gefahren werden. Mit unserem Simulationstool können Sie demnächst den COP für eigene Betriebspunkte berechnen.
Dabei handelt es sich um ein sehr wichtiges Zukunftsfeld, da der mit Abstand größte Energiebedarf in Industrie und produzierendem Gewerbe auf die Erzeugung von Wärme für technische Prozesse entfällt und damit auch den Bedarf an Strom bei weitem übertrifft. Prozesswärme ist daher für viele Unternehmen ein bedeutender Kostenfaktor geworden. Die Energieeffizienzrichtlinie (EU Richtlinie 2012/27/EU) schreibt Unternehmen vor, bis zum Jahr 2020 20% des Primärenergiebedarfes einzusparen. Gleichzeitig beschränkt die F-Gas-Verordnung (EU-Verordnung Nr. 517/2014) massiv den Einsatz von Kältemitteln.
Vorteile
- 1-phasiger Prozess, durch den ein um rund 70% höherer COP als bei konventionellen Wärmepumpen erreicht wird
- dadurch sehr hohe Wirtschaftlichkeit
- höhere erreichbare Temperaturen von bis zu 150°C
- breites Einsatzgebiet von -20°C bis 150°C mit ein- und derselben Maschine und einem Arbeitsmittel (Anpassung über Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit)
- Durchfluss und übertragbare Wärmeleistung können unabhängig reguliert werden. Dadurch können schwankende Temperaturen in der Quelle und Senke verarbeitet werden (z.B. Sommer- und Winterbetrieb)
- umweltfreundliches und unbrennbares Arbeitsmittel (kein negativer Treibhauseffekt, keine speziellen Sicherheitsvorkehrungen)
- Die Verdichtung und Entspannung des Arbeitsmediums erfolgt schmiermittelfrei und flexibel und alle Wartungsteile sind rotierende Standard-Industrieteile wodurch der Wartungsaufwand gering ist.
- Die ecop-Rotationswärmepumpe kann in einer Maschine gleichzeitig für die Wärme- und Kälteerzeugung eingesetzt werden und zusätzlich auch als Schwungradspeicher dienen
| Konventionelle Wärmepumpe | Rotation Heat Pump K7 | |
|---|---|---|
| Effizienz / COP (abhängig von der genauen Einbindung) | 2,5 – 5,0 | 4,0 – 7,0 |
| Temperaturbereich Quelle (Input) | -20°C bis +30°C | -20°C bis +110°C |
| Temperaturbereich Senke (Output) | 0°C bis +80°C | 0°C bis +150°C |
| Maximaler Temperaturhub | 60°C | 80°C |
| Flexibler Temperaturbereich mit einer Maschine | nein | ja |
| verschiedene Anwendungen möglich (umstellen) | nein | ja |
| Sommer und Winterbetrieb | nein | ja |
| Arbeitsmittel | oftmals umweltschädlich / toxisch / brennbar | umweltfreundliches, ungiftiges, unbrennbares Edelgas |
| Wartungsvorteil | mittel | hoch |
| Installationsvorteil | niedrig | hoch |
| Anschaffungskosten | niedrig | mittel |
Technologie
Der ecop-Prozess ist ein thermodynamischer Kreisprozess. Anstelle des Carnot-Prozesses im 2-Phasengebiet liegt der innovativen Wärmepumpentechnologie jedoch ein linksläufiger Joule-Prozess zugrunde, bei welchem es zu keinem Phasenübergang des Arbeitsmediums kommt. Dieses bleibt immer gasförmig. Dadurch kann eine Effizienz in der Verdichtung von über 99% erreicht werden. Diese extrem hohe Verdichtung ist Voraussetzung dafür, dass der Joule-Prozess verwendet werden kann, daher ist dieser in konventionellen Wärmepumpen – die im Vergleich viel schlechter komprimieren – nicht einsetzbar. 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.
Die Rotationsgeschwindigkeit beträgt bis zu 1800 U/min.
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.Exemplarische Darstellung des eingesetzten Joule-Prozesses
Die eingesetzte Technologie ist mehrfach und international patentiert.
Publikationen
In folgenden Publikationen wird die Technologie bzw. ihr Einsatz näher beleuchtet:
- FORUM Gas, Wasser, Wärme – Ausgabe 1/2018, Februar 2018
Forum Gas, Wärme, Wasser – Ausgabe 1_2018 - 12. Heat Pump Conference Rotterdam, Mai 2017
Präsentation ecop Technologies GmbH
Paper - 12. CADFEM ANSYS SIMULATION CONFERENCE AUSTRIA – Die Fachkonferenz zur Numerischen Simulation in der Produktentwicklung, April 2017
Präsentation „Simulationen der ecop ROTATION HEAT PUMP“ - Holzkurier – 08/17, Februar 2017
„Rotierende Wärmepumpe“, Seite 22
Verlagsseite - 2. Praxis- und Wissensforum Fernwärme & Fernkälte, November 2016
Präsentation „Die ecop Rotationswärmepumpe für Fernwärmeanwendungen“ - Umweltschutz der Wirtschaft Spezial Industrie – No S/16
„Rotierende Wärmepumpe: Recycling auf die Spitze getrieben“, Seite 35 – 36 - Highlights der Energieforschung 2016 – Die Rolle der Wärmepumpe im zukünftigen Energiesystem
Vortrag & Video von Bernhard Adler - Konferenz EnergieInnovation Graz, März 2016
ecop Rotationswärmepumpe auf Basis eines Joule Prozesses - FFG Forschungserfolg – 2016
Wärmepumpen einmal anders - BBR – Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie – 07/08 2015
„Erweiterung der Fernwärmekapazität von Tiefengeothermie durch innovative Edelgas-Industriewärmepumpen“, Seite 58 – 63 - Euro Heat & Power – Juni 2015
„Innovative Wärmepumpe erzeugt bis -100°C Kälte und bis 200°C Wärme“, Seite 28 – 33 - Factory – Juni 2015
„Gegen den Strom“ Seite 10 – 13 - VDI Forum: Wärmepumpenhebel/Großwärmepumpen – Projekte, Erfahrungen und Perspektiven – April 2015
Vortrag ecop Rotationswämepumpe von Bernhard Adler - CITplus – Das Praxismagazin für Verfahrens- und Chemieingenieure – März 2015
„Wenn sich das Gas im Kreise dreht – Kälteerzeugung und Wärmerecycling im Einklang mit der F-Gase Verordnung„, Seite 41-43 - Heat Pump Conference Montreal Mai 2014
Heat Pump for Process Industry - Wochenblatt für Papierfabrikation – Januar 2014
„Wärmerecycling durch Industriewärmepumpen“, Seite 18 – 21 - Process – Chemie, Pharma, Verfahrenstechnik – März 2013
„Mit weniger Energie mehr Wärme – Hochtemperaturwärmepumpe für den Einsatz in der Prozesstechnik“, Seite 78 -79 - Internationale Wärmepumpen-Konferenz Juli 2011 Tokio / Japan
Centrifugal Compression Turbo Heat Pump Made by ecop
FAQs
Eine Maschine leistet einen Temperaturhub von bis zu 40°C zwischen Senke Austritt und Quelle Eintritt bzw. bis zu 70°C zwischen Senke Austritt und Quelle Austritt. Es ist allerdings auch möglich, zwei Maschinen zu kombinieren und diesen Wert dadurch auf 80°C bzw. 110°C zu erhöhen.
ecop verwendet eine ausgereifte, patentierte Technologie, die anderen Technologien bei einem Einsatz mit signifikanten Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Ausgang in den Wärmeübertragern von 15 bis 40°C im Wirkungsgrad deutlich überlegen ist und im Gegensatz zu anderen Technologien (toxische und giftige Arbeitsmedien etc.) keine Risiken für die Umwelt birgt . Andere Hochtemperaturwärmepumpen sind darüberhinaus nicht in der Lage, 150°C effizient und langzeitstabil zu erreichen.
Das Arbeitsmittel in der Rotationswärmepumpe bleibt stets im gasförmigen Zustand. Als Gas wird eine spezielle Mischung aus Edelgasen verwendet, die aus der Luft gewonnen werden und somit völlig ungiftig und CO2 neutral sind.
Die Rotationswärmepumpe kommt in einem geschlossenen eigensicheren Gehäuse, so dass weder mechanische Gefahren, noch erhöhte Sicherheitsvorkehrungen wegen giftiger Betriebsmittel oder Brandgefahr nötig sind. Vibrationen und Lärmemission bewegen sich aufgrund eines rotationssymmetrischen und standardmäßig gewuchteten Aufbaus in einem geringen Ausmaß.
Zur Zeit ist die Rotationswärmepumpe mit einer thermischen Ausgangsleistung von 700 kW verfügbar – die ecop Rotationswärmepumpe K7 oder kurz ecop RHP K7. Für mehr Leistung können mehrere Maschinen kombiniert werden. In Entwicklung befindet sich ein Typ mit einer Leistung von 2 MW.
Vertrieb und Verkauf erfolgt durch ecop Technologies. Verwenden Sie das Anfrage-Formular, um uns Ihre Daten zu übermitteln, wir melden uns umgehend bei Ihnen.