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AKE: Energie

AKE 3: Energietechnik

AKE 3.2: Fachvortrag

Dienstag, 19. März 2002, 16:20–16:50, HS 17

Das Wirbelrohr: Grundlagen und neue energietechnische Anwendungen — •Jürgen Keller — Institut für Fluid- und Thermodynamik, Universität Siegen GH

Bei der Entspannung von Gasen und Dämpfen im Wirbelrohr nach Ranque und Hilsch entstehen zwei Teilströme, deren Temperaturen über bzw. unter der Temperatur des Eingangsstromes liegen (Wirbelrohreffekt). Die Grundlagen des Wirbelrohreffektes werden dargelegt, eine einfache thermodynamische Berechnungsmethode der Austrittstemperaturen der Gasströme erläutert und an traditionelle Anwendungen des Wirbelrohrs erinnert.

Ergänzend werden verschiedene Beispiele für energie- und verfahrenstechnische Prozesse diskutiert, deren Wirkungsgrade durch den Ersatz traditioneller Entspannungsdrosseln durch Wirbelrohre erhöht werden können. Als Beispiele werden behandelt: Dampfkraftprozess nach Clausius und Rankine, Kompressionskälte- und Wärmepumpenprozesse und schliesslich Druckwechsel-Adsorptionsprozesse zur Luftzerlegung und Gasreinigung. In diesen Prozessen werden häufig nicht Gase oder Dämpfe, sondern komprimierte Flüssigkeiten entspannt. Dies erfolgt traditionell isenthalp in einer einfachen Drossel, die in der Regel auch zur Steuerung der Leistung des Prozesses eingesetzt wird. Ersetzt man die Drossel durch eine (patentierte) Thermodrossel, die ein Wirbelrohr enthält, so ist die Entspannung der Flüssigkeit nichtisenthalp, d. h. unter Wärmeabgabe möglich. Dies führt insbesondere bei Kälte- und Wärmepumpenkreisläufen zu Erhöhungen der Leistungszahlen! Kältekreisprozesse mit Kohlendioxid (CO₂) als Arbeitsstoff bieten das grösste wirtschaftliche Verbesserungspotential. Auf die Möglichkeiten der Energieeinsparung in einem grossen Markt wird hingewiesen.