Einfluss des Arbeitsfluids auf den Wirkungsgrad von Rankine-Kreisprozessen zur Abwärmenutzung

Projektarbeit aus dem Jahr 2009 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau Note: 10 Universität Duisburg-Essen (Institut für Verbrennung und Gasdynamik) Sprache: Deutsch Abstract: Bei der Abwärmenutzung können unterschiedliche Fluide in einem (organischen) Rankine-Kreisprozess genutzt werden. Anhand von Modellrechnungen mit einigen Fluiden wird der Einfluss des Fluids selbst auf den Wirkungsgrad als Funktion des Druckes und der maximalen Prozesstemperatur identifiziert. Die energetische Güte und die Wirtschaftlichkeit des (organischen) Rankine-Kreisprozesses werden dabei maßgeblich durch die thermodynamischen Eigenschaften der gewählten Arbeitsmedien und die gegebenen Arbeitsbedingungen beeinflusst.In der vorliegenden Aufgabenstellung steht ein Abgasstrom auf einem Temperaturniveau von 77315 K zur Abwärmenutzung zur Verfügung. Für den (organischen) Rankine-Kreisprozess werden neben Wasser als klassischem Arbeits- und Vergleichsmedium für die organischen Fluide mit Heptan ein Kohlenwasserstoff aus der Stoffgruppe der Alkane sowie mit 11133-Pentafluorpropan (R245fa) und Solkatherm ® SES 36 zwei gängige Kühlmittel ausgewählt.Wie die Modellberechnungen zeigen werden ist Wasser im Vergleich mit den drei gewählten organischen Fluiden unter thermodynamischen Gesichtspunkten am besten als Arbeitsmedium für den vorliegenden Modellprozess geeignet. Lediglich Heptan kann ähnliche Ergebnisse hin-sichtlich des thermischen Wirkungsgrades des Gesamtprozesses der erzielbaren Nettoleistung oder des Exergieverlustes aufweisen. Im Rahmen einer wirtschaftlichen Analyse besitzt Wasser auch im Hinblick auf die erforderliche Wärmeübertragerfläche deutliche Vorteile. Des Weiteren werden für die besonders erfolgreichen Fälle weitere Ansatzmöglichkeiten wie beispielsweise der Einsatz eines internen Wärmeübertragers im Hinblick auf eine mögliche energetische und wirtschaftliche Verbesserung des (organischen) Kreisprozesses diskutiert.Hinsichtlich einer energetischen