Industrielle varmepumper for høje temperaturer - forprojekt

Der er i projektet gennemført en demonstration af en MVR løsning på et industrielt inddamperanlæg, hvor kompressoren er baseret på en relativt billig og kompakt masseproduceret turbokompressorteknologi, designet til bilindustrien.

Løsningen har over to forsøgsperioder kørt med vanddamp i mindst 12 timer, heraf mere end 3 timer (uden bypass), hvor kompressoren arbejder som MVR på inddamperen. Demonstrationen forløb uden problemer. Det er således bl.a. vist at teknologien principielt kan fungere med vanddamp som arbejdsmedium. I relation til holdbarhed er der naturligvis tale om meget kort driftstid.

Formålet med forsøget har primært været at vise at teknologien kan anvendes og få indikationer af performance og evt. problemer fx med akseltætninger.

Kompressorens performance er bl.a. estimeret ud fra en transformeret kompressormap gældende for luft, eftersom der i forsøgsopstillingen ikke var flowmåling af damp gennem kompressoren. Kompressormappen gældende for luft er fra Rotrex, og der har ikke været ressourcer i projektet til først at undersøge om denne kunne eftervises. Kompressorens evne til at komprimere damp under forsøget er ud fra temperatur og trykmålingerne bestemt med en kompressorvirkningsgrad på gennemsnitligt omkring 68 %, som skal ses i forhold til at en alternativ bestemmelse af den gennemsnitlige virkningsgrad ud fra aflæsninger i kompressormappen giver et resultat på ca. 71 %.

Usikkerheden på virkningsgradsbestemmelsen ud fra målinger af temperatur og tryk før og efter kompressor er vurderet til ca. +/- 10 %, og kan dermed forklare afvigelsen.

En sammenligning af aflæst effektoptag på motoren fra frekvensdrevet og beregninger baseret på kompressormap og registrerede målinger under forsøget har netop ikke ligget inden for den beregnede effekt inklusive usikkerhedsintervallet. Men det må dog konkluderes at der er en rimelig konsistens i de beregnede forventede effekter og de observerede. Efter et indledende opstartsforsøg blev der konstateret lidt smuld fra remmen i nærheden af remskiven til kompressoren.

Dette kan skyldes at der har været slip og slitage på remmen, som følge af et remmen har strækket sig i løbet af det første forsøg og derved er blevet for slap. Det er sandsynligt eftersom en kontrol før den efterfølgende egentlige demonstrationsdrift viste en utilstrækkelig remspænding. Remmen blev spændt op og der blev efter demonstrationsdriften ikke konstateret tegn på yderligere slitage på remmen.

Dette passer fint med at bestemmelse af omløbstal og slip på remmen ud fra vibrationsanalyser har indikeret at der ikke har været slip på remmen i det egentlige forsøg. Vibrationsanalyser blev også brugt til at bestemme slip i friktionsgearet, som i alle målinger blev bestemt til mindre end 0,22 %, som passer fint med oplysninger fra Rotrex.

Varmetabet via oliekølingen til Rotrex-gearet er med antagelse om et olieflow på omkring 0,7 l/min (baseret på målinger fra Rotrex) beregnet til at ligge mellem 0,5 og 0,6 kW under forsøget. I forhold til en beregnet akseleffekt på kompressoren på 23,6 kW udgør oliekøleeffekten cirka 2 %. Varmetilførsel til oliekredsen sker dels som følge af de mekaniske tab i friktionsgearet dels ved varmeoverførsel mellem kompressorhus og gear.

Sidstnævnte vurderes på basis af bl.a. termografering af gearhusets overflade at udgøre et positivt bidrag, således at der sker en netto varmestrøm fra kompressorhus til gearhus, hvilket medfører at friktionsgearet har kørt med en virkningsgrad på mere end 98 %. Under de to forsøgsperioder med dampkompression er der på intet tidspunkt konstateret tegn på lækage af damp fra kompressor og ind i gearet, eller tegn på olielækage fra gear og ind i kompressor.

Oliestanden er før og efter de to forsøg målt og der blev ikke konstateret ændringer på hverken oliestand eller oliens udseende, som efter forsøget stadigvæk var helt klar.

Projektet har været begrænset til et demonstrationsprojekt, hvor de gjorte erfaringer og forslag til forbedringer er samlet op med henblik på evt. at kunne bruges i en videreudvikling. Videreudvikling inden for projektets rammer har ikke været en mulighed.