Beiträge von chris+

Moin zusammen,

bkohl hatte ja schon sehr ausführlich über ein Billig-BHKW berichtet. Zumindest in den Teilen, die ich verfolgt hatte, konnte man keinen Gesamtwirkungsgrad ausrechnen, weil keine Wärmemengenzählerdaten vorlagen. Daher habe ich inspiriert von bkohl einfach einen Testaufbau mit Zählern erstellt:

Aufbau:

• MightyAtom 79ccm, P_{el_peak}=1,9kW
• Außenbox analog zu bkohl
• 2 Auto-Wärmetauscher je 37cmx65cm,
  --> angeblasen mit insgesamt 15CPU-Lüftern
• 2 Abgaswärmetauscher (1x 20-Platten-Kühler und 1x AGR-Edelstahl-Kühler aus einem Auto)

Daten:

• m_Propan = 0,46kg
  
• P_{el_Last} = 1kW

• P_{th_Last} = 3,6kW...3,9kW (abhängig davon, ob bereits vorgewärmt)
  • von 3,6kW ca. 3kW über den Innenraumkühler und 0,6kW über den Abgaskühler

• t = 1h
• T_Box = 32,9°C ... 45,0°C (abhängig davon, ob man oben oder unten misst)
• T_Vorlauf = 36,7°C...39,1°C
• T_Rücklauf = 22,8°C...23,9°C
• T_Abgas = 27°C ... 28°C
• Volumenstrom = 220...225l/h

Berechnung:

• E_In = 13,88kWh/kg * m_Propan = 6,38kWh
  
• E_{Out_el} = P_{el_Last} * t = 1kWh
• E_{Out_th} = P_{th_Last} * t = 3,6kWh...3,9kWh
• Wirkungsgrad_el = E_{Out_el} / E_In = 15,7% (passt zur Herstellerangabe 15,75% bei diesem Betriebspunkt)
• Gesamtwirkungsgrad = (E_{Out_el} + E_{Out_th} ) / E_In = 72...77%

Kosten:

• Flaschengas:
  • 2,44€/kg und 13,88kWh/kg, also 0,175€/kWh_th
  • 0,175€/kwh_th bei 15,7% Wirkungsgrad: 1,11€/kWh_el
  • Hat die konkurrierende Wärmepumpe einen COP von 3.6...3.9, dann liegt man vergleichbar zu 0,56€/kWh_el
• Flüssiggastank im Garten:
  • 0,08€/kWh_th
  • 0,08€/kwh_th bei 15,7% Wirkungsgrad: 0,51€/kWh_el
  • Hat die konkurrierende Wärmepumpe einen COP von 3.6...3.9, dann liegt man vergleichbar zu 0,25€/kWh_el

Anmerkungen:

• Nur der AGR-Abgaskühler bringt übrigens 5% weniger Abgasausbeute, der Plattenwärmertauscher bringt alleine die gleiche Leistung (in diesem Betriebspunkt).
• Herstellerinfos zum Aggregat:
  • bei P_{el_Last} = 0,4kW Wirkungsgrad 9,3%
  • bei P_{el_Last} = 0,9kW Wirkungsgrad 15,8%
  • bei P_{el_Last} = 1,7kW Wirkungsgrad 19,0%
• Zur Raumwärmeauskopplung: Ich habe am Anfang Schwierigkeiten gehabt, die Wärme aus der Box auszukoppeln. Schnell stieg die Temperatur auf 50°C und mehr. Ich hatte schon überlegt, analog zu bkohl (an dieser Stelle noch mal vielen Dank für seine detaillierte Dokumentation, gerade auch von dem, was nicht funktioniert hat) Wasser im Abgasbereich einzuspritzen. Letztlich habe ich dann Schritt für Schritt nachgemessen (1 oder 2 Wärmetauscher, nicht angeblasen, CPU-Lüfter, PKW-Lüfter...) und es war dann schlussendlich so einfach wie logisch: Wenn die Wärmetauschfläche auf 2 Wärmetauscher vergrößert wird und beide angeblasen werden, dann kann man genügend Wärme aus der Box ziehen, sodass die Temperatur fällt und dauerhaft bei 36°C (unten) bleibt. Fand ich eine schöne Erkenntnis, dass man bezüglich der Wärmeauskopplung ohne Wassereinspritzung auskommen kann und somit das Aggregat quasi unangetastet bleibt, wenn man die vergleichsweise riesigen Wärmetauscher benutzt.

Fazit:

Gesamtwirkungsgrad:

• ca. 75%

Kosten (ohne Wartungskosten) im Bereich von :

• 0,25€/kWh_el (Verglichen zu einer Wärmepumpe)

Ich hoffe, die Daten können jemand anderem ggf. irgendwann weiterhelfen.

Beste Grüße!

Achso.
Im ersten Ansatz hätte ich das anders herum über das Muscheldiagramm des Motors gemacht (also dort nach einem Betriebspunkt mit gutem Wirkungsgrad geschaut und darüber das Verhältnis von P_max_mech zu P_el festgelegt). Dazu bin ich ja für preiswerte Motorvorschläge dankbar und wollte natürlich nicht zu viel einschränken.
Zum Start hätte ich bei der Motorensuche mit P_max_mech=3/2*P_el angefangen...

Moin,

Zitat von stromsparer99

Die Wärme wird dann über den Wasserkreislauf transportiert.

ich vermute, da haben wir uns missverstanden. Ich meinte die Wärme, die nicht sofort über Wasser abgeführt wird und zu einem Anstieg der Boxtemperatur führt. Wenn die zu groß wird, muss ich auch hier einen Luftkühler installieren. Daher meine Frage, ob jemand zum Anteil der Luftabwärme Zahlen hat.

Zitat von stephans-garage

In welcher Leistungsklasse? Gas- oder Ölmotor?

--> siehe oben: 1...5kW_el, die ganze Diskussion kommt von einem 1kW-LPG-, also Gasmotor her.

Zitat von chris+

wassergekühlten Motor (1...5kW_el)

stromsparer99: Da du die Punkte bzgl. der Preisklasse bzw. Bezugsquelle übersprungen hast, vermute ich, dass dir diesbezüglich nichts bekannt ist? Als du in der Diskussion über das Billig-BHKW von bkohl vorgeschlagen hast, einen neuen Thread aufzumachen, war ich mir nicht sicher, ob du ggf. etwas im Hinterkopf hattest...

Beste Grüße,

chris

Moin zusammen,

ich verfolge seit längerem den Ansatz von bkohl eines Eigenbau-Billig-BHKWs. Stromsparer99 brachte diesbezüglich den Gedanken ins Spiel, einen wassergekühlten Motor (1...5kW_el) zu verwenden, um das - nicht triviale - Problem der Wärmeauskopplung aus der Luft zu umgehen.

Den Gedanken fand ich gut, wollte aber nicht Äpfel mit Birnen vergleichen, daher ploppten bei mir folgende Fragen auf:

Sind wassergekühlte Motoren <1k€ bekannt?

Falls nein, über welche Preisklasse reden wir bei kleinen wassergekühlten (neuen) Motoren?

Interessant wäre dann auch noch der Punkt, ob jemand Erfahrung hat, wie viel Abwärme trotz Wasserkühlung noch in die Luft abgegeben wird (um abschätzen zu können, wie groß die Luftkühlung sein müsste).

Beste Grüße,

chris

Hallo stromsparer99,

ich bin gerne offen für andere Ansätze, allerdings möchte ich nicht Äpfel mit Birnen vergleichen.
Sind dir wassergekühlte Motoren <1k€ bekannt?

Falls nein, über welche Preisklasse redest du?
Der Gedanke mit der Laufzeitverkürzung ist mir sogar sehr recht, allerdings muss ich die Abwärme auch verwerten können. 5kW_el würde ich abschätzen mit >=10kW_thermisch, das ist schon das oberste, was ich noch sinnvoll abnehmen kann.

Interessant wäre dann auch noch der Punkt, ob du Erfahrung hast, wie viel Abwärme trotz Wasserkühlung noch in die Luft abgegeben wird (um abschätzen zu können, wie groß die Luftkühlung sein müsste).
Auch dir vielen Dank für dein Engagement und deine Ideen.
Beste Grüße,
chris

Hallo Bernd,

Ich habe jetzt angefangen, deine Ideen umzusetzen und hänge natürlich jetzt an ähnlichen Problemen kann deine Entwicklungsschritte jetzt noch besser nachvollziehen. Jetzt tauchen natürlich einige Fragen auf, die ich zur besseren Referenz mal nummeriere:

Zum Wärmetauscher:

Zitat von bkohl

Mit einem Autokühler der 3-fachen Fläche war die Tauscherleistung schlechter als mit dem kleinen Innenraum-Wärmetauscher mit der VW-Nummer 6Q0819031.

War der Volumenstrom bei beiden Kühlern der gleiche? Ich hatte den Satz über die Kühlergröße zu spät gesehen und einen Autokühler verbaut (ca. 36cm x 60cm), den ich mit 15 CPU-Kühlern anblase. Dabei habe ich mal die Luftgeschwindigkeit gemessen und abgeschätzt, dass ich auf ca. 750m³/h komme. Allein von der Wärmekapazität der Luft müsste ich damit ca. 5kW abführen können, aber offensichtlich ist der Wärmeübergang zu schlecht. Vielleicht ist die Strömung nur laminar?

1) Hast du bei dir mal Luftgeschwindigkeiten beim großen und kleinen Kühler gemessen/war es derselbe Lüfter?

2) Meine Frage zielt darauf ab, ob es sich lohnt, auf einen kleineren Kühler zu wechseln und falls ja, wie stark ich den anblasen muss. Aktuell kann ich bei meinem Aggregat den Kühler nicht so wie du vor das Lüfterrad des Aggregats stellen.

Zur Wasserkühlung:

3) Kann man ausreichend Wärme mit Innenraumkühler und Abgaskühler auskoppeln? Einen kleinen AGR-Kühler vom Auto habe ich, aber was man so liest, kann man ohne Wassereinspritzung mit diesem auch nicht mehr als 1kW auskoppeln.

4) Oder soll ich gleich auf Wasserkühlung wechseln, weil - du hast ja die ganzen Zwischenschritte schon gemacht - man die Abwärme ohne Wasserdampf und Phasenwechsel des Wassers sonst nicht abgeführt bekommt?

5) Hast du mal probiert, das Wasser in den Ansaugttrakt zu geben oder ist das keine gute Idee, weil sich das Wasser dann auch im Öl anreichert? (Idee ist, mir die Bohrung im Zylinderkopf zu sparen)

6) Welche Volumenströme sind für das Wasser ratsam? Aus der Verdampfungswärme kam ich so auf 60ml/min, für 2kW Phasenwechsel. Aber das kann ja in der Praxis ganz anders sein. In deinem "Abschlussbericht" von 2017 lese ich was von 1l/h, was nur 16ml/min wären. Ist das aktuell?

7) Ist die Wassereinspritzdüse im Zylinderkopf die hier oben links im Adapter.pdf in dem git-repository zu sehen ist?
https://github.com/kohlstrunk/bhkw/blob/master/FreeCAD/Adapter/Adapter.PDF

Zum deinem ersten Prototypen:

Hast du den Abgaswärmetauscher/die Kondensatfalle von deinem ersten Prototypen bei deinem neuen Modell weiterverwendet? Nicht das der bei dir im Keller verstaubt und hier gute Dienste verrichten könnte

Ganz herzlichen Dank für die tolle Vorarbeit und vielleicht hast du ja mal Zeit, auf die eine oder andere Frage zu antworten.
Beste Grüße,
Chris

Zitat von bkohl

idemen Ich betrachte alles Wissen und Pläne darüber als frei verfügbar (open source). Ich helfe gerne bei der Umsetzung.

Moin Herr Kohl,

zunächst auch von mir vielen vielen Dank für die tollen Iden und Anregungen. Hut ab! Insbesondere bereichernd ist auch die Beschreibung des Weges zur heutigen Lösung, sodass man ggf. nicht jeden Irrweg selbst gehen muss.

Eine Frage meinerseits: Wie waren die Wicklungen des Synchrongenerators im Original verdrahtet und wie sind diese jetzt für 60V verdrahtet? Kann man das kurz skizzieren oder mit Worten beschreiben?

Beste Grüße,

Chris