Veden jäätymisenergian käyttö

Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Näillä keleillä tulee mieleen veden jäätymisenergian hyväksikäyttö. Jokainen kilo jäätä on luovuttanut jäätyessään 330 kJ. Esimerkiksi ilmanvaihto tarvitsee esilämmitykseen muutaman sata vattia. Esimerkiksi 500 W. Kilo jäätyvää vettä voisi luovuttaa energiaa tuolla teholla 660 sekuntia. Jos meillä olisi nerokas jäädytyssysteemi tuloilmaa lämmittämässä, saisimme 500 W tehoa tuloilmaan jäädyttämällä 5,5 litraa vettä tunnissa.

Jos valitsemme jäädytettävän vesimäärän 11 kg köntsäksi, tulisi aina kahdessa tunnissa tuollainen jäteköntsä. Olisiko tuo ongelma. Lieriön mallisena köntsän voisi johdattaa kiskoja pitkin pöpelikköön. Teräksisiä johteita pitkin köntsä ei vaadi kuin promillen kallistuksen eli köntsäkasaa voisi kasvattaa tontin reunoilla ilman isompaa ongelmaa.

Miten iso olisi vaikkapa 4 kk aikana syntyvä kasa 11 kg jäälieriöitä? Siinä olisi 1512 köntsää. 16 m3. Jos tuo olisi kiintokuutiokasa, niin 27 m3 kasa olisi 3 m kanttiinsa. Ei paljon minkäänmoinen kasa.

Jos tuo vesi olisi vesijohtovettä, maksaisi se 20 euroa vesimaksuna. Jos myös viemärivesimaksu pitää maksaa, niin 60 euroa. Energiamäärä olisi 1400 kWh. Noin 140 euroa. Eli vesijohtovedelläkin kannattaisi tuottaa jäätymisenergiaa. Omasta kaivosta tai harmaista käyttövesistä kannattaisi kaiketi paremmin.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Sivut

Kommentit (21)

lokki
Seuraa 
Viestejä4062
Liittynyt3.1.2010

Entäs jos tuon jäädyttimen tekisi lumitykin tapaan. Jäätyvä vesi kiteytyisi putkessa lumeksi, joka erotettaisiin pyörteellä pois ilmasta ennen sisälle imemistä ja lumi ohjattaisiin sokkelin vierille eristeeksi.

Vierailija

Asiaa tuli pohdittua jokunen vuosi sitten täälläkin. Esitinkin jossain vaiheessa talon lämmittämistä jääpalakoneella, jolloin jääpalat menisi ränniä myöten pihalle odottelemaan kesää. Tällöin saavutettaisi parempi hyöty kuin ilmalämpöpumpulla. (DeltaT pienempi)

Jokunen pohdinta oli jäätymisen aiheuttaman laajentumisen hyötykäyttö. Tein yhden kokeenkin öljy-vesi emulsiolla. Tarkoitus oli saada jäätymisen tuottama paine (laajentuma) hyötykäyttöön öljyn paineen välityksellä. Ongelmaksi tuli 0 asteessa emulsion hajoaminen, jolloin vesi erottui yhdeksi isoksi kontiksi. Toisessa kokeessa hauskasti pisarat jäätyi pieniksi kuuliksi - 20 C öljyssä.

Mielenkiintoiseksi asian tekee se, että kun vedestä otetaan energiaa (lämpö) pois, niin se laajeneekin jäätyessään, vastoin kuin mikään muu. Eli lisää energiaa olisi tarjolla juuri tuossa 0 asteen tuntumassa.

Koitan selittää:
Kuvitteellisesti ja teoreettisesti voitaisi rakentaa laite, joka ottaisi tämän mekaanisen paisumisen hyödyn talteen mekaaniseksi työksi, jolla tuotettaisi lisää "kylmää", ja prosessi jäisi käyntiin. Kylmäprosessin hyötysuhde dT:n ollessa vain muutama aste, on 4-5:n välillä. Eli jos paisunta saadaan pyörittämään kylmäprosessia, niin energiaa pitäisi jäädä ylikin.

Esimerkkinä voisi ajatella jääpalakonetta, joka saa jäädyttämiseen kuluvan sähköenergiansa jään paisumisesta. Kokonaisuutena ei ole kuitenkaan mikään ikiliikkuja.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
Penttinen

Jokunen pohdinta oli jäätymisen aiheuttaman laajentumisen hyötykäyttö.



Ongelma on se, että paineen kasvaessa jäätymispiste alenee ilmeisesti juurikin tuon laajenemisenergian verran.

Vierailija

Tämä on mielenkiintoinen pointti. Jos jäätymispiste alenisi samassa suhteessa paineen nuosuun, niin jäätymisen ei pitäis rikoa putkia. Käytännössä kuitenkin esim 10 millin vesijohtokupari kestää usean sadan baarin paineen, ennen kuin halkeaa.

lämpötilan mennessä alle nolla putki kuitenkin jäätyy halki helposti, vaikka sisällä on ollut paineinen vesi, ja paine on noussut jäätymisen alettua.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
Penttinen

lämpötilan mennessä alle nolla putki kuitenkin jäätyy halki helposti, vaikka sisällä on ollut paineinen vesi, ja paine on noussut jäätymisen alettua.



Ei taida paljon vesijohdon paineet vaikuttaa; pitäisi olla luokkaa satoja bareja. Tuosta kuvasta näkyy, että -20 asteessa tarvittaisiin 2000 bar paine veden sulattamiseen:

http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html

Vierailija

Dexteri, tätä koitin tarkoittaa. Eli vaikkapa 200 baarin paine ei muuta kiteytymislämpöä juuri miksikään. Vesi siis jäätyy n. 0 asteessa, olipa paine 1 tai 200 bar.
Kuvitellaan tilanne:
Vesi (1 litra)suljetaan muovipussiin, joka laitetaan paineen kestävään öljyastiaan. Systeemiä pystytään jäähdyttämään, eli siitä otetaan energiaa pois. Astiaan on kytketty pystyssä oleva sylinteri, jonka päällä lepää vaikkapa kilon puntti. Mitä tapahtuu kun systeemiä jäähdytetään esim + 10 `C - -10`C :

1. Aluksi mäntä laskee hieman alaspäin, koska öljyn ja veden tilavuus pienenee. ( + 10 -> + 4 astetta )
2. +4 -> 0 astetta, mäntä pysynee suunilleen paikoillaan, koska vesi laajenee ja öljy kutistuu
3. +0 -> - 0 Mäntä nousee ylöspäin, koska vesi jäätyy ja laajenee. Nousu (paisuminen) on 10 % veden pussiin laitetun veden tilavuuteen nähden. Näin ollen kilon puntti nousee ylöspäin, eli tehdän työtä vaikka systeemistä otetaan kokoajan energiaa ulospäin.
Ulos saatu (otettu) lämpöenergia on lämpönä 333 kJ. Joskin myös kilon puntti on saatu nousemaan 1 desilitran paisunnalla, riippuen sylinterin halkaisijasta, vaikkapa 10 cm ylöspäin.

Tässä asiassa kiehtoo nimenomaan poikkeava lämpövoimakoneen toiminta. Carnot:n lain mukaan tässä osittain mennään, mutta ero on se, että systeemistä otetaan lämpöä ulos, ja saadaan mekaanista liike-energiaakin ulos, toisin kuin muissa lämpövoimakoneissa. Eli lämmön suunta on eri.

Lueskelin ketjua uudelleen, ja huomasin, että Paulin ajatus oli vain jäädyttää vettä, ja saada siitä tuloilman esilämmitys. Kokonaisuudessaan se saattaisi nostaa lto:n hyötysuhdetta, koska esim. ristivirtauskennon ongelma alkaa juuri pakkasilla: Jäätyminen. Siis ulospuhalluspuoli jäätyy, koska sisään tuleva ilma on reilusti pakkasen puolella. Tämä ongelma saattaisi poistua, jos tuloilma esilämmitetään jäädytettävällä vedellä.

Diam
Seuraa 
Viestejä2295
Liittynyt14.9.2006

Onneksi olkoon, olet saanut aikaan nolla asteista tuloilmaa jäähän hautautuvalla sputnikillasi.

Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
Penttinen

Ulos saatu (otettu) lämpöenergia on lämpönä 333 kJ. Joskin myös kilon puntti on saatu nousemaan 1 desilitran paisunnalla, riippuen sylinterin halkaisijasta, vaikkapa 10 cm ylöspäin.
.



Kilon puntin nosto 10 cm on 1 Joule, eli 0.001 kJ. Tuolla energialla lämmittää kilon vettä noin 1/4000 asteen.

Vierailija
Penttinen

Tässä asiassa kiehtoo nimenomaan poikkeava lämpövoimakoneen toiminta. Carnot:n lain mukaan tässä osittain mennään, mutta ero on se, että systeemistä otetaan lämpöä ulos, ja saadaan mekaanista liike-energiaakin ulos, toisin kuin muissa lämpövoimakoneissa. Eli lämmön suunta on eri.



Milläs tuo jää sitten taas lämmitetään vedeksi? Samalla tavoinhan tuo toimii kuin vaikkapa Stirlingin kylmäpuoli.

Vierailija

No tuo kilon puntti oli nyt vaan esimerkki. Todellisuudessa painetta voidaan ottaa vaikka tuo 200 bar prosessin häiriintymättä.

Ei se toimi samoin kuin stirling. Siinä ΔT pitää olla suuri ja kyseessä on kaasu. Tässä taas pyöritään olomuodon muutoksen ympärillä, jonka ΔT on pieni.

Jää pitää sulattaa, tietenkin. Jospa jätetään se auringon tehtäväksi kesällä. Jää siis pitää saada ulos prosessista, ja vettä tilalle. Tekninen toteutus onkin sitten eri juttu.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
Penttinen
No tuo kilon puntti oli nyt vaan esimerkki. Todellisuudessa painetta voidaan ottaa vaikka tuo 200 bar prosessin häiriintymättä.

Ei se toimi samoin kuin stirling. Siinä ΔT pitää olla suuri ja kyseessä on kaasu. Tässä taas pyöritään olomuodon muutoksen ympärillä, jonka ΔT on pieni.

Jää pitää sulattaa, tietenkin. Jospa jätetään se auringon tehtäväksi kesällä. Jää siis pitää saada ulos prosessista, ja vettä tilalle. Tekninen toteutus onkin sitten eri juttu.




Ei se paine mitään auta, vaan vaikkapa kaasuilla paine x tilavuus. Jos puristat jäätymisellä esimerkiksi typpikaasua, saat kilolla vettä puristettua noin 0.1 litran tilavuuden 1/100:aan (100 bar), jolloin käytössäsi on 0.001 litraa 100 bar paineistettua typpikaasua. Tuon määrän energia on melko rajallinen minkään voimalaitteen pyörittämiseen.

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Veden jäädyttäminen aerosolina olisi varmaankin huipputehokasta. Lumen siirtäminen tontin reunalle ei onnistu kiskoilla. Jääköntsä siirtyy painovoimaisesti. Tai onnistuuhan se. Lumenerotussyklonista tulevasta lumesta voidaan puristaa brikettejä, jotka taasen liukuvat kiskoja pitkin vaivatta. Pursotus voi tapahtua pötkönä suoraan siirtokiskon päälle. Pieni kaarevuus radan alussa katkoo pötköstä sopivia pätkiä.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija
Penttinen
Ei se toimi samoin kuin stirling. Siinä ΔT pitää olla suuri ja kyseessä on kaasu. Tässä taas pyöritään olomuodon muutoksen ympärillä, jonka ΔT on pieni.

Jää pitää sulattaa, tietenkin. Jospa jätetään se auringon tehtäväksi kesällä. Jää siis pitää saada ulos prosessista, ja vettä tilalle. Tekninen toteutus onkin sitten eri juttu.




Ymmärsin kyllä miten tuo ajatuksesi toimi. Nythän tuossa faasimuutokseen perustuvassa lämpövoimakoneessasi varastoit auringosta lämpöenergiaa veteen jonka vapautat pakkasella. Kierto siis sulkeutuu kun aurinko sulattaa jään (tai vastaavasti porakaivovedellä hyödynnät maalämpöä).

Vierailija

Paul, Joo, ajatuksessasi kiteet pitää puristaa kasaan, jotta siitä tulee kiinteää. Muuten homma muistuttaa todennäköisesti lumitykin aikaansaannosta, eli aika kovia jääkiteitä.

Jos oletetaan laite, joka sumuttaa sisääntulevaan pakkasilmaan vettä. Ilman kosteusprosentti nousee sataan, ja ilman lämpötila tämän jälkeen lienee hieman alle nollan. Lingotaan lumi ilmasta pois, ja puristetaan kasaan. Oheistuotteena sisäänpuhallettaa ilma on todella puhdasta, koska muut aerosolit (hiukkaset) toimii tiivistymisytiminä kiteille. Eli saadaan tehokas ilmapuhdistin.

Toisaalta näkisin rakenteen kuitenkin helpompana, jos vesi sumutetaan tuloilmaan putkimaisessa rakenteessa, ja saadaan aikaan sohjoa. Sumutuskammio, tai tila pitää olla rakennettu vastavirtalämmönvaihtimen tavoin, jotta lämmönvaihdon hyötysuhde olisi hyvä. Sohjo valuu vielä mukavasti ulospäin tuloilmakanavaa, ja ehkä joustavasta muovirakenteesta olisi apua, ettei jäätyminen lopeta valumista. Näin sitten köntsä raiteille ja tontin nurkalle.

Vesijohtoveden lämpötila on suunilleen 5-7 astetta talvisin. Energiaa olisi siis saatavilla enemmän kuin pelkkä 333 kJ/kilo

Vierailija
bdbdbd
Penttinen

Jää pitää sulattaa, tietenkin. Jospa jätetään se auringon tehtäväksi kesällä. Jää siis pitää saada ulos prosessista, ja vettä tilalle. Tekninen toteutus onkin sitten eri juttu.




Ymmärsin kyllä miten tuo ajatuksesi toimi. Nythän tuossa faasimuutokseen perustuvassa lämpövoimakoneessasi varastoit auringosta lämpöenergiaa veteen jonka vapautat pakkasella. Kierto siis sulkeutuu kun aurinko sulattaa jään (tai vastaavasti porakaivovedellä hyödynnät maalämpöä).



Joo, näin on. Käytännön sovelluksia voisi olla paljonkin, mm. järven sula vesi jään alta jäätymään pinnalle, jne

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat