p-h-Diagramm einer Wärmepumpe

manuel459 · Anmeldungsdatum: 11.10.2016 Beiträge: 263

Hallo,

ich habe an meiner Uni im Laborpraktikum gerade den Wärmepumpenversuch gemacht (Aufbau nach https://www.leybold-shop.de/physik/geraete/kalorik/waerme-und-arbeit/waermepumpe/389521.html)

Dabei erhalte ich nach 12 Minuten folgendes p-h-Diagramm aus meinen Temperatur und Druckwerten (siehe Anhang).

Nun meine Frage: Da ist links (rot!) weit und breit kein isenthalper Prozess wie es sich für das Expansionsventil gehören sollte - ist da die Drossel kaputt oder schaut ein realer Prozess so aus?

Danke und LG

xb2 · Gast

In deiner Zeichnung ist offenbar kein Dampf entstanden
Wie hast du das beobachtet?
Üblicherweise wird da aber nur gezeichnet nicht gemessen
Also einfach die richtige Linie einzeichnen

manuel459 · Anmeldungsdatum: 11.10.2016 Beiträge: 263

Ich habe 8 Temperaturmesspunkte entlang des Versuchsaufbaus aus dem Link. Einer liegt direkt hinter dem Drosselventil und ist zusammen mit den gemessenen Druck auf der Niederdruckseite (gemessen zwischen Drosselventil und Verdampfer) für den Punkt im Diagramm verantwortlich. Dazu habe ich die Temperatur und den Druck im Programm "Mini-REFPROP" eingegeben. Das Programm spuckt dann die entsprechende (spezifische) Enthalpie aus.

siehe https://trc.nist.gov/refprop/MINIREF/MINIREF.HTM

Dementsprechend habe ich den Wert auf Basis von Messungen dort (im Programm) ins p-h-Diagramm eingezeichnet.

Dass kein Dampf entstanden ist werte ich eigentlich eher als positiv, da so mehr Wärme vom kalten Reservoire abtransportiert werden kann - trotzdem macht es mich sehr stutzig, da für alle p-h-Diagramme die ich für reale Wärmepumpen finden kann, beim Drosselventil teilweise Verdampfung eingezeichnet wird.

xb2 · Gast

Aus meiner Sicht wird da nicht gemessen
Ich vermute,dass die von dir gemessene Temperatur zu kalt ist
Deshalb liegst du außerhalb des Dampfbereichs
Vielleicht fehlen nur ein paar Grad
Der richtige Wert ist die Verdampfungstemperatur

manuel459 · Anmeldungsdatum: 11.10.2016 Beiträge: 263

Du hast recht. Die Temperaturmesspunkte wurden scheinbar an meiner Uni etwas angepasst. Ich habe mit Sicherheit hinter dem Expansionsventil gemessen. Mir ist auch nicht ganz klar, weshalb sich der Temperatursensor so stark irren würde...

Henry345 · Anmeldungsdatum: 22.09.2020 Beiträge: 77

Die Messung ist auf jeden Fall falsch, denn die Rote Linie würde bedeuten, dass das Gas innerhalb des Expansionsventil abkühlt und somit die Temperatur sinkt. Das passiert bei keinem Expansionsventil. Anstatt dessen nimmt es latente Wärme auf, da es nicht adiabat ist und man das auch mit keiner herkömmlichen Isolierung ohne weiteres erreichen kann. In einem Expansionsventil fällt der Druck aber nicht die Temperatur, latente Wärme. Dafür reicht bei der geringen Druckdifferenz der übliche Joule Thomson Koeffizient der Kältemittel nicht aus.

manuel459 · Anmeldungsdatum: 11.10.2016 Beiträge: 263

Laut meiner Literatur sinkt die Temperatur sehr wohl stark, da es sich hier um keine idealen Gase handelt.

Henry345 · Anmeldungsdatum: 22.09.2020 Beiträge: 77

Ja da habe ich mich falsch ausgedrückt. Ja die Temperatur fällt natürlich in einem Expansionsventil, das habe ich etwas falsch beschrieben.
Nur findet in einem Expansionsventil aber auch ein Phasenübergang statt, anders als in einer Expansionsmaschine. Darum wird immer ein Dampfanteil entstehen, das lässt sich wegen des nicht adiabaten System gar nicht vermeiden, denn ein Ventil ist nur eine Drossel und da entsteht nicht gerade wenig Reibungswärme. Deshalb verläuft die Linie vertikal. Das kann mach auch so einfach nicht messen, denn dazu müsste man den Dampfanteil messen. Aber durch ein Schauglas sind immer nach dem Expansionsventil Dampfanteile zu beobachten.

Nach der Entropie im P-H Diagramm würde wie beim verdichten die Expansion nur in einer Expansionsmaschine verlaufen, da hier kaum Reibungswärme entsteht.

manuel459 · Anmeldungsdatum: 11.10.2016 Beiträge: 263

Ah ich verstehe. Bedeutet das nun aber, dass ich mich täusche, bei der Messung direkt hinter dem Expansionsventil (Messung von Temperatur und Druck) genau diesen Prozesspunkt "4" (links unten) zu erhalten? - messe ich womöglich nur den Gasdruck oder so und übersehe naiverweise, dass hier bereits eine Mischung im Fluid vorhanden ist? Oder ist das schon richtig und ist das Expansionsventil womöglich kaputt?

Henry345 · Anmeldungsdatum: 22.09.2020 Beiträge: 77

Genau die Messparameter Druck und Temperatur reichen nicht aus um den Dampfgehalt zu bestimmen und somit den genauen Verlauf im P-H Diagramm zu bestimmen. So kann die Expansionslinie vertikal oder eben nach der Entropie (rote Linie) also genau an der Phasenlinie verlaufen bzw. eine Mischung aus beiden. Erfahrungsgemäß wird wegen der Reibungswärme im Expansionsventil die Linie nahe zu vertikal verlaufen.

manuel459 · Anmeldungsdatum: 11.10.2016 Beiträge: 263

Ich verstehe. Vielen Dank für deine Hilfe!