Wasser-Luft-Kühlung

[derwo]

Wie verhält sich die 12V-Pumpe, wenn beide Ventile zu sind? Leidet die dann nicht irgendwie, da das Wasser ja nicht abtransportiert wird? (Ist eher eine allgemeine Frage. Es gibt ja keinen Grund, die Pumpe anzuschalten, so lange du kein Wasser in einem der Kühler brauchst)

[Alk52]

Die Pumpe reduziert ihre Leistungsaufnahme auf ca. 70% (gemessen) und dreht weiter.
Wahrscheinlich bis zum Ende der Garantiezeit, um sich dann zu verabschieden, aber das werde ich nicht testen.

[aragones]

Hallo Alk,
Gefällt mir Gut,,
Nur ein paar FrageN
Verbrennst du dir nicht die Finger an den Eckventilen im heißen Pfad ?
Was spricht dagegen die Eckventile in den kalten Pfad einzubauen - das wäre meine präverenzierte Lösung
Und warum betreibst du den RK nicht im Gegenstrom ?
Welche Wassermenge hast du in den jeweiligen Kreisläufen ( so in etwa?)

Gruß Aragones

[Alk52]

Verbrennst du dir nicht die Finger an den Eckventilen im heißen Pfad ?

Nein, ich habe dieses Eckventil mit einem großen Kunststoff-Drehrad, das isoliert ganz ordentlich.

Was spricht dagegen die Eckventile in den kalten Pfad einzubauen - das wäre meine präverenzierte Lösung

Ich habe mich einfach an die vom Hersteller vorgeschlagene Durchflussrichtung gehalten und schon war ich im heißen Pfad. Eigentlich ist es egal wo das Ventil sitzt.

Und warum betreibst du den RK nicht im Gegenstrom ?

Es bringt sicher etwas mehr Kühlerwirkungsgrad, aber den Aufwand beim Fluten und all die nicht bekannten Randeffekte vermeide ich per KISS (keep it stupid simple) und weil der RK so (auch) gut funktioniert. Ich kann die Warmwasser-Schläuche über dem Wasser-Pegel moniteren und sehe so die eingestellten Durchfluss-Mengen an der "Ausfluss-Parabel".

Welche Wassermenge hast du in den jeweiligen Kreisläufen ( so in etwa?)

Mit jeweils knapp 5 Litern sollte es gut funktionieren / reagieren, einen Überlauf sehe ich ja schnell in meiner Temperaturanzeige (WLAN-Thermometer) auf dem PC/Handy und muss so nicht ständig im Keller stehen.
Ich habe gerade 2 Platz sparende, rechteckige 10,3 l Eimer bestellt . Der Sicherheitsüberlauf kommt auf ca. 7 Liter, dann sind im (vermeintlich) trocken laufenden Eimer immer noch mindestens 3 Liter für die Tauchpumpe.
Bei dem geplanten geringen Volumen ist es schon etwas frickliger, den geregelten Luft-Kühlerkreis so einzustellen, dass die Pegel über ausreichend lange Zeit konstant bleiben, aber mit je 10 Litern (getestet) war es nach kurzer Lernphase ok.

[Alk52]

Mein Härtetest für die Wasser-Luft-Kühlung.

Seit 4 Stunden läuft ein Neutral-Brand mit 1,6 kW Heizleistung mit der vorgestellten Wasser-Luft-Kühlung.
Das Ziel des Versuches ist, die optimale Einstellung für die einzelnen Pumpen und Ventilatoren zu bestimmen.

Der Aufbau: 12/17 l im Kessel - SPP.Sieb - Temp.05 - 30cm SPP - Temp.40 - 20cm SPP - Temp.65 - 15cm SPP - RK - U-Bogen - PK in der Summe 80cm SPP

Bis ca. 18:00 habe ich mit 12 V in das Y für PK und RK gepumpt und mehrfach 2-3 l des Kühlwassers gegen kälteres ausgetauscht.

Dann habe ich die Fließgeschwindigkeit reduziert, die Spannung für die Kühlwasserpumpe für den kalten Kreis (Y) wurde auf 5V reduziert, die Pumpe für die Luftkühlung (warmer Kreislauf) wurde angepaßt - so, dass die Pegel in den 2 Eimern konstant bleiben.
Durch die langsamere Strömungsgeschwindigkeit wird der Wirkungsgrad des Luftkühlers verbessert.
Die Kühlwassertemperatur steigt nur noch minimal (vielleicht proportional zur Kesseltemperatur), aber das muss ich ertragen.

Gestartet bin ich mit 12 Liter mit ca. 75 vol% = Kesseltemeratur 80,3°C (1012 hPa). Gesammelt habe ich bisher ca. 6.5 l (von erwarteten ca. 9,5l) mit geschätzten 96 vol% und inzwischen bin bei 82,6°C im Kessel, da habe ich noch ein paar Stunden vor mir ...

Die Energie- und Umweltbilanz sieht sehr gut aus. Während ich in bisherigen Versuchen, bei einem entsprechenden Brand, ca. 200-300 Liter warmes Wasser in den Ausguß laufen lies, brauche ich jetzt nur ca. 90 Watt für die Lüfter.

[derwo]

Nur 1.6kW? Oder ist das ein Tippfehler?

[Alk52]

Die 1,6 kW haben sich so ergeben.
Ich habe mit 2,4 kW aufgeheizt und dann auf 1,6 kW reduziert. Weil Kühlwasser-Temperatur und TopDamp-Temperatur schneller als erwartet gestiegen sind, habe ich es erst mal dabei belassen...
.

Das Diagramm zeigt auf der linken Achse die Kessel und Dampftemperaturen; rechts ist die Kühlwasser-Temperatur (grün). Der Aufbau entspricht der Skizze auf Seite 1 (18.10.20211).

Zu Beginn lief die Kühlwasserpumpe (kalter Kreis) mit 5 Volt, weil ich mir höhere Rücklauf-Temperaturen und so einen höheren Wirkungsgrad im Luftkühler erhofft hatte. Bis 16:10 Uhr hatte ich mich so verregelt, dass plötzlich der Reflux trocken lief und die Temperaturen stiegen. So'n Mist.
Mit 12 Volt PumpenSpannung konnte ich die Dampf-Temperaturen normalisieren, aber die Kühlwasser-Temperatur stieg immer wieder an und wurde durch mehrfach Wasseraustausch von 2-3 Litern der insgesamt ca. 10 Liter abgesenkt.

Langsam dämmerte mir, dass die Durchlaufgeschwindigkeit - sowohl im Liebig RK + PK, wie auch im Luftkühler mit 12 V zu hoch war - also zurück auf Pumpenspannung 5 Volt und die Eckventile weiter auf.
Am Ende standen die Parameter stabil (Kaltwasserpumpe 5 V, Warmwasserpumpe 4,9 V, beide Eckventile ganz offen (Zufall ?). Die maximale Kühlwasser-Temperatur in den letzten Stunden betrug 35,5 °C.

[derwo]

Wo hast du die Wassertemperatur (grüne Werte) gemessen?

[Alk52]

Im Kaltwasser-EImer. Das Wasser geht direkt zu RK und PK.
Der Peak kurz vor 18:00 zeigt die Temperatur im Warmwasser-Eimer.

[derwo]

Ok. Ja, es ist halt nicht zu ändern: dein Destillat wird leider 35-40°C haben. Da ist mir der höhere Wasserverbrauch lieber. Oder ein Kompromiss: Der PK wird mit frischem Leitungswasser gespeist, der RK aus dem Fass.

[Alk52]

Und es funktioniert doch.

Lange habe ich überlegt und probiert, wie ich die Kühlwassertemperatur weiter runter bekomme.
Der Wirkungsgrad des Luftkühlers war zu schlecht. Die Eingangstemperatur (warme Seite) zu gering und die Verweilzeit im Kühler zu kurz.

Die Parallelschaltung der beiden (unterschiedlich großen) Lüfter wurde aufgetrennt und jeder Lüfter erhielt sein eigenes Netzteil (Buck-down 8A, gespeist aus dem PC-Netzteil). Dadurch konnte ich die aufgenommene elektrische (Kühl-) Leistung bzw. Lüfterdrehzahl deutlich erhöhen.

Die Kaltwasser-Pumpe läuft weiter mit 12 Volt, wird aber durch die Eckventile so stark reduziert, dass die Warmwasser-Pumpe, die durch den Luftkühler arbeitet, auf 3,4 Volt reduziert werden konnte. Dadurch bekomme ich sowohl im RK / PK eine gerinere Durchströmung und komme mit höherer Temperatur in den Luftkühler.
Gleichzeitig bringt die reduzierte Umlaugeschwindigkeit eine längere Verweilzeit im Luftkühler.

Was bringt es nun?
Bei einer Kellertempertur von 19,5°C habe ich im Raubrand, mit einer Heizleistung 2,3 kW (bisher waren es nur 1,6 kW) über 4 Stunden eine Kühlwassertemperatur von 20,2-20,8 °C (statt wie bisher ca. 35°C) gemessen.

[derwo]

Gut.
Und das Wasser im Warmwasserreservoir ist dementsprechend heiß, oder?
Dann kannst du ja nach dem Brennen ein heißes Bad nehmen.

[Alk52]

Nun, zum Baden reichen 3-4 Liter Warmwasser nicht wirklich.

Aber einen habe ich noch...
Den Kaltwasservorrat habe ich auf derzeit 35 Liter erhöht (100-200 Liter wären optimal), damit bleibe ich bei 2,3 kW Heizleistung mindestens 1 Stunde lang deutlich unter 20°C Kalt/Kühlwassertemperatur, bevor die Temperatur asymptotisch gegen 20 °C geht.

Die Verbauchs/Energiebilanz für 100 Liter Maische habe ich mal abgeschätzt.

Laut Kühlwassererwärmung, Wasserstrom, Reflux Rechner brauche ich ca. 50 Liter/Stunde bei eff. 2000W.
Mit 5 Raubränden ea. 20 Liter und 2 Mittelbränden und einem Feinbrand mit jeweils 3 Stunden, komme ich auf ca. 24 Stunden Brennzeit.
24x 50 l = 1200 Liter Frisch-Wasserverbrauch

Dem gegenüber stehen 95 Watt für die Luftkühler-Lüfter. Also 95 W x 24 h = 2,28 kWh.

[derwo]

Ich überschlage, daß du also pro 24h Brennen mit 2kW 1.50 bis 2€ sparst, etwa 10% der gesamten Energiekosten. Zumindest nachdem du durch diese Ersparnis die Anschaffungskosten hereingeholt hast, was einige 24h-Projekte benötigt.
Aber ich denke, es geht dir ja eher nur darum, zu zeigen, daß es geht mit Luftkühlung und daß es kein finanzielles Fiasko ist.

Das Problem, daß, wenn die Heizenergie nicht im Wasser landet bzw dort bleibt, du den Raum heizt, bleibt aber, oder? Dein Wasserkühler ist quasi ein 2000W-Heizlüfter. Das wird zumindest im Sommer sehr unangenehm sein.

[Alk52]

Die kalten Füße im Winter sind viel unangenehmer.

Ich zieh mal ein vorläufiges Fazit (ja, ich steh gerade im Keller, habe kalte Füße und Langeweile) und brenne meine Zuckermaische.
DIe Wasser-Luft-Kühlung hat sich bewehrt. Inzwischen weiß ich, dass für die Pegeleinregelung im Warmwasser 1/12 Umdrehung am Nadelventil ausreicht, dann habe ich besten im Fall einen stabilen Pegel oder ich muss nach einer halben Stunde noch mal korrigieren. Auch die Steuerung für RK und PK ist kaum aufwändiger.
Seit ich den Kaltwasser-Behälter auf 35l und den Warmwasserbehälter auf 3-4 l eingestellt habe, ist auch der Wirkungsgrad ausreichend für zB. einen Raubrand von 27 l mit 2,3 kW. Mit einem Stromverbrauch von knapp 100W für den Kühler und die Pumpen - das Alles ohne Wasserverbrauch - kühle ich 2,3 kW weg.
Nachteil der Luft-Wasser-Kühlung ist der Geräuschpegel, wenn der KfZ-Kühler im selben Raum arbeitet und die kalten Füße, weil er halt die Luft vom Boden ansaugt.
Ein Vorteil, der bisher noch nicht erwähnt wurde, die völlige Unabhängigkeit von fließendem Wasser, eröffnet mir neue Möglichkeiten. In meinem sehr hohen Gartenschuppen könnte ich Kolonnen bauen, bei denen nur noch die Rohre und die SPP das Limit sind...

[Alk52]

In den letzten Monaten habe ich einiges an der Wasser-Luftkühlung verbessert.
MIt meinem neuen Temperatursensor-Adapter und ein paar Handmessungen kann ich endlich die Effizienz der Wasser-Luftkühlung bestimmen.

Versuchsaufbau: Der Produktkühler wird aus dem Wasser-Vorrat (35l) mit der Tauchpumpe - jetzt mit 5V statt wie bisher mit 12V - betrieben. Am Warmwasserausgang wird die Durchflussmenge geregelt und die PK-Ausgangstemperatur gemessen und direkt durch den Kfz-Kühler in den Wasser-Vorrat zurück geführt.

Die Destille wurde im Potstill-Mode über etwas mehr als 3 Stunden mit 2,3 kW betrieben, dh. es sind ungefähr 7 kWh verheizt worden, die meinen Keller gut gewärmt haben.
Ergebnis Kurzfassung:
Ich habe versucht die Kühlwasser-Ausgangs-Temperatur nah bei 60°C zu halten. Bis auf ein paar Abweichungen ist es halbwegs gelungen.

Die Wasser-Luftkühlung hat bei einem Durchfluss von 750-780 ml/min das Kühlwasser von ca. 60°C auf 21,0-21,2°C runtergekühlt, bevor es in den Wasser-Vorrat ging.
Die Temperatur des Wasser-Vorrats ist von 19,1 auf 21,4°C gestiegen (Raumtemperatur am Ende 20,4°C), fast vernachlässigbar.

[Alk52]

Die Entwicklung der Wasser-Luft-Kühlung geht dem Ende entgegen.
Mir fällt nach dem letzten Schritt nichts ein, was ich noch verbessern könnte.

Aus dem Vorratsbehälter (35l) wird das Kaltwasser, mit einer 12 Volt-Tauchpumpe, über eine Y-Verbindung zu den Kaltwasseranschlüssen von RK und PK gepumpt. Die Regelung der Durchflußmenge erfolgt durch Eckventile am Warmwasserausgang. Beide Warmwasser-Ausgänge haben jetzt eine Temperaturmessung, werden über einen weiteren Y-Verteiler zusammengefaßt und gehen direkt unten in den (KfZ-) Luftkühler. Die Temperatur am Kaltwasser-Ausgang des Luftkühlers wird ebenfalls gemessen. Die Kühlwasser-Durchflußmengen, leider nur die Summe aus RK und PK, werden am Kaltwasserausgang visuell bewertet.
Einen hab ich noch. In die Kaltwasserzugänge könnte man Durchflußmesser integrieren...

[Alk52]

Heute habe ich einen Apfelfeinbrand aus Rauband und Nachlauf des 1. Feinbrandes genutzt, um die Kühlleistung der Wasser-Luftkühlung zu messen.

Oben: Kessel und Dampftemperaturen
Unten: Temperaturen am Ausgang von RK, PK und Luftkühler

An dieser Stelle möchte ich den Feinbrand nur grob beschreiben.
Aufheizen kurz vor dem Siedepunkt mit 1,2 kW und dann ca. 15min mit 100% Reflux.
- 11:20 habe ich die Heizleistung auf 1,6 kW erhöht und die Kühlwassermenge (Reflux und Produktkühler) auf ca. 330ml/min angesenkt. Anschließend sehr langsam die RK-Kühlwassermenge weiter reduziert. Im unteren Diagramm steigt die Kühlwassertemperatur steil an.

Ab jetzt keine Änderungen der Heizleistung und Kühlwassermengen.
- 11:45 erreicht der TopDampf mit 78,5°C einen stabilen Zustand. Jetzt steigt auch die PK-Wassertemperatur.
- 12:30-12:40 steigen die Temperaturen in den SPP (10,30,50 cm) stark an.
Der TopDampf folgt verzögert und ich habe jetzt langsam fallend von 2,8 theoretischen Böden (10:39), 1,66 th.Böden (13:00), 1,5 th.Böden (13:30).. 1,37 th.Böden (14:00).

Nun zur Wasser-Luft-Kühlung.
Die 1,6 kW Leistung, die anfangs im RK umgesetzt wird und mit beginnender Produktion auch im PK (Kondensation und Abkühlung) wird mit einer Ventilatorleistung von 105 W sicher heruntergekühlt.
Beeindruckend für mich sind die Kühlwassertemperaturen von RK (60-90°C) und PK (50-60°C), die nahezu ohne Temperaturerhöhung den Luftkühler verlassen (ca. 20°C).

Fazit:
Wenn man die Durchflussmengen von RK und PK sehr weit reduziert, dann steigen die Kühlwassertemperaturen (RK,PK) auf ausreichend hohe Temperaturen, um den Luftkühler effektiv zu betreiben.
Mit ca. 300ml/min <> 18 l/h kann man natürlich überlegen, ob der Aufwand gelohnt hat und wie lange man brennen müßte, um mit der Wasser-Luft-Kühlung, bis man die Wasserkosten unterbietet.
Aber, ich wäre ohne diese Versuche nicht so vorangekommen und hätte manches mal (ohne die 'Umluftheizung') im Keller gefroren.

[derwo]

Fazit:
Wenn man die Durchflussmengen von RK und PK sehr weit reduziert, dann steigen die Kühlwassertemperaturen (RK,PK) auf ausreichend hohe Temperaturen, um den Luftkühler effektiv zu betreiben.

Stimmt. Und um die Durchflussmenge so weit reduzieren zu können, daß die Kühlwässer möglichst heiß werden, ohne daß das Destillat warm ist oder die gewünschter Refluxmenge nicht erreicht wird, müssen die Kühler ausreichend dimensioniert sein.

Off-topic: Warum machst du den Mittellauf mit konstantem Reflux? Waren die % im Kessel recht niedrig und du wolltest nicht noch zweimal brennen, oder hast du einen anderen Grund?

[Alk52]

Warum machst du den Mittellauf mit konstantem Reflux? Waren die % im Kessel recht niedrig und du wolltest nicht noch zweimal brennen, oder hast du einen anderen Grund?

Mein primäres Ziel war, die Kühlung, mit dem sehr geringen Durchfluss, an ihre Grenzen zu treiben. Ich bin sicher, da sind noch Reserven vorhanden.

MIr war klar, mit 17% im Kessel und ständigem Reflux würde ich sehr hoch brennen. Ab 90,4°C (62 vol%) werde ich, nach erster Einschätzung, die Proben zum Nachlauf geben.

Verlauf mit Kessel, Topdampf und theoretischen Böden (@1020 hPa).

EDIT: Die Messpunkte der SPP Höhen in den Diagrammen müssen auf 10 - 40 - 70cm korrigiert werden. Insgesamt waren es 85cm SPP.