Unser hausgemachtes Whirlpool-Design verbessern? [geschlossen]

Mein Bruder und ich bauten einen holzbefeuerten, auf Konvektion basierenden, thermisch zirkulierenden Whirlpool. (Mit einem Autogenbrenner, vielen 1,5-Zoll-Rohren, einer Bremstrommel und einem dreißig Jahre alten Whirlpool). Unser Design ähnelt dem, was unter dem Namen Dutchtub hergestellt und für 7000 US-Dollar verkauft wird:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie sicher aus dem Bild ersehen können, verbrennt das Holz in den Spulen und erwärmt das Wasser, kaltes Wasser wird von unten angesaugt und heißes Wasser wird oben herausgedrückt. Unsere Version verwendet eine Fiberglas-Luvtub aus den 80er Jahren oder so, die ca. 500 Liter Wasser. Nach Abschluss des Baus und der Befüllung entschieden wir uns, weiterzumachen und unsere Kreation zu testen. Wir wussten, dass es langsam werden würde. (Da wir nicht nur fast 1.900 Liter durch Konvektion erhitzt haben, sondern dass es auch nur ein paar Grad über dem Gefrierpunkt war. Wir haben das Feuer um 17:00 Uhr angezündet und es in den ersten 20 Minuten bis nach 21:00 Uhr brennen lassen Wir haben bereits einen Unterschied bemerkt, nach ein oder zwei Stunden war die Oberseite dampfig und die ersten sechs bis acht Zoll oder das Wasser waren fertig. Aber um 21:00 Uhr, als es Zeit für Pause oder Pause war, mussten wir es Tag nennen. Leider war die Wanne nur etwa einen Fuß niedriger. Mein Bruder ist der Meinung, dass wir eine Art Pumpe installieren müssen, um die Zirkulation zu erhöhen, weil er das Gefühl hat, dass die Wannentemperatur ein Plateau erreicht und unser Wärmeverlust zu groß ist. Ich denke, dass die Installation einer Pumpe den gesamten Zweck der Wanne in erster Linie zunichte macht.Hier meine Frage(n).

Würde das Rühren der Wanne helfen? Nach meinem Verständnis würde dies die Zirkulation verlangsamen, da der Temperaturunterschied geringer wäre. Die durchschnittliche Temperatur des Wassers wäre jedoch konsistent. Daher müsste der Ofen nicht nur die Temperatur des einströmenden Wassers nicht so stark ändern, sondern das wärmere Wasser würde den Ofen nicht so schnell abkühlen wie das kalte Wasser, das im Boden sitzt und darauf wartet, angesaugt zu werden. Dazu kommt der Joule-Effekt berücksichtigt werden, was in diesem Fall meiner Meinung nach eine äußerst geringe Auswirkung haben würde. Würde das Rühren dennoch einen großen Unterschied in der Gesamtheizung der Wanne machen?

Ein paar Dinge sind auch zu beachten.

1. Der Deckel Unser Deckel besteht aus 3/4 Sperrholz, das keine perfekte Abdeckung ergibt. Das Holz ist außerdem mit 3/8-Zoll-Löchern pro Quadratfuß perforiert.

2. The Tub Es ist in den Boden gegraben, aber nur etwa auf halbem Weg. Das heißt, dass nur die Hälfte der Wanne unterirdisch ist und sich an den Seiten etwas Schmutz befindet. Ich verstehe, korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber das Packen von Schmutz an den Rändern der Wanne würde helfen, die Wärme zu speichern. Da der Schmutz zunächst als Kühlkörper fungiert, hilft er auf lange Sicht, die Temperatur der Wanne aufrechtzuerhalten. Im Gegensatz dazu, diese Hitze an der Seite der Wanne abzulassen, damit die kalte Luft entweichen kann.

3. Das Feuer Wir begannen mit einem ziemlich soliden Feuer im Inneren des Ofens, dann umgaben wir die Spulen mit Ziegeln (mit Lochöffnungen, damit der Boden des Feuers/Kohlebetts immer noch Sauerstoff erhielt und immer noch aufgebläht werden konnte). Es gab auch eine Kaminspitze die wir oben auf die Spulen/Ziegel gesetzt haben, um mehr Wärme zu halten. (Zu jeder Zeit schoss eine 8-18-Zoll-Flamme aus der Oberseite) Nach einiger Zeit änderten wir die Taktik. Wir zogen die Oberseite ab und stellten die Ziegel etwa 6 Zoll von den Spulen entfernt auf und machten ein größeres Feuer. Wir wussten, dass wir nicht so viel Wärme speichern würden, aber es würde so viel mehr produziert werden und die Spulen würden von innen und außen im Ofen heizen. * Unser Ofen ist weniger als einen Meter von der Wanne entfernt, aber wir haben eine Platte aus verzinktem Stahl angebracht, die als Hitzeschild dient, damit die Wanne nicht in Brand gerät.

Abschließend, wie dramatisch wären unsere Gewinne, wenn wir, bis zum Rand der Wanne voller Schmutz, mit dem Stilfeuer beginnen würden, mit dem wir endeten, und ich denke, am wichtigsten, das Wasser in der Wanne umrühren würden?

Wie kann die Anschaffung einer Pumpe den Zweck des Whirlpools zunichte machen? Jeder (funktionierende) Whirlpool, den ich je gesehen und verkauft habe, hatte einen, der das Wasser durch den Filter trieb.
Rühren sollte helfen, aber vielleicht nicht genug, um es zu bemerken :(
@KyleKanos, der Grund, warum eine Pumpe den Zweck zunichte machen würde, liegt darin, dass der gesamte Zweck eines Whirlpools, der ohne thermische Zirkulation funktioniert, darin besteht, dass Sie keine Pumpe haben. Wenn Sie also eine Pumpe hinzufügen, können Sie genauso gut einen Generator dorthin ziehen und ein elektrisches Heizelement hinzufügen. Und wenn Sie noch nie einen funktionierenden Hottub ohne Pumpe gesehen haben, sollten Sie eine schnelle Google-Suche nach Dutch Hot Tubs durchführen.
Ich versuche zu überlegen, wie ein Siphon helfen könnte und wo er sich befinden könnte. Vielleicht wird diese amazon.com/TERAPUMP-2EQK-Siphon-Pump/dp/B0007VYMUQ irgendwie verkehrt herum verwendet, oder ein kleiner Zwischentank, der sich schnell aufheizt und daraus in das Bad saugt?
Ein Siphon funktioniert nicht, da er auf einem Höhenunterschied zwischen zwei Flüssigkeitskörpern beruht. In diesem Fall gibt es nur einen Flüssigkeitskörper.
@Fergus, aber es gibt zwei Flüssigkeitskörper, die Spirale und die Wanne. Vielleicht sollte die Spirale in Bezug auf die Wanne angehoben werden.
Fortsetzung: Vielleicht sollte die heiße Spirale niedriger als die Wanne sein und ihren Eingang von oben und den Ausgang zum Boden der Wanne erhalten. ein natürlicher Siphon könnte beginnen.
@annav Nein, es gibt eine freie Oberfläche, also ein Gewässer, ein Siphon ist auf einen Höhenunterschied zwischen zwei freien Oberflächen angewiesen und verwendet dazu potenzielle Gravitationsenergie. Ein Siphon kann niemals Wasser innerhalb eines einzigen Gewässers bewegen, es gibt keine treibende Kraft. en.wikipedia.org/wiki/Siphon
@Fergus Hitze kann eine treibende Kraft sein.
Es war von Anfang an klar, dass das Wasser per Thermosiphon zirkuliert, heißt es im ersten Satz des OP. Ihr Amazon-Link führt zu einem normalen (Schwerkraft-) Siphon, der zusammen mit Ihren anderen Ideen überhaupt nicht funktioniert.

Antworten (4)

Ich möchte hinzufügen, dass der "thermisch zirkulierende" Teil allgemein als Thermosiphon bezeichnet wird. Je mehr Strömung, desto besser. Sie arbeiten mit der Schwerkraft und gegen Reibung und es gibt ein Gleichgewicht. Je länger die Rohrschlange, desto mehr Wärme. Aber längere Rohre haben mehr innere Reibung. Sie möchten eine relativ kurze fette Spule. Beachten Sie, wie fett die Dutch Tub-Pfeifen sind. Außerdem wollen Sie wirklich die Wanne über dem Feuer. Ich kann nur vermuten, dass sich Ihre Wanne unter dem Feuer befindet, da sie teilweise unterirdisch ist. Und schließlich ist Wasser der beste Kühlkörper, den es gibt. Die Wärme aus dem System in den Schmutz entweichen zu lassen, wirkt sich nur gegen Sie aus. Isolieren Sie das Ding von allen Seiten.

Trockener Schmutz ist ein ziemlich guter Isolator. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit höher ist als bei den meisten "Isolierungen", hat sie eine ziemlich geringe Wärmekapazität und erwärmt sich daher schnell. Obwohl sie eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat, gleicht sie dies aus, indem sie viel dicker ist als jede Isolierung, die Sie kaufen würden.

Wie Sie wissen, findet eine thermische Schichtung statt. Sobald die obere Oberfläche der Wanne heiß ist, wird die treibende Kraft (Temperatur- und damit Dichteunterschied) für den thermischen Siphoneffekt reduziert. Das Mischen der Wanne wird hier definitiv helfen.

Alle Wannen, die ich gesehen habe, sind sehr gut isoliert (sie brauchen Tage, um abzukühlen ...), so dass das Vergraben keine große Verringerung des Wärmeverlusts bewirkt. Ihr Deckel klingt wie das schwache Glied, wenn es um die Reduzierung des Wärmeverlusts geht.

Verschmutzungen im Dampfrohr können die Wärmeübertragung auf das Wasser erheblich reduzieren. Im Extremfall um eine Größenordnung.

Um die „off the grid“-Ästhetik beizubehalten und gleichzeitig die Wärmeübertragung zu verbessern, könnte eine nicht elektrische Pumpe verwendet werden. Eine Wasserpumpe von einem Geschirrspüler oder einer Waschmaschine könnte so aufgerüstet werden, dass sie auf andere Weise mit Strom versorgt wird. Einige Ideen: Ein Aufziehmechanismus, Tretkraft, eine Windmühle (oder eine 'Feuermühle', die vom Abgasstrom des Feuers angetrieben wird!?) Oder irgendein anderes verrücktes Schema, das Ihnen einfällt, es braucht nicht viel zu dramatisch Verbesserung der Durchflussrate aus der aktuellen thermischen Siphonrate. Motorradtachokabel sind eine wirklich flexible (Wortspiel beabsichtigte) Möglichkeit, Rotationsenergie von einem Ort zum anderen zu übertragen.

Unter Bezugnahme auf die Engineering-Toolbox-Seite zur Wärmeleitfähigkeit ist die Wärmeleitfähigkeit trockener Erde 1.5   W M K während das der Luft ist 0,024   W M K . Das bedeutet, dass die Wärmeleitfähigkeit am Boden der Wanne 60-mal höher ist als oben! Dies berücksichtigt zwar nicht die Luftbewegung durch Wind und Konvektion neben dem Whirlpool, aber ich glaube nicht, dass diese Faktoren die Wärmeleitfähigkeit um mehr als eine Größenordnung erhöhen werden.

Wenn Sie also möchten, dass die Wanne besser funktioniert, müssen Sie sie wahrscheinlich von allen Seiten isolieren. besonders der Teil, der jetzt unterirdisch ist.

Die Wärmeleitfähigkeit der Luft spielt nur in der meist recht dünnen Grenzschicht eine Rolle. Während die Wärmeleitfähigkeit des Schmutzes höher ist, geht die Wärme, wenn sie an den Schmutz "verloren" geht, nicht weg, sondern verringert nur den Temperaturgradienten, wodurch die Wärmeübertragung verlangsamt wird. Während der Schmutz die Wärme zunächst schnell ableiten würde, würde er die Wärme mit Sicherheit besser speichern als die Luft.

Konvektion ist sehr effektiv, um heißeres Wasser nach oben zu bewegen; Das Problem ist, dass das heiße Wasser, sobald es die Heizungsbaugruppe verlässt, sich vom oberen Rohr Ihrer Wanne weiter nach oben bewegt, bevor es sich mit dem darunter liegenden Wasser vermischt. Ihr System überträgt daher viel mehr Wärme an die Luft als an das Wasser unter diesem oberen Rohr.

Wenn das Ziel darin besteht, das Wasser zwischen den beiden Rohren zu erhitzen, muss heißes Wasser über das untere Rohr eintreten. Die Wanne wurde wahrscheinlich mit der Absicht entworfen, mit einem mechanisch gepumpten System verwendet zu werden, aber wenn sich das Feuer auf einer niedrigeren Höhe als die Wanne befände, wäre es möglich, eine "Acht" -Anordnung von Schläuchen zu verwenden, um dies zu erreichen erforderliche Zirkulation durch Konvektion. Unter Verwendung einer solchen Anordnung würde Wasser, das von den Heizspulen kommt, nicht in der Lage sein, auf die Luft zu treffen, bis es den Rest des Wassers durchlaufen hat und die Möglichkeit hatte, Wärme darauf zu übertragen. Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, dass die Konvektion ausreichen würde, um die Wanne mit der gezeigten Anordnung ausreichend zu erwärmen, aber es wäre besser als die Anordnung, die Sie jetzt haben.

Eine Konvektionsschleife ist am effektivsten, wenn die Aufwärtsgeschwindigkeit des aufsteigenden Fluids im Verhältnis zur Abwärtsgeschwindigkeit des absteigenden Fluids gering ist. Die Verwendung eines Achterrohrs mit einer nahezu vertikalen Linie von der Oberseite der Wanne bis zum Boden des Bodens der Spule würde dies erreichen, da die horizontale Querschnittsfläche Ihrer Heizspulen größer wäre als die einer nahezu vertikalen vertikales Rohr, und die horizontale Querschnittsfläche der Wanne wäre noch größer. Leider ist Ihre derzeitige Anordnung das Gegenteil davon: Der horizontale Querschnitt der Wanne (wo das Wasser abfließen soll) ist im Verhältnis zur Querschnittsfläche Ihrer Heizungsrohre enorm.

Während die Verringerung der Höhe des Feuers die Dinge weniger bequem machen kann, sollte es möglich sein, Feuer in einer Grube einigermaßen effektiv brennen zu lassen, wenn Sie einen ungehinderten Luftweg zum Feuer schaffen und einen ausreichenden Kamineffekt erzeugen, um sicherzustellen, dass dies der Fall ist Erwärmte Luft konkurriert nicht mit dem Weg der einströmenden Luft, um einen Ausgang zu finden.

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