Post on 09-Aug-2015
1Challenge the future
Minikanaal warmtewisselaar
F-gassen congres 2015
Dennis van de Bor
2Challenge the future
Volume
• Prototype, buis
• 0.015L, +/- 9 gram koudemiddel (r134a, 20oC, q=0.5)
• Prototype, omhulsel
• 0.118L, +/- 72 gram koudemiddel (r134a, 20oC, q=0.5)
• Voorbeeld plaatwarmtewisselaar, AlfaLaval AC16-28
• Prototype: +/- 1.5 kW (NH3/H2O)
• AC16-28platen: +/- 1.5 kW (NH3/H2O)
• Bij gelijke capaciteit, AC16-28 platen,
• +/- 230 gram koudemiddel
3Challenge the future
Agenda
• Alternatieve toepassingen
• Introductie
• Prototype
• Experimenten
• Numerieke resultaten
• Warmteoverdracht in minikanalen (potentieel)
• Conclusion
4Challenge the future
Alternatieve Toepassingen
• Ontwikkeld voor industriele compressie-resorptie
warmtepompen: ammonia/water
• Geschikt voor:
• CO2
• Propaan / propeen
• Ammoniak
• Mobiele toepassingen: licht en compact
• Minder geschikt voor:
• Systemen met een lage druk
• Vuile systemen / systemen met een vervuilende stof
5Challenge the future
Introductie
• Warmtepomp voor de procesindustrie
• Lage ΔT
• Groot vermogen
• Resistent (proces & koudemiddel)
• Groot oppervlakte
Minikanaal warmtewisselaar
6Challenge the future
4
4
Introduction
• Warmtewisselend oppervlak: omgekeerd evenredig met dh
• Warmteoverdrachtscoefficient: omgekeerd evenredig met dh• Volume~𝑑𝐻
2
Minikanaal warmtewisselaar: Doorsnede
4
4
Totaal 32 Totaal 16
7Challenge the future
Prototype
• Header
• Structureel ontwerp
• Goede verdeling
Warmtewisselaar
8Challenge the future
Prototype
Positie Waarde eenheidLengte 0.655 m
Aantal buizen 116Binnendiameter buizen 0.5 mmBuitendiameter buizen 1.0 mm
Binnendiameter omhulsel 21 mmBuitendiameter omhulsel 25 mm
Hydraulische diameter omhulsel
1.8 mm
Gewicht 2 kgOppervlakte 0.24 m2
Warmtewisselaar
9Challenge the future
Experimenten
• Water – Water, warmteoverdracht shell 1100-1200 W/m2/K
• Warmteoverdracht tubes 4000-5000 W/m2/K
• Laminaire stroming, 0 – 20 kg/h, max 0.33L/min, max 1.5 kW
Warmteoverdracht in minikanalen
10Challenge the future
Experimenten
• Water (buis, 0-20 kg/h) – Mix (shell, 0-6 kg/h), 0 – 600 W/m2/K
• Water (shell, 0-20 kg/h) – Mix (buis, 0-6 kg/h), 0 – 700 W/m2/K
• Mix-Mix, 0-20kg/h, 0-1500 W/m2/K.
• 2000 W/m2/K gemeten, betrouwbaar?
• Temperatuurverschil: < 1K gemeten
Warmteoverdracht in minikanalen
0.1 bar
0.01 bar
1 bar
11Challenge the future
Numerieke resultatenTemperatuurprofiel
167
147
127
107
87
67
147
655 mm
12Challenge the future
Warmteoverdracht in minikanalen
• Coaxiale warmtewisselaar: dtube = 1.1 mm / dh,shell = 0.4 mm, L = 0.8 m
Potentieel
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 200 400 600 800
Pre
ssu
re d
rop
/ b
ar
Reynolds Number
Measurement
Theory
Theory max flow area
vv
13Challenge the future
Warmteoverdracht in minikanalen
• Resultaten:
Potentieel
0
2500
5000
7500
10000
0 15000 30000 45000 60000 75000 90000
Ab
sorp
tion
sid
e h
eat
tran
sfer
coef
fici
ent
/ W
m-2
K-1
Heat load / W m-2
set point 180°C
set point 140°C
𝛼𝑎𝑏𝑠 = 0.0152 𝑄
𝐴
1.17
𝛼𝑎𝑏𝑠 = 0.0079 𝑄
𝐴
1.29
10000
7500
5000
2500
0
14Challenge the future
Warmteoverdracht in minikanalen
• Resultaten: Warmteoverdrachtscoefficient en drukval
• Toenemende drukval met de tijd vervuiling
• Geen invloed op de warmteoverdracht
Potentieel
0
3000
6000
9000
12000
15000
0 50 100 150 200 250 300 350
hd
es
/ W
m-2
K-1
Mass flux tube / kg m-2 s-1
hdesorber
eq. (5.4)
0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
0 5 10 15 20
Pre
ssu
re d
rop
/ b
ar
day
150 kg m⁻² s⁻¹175 kg m⁻² s⁻¹200 kg m⁻² s⁻¹240 kg m⁻² s⁻¹300 kg m⁻² s⁻¹
15Challenge the future
Conclusie
• Ontwikkeld voor industriele warmtepomp en koeltechniek
• Hoge prestaties
• Klein volume; minimale hoeveelheid koudemiddel
• Nieuwe toepassingen
• Limitaties
• Redesign
• Korter
• Hogere prestaties
• Maakbaarder
• Betaalbaar
• Productie
• Aansluitingen
16Challenge the future
Vragen?
• Meer info?
• Proefschrift: D.M. van de Bor, Mini-Channel Heat Exchangers for
Industrial Distillation Processes. Beschikbaar via
repository.tudelft.nl
of
• Email: vdbdennis@gmail.com