Congres F-gassen 2015. Workshop 5: Verkleining van koudemiddelvolume

1Challenge the future

Minikanaal warmtewisselaar

F-gassen congres 2015

Dennis van de Bor


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


Agenda

• Alternatieve toepassingen

• Introductie

• Prototype

• Experimenten

• Numerieke resultaten

• Warmteoverdracht in minikanalen (potentieel)

• Conclusion


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


Introductie

• Warmtepomp voor de procesindustrie

• Lage ΔT

• Groot vermogen

• Resistent (proces & koudemiddel)

• Groot oppervlakte

Minikanaal warmtewisselaar


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


Prototype

• Header

• Structureel ontwerp

• Goede verdeling

Warmtewisselaar


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


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


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


0.1 bar

0.01 bar

1 bar


Numerieke resultatenTemperatuurprofiel

167

147

127

107

87

67

147

655 mm



• 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



• 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



• 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


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


Vragen?

• Meer info?

• Proefschrift: D.M. van de Bor, Mini-Channel Heat Exchangers for

Industrial Distillation Processes. Beschikbaar via

repository.tudelft.nl

of

• Email: [email protected]

Congres F-gassen 2015. Workshop 5: Verkleining van koudemiddelvolume

Engineering

Transcript of Congres F-gassen 2015. Workshop 5: Verkleining van koudemiddelvolume