Forbedring af Varmetransmission i Varmevekslere

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Forbedring af Varmetransmission i Varmevekslere"

Leif Olsen
6 år siden
Visninger:

2 Forbedring af Varmetransmission i Varmevekslere Temadag om Energibesparelser i Industrien, 2. nov Helle Svendsen, konsulent, Kemi- og Bioteknik, Teknologisk Institut hsv@teknologisk.dk, tlf

Aflur den kommende tid de veje, den vil bane for udviklingen, og stil jer så dér, hvor I aner, at Instituttets hjælp bliver fornøden.

3 Hvorfor er Teknologisk Institut til? Teknologisk Institut har eksisteret siden 1906 den samme eksistensberettigelse som for 106 år siden: Se fremad, fremad! Aflur den kommende tid de veje, den vil bane for udviklingen, og stil jer så dér, hvor I aner, at Instituttets hjælp bliver fornøden. Vent ikke, at nyt land nås ad gamle, banede veje. Ad ukendte stier og snarveje vil vejen ofte gå, sagde Gunnar Gregersen. Det er vigtigt, at vi alle har øjnene åbne for de muligheder, der eksisterer også i turbulente tider at vi tør gå foran og agere fremsynet, adm. direktør Søren Stjernqvist

Mission Teknologisk Institut: Samarbejder med små og mellemstore danske virksomheder En vigtig leverandør af specialistviden også til store virksomheder ~ 1000

4 Mission Teknologisk Institut: Samarbejder med små og mellemstore danske virksomheder En vigtig leverandør af specialistviden også til store virksomheder ~ 1000 medarbejdere Arbejder både nationalt og internationalt Kurser/uddannelse Udvikling og rådgivning inden for primært fødevarer, miljøteknologi, materialer og energi

Teknologisk Instituts Rolle i Vidensystemet Videnudvikling Vi udvikler ny viden gennem forsknings- og udviklingsaktiviteter på linje med universiteter og andre forskningsinstitutioner Videnanvendelse

5 Teknologisk Instituts Rolle i Vidensystemet Videnudvikling Vi udvikler ny viden gennem forsknings- og udviklingsaktiviteter på linje med universiteter og andre forskningsinstitutioner Videnanvendelse Vi anvender ny og eksisterende viden i serviceydelser på kommercielle vilkår fx laboratorietests, prøvning og certificering Videnoverførsel Vi overfører ny viden gennem rådgivning, uddannelse og fx operatøropgaver på kommercielle vilkår og i fri konkurrence

Center for Kemi- og Bioteknik Fagligt center

og molekylærbiologer Rådgivning og Forskning

6 Center for Kemi- og Bioteknik Fagligt center med base i kemi, fysik og mikrobiologi 28 medarbejdere placeret i Aarhus Civilingeniører, kemikere, fysikere, mikro- og molekylærbiologer Rådgivning og Forskning og Udvikling (F&U) inden for industriel kemi og mikrobiologi

7 Center for Kemi- og Bioteknik Fokus på: Miljø og Bioteknologi

8 Center for Kemi- og Bioteknik Fokus på: Miljø og Bioteknologi Sundhedsteknologi

9 Center for Kemi- og Bioteknik Fokus på: Miljø og Bioteknologi Sundhedsteknologi Proces og Materialekemi Partikelkarakterisering (væske/luft): Identifikation, størrelse, koncentration Kontrol og Processtyring: Onlinemålinger Materiale og Produkter: Identifikation, kemikaliesubstitution, rådgivning Forbedre virkningsgrad og nye egenskaber af materialer og overflader Strukturerede Overflader

10 Strukturerede Overflader Fra naturens side er mange overflader forbedret via struktur: Ændring af vædende egenskaber Optiske effekter Friktion Gekko

EnE-HVAC EU-projekt (2012-2015) Demonstration af

af nye teknologier: Nanoteknologisk forbedrede

virkningsgrad af kølemiddel Nanostrukturerede

11 EnE-HVAC EU-projekt ( ) Demonstration af energibesparelser i HVAC-anlæg gennem anvendelse af nye teknologier: Nanoteknologisk forbedrede coatings Anti-icing overflader til varmevekslere Forbedre kondens-dræning Nanovæsker til forbedring af varmetransport Forøget virkningsgrad af kølemiddel Nanostrukturerede coatings til forøget varmeoverførsel Forøge fordampning og kondensering

12 Varme ind fordampning EnE-HVAC Fordamper kompressor Kondensator T o kompression T c P o ekspansion kondensering P c Varme ud ekspansionsventil T o Effektivitet ε = T c T o Forbedring af varmeoverførsel i fordamperen CO 2 benyttes som kølemiddel

13 Varmeflux, q (w) Definition af Varmeoverførsel Konvektion materiale bobledannelse konvektion Bobledannelse DT ( ) materiale kølemiddel materiale T o T overflade DT varmeovergangstal q = α (T o -T overflade ) q(w) varmeflux DT Nukleering af bobler: T overflade >T o Større varmeovergangstal ved bobledannelse

14 Varmeflux, q (w) Definition af Varmeoverførsel Struktureret overflade Konvektion materiale bobledannelse konvektion Bobledannelse DT ( ) materiale kølemiddel materiale T o T overflade DT materiale Struktureret overflade q(w) varmeflux Struktur giver anledning til tidlig boblekogning grundet øget nukleering af bobler Videreudvikle eksisterende viden om overfladestrukturering og omsætte det til praksis

15 Strukturerede Overflader

16 Varmeflux, q (w) EnE-HVAC Struktureret overflade Fordamper W k Kondensator T o T c bobledannelse P o P c konvektion DT ( ) Effektivitet ε = T o T c T o Samme varmeflux, q, ved lavere DT T o stiger Effektiviteten stiger kølemiddel materiale T o T overflade DT 1K T o 2-3% W k q(w)

17 Strukturerede Overflader Dannelse af maske + Rustfrit stål Polystyren-kugler størrelse: nm-mm

Strukturerede Overflader Deponering af PS Dannelse af maske

dækningsgrad Udfordringer Aggregering af kolloider under

ledende substrater Fordele Let opskalering Billigt og simpelt

18 Strukturerede Overflader Deponering af PS Dannelse af maske Elektrodeponering Spraydeponering Fordele God kontrol Stor dækningsgrad Udfordringer Aggregering af kolloider under tørring Kompleks elektrodesetup for 3Doverflader Kræver ledende substrater Fordele Let opskalering Billigt og simpelt udstyr Udfordringer Lav dækningsgrad (~30%) Aggregering af kolloider under tørring

19 Strukturerede Overflader Deponering af TiO 2 Dannelse af maske TiO 2 deponering PVD-belægning af TiO 2 Prøve Targets

20 Strukturerede Overflader Deponering af TiO 2 Dannelse af maske TiO 2 deponering Maske-fjernelse Kugler fjernes ved tape stripping

21 Strukturerede Overflader Strukturerede emner: Struktur 1 Struktur 2 Struktur 3 Struktur 4 Struktur 5 Kontrol (ikke struktureret): Rustfrit stål TiO 2

22 Testcelle Måler varmeoverførsel på 2x2 cm 2 prøver

23 Varmeflux, q (w/m 2 ) Testcelle kølemiddel materiale T o T overflade DT Trykmåler q(w) CO 2 q = α (T o -T overflade ) Isolator Prøve Varmeelement Flux: U I q = A Termometer DT ( )

24 Flux (W/m 2 ) Resultater TiO2 reference SS reference DT (K)

25 Flux (W/m 2 ) Resultater Flux vs. DT TiO2 reference SS reference Struktur 1 Struktur 2 Struktur 3 Struktur 4 Struktur DT (K)

26 a (W/(m 2 *C) Resultater a vs. DT DT (K) TiO2 reference SS reference Struktur 1 Struktur 2 Struktur 3 Struktur 4 Struktur 5

27 Strukturerede Overflader Strukturerede emner: Struktur 1 Struktur 2 Struktur % 50-60% 40-50% Struktur 4 Struktur % 5-15% Struktur 2 størst dækningsgrad Struktur 5 lavest dækningsgrad

28 Flux (W/m 2 ) Resultater TiO2 reference SS reference Struktur 1 Struktur 2 Struktur 3 Struktur 4 Struktur DT (K) Struktur 2 størst dækningsgrad Struktur 5 lavest dækningsgrad Nødvendigt at undersøge størrelse i forhold til dækningsgrad

29 Flux (W/m 2 ) Resultater SS reference Struktur DT (K) Struktur 2 giver hurtigere bobledannelse 1K T o 2-3% W k

Konklusion Center for Kemi- og Bioteknik arbejder med

varmeoverførsel i varmevekslere ved strukturering af overflader

30 Konklusion Center for Kemi- og Bioteknik arbejder med nye/forbedrede egenskaber af materialer og overflader Forbedring af varmeoverførsel i varmevekslere ved strukturering af overflader Energiforbruget til kompressoren kan potentielt sænkes omkring 5-10 % Undersøge strukturstørrelse vs. dækningsgrad Undersøge struktureringseffekter i kondensatoren Tilsætte nanopartikler til kølemiddel 1K T o 2-3% W k

Relaterede dokumenter

Store Varmepumper Virkningsgrader, COP m.m.

Store Varmepumper Virkningsgrader, COP m.m. IDA, København d. 25/02-2015 Bjarke Paaske Center for køle- og varmepumpeteknik Teknologisk Instituts rolle i vidensystemet Videnudvikling Vi udvikler ny viden