Innovatieve technologie zorgt ervoor dat installaties minder koudemiddel nodig hebben. Daardoor wordt het eenvoudiger om aan wetgeving te voldoen, bijvoorbeeld t.a.v. de volumegrens voor brandbare natuurlijke koudemiddelen. Dr. Dennis van de Bor promoveerde onlangs op onderzoek naar minichannel-warmtewisselaars, een innovatie waardoor de koudemiddelvulling van koelsystemen kan worden verkleind. Lees alles over F-gassen op http://www.koudeenluchtbehandeling.nl/f-gassen-dossier

1. 1Challenge the future
Minikanaal warmtewisselaar
F-gassen congres 2015
Dennis van de Bor

2. 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

3. 3Challenge the future
Agenda
• Alternatieve toepassingen
• Introductie
• Prototype
• Experimenten
• Numerieke resultaten
• Warmteoverdracht in minikanalen (potentieel)
• Conclusion

4. 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

5. 5Challenge the future
Introductie
• Warmtepomp voor de procesindustrie
• Lage ΔT
• Groot vermogen
• Resistent (proces & koudemiddel)
• Groot oppervlakte
Minikanaal warmtewisselaar

6. 6Challenge the future
4
4
Introduction
• Warmtewisselend oppervlak: omgekeerd evenredig met dh
• Warmteoverdrachtscoefficient: omgekeerd evenredig met dh
• Volume~𝑑 𝐻
2
Minikanaal warmtewisselaar: Doorsnede
4
4
Totaal 32 Totaal 16

7. 7Challenge the future
Prototype
• Header
• Structureel ontwerp
• Goede verdeling
Warmtewisselaar

8. 8Challenge the future
Prototype
Positie Waarde eenheid
Lengte 0.655 m
Aantal buizen 116
Binnendiameter buizen 0.5 mm
Buitendiameter buizen 1.0 mm
Binnendiameter omhulsel 21 mm
Buitendiameter omhulsel 25 mm
Hydraulische diameter
omhulsel
1.8 mm
Gewicht 2 kg
Oppervlakte 0.24 m2
Warmtewisselaar

9. 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

10. 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

11. 11Challenge the future
Numerieke resultaten
Temperatuurprofiel
167
147
127
107
87
67
147
655 mm

12. 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
Pressuredrop/bar
Reynolds Number
Measurement
Theory
Theory max flow area
v
v

13. 13Challenge the future
Warmteoverdracht in minikanalen
• Resultaten:
Potentieel
0
2500
5000
7500
10000
0 15000 30000 45000 60000 75000 90000
Absorptionsideheattransfercoefficient/Wm-2K-1
Heat load / W m-2
set point 180°C
set point 140°C
𝛼 𝑎𝑏𝑠 = 0.0152
𝑄
𝐴
1.17
𝛼 𝑎𝑏𝑠 = 0.0079
𝑄
𝐴
1.29
10000
7500
5000
2500
0

14. 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
hdes/Wm-2K-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
Pressuredrop/bar
day
150 kg m⁻² s⁻¹
175 kg m⁻² s⁻¹
200 kg m⁻² s⁻¹
240 kg m⁻² s⁻¹
300 kg m⁻² s⁻¹

15. 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

16. 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