Avslutad

3D-printing av värmeväxlare

Genom att tillverka värmeväxlare i 3D-printing kan man släppa de flesta restriktionerna relaterade till tillverkningen och tillåtas att tänka helt fritt. Det innebär helt nya möjligheter och initierar nya tankar om hur en värmeväxlare bör utformas. Vi kommer att utforma nya geometrier och optimera dem med hjälp av datorsimuleringar.

Värmeväxlares geometri är mycket viktig för deras prestanda. Traditionella tillverkningsmetoder har hittills satt gränser för hur geometrin kan utformas. Genom att utnyttja 3D-printing kan helt nya värmeväxlargeometrier skapas, vilket möjliggör förbättrade prestanda och i förlängningen  potentiellt energibesparingar. I detta projekt kommer nya värmeväxlargeometrier att optimeras genom datorsimuleringar och därefter tillverkas med 3D-printing och testas i labb.

Metoden 3D-printing eller additiv tillverkning tillåter tillverkning av mycket komplexa strukturer. Hittills har metoden mest använts för att tillverka prototyper, huvudsakligen i plast, men när tekniken utvecklas sjunker kostnaden och precisionen i tillverkningen ökar. Dessutom finns nu möjlighet att tillverka tredimensionella strukturer i metall, även i koppar. För framtiden, och för speciella applikationer, är det av intresse att undersöka vad den nya tekniken kan få för betydelse om den används för tillverkning av värmeväxlare.

För att få effektiv värmeöverföring kan man utnyttja turbulatorer, uppstyckade flödeskanaler, porösa ytstrukturer, flänsar av olika slag, mycket tunna kanaler, kanaler med varierande tvärsnitt mm. Den vetenskapliga litteraturen innehåller många analyser av hur ytor och kanaler bör utformas för bästa värmeöverföring. I praktiken behöver man också ta hänsyn till hur ytorna och värmeväxlarna ska tillverkas, och hur delarna ska fogas samman.

Genom att tillverka värmeväxlare i 3D-printing kan man släppa de flesta restriktionerna relaterade till tillverkningen och tillåtas att tänka helt fritt. Det innebär helt nya möjligheter och initierar nya tankar om hur en värmeväxlare bör utformas. Vi kommer att utforma nya geometrier och optimera dem med hjälp av datorsimuleringar. Därefter kommer de bästa geometrierna att tillverkas med 3D-printing och testas i vårt labb. Inom projektet samarbetar vi med institutionen för Industriell Produktion på KTH, som har expertis och utrustning för 3D-printing. Vi har också goda kontakter inom industrin där alternativ utrustning för 3D-printing finns tillgänglig.

Som ett resultat av utvecklingen inom additiv tillverkning, även kallat 3D-printing, kan nya värmeväxlargeometrier tillverkas som ger låg intern volym, bättre värmeövergång och högre effektivitet än tidigare varit möjligt. Detta projekt har målsättningen att undersöka hur den nya tillverkningstekniken ska utnyttjas för att få bästa möjliga prestanda för värmeväxlare, i enfasströmning såväl som vid förångare och kondensorer. Projektet kan betraktas som grundläggande forskning, men resultaten förväntas kunna tillämpas i nya värmeväxlartyper relativt omgående.

Inom projektet kommer värmeväxlare att utformas och optimeras genom s.k. evolutionära algoritmer och numeriska strömningsberäkningar, för att sedan tillverkas additivt. De tillverkade värmeväxlarytorna kommer därefter att testas på institutionens laboratorium och beräkningarna från simuleringarna att verifieras. Ett förväntat resultat av projektet är riktlinjer för hur värmeväxlare baserade på 3D-printing bäst ska utformas.

Sammanfattning

Projektnamn

Design, optimering och tillverkning av högeffektiva värmeväxlare tillverkade med 3D-printing.

Organisation

KTH, Inst Energiteknik, Avd. Tillämpad termodynamik och kylteknik.

Projektledare

Björn Palm

Aktörer

Inst. Industriell Produktion, KTH.

Energimyndighetens projektnummer

48303-1

Relaterade projekt

Se alla projekt

Avslutad

Ranagård med ny 4GDH-teknik

Projektet utför en transdisciplinärt studie i samband med implementering av en ny fjärrvärmeteknik (4GDH) till ett bostadsområde, för att studera teknikacceptans av bygg- och installationsbranschen samt identifierar vilka hinder som uppstår vid införande av ny teknik.

Områden

Fjärrvärme

Avslutad

Utveckling av kombinerat energilager-värmeväxlare för PCM med luft som värmebärare

Projektet ska studera hur man kan utveckla ett kombinerat energilagervärmeväxlare med luft som värmebärare. Detta projekt är första steget i utvecklingen av ett innovativt PCM-baserat kylabatteri som kan användas för klimatsmart kyla i t ex frikyla, nattkyla för stora kondensorer, samt komfort i fordon vid avstannad motor och fler. Ny kunskap ger förståelse för de bidragande mekanismer som är inblandade i de kombinerade värmeöverförings- och fasändringsprocesserna i en PCM-värmeväxlare, och nyttjas till att ta fram en första prototyp som utvärderas i laborationsmiljö.

Relaterade Nyheter

Se alla nyheter

22
dec

Helhetsperspektiv och samverkan är Termos styrkor

Termo är ett starkt program som bidrar med ett helhetsperspektiv inom området för värme och kyla. Kompetens har byggts upp för alla som har varit involverade i projektverksamheten, främst genom att doktorander involverats i projekten. Men bland annat resultat- och kunskapsspridningen kan förbättras, visar en utvärdering av Termo.

01
nov

Forskning och innovation inom värme har stor roll att spela för framtidens energisystem

Forskare inom värme och kyla har stor betydelse för att sprida kunskap till politiska beslutsfattare och utformningen av framtidens energisystem. Dessutom blir värmepumpssektorn i Europa allt viktigare i och med EU:s omställning mot ett grönare elsystem och bort från gas. Det var två slutsatser som framkom när ”Termodagen – samspel i energisystemet" arrangerades i Stockholm i början av oktober 2022.

23
jun
Gävle

Fjärrkyla är framtiden för våra allt varmare bostäder

Klimatförändringarna med ökade temperaturer ökar behovet av att kyla ner byggnader som människor bor och vistas i. Dessutom ska alla nya byggnader vara Nära Noll Energi-byggnader, välisolerade och med liten förmåga att släppa ut värmen. Projektet Komfortkyla i framtida stadsdelar tittar på vilken metod för kylning som är bäst för framtidens byggnader.

21
jun

Brinnande intresse för brännbara köldmedier

År 2020 tillverkades cirka 110 miljoner luftkonditioneringar och prognosen är 150 miljoner år 2027. Idag används i huvudsak icke naturliga, syntetiska köldmedier med hög växthuseffekt som måste ersättas. Projektet PROPAC har tagit fram en demonstration för en teknik i luftkonditioneringar av split typ som använder ett naturligt och miljövänligt, men brandfarligt köldmedium.

Relaterade Event

Se alla event

row boat

Webinar: När världen behöver kylas

Med stigande temperaturer och allt mer frekventa värmeböljor kommer efterfrågan av kyla till våra inomhusmiljöer bli allt större. År 2020 tillverkades till exempel cirka 110 miljoner luftkonditioneringar i världen och prognosen är 150 miljoner år 2027. 

Illustration av fjärrvärme

Webinar: Fjärrvärmens roll i framtidens energisystem

Hur kan fjärrvärmesystem bli mer effektiva och flexibla genom sektorkopplingar till olika tekniker så som vätgas, värmepumpar och kylmaskiner? Och vad är egentligen bäst för nya bostadsområden – anslutning till fjärrvärmenätet eller individuella värmelösningar?

Områden

Fjärrvärme