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

Pågående

Propac Control

Projektet Propac Control adresserar utmaningarna med system för luftkonditionering med mycket liten köldmediemängd i förhållandet till köldmedieflödet. En felfördelning av köldmedium riskerar att skada komponenterna, försätta systemet i ett svängningstillstånd och minska verkningsgraden. Projektet ska utveckla och utvärdera strategier för kontrollsystem som hanterar dessa problem.

Avslutad

EkoPack

EkoPack-projektet har visat på möjligheterna att kraftigt reducera köldmediemängden i kyl- och värmepumpssystem och samtidigt upprätthålla energieffektiviteten. Därmed öppnas möjligheten att använda naturliga köldmedier i fler applikationer som tidigare har varit begränsade utifrån riskbedömningar i gällande säkerhetsstandarder.

Pågående

Spillvärmesamarbete i Kiruna

Den pågående stadsomvandlingen i Kiruna kräver en utveckling av energisystemet och stadens mål är ett klimatneutralt energisystem till år 2025. Projektet utreder hur Tekniska Verken i Kiruna kan bidra till stadens mål genom ökad spillvärmeåtervinning från LKAB.

Områden

Fjärrvärme

Pågående

Cirkulär teknisk-ekonomisk analys av energilagring

Projektet är ett delprojekt för den svenska delen i annexet “Economics of Energy Storage – EcoEneSto” inom IEA TCP Energy Storage. Målet är att ta fram modell för utvärdering av den tekniska prestandan tillsammans med ekonomisk genomförbarhet i dem integrerade energilagrings tillämpningarna, som uppvärmning, kylning, integrering av förnybar energi, med fokus på att förbättra systemeffektiviteten.

Pågående

Digitalization and IoT technologies for Heat Pump Systems

In the project, KTH and RISE are actively contributing to the periodic workshops are organized and coordinated by the Annex 56, where representatives of companies and institutions from Sweden, Austria, France, Germany, Denmark, Norway and Switzerland collaborate to provide guidance, data and knowledge about heat pumping technologies with respect to IoT applications.

Pågående

Energiexport från livsmedelsbutiker

I projektet kommer minst fyra fallstudier att studeras och bedömas med fokus på butikskyla, värmeåtervinning och komfortkyla. Erfarenheterna från projektet förväntas leda till flera verkliga fall av samverkan mellan fastighetsägare och livsmedelsbutiker.

Relaterade Nyheter

Se alla nyheter

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.

11
maj

Ny rapport ger det senaste inom värmepumpsteknik

Värmepumpar är en av nyckellösningarna för att nå klimatmålet globalt. IEA HPT är ett internationellt forskningssamarbete kring värmepumpsteknik där Sverige deltar tillsammans med 16 andra länder för att utveckla nya lösningar. Inom samarbetet har en årsrapport tagits fram som ger en överblick över höjdpunkter under 2021 och pågående aktiviteter inom samarbetet.

06
maj

Kan flexibla värmepumpar minska flaskhalsar i elnätet?

När andelen el från förnybara källor ökar leder det till att tillgången på el varierar alltmer. Den varierande tillgången kombinerat med nytillkomna flaskhalsar i näten ökar behovet av flexibilitet i energisystemet. Med hjälp av värmepumpar och kylmaskiner kopplade till termiska nät som fjärrvärme, fjärrkyla och framtidens lågtempererade nät kan flexibiliteten i elnätet öka.

29
apr

Fjärrvärmen skapar robusta system och bidrar till klimatmålen

Projektet Gemensam eller individuell värme – vilket är bäst, undersöker hur olika sätt att värma ny bebyggelse påverkar möjligheterna att nå nationella klimatmål och belyser det faktum att fjärrvärmen, trots sin lite underskuffade roll i debatten, fortsatt har en viktig roll att fylla för att skapa robusta energisystem och minska belastningen i nätet.

25
apr
Hedenverket

Så skapas en lönsam vätgasaffär

Vätgas är en energibärare som spås få en viktig roll i framtidens hållbara energisystem. Med el från förnybar energi kan grön vätgas tillverkas av vatten. Genom att koppla vätgasproduktionen till fjärrvärmeanläggningar kan man skapa synergieffekter som ökar lönsamheten. Det menar projektledarna för projektet HyCoGen som tittar på vilka systemvinster som kan göras.

22
sep

Innovationer inom värme och kyla tar plats

Pressmeddelande: Energiforsk och Celsius innovationskluster ska tillsammans, på uppdrag av Energimyndigheten, sköta den utåtriktade kommunikationen i forsknings- och innovationsprogrammet Termo – värme och kyla för framtidens energisystem, under minst två år.

Områden

Övrigt

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