Pågående

Porösa ytor för bättre förångare i värmepumpar och kylanläggningar

Vid KTH har en speciell struktur utvecklats som typiskt kan ge tre graders högre förångningstemperatur, dvs en minskad energianvändning med mellan 5 och 10% för anläggningen. Värmeövergångstalet har visats kunna ökas med en faktor tio.

I värmepumpar och kylanläggningar absorberas värme i förångaren genom att ett köldmedium kokar. Genom att förse förångarnas ytor med en porös ytstruktur kan man få vätskan att koka lättare. Det betyder att det behövs mindre temperaturdifferens mellan ytan och vätskan för att den ska börja koka. Den porösa ytan kan på det sättet ge effektivare värmepumpar och kylanläggningar. Projektet handlar om hur den porösa ytan ska utformas för att ge bäst effekt på värmepumpens värmefaktor.

I tidigare projekt har vi visat att en effektiv porös yta för förbättring av värmeövergången vid kokning kan skapas med hjälp av elektrodeposition av koppar på värmeväxlarens ytor vid hög strömstyrka. Detta görs genom att förångarytan sänks ner i en elektrolyt med kopparjoner och elektrisk ström får tvinga jonerna till ytan där de faller ut som små sammankopplade korn av metallisk koppar varpå en dendritisk, trädlik, struktur bildas. Vid högre strömstyrka utvecklas vätgas och när man tittar på processen ser det ut som om elektrolyten kokar. Vätgasen bildar, när den lämnar ytan, porer i den dendritiska kopparstrukturen. När ytan senare används som förångare kommer varje sådan por att bilda en nukleeringspunkt för bubblor.

Även om vi tidigare visat hur strukturen kan skapas återstår ytterligare forskning för att identifiera hur strukturen ska utformas för att ge bäst effekt för ett givet köldmedium och för givna förhållanden i övrigt. Hur stora ska porerna vara? Hur tjock ska den porösa strukturen vara? Hur tät ska den vara? Och hur styr man processen för att uppnå de egenskaper man vill ha? Slutligen, och viktigast ur ett vetenskapligt perspektiv, hur kan vi förstå att den porösa ytan ger så mycket bättre värmeövergång? Kan vi skapa en modell som utifrån mätbara parametrar ger en uppskattning av värmeövergångstalet?

De ytor som tidigare testats har visats kunna ge mer än tio gånger högre värmeövergångstal än en tekniskt slät yta. Detta kan typiskt betyda 2 – 4 grader högre förångningstemperatur, vilket i sin tur innebär mellan 5 och 10 procent högre värmefaktor/köldfaktor för anläggningen.

Sammanfattning

Elenergiförbrukningen för en värmepump eller kylanläggning är kraftigt beroende av temperaturdifferensen mellan förångning och kondensering. Typiskt minskar elanvändningen med 2% per grads minskning av differensen. Genom att använda speciella ytstrukturer i förångaren kan förångningstemperaturen höjas.

Vid KTH har en speciell struktur utvecklats som typiskt kan ge tre graders högre förångningstemperatur, dvs en minskad energianvändning med mellan 5 och 10% för anläggningen. Värmeövergångstalet har visats kunna ökas med en faktor tio. Ytstrukturen tillverkas genom elektrodeposition av koppar vid hög strömstyrka. Beläggningens kvalitet bestäms av flera olika parametrar, såsom strömstyrka, tid för depositionen, koncentration och typ av elektrolyt, geometri för ytan. Porositeten kan också anpassas för olika köldmedier.

I detta projekt vill vi optimera geometrin för det porösa skiktet med avsikt att ytterligare förbättra prestanda genom att systematiskt ändra olika parametrar i tillverkningsprocessen.

Sammanfattning

Projektnamn

Porösa ytor för prestandaförbättring för värmepumpar och kylanläggningar

Organisation

KTH, Inst Energiteknik, Avd Tillämpad termodynamik och kylteknik
Deltagande aktörer: Danfoss

Projektledare

Björn Palm

Energimyndighetens projektnummer

51545-1

Relaterade projekt

Se alla projekt

Avslutad

Innovativ energi- och effekteffektiv värmepump för småhus

Projektet avser att studera ett värmepumpssystem och effektivisera den ur både energi- och eleffektsynpunkt. Detta kommer att ske bl a genom att utveckla en ventilationsåtervinningsvärmeväxlare och utvärdera systemets funktionalitet och effektivitet experimentellt, samtidigt som teoretiska modeller för dess funktion utvecklas.

Pågående

Värmepumpar för torkning

Projektet syftar till att bygga internationell kunskap om resurseffektiv torkning med värmepumpsteknik. I projektet kommer man att samla in svenska fallstudier med fokus på industriell torkning, främst inom skog, massa/papper och jordbruk/livsmedel.

Relaterade Nyheter

Se alla nyheter

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.

Relaterade Event

Se alla event