Teknikbärare – Bästa teknologi för miljövänlig bergvärmepump PentaProp Teknikbärare – Bästa teknologi för miljövänlig bergvärmepump EffsysExpand, Forskarmöte, Tranås, 2016-05-17/18 Medfinansiärer Airec Professor Emeritus, Eric Granryd Nibe Sanden Europé Sanhua Europé AGA Partner KTH, Professor Björn Palm Projektledare, Utförare Klas Andersson 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Bakgrund Tidigare projekt - Förångare och kondensor av extruderade aluminiumrör1 Liten fyllnadsmängd men korrosionsproblem - Koaxial kollektor2 Komponenter/Byggsätt - Kompressor elfordon - Nya värmeväxlare med mindre volym - Vitvaruindustrin Miljö-Lagstiftning - F-gasförordning: Dagens köldmedier med hög växthuseffekt ska fasas ut enligt EU-direktiv - Skydd av grundvattentäkter (svårt tex. i Tyskland) Säkerhet -Bra, billiga, naturliga köldmedier brandfarliga. Propan, Isobutan, NH3, mfl. -EN 378 Säkerhetsstandard < 150 gram -IEC 60335-2-40 (riskanalys, simulering av läcka) Industrialisering - Hantverk och många aktörer => Massproduktion och konsolidering (som vitvaror/AC) - Kostnad! Primal Fernando Jose´ Acuna 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Mål Cost: x Cost: x/2 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

Genomförande Resultat Klart hösten 2017 Budget 1,89 miljoner Varav 50% från Energimyndigheten Resultat Nya värmeväxlare i en fungerande värmepump (Presentationer, artiklar, rapport) 2016 Nya värmeväxlare Testrigg 2017 Allt på plats i testrigg Test 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

Gamla Värmeväxlare Fernando, Granryd, Palm mfl. (Doktorsavhandling 2007) Aluminium Typ 1 Aluminium Typ 2 Pressed tubes stacked Original tube Tube after pressing 0,3mm 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Typ 1 - 2015 Fyllnadsmängd Förångare: 28g Kondensor: 96g Korrosion 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Danfoss Micro Plate - 2013 Micro Plate Dimple Pattern Traditional Fishbone Pattern d ~ 2mm d ~ 1mm ~ 0,5 liter/m2 ~ 0,9 liter/m2 Charge Evaporator: 70g Condenser: 120g Annular flow in evaporator? Liquid pool 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Condenser 40 plates 0,4 dm3 0,8 m2 Evaporator 20 plates 0,19 dm3 0,38 m2 32/56mm 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Granryd /Airec - 2017? <0,3 liter/m2 Pressing tool – Experimental plates Soldering test Pressure strength Models 2-phase side CFD water side Port design d < 1mm 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Modell - Eric Granryd Q2=4kW T2,sat=2°C Tr,out=4°C mwater=0,47kg/s Tw,in=6°C Tw,out=4°C Q1=5kW T1,sat=40°C Tr,in=80°C Tr,out=38°C mwater=0,2kg/s Tw,in=33°C Tw,out=39°C Channels only 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Compressor total volume: approx. 760cc - suction side = approx. 500cc - discharge side = approx. 260cc 220mm <6,8kg Low noise 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte 1 liter ester oil 150g pag oil -Hygroscopic -Low solubility 40/0°C Standard Copland ZR28K3E Primal Fernando Sanden SHS33 Estimate Total charge [g] 97 <30 Free volume suction side [g] 24 5 Oil [g] 64 ? Free volume pressure side [g] 9 6 Swept volume [cm3/turn] 39 33 rpm 2900 800-9000 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Low efficiency Sanden SHS33 Original Copland ZH04KCU Refrigerant R134a Propane p1 [MPa] 1,00 1,37 p2 [MPa] 0,40 0,55 T1 [MPa] 39,4 40,0 T2 [MPa] 8,9 5,0 DT Subcooling [K] 10 4 DT Superheat [K] 25 5 Q2 [kW] 5,15 5,39 5,37 Pel [kW] 0,96 1,29 1,23 Vs [m3/hour] 5,97 5,76 his 0,62 <=> 0,65 hvol 0,95 0,98 m [g/s] 27,69 18,36 18,27 m [kg/min] 1,66 1,10 COP2 5,36   4,18 4,37 p1/p2 2,50 = 2,48 COP1 6,36 5,18 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Benling Denso King Leo TKT Panasonic Bitzer 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Expansion valve Control 1 a b c d e f Combination Capacity m   kW g/s 1ace 1500 5,0 1acf 1900 6,3 1ade 2300 7,7 1adf 2700 9,0 1bce 3100 10,3 1bcf 3500 11,7 1bde 3900 13,0 1bdf 4300 14,3 30mm 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Suction gas/liquid line heat exchanger Gas side: 6 parallell channels 8x2mm 0,4g DT(Dp): 0,15°C Liquid side 2 parallell channels 4x2mm 1,6g DT(Dp): 0,5°C Length: 400mm Temperature effectiveness app. 0,4 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte System example TOTAL CHARGE: 127g 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte TOTAL CHARGE: 127g Pressure line 1,5   Condenser inlet port 0,6 Condenser channels 41,0 Condenser folding ports 0,0 Condenser outlet port 11,1 Total in condenser 52,6 Liquid line. Cond to filter/dryer 0,4 Filter/Dryer 2,8 Liquid line. Filter/dryer to sight glass 0,3 Sight glass 0,5 Liquid line. Sight glass to suc/liq. hex. Suc./liq hex: liquide side 1,6 Liquid line. Suc./liq hex to exp valve 1,4 Total liquid parts 7,5 Expansion valve: liquid side Expansion valve: p2 side Line to evaporator inlet 2,3 Total in expansion valve 3,2 Evaporator inlet port 0,3 Evaporator channels 33,4 Evaporator folding ports 0,0 Evaporator outlet port 0,1 Total in evaporator   33,8 Suction line. Evap to suc hex 0,15 Suc./liq hex: vapor side 0,4 Suction line to compressor 0,5 Total in vapor suction lines 1,1 Compressor p2 side 5,2 Disolved in compressor oil 15,0 Compressor p1-side 6,2 Total in compressor 26,4 Service valve and connection p1-Pressure meter p2-Pressure meter Pressure security valve 0,2 Closing valves 0,8 Total in accessories 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Coaxial kollektor Standard U-collektor Coaxial collektor     Energy storage 2m3 water (10 dm3/m) 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Input Flow: 1,67 m3/h Rock: 9°C (constant along depth) Tin: 6,7°C Result Capacity: 4,1 kW Measured 6,7 – 8,8°C at 1,67 m3/h 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Testrigg version 1 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Suction hex. Filter/Dryer Sight tube 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Testrigg version 2 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Charge < 150 gram 0,22 / 0,46 kg/s 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte

2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte Saftey EN 378 Requirement for maximum charge as a function of volume and location  < 150 g No requirements EN 60335-2-40:2013  Household and similar electrical appliances - Safety - Part 2-40: Particular requirements for electrical heat pumps, air-conditioners and dehumidifiers Risk analysis, Leak simulation ISO 817/Ashrae 34 Propane (R290) 2016-05-17/18 PentaProp Forskarmöte