TEKNOLOGRAPPORT KAMMARTORKEN. Den energieffektiva kammartorken. John Nilsén Jonathan Olofsson

Transkript

1 TEKNOLOGRAPPORT KAMMARTORKEN Den energieffektiva kammartorken John Nilsén Jonathan Olofsson HÖGSKOLEINGENJÖRSPROGRAMMET Maskin Ämne: Utvecklingsprojekt Klass: Maskinteknik Grupp: 2

2 Sammanfattning: Gruppen har framställt ett antal olika lösningskoncept till den angivna kravspecifikationen (se bilaga 1) där gruppen vägt för och nackdelar över de olika förslagen. I samarbete med Energigruppen E1 så har gruppen kommit överens om den lösning vi anser vara mest gångbar. Den lösningen gruppen har valt går att utföra genom att använda standardkomponenter och produkter som redan finns på marknaden. Gruppen har även framställt CAD-modeller som illustrerar vår prototyps utseende i verkligheten och dessa framställs i sammanställningsritningar(se bilaga 3).

3 Innehållsförteckning 1 INLEDNING METOD FUNKTION: KONCEPTGENERERING: VAL AV LÖSNING MATERIALVAL: KOSTNADER: RESULTAT DISKUSSION OCH SLUTSATSER REFERENSER VIRKESTORKNINGENS GRUNDER AV VALUTEC AB BILAGOR

4 1 Inledning Valutec tillverkar kammartorkar som saknar värmeåtervinning i nuläget. Detta leder till stora värmeförluster och mycket energi går till spillo. Syftet med projektet är att åstadkomma en lösning på ett allmänt problem och ta vara på energin i frånluften från en kammartork. Tack till Rune Olofsson, Anders Linnakangas samt Gunnar Landsell för råd och vägledning. 1

5 2 Metod 2.1 Funktion: I en korsströmsväxlare cirkulerar det kall och varm luft som skiljs från varandra. Figur 1. Skiss av plattvärmeväxlare Då fläktarna under värmeväxlarna arbetar så bildas det över/undertryck på respektive sida. Detta ger upphov till att en sida suger in luft då den andra blåser ut och denna luft cirkulerar då inne i växlaren, kyls ner och bildar kondens i växlaren. Den energi som avges från frånluften tas då tillvara på och överförs till insugsluften via lamellerna vilket resulterar i återvunnen värmeenergi. Då Energi gruppen E1 räknat ut vilka påfrestningar värmeväxlaren klarar av så började gruppen leta efter färdiga produkter på marknaden. Anledningen till detta är att Valutec vill ha en kostnadseffektiv lösning för att pay-off tiden ska understiga 4 år. Det är då enklast att leta bland redan befintliga produkter för att hålla nere kostnaderna. Gruppen tog då kontakt med flera företag och genom E-post och telefonsamtal så kunde gruppen avskilja vilka lösningsalternativ som inte var genomförbara i praktiken. Dessa avgränsningar lade då grunden för de lösningskoncept som gruppen senare framställde 2

6 2.2 Konceptgenerering: Koncept 1: Fördelar: Figur 2. Motströms värmeväxlare Hög verkningsgrad Nackdelar: Svår att rengöra Dyrare 3

7 Koncept 2: Figur 3. Korsströms värmeväxlare Fördelar: Billig I princip självrengörande Enkel modell Nackdelar: Lägre verkningsgrad än exempelvis motflödes 4

8 Gruppen övervägde vilken typ av värmeväxlare som bäst skulle kunna anpassas in i den befintliga kammartorken. En motströmsvärmeväxlare lät som det självklart bästa alternativet till en början då dess pris inte alls är så högt som det gruppen först hade tänkt sig. Att den var enkelt utformad och det faktum att en motströmsvärmeväxlare kan komma upp till högre verkningsgrader jämfört med korsströmsmodellen indikerade att den skulle bli mer energieffektiv. Dock så visade det sig att korsströmsväxlaren skulle bli enklare att anpassa in i kammatorken och att även om den var mindre effektiv så skulle den ändå öka energieffektiviseringen då den befintliga torken inte erhåller någon i nuläget. En annan viktig komponent i detta är att Valutec har tillgång till egen rörtillverkning och att motströmsväxlaren inte kan samla upp kondensatet lika effektivt som korsströmsmodellen. Detta kondensat tar även med sig träflis i små storlekar vilket gör korsströmsmodellen till den bättre modellen då kondensatet rinner längs med lamellerna i värmeväxlaren. Till korsströmsvärmeväxlaren fanns även tillhörande hus som skulle vara enkla att modifiera för att anpassa Valutecs krav. Figur 4. Hus för värmeväxlare 5

9 Figur 5. Hus för värmeväxlare 6

10 En problemställning som uppstod var då en leverantör sade att huset endast kunde leveraras i en storlek då han tidigare uttryckt att det fanns flera storlekar att förhålla sig till. Lösningen på detta är PWT30 huset som då möjliggör för oss att sätta två stycken värmeväxlare bredvid varandra då inget hus i lämplig dimension finns att tillgå. De husen som kan återses i figur 4 och 5 blev vi då tvungna att förkasta och vi valde då PWT30 huset som ses nedan. Figur 6. Hus för värmeväxlare 7

11 2.3 Val av lösning 2st 1200x1200 värmeväxlare Fördelar: Finns med tillhörande hus Enkla anpassningar till standardkomponenter Nackdelar: Det krävs 2st för att klara av tryckfallet Mer montagearbete Mer energieffektiv Behövs endast ett hus Bättre effekt Mindre tryckfall 1st 1700x1700 värmeväxlare Nackdelar: Dyrare än en 1200x1200 Skräddarsydda komponenter För stor för att monteras på vinden 8

12 Då två stycken 1200x1200 värmeväxlare valts så återstod problemet med anpassningen av dessa i befintligt vindsutrymme. Det finns två konfigurationer att tillgå då växlarna sammankopplas, nämligen serie - och parallelkoppling. Seriekoppling: Fördelar: Enkla anslutningar Nackdelar: Tryckfall Parallelkoppling: Fördelar: Tryckfall Kompakt Nackdelar: Måste anpassas till befintliga rör Då tryckfallet är viktigt så valde gruppen att montera värmeväxlarna parallelt, en till fördel med denna konfiguration är att huseringen blir kompakt och placeras enkelt på befintlig vinda. 9

13 Gruppen antar att med tidens gång så finns det risk att växlaren sätter igen så därför så fördelar vi flödet över en så stor yta som möjligt. Anslutningarna lade gruppen ned mycket tid på då gruppen skulle anpassa dessa till kvadratiska rör för att ansluta till skorstenarna. Anslutningstyper vi övervägt: Byxlösning Tratt 2 mindre anslutningar En kvadratiskt centrerad Efter grundläggande beräkningar från hydromekanikens strömningslära så kom gruppen fram till att en enkel tratt, eller så att säga en expansionsanslutning från 700x700 till 1400x700 var den lämpligaste. Denna typ av anslutning kan återses i vår sammanställningsfigur (se bilaga 3). Figur 7. Modifierad Expansions anslutning 10

14 2.4 Materialval: Aluminum 8009 = % AL Aluminum 8079 = 98.1 % AL Galvaniserad plåt. Aluminium valdes som värmeväxlarmaterial för att rostfritt stål är betydligt dyrare och för att aluminium har en bra värmeledningsförmåga. Galvaniserad plåt är i standardutförandet från leverantören och någon precis data på denna finns inte att tillgå då denna rapport författas. Det bör även nämnas att lamellerna är väldigt tunna med en tjocklek på ca 0,2mm för att bli som mest effektiva. För att lösa problemet med oxidering så bör en conversion coating tillföras på lamellernas yta för att öka dess korrosionsbeständighet. 11

15 2.5 Kostnader: 2 x 1200x1200 värmeväxlare: 28000kr 2 x PWT30: 20000kr Uppskattad montagekostnad: 25000kr Totalt: 73000kr Alt. 1 x1700x1700 värmeväxlare: 21000kr 1 x Specialhus - Uppskattad montagekostnad: - Då avbetalningstiden beräknats har ett kilowattpris på 15 öre antagits. Se rapport från energigruppen E1 för en detaljerad metod och beräkning av återvunnen energi. 12

16 3 Resultat Två stycken parallelkopplade 1200x1200 korsströmsvärmeväxlare vardera huserat i ett PWT30-hus med expansionsanslutning uppfyller kravspecifikationen. Se tabell 1 nedan. Krav Utveckla värmeåtervinning Använd drivfallet från cirkulationsfläktarna Tryckfallet bör understiga 100Pa Kondensatet ska ledas till avlopp Återvunnen effekt bör vara större än 75 kw Payofftid på mindre än 4 år Lösningen är anpassad till befintliga luftkanaler Växlarcellen bör placeras på innervindan eller yttertaket Kommentarer OK OK OK OK OK OK OK OK Tabell 1. Tabell som redovisar uppfyllda kravspecifikationer Payofftiden uppskattas till 8 månader. Gruppen upskattar att användningen av en korsvärmeväxlare med dimensionerna 1700x1700 blir dyrare än 73000kr då denna måste monteras på taket och kräver ett specialhus. 13

17 4 Diskussion och slutsatser Någonting vi lärt oss är att det lönar sig att börja arbeta effektivt från början då det kan dröja med svar från de personer man söker kontakt med. Då ingen av gruppens medlemmar erhöll någon direkt erfarenhet utav kammartorkar från början så känns det som att man har fått en bra inblick på hur en kammartork fungerar (iallafall på det teoretiska planet). Att jobba nära företag och personer känns som en väldigt bra erfarenhet inför framtida projekt och det känns nyttigt att lära sig hur man samarbetar mellan varandra inom grupper. Den största motgången gruppen stött på är kommunikationssvårigheter mellan leverantörer och företag och till viss del mot energigruppen. Vi anser att vår modell ska ha en livslängd som överstiger pay-off tiden. Vi tycker att arbetet har varit väldigt givande och att det känns som ett riktigt arbete när man jobbar i kontakt med flera företag samtidigt. John Nilsén Jonathan Olofsson 14

18 5 Referenser Virkestorkningens grunder av Valutec AB Återförsäljare samt leverantörer: Heatex, Östek samt Klingenburg. 15

19 Bilagor: Bilaga 1 Värmeåtervinning till en kammartork Bakgrund Det finns befintliga värmeåtervinningar för kammartorkar vilka normalt sett utförs i rostfritt stål. Dessa är relativt dyra och det finns behov av att utveckla billigare och rationellare lösningar. Utveckla en värmeåtervinning för kammartorkar av typen korsströms- eller motströmstyp. Det finns tillverkare av standardiserade värmeväxlarceller som kan vara intressanta att titta på och eventuellt använda i den färdiga produkten. Aluminium kan vara ett kostnadseffektivt materialval om den är tillräckligt ren, dvs hög aluminiumandel. Indata Installationsort: Sundsvall, på en befintlig eller en ny kammartork. Tillgänglig driftstid per år = 8160 h Satsningstid= 2h Uppvärmningstid= 8h Torktid= 58h Total processtid = 66h OBS! Fläktarna byter riktning (reverseras) 1 gång/h. Torkfas 1(kapillär fas) Torr temp 1= 68 C Torr temp 2= 60 C Våt temperatur = 58 C Evakueringsflöde = 2 m3/s Fastid = 38 h Torkfas 2 (diffusionsfas) Torr temp 1= 73 C Torr temp 2= 68 C Våt temperatur = 58 C Evakueringsflöde = 0,8 m3/s Fastid = 20 h

20 Mål Utveckla en värmeåtervinning för kammartorkar av typen korsströms- eller motströmstyp. Drivtrycket från cirkulationsfläktarna bör användas, dvs ingen separat fläkt. Tryckfallet i växlarenheten bör således vara så lågt som möjligt, men åtminstone understiga 100 Pa. Kondensatet måste samlas upp automatiskt och ledas till t.ex. befintligt avlopp. Återvunnen effekt från återvinningen bör vara så stor som möjligt men troligen > 75 kw Payofftiden bör vara mindre än 4 år. Skapa en beräkningsmodell för beräkning av återvunnen effekt (eller energi beroende av valda indata för olika torkfaser) samt beräkna tryckfallet för olika flöden. Lösningen bör anpassas till befintliga till och frånluftskanaler (700x700mm) som sitter på respektive sida om fläktväggen. Växlarcellen bör sitta på torkens kallvinda eller på yttertaket. Bilder och ritningsunderlag:

21

22 Kontakt Valutec Robert Larsson VD Valutec AB Box Skellefteå tel , fax mob

23 Bilaga 2

24 Bilaga 3