Onderwerp: Warmtewisselaar in koellucht duct

Ik ben wel geinteresserd in dit soort materie en aangezien ik alle spullen in mijn garage bij de hand heb, heb ik een klein experimentje uitgevoerd om de effectiviteit van water opwarmen door warme lucht te testen, met naar ik vind toch wel erg positief resultaat.

Ik heb een van de warmtewisselaartjes uit de foto gebruikt. Een eenvoudig dompelpompje op de ingang aangesloten en deze in een emmer met 5 liter water gehangen. Flow rate onbekend, maar ik zou dat nog kunnen meten.
Op de uitgang van de warmtewisselaar een kort stukje slang om het verwarmde water weer in de emmer te laten lopen.

Als warmtebron heb ik een haardroger gebruikt, op ongeveer 15 cm afstand van de warmtewisselaar gehouden. De luchtstroom is dus geconcentreerd op het midden van de ww, niet optimaal.
Temperatuurmetingen door multimeter met temp sensor.

Getallen:

Begintemperatuur van 5 liter water in de emmer: 17C
Ambient temperatuur 18 C
Warmte van lucht uit de haardroger, gemeten vlak voor de warmtewisselaar: 45C
Duur experiment: 15 min.

Meetresultaat: Water dat door de warmtewisselaar is geweest is 2 graden hoger dan het water in de emmer. Na 15 min. was het water in de emmer gestegen naar 40C, dus een toename van 23 graden in 15 minuten.
Als je het bovenstaande extrapoleert voor zeg 25 liter, meer efficiente warme lucht stroom, langere tijdsduur en evt. 2 i.p.v. 1 van de kleine heat exchangers, dan is de eerste indruk, zonder er verder aan gerekend te hebben, dat op deze manier water verwarmen door hete koellucht best wel een haalbare kaart is.

Walt.

PvO schreef :
Niks bijzonders toch ? Elke VW kever en ook de T1en verder ( Bulli) had een heel simpele luchtgekoelde motor en zelfs de eerste Porsches waren luchtgekoeld met een soort "opgevoerde" VW motor.
En wat te denken van bromfietsen en de meeste motorfietsen?
Alleen om een optimale efficientie te bereiken is met zo'n niet geregelde koeling natuurlijk niet te bereiken. Maar ook de meeste scheepsdiesels worden daarvoro op een te lage temperatuur bedreven .
Ad

De eerste vraag die beantwoord moet worden aan de hand van een temperatuur meting van de koellucht is of het realistisch is dat je de benodigde 60⁰ gaat halen. Minder geeft een behoorlijk gezondheidsrisico. Zeker als je in aanmerking neemt dat je water uit je watertanks gaat verwarmen wat misschien ook niet zo vers is.

Maar de kans dat de temperatuur van het water op een boot niet 60C haalt is toch constant aanwezig, bijv. als je voor waterverwarming van de motor afhankelijk bent en de motor maar kort is aangeweest of bij gebruik van een geiser. Als je risico van legionella wilt vermijden, een aparte tank gebruiken voor warm water voorziening en deze extra chlorineren. Warm water is toch alleen voor douchen, afwas e.d..

Geen enkel risico op legionella met een doorstroomboilertje.

Alléén Nederland vind 60 graden een veilige grens. De rest van de wereld 50.

Op het ZF wordt 90 graden als veilig gezien

_{edit: en de koelkast op -24}

[quote="37south" post=1054612Als je risico van legionella wilt vermijden, een aparte tank gebruiken voor warm water voorziening en deze extra chlorineren. Warm water is toch alleen voor douchen, afwas e.d..[/quote]

Dat moet je dan zeker doen , juist bij douchen bestaat het gevaar van legionella omdat dat alleen kan worden overgedragen via ingeademde fijne waterdruppeltjes .
Legionella bacterie overleeft namelijk je maagzuur niet en geeft dus juist geen risico bij drinken.
Lees dit nog maar eens: www.rivm.nl/legionella
Om die reden zou ik ook nooit boilerwater in een boot voor douchen gebruiken als dat niet voldoende warm kan worden gemaakt met een electrische bijverwarming.

En inderdaad zul je 60 graden zeker niet halen met koellucht van de motor . Daarvoor zou die lucht toch zeker 10-20 graden warmer dan 60 graden moeten zijn om een fatsoenlijke warmteoverdrachtscoefficient te halen en dus de motor nog veel heter .
Ad
Ad

Heeft toch niets met het topic te maken. Het halen van een minimale veilige water temperatuur op een boot kan nooit worden gegarandeerd. Als het een zorg is, dan koken of chlorineren.

Yellow Boat schreef :
Met die 10-20 graden ben ik het niet eens. Hangt toch van diverse parameters af, zoals oppervlakte van warmtewisselaar, tijdsduur, het aantal cycles dat het water door de wisselaar is geweest, de flow, isolatie.
In mijn testje, zie boven, haal ik 40 graden bij luchttemperatuur van 45 graden in maar 15 min. en dat in ver van optimale omstandigheden en toen ik stopte was de temp. nog stijgend.

Een stuk dubbelwandige met water gevulde uitlaatpijp.

37south schreef :
kw = 4,2 l/s * delta T
delta T is 23 graden
5 liter in 15 minuten = 0,0055 l/s

geeft +/- 0,5 kW
Met haardroger van 1,5 kW
geeft dit een rendement van 33%

zie eerdere post. Q.E.D.

Heeft toch zeker wel met dit topic te maken, als je een system ontwerpt neem je toch alle voor en tegens mee. Dus oook legionella risico.

Maar over temperatuur van het water gesproken, met een uitlaatgassen warmtewisselaar komt nog wel wat bij kijken. Bypass voor uitlaatgassen moet er zeker op anders zit je zo op de max temperatuur van het water.
Uitlaatgassen warmtewisselaars worden meestal gevuld met termische olie en er is zeker een constant flow van deze vloeistof.

37south schreef : Denk Walt! Dat spreekt me aan, en past bij mijn intuïtieve verwachting d het zou moeten kunnen werken.

Eerlijk gezegd maak ik me daar geen zorgen over. Water voor consumptie wordt gekookt, Afws moet kunnen. Er zijn grotere zorgen.

Sunday:
maar legionella is volgens mij gevaarlijker bij inademen waterdamp (douchen) dan het consumeren (drinken) ervan.
Ik lig er ook niet echt wakker van maar het mag toch wel even genoemd zijn toch?

Dat bad wil je toch wel kunnen gebruiken?
Zoals gezegd ligt daar het gevaar, niet bij drinken of afwassen.

Boarderbas schreef:

Ten eerste is snelheid belangrijk; het water moet er snel doorheen (precies anders dus dan de meesten zouden beredeneren), en de lucht moet snel langs het oppervlak. Andere vormen zijn mogelijk, maar hier niet praktisch. Saeftinghe's posts zijn creatief, maar zullen vermoedelijk weinig resultaat geven

Even terug naar de situatie waarom het gaat.
De gegeven toestand is: de maten van de duct, de temp. van de lucht en het langsstromende volume.

Dit is nooit ontworpen als warmte wisselaar, maar wèl het uitgangspunt.

De vraag:
Hoe hier zoveel als maar mogelijk warmte aan onttrekken met zelf te maken zaken, en die in het boilerwater te stoppen.
De PRAKTIJK wijst uit, bij een enigzins vergelijkbare situatie die bij mij al jaren tot volle tevredenheid werkt, dat langzame waterstroom meer effect geeft dan snellere waterstroom.
Uitgaande van een bestaande situatie en niet van een gewenste ideale situatie heeft de praktijk altijd gelijk boven de theorie wanneer die verschillen.
De resultaten zijn dan ook ver boven wat ik ervan verwachtte.

Er mag geen grotere weerstand in de duct komen, het schip ombouwen tot een echte warmte wisselaar is niet practisch.
Met wat ik bij mij aan boord heb gemaakt kom ik mogelijk maar tot 15% rendement, maar het voldoet perfect aan m´n wensen:
Simpel zelf te maken, aan te passen en te onderhouden met materiaal dat overal makkelijk verkrijgbaar is.
Dat is iets heel anders dan een warmtewisselaar met 95% rendement maken voor veel geld en daar het hele schip op aan passen.
We moeten het doel en mogelijkheden niet uit het oog verliezen.


Wat Rooie Dirk stelt:
De uitlaat gebruiken heeft veel meer resultaat, ben ik helemaal met hem eens.
Maar het één hoeft niet het ander uit te sluiten.
De lucht temperatuur in de duct is onbekend, ik zou gokken op 80º C

Dan is een groot oppervlak voor warmte overdracht nodig en tijd om over te dragen.
De boiler mengt niet, er onstaat een grenslaag tussen koud en warm, dus graag in één keer de hoogst mogelijke tempreatuur behalen, dan heb je ook met een ´halve´ boiler genoeg water voor een douche die warm genoeg is ipv een louwe douche.

Ik zie de uitlaat als een veel betere verwarmer, maar ook risicovoller.
Aan de motor mag niets veranderd worden, dus aanpassen met het nieuw te maken deel.
Rekenen met de slechtste mogelijkheid en hopen op het beste resultaat.

Het moet zonder demontage van de uitlaat te (de)monteren zijn.
Er zal later mogelijk aangepast moeten worden.
De directe uitlaat temperatuur lijkt me te hoog op te kunnen lopen om er koper direct tegen te plaatsen.
Het water mag niet gaan koken wanneer de doorstroming stokt.

Dan kom ik op de gedachte om eerst temperatuur in die uitlaatisolatie te meten op verschillende afstand in de isolatie. Dit bij hoge belasting vande motor.

Dat levert op:
Een bepaalde isolatie als eerste tegen de uitlaat, dan een koperpijp, die goed te (de)monteren is, en dan weer isolatie.
Bij de hogere temperatuur van de uitlaat zal de doorstroom snelheid hoger kunnen zijn. Maar laag genoeg om te voorkomen dat in de boiler koud en warm zich mengt.
Het pompje moet geregeld worden door een sensor die meet nabij de uitlaat, moet schakelen ergens in de buurt van de 60º.
De opbrengst instelbaar


Ik denk dat er in de lange lijst reacties wel voldoende informatie is aangedragen om TS een besluit te kunnen laten nemen

Om te beginnen. Meet de temperatuur van de koellucht na de motor. Te laag(<60 graden) ,verder niet over filosoferen.

Het zal ook echt niet hoger zijn dan 60 graden.
Het verschil tussen de koude kant en de warme kant van de gekoelde cilinders moet zo klein mogelijk zijn. Anders trekken de cilinders een "scheve bek".

Webasto en Eberspager hebben deze warmte wisselaars in voorraad.
Google op water-verwarming boot.

Saeftinghe schreef :
Saeftinghe, je trapt in een valkuil waar iedere jonge w-wisselarengineer in trapt. Je denkt "hoe langer het water er over doet, hoe langer het de tijd heeft om warm te worden".

Wat ik al schreef is dat er inderdaad warmtewisselaars zijn die dit principe gebruiken (zonnecollectoren! Boilervaten (half)), maar dat dit hier niet praktisch van toepassing is.

Je gevaar is de grenslaag. Water is een uitstekende warmte-isolator en de stagnerende laag op het oppervlak gooit je warmteoverdacht in de soep.

Wat telt is de delta-t over het warmteovrdrachtvlak en dus de warmteflux door de wisselaar. Dat krijg je (in compacte bouwvorm) dus enkel voor elkaar als de media snel stromen.

Of door een platen warmtewisselaar toe te passen.
Die hebben een veel gunstigere verhouding tussen snelheid en warmteoverdracht omdat er geen sprake is van een dikke grenslaag en de stroming ook bij lagere snelheden turbulent gehouden wordt door de profilering van de platen.
Ad

Daar krijg je dat debiet aan lucht nooit doorheen.

Tube-fin lijkt me de geëigende vorm. De constructiemethodes zijn divers, maar fundamenteel niet anders. De truc zit hem in een zeer gelijkmatige luchtstroom. Dat krijg je met bijv. gefinde pijpen niet voor elkaar zonder extra luchtgeleiding.


Waat googlevoer: calorplast; plastic heat exchangers. Mooi voor een drukloos circuit!

Yellow Boat schreef :
Kansloos om daar de hoeveelheid lucht door te krijgen die nodig is om de motor te koelen.
Ojee had Bas net opgemerkt

Boarderbas,

Ik denk dat we een beetje langs elkaar heen praten.
Jij bekijkt het vanuit de optiek van een hoog rendement warmtewisselaar waar de rest op wordt aangepast.

De situatie in de praktijk is uitgaan van het beschikbare en daar het beste van maken.

Een wisselend aanbod van warmte met niet de ideale delta T.
Geen ideaal vormgegeven wisselaar, die moet uit (overal) beschikbaar materiaal komen en aan boord aanwezig gereedschap behandeld worden.
Wanneer een wolk de zon verduidtert moet onmiddelijk de stroming stoppen om niet de juist binnengehaalde warmte weer te verliezen.
Het moet compact zijn, zo weinig mogelijk stroom gebruiken en simpel bedienbaar.
Er mag geen ingewikkelde en gevoelige elektronica nodig zijn, die niet eigenhandig gerepareerd/aangepast kan worden.

Met die beperkingen moet het betrouwbaar werken. Efficiencie komt dan pas wat lager op het prioriteiten lijstje te staan.

Volume/oppervlak moet zo weinig mogelijk volume en zo veel mogelijk oppervlak zijn, dus dunne pijp, wat dan weer een wat grotere snelheid geeft bij een gegeven pompdebiet.
De Amperes die de pompjes nemen zijn van belang. het geluid dat ze produceren moet gering zijn.
In de winter, met minder zonnestroom,draaien de pompjes 24 uur per dag, Amperes en geluid zijn dan wel van belang.
In de zomer draaien ze maar een uur of 4 per dag.
Dan is er overdaad aan Amperes, die ik probeer ergens te benutten.
Door 80V solarstroom door de electra van de boiler te leiden.
Al die kleine beetjes goed doordacht in te zetten geven me het comfort van altijd warm water en voldoende Amperes.
Het gaat me om de samenhang van het beschikbare, het totale rendement moet het maximaal haalbare zijn, niet in een deel 20 punten sparen en wat verderop in de lijn er 100 verliezen.

Ik denk dat ik wel het maximaal haalbare heb bereikt met wat ik nu aan boord heb.

Ik zoek nog wel naar heatpipes van 1,5 mtr om daarmee eventueel de boot (deels) te kunnen verwarmen. 2 meter pipes zijn er genoeg, maar die kan ik net niet kwijt.
Dat zou dan eigenlijk alleen zijn voor de lol van het maken.
Het beetje brandstof voor de kachel weegt niet op tegen de besparing en het in de weg zitten van de heatpipes