بررسي تجربي ذخيره سازي / رها سازي انرژي گرمايي مواد تغيير فاز دهنده در يك بستر فوراني

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

امروزه ذخيره انرژي به دليل افزايش جمعيت و عدم تطابق بين عرضه و تقاضاي انرژي بسيار حائز اهميت است. به همين دليل در سال‌هاي اخير مواد تغيير فاز دهنده ( (PCMs به‌عنوان يكي از تكنولوژي‌هاي آينده‌ي ذخيره گرما، موردتوجه قرارگرفته¬اند. مواد تغيير فاز دهنده براي كنترل درجه حرارت سيستم مورد نظر و ذخيره¬سازي و رهاسازي به‌موقع انرژي در سيستم¬هاي ذخيره‌ي انرژي گرماي نهان(LTES) بكار مي‌روند. ازجمله‌ي اين نوع سيستم¬هاكه مواد تغيير فاز دهنده در آن‌ها كاربرد دارد مي‌توان به بسترهاي ثابت، سيالي و فوراني اشاره كرد ;همچنين مطالعات انجام‌شده بر روي ذخيره‌سازي و رهاسازي گرماي نهان به كمك مواد تغيير فاز دهنده در بسترها بسيار محدود است و موارد معدود گزارش‌شده در بستر¬هاي سيال و ثابت صورت گرفته است. با وجوداينكه بسترهاي فوراني مزاياي مطلوب زيادي نسبت به دو بستر ديگر دارد هيچگونه پژوهشي بر روي بستر¬ فوراني انجام‌ نشده است؛ بنابراين در اين پژوهش ابتدا نحوه-ي عملكرد ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان و محسوس يك نمونه ماده تغيير فاز دهنده¬ي كپسوله شده¬ي تجاري ( GR42 ) در بستر فوراني پرشده با اين نوع ماده¬ي تجاري تحت شرايط عملياتي مختلف، و طي دو فرآيند متوالي گرمايش و سرمايش، مورد بررسي آزمايشگاهي قرار گرفت. در اين راستا، در بستر فوراني نخست تاثيرافزايش ميزان ماده¬ي تغيير فاز دهنده موجود در بستر( 40، 60 و90 گرم) با سرعت هواي ورودي 3/1 برابر كمينه سرعت فوراني شدن و دماي 50 درجه سانتي گراد بر بازده ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان ماده تغيير فاز دهنده¬ي تجاري در بستر فوراني مورد ارزيابي قرار گرفت. سپس براي 90گرم ماده¬ي تغيير فاز دهنده¬ ي تجاري با ثابت نگهداشتن دبي، تاثير افزايش دماي هواي ورودي به بستر (50 و 60 درجه سانتي گراد) و در مرحله بعد تاثير افزايش سرعت (3/1 و 5/1 برابر سرعت كمينه فوراني شدن) با ثابت نگهداشتن دما در 50 درجه سانتي گراد براي همان ميزان ماده ¬تغيير فاز دهنده، بر بازده ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان ماده تغيير فاز دهنده¬ي تجاري در بستر فوراني بررسي شد. همچنين عملكرد ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان بستر فوراني با دو بستر سيالي و ثابت در شرايط يكسان مورد آزمايش قرار گرفت و در پايان آزمايشات نمونه اي از كامپوزيت مواد تغيير فاز دهنده (ماده¬ي تغير فاز دهنده¬ي مهار شده) در آزمايشگاه تهيه گرديد و عملكرد ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان آن، ارزيابي و با ماده¬ي تغيير فاز دهنده¬ي تجاري و ماده¬ي تك فاز شن مقايسه گرديد. نتايج حاصل از افزايش ميزان ماده تغيير فاز دهنده رشد 25 درصدي بازده ذخيره سازي گرماي نهان را براي 90 گرم و رشد 13 درصدي را براي 60 گرم نسبت به 40 گرم ماده¬ي تغيير فاز دهنده تجاري نشان داد. افزايش دما و سپس سرعت هواي ورودي نيز به ترتيب باعث كاهش 33 درصدي و 36 درصدي بازده ذخيره سازي گرماي نهان شد. اما در فرآيند سرمايش بر خلاف فرآيند گرمايش در آزمايش افزايش سرعت( 5/1 برابر سرعت كمينه¬ي فوراني شدن )، بازده رهاسازي گرمايي نهان، 24 درصد افزايش يافت. همچنين در مقايسه بين عملكرد ذخيره سازي و رهاسازي گرماي نهان درون بستر¬هاي ثابت، سيالي و فوراني در شرايط يكسان ، نتايج نشان داد بازده ذخيره سازي گرماي نهان در بستر فوراني در فرآيند گرمايش نسبت به بستر سيالي 20 درصد و نسبت به بسترثابت، 49 درصد افزايش يافت و بازده رهاسازي گرمايي نهان در فرآيند سرمايش براي بستر فوراني نسبت به بستر سيالي و ثابت بترتيب 10 درصد و 20 درصد بيشتر بدست آمد. سرانجام ميزان ذخيره سازي و رهاسازي گرماي نهان نمونه¬ي ماده¬ي تغيير فاز دهنده¬ي آزمايشگاهي (پرليت شارژ شده با لاريك اسيد) با نمونه¬ي تجاري وشن كه يك ماده¬ ي تك فاز است مورد آزمايش و مقايسه قرار گرفت. بازده ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان نمونه ي آزمايشگاهي در مقايسه با نمونه¬ي تجاري بترتيب، 16 درصد و 25 درصد كمتر از نمونه¬ي تجاري بدست آمد؛كه به¬دليل چگالي كمتر و آنتالپي ذوب بيشتر نمونه¬ي آزمايشگاهي، انتظار مي¬رفت بازده ذخيره سازي آن نسبت به نمونه¬ي تجاري بيشتر باشد اما به دليل حفظ حالت فوراني مواد در بستر فوراني و ارتفاع مناسب در پر شدگي مواد، نمونه¬ي آزمايشگاهي نصف مقادير شن و ماده تغيير فاز دهنده¬يِ تجاري، مورد آزمايش قرار گرفت و نتايج مذكور بدست آمد.

222864

پديده هاي انتقال

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان