مأخذ: نشریه تهویه و تبرید – خرداد 1383
…………
محاسبه سایز مبدل‌های حرارتی:
بعد از اینکه فشار اواپراتور و دمای ژنراتور حلقه پایین مشخص شد ؛ پارامترهای دیگر را امتحان می‌کنیم تا ببینیم آیا اصلاحات دیگری نیز می‌توان روی سیستم انجام داد یا نه. مشخصات نقاط PINCH سایز مبدل‌های حرارتی را مشخص می‌کند . کاهش نقاط PINCH برای این مبدل‌ها باعث بهبود عملکرد سیکل می‌شود، اما منجر به افزایش سایز مبدل نیز خواهد شد. روش متداول بررسی مبدل‌های حرارتی یعنی روش UALMTD در این بخش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج در شکل 5 نشان داده شده است. با توزیع مناسب UA ، عملکرد سیستم 3 درصد افزایش یافت اما LMTD برای بررسی مبدل‌های حرارتی دقت سؤال برانگیزی دارد چون در این روش فرض می‌شود که رابطه بین دما و آنتالپی خطی است. این روش برای مبدل‌های حرارتی آنالیز کننده معتبر است ولی برای کندانسور این‌طور نیست. همان‌طور که در شکل 6 نشان داده شده فرض شده است که پروفیل تبادل حرارت در ژنراتور حلقه پایین خطی است ولی در حقیقت می‌تواند به شدت غیرخطی باشد. پروفیل تغییرات دما برای مبدل‌های نام‌برده شده در شکل 7 نشان داده شده است. برای این پروفیل دما، مجموع UA که از روش تفکیکی (آلمانی) محاسبه شده دو برابر بیشتر از مقدار محاسبه‌شده از روش LMTD است. مقایسه‌ای بین UA حساب‌شده از روش LMTD و روش تفکیکی در جدول 2 نشان داده شده است و با توجه به خطای فاحشی که روش LMTD ایجاد می‌کند، برای توزیع مناسب مبدل‌های حرارتی از روش تفکیکی استفاده می‌شود.
شکل‌بندی حلقه‌ها
در مرحله بعد، بهینه‌سازی حلقه‌ها که حرارت را از سمت بالا به حلقه پایین منتقل می‌کنند (شکل 2A) بررسی می‌شود. برای حالت پایه که در شکل 2B نشان داده شده است، فرض شده که ابتدا کندانسور، سپس جاذب و در انتها رکتیفایر، حرارت خود را به حلقه پایین تخلیه می‌کنند . مبدل حرارتی که بین رکتیفایر حلقه بالا و ژنراتور حلقه پایین قرار گرفته، با بیشترین دما در سمت بالا در تماس است و بنابراین باید حرارت را در بالاترین دما به حلقه پایین منتقل کند. مکان نسبی سه مبدل حرارتی دیگر یعنی مبدل‌های بین کندانسور-آنالیزر، جاذب، آنالیز و مبدل حرارتی داخلی ژنراتور حلقه پایین می‌توانند برای بهبود COP سیستم تغییر کنند. دو شکل‌بندی متفاوت برای مبدل‌های میانی ژنراتور در شکل‌های 8A,8B نشان داده شده است. ضریب عملکرد بهبود یافته و سایر پارامترهای مرتبط با سیکل برای سه شکل‌بندی متفاوت، در جدول 3 نشان داده شده است. علاوه بر آن برای محاسبه هدایت کلی (UA) مبدل‌های حرارتی با مشخصات نقطه PINCH 5 درجه سانتی‌گراد که اتصال بین حلقه بالا و پایین را برقرار می‌کنند، از مقدار محاسبه شده در شکل‌بندی 3 استفاده شده است. ضریب عملکرد برای هر شکل‌بندی نیز با توجه به فشار اواپراتور و دمای خروجی ژنراتور حلقه پایین بهبود یافت. با وجود اینکه ضریب عملکرد سیکل، در شکل‌بندی شماره 2 کمتر از شماره 3 است، بهترین نتایج برای شکل‌بندی شماره 2 به دست آمد. افزایش چشمگیر اندازه مبدل حرارتی میانی در ژنراتور حلقه پایین در شکل 3 باعث بهبود ضریب عملکرد آن شده است.
شرایط کاری سیکل در نوع هوا خنک
بررسی‌هایی که روی سیکل سه مرحله‌ای آب-آمونیاک انجام گرفته، با در نظر گرفتن دمای منبع سرد، یعنی 30 درجه سانتی‌گراد بوده است ؛ که این دما تنها با وجود برج خنک‌کن قابل دسترسی است. اگر سیکل از هوای خارج به‌جای آب خروجی از برج خنک‌کن استفاده کند، دمای سیال خنک‌کننده در کندانسور و جاذب حلقه پایین افزایش خواهد یافت. این دما باید با توجه به یک روز گرم تابستانی محاسبه شود و در این مقاله دمای 35 درجه سانتی‌گراد یا 95 درجه فارنهایت دمای مورد نظر است. شکل‌بندی شماره 3 برای سیکل هوا-خنک به‌کار می‌رود تا COP بیشتری حاصل شود ؛ در محلول ضعیف شده و محلول غلیظ (خروجی ژنراتور) خیلی کم خواهد بود. این روند در حلقه بالا محسوس‌تر خواهد بود. کمترین اختلاف غلظت به مشخصات نقطه PINCH مبدل حرارتی محلول مرتبط است. با افزایش دمای هوای خارج غلظت محلول خروجی از ژنراتور کاهش می‌یابد و چون نمی‌توان به مشخصات نقطه PINCH در طراحی دست یافت، عملکرد سیستم نیز تا وقتی‌که مشخصات نقطه پینچ مبدل‌های حرارتی تغییر نکند ممکن نخواهد بود؛ اما باید توجه داشت که تغییرات در نقطه پینچ منجر به تغییرات گسترده‌ای در مبدل‌های حرارتی خواهد شد. در صورتی‌که مشخصات نقطه پینچ که در طراحی 5 درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته‌شده بود را به 3 درجه کاهش دهیم. باعث خواهد شد تا سایز مبدل‌های حرارتی محلول بیش از 400 درصد افزایش پیدا کند.
اما اگر هوای بیرون خنک شود چه تأثیری بر روی سیکل خواهد گذاشت ؟ کاهش دمای هوای خارج باعث افزایش چشمگیر در عملکرد سیستم خواهد شد. اگر نقطه پینچ را برای کندانسور و جاذب حلقه پایین 3 درجه فرض کنیم، تغییرات COP سیستم در اثرات تغییرات دمای هوای خارج به صورت شکل 9 درخواهد آمد. ضریب عملکرد سیستم، وقتی‌که دمای هوا از 35 درجه به 28 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. از مقدار 1/15 به مقدار 1/55 افزایش می‌یابد. بر طبق استانداردهای انجمن تهویه مطبوع و تبرید (240,1989/210 ARI/ANSI) سیستم‌های تهویه مطبوع تنها یک درصد از زمان کاری خود را در شرایط اوج طراحی، یعنی 35 درجه کار می‌کنند و بنابراین به نظر می‌آید که این سیستم‌ها توانایی رقابت با نوع تراکمی بخار را دارا هستند.
نتیجه‌گیری
پیشرفت‌های انجام گرفته در سیکل‌های جذبی هوا خنک با کاربردهای خانگی و یا تجاری کوچک بسیار اندک است. سیستم آب- برمید لیتیوم نیز که از لحاظ تجاری موفق بوده است ؛
نیاز به برج خنک‌کن دارد که برای کاربردهای کوچک مناسب نبست، اما آب-آمونیاک یکی از جاذب است. در این مقاله سعی شد نحوه به‌کارگیری مبدل‌های حرارتی در نقاط ضروری سیکل بیان شود، هم‌چنین اجزا مختلف سیکل مدل شد و روش بهبود ضریب عملکرد آن نیز بیان گردید. در انتها نیز شرایط کاری سیکل تحت سیستم هوا خنک بررسی شد و درباره تأثیر آن روی قسمت‌های مختلف بحث شد.
پی‌نوشت:
1 generator absorber heat exchange
2 مزایا و کاربردهای تکنولوژی پینچ:
امروزه در اکثر فرآیندهای صنعتی، انتقال حرارت از یک جریان به جریان دیگر اتفاق می‌افتد و با توجه به هزینه‌های روزافزون انرژی و سهل‌الوصول نبودن این منابع از یک طرف و لزوم افزایش بهره‌وری و بازیافت انرژی از طرف دیگر، وجود شبکه‌های مبدل حرارتی (HEN) را به یک ضرورت تبدیل کرده است. طراحی این شبکه‌های مبدل حرارتی کار ساده‌ای نخواهد بود. با توجه به اینکه هر فرآیند شامل جریان‌ها و خصوصیات مختلف است، روش‌های طراحی معمول منجر به افزایش سرسام‌آور در هزینه‌ها و تجهیزات خواهد شد. با استفاده از مزایای آنالیز پینچ طراحی شبکه‌های مبدل حرارتی با روش معین و مشخص صورت می‌گیرد (مترجم) برای آشنایی بیشتر با مفهوم آنالیز پینچ می‌توانید به آدرس زیر رجوع کنید:
www.cheresources.com
