بهبود عملکرد سیستم سرمایش با بکارگیری ماده تغییر فاز دهنده تقویت شده با فین

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل؛ ایران

2 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی گرگان، دانشگاه گلستان، گرگان؛ ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل؛ ایران

10.22044/jsfm.2023.13014.3737

چکیده

یخچال‌های خانگی به بخشی ضروری از زندگی مدرن تبدیل شده‌اند. از آنجایی که این وسایل به شبکه برق متصل هستند و در طول روز و سال کارکرد پیوسته دارند، انرژی زیادی مصرف می‌کنند. مطالعات تجربی نشان می‌دهند که افزودن مواد تغییر فاز در یخچال‌ها در مکان‌های مختلف باعث بهبود بازده انرژی یخچال‌ها می‌شود. در این مطالعه تاثیر افزودن محفظه حاوی ماده تغییر فاز دهنده بر عملکرد حرارتی و مصرف برق یک یخچال/فریزر معمولی تک درب مطالعه می‌گردد. محفظه ماده تغییر فاز دهنده با جنس‌های مختلف شامل مس، آلومینیوم و استیل به سطح زیرین اواپراتور متصل می‌گردد. آب با دمای ذوب صفر درجه سانتیگراد به عنوان ماده تغییر فاز استفاده شده است. برای مطالعه اثر افزایش هدایت حرارتی آب، فین‌هایی با جنس مشابه با محفظه قرار داده می‌شود تا اثر آن بر توزیع دمایی و مصرف انرژی مقایسه گردد. نتایج نشان می‌دهد که وجود محفظه آب در تماس با سطح زیرین اواپراتور به دلیل پتانسیل آب به عنوان ماده تغییر فاز دهنده در جذب و رهاسازی انرژی سرمایشی به کاهش دمای کابین کمک می‌کند. هم‌چنین نتایج نشان می دهد که مس به دلیل رسانایی حرارتی بالاتر برای محفظه آب مناسب‌تر بوده و باعث کنترل دمایی بهتر می‌گردد. علاوه بر این، بکارگیری فین در درون محفظه آب علاوه بر محدودتر کردن محدوده دمایی کابین، به طور میانگین باعث کاهش بیشتر ۱ تا ۴ درصدی مصرف انرژی در مقایسه با حالت بدون فین می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Joybari MM, Haghighat F, Moffat J, Sra P (2015) Heat and cold storage using phase change materials in domestic refrigeration systems: The state-of-the-art review. Energy Build;106:111-24.
[2]Cheng W-L, Mei B-J, Liu Y-N, Huang Y-H, Yuan X-D (2011) A novel household refrigerator with shape-stabilized PCM (Phase Change Material) heat storage condensers: An experimental investigation. Energy. 36(10):5797-804.
[3] Cheng W-L, Yuan X-D (2013) Numerical analysis of a novel household refrigerator with shape-stabilized PCM (phase change material) heat storage condensers. Energy;59:265-76.
[4] Wang F, Maidment G, Missenden J, Tozer R (2007) The novel use of phase change materials in refrigeration plant. Part 1: Experimental investigation. Appl. Therm. Eng . 27(17-18):2893-901.
[5] Wang F, Maidment G, Missenden J, Tozer R (2007) The novel use of phase change materials in refrigeration plant. Part 3: PCM for control and energy savings. Appl. Therm. Eng. 27(17-18):2911-8.
[6] Pirvaram A, Sadrameli S, Abdolmaleki L (2019) Energy management of a household refrigerator using eutectic environmental friendly PCMs in a cascaded condition. Energy.  181:321-30.
[7] Karthikeyan A, Sivan VA, Anderson A (2021) Performance improvement of vapour compression refrigeration system using different phase changing materials. Materials Today: Proceedings. 44:3540-3.
[8] Onyejekwe DC (1989) Cold storage using eutectic mixture of NaCl/H2O: an application to photovoltaic compressor vapour freezers. Sol. Wind Tech. 8-11:(1)6.
[9] Liu Z, Zhao D, Wang Q, Chi Y, Zhang L (2017) Performance study on air-cooled household refrigerator with cold storage phase change materials. Int. J. Refrig. 79:130-42.
[10] Mona Y, Thiangchanta S, Chaichana C. Electricity peak load reduction of a refrigerator using phase change material. Energy Rep. 2022;8:48-53.
[11] Oró E, Miró L, Farid M, Cabeza L (1984) Improving thermal performance of freezers using phase change materials. Int. J. Refrig. 91-984:(4) 35,2.201.
[12] You H, Sun J, Xie J (2022) Numerical simulation and experimental verification of a small refrigerated warehouse with PCM plates. Energy Rep. 8:15040-7.
[13] Gin B, Farid M, Bansal P (2010) Effect of door opening and defrost cycle on a freezer with phase change panels. Energy Convers. Manag. 51(12):2698-706.
[14] Abdolmaleki L, Sadrameli S, Pirvaram A (2020) Application of environmental friendly and eutectic phase change materials for the efficiency enhancement of household freezers. Renew. Energ. 145:233-41.
[15] Pavithran A, Sharma M, Shukla AK (2021) An investigation on the effect of PCM incorporation in refrigerator through CFD simulation. Mater. Today: Proc. 46:5555-64.
[16] Azzouz K, Leducq D, Gobin D (2008) Performance enhancement of a household refrigerator by addition of latent heat storage. Int. J. Refrig. 31(5):892-90.
[17] Azzouz K, Leducq D, Gobin D (2009) Enhancing the performance of household refrigerators with latent heat storage: an experimental investigation. Int. J. Refrig. 32(7):1634-44.
[18] Taher MB, Ahachad M, Mahdaoui M, Zeraouli Y, Kousksou T (2022) Thermal performance of domestic refrigerator with multiple phase change materials: Numerical study. J. Energ. St.55:105673.
 
[19] Tulapurkar C, Subramaniam PR, Thagamani G, Thiyagarajan R (2010) Phase change materials for domestic refrigerators to improve food quality and prolong compressor off time.
[20] Ghodrati A, Zahedi R, Ahmadi A (2022) Analysis of cold thermal energy storage using phase change materials in freezers. J. Energ. St. 51:104433.
[21] Visek M, Joppolo CM, Molinaroli L, Olivani A  (2014) Advanced sequential dual evaporator domestic refrigerator/freezer: System energy optimization. Int. J. Refrig. 43:71-9.
[22] Zarajabad OG, Ahmadi R (2018)Employment of Finned PCM Container in a Household Refrigerator as a Cold Thermal Energy Storage System. Therm. Sci. Eng. Prog. 2018.
[23] Khan MIH, Afroz H (2014) Diminution of temperature fluctuation inside the cabin of a household refrigerator using phase change material. Recent Adv. Mech. Eng.(IJMECH). 3(1):43-52.
[24]  Ezan MA, Doganay EO, Yavuz FE, Tavman IH (2017) A numerical study on the usage of phase change material (PCM) to prolong compressor off period in a beverage cooler. Energy Convers. Manag. 142:95-106.
[25] Elarem R, Mellouli S, Abhilash E, Jemni A (2017) Performance analysis of a household refrigerator integrating a PCM heat exchanger. Appl. Therm. Eng. 125:1320-33.
[26] Kline SJ (1963) Describing uncertainties in single-sample experiments. Mech. Eng. 1963;75:3-8.