سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه کاشان

محمدی, سیدمحمدحجت. (1401). افزایش کارایی سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن با استفاده از پس‌خنک‌کن جذبی. سامانه مدیریت نشریات علمی, 11(3), 122-141. doi: 10.22052/11.3.8
سیدمحمدحجت محمدی. "افزایش کارایی سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن با استفاده از پس‌خنک‌کن جذبی". سامانه مدیریت نشریات علمی, 11, 3, 1401, 122-141. doi: 10.22052/11.3.8
محمدی, سیدمحمدحجت. (1401). 'افزایش کارایی سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن با استفاده از پس‌خنک‌کن جذبی', سامانه مدیریت نشریات علمی, 11(3), pp. 122-141. doi: 10.22052/11.3.8
محمدی, سیدمحمدحجت. افزایش کارایی سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن با استفاده از پس‌خنک‌کن جذبی. سامانه مدیریت نشریات علمی, 1401; 11(3): 122-141. doi: 10.22052/11.3.8

افزایش کارایی سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن با استفاده از پس‌خنک‌کن جذبی

مهندسی و مدیریت انرژی
مقاله 10، دوره 11، شماره 3، آبان 1400، صفحه 122-141    اصل مقاله (1.1 M)
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22052/11.3.8
نویسنده
سیدمحمدحجت محمدی*
دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته
چکیده
سیستم‌ سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن (TCC) با تراکم دومرحله‌ای ابزاری مناسب برای ایجاد دماهای پایین به شمار می‌رود، اما ضریب عملکرد آن بسیار کم است. در این پژوهش، برای بهبود ضریب عملکرد این سیستم‌، از یک مبدل حرارتی تحت عنوان پس‌خنک‌کن (AFC) استفاده شده است. وظیفۀ AFC این است که دمای مبرد خروجی از خنک‌کن گاز در سیستم TCC را تا کمترین میزان ممکن کاهش دهد. بار سرمایشی مورد نیاز در AFC توسط یک چیلر جذبی و گرمای مورد نیاز برای راه‌اندازی چیلر جذبی توسط حرارت بازیافت‌شده از گازهای داغ خروجی از کمپرسورها تأمین شده است. انتخاب‌هایی که برای چیلر جذبی در نظر گرفته شده‌‌اند شامل سیستم‌های جذبی تک‌اثرۀ لیتیم‌برمایدی و آمونیاکی است. پیکربندی‌های پیشنهادی در نرم‌افزار EES مدل‌سازی شده است و از دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. نتایج نشان داد که در شرایط کاری یکسان و با استفاده از سیستم سرمایش جذبی آمونیاکی در قسمت AFC، می‌توان ضریب عملکرد بالاتری را برای سیستم TCC رقم زد (22% بالاتر). اما با استفاده از سیستم آمونیاکی، فاکتور کاربرد انرژی کل سیستم (EUF) و نیز راندمان اگزرژی آن به‌ترتیب 25% و 29% پایین‌تر است. نتایج تحلیل پارامتری نیز نشان داد که طراحی دقیق شرایط کارکرد یک سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن می‌تواند سهم بسزایی در بهبود عملکرد این سیستم داشته باشد؛ به‌گونه‌ای که ضریب عملکرد و EUF در سیستم ترکیبی با AFC لیتیم‌برمایدی می‌تواند به‌ترتیب تا میزان 7/4% و 4/59% نسبت به سیستم ترکیبی با AFC آمونیاکی بهبود پیدا کند. از سوی دیگر، نتایج تحلیل اقتصادی بیانگر این مطلب است که با قیمت‌های فعلی برق و گاز در ایران، هزینه‌های سالانۀ سیستم ترکیبی که از سیستم سرمایش جذبی لیتیم‌برمایدی استفاده می‌کند در مقایسه با سیستم TCC غیرترکیبی به میزان $3720 و در مقایسه با سیستم ترکیبی با AFC آمونیاکی به میزان $4590 کمتر است.
کلیدواژه‌ها
سیستم سرمایش فوق بحرانی دی‌اکسیدکربن؛ سیستم سرمایش جذبی؛ پس‌خنک‌کن؛ تحلیل اقتصادی؛ تحلیل اگزرژی
مراجع

 

  • [1] Ma, Y., Zhongyan, L. and Tian, H., "A Review of Transcritical Carbon Dioxide Heat Pump and Refrigeration Cycles", Energy, Vol. 55, pp. 156-172, 2013.
  • [2] Tsamos, K.M., Ge, Y.T., Santosa, I., Tassou, S.A., Bianchi, G. and Mylona, Z., "Energy Analysis of Alternative CO2 Refrigeration System Configurations for Retail Food Applications in Moderate and Warm Climates", Energy Conversion and Management, Vol. 150, pp. 822-829, 2017.
  • [3] Baheta, A.T., Hassan, S., Reduana, A.R.B. and Woldeyohannes, A.D., "Performance Investigation of Transcritical Carbon Dioxide Refrigeration Cycle", Procedia CIRP, Vol. 26, pp. 482-485, 2015.
  • [4] Sawalha, S., Karampour, M. and Rogstam, J., "Field Measurements of Supermarket Refrigeration Systems. Part I: Analysis of CO2 Trans–Critical Refrigeration Systems", Applied Thermal Engineering, Vol. 87, pp. 633-647, 2015.
  • [5] Pérez–García, V., Rodríguez–Muñoz, J.L., Ramírez–Minguela, J.J., Belman–Flores, J.M. and Méndez–Díaz, S., "Comparative Analysis of Energy Improvements in Single Transcritical Cycle in Refrigeration Mode", Applied Thermal Engineering, Vol. 99, pp. 866-872, 2016.
  • [6] Bai, T., Yan, G. and Yu, J., "Performance Evolution on a Dual–Temperature CO2 Transcritical Refrigeration Cycle With Two Cascade Ejectors", Applied Thermal Engineering, Vol. 120, pp. 26-35, 2017.
  • [7] Gupta, D.K. and Dasgupta, M.S., "Performance of CO2 Trans–Critical Refrigeration System with Work Recovery Turbine in Indian Context", Energy Procedia, Vol. 109, pp. 102-112, 2017.
  • [8] Akbari, A.D. and Mahmoudi, S.M.S., "Thermoeconomic Performance and Optimization of a Novel Cogeneration System Using Carbon Dioxide as Working Fluid", Energy Conversion and Management, Vol. 145, pp. 265-277, 2017.
  • [9] Bhattacharyya, S., Garai, A. and Sarkar, J., "Thermodynamic Analysis and Optimization of a Novel N2O–CO2 Cascade System for Refrigeration and Heating", International Journal of Refrigeration, Vol. 32, pp. 1077-1084, 2009.
  • Yari, M. and Mahmoudi, S.M.S., "Thermodynamic Analysis and Optimization of Novel Ejector–Expansion TRCC (Transcritical CO2) Cascade Refrigeration Cycles (Novel Transcritical CO2 Cycle)", Energy, Vol. 36, pp. 6839-6850, 2011.
  • Polzota, A., D’Agaro, P. and Cortella, G., "Energy Analysis of a Transcritical CO2 Supermarket Refrigeration System with Heat Recovery", Energy Procedia, Vol. 111, pp. 648-657, 2017.
  • Farsi, A., Ameri, M. and Mohammadi, S.M.H., "Combined Production of Distillated Water and Cooling by Application of Supercritical Carbon Dioxide Refrigeration in Multi-Effect-Desalination Systems", Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 12, pp. 525-533, 2016. (In Persian)
  • Farsi, A., Mohammadi, S.M.H. and Ameri, M., "Thermo–Economic Comparison of Three Configurations of Combined Supercritical CO2 Refrigeration and Multi–Effect Desalination Systems", Applied Thermal Engineering, Vol. 112, pp. 855-870, 2017.
  • Llopis, R., Nebot–Andrés, L., Cabello, R., Sánchez, D. and Catalán–Gil, J., "Experimental Evaluation of a CO2 Transcritical Refrigeration Plant with Dedicated Mechanical Subcooling", International Journal of Refrigeration, Vol. 69, pp. 361-368, 2016.
  • Dai, B., Liu, S., Zhu, K., Sun, Z. and Ma, Y., "Thermodynamic Performance Evaluation of Transcritical Carbon Dioxide Refrigeration Cycle Integrated With Thermoelectric Subcooler and Expander", Energy, Vol. 122, pp. 787-800, 2017.
  • Jamali, S., Yari, M. and Mohammadkhani, F., "Performance Improvement of a Transcritical CO2 Refrigeration Cycle Using Two–Stage Thermoelectric Modules in Sub–Cooler and Gas Cooler", International Journal of Refrigeration, Vol. 74, pp. 105-115, 2017.
  • Yari, M., Mohseni, R. and Akbari, P., "Energy and Exergy Analysis of a Combined Transcritical Carbon Dioxide Refrigeration and Single Effect Lithium Bromide/Water Absorption Refrigeration Cycles", Proceedings of the Second International Conference on air conditioning and heating/cooling installations, Birjand, Iran, September 28, 2016. (in Persian)
  • Mohammadi, S.M.H., "Theoretical Investigation on Performance Improvement of a Low–Temperature Transcritical Carbon Dioxide Compression Refrigeration System by Means of an Absorption Chiller After–Cooler", Applied Thermal Engineering, Vol. 138, pp. 264-279, 2018.
  • چهارطاقی، محمود، علی‌زاده خارکشی، بهراد، «تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیستم تولید همزمان کوچک بر پایۀ پیل سوختی پلیمری برای سرمایش جذبی»، مجله مهندسی و مدیریت انرژی، شمارۀ چهارم، صفحۀ 34ـ49، دانشگاه کاشان، زمستان 94.
  • Iranmanesh, A. and Mehrabian, M.A., "Transient Characteristics of a Single-Effect Absorption Refrigeration Cycle", The Journal of Energy: Engineering & Management, Vol. 2, NO. 4, pp. 40-47, 1391.
  • Bejan, A., Tsatsaronis, G. and Moran, M., Thermal Design and Optimization, pp. 121-131, New York: John Wiley & Sons, 1996.
  • Shah, R.K. and Sekulić, D.P., Fundamentals of Heat Exchanger Design, pp. 114-119, New York: John Wiley & Sons, 2003.
  • Srinivasan, K., Sheahen, P. and Sarathy, C.S.P., "Optimum Thermodynamic Conditions for Upper Pressure Limits of Transcritical Carbon Dioxide Refrigeration Cycle", International Journal of Refrigeration, Vol. 33, pp. 1395-1401, 2010.
  • Dincer, I. and Rosen, M.A., Exergy, Energy, Environment and Sustainable Development, Chaps 1 and 2, Oxford: Elsevier Publications, 2013.
  • Kaushik, S.C. and Arora, A., "Energy and Exergy Analysis of Single Effect and Series Flow Double Effect Water–LiBr Absorption Refrigeration System", International Journal of Refrigeration, Vol. 32, pp. 1247-1258, 2009.
  • Cavallini, A., Cecchinato, L., Corradi, M., Fornasieri, E. and Zilio, C., "Two–Stage Transcritical Carbon Dioxide Cycle Optimisation: A Theoretical and Experimental Analysis", International Journal of Refrigeration, Vol. 28, pp. 1274-1283, 2005.
  • Adewusi, S.A. and Zubair, S.M., "Second Law Based Thermodynamic Analysis of Ammonia–Water Absorption Systems", Energy Conversion and Management, Vol. 45, pp. 2355-2369, 2004.
  • Rezayan, O. and Behbahaninia, A., "Thermoeconomic Optimization and Exergy Analysis of CO2/NH3 Cascade Refrigeration Systems", Energy, Vol. 36, pp. 888-895, 2011.
  • Fazelpour, F. and Morosuk, T., "Exergoeconomic Analysis of Carbon Dioxide Transcritical Refrigeration Machines", International Journal of Refrigeration, Vol. 38, pp. 128-139, 2014.
  • Mosaffa, A.H., Garousi Farshi, L., Infante Ferreira, C.A. and Rosen, M.A., "Exergoeconomic and Environmental Analyses of CO2/NH3 Cascade Refrigeration Systems Equipped With Different Types of Flash Tank Intercoolers", Energy Conversion and Management, Vol. 117, pp. 442-453, 2016.
  • Guo-Yan, Z., Wu, E. and Shan-Tung, T., "Techno-Economic Study on Compact Heat Exchangers", International Journal of Energy Research, Vol. 32, pp. 1119-1127, 2008.
  • Garousi Farshi, L., Mahmoudi, S.M.S. and Rosen, M.A., "Exergoeconomic Comparison of Double Effect and Combined Ejector-Double Effect Absorption Refrigeration Systems", Applied Energy, Vol. 103, pp. 700-711, 2013.
  • Alelyani, S.M., Fette, W.N., Stechel, E.B., Doron, P. and Phelan, P.E., "Techno-Economic Analysis of Combined Ammonia-Water Absorption Refrigeration and Desalination", Energy Conversion and Management, Vol. 143, pp. 493-504, 2017.
  • Park, N.B., Park, S.Y., Kim, J.J., Choi, D.G., Yun, B.Y. and Hong, J.C., "Technical and Economic Potential of Highly Efficient Boiler Technologies in the Korean Industrial Sector", Energy, Vol. 121, pp. 884-891, 2017.
  • Blank, L. and Tarquin, A., Engineering Economy. Chap. 14, New York: McGraw-Hill, 2011.
  • Duffie, J.A. and Beckman, W.A., Solar Engineering of Thermal Processes, Chap. 11, New York: John Wiley and Sons, 2013.
  • Electricity tariffs and their general conditions, Approved by the Ministry of Energy on 22 July 2016. Accessed on 2 June 2018; http://www.tariff.moe.gov.ir. (in Persian)
  • Natural Gas tariff in 2014, Accessed on 7 July 2018; http://www.nigc.ir. (in Persian)
  • Judge, J., Hwang, Y. and Radermacher, R., "Results of Two Drop-In Replacement Refrigerants for HCFC–22", Proceedings of 19th International Congress of Refrigeration, Hague, Netherlands, August 20-25, 1995.
  • Hwang, Y., "Potential Energy Benefits of Integrated Refrigeration System with Microturbine and Absorption Chiller", International Journal of Refrigeration, Vol. 27, pp. 816-829, 2004.
  • The Carbon Trust Reports, Steam and High Temperature Hot water Boilers, Published in the UK: March 2012.
  • Chen, Y. and Gu, J., "The Optimum High Pressure for CO2 Transcritical Refrigeration Systems With Internal Heat Exchangers", International Journal of Refrigeration, Vol. 28, pp. 1238-1249, 2005.
  • Zhang, X.P., Fan, X.W., Wang, F.K. and Shen H.G., "Theoretical and Experimental Studies on Optimum Heat Rejection Pressure for a CO2 Heat Pump System", Applied Thermal Engineering, Vol. 30, pp. 2537-2544, 2010.
  • S. Energy Information Administration (EIA) Report, Electric Power Monthly with Data for April 2018. Accessed on June 2018; www.eia.gov.

 

 

 

 

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 530
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 505