واژه*هاي كليدي : تبريد- جايگزيني مبردها - مبرد RX-2 – مبرد R-22



چكيده :

امروزه تحقيقات جهاني پيرامون مبردها با هدف كاهش آلاينده هاي زيست محيطي باعث تسريع در جايگزيني مبردهايHFCبه جاي مبردهاي مخرب CFC گرديده است.در اين مقاله نتايج تئوري بدست آمده در تحقيقات پيرامون مقايسه ميان مبرد مخلوط R-407c با تركيب R-134a – R-124 - R32) ) و با تركيب وزني (%23-%25-%52) و R-22 (مبرد مورد استفاده در كولرهاي گازي كنوني ) ارايه و مورد بررسي قرار گرفته است در اين مقايسه طي يك فرآيند شبيه*سازي ، مشخصات سيكل تبريد از جمله ظرفيت سرمايش ، ضريب عملكرد، نسبت تراكم، قدرت كمپرسور ،* دماي خروجي مبرد از كمپرسور و راندمان حجمي تبريد مورد بررسي قرار مي*گيرد. نتايج نشان مي*دهد كه ضريب عملكرد سيستم در صورت استفاده از مبرد مخلوط R-407c به جاي R-22 تغيير چنداني نخواهد داشت و در نهايت مي*توانR-407c را به عنوان جايگزين مناسبي براي R-22 مورد استفاده قرار داد بدون آنكه در عملكرد نهايي سيستم و مهمتر از همه محيط زيست تأثير نامطلوبي داشته باشد.



Nomenclature




r=Density (kg/m3 ) VS=Compressor displacement (cm3)



h vol = Voliumetric efficency % N=Compressor speed (RPM)

n =Specific volume (m3/kj ) h=Enthalpy (kj/kg)

Q=Rate of heat transfer (kw) m=Mass flow rate (kg /s)

e =Heat exchanger effectiveness T=Temperature ( ° C )

U= Overall heat transfer coefficient (kw/m2 ° C) A=Area (m2 )



Subscripts

cc=Coolant in the condenser ei=Evaporator inlet
ce=Coolant in the evaporator eo=Evaporator outlet

co=Condenser outlet cool=Coolant

ci=Condenser inlet f=Refrigerant

c=Condenser e=Evaporator



مقدمه:
تاكنون مبرد خالصي به عنوان جانشين R-22 شناخته نشده است ولي امروزه مبرد R-125 به عنوان مبردي با خصوصيات ترموديناميكي بسيار نزديك به R-22 ارايه گرديده است . با اين وجود استفاده از R-125 به جاي R-22 در نهايت منجر به كاهش شديد ضريب عملكرد سيستم مي*گردد. توجه به مسايل زيست محيطي متخصصين صنعت تبريد را به استفاده از مبردهاي مخلوط تشويق نموده ، در اين راستا مبرد مخلوط R-407c به عنوان مبرد جانشين R-22 معرفي گرديده است كه در ادامه خصوصيات مختلف مبردهاي R-22 و R-407c و تأثير آنها در عملكرد يك سيستم تبريد آب به آب كه با مشخصات مشابه و در شرايط يكسان مورد بررسي قرار گرفته است ارايه مي*گردد.



- مدل رياضي و عمليات شبيه سازي

1-1- كمپرسور

عملكرد كمپرسور توسط يك فرايند پلي تروپيك با ضريب پلي تروپيك ثابت مدل مي*شود . دبي جرمي مبرد از رابطه زير قابل محاسبه است. [ 3]






1-2- كندانسور

كندانسور در شرايطي عمل مي*كند كه ضريب انتقال حرارت كلي ثابت در نظر گرفته شده است .ضريب انتقال حرارت كلي توسط سري روابط زير قابل محاسبه مي*باشد .



در مبدلهاي حرارتي نوع پوسته لوله در صورتيكه سيال ثانويه در پوسته در جريان باشد رابطه زير را خواهيم داشت.



در مبدلهاي حرارتي نوع پوسته لوله در صورتيكه سيال ثانويه در داخل لوله در جريان باشد رابطه زير را خواهيم داشت .



1-3-اواپراتور :

در اواپراتور يك فرآيند توليد بخار ، تبديل مايع اشباع به بخار سوپر هيت ، با ضريب انتقال حرارت ثابت انجام مي*گيرد . روابط زير در اين رابطه ارايه گرديده است.



ضريب انتقال حرارت مبرد در اواپراتور ، همان ضريب انتقال حرارت در كندانسور مي*باشد.

نتايج شبيه سازي :
به منظور آناليز و مقايسه نتايج در شرايطي نزديك به شرايط واقعي ، دماي ميانگين كندانسور را در 40 درجه سانتيگراد ثابت نگه داشته و حدود تغييرات دماي ميانگين اواپراتور را در دامنه20- الي20 درجه سانتيگراد و مقدارفراگرم و زيرسرد 6 درجه سانتيگراد انتخاب گرديده است. حجم كمپرسور CC 1100 و راندمان آن 90% فرض شده است.

نگاره 1 نشان دهنده نسبت فشار كمپرسور بر حسب دماي اواپراتور مي*باشد ، اين نمودار بيانگر آنست كه نسبت فشار كمپرسور براي مبرد R-407c حدود 14-7% بيشتر از R-22مي*باشد كه در نهايت به كاهش راندمان حجمي كمپرسور منجر مي*گردد.

نگاره 2 دماي مبرد خروجي از كمپرسور را برحسب دماي اواپراتور مورد بررسي قرار مي دهد همانطور كه مشاهده مي*شود در جه حرارت مبرد خروجي از كمپرسور براي مبردجديد بطور قابل ملاحظه*اي در حدود 20-5 درجه سانتيگراد كمتر از R-22 مي*باشد. داشتن دو عامل نسبت فشار بالا و همزمان با آن، دماي پايين مبرد خروجي از كمپرسور از محاسن عمده استفاده از R-407c مي*باشد.

نگاره 3 نشان دهنده مقايسه ميان اثر حجمي تبريد ميان اين دو مبرد مي*باشد . همانطور كه مشاهده مي*گردد، اثر حجمي تبريد براي مبرد R-407c حدود 7-1% كمتر از R-22 مي*باشدو در نتيجه كمپرسوري كه در سيستم همخوان با R-407c تعبيه مي*گردد مي*بايست داراي حجم جابجايي بيشتري نسبت به كمپرسور همخوان با R-22 مي*باشد.

نگاره 4 نشان دهنده مقايسه ميان دبي جرمي دو مبرد بر حسب دماي اواپراتور مي*باشد، همانطور كه مشاهده مي*گردد دبي جرمي مبرد R-407c حدود 12% كمتر از R-22 مي*باشد.

نگاره 5 ظرفيت خنك كنندگي دو مبرد را بر حسب دماي اواپراتور مورد مقايسه قرار مي دهد ظرفيت خنك كنندگي R-407c حدود 5-1 % كمتر از R-22 بوده و اين اختلاف در دماهاي پايين*تر بيشتر مي*باشد.

نگاره 6 نشان دهنده مقايسه ميان قدرت كمپرسور مشابه و همخوان با هر يك از دو مبرد تحت آزمون مي*باشد. با توجه به آن مي*توان دريافت كه قدرت كمپرسوري مورد نياز براي R-407c حود 30-6% كمتر از R-22 مي*باشد و اين اختلاف در دماهاي پايين بيشتر است و در محدوده دماي –5 تا 5 درجه سانتيگراد حدود 15% مي*باشد كه فاكتور مهمي براي گزينش مبرد R-407cمي*باشد.

نگاره 7 نشان دهنده مقايسه ميان ضريب عملكرد سيستمهايي است كه با R-407c و R-22 شارژ شده اند ،همانطور كه در اين نگاره نشان داده شده مبردR-407c داراي ضريب عملكردي تقريبا مشابه R-22 مي*باشد.

نگاره 8 نشان دهنده مقايسه ميان دماي اواپراتور برحسب سرعت كمپرسور در شرايط غير طراحي مي*باشد. اين نگاره نمايانگر افزايش حدود 1-5/0درجه براي مبرد R-407 مي*باشد كه در سرعت هاي بالاي كمپرسور اتفاقمي افتد.

نگاره 9 نشان دهنده مقايسه ميان ضريب عملكرد سيستم برحسب سرعت كمپرسور در شرايط بارهاي نسبي مي*باشد ؛ همانطور كه مشاهده مي*شود ضريب عملكرد سيستم در سرعتهاي مختلف كمپرسور براي هر دو مبرد يكسان مي*باشد.

نتيجه گيري
با توجه به مقايسه صورت گرفته مي*توان دريافت كه مبرد مخلوط R-407c با داشتن ODP=0 جانشين مناسبي براي مبرد R-22 مي*باشد.

مدل كامپيوتري نشان مي دهد كه مبرد R-407c در دماهاي پايين اواپراتور داراي توان خنك*كنندگي حدود 5-1% كمتر از R-22 مي*باشد و در دماهاي بالاي اواپراتور توان خنك كنندگي آن تقريبا مساوي R-22 مي*باشد، علاوه بر آن اثر حجمي تبريد براي R-407c حدود 7-1% كمتر از R-22 مي*باشد و كمپرسور سازگار با R-407c بايد داراي حجم جابجايي بيشتري در مقايسه با نوع مشابه و سازگار آن با مبرد R-22 مي*باشد. نتايج ديگر اين مقايسه نشان مي دهد كه در صورت استفاده از R-407c نسبت فشار كمپرسور از نسبت فشار كمپرسور در صورت استفاده ازمبرد R-22بيشترمي*باشد و دماي مبرد خروجي از كمپرسور براي مبرد مخلوط جديد كمتر بوده كه اين خود فاكتور مهمي براي سيستم هايي با نسبت تراكم بالا و يا ورودي فراگرم مي*باشد.

ضريب عملكرد سيستم شارژ شده با R-407c بسيار نزديك به R-22 مي*باشد.علاوه بر تمام اين موارد عدم وجود اثرات مخرب زيست محيطي از محاسن عمده استفاده از R-407c به جاي R-22 مي*باشد كه باعث جلوگيري از تخريب لايه ازن مي*گردد و در صورت جايگزيني به جاي R-22 عملكرد ترموديناميكي بهتري در دراز مدت براي محيط زيست به همراه خواهد داشت.

منابع:

(1) Bader,O.,P.W.O’Callaghan,and S.D.probert.,1990“Vapourcompression refrigration systems”, Applied Energy vol.36, pp 303-331.

(2) Dowing, R.,1974 “Refrigeration equation” ASHRAE Trans., 80(2)(2313),pp. 158-169.

(3) Martin, J., 1959 ‘correlation and equation in Calculation the thermodynamic properties of Freon Refrigerant’ Thermodynamic and Transport Properties of Gases, Liquid and Solids, ASME, New York, pp.110.

(4) O’Callagan, P.W. and S.D. probert., 1988 “Thermodynamic properties of fluids commonly used in refrigeration system cycles” , Applied Energy vol. 31, pp.161-187.

(5) Shamsul Hoda Khan and Sycd

M. Zubair, 1993 “ Thermodynamic analysis of the CFC-12 and HFC-134a Refrigeration cycle” Energy vol. 18 , no 7, pp.171-726.

(6) Stocker W. F. and Jones J. W. 1982 “Refrigeration & Air conditioning” Mcgraw-Hill international editions , Second edition.