بررسي تجربي اثر ارتعاشات مكانيكي بر نرخ تشكيل يخ در فرايند انجماد آب در سامانه ذخيره‌ساز يخ روي كويل

Experimental study of the effect of mechanical vibration on the water solidification rate in ice-on-coil energy storage system

راهكارهاي مختلفي براي حل مشكل همزماني پيك بار برودتي و ساعات اوج مصرف انرژي الكتريكي ارائه گرديده است. يكي از اين راهكارها ذخيره‌سازي بار سرمايشي به صورت يخ در زمان كم باري مي‌باشد. از انواع پركاربرد سامانه‌هاي ذخيره‌سازي، مي‌توان به سيستم ذخيره‌ساز يخ روي كويل اشاره كرد. اما نرخ انتقال حرارت پايين در اين سامانه به عنوان يك چالش مطرح مي‌باشد. با توجه به ضريب انتقال حرارت پايين يخ، با شروع شكل‌گيري يخ از انتقال حرارت بين مبرد درون كويل و مخزن كاسته مي‌شود. لذا يك ايده در مورد افزايش نرخ انتقال حرارت اين است كه شروع انجماد مدتي به تاخير انداخته شود تا همچنان سازوكارهاي انتقال حرارت جابجايي طبيعي در مجاورت كويل حفظ شود. در پژوهش پيش رو به منظور بررسي اين ايده از ارتعاشات مكانيكي براي به تاخير انداختن شروع انجماد در سامانه ذخيره‌ساز يخ روي كويل، بهره گرفته شده است. با انجام آزمايش‌هايي اثر فاصله عرضي و طولي قرارگيري ويبراتور بر مقدار توليد يخ، در داخل مخزن ذخيره‌ساز سرما بررسي شد. نتايج نشان داد قرار دادن ويبراتور در وسط كويل نسبت به دو سر آن، منجر به افزايش بيشتري در مقدار يخ تشكيل شده مي‌گردد. مشخص شد اعمال ارتعاشات مكانيكي باعث به تاخير افتادن انجماد و دماي زير سرد پايين‌تر مي‌شود. همچنين نشان داده شد ميزان يخ تشكيل شده تابعي از دماي زيرسرد و زمان تاخير انجماد مي‌باشد. در انتها، مقدار مصرف انرژي ويبراتور و كاهش مصرف انرژي در زمان بيش‌باري محاسبه گرديد.

Various solutions have been suggested to overcome the issue when cooling peak hours and electric energy consumption coincide. One of the solutions is to store the cooling load at off-peak hours. One of the most conventional types of storage systems is the ice-on-coil storage system. The low heat transfer rate in this system is one of the challenges. Since the conduction heat transfer coefficient of ice is low, by starting the ice formation, the heat transfer between the refrigerant inside the coil and the reservoir’s water will reduce. One idea to increase the heat transfer rate is to postpone the starting time of the freezing process to keep active the natural convection mechanism. In the present study, mechanical vibration has been used to linger freezing initiation in ice-on-coil energy storage system. The effect of longitudinal and lateral positioning of the probe, on the amount of temperature and initiation time of freezing as well as the amount and structure of formed ice has been investigated. The results revealed that placing the vibrator at the middle of coil over its two ends leads to further increase in the amount of formed ice. It is found that applying mechanical vibration can postpone the initiation time of the freezing process and decrease the subcooling temperature. Moreover, it is shown that the amount of ice formation is a function of subcooling temperature and initiation time of freezing. Finally, the energy consumption of the vibrator and the energy consumption reduction in peak-hour are calculated.