بررسي تجربي شارژ پارافين واكس همراه با نانوذرات در يك مبدل حرارتي دو لوله‌اي خارج از مركز براي ذخيره انرژي در يك آبگرمكن خورشيدي

Experimental Study of Charge of Paraffin Wax Along with Nanoparticles in an Eccentric Double Tube Heat Exchanger for Storing Energy in a Solar Water Heater

كاربرد سيستم ذخيره انرژي حرارتي با استفاده از گرماي نهان ذوب مواد تغيير فاز دهنده يكي از روش‌هاي مؤثر و كارآمد براي ذخيره انرژي در آبگرمكن‌هاي خورشيدي است. اين مقاله مربوط به پژوهشي تجربي است كه در هفته اول شهريور سال 93 در دانشگاه صنعتي جندي شاپور دزفول انجام شده است. در اين پژوهش ابتدا دو مبدل حرارتي دو لوله‌اي خارج از مركز با خروج از مركزهاي متفاوت ساخته شده است و هر كدام به صورت مجزا در مدار يك سيستم آبگرمكن خورشيدي اجباري(پمپي) قرار گرفته‌اند كه اين سيستم خود شامل يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت و يك مخزن ذخيره و يك پمپ گردش‌دهنده آب گرم است. از ميان لوله داخلي اين مبدل، آبي كه توسط كلكتور خورشيدي گرم مي‌شد عبور مي‌كرد در حالي كه در پوسته اين مبدل پارافين واكس به عنوان ماده تغيير فاز دهنده كه به آن نانوذرات اكسيد مس براي افزايش ضريب هدايت حرارتي اضافه شده بود قرار داشت. در اين مقاله به بررسي تجربي تأثير نانوذرات اكسيد مس و همچنين اثر خارج از مركز بودن بر فرايند شارژ پارافين واكس به عنوان ماده تغيير فاز دهنده و همچنين ذخيره انرژي در اثر تغيير اين دو پارامتر پرداخت شده است. نتايج تجربي نشان داد كه در مبدل حرارتي با خروج از مركز 1اينچ حاوي پارافين واكس با 3درصد نانوذرات، 1 درصد نانوذرات و بدون نانوذرات به ترتيب پارافين واكس در ساعات 16:20‌،15:20‌،14:20 به نقطه ذوب رسيده است و مبدل حرارتي با خروج از مركز 1 اينچ در مقايسه با مبدل حرارتي با خروج از مركز 0/5اينچ كه هر دو حاوي پارافين واكس با 3درصد نانوذرات بودند به ترتيب در ساعات 14:20و 15:40 به نقطه ذوب پارافين واكس رسيدند. در واقع مي‌توان گفت كه با پايين آوردن لوله داخلي مبدل حرارتي و افزودن نانوذرات، مي‌توان فرايند ذوب شدن (شارژ) پارافين واكس و همچنين ذخيره انرژي حرارتي و كارايي مبدل حرارتي را به صورت قابل ملاحظه‌اي بهبود بخشيد.

Use of thermal energy storage using latent heat fusion of phase change materials is an effective and efficient way for energy storage in solar water heaters. The present paper is an experimental study carried out at last week of August 2014, in Jundi-Shapur Industrial University of Dezful City. First, in this study, two eccentric double tube heat exchangers with different eccentricities were built and each was separately placed in the circuit of a forced solar water heater including a flat plate solar collector, a storage tank, and a hot water circulating pump. Through the internal tube of heat exchanger passes the water heated by the solar collector, while the shell contains paraffin wax as the phase change material to which copper oxide nanoparticles are added to increase thermal conductivity. This study experimentally investigates the effect of copper oxide nanoparticles and also the effect of eccentricity on the charge of paraffin wax as the phase change material and energy storage due to the change in both of these parameters. Experimental results indicate that paraffin wax containing 3%, 1% and without nanoparticles, have reached their melting points at 14:20, 15:20 and 16:20, respectively, in the heat exchanger with 1 inch eccentricity , Paraffin wax with 3% nanoparticles has reached its melting point at 14:20 and 15:40 in the heat exchangers with 1-inch eccentricity and 0.5-inch eccentricity, respectively. . It is worth noting that lowering the heat exchanger internal tube and adding nanoparticles significantly improve the fusion (charge) of paraffin wax and also thermal energy storage.