توليد همزمان آب و سرما با به‌كارگيري سيستم تبريد فوق بحراني‌دي‌اكسيد‌كربن در آب شيرين‌كن‌هاي تقطير چند مرحله‌اي

Combined production of distillated water and cooling by application of Supercritical carbon dioxide refrigeration in multi-effect-desalination systems

يك سيستم طراحي شده براي سرمايش تا دماهاي بسيار پايين، سيستم تبريد تراكمي فوق‌ بحراني دي‌‌اكسيد‌كربن است. حرارت دورريز از اين سيستم‌ مقدار قابل توجهي است كه انگيزه‌اي براي بازيابي و استفاده از اين حرارت اتلافي در ساير سيستم‌ها از جمله منبع حرارتي آب شيرين‌كن تقطير چند مرحله‌اي، ‌به منظور توليد همزمان آب و سرما و نيز كاهش مصرف انرژي است. در اين پژوهش آناليز انرژي و مقايسه‌ي دو سيستم تركيبي نوين، شامل سيستم تبريد دي‌اكسيد‌كربن فوق بحراني و دو مدل آب شيرين‌كن تقطير چند مرحله‌اي، شامل موازي ارتقا‌ يافته و موازي به همراه پيش‌ گرم‌كن آب، انجام شده‌است. اثر پارامترهاي مهم بر ضريب عملكرد سيستم تبريد و ميزان آب شيرين توليدي بررسي شده‌است. نتايج نشان داد در هر دو سيستم، با كاهش دماي اواپراتور يا افزايش دماي محيط، ضريب عملكرد سيستم تبريد كاهش و ميزان آب شيرين شده افزايش مي‌يابد. همچنين، با افزايش فشار خروجي كمپرسور تا رسيدن به نقطه‌ي بهينه‌، افزايش ضريب عملكرد و كاهش ميزان آب شيرين شده مشاهده مي‌گردد. نيز مي‌توان گفت كه مدل آب شيرين‌كن تقويت‌يافته توانايي توليد آب شيرين بيشتري نسبت به مدل پيش گرم‌كن دارد. به منظور بهبود عملكرد سيستم تركيبي و كاهش انرژي مصرفي، دو روش استفاده از كمپرسور دو مرحله‌اي و منبسط ‌كننده مورد بررسي قرار گرفته‌است. در روش كمپرسور دو مرحله‌اي گرچه ضريب عملكرد 6.2% نسبت به سيستم پايه افزايش مي‌يابد اما دبي آب شيرين‌شده 60% كاهش مي‌يابد. در حالي كه در روش بكارگيري منبسط كننده، ضريب عملكرد 23.5% افزايش مي‌يابد و دبي آب شيرين‌شده كمتر از 8% كاهش مي‌يابد.

Supercritical carbon dioxide refrigeration is one of the proposed systems to provide extremely low temperatures. The waste heat from the gas-cooler of such systems is noticeable. So, it can be used as a promising heat source in other systems like multi-effect-desalination system (MED), in order to provide cooling and fresh water, simultaneously, as well as noticeable reduction of power consumption. In this paper, the energy analysis and comparison of two novel combined systems are carried out. The combined systems consist of CO2 refrigeration system and two MED's models, the Boosted model and the water pre-heaters (PH) model. The effect of operating parameters such as evaporator temperature, ambient temperature and compressor outlet pressure on system performances are studied as well. Results showed that for both combined systems, by decreasing the evaporator temperature or increasing the ambient temperature, the coefficient of performance (COP) and the distilled water flow rate, decreases and increases, respectively. On the other hand, increasing the compressor outlet pressure would increase COP and decrease distilled water flow rate up to an optimum point. Also, MED-Boosted could produce more fresh water compared to MED-PH. In order to decrease the power consumption of the combined system two methods are presented. In two compressors method the COP enhances 6.2% compared to the base system (consisting of one compressor and an expansion valve). However, the produced fresh water would be reduced by 60%. On the other hand, the expander method could improve the COP by 23.4%, compared to the base system, while the amount of distillated water decreases less than 8%.