امكان سنجي استفاده از موتور استرلينگ براي توليد مستقيم سرما از گرما

Feasibility study of using a Stirling engines to produce direct cooling from heat

چرخه استرلينگ يكي از چرخه هاي اختراع شده با عملكرد نزديك به چرخه كارنو مي باشد. به دليل انعطاف پذيري بالا در تامين گرما از منابع مختلف و همچنين قابليت كاركرد در سه حالت موتور، پمپ حرارتي و يخچال، توجه بسياري از محققين و صنايع را به خود جلب نموده است. علاوه بر استفاده در هر يك از حالتهاي موتور، يخچال و پمپ حرارتي، ميتوان بصورت تركيبي هم براي اين چرخه كاربردهاي فراواني پيدا كرد. در اين پژوهش، با استفاده از تركيب دو چرخه استرلينگ كه يكي بصورت موتور و ديگري بصورت يخچال استرلينگ كار مي كند، طرحي مفهومي براي توليد مستقيم سرما از گرما ارائه شده است كه اساس كاركرد آن بر مبناي كاركرد موتورهاي استرلينگ دوبل ميباشد. در ادامه با تحليل ترموديناميكي اين سامانه استرلينگ دوبل، به امكان سنجي ساخت اين دستگاه پرداخته شده است. مشاهده شد با افزايش فركانس كاركرد سامانه، جرم سيال عامل مورد نياز كاهش پيدا مي كند. همچنين، نتايج نشان داد با ثابت در نظر گرفتن حجم بيشينه هر چقدر حجم كمينه كوچكتر شود يخچال ضريب عملكرد بهتري خواهد داشت. در ضمن مشخص شد حتي با در نظر گرفتن بازياب غير ايده آل، سامانه همچنان ضريب عملكرد بالايي دارد. نتايج نشان مي دهد سامانه پيشنهادي با كمك منبع گرمايي تجديدپذيري مانند انرژي خورشيدي و يا بازيافت انرژي از اگزوز خودروها، قادر به تامين سرمايش براي ظرفيتهاي كوچك مي باشد.

Stirling cycle has closest efficiency to the Carnot cycle. As there exists high flexibility in using heat sources for Stirling cycle, it can be employed in several applications. Based on the objectivity, they are fallen in three categories: engines, refrigerators and heat pumps. Each Stirling cycle can work individually or combine with other cycles. In this work, by combination of a Stirling motor cycle and a Stirling refrigerator cycle, a conceptual design is presented to directly produce cooling from heat. Operation of this system is based on the double free piston Stirling engine. Thermodynamics analysis of proposed method is performed. It is observed that by increasing the operating frequency, the required working fluid mass will be reduced and when the maximum volume of cycle is considered to be constant, the smaller the minimum volume leads to the higher COP. Moreover, results revealed that even with a non-ideal regenerator, the system will have a high COP. Results revealed that the proposed design can be applied for low cooling load spaces such as small rooms or vehicles as a substitution of air conditioning system to recover heat lost from exhaust gases and decrease fuel consumption.