طراحي و بهينه‌سازي يكپارچه آب‌شيرين‌كن خورشيدي با ذخيره‌سازي انرژي گرمايي به كمك مواد تغيير فاز دهنده

Optimization of solar desalination integrated with thermal energy storage using phasechange material

در اين مطالعه از يك مدل رياضي گذرا براي شبيه‌سازي يك آب‌شيرين‌كن حوضچه‌اي منفعل خورشيدي همراه با مواد تغيير فاز دهنده (PCM) در قسمت پاييني حوضچه استفاده شده است. به‌منظور تخمين آب شيرين توليدي در يك سال، از ميانگين آب توليدي نيمه مرداد و بهمن در تهران به‌عنوان روزهاي نمونه تابستاني و زمستاني استفاده شده است. نتايج بهينه ساي به كمك الگوريتم ژنتيك نشان مي­دهد كه هر چه جرم آب شور در داخل آب‌شيرين‌كن كمتر باشد، مقدار آب شيرين توليدي بيشتر خواهد بود. يك ماده تغيير فاز دهنده از نوع هيدرات نمك با رسانايي گرمايي و چگالي نسبتاً بالاتري از مابقي نمونه ها، به‌عنوان ماده تغيير فازدهنده بهينه انتخاب شد. دماي نقطه ذوب اين نوع PCM مقدار 58 درجه سلسيوس است كه نزديك به بيشينه دماي است كه آب شور در تابستان به آن مي رسد. جرم آب، جرم ماده تغيير فازدهنده و ضخامت شيشه به­ ترتيب 20 ، 14/3 كيلوگرم و 15/2 ميلي ­متر انتخاب مي­ شود. مقدار آب شيرين توليدي سالانه بيشينه در حالت بهينه مقدار 1632 كيلوگرم به­ازاي هر متر مربع از آب شيرين كن به­ دست آمد.

Desalination of the brackish water using a passive solar still with a Phase change materials (PCMs) put under the basin liner of the distillation device is dealt with the help of transient mathematical models. To achieve an optimal system, genetic algorithm is used. In order to estimate the desalinated water in a year, the mass of fresh water in two days of midsummer (7 August) and the midwinter (4 February) was calculated as the typical days in summer and winter. It is assumed that the average amount of water produced in these two days will be repeated for all days at the year. The results showed that mass reduction of saline water is lead to Increase of desalinated water mass. A salt hydrate PCM that its thermal conductivity and density were 0.69 􀭵 􀯠.􀯄 and 1505 􀭏􀭥 􀯠􀰯 respectively was selected as the optimal PCM. This type of PCM had a higher thermal conductivity and density than other PCMs. The melting point of this type of PCM is 58°C, which is close to the maximum temperature that saline water reaches in the summer. According to considered limitations for inputs of genetic algorithms, water mass, PCM mass and thickness of the glass, 20 kg, 3.14 kg and 2.15 mm were selected respectively. The maximum amount of annual produced freshwater In optimal mode obtained 1632 kg per square meter of desalination.