ความยาวท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมสำหรับระบบเก็บกักความร้อนแบบเปลี่ยนสถานะ

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการทดลองเพื่อหาความยาวท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมสำหรับระบบเก็บกักความร้อนที่ใช้พาราฟินเป็นสารเก็บกักความร้อนแบบเปลี่ยนสถานะ มีวัตถุประสงค์เพื่อชดเชยผลกระทบจากพาราฟินที่แข็งตัวเป็นฉนวนรอบ ๆ ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อให้สามารถผลิตอากาศร้อนที่มีอุณหภูมิสูงที่สุดตลอดช่วงการใช้งานที่กำหนด ระบบเก็บกักความร้อนประกอบด้วย ถังขนาด 35 × 35 × 150 เซนติเมตร บรรจุพาราฟินเหลว 150 กิโลกรัม และติดตั้งท่ออากาศสำหรับแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งทำจากท่อทองแดงอยู่ภายในถังทำการทดลองโดยใช้ท่อ 2 ขนาด คือ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.25 เซนติเมตร และ 1.50 เซนติเมตร ทำการทดลองที่อัตราการไหลของอากาศ 75 ลิตรต่อนาที อุณหภูมิของพาราฟินเหลวเริ่มต้นที่ 60 องศาเซลเซียส กำหนดระยะเวลาการทดสอบการถ่ายเทความร้อนเท่ากับ 4 ชั่วโมง จากการทดลองพบว่า ในช่วงเวลา 4 ชั่วโมง ของการผลิตอากาศร้อน พาราฟินจะเกิดการเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็งหุ้มรอบท่อทองแดงโดยเริ่มจากปลายท่อด้านขาเข้าของอากาศทำให้เกิดเป็นฉนวนความร้อนและทำให้อัตราการถ่ายเทความร้อนลดลง ดังนั้นจึงต้องใช้ความยาวท่อที่ยาวขึ้นในการถ่ายเทความร้อน จากผลการทดลองพบว่า ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.25 เซนติเมตร และ 1.50 เซนติเมตร ต้องการความยาวท่อ  900 เซนติเมตร และ 700 เซนติเมตร ตามลำดับ เพื่อให้ได้อุณหภูมิของอากาศที่ทางออกสูงที่สุดตลอดระยะเวลา 4 ชั่วโมง และสามารถผลิตอากาศร้อนอุณหภูมิ 58 องศาเซลเซียส ที่อัตราการไหลของอากาศ 75 ลิตรต่อนาที ผลจากพาราฟินที่เกิดการแข็งตัวเคลือบท่อแลกเปลี่ยนความร้อนส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลดลงร้อยละ 15 และร้อยละ 13.4 ตามลำดับ เมื่อเทียบกับท่อเปล่า

Optimal Heat Exchanger Pipe Length for a Phase Change Heat Storage System

The objective of this research was to find an optimal length of heat-exchanged pipe used within a heat storage system that used paraffin as its phase change material. The objective was to compensate for the effects of hardening paraffin which acted as insulation around the pipe in order to produce the highest temperature of hot air throughout the usage. The thermal storage system consists of a tank measuring 35×35×150 cm which contains 150 kg of liquid paraffin and which has internal copper piping installed as a heat exchanger. The study used 2 sizes of pipe with diameters of 1.25 cm and 1.5 cm. The experiments were conducted with an air flow rate of 75 LPM through the copper piping. The starting temperature of the liquid paraffin was 60ºC. The period of the heat transfer test was 4 hours. From the experiment, during the four hours of hot air production, the paraffin would become solid and coat around the copper tubing, starting with the air inlet side, which caused thermal insulation and decreased the heat transfer rate. Therefore, a longer pipe length was required in order to transfer the heat. The results show that in order to obtain highest air temperature at the exit point, the heat exchange tubes with a diameter of 1.25 cm and 1.50 cm needed to be 900 cm and 700 cm long respectively. It could produce hot air with a temperature of 58ºC at a rate of 75 LPM.  When compared to an empty tube, the tube with a hardened paraffin coating had a reduced efficiency of heat transfer by 15% and 13.4% respectively.