การศึกษาการนำระบบทำความเย็นสเตอร์ลิงมาใช้ในการปรับอากาศ

Abstract

บทความนี้นำเสนอแนวทางการออกแบบ และวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกส์ของเครื่องทำความเย็นสเตอร์ลิง ซึ่งระบบทำความเย็นสเตอร์ลิงวางอยู่บนพื้นฐานการทำงานย้อนกลับของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง การศึกษาแสดงให้เห็นถึงการนำเครื่องทำความเย็นสเตอร์ลิงมาใช้ในการปรับอากาศ รวมถึงสร้างเครื่องทำความเย็นชนิดเบตามีพิกัดทำความเย็น 50 W ใช้อากาศเป็นสารทำงานที่ความดันสูงสุด 0.70 MPa ความเร็วรอบสูงสุดที่ 1000 รอบ และอุณหภูมิทำความเย็น -5 ถึง 20°C จากนั้นทดสอบหาสมรรถนะทางด้านพิกัดทำความเย็นและ COPi ที่มีผลจากการเปลี่ยนแปลงความดัน รอบการทำงานและอุณหภูมิด้านการทำความเย็น โดยพิกัดทำความเย็นสูงสุดมีค่า 45.1 W ที่ความดัน 0.70 MPa และผลต่างอุณหภูมิ T5/31 เมื่อเพิ่มความดันให้กับเครื่อง ทำให้เครื่องมีพิกัดทำความเย็นเพิ่มมากขึ้น นอกจากนั้นผลต่างอุณหภูมิในการทำความเย็นยังมีผลต่อพิกัดทำความเย็น โดยพิกัดทำความเย็นเพิ่มขึ้นเมื่อผลต่างของอุณหภูมิลดลง สำหรับการทำนายพิกัดทำความเย็นสามารถทำนายได้อย่างแม่นยำด้วยความสัมพันธ์ของสมการเชิงประจักษ์ ในส่วนของตัวแปรไรมิติของค่าพิกัดทำความเย็นอยู่ในช่วงใกล้เคียงกับการศึกษาอื่น จากการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการใช้งานในการปรับอากาศในยานยนต์ด้วยพิกัดทำความเย็นขนาดเล็กเครื่องทำความเย็นสเตอร์ลิงสามารถเข้ามาเป็นทางเลือกเพื่อใช้ทดแทนระบบอัดไอได้

This paper describes the design concept and thermodynamic analysis of the

Stirling cooler. Based on the reverse operation of the Stirling engine, a Stirling

cooler is investigated for the air conditioning application in the present study.

The cooler is of a beta-type with 50 W cooling capacity. The design conditions

are air-charged operation with the maximum pressure of 0.70 MPa, 1000 rpm

maximum speed and the cold-end temperature of -5 to 20 °C. The cooler is

evaluated for the cooling capacity and the COP under different pressure,

running speed and cold-end temperature. At the design cold/warm-end

temperature of 5/31 °C, the maximum cooling capacity is 45.1 W at 0.70 MPa

charged pressure. The cooling capacity was observed to increase with the

increased pressure and decreased cold/warm-end temperature difference.

The cooling capacity of the cooler is predicted quite accurately using an

empirical relationship. In terms of the dimensionless cooling capacity, this

cooler performed at comparable performance with other studies. The results

from the present study demonstrate that, in the smaller scale of cooling

capacity such as in mobile air conditioning, the Stirling cooler can prove to be

a viable alternative to the vapor compression system.