การทดสอบสมรรถนะการถ่ายโอนความร้อนของเทอร์โมไซฟอนชนิดวงจรที่ใช้สารทำความเย็นที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเป็นสารทำงานStudy of Heat Transfer Performance of a Loop Thermosyphon Using an Environment-friendly Refrigerants as a Working Fluid

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาเชิงทดลองเพื่อทดสอบสมรรถนะของเทอร์โมไซฟอนชนิดวงจรที่ใช้สารทำความเย็นกลุ่มที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเป็นสารทำงาน เทอร์โมไซฟอนทำด้วยท่อทองแดงโดยมีความสูงรวมเท่ากับ 1000 มม. ซึ่งมีอัตราส่วนพื้นที่ภาคตัดของท่อนำไอระเหยต่อท่อนำของเหลวเท่ากับ 4.46 ใช้สารทำความเย็น R134a, R32, R404a, R407C และ R410A เป็นสารทำงานด้วยอัตราการบรรจุเท่ากับ 20% ของปริมาตรระบบ ทำการทดลองในแนวตั้งตรงโดยให้ความร้อนด้วยฮีตเตอร์ไฟฟ้าแบบฟลักซ์ความร้อนคงที่ในช่วง 8.36–50.15 กิโลวัตต์/ตารางเมตร ขณะที่คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำเย็นอุณหภูมิทางเข้า 25°ซ และอัตราการไหลเชิงมวล 6.67×10–3 กก./วินาที จากผลการทดลองพบว่าสารทำความเย็นต่างชนิดกันมีผลต่อสมรรถนะในการถ่ายโอนความร้อนของเทอร์โมไซฟอนชนิดวงจรที่แตกต่างกัน โดย R32, R134a, R410A, R407C และ R404A มีค่าความต้านทานความร้อนรวมต่ำสุดเท่ากับ 0.1124, 0.1140, 0.1145, 0.1180 และ 0.1199°ซ/วัตต์ ตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่า R32, R404A และ R410A มีค่าความต้านทานความร้อนรวมต่ำสุดเมื่อฟลักซ์ความร้อนเท่ากับ 30 กิโลวัตต์/ตารางเมตร ในขณะที่ R134a และ R407C มีค่าความต้านทานความร้อนรวมต่ำสุดเมื่อ ฟลักซ์ความร้อนเท่ากับ 40 กิโลวัตต์/ตารางเมตร

The objective of this study is to investigate the performance of a loop thermosyphon (LTS) by using environment-friendly refrigerants as the working fluids. An LTS is made of copper pipes with total height of 1,000 mm. The cross-sectional area ratio of the vapor pipe to liquid pipe is 4.46. The R134a, R32, R404a, R407C and R410A refrigerants are used as working fluids with the 20% volume-filling ratio. The experiment was conducted in a vertical orientation and the samples were heated by the electrical heater in the range of constant heat flux at 8.36–50.15 kW/m2. A condenser was cooled by the cold water with inlet temperature of 25°C and 6.67×10–3 kg/s of mass flow rate. The results showed that each type of refrigerant affected heat transfer performance of the LTS differently. Specifically the R32, R134a, R410A, R407C and R404A have minimum total thermal resistance at 0.1124, 0.1140, 0.1145, 0.1180 and 0.1199°C/W respectively. It also has been found that R32, R404A and R410A have the minimum total thermal resistance with the 30 kW/m2 heat flux while R134a and R407C has the minimum total thermal resistance when exposed to the heat flux of 40 kW/m2.