مسعود ابراهیمی

در این پژوهش، دو چرخه تولید هم زمان برق، گرما و سرما (CCHP) در مقیاس میکرو طراحی شده است که برای کاربری قابل حمل و نیز استفاده در یک واحد مسکونی مناسب می باشد. موتور اصلی این چرخه ها، یک پیل سوختی پلیمری (PEMFC) می باشد؛ که با هیدروژن کار می کند. در چرخه پیشنهادی اول پیل سوختی پلیمری کار تولید برق و گرما را انجام می دهد و برق تولیدی در باتری ذخیره می شود. در این طراحی از مواد ترموالکتریک جهت تولید سرما استفاده شده است که برق مورد نیاز خود را از باتری گرفته است. در چرخه پیشنهادی دوم از گرمای تولیدی پیل سوختی برای تولید آب گرم استفاده شده است. جهت تولید سرمایش، آب گرم تولیدی نیز به یک چیلر جذب سطحی داده شده است. در طراحی این چرخه بخش ترموالکتریک به عنوان ژنراتور، بین منبع و چاه گرمایی قرار گرفته است که می تواند برق تولید کند. مدل های ریاضی پیل سوختی پلیمری و دیگر اجزا سیستم استخراج و کدنویسی شده اند و اجزای اصلی این چرخه ها با کار دیگر محققان مقایسه و اعتبار سنجی شده است. در نهایت این چرخه ها به وسیله معیارهای انرژی، اگزرژی و زیست محیطی مورد بررسی و ارزیابی قرارگرفته اند. همچنین دو چرخه پیشنهاد شده از دیدگاه های مختلف با هم مقایسه شده اند. نتایج نشان داد که در حالت مشخص چرخه پیشنهادی اول قادر به تولید 79/2 کیلووات برق، 04/3 کیلووات گرما و 8/26 وات سرما است. بازدهی انرژی چرخه تولید هم زمان به 94/76% رسید و به میزان 25/43% در مصرف سوخت صرفه جویی شده است. راندمان اگزرژی چرخه نیز 86/53% می باشد. علاوه بر این، از تولید 58/2 کیلوگرم دی اکسید کربن به ازای هر ساعت کار دستگاه، جلوگیری شده است. چرخه پیشنهادی دوم نیز قادر به تولید 79/2 کیلووات برق، 39/2 کیلووات گرما و 06/209 وات سرما است. بازدهی انرژی و اگزرژی این چرخه نیز به ترتیب 78/74% و 13/53% می باشد. این چرخه می تواند از تولید 5/2 کیلوگرم دی اکسید کربن به ازای هر ساعت کار دستگاه، جلوگیری کند و در مقایسه با سیستم های معمول، 68/41% کاهش مصرف سوخت به دست آمده است. تحلیل اگزرژی نیز نشان دادکه پیل سوختی پلیمری دارای بیشترین تلفات اگزرژی است. ارزیابی ها حاکی از آن است که چرخه اول از دیدگاه های انرژی، اگزرژی و زیست محیطی نسبت به چرخه دوم بهتر عمل می کند.