Système expérimental de réfrigération solaire Adsorption avec collecteur de concentré

L’objectif global de cette expérience est d’étudier les performances de réfrigération d’un système d’adsorption solaire avec une auge de capteur solaire. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine du refroidissement par adsorption solaire, telles que l’amélioration du coefficient de performance et le refroidissement spécifique de la puissance du système. Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois il y a quelques années, lorsque nous avons réfléchi à la manière de réduire l’environnement de refroidissement en utilisant l’énergie solaire.

Il s’agit du système de réfrigération par adsorption solaire sur le campus de l’Université de technologie de Pékin. L’un des composants principaux est un lit d’adsorption au foyer d’un capteur solaire, avec un dispositif de suivi solaire. Le lit est relié à un condenseur et à un évaporateur.

L’évaporateur est assis sur un réservoir d’eau qui sera refroidi par le système. Une boucle d’eau en circulation peut refroidir le lit d’adsorption. Les connexions entre ces éléments sont dans ce schéma.

Le lit d’adsorption est relié à l’évaporateur et au condenseur par des tubulures. Un manomètre surveille la pression dans le tube du lit d’adsorption. Une vanne permet d’isoler le lit d’adsorption.

Pour libérer la vapeur d’eau du lit d’adsorption, ouvrez cette vanne et celle du condenseur. Fermez la vanne du condenseur et ouvrez la vanne de l’évaporateur lorsqu’il est temps pour le lit d’adsorption d’absorber la vapeur d’eau. Une pompe établit un vide dans le tube, reliant l’évaporateur à lit et le condenseur.

Lorsque nécessaire, la boucle d’eau circulante refroidit le lit d’adsorption. Les détails du lit d’adsorption se trouvent dans ce schéma. Il y a un tube de verre extérieur.

Il est concentrique avec le tube d’adsorption solaire. Entre les deux, il y a un vide. À l’intérieur du tube d’adsorption solaire se trouve un tube concentrique en cuivre pour le système de refroidissement par eau.

Cette section transversale révèle qu’il existe un canal de transfert de masse hors de l’axe central. La région entre le tube adsorbant le soleil et les tubes intérieurs est remplie d’un matériau adsorbant avec de l’eau comme réfrigérant. Il y a des sondes de température dans le matériau adsorbant à différents points du système.

Deux sont à 140 millimètres d’une extrémité du système. Cinq sont rangés au milieu du système. Deux autres sont à 140 millimètres de l’autre extrémité du système.

Pour commencer le cycle qui aboutit à la réfrigération, commencez avec l’auge solaire alignée pour suivre le soleil. Ajustez manuellement l’auge pour maximiser son exposition au soleil, puis déplacez-la pour isoler le lit d’adsorption et vous assurer que la pression du lit et du tube est inférieure à 800 pascals. Pour ce faire, fermez la vanne qui y est connectée.

Assurez-vous que toutes les vannes sont fermées et qu’aucune eau de refroidissement ne circule, puis démarrez le contrôleur du système de suivi solaire. Au fil du temps, le système suit le soleil, qui chauffe le lit d’adsorption saturé d’eau dans des conditions fermées. Pendant que l’auge se déplace, surveillez la pression du lit à l’aide du manomètre.

Attendez une pression supérieure à la valeur de la température de condensation de l’environnement. À une pression appropriée, démarrez le processus de désorption. Ouvrez les vannes qui permettent une connexion entre le lit et le condenseur.

Au fur et à mesure que la vapeur d’eau s’écoule, maintenez le chauffage solaire vers le lit d’adsorption. Lorsque les pressions du lit et du condenseur sont identiques, fermez les vannes entre le lit et le condenseur. Ensuite, procurez-vous une feuille de papier d’aluminium, suffisante pour couvrir le lit d’adsorption.

Utilisez-le pour protéger le tube du rayonnement solaire, afin de démarrer le processus d’adsorption. Ouvrez la boucle d’eau de circulation pour refroidir le matériau adsorbant. Surveillez la pression du lit pour identifier quand elle est inférieure à la pression de vapeur saturée de l’évaporateur.

À ce stade, ouvrez les vannes entre le lit et l’évaporateur. Laissez la vapeur d’eau s’engouffrer dans le lit. Poursuivez le processus d’adsorption et enregistrez la variation de la température et de la pression du lit.

Lorsque le lit et l’évaporateur ont des pressions égales, fermez les vannes reliant les deux. Ensuite, arrêtez l’écoulement dans la boucle d’eau. Enfin, retirez le bloc de feuille d’aluminium du tube d’adsorption pour démarrer le processus de désorption.

Ces données proviennent des neuf capteurs de température au cours du processus d’adsorption, à l’aide de zéolithe SAPO-34. Les tracés sont destinés aux capteurs les plus proches de l’évaporateur, au centre de la tige et les plus éloignés de l’évaporateur. Ensemble, les données démontrent que l’adsorption sur différentes sections commence presque en même temps.

Cela suggère que la capacité de transfert de masse de SAPO-34 est bonne. Le système de refroidissement par eau a empêché les températures d’augmenter après environ 400 à 600 secondes d’adsorption, sauf à l’extrémité du tube. Différents matériaux d’adsorption ont des propriétés de transfert de chaleur différentes.

Ces données ont comparé les températures de la zéolite SAPO-34 en bleu et de la zéolithe ZSM-5 en rouge pendant la désorption. Les données d’intensité solaire pour les deux essais différents ne suggèrent pas une grande différence de chaleur. Malgré cela, l’augmentation de la température de la zéolite ZSM-5 était de 32 degrés Celsius, tandis que celle de la zéolithe SAPO-34 était de 17 degrés Celsius.

Le ZSM-5 a de meilleures caractéristiques de transfert de chaleur par rapport au SAPO-34. La mesure de la température du réservoir d’eau glacée de l’évaporateur révèle que les différents matériaux d’adsorption ont une différence de performance. Avec la zéolithe SAPO-34, la température a baissé rapidement puis a ralenti.

Le changement de température avec la zéolite ZSM-5 a été relativement doux tout au long de la période. L’avantage de cette technique est que le liquide de refroidissement maléfique est refroidi par l’amélioration du transfert dans le lit d’adsorption solaire. Ainsi, cette méthode donne un aperçu des techniques d’adsorption solaire.

Il peut également être une lumière dans d’autres systèmes, tels que la climatisation. Un maître de cette technique peut être fait dans le vôtre si elle est exécutée correctement. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de réaliser la réfrigération, en utilisant uniquement l’énergie solaire comme processus.

N’oubliez pas que travailler avec le lit d’adsorption à des températures élevées peut être extrêmement élevé et que les précautions, telles que le maintien de votre distance par rapport au lit, doivent toujours être prises lors de l’exécution de la procédure.