Système expérimental de réfrigération solaire Adsorption avec collecteur de concentré

L'objectif général de cette expérience est d'étudier les performances frigorifiques d'un système d'adsorption solaire équipé d'un collecteur solaire à trou. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine du refroidissement par adsorption solaire, telles que la manière d'améliorer le coefficient de performance et la puissance frigorifique spécifique du système. Nous avons eu l'idée de cette méthode il y a quelques années, lorsque nous avons envisagé comment réduire le besoin de refroidissement en exploitant l'énergie solaire.

Il s'agit du système de réfrigération solaire par adsorption sur le campus de l'Université de technologie de Pékin. Un composant principal est un lit d'adsorption situé au foyer d'un collecteur solaire cylindro-parabolique, équipé d'un dispositif de suivi solaire. Ce lit est relié à un condenseur et à un évaporateur.

L'évaporateur est installé sur un réservoir d'eau qui sera refroidi par le système. Une boucle d'eau circulante peut refroidir le lit d'adsorption. Les connexions entre ces éléments sont représentées dans ce schéma.

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

Pour libérer la vapeur d'eau du lit d'adsorption, ouvrez ce robinet ainsi que celui du condenseur. Fermez le robinet du condenseur et ouvrez celui de l'évaporateur lorsque le lit d'adsorption doit absorber la vapeur d'eau. Une pompe crée un vide dans les conduites reliant l'évaporateur du lit et le condenseur.

Si nécessaire, la boucle d'eau circulante refroidit le lit d'adsorption. Les détails du lit d'adsorption figurent dans ce schéma. Il existe un tube en verre externe.

Il est concentrique avec le tube absorbant solaire. Entre les deux se trouve un vide. À l'intérieur du tube absorbant solaire se trouve un tube en cuivre concentrique destiné au système de refroidissement par eau.

Cette coupe transversale révèle l'existence d'un canal de transfert de masse en dehors de l'axe central. La région située entre le tube absorbant solaire et les tubes intérieurs est remplie de matériau adsorbant utilisant l'eau comme fluide frigorigène. Des sondes de température sont placées dans le matériau adsorbant à différents endroits du système.

Deux sont situés à 140 millimètres d'une extrémité du système. Cinq sont disposés au milieu du système. Deux autres sont situés à 140 millimètres de l'autre extrémit&201 du système.

Pour commencer le cycle menant au refroidissement, alignez la tranchée solaire de manière à suivre le soleil. Ajustez manuellement la tranchée afin de maximiser son exposition au soleil, puis procédez à l'isolement du lit d'adsorption et assurez-vous que la pression du lit et du tube est inférieure à 800 pascals. Pour ce faire, fermez la vanne qui y est connectée.

Veillez à ce que toutes les vannes soient 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, ce qui chauffe le lit d'adsorption saturé en eau dans des conditions fermées. Lorsque la cuve 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 permettant une connexion entre le lit et le condenseur.

Alors que la vapeur d'eau circule, maintenir le chauffage solaire du lit d'adsorption. Lorsque les pressions du lit et du condenseur sont identiques, fermer les vannes entre le lit et le condenseur. Ensuite, prendre une feuille d'aluminium suffisante pour couvrir le lit d'adsorption.

Utilisez-le pour protéger le tube des rayonnements solaires, afin de démarrer le processus d'adsorption. Ouvrez la boucle d'eau de circulation pour refroidir le matériau adsorbant. Surveillez la pression du lit afin d'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 les variations de température et de pression dans le lit.

Lorsque la pression du lit et celle de l'évaporateur sont égales, fermez les vannes qui les relient. Ensuite, arrêtez l'écoulement dans la boucle d'eau. Enfin, retirez le bloc de feuille d'aluminium placé au-dessus du tube d'adsorption pour démarrer le processus de désorption.

Ces données proviennent des neuf capteurs de température enregistrées tout au long du processus d'adsorption, en utilisant la zéolithe SAPO-34. Les graphiques concernent les capteurs les plus proches de l'évaporateur, situés au centre de la tige, et les plus éloignés de l'évaporateur. Représentées ensemble, les données montrent que l'adsorption dans différentes sections débute presque simultanément.

Cela indique que la capacité de transfert de masse du SAPO-34 est bonne. Le système de refroidissement par eau a empêché l'augmentation de la température après environ 400 à 600 secondes d'adsorption, sauf à l'extrémité éloignée du tube. Différents matériaux d'adsorption présentent des propriétés de transfert thermique différentes.

Ces données comparent les températures du zéolithe SAPO-34 en bleu et du zéolithe ZSM-5 en rouge pendant la désorption. Les données d'intensité solaire pour les deux essais différents ne laissent pas supposer une grande différence de chauffage. Malgré cela, l'augmentation de température dans le zéolithe ZSM-5 a été de 32 degrés Celsius, tandis que celle du zéolithe SAPO-34 a été de 17 degrés Celsius.

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

La variation de température avec le zéolithe ZSM-5 a été relativement régulière tout au long du processus. L'avantage de cette technique réside dans le fait que le fluide frigorigène est refroidi grâce à l'amélioration du transfert dans le lit d'adsorption solaire. Ainsi, cette méthode permet de mieux comprendre les techniques d'adsorption solaire.

Il peut également alimenter d'autres systèmes, tels que la climatisation. Un maître de cette technique peut être réalisé chez vous s'il est mis en œuvre correctement. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de réaliser une réfrigération en utilisant uniquement l'énergie solaire comme procédé.

N'oubliez pas que travailler avec le lit d'adsorption à haute température peut entraîner un risque extrêmement élevé de blessures graves, et que des précautions, telles que maintenir une distance de sécurité par rapport au lit, doivent toujours être prises lors de l'exécution de la procédure.