Sistema sperimentale di refrigerazione solare adsorbimento con collettore concentrato

Sommario

Con l'energia solare come forza trainante, un sistema di refrigerazione di romanzo adsorbimento è stato sviluppato e studiato sperimentalmente. Vapore acqueo e zeolite ha formato la coppia di lavoro del sistema di adsorbimento. Questo manoscritto descrive l'installazione della piattaforma sperimentale, la procedura di funzionamento e i risultati importanti.

Abstract

Per migliorare le prestazioni di refrigerazione solare adsorbimento, un sistema sperimentale con un collettore solare a concentrazione è stato istituito e studiato. I componenti principali del sistema sono stati il letto adsorbente, il condensatore, l'evaporatore, il sub-sistema di raffreddamento e del collettore solare. Nella prima fase dell'esperimento, il letto del vapore saturo è stato riscaldato dalla radiazione solare in condizioni chiuse, che ha causato il letto temperatura e aumento della pressione. Quando la pressione di letto è diventato abbastanza alto, il letto è stato commutato per connetterti al condensatore, così vapor d'acqua scorreva continuamente dal letto al condensatore di essere liquefatto. Successivamente, il letto necessario per rinfrescarsi dopo il desorbimento. In condizione di schermatura solare, realizzata da foglio di alluminio, il ciclo dell'acqua circolante è stato aperto al letto. Con l'acqua circola continuamente nel letto, il calore immagazzinato nel letto era tirato fuori e la pressione letto diminuita di conseguenza. Quando la pressione letto caduto sotto la pressione di saturazione alla temperatura di evaporazione, è stata aperta la valvola all'evaporatore. Una massa di vapore acqueo si precipitò nel letto ed è stata adsorbita dal materiale zeolite. Con la massiccia vaporizzazione dell'acqua nell'evaporatore, l'effetto di refrigerazione è stato generato infine. Il risultato sperimentale ha rivelato che sia il COP (coefficiente di prestazioni del sistema) e SCP (raffreddamento potenza specifica del sistema) della zeolite SAPO-34 era superiore a quella della zeolite ZSM-5, non importa se il tempo di adsorbimento era più lungo o più brevi. Il sistema della zeolite SAPO-34 ha generato un poliziotto massimo di 0,169.

Introduzione

Con il problema di ozono di vapore tradizionale compresso refrigerazione crescendo più serio, sostituendo il tradizionale refrigerazione con tecnologia verde è diventato un argomento caldo negli ultimi anni. Tra quelle tecnologie verdi, la refrigerazione solare adsorbimento ha attirato molto l'attenzione dei ricercatori. Spinto dalla qualità inferiore energia termica, il sistema di refrigerazione di adsorbimento ha i vantaggi di essere ecologico, piccolo e flessibile. Questo sistema di adsorbimento può anche essere guidato con energia non solare, per esempio da cascami di calore scaricato dall'impianto termico o dai gas di scarico del motore dei veicoli, come citato da Hu et al. ¹

In un adsorbimento sistema di raffreddamento, il letto di adsorbimento è il componente chiave. Relativo lavoro influisce direttamente sulle prestazioni dell'intero sistema. Pertanto, il design del letto adsorbimento è la questione più importante, come sottolineato da Sutuki. ² una decina di anni fa, il letto era usato soprattutto nell'adsorbimento sistema di raffreddamento. ^{3 , 4 , 5} senza alcun dispositivo di concentrazione solare, la temperatura di base piana era generalmente bassa e quindi il poliziotto del sistema era insoddisfacente. Al contrario, il letto di adsorbimento tubolare migliorato il poliziotto. È stato segnalato che il poliziotto potrebbe raggiungere 0,21 nella regione sub-Sahara da Hadj Ammar et al. ⁶ inoltre, Wang et al. ⁷ sviluppato un adsorbente di piastra a spirale che si distingueva per la caratteristica di rigenerazione di calore continuo. Il disegno novello del letto adsorbimento accorciato il tempo di ciclo del sistema. Abu-Hamdeh et al. ⁸ hanno segnalato il loro studio sul sistema di refrigerazione solare adsorbimento con un collettore parabolico. Loro risultati dei test hanno mostrato il poliziotto del sistema ha variato da 0,18-0,20. Fadar El et al. ⁹ ha studiato un sistema di refrigerazione di adsorbimento che è stato accoppiato con un tubo di calore e arricchito con collettore parabolico, che ha mostrato un poliziotto ottima di 0.18.

Per migliorare il trasferimento di calore del letto tubolare, sono stati considerati alcuni adsorbitori di tubo alettato ed è stato esaminato l'effetto del potenziamento. Un letto innovativo che ha preso la forma dello scambiatore tubiero è stato presentato da Restuccia et al. ¹⁰. il tubo alettato interno è stato rivestito con uno strato di zeolite affinché la resistenza di contatto trasferimento di calore/massa tra la superficie metallica e il materiale adsorbente potrebbe essere ridotto. Il sistema ha prodotto una potenza di 30-60 W/kg di potenza di raffreddamento specifica nel tempo in bicicletta di 15-20 s. Al Mers et al. ¹¹ha dimostrato che l'adsorbitore avanzata con pinne di 5-6 potrebbe ridurre significativamente la perdita di calore dell'adsorbitore atmosfera e migliorando così il poliziotto con 45%. L'effetto di un adsorbente di tubo alettato sulle prestazioni del sistema guidato solare inoltre è stata studiata da Louajari et al. ¹². utilizzando carbone attivo-ammoniaca come la coppia di lavoro, hanno mostrato che il trasferimento di massa in bicicletta nell'adsorbitore con pinne era maggiore di quello senza pinne.

Nello studio corrente, abbiamo studiato sperimentalmente un sistema di refrigerazione solare migliore adsorbimento, in cui è stato applicato un raccoglitore di trogolo parabolico di inseguimento solare e un tunnel di raffreddamento interno è stato distribuito. Con la zeolite SAPO-34/ZSM-5 e il vapore acqueo come la coppia di lavoro, il sistema ha mostrato caratteristiche interessanti in termini di termodinamica e refrigerazione. La metodologia sperimentale, nonché i risultati dei test tipici saranno presentati e discussi in questo rapporto.

Protocollo

1. messa a punto sperimentale

Nota: il sistema di refrigerazione di adsorbimento era composto il letto di adsorbimento, l'evaporatore, condensatore, la pompa del vuoto e il collettore solare attraverso ( Figura 1). Un dispositivo di inseguimento solare automatico con un trogolo parabolico è stato fabbricato e applicato nel sistema per migliorare l'efficienza del collettore solare. Il trogolo di inseguimento solare automatico era guidato dal dispositivo dell'ingranaggio a vite come mostrato in Figura 2. Il dispositivo è costituito da motore passo-passo, il worm, l'ingranaggio, il blocco in movimento limite e le ruote. Le dimensioni del dispositivo dell'ingranaggio a vite erano 21 x 80 cm ². Il raccoglitore di trogolo concentra i raggi solari sul letto adsorbente, che si trovava lungo la linea di messa a fuoco del trogolo parabolico.

Figura 1: sistema sperimentale per solare refrigerazione di adsorbimento. (Top) schematica del sistema; (in basso) Fotografia del setup sperimentale. Il pannello superiore presenta i componenti del sistema sperimentale, che coinvolge l'evaporatore, condensatore, la pompa del vuoto, ecc il pannello inferiore consente di visualizzare la fotografia del sistema di refrigerazione di adsorbimento assemblato. Nel sistema, l'evaporatore e il condensatore è della struttura tubo alettato, un tipo di scambiatore di calore compatto. Il letto di adsorbimento è riformato da un collettore solare sottovuoto, in grado di catturare l'energia solare in modo efficace. Clicca qui per visualizzare una versione ingrandita Questa figura.

Figura 2: la struttura della scatola ingranaggi di vite senza fine. La scatola ingranaggi di vite senza fine è il dispositivo che trasforma la rotazione del motore passo a passo il movimento di inseguimento solare del trogolo parabolico. Oltre il motore passo a passo, la scatola ingranaggi di vite senza fine coinvolge anche il riduttore, le ruote, la vite senza fine, ecc tirando l'interruttore manuale/automatico maniglia a sinistra, ingranaggi 5a e 5b sono stati disattivati. Così, la depressione può essere controllata manualmente ruotando la rotella di mano. Tirando la maniglia manuale/automatico interruttore a destra, ingranaggi 5a e 5b sono impegnati insieme. Così, è controllato automaticamente dal motore passo-passo.

Metodo

1. collegare il collettore solare di rilevamento all'albero della vite senza fine-ruota di una saldatura. Passare la rotazione del motore passo a passo per il collettore solare abbinando l'ingranaggio e la vite senza fine. Difficoltà il letto di adsorbimento tubolare insieme con il collettore con un paio di collari tubo.
   Nota: Guidato dal motore passo-passo, il sistema ruota ogni giorno da est a ovest per seguire il movimento solare automaticamente.
2. Regolare l'angolo di inclinazione della saccatura al livello del suolo, in funzione della variazione dell'altitudine solare nelle diverse stagioni. Determinare l'angolo β inclinazione della saccatura di Φ la latitudine e il declinazione solare δ e la formula β = Φ - δ. Ruotare manualmente la ruota piccola che si trova nella parte inferiore della leva di regolazione dell'angolo per regolare l'angolo di inclinazione della saccatura (la parte del n. 13, Figura 1).
   Nota: In questo modo, la radiazione solare è più normale possibile sulla mangiatoia. Il sistema sperimentale era situato nel campus dell'Università di tecnologia di Pechino, alla latitudine 39.89 ° N e Longitudine 116.38 ° E. Il letto di adsorbimento ha assunto una forma cilindrica. È stato riformato da un ricevitore solare sottovuoto di un tubo ( Figura 3).

Figura 3 : struttura del letto adsorbimento e la distribuzione della temperatura sonda. (Top) schema della struttura del letto; (in basso) Sonde di temperatura ed il canale di trasferimento di massa nel letto. Il pannello superiore mostra la struttura base del letto. Il materiale adsorbente è messo nella cavità anulare tra il tubo di assorbimento solare e il canale di raffreddamento rame. I raggi solari penetrano il tubo di vetro e cadono sulla superficie del tubo solare-assorbente. Quindi, di conduzione di calore, l'energia solare viene trasferita al materiale adsorbente all'interno del letto. Il pannello inferiore mostra la posizione delle sonde di temperatura. Queste sonde sono utilizzate per monitorare il cambiamento di temperatura del letto durante il processo di adsorbimento/desorbimento. Clicca qui per visualizzare la versione ingrandita di questa figura.

3. per promuovere la cattura dell'energia solare, ricoprire il tubo solare-assorbente del letto, (in acciaio inox con d = 64,5 mm) con uno strato di deposito di cromo nero con il metodo di rivestimento sotto vuoto. Consultare la letteratura precedentemente pubblicata su rivestimento selettivo per ulteriori informazioni su questa tecnica ¹³. Assicurarsi che il tasso di assorbimento solare di strato del rivestimento è 0.95, l'emissività infrarossa è 0,15 e lo spessore di strato del rivestimento è di 0,08 mm.
   Nota: Questo strato di rivestimento aiuta a catturare la radiazione solare in modo efficace ma molto leggermente emette stesso. Di conseguenza, l'energia solare entra facilmente il letto di adsorbimento e viene trasformato in termica entalpia di adsorbente efficacemente.
4. Inserire un tubo di rame (d = 20 mm) lungo l'asse del letto adsorbimento. Fissare il tubo di rame al letto con la flangia (vedere la Figura 3, pannello superiore). Il tubo di rame funziona come il canale di raffreddamento del letto durante il processo di adsorbimento.
5. Riempire il materiale adsorbente nella cavità anulare nel letto che è formata dal tubo di letto e il canale di raffreddamento rame. Utilizzare la zeolite SAPO-34 come il materiale adsorbente e l'acqua come refrigerante. Mettere 3,171 kg della zeolite SAPO-34 nel letto. La zeolite granulare di SAPO-34 è 5,7 mm di diametro.
6. Distribuisce nove sonde di temperatura in tre sezioni trasversali del letto per monitorare il cambiamento di temperatura del letto durante il processo di adsorbimento/desorbimento ( Figura 3, pannello inferiore). Difficoltà una sonda a ogni sostenitore piccolo che è seduto sul canale di raffreddamento rame.
7. Put sonde 1 e 2 nella sezione A-A vicino all'ingresso del letto adsorbimento. Mettere sonde 8 e 9 nei pressi del vicolo cieco del letto. Difficoltà le altre sonde a sezione B-B centrale (Vedi Figura 3).
8. Inserire assialmente un canale di trasferimento di massa di d = 10mm nel letto. Assicurarsi che il canale di massa ha la forma di tubo reticolare ed è uguale alla lunghezza del letto adsorbimento (d _letto = 64,5 mm). Estendere il canale verso il basso dall'ingresso e renderlo a stare nella giusta posizione con la forza di estrusione del materiale adsorbente. Il tubo reticolare aiuta il vapore acqueo per inserire velocemente la regione profonda del letto.

2. Metodo sperimentale

Nota: refrigerazione di adsorbimento è basato sul principio che il materiale adsorbente solido assorbe il vapore refrigerante fortemente a bassa temperatura, mentre dissorbisce il vapore ad una temperatura superiore. Utilizzo di calore come l'impulso di guida, viene raggiunto lo scopo della refrigerazione. Il ciclo di refrigerazione del sistema adsorbimento comporta principalmente quattro passi, vale a dire, il solare processo di riscaldamento, il processo di desorbimento, il processo di raffreddamento a letto e il processo di adsorbimento. Il processo di desorbimento inizia ancora una volta completato il processo di adsorbimento. Tutti i passaggi dell'esperimento sono altrettanto importanti perché essi sono interdipendenti e si influenzano a vicenda in modo interattivo.

1. Regolare la messa a punto sperimentale mediante le seguenti procedure per avviare il riscaldamento solare e desorbimento del letto.
   1. Girare il trogolo parabolico manualmente fino a quando si trova di fronte due orientale prima dell'esperimento, in modo che la luce del sole irradia il raccoglitore di trogolo parabolico normalmente a mezzogiorno.
   2. Chiudere tutte le valvole che sono collegate al letto di adsorbimento e garantiscono la pressione del letto e il tubo è inferiore a 800 PA. rendere è pronto per il riscaldamento solare.
   3. Accendere l'impianto di perforazione di controllo del sistema quando la luce del sole è parallela alla linea dell'orizzonte al mattino. Rendere il trogolo automaticamente ruotare per tracciare il movimento solare.
   4. Consentire il letto di adsorbimento-saturi essere riscaldato dalla radiazione solare in condizioni chiuse. Di conseguenza, la temperatura del letto e il lettino pressione aumenterà gradualmente.
   5. Monitor il lettino di pressione con manometro (numero 6 nella Figura 1) fino a quando è supera al valore di pressione corrispondente alla temperatura di condensazione dell'ambiente. Secondo la termodinamica, la pressione di condensazione dell'acqua a 30 ° C è 4.246 PA.
2. Avviare il processo di desorbimento.
   ​ Nota: nel processo di desorbimento, si verifica la condensazione del vapore acqueo. La temperatura di condensazione è determinata dalle condizioni meteorologiche locali il giorno dell'esame.
   1. Aprire la valvola che collega il letto e il condensatore. Flusso di vapore acqueo lascia nel condensatore attraverso il tubo di collegamento. Come vapore acqueo entra nel condensatore, la temperatura del condensatore aumenta gradualmente.
   2. Allo stesso tempo, mantenere il riscaldamento solare per il letto di adsorbimento, affinché la pressione letto rimane sufficientemente alta da causare il desorbimento. Non interrompere il riscaldamento solare fino a quando il processo è completato.
   3. Terminare il processo di desorbimento quando la pressione del letto è uguale alla pressione del condensatore. Chiudere la valvola quando il processo di desorbimento.
3. Raffreddare il letto prima del processo di adsorbimento, come il letto è ancora nello stato di temperatura elevata dopo il desorbimento. Il materiale adsorbente può adsorbire in gran parte solo a bassa temperatura.
   1. Per avviare il processo di adsorbimento, schermare il letto di adsorbimento con un foglio di lamina di alluminio, in modo che il letto è tagliato fuori dalla radiazione solare.
   2. Chiudere tutte le valvole che collegano l'evaporatore e il condensatore.
   3. La circolazione dell'acqua-ciclo del letto aperto e raffreddare il materiale adsorbente. Con l'acqua circola continuamente nel letto, l'entalpia interna è tolto e il lettino pressione diminuisce corrispondentemente.
   4. Terminare il processo di raffreddamento quando la pressione letto scende sotto la pressione di vapore satura all'evaporatore ' temperatura di s.
      Nota: Essere pronti per il processo di refrigerazione di adsorbimento dopo il raffreddamento del letto. Ora la temperatura del letto è intorno alla temperatura dell'aria ambiente, e la pressione di letto ha raggiunto il livello minimo.
   5. Mantenere la circolazione dell'acqua-loop in uno stato di lavoro durante il processo di adsorbimento. L'adsorbimento è un processo esotermico, e il calore generato deve essere scaricato fuori appena possibile.
   6. Aprire la valvola tra il letto e l'evaporatore. Lasciate che la corsa del vapore acqueo nel letto dall'evaporatore.
      Nota: La riduzione del vapore dell'evaporatore provoca più acqua vaporizzare, che risulta nella drastica diminuzione della temperatura dell'evaporatore. Di conseguenza, l'evaporatore assorbe calore dal serbatoio dell'acqua dove l'evaporatore è seduto, e si ottiene un effetto di refrigerazione.
   7. Mantenere il processo di adsorbimento in corso e registrare il cambiamento di temperatura il letto e la pressione letto.
      Nota: Durante il processo di adsorbimento, la pressione di vapore nell'evaporatore diventa più basso e più basso, ma il letto temperatura aumenta rapidamente.
   8. Terminare il processo di adsorbimento, quando la pressione di letto è uguale alla pressione dell'evaporatore. In seguito, il processo di desorbimento seguirà ancora.

3. Metodo di riduzione di dati

1. valutare le prestazioni del sistema di refrigerazione basato sulla capacità di refrigerazione e l'efficienza della trasformazione calore a freddo.
   ​ Nota: per il sistema corrente, la capacità di refrigerazione viene calcolata la quantità di massa dell'acqua vaporizzata e il cambiamento di temperatura dell'evaporatore stesso.
   1. Per determinare la capacità di refrigerazione totale (_Rif. Q) del sistema, calcolare la somma di decremento entalpia dell'acqua refrigerata nel serbatoio, l'evaporatore in metallo e l'acqua residua nell'evaporatore dopo l'adsorbimento come segue:
      
      dove c _p a EQ. (1) è il calore specifico a pressione costante, e m indica la massa. C è un fattore di correzione per la capacità di refrigerazione dell'evaporatore considerando il trasferimento di calore tra il serbatoio dell'acqua e l'ambiente circostante, e si presume C = 1,15 secondo il principio del trasferimento di calore. Il pedice w ed e rappresenta l'acqua e l'evaporatore, rispettivamente. Nell'equazione m _{w, tan} e m _{w, ev un} è la massa dell'acqua refrigerata nel serbatoio e la massa dell'acqua residua nell'evaporatore, che corrisponde alla temperatura goccia ΔT _w e ΔT _e , rispettivamente.
      Nota: Per valutare l'efficienza della trasformazione calore a freddo è necessario l'input di energia solare per il letto.
   2. Determinare l'energia solare ingresso Q _s come:
      
      dove, io _{s, ho} (t) è l'intensità solare transitoria registrato dall'Attinometro durante il processo di desorbimento. Il Δt di intervallo di tempo dell'acquisizione dati ai _{s, ho} (t) è di 10 s. L'area di apertura del trogolo parabolico A _p, l'efficienza riflettente della depressione superficiale ρ, la trasmittanza di τ di vetro del tubo e il coefficiente di assorbimento solare del rivestimento superficiale α, insieme con i parametri in EQ. (1), sono tutti elencati nella tabella 1.
   3. Basato sulla Q _ref e la _{Q s} ottenuti sopra, determinare il poliziotto del sistema di refrigerazione come ¹⁴:
      
      β1 e β ₂ sono fattori di correzione per l'energia solare ingresso Q _s. β ₁ è il fattore di correzione del grado non-parabolico della trogolo, che prende in considerazione la deformazione della depressione a causa delle limitazioni della tecnica di fabbricazione, e si presume β ₁ = 0,85. β ₂ è il fattore di correzione della reale quantità di calore ottenuta del letto. A causa delle dimensioni più piccole del tubo base del metallo del tubo di vetro esterno, la quantità di calore reale ottenuta è inferiore a quella riflessa verso il tubo di vetro. β ₂ è deciso dal rapporto tra il letto di metallo diametro D ₂ per il tubo di vetro diametro D ₁. Con D ₁ = 100 mm e D ₂ = 64,5 mm, si è calcolato che β ₂ = 0.645.
   4. Determinare la potenza di raffreddamento specifica del letto dai parametri dell'esperimento come ¹⁴:
      < imalt g = "Equazione 4" src="/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      dove m _un è la massa del materiale adsorbente e t _annunci è la durata del processo di adsorbimento.

tabella 1: valori del parametro in EQ. (1) ed EQ (2). In questa tabella sono elencati i parametri che sono coinvolti in EQ. (1) ed EQ (2). I parametri sono c _p, _p, α, ecc

Risultati

Trasferimento di massa caratteristico del letto attraverso il processo di adsorbimento
Il letto di adsorbimento è sempre la componente più importante in un sistema di refrigerazione di adsorbimento, e il calore e la caratteristica di trasferimento di massa sono i principali fattori che influenzano le prestazioni dell'intero sistema. Analizzando il cambiamento di temperatura registrata nelle sezioni trasversali come illustrato nella Figura 3

Discussione

Come un sistema termodinamico, le prestazioni di un dispositivo di refrigerazione solare adsorbimento dipendono la progettazione ottimale e il corretto funzionamento del sistema. Sia la fornitura di calore e il metodo di raffreddamento del letto sono importanti per garantire che il sistema funziona bene. Raffreddamento ad acqua è preferibile a causa della elevata resistenza di trasferimento di calore di convezione dell'acqua di raffreddamento ad aria. La scarsa conducibilità del materiale adsorbente solitamente ha determ...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
evaporatore	in		alettato scambio di calore
condensatore	casa		scambiatore di calore
evaporatore serbatoio dell'acqua	in		volume: 9L
condensatore serbatoio dell'acqua	fatto in		volume: 9L
pompa per vuoto	Pechino Jing Rui Ze Xiang Instrument Co. Ltd.		velocità di rotazione: 1400 motore pover: sensore
di pressione del condensatore	Pechino Li Nuo Tian Sheng Instrument Co. Ltd.	16P2623	2200Pa
	Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co., Ltd.		massimo: 2200Pa
letto di adsorbimento	vetro cilindrico	fatto in casa
trogolo parabolico	lamiera di alluminio ad alta riflessione	in casa
motore	in casa		: 250 W, testa d'acqua: serbatoio
dell'acqua	fatto in casa		: 500L
DRT-2-2 actinometro solare diretto	Pechino Tian Yu De Fornitore verificato - Technology Co. Ltd.	03140132	sensibilità: 13.257μ V/W&toro; Piranometro solare m2
TBQ-2	Jinzhou Sunshine Technology Development Co., Ltd., Cina	209079	sensibilità: 12.733μ V/W&toro; m2
SAPO-34 zeolite	Langfang Peng Cai Co., Ltd., Cina		20 mm di lunghezza e 2,2 mm di diametro
ZSM-5 zeolite	Langfang Peng Cai Co., Ltd., Cina		5,7 mm di diametro