집중 수집기 태양 흡착 냉장의 실험 시스템

요약

원동력으로 태양 에너지, 새로운 흡착 냉각 시스템 개발 되어과 실험적으로 조사. 수증기와 제 올 라이트 흡착 시스템의 작업 쌍을 형성 했다. 이 원고는 실험 장비, 작업 절차 및 중요 한 결과의 설치를 설명합니다.

초록

태양 흡착 냉각 성능 향상을 위해 태양 농도 수집기와 실험적인 시스템 설정 하 고 조사 했다. 시스템의 주요 구성 요소는 adsorbent 침대, 콘덴서, 증발, 냉각 하위 시스템, 그리고 태양 열 수집기를 했다. 실험의 첫 번째 단계에서 증기 포화 침대 침대 온도 및 압력 증가를 일으킨 닫힌된 조건에서 태양 복사에 의해가 열 되었다. 침대 압력 충분히 높이 때, 침대는 콘덴서에 연결을 전환 했다, 따라서 수증기 흘러 계속 침대에서 액 화 수를 콘덴서. 다음, 침대는 탈 착 후 진정 하는 데 필요한. 태양 열 차폐 상태, 알루미늄 호 일에 의해 달성에서 순환 물 루프 침대에 열렸다. 침대에서 지속적으로 순환 하는 물으로 침대에 저장 된 열은 밖으로 갔고 침대 압력 감소 따라. 침대 압력 증발 온도에서 포화 압력 아래 삭제, 밸브는 증발 기를 열었습니다. 수증기의 질량 침대로 돌진 하 고 비 석 자료에 의해 흡착 했다. 물 증발에의 거 대 한 증발, 냉각 효과 마지막으로 생성 되었습니다. 실험 결과 경찰 (시스템의 성능 계수)과 SAPO-34 비 석의 SCP (특정 시스템의 냉각 힘) 흡착 시간 이상 여부 상관 없이 ZSM-5 비 석의 그것 보다 더 큰 이라고 밝혔다 또는 더 짧은. SAPO-34 비 석의 시스템 생성 0.169의 최대 경찰.

서론

전통적인 증기의 오존-고갈 문제와 성장 하는 더 심각한, 전통적인 냉동 녹색 기술로 대체 하는 압축된 냉동 최근 몇 년 동안에서 화제가 되고있다. 그 녹색 기술, 태양 흡착 냉장 많은 연구자의 관심을 모으고 있다. 낮은 열 에너지에 의해 구동, 흡착 냉장 시스템 환경, 친절 하 고 유연한 되 고의 이점이 있다. 이 흡착 시스템 구동 수 있습니다 또한 수 아닌 태양 에너지, 예를 들어 열 장비에서 배출 하는 폐 열 또는 차량에서 엔진 배기 가스 후 외했 듯이. ¹

냉각 장치는 흡착 흡착 침대에서는 핵심 구성 요소입니다. 그것의 일은 전체 시스템의 성능을 직접 영향을 줍니다. 따라서, 흡착 침대의 디자인은 Sutuki에 의해 지적으로 가장 중요 한 문제 이다. ² 10 년 전, 평면 침대 대부분에 사용 되었다 흡착 냉각 시스템. ^{3 , 4 , 5} 어떤 태양 집중 장치 없이 평면 침대 온도 일반적으로 낮은 이었고 따라서 시스템의 경찰 만족 스러웠다. 대조적으로, 관 흡착 침대 경찰 개선. 그것은 경찰이 0.21 사하라 지역에 도달할 수에 의해 보도 했다 Hadj Ammar 외. ⁶ 또한, 왕 외. ⁷ 연속 열 재생의 특성에 의해 구별 되었다 나선형 플레이트 adsorber 개발. 시스템의 사이클 시간을 단축 하는 흡착 침대의 새로운 디자인. 아 부-Hamdeh 외. ⁸ 포물선 트 로프 수집기 태양 흡착 냉각 시스템에 그들의 연구를 보고 했다. 그들의 테스트 결과 0.20 0.18에서 변화 하는 시스템의 경찰을 보여주었다. 엘 Fadar 외. ⁹ 공부는 흡착 냉각 시스템을 히트 파이프와 결합 되었고 0.18의 최적의 경찰을 보여주는 포물선 트 로프 수집기에 의해 구동.

관의 열 전달 향상, 일부 지 느 러 미 튜브 adsorbers 여겨졌다 고 향상의 효과 검사 했다. 쉘 및 튜브 열교환기의 형태로 했다 혁신적인 침대 Restuccia 그 외 여러분 에 의해 제시 되었다 ¹⁰. 내부 지 느 러 미 튜브의 열/금속 표면과 adsorbent 자료 사이 연락처 전송 저항을 줄일 수 있도록 비 석 레이어와 코팅 했다. 15-20 미 알 메 외 의 사이클 시간에 특정 냉각 힘의 30-60 W/kg의 출력을 생산 하는 시스템 ¹¹5-6 지 느 러 미와 함께 향상 된 adsorber 분위기와 경찰이 45% 향상 하는 adsorber의 열 손실을 줄일 수 입증. 태양 전지 구동된 시스템의 성능에 지 느 러 미 튜브 adsorber의 효과 또한 Louajari 그 외 여러분 에 의해 공부 되었다 ¹². 활성 탄소 암모니아를 사용 하 여 작업 쌍으로, 그들은 지 느 러 미와 adsorber에서 자전거 대량 전송 보다 지 느 러 미 없이 컸다 보였다.

현재 연구에서 우리는 실험적으로 향상 된 태양 흡착 냉각 시스템, 태양 추적 포물선 트 로프 수집기 적용 및 내부 냉각 터널 배포 된 공부. SAPO-34/ZSM-5 제 올 라이트와 작업 쌍으로 수증기 시스템 열역학 및 냉동 흥미로운 특성을 보였다. 일반적인 테스트 결과 뿐만 아니라 실험 방법론을 제시 하 고이 보고서에서 논의 것입니다.

프로토콜

1. 실험적인 체제

참고: 흡착 냉장 계 흡착 침대, 증발, 응축 기, 진공 펌프, 그리고 태양 여 물통 수집가의 구성 되었다 ( 그림 1). 포물선 트 로프와 자동 태양광 추적 장치는 제조 하 고 태양 열 수집기의 효율성을 개선 하기 위해 시스템에 적용 했다. 그림 2와 같이 자동 태양광 추적 물마루 웜 기어 장치에 의해 구동 했다. 스테퍼 모터, 웜, 기어, 이동 제한 블록 및 수동 휠 장치에 의하여 이루어져 있다. 웜 기어 장치의 크기 21 x 80 c m ² 했다. 여 물 수집기 비유 여 물통의 초점 라인을 따라 위치한 adsorbent 침대에 태양 광선을 집중.

그림 1: 실험 시스템 태양 흡착 냉각입니다. 시스템;의 (최고) 회로도 (아래) 실험적인 체제의 사진입니다. 상단 패널 선물는 증발 기, 콘덴서, 진공 펌프를 포함 하는 실험 시스템의 구성 요소, 등 아래쪽 패널 조립된 흡착 냉각 시스템의 사진이 표시 됩니다. 시스템에는 증발 기 및 응축 기 핀 튜브 구조, 소형 열 교환기의 종류입니다. 흡착 침대 진공 태양 열 수집기, 태양 에너지를 효과적으로 캡처할 수 있는에서 개혁. 의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오 이 그림.

그림 2: 웜 기어 박스 구조. 웜 기어 박스는 포물선 트 로프의 태양 추적 운동 스테퍼 모터의 회전 변환 장치입니다. 스테퍼 모터 이외에 웜 기어 상자 또한 포함는 감속 기, 수동 바퀴, 웜 샤프트, 등 수동/자동 스위치를 당기는 왼쪽 핸들, 기어 5a 및 5b 버너. 따라서, 구 유 손 바퀴를 회전 하 여 수동으로 제어할 수 있습니다. 오른쪽에 수동/자동 스위치 핸들을 당겨, 기어 5a와 5b는 약혼 함께. 따라서, 그것은 스테퍼 모터에 의해 자동으로 제어 됩니다.

1. 연결 용접에 의해 웜 휠 축 추적 태양광 수집기 방법. 기어 및 웜 일치 하 여 태양 열 수집기를 스테퍼 모터의 회전을 전달 합니다. 수집기와 관 흡착 침대 파이프 목걸이의 쌍 수정.
   참고: 스테퍼 모터에 의해 구동, 시스템 회전 매일 동쪽에서 움직임을 따라 태양 자동으로 서쪽.
2. 다른 계절에 태양 고도의 변화에 따라 지상, 여 물통의 기울이기 각도 조정합니다. 지역의 위도 Φ와 태양 낙 세 δ, 여 물통의 틸팅 각도 β 및 수식 β 결정 = Φ-δ. 수동으로 여 물통의 틸팅 각도 조절 각도 조정 레버의 아래쪽에 있는 작은 바퀴 회전 (13의 부분 그림 1).
   참고:이 방법에서는, 태양 복사는 구 유에 가능한 정상적으로. 실험 시스템에서 위도 39.89 ° N와 경도 116.38 ° E. 베이징 기술 대학 캠퍼스에 위치 했다 흡착 침대 원통형 형태를 했다. 그것은 튜브 ( 그림 3)의 진공 태양 수신기에서 개혁 되었다.

그림 3 : 흡착 침대와 온도의 배포의 구조 프로브입니다. (최고) 회로도 침대 구조; (아래) 온도 프로브 그리고 침대에서 대량 전송 채널. 상단 패널의 기본 구조를 보여 줍니다. Adsorbent 소재 태양 흡수 관 및 구리 냉각 채널 사이의 고리 모양의 구멍에 넣습니다. 태양 광선은 유리 튜브를 관통 하 고 태양 흡수 관의 표면에가. 다음, 열 전도 의해 태양 에너지는 침대 안으로 adsorbent 자료에 전달 됩니다. 하단 패널 온도 감지기의 위치를 보여줍니다. 이 감지기는 동안 흡착/탈 착 과정. 침대의 온도 변화를 모니터링 하는 데 사용 됩니다 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오 이 그림의.

태양 에너지의 캡처 홍보
3. 코트, 침대의 태양 흡수 관 (스테인레스 스틸 d = 64.5 m m) 진공 코팅 방법에 의해 블랙 크롬 예금의 층으로. 이 기술은 ¹³에 대 한 자세한 내용은 선택적 코팅에 대 한 이전 게시 된 문학을 참조 하십시오. 코팅 층의 태양광 흡수 율은 0.95, 적외선 방사 율은 0.15, 및 코팅 층의 두께 0.08 m m.
   참고:이 코팅 층 태양 복사를 효과적으로 잡을 수 있지만 자체 아주 약간 방출. 그 결과, 태양 에너지 흡착 침대로 쉽게 가져오고 열 엔 탈피는 흡착 제를 효과적으로 변환 됩니다.
4. 구리 튜브 삽입 (d = 20 m m) 흡착 침대의 축. 플랜지와 함께 침대에 동 관을 수정 ( 그림 3, 맨 위 패널 참조). 구리 튜브 흡착 과정에서 침대의 냉각 채널 역할.
5. 침대 튜브와 구리 냉각 채널에 의해 형성 되는 침대에서 고리 모양의 구멍에 adsorbent 자료 작성. Adsorbent 소재로 SAPO-34 제 올 라이트를 사용 하 고 냉 매로 서 물. 침대로 SAPO-34 비 석의 3.171 kg을 넣어. 세부적인 SAPO-34 비는 직경에서 5.7 m m.
6. 흡착/탈 착 과정 ( 그림 3, 하단 패널) 침대의 온도 변화를 모니터링 하는 침대의 3 개의 횡단면에 9 개의 온도 프로브를 배포 합니다. 구리 냉각 채널에 장착 되는 각 작은 팬에 프로브를 수정.
7. 넣어 프로브 1과 섹션에서 2 A-A 흡착 침대의 입구 근처. 프로브 8 및 9 죽은 끝 근처의 침대를 넣어. 가운데 B B 섹션에서 다른 프로브를 수정 ( 그림 3 참조).
8. 삽입 축방향 d의 대량 전송 채널에서 침대에 10 m m =. 대량 채널으로 튜브의 형태는 하 고 흡착 침대의 동일한 길이 (d _침대 = 64.5 m m). 입구에서 아래쪽으로 채널을 확장 하 고 adsorbent 재료의 압출 힘으로 적당 한 위치에 서 서. 망상 튜브 수 침대의 깊은 영역을 신속 하 게 입력 하 수증기.

2. 실험 방법

참고: 흡착 냉각 고체 adsorbent 물자 그것은 높은 온도에서 증기를 desorbs 동안 강력 하 게 낮은 온도에서 냉 매 증기를 드리웁니다 원칙에 기반. 열을 사용 하 여 운전 하는 원동력으로, 냉동의 목적에 도달. 주로 4 개의 단계, 즉, 태양 흡착 시스템의 냉동 사이클 포함 난방 업 과정, 탈 착 과정, 침대 냉각 과정 및 흡착 과정 탈 착 과정 흡착 프로세스가 완료 된 후 한 번 다시 시작 합니다. 상호 대화식으로 서로 영향을 미칠 때문에 실험의 모든 단계는 동등 하 게 중요 하다.

1. 실험 설치 태양 열 난방 및 침대의 탈 착을 시작 하려면 다음 절차에 의해 규제.
   1. 차례 포물선 트 로프 수동으로 직면 하 고 때까지 인해 햇빛 조사 시 일반적으로 포물선 트 로프 수집기는 실험 전에 이스트.
   2. 흡착 침대에 연결 되어 있고 침대의 압력을 보장 하는 모든 밸브를 차단 하 고 파이프는 800 아래 아빠 만들기 태양 열에 대 한 준비.
   3. 전환 시스템의 제어 장비에 태양 빛은 아침에 수평선 라인에 평행 하 게 됩니다. 자동으로 회전 태양 움직임을 추적 하 여 물 만들기.
   4. 흡착 포화 침대 닫힌된 조건에서 태양 복사에 의해가 열 될 수 있습니다. 그 결과, 침대 온도 침대 압력 점차적으로 증가 합니다.
   5. 모니터 침대 압력까지 압력 게이지 ( 그림 1에서 6 번호)와 환경의 응축 온도에 해당 하는 압력 값 보다 높은 수준 이다. 에 따르면 열역학, 30 ° C에 물의 응축 압력은 4,246 실바
2. 탈 착 과정 시작.
   ​ 참고: 탈 착 과정에서 수증기의 응축 발생 합니다. 응축 온도 시험 당일 현지 기상 조건에 의해 결정 됩니다.
   1. 오픈 침대와 콘덴서를 연결 하는 밸브. 연결 파이프를 통해 콘덴서에 게 수증기 흐름. 수증기는 콘덴서로, 콘덴서의 온도 점차적으로 일어날 것 이다.
   2. 같은 시간에 계속 흡착 침대에 태양 열 난방 침대 압력은 탈 착을 일으킬 만큼 높은 되도록. 프로세스가 완료 될 때까지 태양 열 난방을 중지 하지 마십시오.
   3. 침대의 압력은 콘덴서의 압력에 때 탈 착 과정 종료. 탈 착 과정 위에 있을 때 밸브를 해제.
3. 침대는 탈 착 후 고온의 상태에서 여전히으로 흡착 과정을 하기 전에 침대를 진정. Adsorbent 자료만 낮은 온도에서 흡착 크게 수 있습니다.
   1. 흡착 과정을 시작, 방패는 알루미늄 호 일 시트와 흡착 침대 침대 태양 복사에서 잘라 있도록.
   2. 증발 및 응축을 연결 하는 모든 밸브를 닫습니다.
   3. 침대의 순환 물 루프 열고 진정 adsorbent 소재. 침대에서 지속적으로 순환 하는 물, 내부 엔 탈피는 밖으로와 침대 압력 감소 대응.
   4. 침대 압력 증발에서 포화 증기압 이하로 떨어질 때 냉각 과정 종료 ' s 온도.
      참고: 침대의 냉각 후 흡착 냉각 과정에 대 한 준비가 될. 이제 침대 온도 대기 온도, 주위 침대 압력 최소 수준에 도달 했습니다.
   5. 흡착 과정에서 작업 상태에 순환 물 루프를 유지. 흡착은 발열 과정, 그리고 생성된 열 밖에 서 최대한 빨리 출력 될 필요가.
   6. 침대와 증발 사이의 밸브를 엽니다. 증발에서 침대로 물 증기 러쉬 게.
      참고: 증발 증기 감소 하면 증발, 증발 온도 감소에 과감 한 결과 더 많은 물을. 증발 어디 증발 장착 되 고 냉각 효과 얻을 수 있다 물 탱크에서 열을 흡수 하는 consequentially,.
   7. , 흡착 과정을 유지 하 고 침대 온도 침대 압력의 변화를 기록.
      참고: 흡착 과정에서 증발에 증기 압력 되 낮은 고 침대 하지만 낮은 온도 빠르게 증가.
   8. 침대 압력은 증발 기 압력 때 흡착 과정 종료. 나중에, 탈 착 과정 다시 수행 합니다.

3. 데이터 감소 방법

1. 냉동 용량 및 열 감기 변환의 효율성에 따라 냉동 시스템의 성능 평가.
   ​ 참고: 현재 시스템에 대 한 냉동 용량 대량 증발된 물 및 자체 증발 기의 온도 변화에 의해 계산 됩니다.
   1. 시스템의 전체 냉각 용량 (Q _ref)를 결정 하는 흡착 후 다음과 같이 탱크, 금속 증발 그리고 증발에 잔여 물에 냉된 수의 엔 탈피 감소의 합계를 계산:
      
      c _p 식 (1)에 일정 한 압력에서 특정 열 및 m 질량을 나타냅니다. C 물 탱크 및 주위 환경 사이의 열 전달을 고려 하는 증발 기의 냉각 용량을 수정 계수 이며 C 가정 열 전달의 원리에 따르면 1.15 =. 아래 첨자 w와 e는 물 및 증발 기, 각각 나타냅니다. 방정식 m _{w, 탄과} m _{w, ev는} 은 탱크에서 냉각수의 질량과 온도 강하 δ T _w 및 δ T에 해당 하는 증발 기에서 잔여 물의 질량 _e , 각각.
      참고: 침대에 태양 에너지 입력 열 감기 변환의 효율성을 평가 하기 위해 필요 하다.
   2. 결정으로 태양 에너지 입력된 Q _s:
      
      어디, 내가 _{s, 난} (t)는 탈 착 과정은 actinometer에 의해 기록 된 과도 태양 강도. 내가 데이터 수집의 시간 간격 δ t _{s, 난} (t)는 10 s. 여 물 표면 ρ의 포물선 트 로프는 _p, 반사 효율, 튜브 유리 τ의 투과율 및 매개 변수 함께 코팅 표면 α의 태양 흡수 계수의 조리개 영역 식 (1), 모든 표 1에 나열 됩니다.
   3. 기반 Q _ref에 위에서 얻은 _{Q s} ¹⁴로 냉동 시스템의 경찰 결정:
      
      β1 및 β ₂ 수정 하는 요소는 태양 에너지 입력된 Q _s. β ₁은 비 포물선 정도의의 수정 계수는 구 유는 고려 여 물통의 변형 제조 방법의 제한 그리고 β ₁ 가정 0.85 =. β ₂ 침대의 취득된 열의 실제 금액의 수정 계수는 이다. 크기 때문에 작은 금속 침대 튜브의 외부 유리관 보다, 실제 얻은 열 금액 보다 작습니다 유리 튜브에 반영. β ₂ 유리 튜브 직경 D ₁를 금속 침대 지름 D ₂의 비율에 의해 결정 됩니다. D ₁ = 100 m m과 D ₂ = 64.5 m m, 계산 되는 β ₂ = 0.645.
   4. ¹⁴로 실험의 매개 변수에 의해 침대의 특정 냉각 힘 결정:
      < 임g alt = "방정식 4" src="/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      adsorbent 물자의 질량은 m는 _는 및 t _광고는 흡착 과정의 기간.

표 1: 식 (1) 및 식 (2)에서 매개 변수 값. 식 (1) 및 식 (2)에 관련 된 매개 변수는이 테이블에 나열 됩니다. 매개 변수는 c _p, _p, α, 등

결과

대량 전송 흡착 과정을 통해 침대의 특성
흡착 침대는 항상 가장 중요 한 구성 요소는 흡착 냉각 시스템에 고 열 및 대량 전송 특성은 전체 시스템의 성능에 영향을 미치는 주요 요인. 그림 3(하단 패널)와 같이 단면에서 기록 된 온도 변화를 분석 하 여 열 및 침대의 대량 전송 기능을 알아야 가능 하다. 그림 4 는 흡착 과정 침대 온도의 동적 변화를 보여준다. 그림은 SAPO-34 비 석의 대량 전송 능력은 좋은, 다른 섹션 시작에서 포인트의 흡착에 대 한 거의 같은 시간을 보여 줍니다. 침대의 대량 이동 저항 낮은 경우에, 침대는 짧은 시간 내에 흡착 평형에 도달 수 있습니다 그리고 침대에서 adsorbent 물자 완전히 채택 될 것입니다. 순환 물 류의 강력 냉각 기능으로 온도 촬영을 했다 제 지 효과적으로 후에 대 한 시간...

토론

열역학 시스템으로 태양 흡착 냉각 장치 성능 최적 설계 및 시스템의 올바른 작동에 따라 달라 집니다. 열 공급 및 침대의 냉각 방법 시스템 잘 작동을 보장 하기 위해 중요 하다. 물 냉각은 공기의 대류 열 전달의 고 강도 때문에 냉각을 선호입니다. Adsorbent 자료의 빈약한 전도도 보통 침대의 제한 열 전송 속도 결정. 침대의 열 전달에 개선 하기 위해, 많은 측정 내부적으로 삽입 지 느 러 미의 향상 구조 같은 고려 되었다. ¹⁹ 실리 카 젤 인기 있는 adsorbent 물자의 다른 종류 이다. 실리 카 젤을 태양 흡착 시스템에서 사용 하는 경우는 침대의 탈 착 온도 실리 카 젤 하지 될 탈수 하 고 활동을 잃고 95 ° C 미만으로 제한 되어야 합니다.

대부분의 신 재생 에너지 시스템 처럼 현재 흡착 냉각 시스템 엔지니어링 응용 프로그램 측면에서 몇 가지 단점이 있다. 주목할 만한 문제는 시스템의 간헐적인 작품 이다. 난방 및 ...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
증발기	집에서 만든		지느러미 붙은 열교환
콘덴서	집에서 만든		지느러미
교환 증발기 물 탱크	, 집에서 만든		볼륨: 9L
콘덴서, 물 탱크	집에서 만든		볼륨: 9L
진공 펌프	베이징 Jing Rui Ze Xiang Instrument Co., Ltd.		회전 속도: 1400, 모터 pover: 370W
콘덴서 압력 센서	Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co., Ltd.	16P2623	최대: 2200Pa
침대 압력 센서	Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co., Ltd.		최대: 2200Pa
흡착 침대	집에서 만든		cylundrical 유리관
포물선 물마루 집에서	만든		높은 반사 알루미늄 시트
워터 펌프	집에서 만든		모터 pover: 250W, 수두: 8m
물 탱크	집에서 만든		볼륨: 500L
DRT-2-2 직접 태양 actinometer	베이징 Tian Yu De 기술 Co. 주식 회사.	03140132	:13.257μ V/W• m2
TBQ-2 태양 일사계	Jinzhou Sunshine Technology Development Co., Ltd., 중국	209079	감도:12.733μ V/W• m2
SAPO-34 제올라이트	Langfang Peng Cai Co., Ltd., 중국		길이 20mm, 직경 2.2mm
ZSM-5 제올라이트	Langfang Peng Cai Co., Ltd., 중국		직경 5.7mm