Summary
Med solenergi som den drivende kraft, er en roman adsorption køle system blevet udviklet og eksperimentelt undersøgt. Vanddamp og zeolit dannet arbejdende par adsorption system. Dette manuskript beskrives opsætningen af eksperimenterende riggen, operation procedure og de vigtige resultater.
Abstract
For at forbedre ydeevnen af solar adsorption køle, var en eksperimentel system med en sol koncentration samler sat op og undersøgt. De vigtigste komponenter i systemet var adsorbent sengen, kondensatoren, fordamperen, de underordnede kølesystem og solfangeren. I det første trin i eksperimentet, blev damp-mættet sengen opvarmet af solens stråler under lukkede forhold, som forårsagede bed temperatur og tryk til at øge. Når sengen pres blev højt nok, sengen blev tændt for at oprette forbindelse til kondensatoren, således vanddamp flød hele tiden fra sengen til kondensatoren til at være flydende. Næste, sengen for at køle ned efter Desorptionen. I sol-beskyttet tilstand, opnået af aluminiumsfolie, åbnede den cirkulerende vand loop til sengen. Med vandet konstant cirkulerer i sengen, den lagrede varme i sengen var tog ud og bed pres faldt i overensstemmelse hermed. Når sengen pres faldt under mætning trykket ved fordampning temperatur, blev ventil til fordamperen åbnet. En masse af vanddamp styrtede ind i sengen og var adsorberet af zeolit materiale. Med den massive fordampning af vand i fordamperen, blev køle effekt genereret endelig. Det eksperimentelle resultat har afsløret, at både COP (koefficient af systemets ydeevne) og SCP (specifikke kølende effekt af systemet) af SÄPO-34 zeolit var større end ZSM-5 zeolit, uanset om adsorption tid var længere eller kortere. En maksimal COP af 0.169 genereret af systemet af SÄPO-34 zeolit.
Introduction
Ozonlaget problemet med traditionelle vapor er komprimeret køle vokser mere alvorlige, erstatte traditionelle køleanlæg med grøn teknologi blevet et varmt emne i de seneste år. Blandt disse grønne teknologier, har solar adsorption køle tiltrukket meget opmærksomhed af forskere. Drevet af lav kvalitet termisk energi, har adsorption køleanlægget fordelene ved at være miljømæssigt venlige, lille og fleksibel. Denne adsorption system kan også være drevet med ikke-solenergi, for eksempel af spildvarme udledes fra termiske udstyr eller ved motorens udstødningsgas fra køretøjer, som nævnt af Hu mfl. 1
I en adsorption kølesystem, er adsorption seng den vigtigste komponent. Dens arbejde berører direkte hele systemets ydeevne. Design af adsorption seng er derfor den vigtigste spørgsmål som påpeget af Sutuki. 2 et årti siden, flad seng var oftest anvendes i adsorption kølesystem. 3 , 4 , 5 uden nogen sol koncentrerer enhed, var flad seng temperaturen som regel lave og dermed BETJENTEN af systemet var utilfredsstillende. Derimod forbedret rørformede adsorption bed betjent. Det blev rapporteret at COP kunne nå 0,21 i Sub Sahara region af Hadj Jørgen et al. 6 Derudover Wang et al. 7 udviklet en spiral plade adsorber, der var kendetegnet ved karakteristiske af kontinuerlig varme regenerering. Romanen design af adsorption bed forkortet procestid for systemet. Abu-Hamdeh et al. 8 rapporteret deres undersøgelse på solar adsorption køleanlæg med en parabolsk trug samler. Deres testresultater viste BETJENTEN af ordningen med varierede fra 0,18 til 0,20. El Fadar et al. 9 studerede en adsorption køle system, der var kombineret med et varmerør og drevet af parabolske trug samler, som viste en optimal betjent af 0,18.
For at forbedre varmeoverførsel af rørformede sengen, ansås for nogle finner tube adsorbere og virkningen af forbedringen blev undersøgt. En innovativ seng, der tog form af varmeveksler shell og rør blev præsenteret af Restuccia et al. 10. den interne finner tube var belagt med et zeolit lag, således at kontaktoverførslen modstand af varme/masse mellem metallets overflade og den absorberende materiale kunne mindskes. Systemet produceres et output på 30-60 W/kg af specifikke kølende effekt på 15-20 s. Al Mers et al. cykling tid 11viste, at de forbedrede adsorber med 5-6 finner væsentligt kunne reducere varmetabet af adsorber stemning og dermed forbedre BETJENTEN med 45%. Effekten af en finner tube adsorber på solar drevet systemets ydeevne blev også undersøgt af Louajari et al. 12. ved hjælp af aktivt kul-ammoniak som arbejdende par, de viste, at cykling masse overførsel i adsorber med finner var større end den ene uden finner.
I den aktuelle undersøgelse studerede vi eksperimentelt en forbedret solar adsorption køle system, hvor en solar tracking parabolsk trug samler blev anvendt og en indre afkøling tunnelen blev indsat. Med SÄPO-34/ZSM-5 zeolit og vanddamp som arbejdende par, systemet viste interessant karakteristika termodynamik og køling. Den eksperimentelle metode samt de typiske testresultater bliver præsenteret og drøftet i denne betænkning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. eksperimentel opsætning
Bemærk: adsorption køleanlægget var sammensat af adsorption bed, fordamperen, kondensatoren, vakuumpumpe og solar trug samler ( Figur 1). En automatisk solar tracking-enhed med en parabolsk trug blev fremstillet og anvendt i systemet for at forbedre effektiviteten af solfangeren. Automatiske sol tracking lavpunktet var drevet af orm-gear enhed som vist i figur 2. Enheden bestod af stepper motor, ormen, gear, den bevægelige grænse blok og manuel hjul. Dimensioner af orm-gear enhed blev 21 x 80 cm 2. Trug samler koncentreret solstrålerne på adsorbent sengen, som var placeret langs fokus den parabolske trug.
figur 1: eksperimentel system for sol adsorption køling. (Top) skematisk af systemet; (nederst) Fotografi af opsætningen af eksperimenterende. Toppanelet præsenterer komponenterne i den eksperimentelle system, som indebærer fordamperen, kondensatoren, vakuumpumpe, etc. bundpanelet viser fotografi af køleanlægget forsamlede adsorption. I systemet er fordamperen og kondensatoren af fin-tube struktur, en slags kompakt varmeveksler. Adsorption sengen er reformeret fra et vakuum solfanger, som kan indfange solens energi effektivt. venligst klik her for at se en større version af denne figur.
figur 2: strukturen i boksen orm gear. Boksen orm gear er den enhed, der forvandler rotation af stepper motor i solar tracking bevægelse af den parabolske trug. Ud over stepper motor, boksen orm gear også involverer neddeler, manuel hjulet, orm-aksel, etc. trække manuel/automatisk switch håndtag til venstre, gears 5a og 5b er frakoblet. Således kan lavpunktet styres manuelt ved at dreje hånden hjulet. Trække den manuel/automatisk skifte handle til højre, arbejder gears 5a og 5b sammen. Således, det styres automatisk af motoren, stepper.
- Connect tracking solfanger til orm-hjulet skaftet af en svejsning metode. Passere rotation af stepper motor til solfangeren ved at matche gearet og ormen. Fix rørformede adsorption seng sammen med solfangeren med et par pipe kraver.
Bemærk: Drevet af stepper motor, systemet roterer dagligt fra øst til vest at følge bevægelsen solar automatisk. - Juster lavpunktet vippe vinkel til jordoverfladen, efter variationen i solens højde på forskellige årstider. Bestemme de vippe vinklen β af truget af lokale bredde Φ og solar deklinationen δ og den formel β = Φ - δ. Manuelt rotere den lille hjul, der er placeret i bunden af vinkel justering løftestang til at regulere de vippe vinkel af truget (del nr. 13, fig. 1).
Bemærk: På denne måde, solens stråler er så normalt som muligt på lavpunktet. Den eksperimentelle system var placeret i Beijing University of Technology, campus på latitude 39.89 ° N og længdegrad 116.38 ° E. Adsorption bed tog en cylindrisk form. Det var reformeret fra et vacuum solar modtageren af et rør ( figur 3).
figur 3 : struktur af adsorption seng og indsættelsen af temperaturen sonden. (Top) skematisk af bed struktur; (nederst) Temperatur prober og massen overføre kanal i sengen. Det øverste panel viser den grundlæggende struktur af sengen. Det absorberende materiale sættes i den ringformede hulrum mellem sol-absorberende rør og kobber køling kanalen. Solens stråler trænger glasrør og falde på overfladen af den sol-absorberende rør. Derefter, ved varmeledning, solenergi er overført til den absorberende materiale inde i sengen. Bundpanelet viser placeringen af temperatur prober. Disse prober er bruges til at overvåge temperatur ændring af sengen under adsorption/desorption proces. venligst klik her for at se en større version i denne figur.
- at fremme erobringen af solenergi, pels sengen, sol-absorberende tube (lavet af rustfrit stål med d = 64,5 mm) med et lag af sort krom indbetaling af metoden vakuum belægning. Henvises til de tidligere publicerede litteratur om selektiv belægning for mere information om denne teknik 13. Sikre, at solar absorption belægning lag er 0,95, den infrarøde emissivity er 0,15, og tykkelsen af laget belægning er 0,08 mm.
Bemærk: Denne belægning hjælper med at fange solens stråler effektivt men udleder meget lidt sig selv. Som et resultat, solenergi får i adsorption sengen let og omdannes til termisk enthalpi af adsorbent effektivt. - Indsætte et kobberrør (d = 20 mm) langs aksen af adsorption seng. Fix kobberrør til sengen med flange (Se figur 3, toppanelet). Det kobber rør fungerer som den afkøling kanal af sengen i løbet af adsorption processen.
- Fylde den absorberende materiale i den ringformede hulrum i sengen, der er dannet af bed tube og kobber køling kanalen. Brug SÄPO-34 zeolit som den absorberende materiale, og vand som kølemiddel. Sætte 3.171 kg af SÄPO-34 zeolit i sengen. Den kornede SÄPO-34 zeolit er 5,7 mm i diameter.
- Installere ni temperatur sonder i tre tværsnit af sengen for at overvåge temperatur ændring af sengen i løbet af adsorption/desorption processen ( figur 3, nederste panel). Fastsætte en sonde til hver lille supporter, der sidder på kobber køling kanalen.
- Læg sonder 1 og 2 i afsnit A-A nær indløb af adsorption seng. Læg sonder 8 og 9 i nærheden af sengen blindgyde. Fastsætte de andre sonder til afsnittet midterste B-B (jf. figur 3).
- Indsætte aksialt en masse-overførsel kanal d = 10 mm ind i sengen. Sikre, at den masse kanal har form af retikulære rør, og er den samme længde af adsorption seng (d bed = 64,5 mm). Udvide kanalen nedad fra fjorden og gøre det skiller sig i den rigtige position med ekstrudering kraft af den absorberende materiale. Det retikulære tube hjælper vanddamp at indtaste den dybe region af sengen hurtigt.
2. Eksperimentel metode
Bemærk: Adsorption køling er baseret på princippet om, at den solide absorberende materiale adsorberer kølemiddel damp kraftigt ved lav temperatur, mens det desorbs damp ved en højere temperatur. Ved hjælp af varme som den drivende fremdrift, er formålet med køling nået. Køle cyklus af adsorption system indebærer hovedsagelig fire trin, dvs., at sol varme-up proces, desorption proces, bed-køling processen og adsorption proces. Desorption proces starter igen efter adsorption proces er afsluttet. Alle trin i eksperimentet er lige så vigtige, fordi de er indbyrdes forbundne og påvirker hinanden interaktivt.
- Regulere eksperimentelle opsætningen af følgende fremgangsmåder til at starte solvarme og desorption for sengen.
- Drej den parabolske trug manuelt indtil det står due east før forsøget, således at sollyset irradiates parabolsk trug samler normalt kl.
- Luk alle ventiler, der er forbundet til adsorption sengen og sikre trykket i sengen og røret er under 800 Pa. gøre det klar til solvarme.
- Tændes den kontrollerende rig af systemet når solen lys er parallelt med horisonten linje i morgen. Gøre lavpunktet automatisk drej til at spore den solar bevægelse.
- Tillade adsorption-mættet sengen skal opvarmes af solens stråling under lukkede forhold. Som et resultat, bed temperatur og bed tryk øges gradvist.
- Skærm bed pres med trykmåler (nummer 6 i figur 1) indtil det er højere end værdien pres, der svarer til kondens temperatur af miljøet. Ifølge termodynamik, kondens trykket af vandet ved 30 ° C er 4,246 PA
- Startprocessen desorption.
Bemærk: undervejs desorption kondensation af vanddamp opstår. Kondens temperaturen bestemmes af lokale vejrforhold på dagens test.- Åben ventilen, der forbinder sengen og kondensatoren. Lad vanddamp flow i kondensatoren gennem de forbinder rør. Da vanddamp ind kondensatoren, temperaturen i kondensatoren vil stige gradvist.
- På samme tid, holde den sol opvarmning til adsorption seng, således at bed pres forbliver høj nok til at forårsage Desorptionen. Stopper ikke den sol varme, indtil processen er fuldført.
- Afslut desorption processen, når presset fra sengen er lig med pres fra kondensatoren. Slå fra ventilen, når desorption processen er overstået.
- Køle ned seng før adsorption proces, som sengen er stadig i tilstanden af høj temperatur efter Desorptionen. Det absorberende materiale kan i høj grad adsorberes kun ved lav temperatur.
- For at starte adsorption processen, skjold adsorption seng med en aluminium folie ark, således at sengen er afskåret fra solens stråler.
- Luk alle ventiler, der forbinder fordamperen og svaleren.
- Åbne den cirkulerende vand-loop af sengen og køle ned den absorberende materiale. Med vandet konstant cirkulerer i sengen, den interne enthalpi er taget ud og bed trykket falder tilsvarende.
- Ende køling processen når bed trykket falder under det mættede damptryk på fordamperen ' s temperatur.
Bemærk: Vær klar til adsorption køling processen efter afkøling i sengen. Nu bed temperatur er omkring den omgivende lufttemperatur, og bed pres har nået at minimumsniveauet. - Holde den cirkulerende vand-løkke i en arbejdstilstand under adsorption proces. Adsorptionen er en exotermisk proces, og den genererede varme skal afsluttes uden for snarest.
- Åbne ventilen mellem sengen og fordamperen. Lad vanddamp rush i sengen fra fordamperen.
Bemærk: Vapor reduktion af fordamperen forårsager mere vand til at fordampe, hvilket resulterer i det drastiske fald i fordamper temperatur. Som følge heraf, fordamperen optager varmen fra vandtank hvor fordamperen er siddende, og en køle virkningen opnås. - Holde adsorption proces foregår, og registrere ændringen af bed temperatur og bed pres.
Bemærk: Under processen adsorption damptryk i fordamperen bliver lavere og lavere, men sengen temperaturen stiger hurtigt. - Afslut adsorption processen når bed pres er lig med fordamper presset. Bagefter, desorption proces vil følge igen.
3. Data reduktion metode
- vurderer køle system baseret på køle kapacitet og effektivitet i den varme til kolde transformation.
Bemærk: For det nuværende system, køle kapaciteten beregnes af masse mængden af forstøvet vand og temperatur ændring af fordamperen selv.- Til at bestemme den samlede køle kapacitet (Q ref) af systemet, beregne summen af enthalpi formindske den kølet vand i tanken, metal fordamperen og de resterende vand i fordamperen efter adsorption som følger:
hvor c p i Eq. (1) er den specifikke varme ved konstant tryk, og m angiver massen. C er en korrektionsfaktor at køle kapacitet på fordamperen overvejer varmeoverførsel mellem vandtanken og det omgivende miljø, og det antages C = 1.15 efter princippet om varmeoverførsel. Sænket skrift w og e repræsenterer vandet og fordamper, henholdsvis. I ligningen m w, tan og m w, ev en er massen af den afkølede vand i tanken og massen af det resterende vand i fordamperen, som svarer til den temperatur drop ΔT w og ΔT e , hhv.
Bemærk: Solenergi input til sengen er nødvendig for at evaluere effektiviteten af varme til kolde transformation. - Afgøre solenergi input Q s som:
hvor jeg s, jeg (t) er forbigående solar intensiteten registreres af actinometer under desorption proces. Gang interval Δt af datafangst til I s, jeg (t) er 10 s. Området blænde parabolske lavpunktet A p, reflekterende effektiviteten af trug overflade Rho, transmittans af tube glas τ og coating overflade α, sammen med parametrene i solar absorptionskoefficienten Eq. (1), er alle opført i tabel 1. - Baseret på Q ref og Q s fremstillet ovenfor, bestemmer BETJENTEN af køleanlæg som 14:
B1 og β 2 er korrektionsfaktorer til solenergi input Q s. β 1 er korrektionsfaktor på ikke-parabolske graden af den trug, som tager hensyn til deformation af lavpunktet på grund af begrænsninger af fremstillingen teknik, og det antages β 1 = 0,85. β 2 er korrektionsfaktor på det reelle antal opnåede varmen i sengen. På grund af metal seng rør mindre størrelse end den ydre glasrør er reelle opnåede varme beløb mindre end der afspejlede på glasrør. β 2 afgøres af forholdet mellem metal seng diameter D 2 glas rør diameter D 1. Med D 1 = 100 mm og D 2 = 64,5 mm, det er beregnet som β 2 = 0.645. - Bestemmer den specifikke køling magt af sengen af parametrene for eksperimentet som 14:
< img alt = "Ligning 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
hvor m en er massen af den absorberende materiale og t annoncer er varigheden af adsorption proces.
- Til at bestemme den samlede køle kapacitet (Q ref) af systemet, beregne summen af enthalpi formindske den kølet vand i tanken, metal fordamperen og de resterende vand i fordamperen efter adsorption som følger:
tabel 1: værdier af parameteren i Eq. (1) og Eq. (2). De parametre, der er involveret i Eq. (1) og Eq. (2) er angivet i denne tabel. Parametrene, der omfatter c p, p, α, etc.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Masse overførsel karakteristiske seng gennem adsorption proces
Adsorption sengen er altid den vigtigste komponent i en adsorption køleanlægget, og den varme og masse overførsel karakteristisk er de vigtigste faktorer, der påvirker ydeevnen af hele systemet. Ved at analysere den optagede temperaturforandringer i tværsnit som vist i figur 3(nederste panel), er det muligt at kende den varme og masse overførsel egenskaber i sengen. Figur 4 viser den dynamiske ændring af bed temperatur under adsorption proces. Figuren illustrerer, at SÄPO-34 zeolit masse overførsel evne er god, for adsorption af punkter på forskellige sektioner start næsten samme tid. Hvis den masse overførsel modstand af sengen er lav, sengen kan nå adsorptionsligevægt inden for en kort tid, og den absorberende materiale i sengen vil være fuldt ansat. Med funktionen kraftigt afkøling af den cirkulerende vand konvektion, temperatur skydning-up var tilbageholdende effektivt efter omkring 400-600 s af adsorption, undtagen tid-punkt 9. I modsætning til naturlige luft køling metode, ville bed temperatur falde forholdsvis langsomt. Den relaterede eksperimentelle resultat er blevet drøftet grundigt i Du et al. 14 den sparsomme kølende effekt af luftstrømmen frustreret varme decharge af sengen, og derefter påvirket cyklus udførelsen af adsorption køleanlægget. I sammenligning var vandkøling meget bedre for systemet.
Figur 4: Temperatur ændring af sengen i adsorption proces for SÄPO-34 zeolit. Denne figur præsenterer temperaturforandringer i sengen i forbindelse med adsorption. Gennem variation af temperaturen, kan vi analysere Karakteristik af massiv overførsel af sengen. Svarprocent på temperaturen afspejler adsorption sats af materialet i sengen.
Varmeoverførsel karakteristiske seng gennem desorption
Adsorptionen er en kombineret varme og masse overførsel fænomen. Desorption/adsorption af adsorbent er stærkt relateret til temperaturforandringer i sengen. Dog er varmeoverførsel karakteristiske af sengen ikke kun bestemmes ved de termiske egenskaber af adsorbent, selv, men også af bed struktur. Vi har tendens til at vælge et materiale med både en stærk adsorption evne og høj ledningsevne. Men desværre disse kvaliteter er ofte i konflikt. Et porøst materiale med god adsorption udviser normalt ringe ledningsevne. Mange faktorer (f.eks.den molekylære struktur, forarbejdningsmetode, partikelstørrelse, etc.) kan påvirke de termiske egenskaber af adsorbent15,16. Figur 5 viser den gennemsnitlige temperatur ændring af sengen i desorption proces for SÄPO-34 og ZSM-5 zeolit. For at lette sammenligningen, er indspillet solar intensiteten i kampagnen test også præsenteret. Selv om solar intensiteten var næsten den samme for de to zeolitter, var forøgelse af temperatur helt anderledes. For ZSM-5 zeolit, temperaturen stiger over 32 ° C, mens for SÄPO-34 var kun 17 ° C. Dette resultat afslørede, at varme overførsel evne til ZSM-5 zeolit var bedre end SÄPO-34 zeolit. Masse overførsel mellem adsorbent og damp er den vigtigste proces, men kun med støtte fra varmeoverførslen, kan en god masse overførsel realiseres.
Figur 5 : Ændring af den gennemsnitlige temperatur af sengen i løbet af desorption processen. Denne figur viser forskellen i varmeoverførsel SÄPO-34 zeolit og ZSM-5 zeolit. I løbet af de 600 s desorption tid var forøgelse af temperatur for ZSM-5 zeolit og SÄPO-34 zeolit helt anderledes. For ZSM-5 zeolit var temperaturstigning 32.52 ° C, mens for SÄPO-34 zeolit var stigningen kun 17.02 ° C. På den samme solvarme tilstand angiver de større temperatur forøgelse af ZSM-5 zeolit sin overlegenhed af varmeoverførsel i forhold til SÄPO-34 zeolit.
Den karakteristiske af sengen desorption
I almindelighed, bestemmes output af køleanlæg strøm til en adsorption system af den absorberende karakteristiske og varme overførselshastighed på sengen. Normalt, er tidspunkt for desorption proces længere end tid for adsorption proces. Det er vigtigt at kende de særlige kendetegn ved varmen overførsel i sengen under Desorptionen. Her bruges indeks af desorption grad E(t) til at evaluere fuldstændigheden af desorption af sengen. E(t) er defineret som forholdet mellem den desorberede mængden af kølemiddel vapor, fra begyndelsen til tiden t, og den samlede vapor optagelse i adsorption proces.
Med forsøgsdata, kan E(t) i sengen på forskellige desorption gange fås. For det første, det er vist at desorption grad blev forbedret til en vis grad som sengen temperatur steget. SÄPO-34 zeolit system, E(t) steg fra 54,9% på t = 1 h til 69,3% ved t = 2 h. På den anden side samtidig desorption, ZSM-5 systemet viste en værre desorption virkning end ordningen SÄPO-34. 14 selvom bed temperatur af SÄPO-34 var forholdsvis lavere, som tidligere diskuteret om figur 5, desorption graden var bedre. Dette fortæller os, at SÄPO-34 zeolit er mere egnet til brug som den absorberende materiale. Denne funktion af SÄPO-34 zeoilite blev også understreget af Gordeeva et al. 17
Køle kapacitet af systemet
Køle kapacitet af adsorption system afspejles dybest set temperatur faldet i vandtanken. Testresultaterne for tank temperatur er præsenteret i figur 6. Tank temperaturen ændres med tiden i en ikke-lineær måde. Det faldt hurtigt inden for de første 600 s adsorption tid, og derefter temperaturen falde bremset. I forhold til to temperatur profilerne af SÄPO-34 og ZSM-5 zeolit, er det kendt, at køle kapacitet af de to zeolitter var noget anderledes. Temperatur sænk af vandbeholderen afspejles direkte køle kapacitet af systemet. Temperaturfald for SÄPO-34 system var naturligvis meget større end for ZSM-5-system. Med bedre desorption karakteristika som nævnt ovenfor, udstillet SÄPO-34 zeolit en højere køle kapacitet end ZSM-5 zeolit. Denne identifikation er i overensstemmelse med indgåelsen af Gordeeva et al. 16 og Kakiuchi et al. 18
Figur 6: Temperatur variation af kølet vandtank. Generelt er var temperatur variationen af den afkølede vand i fordamper tank ikke lineær. For SÄPO-34 zeolit, det faldt hurtigt inden for de første 600 s og derefter nedgangen bremset. Derimod var temperaturforandringer af ZSM-5 zeolit relativt glat. Dette afspejlede den indslag at køle power output faldt med tiden. De to kurver også afslørede arbejdsindsats difference af SÄPO-34 og ZSM-5 zeolit.
Systemets ydeevne er evalueret af indekset for COP og SCP, der bestemmes af Eq. (3) og Eq. (4), henholdsvis, og resultaterne er vist i tabel 2. For ikke-lineære ændringen af temperaturen i figur 6, to sæt af data for adsorption tid tannoncer = 600 s og tannoncer = 1.800 s præsenteres. For enten sag i tabellen, Qref inden for de første 600 s tager en andel af mere end to tredjedele af den samlede køle kapacitet af 1.800 s adsorption tid. Naturligvis, SCP for tannoncer = 600 s er meget højere end at for tannoncer = 1.800 s, men COP resultater går imod disse resultater. Den bedste betjent i tabel 2 har nået 0.169. Fejlanalyse blev gennemført og afslørede usikkerheden som betjent var mellem 6,2-9,4% svarende til forskellige test kampagner. Det skal nævnes at maksimalt betjent her er i den sammenlignende vifte af resultatet af Abu-Hamdeh et al. 8 deres system af parabolske trug samler genereret en betjent af 0,18-0,20. SCP indeks afspejler den specifikke effekt køle kapacitet af sengen. En højere SCP indebærer, at en højere køleanlæg strøm er genereret af en enhed af adsorbent masse. Analyseret resultaterne har vist, at både COP og SCP af SÄPO-34 var overlegen i forhold til at ZSM-5, uanset om adsorption tid var længere eller kortere.
Tabel 2: sammenligning af køle kapacitet på ZSM-5 og SÄPO-34 zeolit. Til sammenligning præsenterer her vi den omfattende ydeevne af adsorption køle af SÄPO-34 og ZSM-5 zeolit. Enten SCP-indeks eller COP-indeks viser SÄPO-34 systemet sin overlegenhed til ZSM-5-systemet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Som et termodynamisk system afhænger effektiviteten af en solvarme adsorption kølemaskine det optimale design og den korrekte funktion af systemet. Både varmeforsyningen og metoden afkøling af sengen er vigtigt at sikre, at systemet fungerer godt. Vandkøling er foretrukket at luft køling på grund af den høje styrke af konvektion varmeoverførsel af vand. De fattige ledningsevne af den absorberende materiale har normalt bestemmes den begrænsede varme overførselshastighed på sengen. For at forbedre varmeoverførsel af sengen, blev mange målinger anset som ekstraudstyr struktur af internt indsat finner. 19 Silica gel er en anden slags populære absorberende materiale. Hvis en silicagel bruges i solar adsorption system, skal desorption temperatur af sengen begrænset til mindre end 95 ° C, således at silica gel ikke vil blive dehydreret og miste aktivitet.
Ligesom de fleste vedvarende energisystemer har den nuværende adsorption køle system nogle mangler i ingeniørmæssige anvendelser. Den bemærkelsesværdige problem er intermitterende arbejde af systemet. Med den iboende karakter af varme op og køle ned, adsorption system kan ikke levere kolde strøm hele tiden som en enkeltseng der bruges. Betragtes som en konjugeret to bed system, hvor teknik af regenerativ varme og masse overførsel kunne anvendes til at løse dette problem nogle forskere. Sådanne systemer kan blive ret kompliceret, men præstationsforbedring var ofte helt utilfredsstillende. Et andet punkt, der skal overvejes er vejr betingelse effekt. For dårligt vejr dage, vil der ikke nok sol energiforsyning til systemet. I en sådan situation skal nogle ekstra varmekilde være klar, så systemet kan fortsætte med at arbejde.
Som en grøn energi-teknologi, har sol adsorption køleanlægget tiltrak sig megen opmærksomhed i det seneste årti. Brug af solenergi undgår forbruget af fossile brændstoffer og reducerer effektivt luftforureningen. Derudover et sådant system har ingen roterende komponent, ingen støj, og kan anvendes fleksibelt. Selv om effektiviteten af systemet ikke er sammenlignelig med konventionelle kølesystemer, der bruger damp kompression eller ammoniak absorption, præsenterer overfloden af solenergi en potentiel betydning for luminans i fremtiden. For et system, der forbruger elektricitet eller brændsel, er effektiviteten af ydeevne meget vigtig på grund af driftsomkostningerne. Derimod solenergi er gratis og systemet er stadig gavnligt, selvom COP ikke er særlig højt.
Vi er ikke sikker på hvor hurtigt solar adsorption teknologier kan erstatte konventionelle kølesystemer i stor skala, fordi der er nogle aspekter af denne teknik, der har brug for yderligere forbedringer. Et par år siden, blev det rapporteret, at Tokyo Gas Corporation i Japan har fremlagt en kommerciel type af adsorption køleskab, der var drevet af industriel overskudsvarme. Med udviklingen i den globale økonomi og teknologi, teknik af solar adsorption køle kan først finde anvendelse i de fjerntliggende landdistrikter, hvor klimaet er varmt i mest tid af året.
Driften af dette system indebærer fire kritiske trin. Ifølge tidssekvens, de er: forvarmning af sengen under lukkede forhold; desorption processen med bed temperaturen stiger yderligere; nedkøling af sengen af re cirkulerende vand eller en luftstrøm; og den adsorption proces, der genererer køle effekt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Dette forskningsarbejde var sponsoreret af den nationale nøgle grundlæggende forskning Program af Kina (No.2015CB251303), og den National Natural Science Foundation of China (nr. 51276005).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| evaporator | home-made | finned heat exchange | |
| condenser | home-made | finned heat exchange | |
| evaporator water tank | home-made | volume:9L | |
| condenser water tank | home-made | volume:9L | |
| vacuum pump | Beijing Jing Rui Ze Xiang Instrument Co. Ltd. | rotation speed:1400 motor pover:370W | |
| condenser pressure sensor | Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co. Ltd. | 16P2623 | maximum:2200Pa |
| bed pressure sensor | Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co. Ltd. | maximum:2200Pa | |
| adsorption bed | home-made | cylundrical glass tube | |
| parabolic trough | home-made | high reflective aluminum sheet | |
| water pump | home-made | motor pover:250W, water head:8m | |
| water tank | home-made | volume:500L | |
| DRT-2-2 direct solar actinometer | Beijing Tian Yu De Technology Co. Ltd. | 03140132 | sensitivity:13.257μV/W•m2 |
| TBQ-2 solar pyranometer | Jinzhou Sunshine Technology Development Co., Ltd., China | 209079 | sensitivity:12.733μV/W•m2 |
| SAPO-34 zeolite | Langfang Peng Cai Co., Ltd., China | 20mm in length and 2.2mm in diameter | |
| ZSM-5 zeolite | Langfang Peng Cai Co., Ltd., China | 5.7mm in diameter |
References
- Hu, P., Yao, J. J., Chen, Z. S. Analysis for composite zeolite/foam aluminum-water mass recovery adsorption refrigeration system driven by engine exhaust heat. Energ Convers Manage. 50, 255-261 (2009).
- Sutuki, M. Application of adsorption cooling system to automobiles. Heat Recov Syst CHP. 4 (13), 335-340 (1993).
- Li, M., Wang, R. Z., Xu, Y. X., Wu, J. Y., Dieng, A. O. Experimental study on dynamic performance analysis of a flat-plate solar solid-adsorption refrigeration for icemaker. Renew Energy. 27, 211-221 (2002).
- Liu, Y. L., Wang, R. Z., Xia, Z. Z. Experimental study on a continuous adsorption water chiller with novel design. Int J Refrig. 28 (2), 218-230 (2005).
- Sumathy, K., Li, Z. F. Experiments with solar-powered adsorption ice-maker. Renew Energy. 16, 704-707 (1999).
- Hadj Ammar, M. A., Benhaoua, B., Balghouthi, M. Simulation of tubular adsorber for adsorption refrigeration system powered by solar energy in sub-Sahara region of Algeria. Energ Convers Manage. 106, 31-40 (2015).
- Wang, R. Z., et al. Experiment on a continuous heat regenerative adsorption refrigerator using spiral plate heat exchanger as adsorbers. Appl Therm Eng. 18, 14-19 (1998).
- Abu-Hamdeh, N. H., Alnefaie, K. A., Almitani, K. H. Design and performance characteristics of solar adsorption refrigeration system using parabolic trough collector: experimental and statistical optimization technique. Energ Convers Manage. 74, 162-170 (2013).
- El Fadar, A., Mimet, A., Pérez-García, M. Study of an adsorption refrigeration system powered by parabolic trough collector and coupled with a heat pipe. Renew Energy. 34, 2271-2279 (2009).
- Restuccia, G., Freni, A., Russo, F., Vasta, S. Experimental investigation of a solid adsorption chiller based on a heat exchanger coated with hydrophobic zeolite. Appl Therm Eng. 25, 1419-1428 (2005).
- Al Mers, A., Azzabakh, A., Mimet, A., El Kalkha, H. Optimal design study of cylindrical finned reactor for solar adsorption cooling machine working with activated-ammonia pair. Appl Therm Eng. 26 (16), 1866-1875 (2006).
- Louajari, M., Mimet, A., Ouammi, A. Study of the effect of finned tube adsorber on the performance of solar driven adsorption cooling machine using activated carbon-ammonia pair. Appl Energ. 88, 690-698 (2011).
- Mattox, D. M., Kominiak, G. J. Deposition of semiconductor films with high solar absorptivity. J Vac Sci Technol. 12, 182-185 (1975).
- Du, S. W., Li, X. H., Yuan, Z. X., Du, C. X., Wang, W. C., Liu, Z. B. Performance of solar adsorption refrigeration in system of SAPO-34 and ZSM-5 zeolite. Sol Energ. 138, 98-104 (2016).
- Ron, M., Gruen, D., Mendelsohn, M., et al. Preparation and properties of porous metal hydride compacts. J. Less- Common Metals. 74 (2), 445-448 (1980).
- Liu, Z. Q., Wu, F., Tan, Z. H., Chen, S., Wang, G. Q. An experimental study of thermal conductivity enhancement on solid adsorption refrigeration. Mater Rev. 15 (12), 61-63 (2001).
- Gordeeva, L. G., Freni, A., Restuccia, G., Aristov, Y. I. Adsorptive air conditioning systems driven by low temperature energy sources: choice of the working pairs. J Chem Eng Jpn. 40 (13), 1287-1291 (2007).
- Kakiuchi, H., Shimooka, S., et al. Water vapor adsorbent FAM-Z02 and its applicability to adsorption heat pump. Kagaku Kogaku Ronbun, Jpn. 31 (4), 273-277 (2005).
- Li, X. H., Hou, X. H., Zhang, X., Yuan, Z. X. A review on development of adsorption cooling-Novel beds and advanced cycles. Energ Convers Manage. 94, 221-232 (2015).
