Summary
Met zonne-energie als de drijvende kracht, heeft een nieuwe adsorptie koelsysteem ontwikkeld en experimenteel onderzocht. Waterdamp en zeoliet vormde het paar werken van de adsorptie-systeem. Dit manuscript beschrijft de installatie van het experimentele tuig, de operatie-procedure en de belangrijke resultaten.
Abstract
Ter verbetering van de prestaties van zonne-adsorptie koeling, was een experimenteel systeem met een concentratie van de zonne-collector instellen en onderzocht. De belangrijkste onderdelen van het systeem werden het adsorberende bed, de condensor, de verdamper, het koelsysteem van de sub en de zonnecollector. In de eerste stap van het experiment, was het bed damp-verzadigd verwarmd door de zonnestraling onder gesloten voorwaarden, waardoor de temperatuur van het bed en druk te verhogen. Wanneer de druk van het bed werd hoog genoeg, het bed was ingesteld om te verbinden met de condensor, dus waterdamp stroomde voortdurend van het bed de condensor te vloeibaar worden. Vervolgens het bed nodig om af te koelen na de desorptie. In de zonne-energie-afgeschermd voorwaarde bereikt door aluminiumfolie, werd het circulerende water-lus geopend aan het bed. Met het water voortdurend circuleert in het bed, de opgeslagen warmte in het bed was haalde en de bed druk dienovereenkomstig verlaagd. Wanneer de druk bed gedaald tot onder de druk van de verzadiging op de temperatuur van de verdamping, opende de klep naar de verdamper. Een massa van waterdamp snelde in het bed en was geadsorbeerd door de zeoliet-materiaal. Met de enorme verdamping van het water in de verdamper, was het effect van koeling tot slot gegenereerd. Het experimentele resultaat is gebleken dat zowel de COP (coëfficiënt van de prestaties van het systeem) en het SCP (specifieke koelvermogen van het systeem) van de SAPO-34 zeoliet groter was dan die van de ZSM-5 zeoliet, ongeacht of de adsorptie keer langer was of korter. Het systeem van de SAPO-34 zeoliet gegenereerd een maximale COP van 0.169.
Introduction
Met het probleem van de aantasting van de ozonlaag van traditionele damp gecomprimeerde koeling steeds ernstiger, vervanging van de traditionele koeling met groene technologie uitgegroeid tot een hot topic in de afgelopen jaren. Onder deze groene technologieën, heeft zonne-adsorptie koeling aangetrokken veel aandacht van onderzoekers. Gedreven door laagwaardige warmte-energie, heeft de adsorptie-koelsysteem de voordelen van milieuvriendelijke, kleine, en flexibel. Dit adsorptie-systeem kan ook worden gereden met niet-zonne-energie, bijvoorbeeld door restwarmte ontslagen uit thermisch apparatuur of door de uitlaatgassen van de motor van voertuigen, zoals vermeld door Hu et al. 1
In een adsorptie koelsysteem, is het adsorptie-bed het belangrijkste onderdeel. Zijn werk is direct van invloed op de prestaties van het hele systeem. Daarom is het ontwerp van het adsorptie-bed is de belangrijkste kwestie, zoals opgemerkt door Sutuki. 2 een decennium geleden, het plat bed werd voornamelijk gebruikt in de adsorptie koelsysteem. 3 , 4 , 5 zonder enig ander zonne-richten apparaat, de temperatuur vlak bed was meestal laag en dus is de COP van het systeem was onbevredigend. Daarentegen is het buisvormige adsorptie bed verbeterd de COP. Het was gemeld dat de COP 0.21 sub Sahara regio konden bereiken door Hadj Ammar et al. 6 voorts Wang et al. 7 ontwikkeld een spiraal plaat adsorber die werd gekenmerkt door het kenmerk van continu warmte regeneratie. Het nieuwe ontwerp van de adsorptie-bed verkort de cyclustijd van het systeem. Abu-Hamdeh et al. 8 gemeld hun studie op het zonne-adsorptie koeling systeem met een parabolische trog verzamelaar. Hun testresultaten toonden de COP van het systeem die varieerden van 0.18 tot 0.20. El Fadar et al. 9 bestudeerd een adsorptie koeling systeem dat was gekoppeld aan een warmte-pijp en aangedreven door de parabolische trog verzamelaar, waaruit bleek een optimale COP van 0.18.
Ter verhoging van de warmte-overdracht van de tubulaire bed, sommige finned buis adsorbers werden geacht en het effect van de verhoging werd onderzocht. Een innovatief bed dat nam de vorm aan van de shell en tube warmtewisselaar werd gepresenteerd door Restuccia et al. 10. de interne finned buis was bedekt met een laag van zeoliet zodat de weerstand contact overdracht van warmte/massa tussen het metaaloppervlak en het adsorberende materiaal kan worden verminderd. Het systeem produceerde een vermogen van 30-60 W/kg voor specifieke koelvermogen van 15-20 s. Al Mers et al. de fietsen tijdig 11aangetoond dat de verbeterde adsorber met 5-6 vinnen aanzienlijk het warmteverlies van de adsorber sfeer en waardoor de COP met 45% kan verminderen. Het effect van een finned buis adsorber op de prestaties van de zonne-aangedreven systeem werd ook bestudeerd door Louajari et al. 12. met behulp van actieve kool-ammoniak als het paar werken, ze bleek dat de fietsen massaoverdracht in de adsorber met vinnen groter dan de een zonder vinnen.
In de huidige studie studeerde we experimenteel een verbeterde zonne-adsorptie koeling systeem, waarin een zonne-tracking parabolische trog verzamelaar werd toegepast en een interne koeling tunnel werd ingezet. Met de zeoliet SAPO-34/ZSM-5 en de waterdamp als het paar werken bleek het systeem interessante kenmerken op het gebied van thermodynamica en koeling. De experimentele methodologie evenals de typische testresultaten zal worden gepresenteerd en besproken in dit verslag.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. experimentele opzet
Opmerking: de adsorptie-koelsysteem bestond uit het adsorptie-bed, de verdamper de condensor, de vacuümpomp en de zonne-trog collector ( Figuur 1). Een automatische zonne-tracking-apparaat met een parabolische trog was vervaardigd en toegepast in het systeem te verbeteren van de efficiëntie van de zonnecollector. De trog automatische zonne-tracking werd gedreven door het wormwiel apparaat, zoals weergegeven in Figuur 2. Het apparaat bestond uit de stappenmotor, de worm, het vistuig, de bewegende limiet-blok en de handmatige wiel. De afmetingen van het wormwiel apparaat waren 21 x 80 cm 2. De trog verzamelaar geconcentreerd de zonnestralen op de adsorberende bed, die is gelegen langs de lijn van de focus van de parabolische trog.
Figuur 1: experimenteel systeem voor zonne-energie adsorptie koeling. (Boven) Schematische voorstelling van het systeem; (onder) Foto van de experimentele opstelling. Het bovenste netdeel presenteert de onderdelen van het experimentele systeem, waarbij de verdamper, de condensor, de vacuümpomp, etc. het onderste paneel toont de foto van de geassembleerde adsorptie-koelsysteem. In het systeem is de verdamper en de condensor van de fin-buis structuur, een soort compacte warmtewisselaar. Het bed van de adsorptie van een vacuüm zonnecollector, die effectief zonne-energie kan vangen is hervormd. Klik hier voor een grotere versie van Dit cijfer.
Figuur 2: de structuur van het vak wormwiel. De worm gear box is het apparaat dat de rotatie van de stappenmotor in het verkeer van de zonne-bijhouden van de parabolische trog transformeert. Naast de stappenmotor, het wormwiel vak omvat ook de reducer, de handleiding wiel, de worm schacht, etc. trekken de schakeloptie handmatig/automatisch verwerken naar links, versnellingen 5a en 5b zijn ontkoppeld. Dus, de trog kan handmatig worden gecontroleerd door het draaien van het handwiel. De schakeloptie handmatig/automatisch schuifstang rechts, zijn versnellingen 5a en 5b samen betrokken. Aldus, wordt het automatisch gecontroleerd door de stappenmotor.
- Verbinden de zonnecollector volgen naar de worm-wielas door een lassen methode. De rotatie van de stappenmotor aan de zonnecollector door onderlinge afstemming van de versnelling en de worm doorgeven. Het buisvormige adsorptie bed samen met de verzamelaar vast met een paar pijp kragen.
Opmerking: Gedreven door de stappenmotor, het systeem draait dagelijks vanuit het oosten naar het westen te volgen van het zonne-verkeer automatisch. - Aanpassen de kantelbare hoek van de trog tot maaiveld, volgens de variatie van de zonne-hoogte in de verschillende seizoenen. Bepalen van de kantelbare hoek β van de trog van de lokale latitude-Φ en de zonne-declinatie δ, en de formule β Φ - δ =. Handmatig met het muiswiel weinig die is gelegen aan de onderkant van de hoek aanpassing hefboom voor het regelen van de kantelbare hoek van de trog (het deel van de No. 13, Figuur 1).
Opmerking: Op deze manier, de zonnestraling is zo normaal mogelijk op de trog. Het experimentele systeem was gevestigd in de campus van Peking University of Technology, bij de breedtegraad 39.89 ° N en ° OL 116.38 E. Het adsorptie bed nam een cilindrische vorm. Het werd hervormd van een vacuüm zonne-ontvanger van een buis ( Figuur 3).
Figuur 3 : structuur van het adsorptie-bed en de inzet van de temperatuur sonde. (Boven) Schematische voorstelling van de structuur van het bed; (onder) De temperatuur sondes en het massaoverdracht kanaal in het bed. Het bovenste deelvenster toont de basisstructuur van het bed. Het adsorberende materiaal wordt gezet in de ringvormige holte tussen zonne-energie-absorberende buis en het koperen koeling kanaal. De zonne-stralen penetreren de glazen buis en vallen op het oppervlak van de zonne-energie-absorberende buis. Vervolgens, door warmtegeleiding, de zonne-energie is overgebracht naar het adsorberende materiaal binnen het bed. Het onderste paneel toont de locatie van de temperatuur sondes. Deze sondes zijn gebruikt om te controleren de temperatuurverandering van het bed tijdens de adsorptie/desorptie proces. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
- ter bevordering van de opname van de zonne-energie, jas de zonne-energie-absorberende buis van het bed, (gemaakt van roestvrij staal met d = 64,5 mm) met een laagje zwart chroom storting door de methode vacuüm coating. Raadpleeg de eerder gepubliceerde literatuur over selectieve coating voor meer informatie over deze techniek 13. Ervoor zorgen dat de zonne-absorptiegraad van de coating laag 0.95 is, de infrarood stralingsvermogen 0,15 is, en de dikte van de coating laag 0,08 mm.
Opmerking: Deze coating laag helpt bij het vangen van de zonnestraling effectief maar stoot zeer licht zelf. Dientengevolge, de zonne-energie wordt in de adsorptie bed gemakkelijk en effectief is omgezet naar thermische enthalpie van het absorberend. - Invoegen een koperen buis (d = 20 mm) langs de as van het adsorptie-bed. Herstellen van de Zachtkoperen leiding aan het bed met de flens (Zie Figuur 3, bovenste paneel). De koperen buis fungeert als de koeling kanaal van het bed tijdens het adsorptie.
- Heeft op de adsorberende vulmateriaal in de ringvormige holte in het bed dat wordt gevormd door de buis van het bed en het koperen koeling kanaal. SAPO-34 zeoliet gebruiken als het adsorberende materiaal, en water als het koelmiddel. 3.171 kg van de SAPO-34 zeoliet gestoken op het bed. De granulaire SAPO-34-zeoliet is 5.7 mm diameter.
- Implementeren negen temperatuur sondes in drie dwarsdoorsneden van het bed om te controleren de temperatuurverandering van het bed tijdens het proces van de adsorptie/desorptie ( Figuur 3, onderste paneel). Fix een sonde op elke kleine aanhanger die zit op de koperen koeling kanaal.
- Put sondes 1 en 2 in sectie A-A in de buurt van de inlaat van het adsorptie-bed. Zet sondes 8 en 9 in de buurt van de doodlopende weg van het bed. De andere sondes vast op het middelste gedeelte van de B-B (Zie Figuur 3).
- Invoegen axiaal een massa-overdracht kanaal van d = 10 mm in het bed. Ervoor zorgen dat de massale kanaal de vorm van reticulaire buis heeft, en dezelfde lengte van het bed van de adsorptie (d bed = 64,5 mm). Uitbreiden van het kanaal naar beneden vanaf de inlaat en maken zich in de juiste positie met de kracht van de extrusie van de adsorberende materiaal. De reticulaire buis helpt de waterdamp te voeren de diepe regio van het bed snel.
2. Experimentele methode
Opmerking: adsorptie koeling is gebaseerd op het beginsel dat het solide adsorberende materiaal de koelmiddel damp sterk bij lage temperatuur, absorbeert terwijl het desorbs de damp bij een hogere temperatuur. Met behulp van warmte als de drijvende impuls, is het doel van de koeling bereikt. De cyclus van de koeling van de adsorptie-systeem omvat hoofdzakelijk vier stappen, dat wil zeggen, de zonne-energie Verwarming-up proces, het desorptie-proces, het proces van bed-koeling en de adsorptie-proces. Het desorptie-proces begint opnieuw nadat het adsorptie-proces is voltooid. Alle stappen van het experiment zijn even belangrijk, omdat ze met elkaar verbonden zijn en elkaar interactief beïnvloeden.
- Reguleren van de experimentele opstelling door de volgende procedures om te beginnen de zonnewarmte en desorptie van het bed.
- Draai de parabolische trog handmatig totdat zij wordt geconfronteerd behoren Oost voordat het experiment, zodat het zonlicht de parabolische trog verzamelaar normaal middags uitstraalt.
- Afgesloten van alle de kleppen die zijn aangesloten bij het adsorptie-bed en zorgen van de druk van het bed en de pijp lager is dan 800 Pa. maken het klaar voor zonneverwarming.
- Zet de controlerende tuig van het systeem wanneer het zonlicht parallel aan de horizon lijn in de ochtend is. De trog automatisch roteren om te traceren van de zonne-beweging maken.
- Toestaan het bed adsorptie-verzadigd worden verwarmd door zonnestraling onder gesloten voorwaarden. Dientengevolge, de bed-temperatuur en de druk van het bed geleidelijk zal toenemen.
- Monitor de bed druk met de manometer (nummer 6 in Figuur 1) totdat het is hoger dan de waarde van de druk die overeenkomt met de condensatie temperatuur van de omgeving. Volgens de thermodynamica, is de druk van de condensatie van het water bij 30 ° C 4,246 pa
- Het desorptie-proces starten.
Opmerking: In het desorptie-proces, de condensatie van waterdamp optreedt. De condensatie temperatuur wordt bepaald door plaatselijke weersomstandigheden op de dag van de test.- Open de klep die het bed en de condensor verbindt. Laat waterdamp in de condensor door de aansluitende buis stromen. Zoals waterdamp de condensor binnenkomt, de temperatuur van de condensor geleidelijk zal stijgen.
- Op hetzelfde moment, houd de zonne-verwarming naar de adsorptie-bed, zodat de druk van het bed hoog genoeg blijft om de desorptie veroorzaken. Niet stoppen de zonne-verwarming, totdat het proces is voltooid.
- Het desorptie-proces beëindigen, wanneer de druk van het bed gelijk aan de druk van de condensor is. Bij het desorptie-proces is over de klep uitschakelen.
- Afkoelen het bed voordat het adsorptie-proces, omdat het bed nog steeds in de Braziliaanse deelstaat hoge temperatuur na de desorptie is. Het adsorberende materiaal grotendeels alleen bij lage temperatuur kan adsorberen.
- De adsorptie-proces te beginnen, beschermen de adsorptie bed met een aluminiumfolie blad, zodat het bed wordt afgesneden van de zonnestraling.
- Sluit alle de kleppen die de verdamper en een condensor verbinden.
- Open het circulerende water-lus van het bed en het adsorberende materiaal afkoelen. Met het water voortdurend circuleert in het bed, de interne enthalpie is genomen en de bed druk vermindert dienovereenkomstig.
- Het koelproces eindigt wanneer de druk bed zakt tot onder de verzadigde dampdruk bij de verdamper ' s temperatuur.
Opmerking: Klaar zijn voor de adsorptie koeling proces na de afkoeling van het bed. Nu de temperatuur van het bed ongeveer de temperatuur van de lucht is, en de druk van het bed heeft bereikt aan het minimumbelastingniveau. - Houden het circulerende water-lus in een werkende staat tijdens het adsorptie. De adsorptie is een exotherme proces, en de gegenereerde warmte moet zo spoedig mogelijk buiten worden geloosd.
- Opent de klep tussen het bed en de verdamper. Laat de drukte van de waterdamp in het bed van de verdamper.
Opmerking: De vermindering van de damp van de verdamper veroorzaakt meer water te verdampen, die resultaten in de drastische daling van de temperatuur van de verdamper. Klein, de verdamper absorbeert warmte uit het waterreservoir waar de verdamper zit, en een koel effect wordt verkregen. - De adsorptie proces gaande te houden, en de verandering van de temperatuur van het bed en de druk van het bed opnemen.
Opmerking: Tijdens het proces van adsorptie, de dampdruk in de verdamper wordt lager en lager, maar het bed temperatuur stijgt snel. - Wordt de adsorptie-proces beëindigen wanneer de druk van het bed gelijk aan de druk van de verdamper is. Daarna zullen de desorptie-proces opnieuw.
3. Methode van de vermindering van de gegevens
- evalueren van de prestaties van het systeem van de koeling op basis van de koeling capaciteit en de efficiëntie van de transformatie van de warmte-koude-.
Opmerking: voor het huidige systeem, de koeling-capaciteit wordt berekend door de massale hoeveelheid het verdampte water en de temperatuurverandering van de verdamper zelf.- Om te bepalen de totale koel capaciteit (Q ref) van het systeem, de som van het verlagen van de enthalpie van het gekoeld water in de tank, de metalen verdamper en het resterende water in de verdamper na de adsorptie als volgt berekenen:
c p in Eq. (1) is de soortelijke warmte bij constante druk, waarbij m duidt de massa. C een correctiefactor voor het vermogen van de koeling van de verdamper overweegt de warmte-overdracht tussen het waterreservoir en het omringende milieu, en wordt uitgegaan van C = 1.15 volgens het principe van de warmteoverdracht. Het subscript w en e vertegenwoordigt het water en de verdamper, respectievelijk. In de vergelijking m w, tan en m w, ev een is de massa van het gekoeld water in de tank en de massa van het resterende water in de verdamper, die correspondeert met de temperatuur daling ΔT w en ΔT e , respectievelijk.
Opmerking: De zonne-energie-input aan het bed nodig is voor de evaluatie van de doeltreffendheid van de transformatie van de warmte-koude-. - Bepalen de zonne-energie input Q s als:
waar, ik s, i (t) is de voorbijgaande zonne-intensiteit opgenomen door de actinometer tijdens het desorptie. De tijd interval Δt van de data-acquisitie naar de I s, i (t) is 10 s. Het gebied van de opening van de parabolische trog een p, de reflecterende efficiëntie van de trog oppervlakte ρ, de doorlaatbaarheid van de buis glas τ, en de zonne-d'absorption acoustique van de coating oppervlakte α, samen met de parameters in Eq. (1), worden alle vermeld in tabel 1. - Gebaseerd op de Q-ref en de Q-s verkregen boven, bepalen de COP van het koelsysteem als 14:
β1 en β-2 zijn correctiefactoren tot de zonne-energie input Q s. β 1 is de correctiefactor voor de niet-parabolische mate van de trog, die rekening houdt met de vervorming van de trog vanwege de beperkingen van de productietechniek en wordt uitgegaan van β 1 = 0.85. β-2 is de correctiefactor voor het werkelijke bedrag van de verkregen warmte van het bed. Vanwege de kleinere omvang van de metalen bed buis dan de buitenste glazen buis, de warmte van echte verkregen bedrag is lager dan die gereflecteerd op de glazen buis. β-2 wordt bepaald door de verhouding van de diameter D metalen bed 2 op de glazen buis diameter D 1. Met D 1 = 100 mm en D 2 = 64,5 mm, wordt berekend dat β-2 = 0.645. - Bepalen de specifieke koelvermogen van het bed door de parameters van het experiment als 14:
< img alt = "Vergelijking 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
waar m een is de massa van het adsorberende materiaal en t advertenties is de tijdsduur van het proces van de adsorptie.
- Om te bepalen de totale koel capaciteit (Q ref) van het systeem, de som van het verlagen van de enthalpie van het gekoeld water in de tank, de metalen verdamper en het resterende water in de verdamper na de adsorptie als volgt berekenen:
tabel 1: waarden van de parameter in Eq. (1) en Eq. (2). De parameters die zijn betrokken bij Eq. (1) en Eq. (2) worden in deze tabel weergegeven. De parameters omvatten c p, p, α, etc.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Massaoverdracht karakteristiek van het bed door het adsorptie-proces
Het adsorptie-bed is altijd het belangrijkste onderdeel van een koelsysteem adsorptie en de warmte- en massaoverdracht karakteristiek zijn de belangrijkste factoren die de prestaties van het gehele systeem beïnvloeden. Door het analyseren van de geregistreerde temperatuurverandering in de cross-secties zoals weergegeven in Figuur 3(onderste paneel), is het mogelijk om te weten van de warmte- en massaoverdracht functies van het bed. Figuur 4 toont de dynamische verandering van de temperatuur bed tijdens het adsorptie. De figuur illustreert dat het massaoverdracht vermogen van de SAPO-34-zeoliet goed, voor de adsorptie van de punten aan verschillende secties begin bijna tegelijkertijd is. Als de massaoverdracht weerstand van het bed laag is, het bed kan het bereiken van het adsorptie-evenwicht binnen een korte tijd, en het adsorberende materiaal in het bed zal volledig worden ingezet. Met de sterk koelfunctie van het circulerende water convectie, was de temperatuur schieten-up ingetogen effectief na over 400-600 s van de adsorptie, met uitzondering van de tijd-punt 9. Daarentegen voor een natuurlijke lucht koeling methode, zou de temperatuur van het bed relatief langzaam afnemen. Het verwante experimentele resultaat is grondig besproken in Du et al. 14 de magere koelend effect van luchtstroom gefrustreerd van de kwijting van de warmte van het bed, en vervolgens de prestaties van de cyclus van de adsorptie-koelsysteem beïnvloed. Ter vergelijking was het veel beter voor het systeem waterkoeling.
Figuur 4: Temperatuurverandering van het bed in het proces van de adsorptie voor SAPO-34 zeoliet. Dit cijfer presenteert de temperatuurverandering van het bed in de adsorptie-proces. Door de variatie van de temperatuur, kunnen wij analyseren de kenmerken van de massale overgang van het bed. De respons van de temperatuur weerspiegelt het tarief van de adsorptie van het materiaal in het bed.
Warmte-overdracht karakteristiek van het bed door het desorptie-proces
De adsorptie-proces is een gekoppelde warmte- en massaoverdracht fenomeen. Adsorptie/desorptie van het absorberend is sterk gerelateerd aan de temperatuurverandering van het bed. Niettemin, de warmte-overdracht karakteristiek van het bed wordt niet alleen bepaald door de thermische eigenschappen van de absorberend zelf, maar ook door de structuur van het bed. We hebben de neiging om te kiezen van een materiaal met zowel een sterke adsorptie vermogen en hoge geleidbaarheid. Maar helaas, heel vaak deze kwaliteiten zijn in conflict. Een poreus materiaal met goede adsorptie vertoont meestal slechte geleiding. Vele factoren (bijvoorbeeldde molecuulstructuur, de verwerkingsmethode, deeltjesgrootte, etc.) kunnen invloed hebben op de thermische eigenschappen van de adsorberende15,16. Figuur 5 toont de verandering van de gemiddelde temperatuur van het bed in de desorptie-proces voor de SAPO-34 en ZSM-5 zeoliet. Ter vergemakkelijking van de vergelijking, wordt de opgenomen zonne-intensiteit in de campagne van de test ook gepresenteerd. Hoewel de intensiteit van de zonne-energie bijna hetzelfde voor de twee zeolieten was, was de toename van temperatuur heel anders. Voor de ZSM-5 zeoliet, was de temperatuur stijgen meer dan 32 ° C, terwijl voor de SAPO-34 slechts 17 ° C. was Dit resultaat is gebleken dat de warmte overdracht vermogen van de ZSM-5 zeoliet beter dan die van de zeoliet SAPO-34 was. De massale overdracht tussen de absorberend en de damp is het belangrijkste proces, maar alleen met de steun van de warmte-overdracht kan een goede massaoverdracht worden gerealiseerd.
Figuur 5 : De verandering van de gemiddelde temperatuur van het bed tijdens het desorptie. Deze figuur toont het verschil in de warmte-overdracht tussen de SAPO-34 zeoliet en de zeoliet ZSM-5. Tijdens de 600 s desorptie tijd was de toename van de temperatuur voor de ZSM-5 zeoliet en SAPO-34 zeoliet heel anders. Voor de ZSM-5 zeoliet was de temperatuurverhoging van de 32.52 ° C, terwijl de verhoging voor de zeoliet SAPO-34 alleen 17.02 ° C. Op dezelfde zonne-verwarming staat, geeft de grotere toename van de temperatuur van de ZSM-5 zeoliet aan zijn superioriteit van de warmteoverdracht ten opzichte van SAPO-34 zeoliet.
De desorptie karakteristiek van het bed
In het algemeen, wordt de output van de macht van de koeling voor een systeem van adsorptie bepaald door het adsorberende kenmerk en de overdrachtsnelheid van de warmte van het bed. De tijd voor het desorptie-proces is meestal langer dan de tijd voor de adsorptie-proces. Het is essentieel om te weten dat de kenmerken van de warmte overdracht in het bed tijdens de desorptie. Hier wordt de index van de desorptie mate E(t) gebruikt ter beoordeling van de volledigheid van de desorptie van het bed. E(t) is gedefinieerd als de verhouding tussen de gedesorbeerde hoeveelheid koelmiddel damp, vanaf het begin op tijdstip t, en het totale bedrag van de opname van de damp in de adsorptie-proces.
Met de experimentele gegevens, kan de E(t) van het bed op verschillende desorptie tijden worden verkregen. Ten eerste, het is aangetoond dat de desorptie-mate is verbeterd tot op zekere hoogte als het bed temperatuur verhoogd. Voor de SAPO-34 zeoliet systeem, de E(t) steeg van 54,9% op t = 1 h 69,3% op t = 2 h. Aan de andere kant, toonde het ZSM-5 systeem tegelijkertijd desorptie, een slechter desorptie-effect dan de SAPO-34-systeem. 14 hoewel de temperatuur van het bed van de SAPO-34 relatief lager was, zoals eerder besproken met betrekking tot Figuur 5, de desorptie mate was beter. Dit vertelt ons dat SAPO-34 zeoliet is meer geschikt om te gebruiken als het adsorberende materiaal. Deze functie van SAPO-34 zeoilite werd ook benadrukt door Gordejeva et al. 17
De capaciteit van de koeling van het systeem
De capaciteit van de koeling van de adsorptie-systeem wordt in principe weerspiegeld door de daling van de temperatuur van het waterreservoir. De testresultaten voor de temperatuur van de tank worden gepresenteerd in Figuur 6. De temperatuur van de tank met tijd veranderd in een niet-lineaire manier. Het daalde snel binnen de eerste 600 s van de adsorptie-tijd, en vervolgens de temperatuur verlagen vertraagd naar beneden. In vergelijking met de twee temperatuurprofielen van de SAPO-34 en de zeoliet ZSM-5, is het bekend dat de capaciteit van de koeling van de twee zeolieten iets anders was. Het verlagen van de temperatuur van de watertank weerspiegeld rechtstreeks de capaciteit van de koeling van het systeem. Natuurlijk, de temperatuurdaling van de voor de SAPO-34-systeem was veel groter dan die voor het systeem van de ZSM-5. De SAPO-34 zeoliet tentoongesteld met beter desorptie kenmerken zoals hierboven vermeld, een hogere capaciteit dan de zeoliet ZSM-5 in de koeling. Deze identificatie is in overeenstemming met de sluiting van Gordejeva et al. 16 en Kakiuchi et al. 18
Figuur 6: De variatie van de temperatuur van de watertank gekoeld. In het algemeen, was de variatie van de temperatuur van het gekoeld water in de tank van de verdamper niet lineair. Voor de SAPO-34 zeoliet, daalde het snel binnen de eerste 600 s en vervolgens de daling vertraagd. De temperatuurverandering van de ZSM-5 zeoliet was daarentegen relatief vlot. Dit weerspiegeld de functie die de koeling vermogen met tijd daalde. De twee krommen bleek ook de prestatiesverschil van SAPO-34 en ZSM-5 zeoliet.
De prestaties van het systeem wordt geëvalueerd door de index van COP en SCP die wordt bepaald door de EQ (3) en Eq. (4), respectievelijk, en de resultaten worden weergegeven in tabel 2. Volgens de niet-lineaire verandering van de temperatuur in Figuur 6, twee gegevensverzamelingen voor de adsorptie tijd tadvertenties = 600 s en tadvertenties = 1800 s worden gepresenteerd. Kast in de tabel, de Q-ref binnen de eerste 600 s neemt een deel van meer dan twee derde van de totale koel capaciteit van de 1800 s adsorptie tijd voor een van beide. Natuurlijk, het SCP voor tadvertenties = 600 s is veel hoger dan dat voor tadvertenties = 1800 s, maar de resultaten van de COP lopen in strijd met deze resultaten. De beste COP in tabel 2 heeft 0.169 bereikt. Foutenanalyse werd uitgevoerd en bleek dat de onzekerheid van de COP was tussen 6.2 – 9,4% overeenkomt met verschillende test campagnes. Het moet worden vermeld dat de maximale COP hier in de vergelijkende bereik van het resultaat door Abu-Hamdeh et al. 8 hun systeem van parabolische trog verzamelaar gegenereerd een COP van 0.18-0.20. De SCP-index weerspiegelt het specifiek vermogen van de capaciteit van de koeling van het bed. Een hogere SCP impliceert dat een hogere macht van de koeling wordt gegenereerd door een eenheid van adsorberende massa. De geanalyseerde resultaten hebben aangetoond dat zowel de COP en het SCP voor de SAPO-34 waren superieur aan dat van de ZSM-5, maakt niet uit of de adsorptie tijd langer of korter was.
Tabel 2: vergelijking van de capaciteit van de koeling van de ZSM-5 en SAPO-34 zeoliet. Ter vergelijking presenteren hier we de uitgebreide prestaties van de koeling van de adsorptie van SAPO-34 en ZSM-5 zeoliet. De SCP-index of door de index van de COP, SAPO-34 worden weergegeven zijn superioriteit aan het ZSM-5 systeem.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Als een thermodynamisch systeem, zijn de prestaties van een zonne-adsorptie koeling apparaat afhankelijk van het optimale ontwerp en de werking van het systeem. Zowel de levering van warmte als de koeling methode van het bed zijn belangrijk om te garanderen dat het systeem goed werkt. Waterkoeling heeft de voorkeur aan de lucht koeling vanwege de hoge sterkte van convectie warmte-overdracht van water. De slechte geleiding van het adsorberende materiaal heeft gewoonlijk bepaald de overdrachtssnelheid van de beperkte warmte van het bed. Ter verbetering van de warmte-overdracht van het bed, werden veel metingen beschouwd zoals de structuur van de verbetering van de vinnen intern ingevoegd. 19 silicagel is een ander soort populaire adsorberende materiaal. Als een silica gel wordt gebruikt in de zonne-adsorptie-systeem, moet de desorptie-temperatuur van het bed worden beperkt tot minder dan 95 ° C, zodat de silicagel zal niet Word uitgedroogd en activiteit verliest.
Zoals de meeste hernieuwbare energiesystemen is de huidige adsorptie-koelsysteem van enkele lacunes op het gebied van waterbouwkundige toepassingen. Het bekende probleem is de intermitterende werk van het systeem. Met de intrinsieke aard van de verwarming-up en cooling-down, de adsorptie-systeem kan niet voorzien koude stroom voortdurend zoals een eenpersoonsbed wordt gebruikt. Voor oplossen zulks werkstuk sommige onderzoekers beschouwd als een geconjugeerd systeem van twee bed, waarin de techniek van regeneratieve warmte en massaoverdracht kon worden toegepast. Dergelijke systemen kunnen nogal ingewikkeld worden, maar de prestatiesverbetering was vaak heel onbevredigend. Een ander punt dat moet worden beschouwd is het weer conditie effect. Slecht weer dagenlang, zal er niet genoeg zonne-energie levering aan het systeem. In een dergelijke situatie moet sommige vrije warmtebron klaar zodat het systeem kan blijven werken.
Als een groene energie-technologie, heeft de zonne-adsorptie koelsysteem aangetrokken veel aandacht in het afgelopen decennium. Het gebruik van zonne-energie vermijdt het verbruik van fossiele brandstoffen en effectief vermindert de luchtvervuiling. Bovendien, een dergelijk systeem heeft geen roterende onderdelen, geen lawaai, en flexibel inzetbaar. Hoewel de efficiëntie van het systeem niet vergelijkbaar met conventionele koelsystemen die gebruikmaken van damp compressie of ammoniak absorptie is, presenteert de overvloed van zonne-energie in de toekomst een potentiële betekenis voor luminantie. Voor een systeem dat elektriciteit of brandstof verbruikt, is de efficiëntie van prestaties zeer belangrijk vanwege bedrijfskosten. In tegenstelling, zonne-energie is gratis en het systeem is nog steeds gunstig, zelfs als de agent niet erg hoog is.
We zijn niet zeker hoe snel zonne-adsorptie technologieën kunnen het vervangen van conventionele koelsystemen op grote schaal, want er zijn enkele aspecten van deze techniek die verdere verbetering behoeven. Een paar jaar geleden, werd gemeld dat de Tokyo Gas Corporation in Japan een commerciële soort adsorptie koelkast die werd gedreven door industriële restwarmte voorgesteld. Met ontwikkelingen in de wereldeconomie en de technologie, de techniek van zonne-adsorptie koeling eerste mei vinden de toepassing ervan in de afgelegen landelijke gebieden waar het klimaat is warm in de meeste tijd van het jaar.
De werking van dit systeem bestaat uit vier belangrijke stappen. Volgens de tijdreeks, ze zijn: het voorverwarmen van het bed onder gesloten voorwaarden; het desorptie-proces met de temperatuur van de bed verhogen de afkoeling van het bed door het opnieuw circuleren van water of een luchtstroom; en de adsorptie-proces dat het effect van de koeling genereert.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit onderzoekswerk werd gesponsord door de nationale sleutel Basic Research programma van China (No.2015CB251303), en de nationale Natural Science Foundation van 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).
