Summary
Avec l’énergie solaire comme la force motrice, un système de réfrigération du roman d’adsorption a été développé et étudié expérimentalement. Vapeur d’eau et de la zéolite forment la paire de travail du système adsorption. Ce manuscrit décrit la configuration de la plate-forme expérimentale, la procédure de fonctionnement et des résultats importants.
Abstract
Pour améliorer les performances de la réfrigération solaire adsorption, un système expérimental avec un collecteur solaires de concentration a été mis en place et étudié. Les principaux composants du système ont été le lit d’adsorbant, le condenseur, l’évaporateur, le système auxiliaire de refroidissement et le capteur solaire. Dans la première étape de l’expérience, le lit de la vapeur saturée a été chauffé par le rayonnement solaire dans des conditions fermés, qui a causé la température de lit et de la montée en pression. Lorsque la pression du lit est devenu assez élevée, le lit a été changé pour joindre le condensateur, donc vapeur d’eau coulaient continuellement du lit du condenseur pour être liquéfié. Ensuite, le lit nécessaire pour refroidir après la désorption. La condition solaire blindé, réalisée en aluminium, la boucle d’eau circulant a été ouvert au lit. L’eau circule continuellement dans le lit, la chaleur emmagasinée dans le lit a été sorti et la pression du lit a diminué en conséquence. Lorsque la pression du lit tombés sous la pression de saturation à la température d’évaporation, la valve à l’évaporateur a été ouverte. Une masse de vapeur d’eau s’est précipité dans le lit et a été absorbée par le matériau de la zéolite. Avec la vaporisation massive de l’eau dans l’évaporateur, l’effet de réfrigération a été finalement généré. Les résultats expérimentaux a révélé que tant la COP (coefficient de la performance du système) et SCP (puissance frigorifique spécifique du système) de la zéolite SAPO-34 était supérieure à celle de la zéolithe ZSM-5, peu importe si le temps d’adsorption a été plus longs ou plus court. Le système de la zéolite SAPO-34 a généré un COP maximum de 0,169.
Introduction
Le problème de l’appauvrissement de la couche d’ozone de vapeur traditionnel réfrigération compressée de plus en plus plus grave, son remplacement par réfrigération traditionnelle avec la technologie verte est devenu un sujet brûlant ces dernières années. Parmi ces technologies vertes, la réfrigération solaire adsorption a attiré l’attention des chercheurs. Mû par l’énergie thermique faible, le système de réfrigération d’adsorption a l’avantage d’être écologique, petit et flexible. Ce système d’adsorption peut également être commandé avec une énergie non solaire, par exemple par la chaleur des déchets rejetés par les équipements thermiques ou de gaz de combustion du moteur des véhicules, comme mentionné par Hu et al. 1
Dans une adsorption, système de refroidissement, le lit de l’adsorption est l’élément clé. Ses travaux affecte directement les performances de l’ensemble du système. Par conséquent, la conception du lit adsorption est la question la plus importante comme souligné par Sutuki. 2 il y a une dizaine d’années le lit plat était principalement utilisé dans l’adsorption, système de refroidissement. 3 , 4 , 5 sans n’importe quel appareil de concentration solaire, la température de lit plat était généralement faible et c’est pourquoi la Conférence des parties du système n’était pas satisfaisant. En revanche, le lit tubulaire adsorption amélioré la Conférence des parties. Il a été signalé que la Conférence des parties pourraient atteindre 0,21 dans la région sub-saharienne par Hadj Ammar et al. 6 en outre, Wang et al. 7 mis au point un adsorbeur de plaque en spirale qui s’est distingué par la caractéristique de la régénération de chaleur continue. La conception originale du lit adsorption raccourci le temps de cycle du système. Abu-Ahmed et al. 8 a signalé leur étude sur le système de réfrigération solaire adsorption avec un capteur cylindro-parabolique. Résultats de leurs tests ont montré la Conférence des parties du système varié de 0,18 à 0,20. Fadar El al. 9 a étudié un système de réfrigération d’adsorption a été couplé avec un caloduc et propulsé par collecteur cylindro-parabolique, qui a montré un COP optimal de 0,18.
Afin d’améliorer le transfert de chaleur du lit tubulaire, considérées comme des adsorbeurs de tubes à ailettes et a étudié l’effet de l’amélioration. Un lit innovant qui a pris la forme de l’échangeur de chaleur tubulaire a été présenté par Restuccia et al. 10. les tubes à ailettes internes a été recouvert d’une couche de zéolite afin que la résistance de contact de transfert de chaleur/masse comprise entre la surface du métal et le matériau adsorbant pourrait être réduite. Le système produit une puissance de 30 à 60 W/kg de puissance de refroidissement spécifique dans la durée de cycle de 15-20 s. Al Mers et al. 11a démontré que l’adsorbeur améliorée avec 5-6 palmes pourrait réduire sensiblement les pertes de chaleur de l’adsorbant d’ambiance et améliorant ainsi la Conférence des parties de 45 %. L’effet d’un adsorbeur de tubes à ailettes sur la performance du système moteur solaire a été également étudiée par Louajari et al. 12. à l’aide de charbon actif-ammoniac comme la paire de travail, ils ont montré que le transfert de masse cyclisme dans l’adsorbant avec palmes était supérieur à celui sans palmes.
Dans la présente étude, nous avons étudié expérimentalement un système de réfrigération améliorée solaire adsorption, dans lequel a été appliqué un collecteur de suivi solaire cylindro-parabolique et un tunnel de refroidissement interne a été déployé. Grâce à la zéolithe SAPO-34/ZSM-5 et la vapeur d’eau comme la paire de travail, le système a montré des caractéristiques intéressantes en termes de thermodynamique et de la réfrigération. La méthode expérimentale ainsi que les résultats de l’essai classique seront présentés et discutés dans le présent rapport.
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Protocol
1. montage expérimental
Remarque : le système de réfrigération d’adsorption était composé du lit de l’adsorption, l’évaporateur, condensateur, la pompe à vide et le collecteur solaire creux ( Figure 1). Un dispositif de surveillance solaire automatique avec un cylindro-parabolique a été fabriqué et appliqué dans le système pour améliorer l’efficacité de l’échangeur solaire. La fosse suivi solaire automatique est pilotée par le périphérique de la vis sans fin, comme illustré à la Figure 2. Le dispositif comprenait le moteur pas à pas, le ver, le train, le bloc de limite émouvant et la roue manuelle. Les dimensions de l’appareil vis étaient 21 x 80 cm 2. Le collecteur de creux concentre les rayons du soleil sur le lit d’adsorbant, qui était situé le long de la ligne de mise au point de la cylindro-paraboliques.
figure 1 : système expérimental pour solaire réfrigération de l’adsorption. Schéma (en haut) du système ; (en bas) Photographie du montage expérimental. Le panneau supérieur présente les composants du système expérimental, qui consiste à l’évaporateur, condensateur, la pompe à vide, etc. le panneau inférieur affiche la photo du système de réfrigération adsorption assemblé. Dans le système, l’évaporateur et du condenseur est de la structure de la nageoire-tube, un type d’échangeur de chaleur compact. Le lit de l’adsorption est réformé d’un capteur solaire sous vide, qui peut capturer l’énergie solaire efficacement. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de ce chiffre.
figure 2 : la structure de la boîte de vis sans fin. La boîte d’engrenage est l’appareil qui transforme le mouvement suivi solaire de la cylindro-parabolique de la rotation du moteur pas à pas. Outre le moteur pas à pas, la boîte d’engrenage implique également le réducteur, la roue manuelle, l’axe de ver, etc., tirant sur l’interrupteur manuel/automatique poignée vers la gauche, engrenages 5 a et 5 b sont dégagées. Ainsi, la cuve peut être contrôlée de manuellement en tournant la roue à main. Tirer la poignée interrupteur manuel/automatique vers la droite, 5 b et 5 a engrenages sont engagés ensemble. Ainsi, il est contrôlé automatiquement par le moteur pas à pas.
- Connectez le capteur solaire de suivi à l’arbre de roue de ver par une soudure. Passez la rotation du moteur pas à pas vers le collecteur solaire en faisant correspondre l’engrenage et le ver. Difficulté du lit tubulaire adsorption ainsi que le collecteur avec une paire de colliers de tuyaux.
NOTE : Entraînée par le moteur pas à pas, le système tourne tous les jours de l’est vers l’Ouest pour suivre le mouvement solaire automatiquement. - Ajuster l’angle d’inclinaison de la cuve au niveau du sol, selon la variation de l’angle de site au fil des saisons. Déterminer l’angle β inclinaison de la fosse par le Φ de latitude locale et le δ de la déclinaison solaire et la formule β = Φ - δ. Faites tourner manuellement la petite roue qui se trouve au bas du levier de réglage d’angle pour régler l’angle d’inclinaison de la cuve (la partie du no 13, Figure 1).
NOTE : De cette façon, le rayonnement solaire est aussi normal que possible sur la cuve. Le système expérimental a été situé dans le campus de l’Université de technologie de Pékin, à la latitude 39,89 ° N et longitude 116.38 ° E. Le lit de l’adsorption a pris une forme cylindrique. Il a été réformé par un récepteur solaire sous vide d’un tube ( Figure 3).
figure 3 : Structure du lit adsorption et le déploiement de la température sonde. Schéma (en haut) de la structure du lit ; (en bas) Les sondes de température et le canal de transfert de masse dans le lit. Le panneau supérieur montre la structure de base du lit. Le matériau adsorbant est placé dans la cavité annulaire entre le tube d’absorption d’énergie solaire et le canal de refroidissement cuivre. Les rayons solaires pénètrent dans le tube en verre et tombent sur la surface du tube absorbant l’énergie solaire. Puis, par conduction de la chaleur, l’énergie solaire est transféré dans le matériau absorbant à l’intérieur du lit. Le panneau du bas montre l’emplacement des sondes de température. Ces sondes sont utilisées pour suivre l’évolution de la température du lit pendant le processus d’adsorption/désorption. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de ce chiffre.
- pour promouvoir le captage de l’énergie solaire, enduire le tube d’absorption solaire du lit, (en acier inoxydable avec d = 64,5 mm) avec une couche de dépôt de chrome noir par la méthode de métallisation sous vide. Veuillez vous reporter à la documentation précédemment publiée sur revêtement sélectif pour plus d’informations sur cette technique 13. S’assurer que le taux d’absorption solaire de la couche d’enduit est de 0,95, l’émissivité infrarouge est de 0,15, et l’épaisseur de la couche d’enduit est de 0,08 mm.
Remarque : Cette couche de revêtement permet d’intercepter le rayonnement solaire efficacement mais émet très légèrement lui-même. Ainsi, l’énergie solaire pénètre dans le lit de l’adsorption facilement et se transforme à enthalpie thermique de l’adsorbant efficacement. - Insérer un tube en cuivre (d = 20 mm) le long de l’axe du lit adsorption. Fixer le tuyau en cuivre au lit avec la bride (voir Figure 3, panneau supérieur). Le tube de cuivre fonctionne comme le canal de refroidissement du lit pendant le processus d’adsorption.
- Remplir le matériau adsorbant dans la cavité annulaire dans le lit qui est constituée par le tube de lit et le canal de refroidissement cuivre. Utiliser SAPO-34 zéolite comme le matériau adsorbant et l’eau comme fluide frigorigène. Mettez 3,171 kg de la zéolite SAPO-34 dans le lit. La zéolithe de SAPO-34 granulaire est 5,7 mm de diamètre.
- Déployer des sondes de température neuf dans trois sections transversales de la vitre pour suivre l’évolution de la température du lit au cours du processus d’adsorption/désorption ( Figure 3, panneau inférieur). Une sonde de fixer à chaque petit partisan qui est assis sur le canal de refroidissement cuivre.
- Put sondes 1 et 2 de la section A-A proximité de l’entrée de la chambre d’adsorption. Mettre les sondes 8 et 9, près de la voie sans issue du lit. Les autres sondes de fixer à la partie centrale de la B-B (voir Figure 3).
- Insérer axialement un canal de transfert de masse de d = 10 mm dans le lit. S’assurer que le canal de masse a la forme du tube réticulaire et a la même longueur du lit adsorption (d lit = 64,5 mm). Étendre le canal vers le bas à partir de l’entrée et qu’il se dans la bonne position avec la force d’extrusion du matériau adsorbant. Le tube réticulaire contribue à la vapeur d’eau pour entrer rapidement dans la région profonde du lit.
2. Méthode expérimentale
Remarque : réfrigération d’Adsorption est basée sur le principe que le matériau adsorbant solid absorbe la vapeur de réfrigérant fortement à basse température, tandis qu’il désorbe la vapeur à une température plus élevée. Le but de réfrigération utilisant la chaleur comme l’impulsion motrice, est atteint. Le cycle de réfrigération du système adsorption consiste principalement en quatre étapes, c'est-à-dire, l’énergie solaire le processus de chauffe, le processus de désorption, le processus de refroidissement par lit et le processus d’adsorption. Le processus de désorption commence une fois de plus après l’adsorption est terminée. Toutes les étapes de l’expérience sont tout aussi importants parce qu’ils sont interdépendants et s’influencent mutuellement interactivement.
- Réglementer l’installation expérimentale par les procédures suivantes pour démarrer le chauffage solaire et la désorption du lit.
- Tourner la cylindro-paraboliques manuellement jusqu'à ce qu’elle fait face à échéance oriental avant l’expérience, afin que la lumière du soleil irradie les collecteurs cylindro-paraboliques normalement à midi.
- Fermer toutes les vannes qui sont connectés sur le lit de l’adsorption et de s’assurer que la pression du lit et le tuyau est inférieure à 800 PA faire prête pour le chauffage solaire.
- Commutateur sur l’appareil de contrôle du système lorsque la lumière du soleil est parallèle à la ligne d’horizon dans la matinée. Rendre la cuve automatiquement tourner pour retracer les mouvements solaires.
- Laisser le lit saturée d’adsorption soit réchauffée par le rayonnement solaire dans des conditions fermées. Ainsi, la température de la chambre et la pression du lit augmentera graduellement.
- Moniteur de la pression du lit avec le manomètre (numéro 6 sur la Figure 1) jusqu'à ce qu’elle est supérieure à la valeur de la pression qui correspond à la température de condensation de l’environnement. Selon la thermodynamique, la pression de condensation de l’eau à 30 ° C est 4 246 PA.
- Démarrer le processus de désorption.
Remarque : dans le processus de désorption, la condensation de vapeur d’eau se produit. La température de condensation est déterminée par des conditions météorologiques locales sur la journée d’essais.- Ouvrir la vanne qui relie le lit et le condenseur. Débit de vapeur d’eau laisser dans le condenseur à travers le tuyau de raccordement. Comme la vapeur d’eau pénètre dans le condenseur, la température du condenseur s’élèvera progressivement.
- Dans le même temps, garder le chauffage solaire au lit adsorption, afin que la pression du lit reste suffisamment élevée pour provoquer la désorption. N’arrêtez pas le chauffage solaire, jusqu'à ce que le processus est terminé.
- Terminez le processus de désorption lorsque la pression du lit est égale à la pression du réfrigérant. Fermez le robinet lorsque le processus de désorption est sur.
- Refroidir le lit avant que le processus d’adsorption, comme le lit est encore à l’état de haute température après la désorption. Le matériau adsorbant peut adsorber en grande partie qu’à basse température.
- Pour démarrer le processus d’adsorption, protéger le lit de l’adsorption avec une feuille d’aluminium, alors que le lit soit coupé du rayonnement solaire.
- Fermer toutes les vannes qui relient l’évaporateur et du condenseur.
- Ouvrir la boucle d’eau circulante du lit et refroidir le matériau adsorbant. Avec l’eau circule continuellement dans le lit, l’enthalpie interne est souscrite et la pression de lit diminue proportionnellement.
- Terminez le processus de refroidissement lorsque la pression du lit est inférieure à la pression de vapeur saturée à l’évaporateur ' température de s.
NOTE : Soyez prêt pour le processus de réfrigération d’adsorption après le refroidissement du lit. Maintenant, la température de la chambre est autour de la température de l’air ambiant, et la pression du lit a atteint le niveau minimum. - Garder la boucle d’eau circulante dans un état de fonctionnement au cours du processus d’adsorption. L’adsorption est un processus exothermique et la chaleur produite doit être dégagée à l’extérieur dès que possible.
- Ouvrir la vanne entre le lit et l’évaporateur. Laissez la précipitation de la vapeur d’eau dans le lit de l’évaporateur.
Remarque : La réduction de la vapeur de l’évaporateur provoque plus d’eau à vaporiser, dont les résultats dans la dramatique diminution de la température de l’évaporateur. Par conséquent, l’évaporateur absorbe la chaleur du réservoir d’eau où l’évaporateur est assis, et un effet de réfrigération est obtenu. - Garder le processus d’adsorption en cours et d’enregistrer le changement de la température de la chambre et la pression du lit.
Remarque : Au cours du processus d’adsorption, la pression de vapeur dans l’évaporateur devient baisser et baisser, mais le lit la température augmente rapidement. - Terminer le processus d’adsorption lorsque la pression du lit est égale à la pression de l’évaporateur. Ensuite, le processus de désorption arrivera encore.
3. Méthode de réduction de données
- évaluer les performances du système de réfrigération basé sur la puissance frigorifique et l’efficacité de la transformation de la chaleur au froid.
Remarque : le système actuel, la puissance frigorifique est calculée par la quantité de masse de l’eau vaporisée et la variation de température de l’évaporateur lui-même.- Pour déterminer la puissance frigorifique totale (Q Réf) du système, calculez la somme de la décrémentation d’enthalpie de l’eau froide dans le réservoir, l’évaporateur métal et l’eau résiduelle dans l’évaporateur après l’adsorption comme suit :
où c p dans l’équation (1) est la chaleur spécifique à pression constante, et m désigne la masse. C est un facteur de correction de la puissance frigorifique de l’évaporateur, compte tenu du transfert de chaleur entre le réservoir d’eau et l’environnement ambiant, et il est supposé C = 1.15 selon le principe du transfert de chaleur. L’indice w et e représentent l’eau et l’évaporateur, respectivement. Dans l’équation m w, tan et m w, ev a est la masse de l’eau froide dans le réservoir et la masse de l’eau résiduelle dans l’évaporateur, ce qui correspond à la température chute ΔT w et ΔT e , respectivement.
NOTE : L’entrée de l’énergie solaire au lit est nécessaire pour évaluer l’efficacité de la transformation de la chaleur au froid. - Déterminer l’énergie solaire d’entrée Q s comme :
où, j’ai s, j’ai (t) est l’intensité solaire transitoire enregistrée par l’actinomètre qu’on solaire au cours du processus de désorption. Le Δt intervalle de temps de l’acquisition de données pour la je s, j’ai (t) est de 10 s. La zone d’ouverture de la cylindro-parabolique un p, l’efficacité réfléchissante le ρ surface de creux, la transmittance de la tube verre τ et le coefficient d’absorption solaire du revêtement surface α, ainsi que les paramètres de L’équation (1), sont tous répertoriés dans le tableau 1. - Basé sur la Q Réf et le Q s obtenue ci-dessus, déterminer la Conférence des parties du système de réfrigération 14 :
β1 et β 2 sont des facteurs de correction à l’énergie solaire d’entrée Q s. β 1 est le facteur de correction du degré non-parabolique de la creux, qui tient compte de la déformation de la fosse à cause des limites de la technique de fabrication, et il est supposé β 1 = 0,85. β 2 est le facteur de correction de la quantité réelle de chaleur obtenue du lit. En raison de la petite taille du tube métallique lit que le tube de verre extérieur, la quantité de chaleur réelle obtenue est inférieure à celle reflétée sur le tube de verre. β 2 est décidé par le rapport entre le diamètre D de lit en métal 2 du verre tube diamètre D 1. D 1 = 100 mm et D 2 = 64,5 mm, on a calculé que β 2 = 0,645. - Déterminer la puissance de refroidissement spécifique du lit par les paramètres de l’expérience comme 14 :
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où m a est la masse du matériau adsorbant et t annonces est la durée du processus d’adsorption.
- Pour déterminer la puissance frigorifique totale (Q Réf) du système, calculez la somme de la décrémentation d’enthalpie de l’eau froide dans le réservoir, l’évaporateur métal et l’eau résiduelle dans l’évaporateur après l’adsorption comme suit :
tableau 1 : valeurs du paramètre dans l’équation (1) et l’équation (2). Les paramètres qui interviennent dans l’équation (1) et l’équation (2) sont répertoriés dans ce tableau. Les paramètres comprennent c p p, α, etc.
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Representative Results
Transfert de masse caractéristique du lit à travers le processus d’adsorption
Le lit de l’adsorption est toujours l’élément le plus important dans un système de réfrigération d’adsorption, et la chaleur et la caractéristique de transfert de masse sont les principaux facteurs affectant les performances de l’ensemble du système. En analysant le changement de température enregistrée dans les sections efficaces, comme illustré à la Figure 3(panneau inférieur), il est possible de connaître la chaleur et les caractéristiques de transfert de masse du lit. La figure 4 illustre la modification dynamique de la température de la chambre au cours du processus d’adsorption. La figure montre que la capacité de transfert de masse de la zéolite SAPO-34 est bonne, pour l’adsorption des points en début de différentes sections presque simultanément. Si la résistance de transfert de masse du lit est faible, le lit peut atteindre l’équilibre d’adsorption dans un bref délai, et le matériau adsorbant dans le lit va être employés à plein temps. Avec la fonction refroidissement fortement de la convection de l’eau circulant, la température de tir-up a été retenu efficacement après sur 400-600 s de l’adsorption, à l’exception de 9 point dans le temps. En revanche, pour un air naturel, méthode de refroidissement, la température du lit diminuerait relativement lentement. Les résultats expérimentaux liés a été examinée minutieusement par Du al. 14 l’effet de refroidissement maigre du flux d’air frustré le rejet de la chaleur du lit et puis affecté la performance du cycle du système de réfrigération adsorption. En comparaison, il était beaucoup mieux pour le système de refroidissement par l’eau.
Figure 4 : Changement de la température du lit dans le processus d’adsorption de zéolite SAPO-34. Cette figure présente la variation de la température du lit dans le processus d’adsorption. Par le biais de la variation de la température, nous pouvons analyser les caractéristiques du transfert de masse du lit. Le taux de réponse de la température reflète le taux d’adsorption de la matière dans le lit.
Transfert de chaleur caractéristique du lit à travers le processus de désorption
Le processus d’adsorption est un phénomène de transfert de masse thermique couplé. Adsorption/désorption de l’adsorbant est fortement liée à la variation de la température du lit. Néanmoins, le transfert de chaleur caractéristique du lit n’est pas seulement déterminé par les propriétés thermiques de l’adsorbant lui-même, mais aussi par la structure du lit. Nous avons tendance à choisir un matériau avec une capacité d’adsorption forte et une conductivité élevée. Mais malheureusement, bien souvent ces qualités sont en conflit. Un matériau poreux avec bonne adsorption expose généralement faible conductivité. De nombreux facteurs (par exemple, la structure moléculaire, la méthode de traitement, la taille des particules, etc.) peuvent influer sur les propriétés thermiques de l' adsorbant15,16. Figure 5 illustre la variation de la température moyenne du lit dans le processus de désorption de la zéolite SAPO-34 et ZSM-5. Pour faciliter la comparaison, l’intensité solaire enregistrée dans la campagne d’essais est également présentée. Bien que l’intensité solaire a été presque identique pour les deux zéolites, l’augmentation de la température était très différente. Pour la zéolithe ZSM-5, la température montait au-dessus de 32 ° C, tandis que pour la SAPO-34, ce ne était que de 17 ° C. Ce résultat a montré que la capacité de transfert de chaleur de la zéolithe ZSM-5 était meilleure que celle de la zéolithe SAPO-34. Le transfert de masse entre l’adsorbant et la vapeur est le processus le plus important, mais seulement avec le soutien de la transmission de chaleur un bon transfert de masse peut être réalisé.
Figure 5 : Le changement de la température moyenne du lit au cours du processus de désorption. Cette figure illustre la différence dans le transfert de chaleur entre la zéolite SAPO-34 et la zéolithe ZSM-5. Pendant le temps de désorption 600 s, l’augmentation de la température pour la zéolithe ZSM-5 et la zéolite SAPO-34 était très différente. Pour la zéolithe ZSM-5, l’augmentation de la température était de 32,52 ° C, alors que pour la zéolite SAPO-34 l’augmentation était seulement 17,02 ° C. À la même condition de chauffage solaire, l’accroissement de température plus grande de la zéolithe ZSM-5 indique sa supériorité de transfert de chaleur par rapport à zéolite SAPO-34.
La désorption caractéristique du lit
En général, la sortie de la puissance de réfrigération pour un système d’adsorption est déterminée par la caractéristique adsorbante et le taux de transfert de chaleur du lit. Habituellement, le temps pour le processus de désorption est plus long que le temps pour le processus d’adsorption. Il est essentiel de connaître que les caractéristiques de la chaleur de transfert dans le lit durant la désorption. Ici, l’indice du degré désorption jusqu'à est utilisée pour évaluer l’exhaustivité de la désorption du lit. Jusqu'à est défini comme le rapport entre la quantité désorbé de vapeur de réfrigérant, depuis le début au temps t et le montant total de l’absorption de la vapeur dans le processus d’adsorption.
Avec les données expérimentales, on trouvera la jusqu'à du lit à des moments différents de la désorption. Tout d’abord, il est démontré que le degré de désorption a été amélioré dans une certaine mesure comme le lit la température a augmenté. Pour le système de zéolite SAPO-34, le jusqu'à a augmenté de 54,9 % à t = 1 h à 69,3 % à t = 2 h. En revanche, dans le même temps de désorption, le système ZSM-5 a montré un effet de désorption pire que le système de SAPO-34. 14 bien que la température du lit de la SAPO-34 a été comparativement plus faible, tel que discuté précédemment au sujet de la Figure 5, son degré de désorption était mieux. Ceci nous dit que la zéolite SAPO-34 est plus appropriée d’utiliser comme matériau adsorbant. Cette fonctionnalité de SAPO-34 zeoilite a également été soulignée par Gordeeva et al. 17
La puissance frigorifique du système
La puissance frigorifique du système adsorption est essentiellement traduite par la diminution de la température de l’eau fraîche. Les résultats du test pour la température du réservoir sont présentés à la Figure 6. La température du réservoir a changé avec le temps, de façon non linéaire. Il a diminué rapidement au sein de la première 600 s de l’époque d’adsorption et puis la température diminuer le ralenti. En comparaison avec les deux profils de la SAPO-34 et la zéolithe ZSM-5, on sait que la puissance frigorifique des deux zéolites était quelque peu différente. La décrémentation de la température de l’eau fraîche reflète directement la puissance frigorifique du système. De toute évidence, la chute de température pour le système de SAPO-34 a été nettement supérieure à celui du système ZSM-5. Avec mieux caractéristiques désorption comme mentionné ci-dessus, la zéolite SAPO-34 présentait une plus grande capacité de réfrigération que la zéolithe ZSM-5. Cette identification est compatible avec la conclusion de Gordeeva et al. 16 et karamoko et al. 18
Figure 6 : La variation de la température de la cuve d’eau glacée. En général, la variation de la température de l’eau froide dans le réservoir de l’évaporateur n’est pas linéaire. Pour la zéolite SAPO-34, il a diminué rapidement au sein de la première 600 s, puis la chute ralentissent. En revanche, la variation de température de la zéolithe ZSM-5 était relativement lisse. Cela reflète la fonction de la puissance de réfrigération a diminué avec le temps. Les deux courbes a également révèlent la différence de performance de la zéolite SAPO-34 et ZSM-5.
La performance du système est évaluée par l’indice de COP et de la SCP qui est déterminé par l’équation (3) et EQ (4), respectivement, et les résultats sont indiqués dans le tableau 2. Fonction de la variation non linéaire de la température dans la Figure 6, deux ensembles de données pour l’adsorption du temps tannonces = s et t 600annonces = 1 800 s sont présentés. Soit pour affaire dans le tableau, le QRéf au sein de la première 600 prend s une proportion de plus de deux tiers de la puissance frigorifique totale du temps adsorption 1 800 s. De toute évidence, la SCP pour tannonces = 600 s est beaucoup plus que pour tannonces = 1 800 s, cependant, les résultats de la Conférence des parties vont à l’encontre de ces résultats. La meilleure COP dans le tableau 2 a atteint 0,169. Erreur d’analyse a été menée et a révélé que l’incertitude de la Conférence des parties a été entre 6.2 – 9,4 % correspondant à des campagnes de test différent. Il faut mentionner que le maximum COP ici est dans la gamme comparative du résultat par Abu-Ahmed et al. 8 leur système de collecteurs cylindro-paraboliques généré un COP de 0,18 à 0,20. L’indice de la SCP reflète la puissance spécifique de la puissance frigorifique du lit. Un SCP plus élevé implique qu’une puissance supérieure de réfrigération est générée par une unité de masse adsorbant. Les résultats analysés ont montré que la Conférence des parties et la SCP de la SAPO-34 étaient supérieure à celle de la ZSM-5, peu importe si le temps d’adsorption était plus ou moins long.
Tableau 2 : Comparaison de la puissance frigorifique de zéolithe ZSM-5 et SAPO-34. À titre de comparaison, nous présentons ici la performance globale de la réfrigération d’adsorption de la zéolite SAPO-34 et ZSM-5. Soit par l’indice de la SCP, soit par l’indice de la Conférence des parties, le système de SAPO-34 montre sa supériorité au système ZSM-5.
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Discussion
Comme un système thermodynamique, les performances d’un dispositif de réfrigération solaire adsorption dépendent de la conception optimale et le bon fonctionnement du système. La livraison de la chaleur et la méthode de refroidissement du lit sont importantes pour garantir que le système fonctionne bien. L’eau de refroidissement est préféré à l’air de refroidissement en raison de la haute résistance de transfert de chaleur de convection de l’eau. La faible conductivité du matériau adsorbant a généralement déterminé le taux de transfert de chaleur limitée du lit. Afin d’améliorer le transfert de chaleur du lit, nombreuses mesures ont été jugées comme la structure de mise en valeur des nageoires insérées dans leur propre pays. 19 le silicagel est une autre sorte de matériel adsorbant populaire. Si un gel de silice est utilisé dans le système solaire adsorption, la température de désorption du lit doit être limitée à moins de 95 ° C, afin que le gel de silice ne pas se déshydrater et perdre leur activité.
Comme la plupart des systèmes d’énergies renouvelables, l’actuel système de réfrigération d’adsorption a quelques lacunes en ce qui concerne les applications d’ingénierie. Le problème notable est le travail intermittent du système. Avec la nature intrinsèque de la chauffe et de refroidissement, le système d’adsorption ne peut pas froide alimente sans cesse qu’un lit simple est utilisé. Pour résoudre ce problème, certains chercheurs a examiné un système conjugué de deux lits, dont la technique de transfert de masse et de chaleur régénératrice puisse s’appliquer. Ces systèmes peuvent devenir assez complexes, mais l’amélioration de la performance était souvent très insatisfaisante. Un autre point qui doit être pris en considération est l’effet de condition météo. Pour les jours de mauvais temps, il n’y n'aura pas assez d’énergie solaire au système. Dans une telle situation, une source de chaleur de rechange doit être prêt afin que le système puisse continuer à travailler.
Comme une technologie d’énergie verte, le système de réfrigération solaire adsorption a attiré beaucoup d’attention dans la dernière décennie. L’utilisation de l’énergie solaire permet d’éviter la consommation de combustibles fossiles et permet effectivement de réduire la pollution de l’air. En outre, un tel système a aucune composante de rotation, pas de bruit et peut être déployé de manière flexible. Bien que l’efficacité du système n’est pas comparable à des systèmes de réfrigération conventionnels qui utilisent la compression de vapeur ou de l’absorption de l’ammoniac, l’abondance de l’énergie solaire présente une importance potentielle pour la luminance dans l’avenir. Pour un système qui consomme l’électricité ni carburant, l’efficacité de la performance est très importante en raison des coûts de fonctionnement. En revanche, l’énergie solaire est gratuite et le système est toujours bénéfique, même si la Conférence des parties ne sont pas très élevé.
Nous ne sommes pas sûr comment rapidement solaires technologies adsorption peuvent remplacer les systèmes de réfrigération conventionnelle à grande échelle, car il y a certains aspects de cette technique qui doivent être encore améliorés. Il y a quelques années, il a été signalé que la société de gaz de Tokyo au Japon mis en avant un type commercial réfrigérateur adsorption qui a été conduit par la chaleur des déchets industriel. Avec l’évolution de l’économie mondiale et de la technologie, la technique de la réfrigération solaire adsorption peut d’abord trouver son application dans les zones rurales reculées où le climat est chaud dans la plupart du temps de l’année.
Le fonctionnement de ce système implique quatre étapes critiques. Selon la séquence de temps, ils sont : le préchauffage du lit dans des conditions fermés ; le processus de désorption avec la température du lit augmentent davantage ; le refroidissement du lit de re-circulation de l’eau ou un courant d’air ; et le processus d’adsorption qui génère l’effet de réfrigération.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Ce travail de recherche a été parrainé par le National clé base recherche Programme de Chine (No.2015CB251303) et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n° 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 |
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