Summary

聚光集热器太阳能吸附制冷实验系统

Published: October 18, 2017
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Summary

以太阳能为动力, 研制了一种新型的吸附式制冷系统, 并进行了实验研究。水蒸气和沸石组成了吸附系统的工作副。本论文介绍了实验台的设置、操作程序和重要结果。

Abstract

为提高太阳能吸附式制冷的性能, 建立了太阳能浓缩集热器实验系统, 并进行了研究。系统的主要组成部分是吸附床、冷凝器、蒸发器、冷却子系统和太阳能集热器。在实验的第一步, 在封闭条件下, 太阳辐射加热了蒸汽饱和床, 导致床温升高, 压力增大。当床的压力变得足够高, 床被交换连接到冷凝器, 因此水蒸汽从床持续流动到冷凝器被液化。接下来, 床需要降温后解吸。在太阳保护条件下, 通过铝箔实现了循环水循环。随着床内水的不断循环, 床内的储热被取出, 床层压力相应降低。当床压在蒸发温度下下降到饱和压力下时, 就打开了蒸发器的阀门。大量水蒸气冲进床中, 被沸石物质吸附。随着蒸发器中水的大量汽化, 最终产生了制冷效应。实验结果表明, 无论吸附时间是否长, SAPO-34 沸石的 COP (系统性能系数) 和系统的 SCP (具体冷却功率) 均大于 ZSM-5 沸石;或更短。该系统的 SAPO-34 沸石产生了最大的 COP 0.169。

Introduction

随着传统蒸气压缩制冷技术的日益严重, 取代传统的制冷和绿色科技已成为近年来的热门话题。在这些绿色技术中, 太阳能吸附制冷已经引起了研究者的广泛关注。在低品位热能驱动下, 吸附式制冷系统具有环保、小巧、灵活等优点。这种吸附系统也可以用灯的能量来驱动, 例如由热设备排出的废热或来自车辆的发动机废气, 如胡et al所述。1

在吸附冷却系统中, 吸附床是关键部件。它的工作直接影响整个系统的性能。因此, 吸附床的设计是 Sutuki 所指出的最重要的问题。2 10 年前, 该平床主要用于吸附式冷却系统。3,4,5没有任何聚光装置, 平坦的床层温度通常较低, 因此系统的 COP 不理想。相比之下, 管状吸附床改善了 COP。据报, 该缔约方会议可由阿马尔et al.在撒哈拉以南地区达到0.216此外, 王et al.7开发了一种由连续热再生特性所区别的螺旋板吸附。新型吸附床的设计缩短了系统的循环时间。阿布-Hamdeh et al.8报告了其对带抛物线槽集热器的太阳能吸附式制冷系统的研究。他们的测试结果显示, 该系统的 COP 从0.18 到0.20 不等。El Fadar et al.9研究了一个与热管耦合的吸附式制冷系统, 并利用抛物线槽集热器对其进行了分析, 结果显示了最佳 COP 0.18。

为提高管状床的传热性, 考虑了翅片管吸附, 并对其强化效果进行了研究。Restuccia et al.提出了一种采用壳管式换热器形式的创新型床。10. 内翅片管涂有沸石层, 使金属表面与吸附剂材料之间的热/质量接触传递阻力降低。在15-20 秒的循环时间内, 系统产生了30-60 瓦特/千克的特定冷却功率的输出. et al.11表明, 增强的吸附与5-6 鳍可以显著减少吸附的热损失的气氛, 从而改善 COP 45%。Louajari et al.研究了翅片管吸附对太阳驱动系统性能的影响。12. 以活性炭-氨水为工作副, 证明了翅片吸附的循环传质比无翅片大。

在本研究中, 我们研究了一种改进的太阳能吸附式制冷系统, 采用了太阳能跟踪抛物槽收集器, 并部署了内部冷却隧道。该系统以 SAPO-34/ZSM-5 沸石和水蒸气为工作副, 在热力学和制冷方面表现出了有趣的特点。实验方法以及典型的测试结果将在本报告中介绍和讨论。

Protocol

1. 实验设置 注意: 吸附式制冷系统由吸附床、蒸发器、冷凝器、真空泵和太阳能槽收集器 (图 1 )。研制了一种带抛物槽的自动太阳跟踪装置, 并将其应用于系统中, 提高了太阳能集热器的效率。自动太阳跟踪槽由蜗轮传动装置驱动, 如 图 2 所示。该装置由步进电机、蜗杆、齿轮、移动限位块和手动轮组成。蜗轮传动装置的尺寸为 2…

Representative Results

吸附过程中床层传质特性的研究吸附床在吸附制冷系统中始终是最重要的组成部分, 其传热传质特性是影响整个系统性能的主要因素。通过分析图 3(底部面板) 中所示剖面的记录温度变化, 可以了解床的传热和传质特性。图 4显示了吸附过程中床层温度的动态变化。该图表明, SAPO-34 沸石的传质性能良好, 对不同截?…

Discussion

作为一种热力系统, 太阳能吸附式制冷装置的性能取决于系统的优化设计和合理运行。床的热供应和冷却方式都是保证系统工作正常运行的重要因素。水冷是由于水的对流换热强度高, 所以更倾向于空气冷却。吸附剂材料的导电性差通常决定了床的传热速率有限。为了改善床的传热, 许多测量都被认为是内部插入的翅片的增强结构。19硅胶是另一种受欢迎的吸附剂材料。如果在太?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项研究工作由中国国家重点基础研究项目 (No. 2015CB251303) 和中国国家自然科学基金 (No. 51276005) 主办。

Materials

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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Cite This Article
Yuan, Z., Li, Y., Du, C. Experimental System of Solar Adsorption Refrigeration with Concentrated Collector. J. Vis. Exp. (128), e55925, doi:10.3791/55925 (2017).

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