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Environment

Experimentelles System Solar Adsorption Kühlung mit konzentrierter Sammler

doi: 10.3791/55925 Published: October 18, 2017

Summary

Mit Solarenergie als treibende Kraft hat eine neuartige Adsorption Kälteanlage entwickelt und experimentell untersucht worden. Wasserdampf und Zeolith bildeten das paar Arbeiten des Systems der Adsorption. Dieses Manuskript beschreibt den Aufbau der experimentellen Rig, die Vorgehensweise und die wichtigen Ergebnisse.

Abstract

Um die Leistung der solar Adsorption Kühlung zu verbessern, wurde ein experimentelles System mit einem solar Konzentration-Sammler eingerichtet und untersucht. Die Hauptkomponenten des Systems waren das Adsorbens Bett, Kondensator, Verdampfer, Sub-Kühlsystem und der Sonnenkollektor. Im ersten Schritt des Experiments wurde der Dampf gesättigt Bett durch die Sonneneinstrahlung unter geschlossenen Bedingungen erhitzt, verursacht die Bett-Temperatur und Druck zu erhöhen. Wenn der Bett Druck hoch genug wurde, das Bett wurde zum Herstellen des Kondensators geschaltet, damit Wasserdampf floss ständig aus dem Bett in den Kondensator zu verflüssigen. Als nächstes benötigt das Bett nach der Desorption abkühlen. Im solar abgeschirmt Zustand erreicht durch Aluminiumfolie eröffnete der zirkulierenden Wasserkreislauf ans Bett. Mit dem Wasser zirkuliert ständig im Bett die gespeicherte Wärme im Bett war holte und Bett Druck verringert sich entsprechend. Wenn der Bett Druck unter der Sättigungsdruck an die Verdampfungstemperatur gefallen, öffnete das Ventil zum Verdampfer. Eine Masse von Wasserdampf stürzte ins Bett und war durch das Zeolith Material adsorbiert. Mit der massiven Verdampfung des Wassers in den Verdampfer wurde schließlich der Kältetechnik-Effekt erzeugt. Das Versuchsergebnis hat ergeben, dass der COP (Koeffizient der Leistung des Systems) und SCP (spezifische Kühlleistung des Systems) des Zeoliths SAPO-34 war größer als die des Zeoliths ZSM-5, egal ob die Adsorption Zeit länger war oder kürzer. Das System des Zeoliths SAPO-34 erzeugt einen maximale COP von 0.169.

Introduction

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Mit dem Abbau der Ozonschicht Problem der traditionellen Dampf ist komprimierte Kühlung immer ernster, ersetzen herkömmliche Kältetechnik mit grüner Technologie ein heißes Thema in den letzten Jahren geworden. Unter diesen grünen Technologien hat die solar Adsorption Kühlung ein Großteil der Aufmerksamkeit der Forscher angezogen. Angetrieben durch minderwertige thermische Energie, hat die Adsorption Kälteanlage die Vorteile des Seins umweltfreundlich, klein und flexibel. Dieses Adsorption System kann auch mit nicht-solar Energie, zum Beispiel durch Abwärme aus thermischen Anlagen entlassen oder durch Motorabgase von Fahrzeugen gefahren werden wie Hu Et al.erwähnt. 1

In einer Adsorption, Kühlsystem ist die Adsorption-Bett die Schlüsselkomponente. Ihre Arbeit wirkt sich direkt auf die Leistung des gesamten Systems. Daher ist das Design des Bettes Adsorption die wichtigste Frage, wie Sutuki hervorhebt. 2 vor einem Jahrzehnt wurde das Flachbett meist die Adsorption Kühlsystem verwendet. 3 , 4 , 5 ohne konzentrierende solar Gerät, die flachen Bett-Temperatur in der Regel gering und daher der Polizist des Systems war unbefriedigend. Im Gegensatz dazu verbessert das röhrenförmige Adsorption Bett den COP. Es wurde berichtet, dass der Polizist 0,21 in Sub-Sahara-Region erreichen könnte von Hadj Ammar Et al. 6 darüber hinaus Wang Et Al. 7 entwickelt eine Spirale-Platte-Adsorber, die durch das Merkmal der kontinuierliche Hitze Regeneration ausgezeichnet wurde. Das neuartige Design des Bettes Adsorption verkürzt die Zykluszeit des Systems. Abu-Hamdeh Et al. 8 berichtet ihre Studie über die solar Adsorption Kälteanlage mit einem Parabolrinnen-Kollektor. Ihre Testergebnisse zeigten die COP des Systems von 0,18 bis 0,20 variiert. El Fadar Et al. 9 studierte eine Adsorption Kälteanlage, die gepaart mit einer Heat-Pipe und Parabolrinnen-Kollektor, die eine optimale COP von 0,18 zeigte angetrieben wurde.

Um die Wärmeübertragung des röhrenförmigen Betts zu erhöhen, wurden einige Rippenrohr-Adsorber berücksichtigt und die Auswirkungen der Erweiterung wurde überprüft. Ein innovatives Bett, die die Form der Schale und Rohr Wärmetauscher wurde von Restuccia Et Al. vorgestellt. 10. interne Rippenrohr wurde mit einer Zeolith überzogen, so dass die Kontaktübertragung Widerstand Wärme/Masse zwischen der Metalloberfläche und das Adsorbens Material reduziert werden konnte. Das System erzeugt eine Leistung von 30-60 W/kg spezifische Kühlleistung in die Fahrzeit von 15-20 s. Al Mers Et al. 11gezeigt, dass der verbesserte Adsorber mit 5-6 Flossen den Wärmeverlust von der Adsorber für Ambiente und verbessert damit die COP um 45 % erheblich reduzieren könnte. Die Wirkung von einem Rippenrohr-Adsorber auf die Leistung der solar angetriebene System wurde auch von Louajari Et Al. untersucht. 12. Verwendung von Aktivkohle-Ammoniak paarweise arbeiten, sie zeigten, dass der Radsport Stoffaustausch in der Adsorber mit Flossen größer als eins ohne Flossen.

In der aktuellen Studie haben wir eine verbesserte solar Adsorption Kälteanlage, in denen ein solar-Tracking-Parabolrinnen-Kollektor angewendet wurde und eine interne Kühltunnel bereitgestellt wurde experimentell untersucht. Das System zeigte mit der SAPO-34/ZSM-5-Zeolith und der Wasserdampf paarweise arbeiten interessante Merkmale in Bezug auf die Thermodynamik und Kältetechnik. Die experimentelle Methodik, sowie die typischen Testergebnisse werden vorgestellt und diskutiert in diesem Bericht.

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Protocol

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1. Versuchsaufbau

Hinweis: die Adsorption Kälteanlage bestand aus der Adsorption Bett, Verdampfer, Kondensator, die Vakuumpumpe und Kollektor solar Trog ( Abbildung 1). Eine automatische solar-Tracking-Gerät mit einem Parabolrinnen wurde hergestellt und in das System zur Verbesserung der Effizienz des Sonnenkollektors angewendet. Der automatische solar-Tracking-Trog trugen das Schneckenrad Gerät wie in Abbildung 2 dargestellt. Das Gerät bestand aus der Schrittmotor, der Wurm, der Ausrüstung, der beweglichen Grenze Block und das manuelle Rad. Die Abmessungen des Schneckengetriebe Geräts wurden 21 x 80 cm 2. Der Trog Sammler konzentriert die Sonnenstrahlen auf das Adsorbens Bett, die entlang der Fokus der Parabolrinnen befand.

Figure 1
Abbildung 1: Experimentiersystem für solar Adsorption Kältetechnik. (Oben) schematische Darstellung des Systems; (unten) Foto des experimentellen Aufbaus. Das obere Element stellt die Komponenten des experimentellen Systems, beinhaltet den Verdampfer, Kondensator, die Vakuumpumpe, etc. die Bodenplatte zeigt das Foto des Kältesystems montierten Adsorption. Im System ist der Verdampfer und Verflüssiger der Flosseschlauch Struktur, eine Art kompakte Wärmetauscher. Die Adsorption Bett wird reformiert, von einem Vakuum Solarkollektor, die Sonnenenergie effektiv erfassen kann. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version zu sehen Diese Abbildung.

Figure 2
Abbildung 2: die Struktur des Feldes Schneckengetriebe. Die Wurm-Zahnrad-Box ist das Gerät, das die Drehung des Schrittmotors in der solar-Tracking-Bewegung von der Parabolrinnen verwandelt. Neben der Schrittmotor die Wurm-Zahnrad-Box beinhaltet auch das Reduzierstück, das manuelle Rad, Schneckenwelle, etc. ziehen die Hand/Automatik-Schalter auf der linken Seite zu behandeln, Zahnräder 5a und 5 b ausgerückt. So kann der Trog manuell durch Drehen des Handrades gesteuert werden. Hebel auf der rechten Hand/Automatik-Schalter, Zahnräder 5a und 5 b gemeinsam engagieren. So wird es automatisch durch den Schrittmotor gesteuert.

  1. Connect Tracking-solar-Kollektor an der Schneckenrad Welle durch ein Schweißen Methode. Geben Sie die Drehung des Schrittmotors an Solarkollektor durch Anpassung der Ausrüstung und der Wurm. Das röhrenförmige Adsorption Bett zusammen mit der Collector mit einem Paar Rohr Halsbänder zu beheben.
    Hinweis: Von der Schrittmotor angetrieben, das System dreht sich täglich aus dem Osten in den Westen die solar Bewegung automatisch folgen.
  2. Anpassen der Kippwinkel der Wanne zum Boden, nach der Variation der solar Höhe in den verschiedenen Jahreszeiten. Bestimmen Sie die kippbare Winkel β der Mulde durch die lokalen Breitengrad-Φ und die Sonnendeklination δ und die Formel β = Φ - δ. Manuell drehen das kleine Rad, das sich am unteren Rand der Winkel-Verstellhebel der Kippwinkel des Troges regulieren befindet (der Teil von Nr. 13, Abbildung 1).
    Hinweis: Auf diese Weise ist die Sonneneinstrahlung so normal wie möglich auf den Trog. Das Experimentiersystem befand sich auf dem Campus der Beijing University of Technology, an der Breitengrad 39,89 ° N und Länge 116.38 ° E. Die Adsorption Bett nahm eine zylindrische Form. Es wurde reformiert, von einem Vakuum solar Empfänger einer Röhre ( Abbildung 3).

Figure 3
Abbildung 3 : Struktur der Adsorption Bett und die Bereitstellung der Temperatur Sonde. (Oben) schematische Darstellung der Bettstruktur; (unten) Den Temperaturfühler und den Stoffaustausch Kanal im Bett. Der obere Bereich zeigt den prinzipiellen Aufbau des Bettes. Das Adsorbens Material wird in den ringförmigen Hohlraum zwischen dem solar-absorbierenden Rohr und dem Kupfer Kühlkanal gelegt. Die Sonnenstrahlen durchdringen die Glasröhre und fallen auf die Oberfläche des Rohres solar absorbieren. Dann ist durch Wärmeleitung, die Sonnenenergie auf das Adsorbens Material in das Bett übertragen. Die Bodenplatte zeigt die Lage der Temperatursensoren. Diese Sonden werden verwendet, um die Temperaturänderung des Bettes während der Adsorption/Desorption. Prozess überwachen Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version zu sehen dieser Figur.

  1. , die Erfassung der solaren Energie zu fördern das solar-absorbierenden Rohr des Bettes, beschichten (Edelstahl mit d = 64,5 mm) mit einer Schicht aus Schwarzchrom Anzahlung per Vakuum Beschichtungsverfahren. Entnehmen Sie bitte der bisher veröffentlichten Literatur über selektive Beschichtung für weitere Informationen zu dieser Technik 13. Sicherzustellen, dass die solare Absorptionsrate der Lackschicht 0.95, die Infrarot-Emissionsgrad 0,15 ist, und die Dicke der Lackschicht 0,08 mm ist.
    Hinweis: Diese Lackschicht hilft, um die Sonnenstrahlung wirksam zu fangen aber strahlt sehr leicht selbst. Infolgedessen die Sonnenenergie wird in der Adsorption Bett leicht und effektiv zu thermischen Enthalpie des Adsorbens verwandelt.
  2. Legen Sie ein Kupferrohr (d = 20 mm) entlang der Achse des Bettes Adsorption. Das Kupferrohr zum Bett mit Flansch befestigen (siehe Abbildung 3, oben). Das Kupferrohr fungiert als den Kühlkanal des Bettes bei der Adsorption.
  3. Füllen das Adsorbens Material in den ringförmigen Hohlraum in dem Bett, das durch das Bett-Rohr und dem Kupfer Kühlkanal gebildet wird. SAPO-34 Zeolith als Adsorbens Material zu verwenden, und Wasser als Kältemittel. Legen Sie 3,171 kg SAPO-34 Zeolith ins Bett. Die granulare SAPO-34 Zeolith ist 5,7 mm im Durchmesser.
  4. Bereitstellung von neun Temperaturfühler in drei Querschnitte des Bettes auf die Temperaturänderung des Bettes bei der Adsorption/Desorption ( Abbildung 3, Bodenplatte) zu überwachen. Befestigen Sie eine Sonde an jedes kleine Anhänger, die sitzt auf dem Kupfer Kühlkanal.
  5. Put-Sonden 1 und 2 im Abschnitt A-A in der Nähe von den Einlass des Bettes Adsorption. Setzen Sie Sonden 8 und 9 in der Nähe der Sackgasse des Bettes. Befestigen Sie die anderen Sonden am Mittelteil B-B (siehe Abbildung 3).
  6. Legen Sie axial einen Masse-Übertragung Kanal d = 10 mm ins Bett. Sicherzustellen, dass die Masse Kanal die Form eines retikuläre Rohr hat und die gleiche Länge des Bettes Adsorption ist (d Bett = 64,5 mm). Erweitern Sie den Kanal nach unten vom Einlass zu und machen Sie es sich in der richtigen Position mit der Extrusion des Adsorbens Materials. Das retikuläre Rohr hilft der Wasserdampf schnell ins tiefe Region des Bettes.

2. Experimentelle Methode

Hinweis: Adsorption Kühlung basiert auf dem Prinzip, dass das Adsorbens Vollmaterial den Kältemittel Dampf stark bei niedrigen Temperaturen, absorbiert während es den Dampf bei einer höheren Temperatur desorbs. Mit Wärme als die treibende Impulse, ist der Zweck der Kühlung erreicht. Der Kühlkreislauf des Systems der Adsorption umfasst hauptsächlich vier Schritte, d. h., die solar Aufheizen Prozess, der Desorption Prozess, die Bett-Kühlung Prozess und den Prozess der Adsorption. Die Desorption Prozess beginnt erneut nach der Adsorption-Vorgang abgeschlossen ist. Alle Schritte des Experiments sind ebenso wichtig, denn sie miteinander verknüpft sind und beeinflussen sich gegenseitig interaktiv.

  1. Der Versuchsaufbau zu regulieren, indem Sie die folgenden Verfahren zum Starten der Solarheizung und Desorption des Bettes.
    1. Drehen, die Parabolrinnen manuell bis sie konfrontiert ist fällig vor dem Experiment, so dass das Sonnenlicht den Parabolrinnen-Kollektor normalerweise mittags strahlt Ost.
    2. Schalten Sie alle Ventile, die die Adsorption Bett verbunden sind und den Druck des Bettes zu gewährleisten und das Rohr ist unter 800 PA machen sie bereit für Solarwärme.
    3. Schalten die steuernde Anlage des Systems, wenn das Sonnenlicht am Morgen parallel zur Horizontlinie ist. Machen Sie den Trog automatisch drehen, die solar-Bewegung zu verfolgen.
    4. Ermöglichen die Adsorption gesättigt Bett durch die Sonneneinstrahlung unter geschlossenen Bedingungen beheizt werden. Infolgedessen Bett Temperatur- und das Bett werden nach und nach erhöhen.
    5. Monitor ist der Bett-Druck mit dem Manometer (Nr. 6 in Abbildung 1) bis es höher als der Druck, die die Kondensationstemperatur der Umgebung entspricht. Laut der Thermodynamik ist die Kondensation Druck des Wassers bei 30 ° C 4.246 PA
  2. Die Desorption starten.
    ​ Hinweis: bei der Desorption erfolgt die Kondensation von Wasserdampf. Die Kondensationstemperatur richtet sich nach Wetterlage am Testtag.
    1. Öffnen das Ventil, das das Bett und der Kondensator verbindet. Lassen Sie Wasserdampf fließen in den Kondensator durch das Verbindungsrohr. Als Wasserdampf den Kondensator betritt, steigt die Temperatur des Kondensators allmählich.
    2. Zur gleichen Zeit halten Solarthermie ans Bett Adsorption, so dass der Bett-Druck hoch genug bleibt, um die Desorption verursachen. Don ' t stop die solar erhitzt, bis der Vorgang abgeschlossen ist.
    3. Der Desorption Prozess beenden, wenn der Druck des Bettes auf den Druck des Kondensators entspricht. Schalten Sie das Ventil, wenn die Desorption abgeschlossen ist.
  3. Das Bett vor der Adsorption, abkühlen, da das Bett noch in den Zustand der Hochtemperatur nach der Desorption. Das Adsorbens Material kann nur bei niedriger Temperatur weitgehend adsorbieren.
    1. Um die Aufnahme zu starten, schützen die Adsorption Bett mit einer Aluminium-Folie-Blatt, so dass das Bett von der Sonnenstrahlung abgeschnitten wird.
    2. Schließen die Ventile, die den Verdampfer und Verflüssiger verbunden.
    3. Der zirkulierenden Wasserkreislauf des Bettes zu öffnen und das Adsorbens Material abkühlen. Mit das Wasser ständig zirkuliert im Bett, die interne Enthalpie herausgenommen und der Bett Druck verringert sich entsprechend.
    4. Ende des Kühlprozesses sinkt der Bett-Druck unter der gesättigten Dampfdruck in den Verdampfer ' s Temperatur.
      Hinweis: Seien Sie bereit für die Adsorption-Kältetechnik-Prozess nach dem Abkühlen des Bettes. Jetzt die Bett-Temperatur, um die Temperatur der Umgebungsluft ist, und der Bett Druck auf das Mindestmaß erreicht hat.
    5. Halten die zirkulierenden Wasserkreislauf in einem funktionsfähigen Zustand bei der Adsorption. Die Adsorption ist ein exothermer Prozess, und die erzeugte Wärme muss außerhalb so bald wie möglich eingeleitet werden.
    6. Öffnen Sie das Ventil zwischen dem Bett und der Verdampfer. Lassen Sie den Wasserdampf stürzen sich in das Bett aus dem Verdampfer.
      Hinweis: Die Dampf-Reduzierung des Verdampfers führt mehr Wasser zu verdampfen, die Ergebnisse in der drastischen der Verdampfer-Temperatur zu verringern. Folgerichtig nimmt der Verdampfer Wärme aus dem Wassertank des Verdampfers sitzt, wobei ein Kälte-Effekt erzielt.
    7. Halten Sie die Adsorption-Prozess im Gange, und notieren Sie die Änderung der Bett-Temperatur und den Druck Bett.
      Hinweis: Bei der Adsorption wird der Dampfdruck im Verdampfer zu senken und zu senken, aber das Bett Temperatur steigt schnell an.
    8. Der Adsorption Prozess beenden, wenn der Bett Druck der Verdampfungsdruck entspricht. Danach folgen die Desorption Prozess wieder.

3. Daten Reduktionsmethode

  1. bewerten die Leistung der Kälteanlage basierend auf die Kälteleistung und die Effizienz der Umwandlung von Wärme-Kälte-.
    ​ Hinweis: für das aktuelle System der Kälteleistung wird berechnet, indem die Masse Höhe des verdampften Wassers und die Temperaturänderung des Verdampfers selbst.
    1. Die gesamte Kälteleistung (Q Ref) des Systems zu bestimmen, berechnen Sie die Summe der Enthalpie Dekrement der gekühltes Wasser in den Tank, die Metall Verdampfer und das Restwasser im Verdampfer nach der Adsorption wie folgt:
      Equation 1
      C p in GL. (1) ist die spezifische Wärme bei konstantem Druck, wobei m die Masse bezeichnet. C ist ein Korrekturfaktor auf die Kälteleistung des Verdampfers unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung zwischen Wassertank und die Umgebung, und es wird angenommen, dass C = 1,15 nach dem Prinzip der Wärmeübertragung. Tiefgestellte w und e steht für das Wasser und den Verdampfer bzw.. In der Gleichung m w, tan und m w, ev a ist die Masse des gekühlten Wassers in den Tank und die Masse das Restwasser in den Verdampfer, das entspricht der Temperatur Tropfen ΔT w und ΔT e , bzw..
      Hinweis: Der solaren Energieeintrag ans Bett ist erforderlich, um die Effizienz der Wärme-Kälte-Transformation zu bewerten.
    2. Bestimmen die Solarenergie input Q s als:
      Equation 2
      wo ich s, ich (t) ist die transiente solar Intensität bei der Desorption von der Actinometer aufgenommen. Die Zeit-Intervall-Δt der Datenerfassung, die ich s, ich (t) ist 10 s. Die Öffnungsfläche der Parabolrinnen ein p, die reflektierende Effizienz von den Trog Oberfläche ρ, die Durchlässigkeit von der Röhre Glas τ und der solaren Absorptionskoeffizienten von der Beschichtung Oberfläche α, zusammen mit den Parametern in GL. (1), sind alle in Tabelle 1 aufgeführten.
    3. Basierend auf der Q-Ref und Q s oben, erhaltenen bestimmen die COP der Kälteanlage als 14:
      Equation 3
      β1 und β 2 sind Korrekturfaktoren, die solare Energie input Q s. β 1 ist der Korrekturfaktor für den nicht-parabolische Grad der die Trog, berücksichtigt die Verformung des Troges aufgrund der Einschränkungen der Herstellungstechnik, und es wird angenommen, dass β 1 = 0,85. β 2 ist der Korrekturfaktor für die tatsächliche Höhe der gewonnenen Wärme des Bettes. Aufgrund der kleineren Größe des Rohres Metall Bett als die äußeren Glasrohr ist die echte gewonnenen Wärme Menge geringer als die auf der Glasröhre reflektiert. β 2 wird durch das Verhältnis der Metall Bett Durchmesser D 2 Glas Rohr Durchmesser D 1 entschieden. Mit D 1 = 100 mm und D 2 = 64,5 mm, er errechnet, dass β 2 = 0.645.
    4. Bestimmen die spezifische Kühlleistung des Bettes durch die Parameter des Experiments als 14:
      < Img Alt = "Gleichung 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      wo m ein ist die Masse des Adsorbens Materials und t Anzeigen ist die Dauer des Prozesses Adsorption.

Table 1
Tabelle 1: Werte des Parameters in GL. (1) und GL. (2). Die Parameter, die GL. (1) und GL. (2) beteiligt sind, sind in dieser Tabelle aufgeführt. Die Parameter umfassen C p, p, α, etc.

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Representative Results

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Charakteristisch für das Bett durch den Prozess der Adsorption Stoffaustausch
Die Adsorption Bett ist immer die wichtigste Komponente in einer Kälteanlage Adsorption und Wärme- und Stoffübertragung Merkmal sind die wichtigsten Faktoren für die Leistung des gesamten Systems. Durch die Analyse des aufgezeichneten Temperaturwechsel in den Querschnitten wie in Abbildung 3(Bodenplatte), ist es möglich zu wissen, der Wärme- und Stoffübertragung Eigenschaften des Bettes. Abbildung 4 zeigt die dynamische Veränderung der Bett-Temperatur bei der Adsorption. Die Abbildung zeigt, dass der Stoffaustausch Fähigkeit des Zeoliths SAPO-34 gut, für die Adsorption der Punkte verschiedene Abschnitte zu Beginn fast zur gleichen Zeit. Wenn der Stoffaustausch Widerstand des Bettes niedrig ist, das Bett kann die Adsorption Gleichgewicht innerhalb kurzer Zeit zu erreichen und das Adsorbens Material im Bett wird voll beschäftigt. Mit stark Kühlfunktion zirkulierende Wasser Konvektion die Temperatur schießen-Up war Verhalten effektiv nach über 400-600 s der Adsorption, mit Ausnahme der Zeit-Punkt 9. Im Gegensatz dazu würde die Bett-Temperatur für eine natürliche Luftkühlung Methode relativ langsam verringern. Die damit verbundenen Versuchsergebnis wurde gründlich in Du Et Al. diskutiert 14 die magere kühlende Wirkung des Luftstroms frustriert die Wärmeabgabe des Bettes, und dann beeinflusst die Zyklus-Leistung der Kälteanlage Adsorption. Im Vergleich dazu war die Wasserkühlung viel besser für das System.

Figure 4
Abbildung 4: Änderung der Temperatur des Bettes bei der Adsorption SAPO-34 Zeolith. Diese Abbildung zeigt die Temperaturänderung des Bettes in den Prozess der Adsorption. Durch die Variation der Temperatur analysieren wir die Eigenschaften der Stoffaustausch des Bettes. Die Rücklaufquote der Temperatur spiegelt die Adsorption Rate des Materials im Bett.

Charakteristisch für das Bett durch den Prozess der Desorption Wärmeübertragung
Die Adsorption erfolgt eine gekoppelte Wärme- und Stoffübertragung Phänomen. Die Desorption/Adsorption von das Adsorbens bezieht sich stark auf die Temperaturänderung des Bettes. Dennoch ist die Wärmeübertragung, die charakteristisch für das Bett nicht nur durch die thermischen Eigenschaften des Adsorbens selbst, sondern auch durch die Bettstruktur bestimmt. Wir neigen dazu, ein Material mit einem starken Adsorption Fähigkeit und hohe Leitfähigkeit zu wählen. Aber leider ziemlich oft diese Qualitäten sind in Konflikt. Ein poröses Material mit gute Adsorption weist in der Regel schlechten Leitfähigkeit. Viele Faktoren (z.B., die molekulare Struktur, die Verarbeitungsmethode, die Partikelgröße usw.)können die thermischen Eigenschaften des Adsorbens15,16beeinflussen. Abbildung 5 zeigt die durchschnittliche Temperatur des Bettes bei der Desorption der SAPO-34 und ZSM-5 Zeolith. Um den Vergleich zu erleichtern, ist auch die aufgezeichneten Sonnenintensität in der Testkampagne vorgestellt. Obwohl die Sonnenintensität für zwei Zeolithe fast gleich war, war die Zunahme der Temperatur ganz anders. Für das Zeolith ZSM-5 war die Temperatur über 32 ° C steigt, während für die SAPO-34 es nur 17 ° C war. Dieses Ergebnis ergab, dass die Hitze-Transfer-Fähigkeit des Zeoliths ZSM-5 besser als die des Zeoliths SAPO-34. Der Stoffaustausch zwischen dem Adsorbens und der Dampf ist der wichtigste Prozess, aber nur mit der Unterstützung der Wärmeübertragung eine gute Stoffaustausch realisiert werden.

Figure 5
Abbildung 5 : Die Änderung der Durchschnittstemperatur des Bettes bei der Desorption. Diese Abbildung zeigt den Unterschied in der Wärmeübertragung zwischen SAPO-34-Zeolith und der Zeolith ZSM-5. Während der 600 s Desorption Zeit war die Erhöhung der Temperatur für die ZSM-5 Zeolith und SAPO-34 Zeolith ganz anders. Für das Zeolith ZSM-5 war der Temperaturanstieg 32,52 ° C, während für die SAPO-34 Zeolith die Erhöhung nur 17,02 ° C. Am gleichen Solarheizung Zustand zeigt das größere Temperatur-Inkrement des Zeoliths ZSM-5 seine Überlegenheit der Wärmeübertragung relativ SAPO-34 Zeolith.

Die Desorption charakteristisch für das Bett
Im Allgemeinen wird die Ausgabe der Kühlleistung für eine Adsorption System durch das Adsorbens Merkmal und die Hitze-Übertragungsrate des Bettes bestimmt. In der Regel ist die Zeit für die Desorption Prozess länger als die Zeit für den Prozess der Adsorption. Es ist wichtig zu wissen, dass die Eigenschaften der Wärme im Bett während der Desorption übertragen. Hier ist der Index der Desorption Grad E(t) verwendet, um die Vollständigkeit der Desorption des Bettes zu bewerten. E(t) ist definiert als das Verhältnis zwischen der bierten Menge Kältemittel Dampf von Anfang zum Zeitpunkt t und der Gesamtbetrag der Dampf-Aufnahme bei der Adsorption.

Die E(t) des Bettes zu verschiedenen Desorption Zeiten erhalten Sie mit den experimentellen Daten. Erstens wird es gezeigt, dass der Desorption Grad wurde in gewisser Weise wie das Bett verbessert Temperatur erhöht. Für das SAPO-34-Zeolith-System erhöht die E(t) von 54,9 % bei t = 1 h auf 69,3 % bei t = 2 h. Auf der anderen Seite gleichzeitig Desorption zeigte das ZSM-5-System wirkt schlechter Desorption als SAPO-34-System. 14 die Bett-Temperatur der SAPO-34 vergleichsweise niedrigeren war wie zuvor diskutiert über Abbildung 5, war der Desorption Grad besser. Dies sagt uns, dass SAPO-34 Zeolith besser geeignet als das Adsorbens Material verwenden. Dieses Feature von SAPO-34 Zeoilite wurde auch durch Gordeeva Et Al. unterstrichen. 17

Die Kälteleistung des Systems
Die Kälteleistung der Adsorption System spiegelt sich im Grunde durch die Temperaturabnahme des Wassertanks. Die Testergebnisse für die Temperatur sind in Abbildung 6dargestellt. Die Temperatur verändert mit der Zeit in eine nicht-lineare Weise. Es ging schnell innerhalb der ersten 600 s die Adsorption-Zeit, und dann die Temperatur verringern verlangsamt. Im Vergleich zu zwei Temperaturprofilen SAPO-34 und der ZSM-5-Zeolith ist bekannt, dass die Kälteleistung von zwei Zeolithen etwas anders war. Das Temperatur-Decrement des Wasserkastens reflektiert direkt die Kälteleistung des Systems. Offensichtlich war der Temperaturabfall für SAPO-34-System viel größer als die für die ZSM-5-System. SAPO-34 Zeolith ausgestellt mit besser Desorption Eigenschaften wie oben erwähnt eine höhere Kälteleistung als Zeoliths ZSM-5. Diese Kennzeichnung steht im Einklang mit dem Abschluss des Gordeeva Et al. 16 und Philharmonischen Et al. 18

-together.within-Seite "1" = >Figure 6
Abbildung 6: Die Temperaturschwankung im gekühlten Wassertank. Im Allgemeinen war die Temperaturschwankung von Kühlwasser in den Verdampfer Tank nicht linear. Für das Zeolith SAPO-34 ging es schnell innerhalb der ersten 600 s und dann die Abnahme verlangsamt. Im Gegensatz dazu war die Temperaturänderung des Zeoliths ZSM-5 relativ glatt. Dies reflektiert die Funktion, die die Kühlung Leistung mit der Zeit zurückgegangen. Die beiden Kurven zeigte auch der Leistungsunterschied von SAPO-34 und ZSM-5 Zeolith.

Die Leistung des Systems wird durch den Index des COP und SCP, die durch GL. (3) und GL. (4), bzw. bestimmt wird ausgewertet und die Ergebnisse sind in Tabelle 2dargestellt. Nach der nicht-lineare Änderung der Temperatur in Abbildung 6mal zwei Sätze von Daten für die Adsorption tAnzeigen = 600 s und tAnzeigen = 1.800 s vorgestellt. In der Tabelle, die Q-Ref innerhalb der ersten 600 s findet Fall für entweder einen Anteil von mehr als zwei Drittel der insgesamt Kälteleistung der 1.800 s Adsorption Zeit. Natürlich der SCP für tAnzeigen = 600 s ist viel höher, dass für tAnzeigen = 1.800 s, aber die COP-Ergebnisse im Gegensatz zu diesen Ergebnissen führen. Die besten COP in Tabelle 2 hat 0.169 erreicht. Fehler-Analyse wurde durchgeführt und ergab, dass die Unsicherheit der COP zwischen 6,2 – 9,4 % entspricht verschiedenen Test-Kampagnen wurde. Es muss erwähnt werden, dass die maximale COP hier im Bereich vergleichende des Ergebnisses von Abu-Hamdeh Et al. 8 ihr System der Parabolrinnen-Kollektor erzeugt einen COP von 0,18-0,20. Der SCP-Index spiegelt die spezifische Leistung der Kälteleistung des Bettes. Eine höhere SCP impliziert, dass eine höhere Kühlleistung von einer Einheit des Adsorbens Masse entsteht. Die analysierten Ergebnisse haben gezeigt, dass der COP und der SCP SAPO-34 überlegen waren, dass der ZSM-5, egal ob die Adsorption mal länger oder kürzer war.

Table 2
Tabelle 2: Vergleich der Kälteleistung von ZSM-5 und SAPO-34 Zeolith. Zum Vergleich: Hier präsentieren wir die umfassende Leistung der Adsorption Kühlung von SAPO-34 und ZSM-5 Zeolith. Der SCP-Index oder durch die COP-Index zeigt das SAPO-34 System seine Überlegenheit an der ZSM-5-System.

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Discussion

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Als thermodynamisches System hängt die Leistung eines solar Adsorption-Kältetechnik-Geräts auf die optimale Gestaltung und den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems. Die Wärmeversorgung und Kühlung Methode des Bettes sind wichtig, um sicherzustellen, dass das System gut funktioniert. Wasserkühlung ist, Luftkühlung, die wegen der hohen Festigkeit des Konvektionswärmeübertragung Wasser bevorzugt. Die schlechte Leitfähigkeit des Adsorbens Materials hat in der Regel begrenzte Wärmeübertragungsrate des Bettes bestimmt. Um die Wärmeübertragung des Bettes zu verbessern, galten viele Messungen wie die Erweiterungsstruktur der Flossen intern eingefügt. 19 Silica-Gel ist eine andere Art von beliebten Adsorbens Material. Wenn eine Silica-Gel im solar Adsorption System verwendet wird, muss die Desorption Temperatur des Bettes auf weniger als 95 ° C begrenzt, damit das Silica-Gel nicht dehydriert und Aktivität verlieren.

Wie die meisten erneuerbaren Energiesystemen hat die aktuelle Adsorption Kälteanlage einige Mängel in Bezug auf technische Anwendungen. Das bekannte Problem ist die unterbrochene Arbeit des Systems. Mit der inneren Natur der Aufheizung und Abkühlung, die Adsorption System kann nicht Stromversorgung kalt ständig wie ein Einzelbett verwendet wird. Zur Lösung dieses Problems einige Forscher als ein konjugierten zwei-Bett-System, in denen die Technik der regenerative Wärme- und Stoffübertragung angewendet werden könnte. Solche Systeme können recht komplex werden, aber die Leistungssteigerung war oft sehr unbefriedigend. Ein weiterer Punkt, der berücksichtigt werden muss ist der Wetter-Zustand-Effekt. Bei schlechtem Wetter, wird nicht genug solaren Energieversorgung des Systems. In einer solchen Situation muss einige Ersatzteile Wärmequelle bereit sein, so dass das System weiterhin arbeiten kann.

Als grüne Energie-Technologie hat die solar Adsorption Kälteanlage in den letzten zehn Jahren viel Aufsehen. Die Nutzung der Sonnenenergie vermeidet den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und reduziert effektiv die Luftverschmutzung. Darüber hinaus ein solches System hat keine rotierenden Bauteils, kein Lärm und flexibel einsetzbar. Obwohl die Effizienz des Systems nicht vergleichbar mit herkömmlichen Kälteanlagen, mit dem Dampf-Kompression oder Ammoniak-Absorption ist, präsentiert die Fülle der Solarenergie in der Zukunft eine mögliche Bedeutung für die Luminanz. Für ein System, das Strom oder Kraftstoff verbraucht, ist die Effizienz der Leistung wegen Betriebskosten sehr wichtig. Im Gegensatz dazu Sonnenenergie ist kostenlos und das System ist immer noch von Vorteil, auch wenn der Polizist nicht sehr hoch ist.

Wir sind nicht sicher wie schnell solar Adsorption Technologien können konventionelle Kälteanlagen in großem Maßstab ersetzen, denn es gibt einige Aspekte dieser Technik, die weiteren verbessert werden. Vor ein paar Jahren hieß es, dass die Tokyo Gas Corporation in Japan eine kommerzielle Art der Adsorption Kühlschrank vorgelegt, die von industrieller Abwärme angetrieben wurde. Mit Entwicklungen in der globalen Wirtschaft und Technologie die Technik der solar Adsorption Kälteanlage kann zunächst finden ihre Anwendung in den abgelegenen ländlichen Gebieten, wo das Klima heiß in die meiste Zeit des Jahres ist.

Die Funktionsweise dieses Systems besteht aus vier wichtige Schritten. Nach die zeitliche Reihenfolge sind sie: die Vorwärmung des Bettes unter geschlossenen Bedingungen; die Desorption Prozess mit der Bett-Temperatur weiter erhöhen; die Abkühlung des Bettes wieder zirkuliert Wasser oder einem Luftstrom; und der Adsorption-Prozess, der den Effekt "Kühlung" erzeugt.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Forschungsarbeit wurde von der National Key Basic Research Programm of China (No.2015CB251303) und die National Natural Science Foundation of China (Nr. 51276005) gesponsert.

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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References

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Experimentelles System Solar Adsorption Kühlung mit konzentrierter Sammler
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Yuan, Z. X., Li, Y. X., Du, C. X. Experimental System of Solar Adsorption Refrigeration with Concentrated Collector. J. Vis. Exp. (128), e55925, doi:10.3791/55925 (2017).

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