Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

מערכת ניסויית של ספיחה שמש קירור עם אספן מרוכז

doi: 10.3791/55925 Published: October 18, 2017

Summary

עם אנרגיה סולארית ככוח המניע, מערכת קירור ספיחה הרומן פותחה, חקר השפעול. אדי מים ו זאוליט הקימו הזוג עבודה של מערכת ספיחה. כתב יד זה מתאר את הכיוונון של המתקן ניסיוני, ההליך מבצע את תוצאות חשובות.

Abstract

כדי לשפר את הביצועים של ספיחה שמש קירור, מערכת ניסיוני עם אספן ריכוז השמש היה להגדיר ונחקר. הרכיבים העיקריים של המערכת היו המיטה adsorbent, מעבה את, המאייד, תת מערכת הקירור, אספן השמש. בשלב הראשון של הניסוי, המיטה רווי אדי היה מחומם על ידי הקרינה הסולרית בתנאים סגורים, אשר גרם במיטה טמפרטורה, לחץ להגדיל. כאשר הלחץ המיטה היה גבוה מספיק, המיטה הוחלפה להתחבר אל מעבה, ובכך אדי מים זרמו ללא הרף מהמיטה אל מעבה כדי להיות מעובה. בשלב הבא, המיטה צריך להתקרר לאחר desorption. במצב סוכך שמש, מושגת על ידי רדיד אלומיניום, הלולאה המים במחזור נפתח למיטה. עם המים במחזור ללא הרף המיטה, החום מאוחסנים בתוך המיטה היה הוציא, הלחץ למיטה ירד בהתאם. כאשר הלחץ למיטה ירד מתחת הלחץ רוויה בטמפרטורה אידוי, נפתח את השסתום כדי המאייד. מסה של אדי מים מיהר לתוך המיטה, היה הספוחה של החומר זאוליט. עם אידוי מסיבי של המים המאייד, נוצר בסופו של דבר אפקט קירור. התוצאה ניסיוני חשף כי השוטר (מקדם הביצועים של המערכת) והן את SCP (כוח קירור ספציפי של המערכת) של זאוליט סאפו-34 היה גדול מזה של זאוליט ZSM-5, לא משנה אם הזמן ספיחה היה ארוך . או קצרים יותר. המערכת של זאוליט סאפו-34 שנוצר שוטר המרבי של 0.169.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

עם בעיית דלדול האוזון אדי מסורתי קירור דחוס גדל יותר רציני, החלפת קירור מסורתי עם טכנולוגיה ירוקה הפך נושא חם בשנים האחרונות. בין אלה טכנולוגיות ירוקות, קירור ספיחה השמש משכה הרבה תשומת לבם של החוקרים. מונע על ידי אנרגיה תרמית בדרגה נמוכה, מערכת קירור ספיחה יש את היתרונות של להיות ידידותי לסביבה, קטן, וגמיש. מערכת ספיחה זו יכול גם להיות מונע עם אנרגיה סולארית, למשל על ידי פסולת חום שוחרר מבית ציוד תרמי או מנוע גזי הפליטה מכלי רכב, כפי שהוזכר על ידי Hu ואח. 1

ספיחה מערכת הקירור, המיטה ספיחה הוא רכיב מפתח. העבודה שלו משפיע ישירות על הביצועים של המערכת כולה. לכן, העיצוב של המיטה ספיחה הוא הנושא הכי חשוב כמו הצביע על-ידי Sutuki. 2 לפני כעשור, המיטה שטוח היה בעיקר בשימוש ספיחה מערכת הקירור. 3 , 4 , 5 ללא כל מכשיר מרוכז השמש, הטמפרטורה למיטה שטוחה היה בדרך כלל נמוך, ומכאן השוטר של המערכת היה משביע רצון. לעומת זאת, המיטה ספיחה צינורי שיפור השוטר. דווח כי השוטר יכול להגיע 0.21 באזור הסהרה משנה על-ידי. עמאר Hadj et al. 6 . יתר על כן, וואנג. et al. 7 פיתח adsorber צלחת של ספירלה זה על-ידי המאפיין של התחדשות חום מתמשך. עיצוב חדשניים של המיטה ספיחה יתקצר זמן המחזור של המערכת. אחמד אבו חמדה. et al. 8 דיווח המחקר שלהם על מערכת קירור סולרי ספיחה עם אספן פרבולית. תוצאות הבדיקה שלהם הראו את השוטר של מערכת מגוונת של 0.18 ל 0.20. . El Fadar et al. 9 למד מערכת קירור ספיחה היה בשילוב עם צינור חום ומופעל על ידי אספן שוקת פרבוליות, אשר הראו שוטר האופטימלי של 0.18.

כדי לשפר את העברת החום של המיטה צינורי, נחשבו חלק adsorbers צינור קירור, נבדקה ההשפעה של השיפור. מיטה חדשניים אשר לבש הצורה של מחליף חום מעטפת ושפופרת הוצגה על ידי. Restuccia et al. 10. צינור קירור פנימיים היה מצופה בשכבה זאוליט, כך ההתנגדות העברת אנשי קשר של חום/המוני בין לפני שטח המתכת החומר adsorbent יכול להיות מופחת. המערכת המיוצר פלט של 30-60 W/kg של כוח קירור ספציפי בזמן רכיבה על אופניים של 15-20 ס Al שהרובוט. et al. 11הוכיח כי adsorber משופרת עם סנפירים 5-6 יכול להפחית באופן משמעותי את איבוד חום של adsorber האווירה, ובכך לשפר את השוטר ב- 45%. השפעת adsorber צינור קירור על הביצועים של מערכת השמש מונע גם נחקר על-ידי. Louajari et al. 12. באמצעות פחם פעיל-אמוניה כמו הזוג עובד, הם הראו כי העברת מסה אופניים ב adsorber עם סנפירים היה גדול מאחד ללא סנפירים.

במחקר הנוכחי, למדנו השפעול מערכת קירור משופרת ספיחה סולארית, בו הוחלה אספן פרבולית תאים סולריים, מנהרת קירור פנימי פרוס. את זאוליט סאפו-34/ZSM-5, אדי המים כמו הזוג לעבוד, המערכת הראו תכונות מעניינות התרמודינמיקה, קירור. המתודולוגיה ניסיוני, כמו גם את תוצאות הבדיקה טיפוסי הציג, שנסקרו בדו ח זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1-הגדרת הניסוי

הערה: מערכת קירור ספיחה היה מורכב של המיטה ספיחה, המאייד, מעבה את, משאבת ואקום של האספן שוקת סולארית ( איור 1). מכשיר מעקב אוטומטי אחר השמש עם פרבוליות שוקת מיוצרים ומוחלים במערכת כדי לשפר את היעילות של אספן השמש. השוקת מעקב אוטומטי אחר השמש היה מונע על ידי המכשיר גלגל-שיניים, כמוצג באיור 2. המכשיר כללה המנוע stepper התולעת, הציוד, הרחוב מגבלה בתנועה, ההגה ידנית. המימדים של המכשיר גלגל-שיניים היו 21 x 80 ס מ 2. האספן שוקת מרוכזים קרני השמש אל המיטה adsorbent, אשר היה ממוקם לאורך הקו המוקד של שוקת פרבוליות.

Figure 1
איור 1: ניסויי מערכת סולארית ספיחה קירור. (העליון) תיאור סכמטי של המערכת; (למטה) תצלום של ההתקנה ניסיוני. הפאנל העליון מציג את הרכיבים של המערכת ניסיוני, אשר כרוך המאייד, מעבה את, את משאבת ואקום, וכו החלונית התחתונה מציגה את התמונה של מערכת קירור ספיחה שהורכב. במערכת, המאייד מעבה את הוא של מבנה סנפיר-שפופרת, סוג של מחליף חום קומפקטי. המיטה ספיחה היא רפורמה של אספן השמש ואקום, אשר יכול ללכוד אנרגיה סולארית יעיל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: המבנה של תיבת ההילוכים תולעת. תיבת ההילוכים תולעת הוא המכשיר שהופכת את הסיבוב של המנוע stepper לתוך תנועת סולריים יעילות של שוקת פרבוליות. בנוסף המנוע stepper, תיבת ההילוכים תולעת כרוך גם כמפחית את, ההגה ידנית, הפיר תולעת, וכו מושך את המתג ידני/אוטומטי לטפל משמאל, הילוכים 5a, 5b מנותקים. לפיכך, השוקת יכול להיות ידני נשלט על ידי סיבוב הגלגל יד. מושך את ידית בורר ידני/אוטומטי לימין, הילוכים 5a, 5b עוסקים יחד. לפיכך, הוא נשלט באופן אוטומטי על-ידי המנוע stepper.

  1. התחבר מעקב אספן השמש אל הפיר תולעת-גלגל על ידי ריתוך השיטה. להעביר את הסיבוב של המנוע stepper אספן השמש על ידי התאמת הציוד של התולעת. לסדר את המיטה ספיחה צינורי עם האספן עם זוג צנרת קולרים.
    הערה: מונע על ידי המנוע stepper, המערכת מסתובב מדי יום מן המזרח למערב כדי לעקוב אחר תנועת השמש באופן אוטומטי.
  2. לכוונן את זווית הטיית השוקת לקומת הקרקע, בהתאם הווריאציה של הגובה השמש בעונות שונות. לקבוע את הטיית זווית β של התעלה על ידי באופן כללי את latitude המקומי של אלפא דקלינציה השמש, את הנוסחה β = באופן כללי - אלפא. באופן ידני סובב את גלגל קטן הממוקם בתחתית ידית הכוונון זווית כדי לווסת את זווית הטיית השוקת (החלק של מס 13, איור 1).
    הערה: בדרך זו, קרינת השמש היא כמה שיותר על האבוס. מערכת הניסוי היה ממוקם בקמפוס של האוניברסיטה הטכנולוגית של בייג'ינג, latitude 39.89 ° N ו קו אורך 116.38 ° א המיטה ספיחה לקח צורה גלילית. זה היה ממדינת מקלט סולארית ואקום של שפופרת ( איור 3).

Figure 3
איור 3 : מבנה של המיטה ספיחה ופריסה של הטמפרטורה בדיקה. (העליון) מפרטים טכניים של מבנה המיטה; (למטה) את הגששים טמפרטורה וערוץ העברה המונית במיטה. הפאנל העליון מציג את המבנה הבסיסי של המיטה. החומר adsorbent שם לתוך חלל טבעתי בין הצינור השמש קליטת הערוץ קירור נחושת. קרני השמש לחדור את מבחנה וליפול אל פני השטח של הצינור קליטת השמש. לאחר מכן, על-ידי חום בהולכה, האנרגיה הסולארית מועבר החומר adsorbent בתוך המיטה. בחלונית ' למטה ' מראה את המיקום של הגששים טמפרטורה. רגשים אלו משמשים כדי לעקוב אחר שינוי הטמפרטורה של המיטה במהלך תהליך של ספיחה/desorption. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר דמות זו.

  1. כדי לקדם את לכידתו של האנרגיה הסולארית, מעיל הצינור קליטת השמש של המיטה, (עשוי נירוסטה עם d = 64.5 מ מ) עם שכבה של כרום שחור הפיקדון בשיטת ואקום לציפוי. נא עיין בספרות שפורסמו בעבר על ציפוי סלקטיבי לקבלת מידע נוסף אודות זו טכניקה 13. ודא שיעור הספיגה סולארית של שכבת הציפוי היא 0.95, אמיסיביות אינפרא-אדום 0.15, עובי שכבת הציפוי הוא מ מ 0.08.
    הערה: שכבת הציפוי הזה עוזר לתפוס את קרינת השמש ביעילות אך פולט מעט מאוד עצמה. כתוצאה מכך, האנרגיה הסולארית מקבל לתוך המיטה ספיחה בקלות, כשהופכים תרמי אנתלפיית adsorbent ביעילות.
  2. הכנס צינור נחושת (d = 20 מ מ) לאורך הציר של המיטה ספיחה. לתקן את הצינור נחושת על המיטה עם והסתיר (ראו איור 3, החלונית העליונה). צינור נחושת פונקציות כערוץ הקירור של המיטה במהלך תהליך ספיחה.
  3. למלא את החומר adsorbent בחלל טבעתי במיטה הוא שהקים את הצינור מיטה וערוץ קירור נחושת. זאוליט סאפו-34 שתשמש החומר adsorbent, מים ככל קירור. מכניסים 3.171 ק ג של זאוליט סאפו-34 המיטה. זאוליט פרטנית סאפו-34 הוא 5.7 מ מ קוטר.
  4. לפרוס הגששים טמפרטורה תשע ב שלושה חתכים של המיטה כדי לעקוב אחר שינוי הטמפרטורה של המיטה במהלך תהליך ספיחה/desorption ( איור 3, החלונית התחתונה). לתקן את החללית-כל תומך קטן זה יושב בערוץ קירור נחושת.
  5. Put רגשים 1 ו- 2 בסעיף A-A ליד הים של המיטה ספיחה. לשים הגששים 8 ו-9 לקראת הסוף המלח של המיטה. לתקן את הגששים אחרים על החלק האמצעי של B-B (ראה איור 3).
  6. להוסיף axially ערוץ העברת מסה של d = 10 מ מ לתוך המיטה. להבטיח הערוץ המוני צורה של צינור רשתי הוא באותו אורך המיטה ספיחה (d למיטה = 64.5 מ מ). להרחיב את הערוץ כלפי מטה מן הים ולהפוך אותו לעמוד בתנוחה הנכונה עם הכוח ההבלטה של החומר adsorbent. הצינור רשתי מסייעת אדי המים להיכנס לאזור עמוק של המיטה מהר.

2. השיטה הניסיונית

הערה: ספיחה קירור מבוסס על העיקרון כי החומר המוצק adsorbent adsorbs האדים קירור חזק בטמפרטורה נמוכה, בעוד זה desorbs האדים בטמפרטורה גבוהה. באמצעות חום כמו המניע, המטרה של קירור נגיש. מחזור קירור של מערכת ספיחה כרוכה בעיקר בארבעה שלבים, קרי, את השמש בתהליך חימום, תהליך desorption, תהליך קירור-מיטה, ותהליך ספיחה. תהליך desorption מתחיל שוב לאחר השלמת תהליך ספיחה. כל שלבי הניסוי הם חשובים כי הם קשורים זה לזה משפיעים אחד על השני בצורה אינטראקטיבית.

  1. לווסת את הגדרת הניסוי באמצעות ההליכים הבאים כדי להפעיל את חימום סולארי desorption של המיטה.
    1. להעביר שוקת פרבוליות ידנית עד הוא פונה יעד במזרח לפני הניסוי, כך השמש irradiates האספן פרבולית בדרך כלל בצהריים.
    2. לכבות את כל השסתומים מחוברים אל המיטה ספיחה ולהבטיח את הלחץ של המיטה והוא הצינור מתחת 800 הפלסטינית להפוך אותו מוכן חימום סולארי.
    3. לעבור על האסדה השליטה של המערכת כאשר אור השמש הוא במקביל לקו האופק בבוקר. להפוך את השוקת באופן אוטומטי לסובב כדי לעקוב אחר תנועת השמש.
    4. לאפשר את המיטה רווי ספיחה להיות מחומם על ידי קרינת השמש בתנאים סגורים. כתוצאה מכך, מיטה הטמפרטורה והלחץ מיטה יגדל בהדרגה.
    5. צג הלחץ מיטה עם מד לחץ (מספר 6 באיור 1) עד שהוא הוא גבוה יותר מהערך הלחץ התואם טמפרטורת עיבוי של הסביבה. על-פי התרמודינמיקה, הלחץ עיבוי של המים ב 30 ° C הוא 4,246 אבא
  2. להתחיל בתהליך desorption.
    ​ הערה: בתהליך desorption, מתרחש עיבוי של אדי מים. הטמפרטורה עיבוי נקבעת לפי תנאי מזג האוויר המקומי ביום המבחן.
  3. פתח השסתום שמחבר את המיטה ואת מעבה את
      . אדי מים ולתת זרימה לתוך מעבה דרך הצינור המחבר. אדי מים מזין את מעבה, הטמפרטורה של מעבה יעלו בהדרגה.
    1. באותו זמן, לשמור את חימום סולארי למיטה ספיחה, כך הלחץ המיטה נותר גבוה מספיק כדי לגרום את desorption. לא מפסיקים את חימום סולארי עד להשלמת התהליך.
    2. סיום תהליך desorption כאשר הלחץ של המיטה שווה ל לחץ הקבל. כבו את השסתום בעת תהליך desorption נגמר.
  4. לקרר את המיטה לפני תהליך ספיחה, כמו המיטה הוא עדיין במצב של טמפרטורה גבוהה לאחר desorption. החומר adsorbent יכול לספוח במידה רבה רק בטמפרטורה נמוכה.
    1. כדי להתחיל את תהליך ספיחה, מגן המיטה ספיחה עם גיליון רדיד אלומיניום, כך המיטה מנותקת הקרינה הסולרית.
    2. לסגור את כל השסתומים המחברים את המאייד ואת מעבה את.
    3. פתח את במחזור המים הלופ של המיטה, לקרר את החומר adsorbent. עם המים במחזור ללא הרף המיטה, ה אנתלפיה פנימי הוא נלקח החוצה ומפחית את הלחץ המיטה בהתאמה.
    4. לסיים את תהליך קירור כאשר הלחץ מיטה יורדת מתחת לחץ אדים רווי-המאייד ' טמפרטורה s.
      הערה: להיות מוכן עבור תהליך קירור ספיחה לאחר הקירור של המיטה. עכשיו על המיטה והטמפרטורה היא סביב טמפרטורת, ואת הלחץ המיטה הגיעה לרמה המזערית.
    5. לשמור על המים-הלולאה במחזור במצב פעולה במהלך תהליך ספיחה. ספיחה תהליך אקסותרמית, החום שנוצר צריך להיות משוחרר בחוץ כמה שיותר מהר.
    6. פתח את השסתום בין המיטה המאייד. תן הבהלה אדי מים לתוך המיטה של המאייד.
      הערה: צמצום אדי המאייד גורמת עוד מים לאדות, אשר תוצאות דרסטית הירידה של טמפרטורת המאייד. . Consequentially, המאייד סופג חום ממיכל המים שבו מוכנס המאייד, מתקבל אפקט קירור-
    7. תמשיך את התהליך ספיחה קורה ולהקליט את שינוי הטמפרטורה מיטה והלחץ המיטה.
      הערה: במהלך תהליך ספיחה, לחץ אדים המאייד הופך להיות יותר? ויותר למטה, אבל המיטה הטמפרטורה עולה במהירות.
    8. סיום התהליך ספיחה כאשר הלחץ מיטה שווה ללחץ המאייד. לאחר מכן, התהליך desorption יעברו שוב.

3. שיטת צמצום נתונים

  1. להעריך את הביצועים של מערכת קירור מבוסס על יכולת קירור ואת היעילות של טרנספורמציית חום-קור.
    ​ הערה: עבור המערכת הנוכחית, מחושבת הקיבולת קירור על ידי כמות המים מתאדה המוני או שינוי טמפרטורת המאייד עצמה.
    1. כדי לקבוע את הקיבולת הכוללת קירור (Q ref) של המערכת, לחשב את סכום הקטנת אנתלפיה של המים צוננים הטנק, המאייד מתכת, ואת המים שיורית המאייד לאחר ספיחה כדלקמן:
      Equation 1
      כאשר c p בהציוד (1) הוא החום ספציפי בלחץ קבוע ו- m מציין את המסה. C הוא פקטור התיקון יכולת קירור של המאייד בהתחשב בעובדה ותזוזת החום בין מיכל המים והסביבה אמביינט, ההנחה היא C = 1.15 לפי העיקרון של העברת החום. כתב תחתי w ו- e מייצגת את המים ואת המאייד, בהתאמה. משוואת m w, טאן ו- m w, ev הוא המסה של המים צוננים במיכל המסה של המים שיורית המאייד, המתאים הטמפרטורה טיפה ΔT w וΔT e , בהתאמה.
      הערה: קלט אנרגיה סולארית על המיטה יש צורך להעריך את היעילות של טרנספורמציית חום-קור-
    2. לקבוע את אנרגיה סולארית קלט Q s כמו:
      Equation 2
      , אני s, אני (t) הוא עוצמת השמש ארעי נרשם על ידי actinometer במהלך תהליך desorption. Δt מרווח הזמן של רכישת נתונים כדי I s, אני (t) הוא 10 s. אזור הפתח של שוקת פרבוליות p, היעילות רעיוני של ρ משטח השוקת, את להדמיה של τ זכוכית הצינור, את מקדם ספיגה סולארית של α משטח ציפוי, יחד עם הפרמטרים הציוד (1), כל המפורטים בטבלה 1-
    3. מבוסס על Q ref, ה Q s שהושג לעיל, לקבוע את השוטר של מערכת קירור 14:
      Equation 3
      β1 ו β 2 גורמים תיקון לאנרגיה סולארית Q קלט s. β 1 הוא פקטור התיקון של מידת אי-פרבוליות שוקת, אשר לוקח בחשבון את דפורמציה של השוקת בגלל המגבלות של הטכניקה הייצור, ואת ההנחה היא β 1 = 0.85. β 2 הוא פקטור התיקון של הסכום האמיתי של חום שהושג של המיטה. בשל גודל קטן יותר של הצינור מיטת מתכת מאשר הצינור החיצוני זכוכית, סכום חום אמיתי שהושג הוא פחות מ ששיקפו את השפופרת זכוכית. β 2 הוחלט על ידי היחס של קוטר D מיטת מתכת 2 קוטר D שפופרת זכוכית 1 עם D 1 = 100 מ מ ו- D 2 = 64.5 מ מ, הוא מחושב הזה β 2 = 0.645-
    4. לקבוע את העוצמה קירור ספציפי של המיטה לפרמטרים של הניסוי 14:
      < img alt = "משוואה 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      כאשר מ' הוא המסה של החומר adsorbent ו- t המודעות הוא משך הזמן של תהליך ספיחה.

Table 1
טבלה 1: ערכים של הפרמטר הציוד (1) ואת הציוד (2). הפרמטרים המעורבים הציוד (1) ו- (2) הציוד מפורטים בטבלה זו. הפרמטרים כוללים c p, p, α וכו '

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

מעבר מסה מאפיין של המיטה לאורך התהליך ספיחה
המיטה ספיחה הוא תמיד המרכיב החשוב ביותר בכל מערכת קירור ספיחה, ויש החום ואת העברת מסה מאפיין הגורמים העיקריים המשפיעים על הביצועים של המערכת כולה. על ידי ניתוח לשינוי נרשמה טמפ חתכי רוחב כמוצג באיור 3(פאנל התחתונה), זה אפשרי לדעת את החום ואת תכונות העברה המונית של המיטה. איור 4 מראה שינוי דינמי של הטמפרטורה במיטה במהלך תהליך ספיחה. האיור מדגים כי היכולת העברה המונית של זאוליט סאפו-34 שטוב, ספיחה של הנקודות בהתחלה מקטעים שונים כמעט באותו הזמן. אם ההתנגדות העברה המונית של המיטה נמוכה, המיטה עשויה להגיע את האיזון ספיחה תוך זמן קצר, החומר adsorbent על המיטה להיות מועסק באופן מלא. כאשר פונקציית חריפה הקירור של הסעת חום מחזורי המים, הטמפרטורה יריות-up נקשרה ביעילות אחרי על 400-600 s של ספיחה, פרט 9 נקודות זמן. לעומת זאת, עבור אוויר טבעי קירור שיטה, הטמפרטורה המיטה היתה ירידה יחסית לאט. התוצאה ניסיוני קשורים נדון באופן יסודי בדו. ואח 14 אפקט הקירור הדל של זרימת האוויר מתוסכל פליטת החום של המיטה ולאחר מכן מושפעים הביצועים מחזור של מערכת קירור ספיחה. לשם השוואה, קירור היה הרבה יותר טוב עבור המערכת.

Figure 4
איור 4: שינוי הטמפרטורה של המיטה בתהליך ספיחה של סאפו-34 זאוליט. איור זה מציג את שינוי הטמפרטורה של המיטה בתהליך ספיחה. דרך הווריאציות של הטמפרטורה, יכול ננתח את המאפיינים של העברת מסה של המיטה. קצב התגובה הטמפרטורה משקף את קצב ספיחה של החומר במיטה.

העברת החום האופייני של המיטה לאורך התהליך desorption
תהליך ספיחה הוא בשילוב חום, תופעה העברה המונית. Desorption/ספיחה של adsorbent קשורה מאוד שינוי הטמפרטורה של המיטה. ובכל זאת, העברת חום אופייני של המיטה אינם נקבעים רק על ידי תכונות תרמיות adsorbent עצמו, אלא גם את מבנה המיטה. אנחנו נוטים לבחור חומר עם יכולת ספיחה חזקה והן מוליכות גבוהה. אבל למרבה הצער, לעתים קרובות תכונות אלה נמצאים בקונפליקט. חומר נקבובי עם ספיחה טובה המוצגים בדרך כלל מוליכות גרועה. גורמים רבים (למשלהמבנה המולקולרי, בשיטת עיבוד, גודל החלקיקים, וכו ') יכול להשפיע על המאפיינים התרמיים של adsorbent15,ה-16. איור 5 מציג את שינוי הטמפרטורה הממוצעת של המיטה תהליך desorption זאוליט סאפו-34 ו- ZSM-5. כדי להקל על ההשוואה, מוצג גם עוצמת השמש מוקלטות במערכה הבדיקה. למרות עוצמת השמש היה כמעט זהה עבור זאוליטים שני, תוספת טמפרטורה שונה למדי. עבור זאוליט ZSM-5, הטמפרטורה זרחה מעל 32 מעלות צלזיוס, ואילו סאפו-34 זה היה רק 17 ° C. תוצאה זו חשף כי היכולת העברת החום של זאוליט ZSM-5 היה טוב יותר מזה של זאוליט סאפו-34. העברת מסה בין adsorbent את האדים התהליך החשוב ביותר, אך רק עם התמיכה של העברת חום העברה המונית טוב ניתן למימוש.

Figure 5
איור 5 : שינוי הטמפרטורה הממוצעת של המיטה במהלך תהליך desorption. איור זה מציג את ההפרש העברת חום בין את זאוליט סאפו-34 של זאוליט ZSM-5. בזמן desorption s 600, תוספת הטמפרטורה זאוליט ZSM-5 ו זאוליט סאפו-34 היה שונה לגמרי. זאוליט ZSM-5, העלייה בטמפרטורה היה 32.52 ° C, ואילו זאוליט סאפו-34 העלייה היה רק 17.02 ° C. -באותו מצב חימום סולאריות, תוספת טמפרטורה גדול יותר זאוליט ZSM-5 מציין את עליונותה של העברת החום ביחס זאוליט סאפו-34.

Desorption האופייני של המיטה
באופן כללי, הפלט של הכוח קירור עבור מערכת ספיחה נקבעת על-ידי המאפיין adsorbent וקצב העברת החום של המיטה. בדרך כלל, הזמן עבור תהליך desorption הוא ארוך יותר מהזמן עבור התהליך ספיחה. זה חיוני לדעת שמאפייני החום העברת מיטה בעת desorption. כאן האינדקס של מידת desorption E(t) משמש כדי להעריך את שלמות התרגום של desorption המיטה. E(t) מוגדר כיחס בין כמות אדי צינון, תחילת זמן t, ואת הסכום הכולל של תפיסה אדי בתהליך ספיחה desorbed.

עם הנתונים ניסיוני, ניתן להשיג את E(t) של המיטה בזמנים שונים desorption. ראשית, הוא הראה כי מידת desorption שופרו במידה מסוימת כמו המיטה טמפרטורה מוגברת. עבור מערכת זאוליט סאפו-34, E(t) עלה מ 54.9% ב- t = 1 h ל 69.3% ב- t = 2 h. מצד שני, באותו הזמן desorption, מערכת ZSM-5 הראה אפקט desorption גרוע יותר מאשר מערכת סאפו-34. 14 למרות הטמפרטורה המיטה של סאפו-34 היה יחסית נמוך, כפי שכבר שוחחנו לגבי איור 5, תואר desorption שלה היה יותר טוב זה מראה לנו כי זאוליט סאפו-34 הוא מתאים יותר לשימוש בחומר adsorbent. תכונה זו של סאפו-34 zeoilite הודגש גם על-ידי. Gordeeva et al. 17

יכולת קירור של המערכת
יכולת קירור של מערכת ספיחה משתקף בעיקרון על ידי הירידה בטמפרטורה של מיכל המים. תוצאות הבדיקה על הטמפרטורה טנק מוצגים באיור 6. הטמפרטורה טנק השתנה עם הזמן באופן לא-ליניאריות. זה ירד במהירות בתוך ה 600 הראשון s של הזמן ספיחה, ולאחר מכן הטמפרטורה להקטין מואטת למטה. לעומת טמפרטורה שני הפרופילים של סאפו-34 ו זאוליט את ZSM-5, ידוע כי הקיבולת קירור של זאוליטים שני היה שונה למדי. הקטנת הטמפרטורה של מיכל המים ישירות לידי יכולת קירור של המערכת. ללא ספק, ירידת טמפרטורה עבור מערכת סאפו-34 היה גדול בהרבה מזה של המערכת ZSM-5. עם יותר desorption מאפיינים כאמור, זאוליט סאפו-34 הציג יכולת קירור גבוהה יותר מאשר זאוליט ZSM-5. זהות זו עולה בקנה אחד עם סיום Gordeeva. et al. 16 ו. Kakiuchi et al. 18

-together.within-דף = "1" >Figure 6
איור 6: הווריאציה טמפרטורה של מיכל המים צוננים. באופן כללי, הווריאציה הטמפרטורה של המים צוננים במיכל המאייד היה לא ליניארי. עבור זאוליט סאפו-34, הם ירדו במהירות בתוך ה 600 הראשון s ולאחר מכן הירידה האטה. לעומת זאת, השינוי בטמפרטורה של זאוליט ZSM-5 הייתה חלקה יחסית. זה בא לידי ביטוי התכונה שבה הפלט כוח קירור ירדה עם הזמן. שתי עקומות התגלה גם את ההבדל בביצועים של זאוליט סאפו-34 ו- ZSM-5.

הביצועים של המערכת מוערך על-ידי האינדקס של שוטר ו SCP זה נקבע על ידי הציוד (3) ואת הציוד (4), בהתאמה, התוצאות מוצגות בטבלה מס ' 2. על פי השינוי לא לינארית של הטמפרטורה של איור 6, שתי קבוצות של נתונים עבור ספיחה זמן tהמודעות = s ו- t 600המודעות = 1,800 s מוצגים. גם במקרה בטבלה, Qref בתוך לוקח s 600 קודם שיעור של יותר משני שליש הקיבולת קירור מוחלט של הזמן ספיחה s 1,800. ללא ספק, SCP עבור tהמודעות = 600 s הוא הרבה יותר גבוה עבור tהמודעות = 1,800 s, אולם התוצאות שוטר בטובת תוצאות אלו. השוטר הטוב ביותר בטבלה מס ' 2 הגיע 0.169. ניתוח שגיאות נערך ו חשף שאי הוודאות של השוטר היה בין 6.2 – 9.4% לקמפיינים בדיקה שונים. זה צריך להיות מוזכר כי המקסימום כאן שוטר הוא בטווח השוואתית של התוצאה על ידי אבו-חמדה. et al. 8 שלהם מערכת של אספן פרבולית שנוצר שוטר של 0.18-0.20. מדד SCP משקף את הפלט כוח מסוים של יכולת קירור של המיטה. SCP גבוה יותר מרמז כי כוח קירור עליון נוצר על ידי יחידת מסה adsorbent. התוצאה שנותחה הראו כי השוטר והן את SCP של סאפו-34 היו נעלה של ZSM-5, לא משנה אם הזמן ספיחה שהיה ארוכים או קצרים יותר.

Table 2
בטבלה 2: השוואה של הקיבולת קירור של זאוליט ZSM-5 וסאפו-34- לשם השוואה, כאן אנו מציגים את הביצועים מקיף של קירור ספיחה של זאוליט סאפו-34 ו- ZSM-5. מדד SCP או באמצעות מדד שוטר, מערכת סאפו-34 מציג את עליונותה על המערכת ZSM-5.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כמערכת תרמודינמי, הביצועים של התקן קירור סולרי ספיחה תלוי העיצוב האופטימלי התקינה של המערכת. אספקת חום וגם שיטת הקירור של המיטה חשובים להבטיח שהמערכת עובד טוב. קירור מים היא עדיפה על אוויר קירור בגלל הכוח גבוהה של הסעת חום העברת החום של המים. מוליכות גרועה של החומר adsorbent קבעה בדרך כלל את קצב ההעברה של חום מוגבלת של המיטה. כדי לשפר את העברת החום של המיטה, מדידות רבות נחשבו והמבנה שיפור של הסנפירים שנוספו פנימי. 19 סיליקה ג'ל הוא סוג אחר של חומר adsorbent פופולרי. אם ג'ל סיליקה משמשת במערכת סולארית ספיחה, הטמפרטורה desorption של המיטה חייב להיות מוגבל לפחות מ 95 ° C, כך סיליקה ג'ל לא להתייבש ולאבד פעילות.

כמו רוב מערכות אנרגיה מתחדשת, מערכת קירור ספיחה הנוכחית יש כמה חסרונות מבחינת יישומים הנדסיים. הבעיה בולטת היא העבודה לסירוגין של המערכת. עם הטבע מהותי של חימום-up וקירור-למטה, ספיחה המערכת לא יכולה לספק חשמל קר ללא הרף כמו מיטת יחיד משמש. כדי לפתור בעיה זו יש חוקרים נחשב מערכת מצומדת מיטה שני, שבו יכול להיות מיושם בטכניקה של חום משובי והעברת המוני. מערכות כאלה יכולות להיות מורכבות למדי אבל השיפור בביצועים היה לעיתים קרובות די משביע רצון. נקודה נוספת שצריך לקחת בחשבון היא ההשפעה של תנאי מזג אוויר. לימים מזג אוויר גרוע, יהיו מספיק אספקת אנרגיה סולארית על המערכת. במצב כזה, איזה מקור חום חילוף צריך להיות מוכן כך שהמערכת תוכל להמשיך לעבוד.

כטכנולוגיה אנרגיה ירוקה, מערכת קירור ספיחה השמש משכה תשומת לב רבה בעשור האחרון. השימוש באנרגיה סולארית מונע צריכת דלק מאובנים, ביעילות ומפחיתה את זיהום האויר. בנוסף, מערכת כזו יש אין רכיב מסתובב, בלי רעש, וכן ניתן לפרוס בגמישות. למרות היעילות של המערכת אינה דומה מערכות קירור קונבנציונאלי המשתמשות דחיסת אדים או אמוניה הקליטה, השפע של אנרגיה סולארית מציג משמעות פוטנציאלית עבור הזוהר בעתיד. מערכת שצורכת חשמל או דלק, היעילות של ביצועים הוא מאוד חשוב בגלל עלויות תפעול. לעומת זאת, אנרגיה סולארית היא חינם, המערכת היא עדיין מועיל גם אם השוטר אינה גבוהה מאוד.

. אנחנו לא בטוח כמה מהר סולרי טכנולוגיות ספיחה עשוי להחליף מערכות קירור קונבנציונאלי בקנה מידה גדול, כי ישנם כמה היבטים של טכניקה זו צריך שיפור נוסף. לפני שנתיים, נמסר כי חברת הגז טוקיו יפן לשים קדימה מסוג מסחרי מקרר ספיחה זה היה מונע על ידי חום פסולת תעשייתית. עם ההתפתחויות הכלכלה הגלובלית ואת הטכנולוגיה, בטכניקה של קירור ספיחה שמש מאי הראשון למצוא היישום שלה באזורים הכפריים מרחוק שבו האקלים חם בזמן רוב השנה.

הפעולה של מערכת זו כוללת ארבעה שלבים קריטיים. בהתאם לרצף הזמן, הם: החימום שלפני המיטה בתנאים סגורים; תהליך desorption עם הטמפרטורה מיטה להגדיל עוד יותר; הקירור של המיטה מאת מחדש במחזור מים או זרם האוויר; והתהליך ספיחה שיוצר את אפקט קירור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודת מחקר זה מומן על ידי את נבחרת מפתח בסיסי מחקר תוכנית של סין (No.2015CB251303), את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (מספר 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Sutuki, M. Application of adsorption cooling system to automobiles. Heat Recov Syst CHP. 4, (13), 335-340 (1993).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Sumathy, K., Li, Z. F. Experiments with solar-powered adsorption ice-maker. Renew Energy. 16, 704-707 (1999).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Mattox, D. M., Kominiak, G. J. Deposition of semiconductor films with high solar absorptivity. J Vac Sci Technol. 12, 182-185 (1975).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
מערכת ניסויית של ספיחה שמש קירור עם אספן מרוכז
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter