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Environment

Sistema sperimentale di refrigerazione solare adsorbimento con collettore concentrato

doi: 10.3791/55925 Published: October 18, 2017

Summary

Con l'energia solare come forza trainante, un sistema di refrigerazione di romanzo adsorbimento è stato sviluppato e studiato sperimentalmente. Vapore acqueo e zeolite ha formato la coppia di lavoro del sistema di adsorbimento. Questo manoscritto descrive l'installazione della piattaforma sperimentale, la procedura di funzionamento e i risultati importanti.

Abstract

Per migliorare le prestazioni di refrigerazione solare adsorbimento, un sistema sperimentale con un collettore solare a concentrazione è stato istituito e studiato. I componenti principali del sistema sono stati il letto adsorbente, il condensatore, l'evaporatore, il sub-sistema di raffreddamento e del collettore solare. Nella prima fase dell'esperimento, il letto del vapore saturo è stato riscaldato dalla radiazione solare in condizioni chiuse, che ha causato il letto temperatura e aumento della pressione. Quando la pressione di letto è diventato abbastanza alto, il letto è stato commutato per connetterti al condensatore, così vapor d'acqua scorreva continuamente dal letto al condensatore di essere liquefatto. Successivamente, il letto necessario per rinfrescarsi dopo il desorbimento. In condizione di schermatura solare, realizzata da foglio di alluminio, il ciclo dell'acqua circolante è stato aperto al letto. Con l'acqua circola continuamente nel letto, il calore immagazzinato nel letto era tirato fuori e la pressione letto diminuita di conseguenza. Quando la pressione letto caduto sotto la pressione di saturazione alla temperatura di evaporazione, è stata aperta la valvola all'evaporatore. Una massa di vapore acqueo si precipitò nel letto ed è stata adsorbita dal materiale zeolite. Con la massiccia vaporizzazione dell'acqua nell'evaporatore, l'effetto di refrigerazione è stato generato infine. Il risultato sperimentale ha rivelato che sia il COP (coefficiente di prestazioni del sistema) e SCP (raffreddamento potenza specifica del sistema) della zeolite SAPO-34 era superiore a quella della zeolite ZSM-5, non importa se il tempo di adsorbimento era più lungo o più brevi. Il sistema della zeolite SAPO-34 ha generato un poliziotto massimo di 0,169.

Introduction

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Con il problema di ozono di vapore tradizionale compresso refrigerazione crescendo più serio, sostituendo il tradizionale refrigerazione con tecnologia verde è diventato un argomento caldo negli ultimi anni. Tra quelle tecnologie verdi, la refrigerazione solare adsorbimento ha attirato molto l'attenzione dei ricercatori. Spinto dalla qualità inferiore energia termica, il sistema di refrigerazione di adsorbimento ha i vantaggi di essere ecologico, piccolo e flessibile. Questo sistema di adsorbimento può anche essere guidato con energia non solare, per esempio da cascami di calore scaricato dall'impianto termico o dai gas di scarico del motore dei veicoli, come citato da Hu et al. 1

In un adsorbimento sistema di raffreddamento, il letto di adsorbimento è il componente chiave. Relativo lavoro influisce direttamente sulle prestazioni dell'intero sistema. Pertanto, il design del letto adsorbimento è la questione più importante, come sottolineato da Sutuki. 2 una decina di anni fa, il letto era usato soprattutto nell'adsorbimento sistema di raffreddamento. 3 , 4 , 5 senza alcun dispositivo di concentrazione solare, la temperatura di base piana era generalmente bassa e quindi il poliziotto del sistema era insoddisfacente. Al contrario, il letto di adsorbimento tubolare migliorato il poliziotto. È stato segnalato che il poliziotto potrebbe raggiungere 0,21 nella regione sub-Sahara da Hadj Ammar et al. 6 inoltre, Wang et al. 7 sviluppato un adsorbente di piastra a spirale che si distingueva per la caratteristica di rigenerazione di calore continuo. Il disegno novello del letto adsorbimento accorciato il tempo di ciclo del sistema. Abu-Hamdeh et al. 8 hanno segnalato il loro studio sul sistema di refrigerazione solare adsorbimento con un collettore parabolico. Loro risultati dei test hanno mostrato il poliziotto del sistema ha variato da 0,18-0,20. Fadar El et al. 9 ha studiato un sistema di refrigerazione di adsorbimento che è stato accoppiato con un tubo di calore e arricchito con collettore parabolico, che ha mostrato un poliziotto ottima di 0.18.

Per migliorare il trasferimento di calore del letto tubolare, sono stati considerati alcuni adsorbitori di tubo alettato ed è stato esaminato l'effetto del potenziamento. Un letto innovativo che ha preso la forma dello scambiatore tubiero è stato presentato da Restuccia et al. 10. il tubo alettato interno è stato rivestito con uno strato di zeolite affinché la resistenza di contatto trasferimento di calore/massa tra la superficie metallica e il materiale adsorbente potrebbe essere ridotto. Il sistema ha prodotto una potenza di 30-60 W/kg di potenza di raffreddamento specifica nel tempo in bicicletta di 15-20 s. Al Mers et al. 11ha dimostrato che l'adsorbitore avanzata con pinne di 5-6 potrebbe ridurre significativamente la perdita di calore dell'adsorbitore atmosfera e migliorando così il poliziotto con 45%. L'effetto di un adsorbente di tubo alettato sulle prestazioni del sistema guidato solare inoltre è stata studiata da Louajari et al. 12. utilizzando carbone attivo-ammoniaca come la coppia di lavoro, hanno mostrato che il trasferimento di massa in bicicletta nell'adsorbitore con pinne era maggiore di quello senza pinne.

Nello studio corrente, abbiamo studiato sperimentalmente un sistema di refrigerazione solare migliore adsorbimento, in cui è stato applicato un raccoglitore di trogolo parabolico di inseguimento solare e un tunnel di raffreddamento interno è stato distribuito. Con la zeolite SAPO-34/ZSM-5 e il vapore acqueo come la coppia di lavoro, il sistema ha mostrato caratteristiche interessanti in termini di termodinamica e refrigerazione. La metodologia sperimentale, nonché i risultati dei test tipici saranno presentati e discussi in questo rapporto.

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Protocol

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1. messa a punto sperimentale

Nota: il sistema di refrigerazione di adsorbimento era composto il letto di adsorbimento, l'evaporatore, condensatore, la pompa del vuoto e il collettore solare attraverso ( Figura 1). Un dispositivo di inseguimento solare automatico con un trogolo parabolico è stato fabbricato e applicato nel sistema per migliorare l'efficienza del collettore solare. Il trogolo di inseguimento solare automatico era guidato dal dispositivo dell'ingranaggio a vite come mostrato in Figura 2. Il dispositivo è costituito da motore passo-passo, il worm, l'ingranaggio, il blocco in movimento limite e le ruote. Le dimensioni del dispositivo dell'ingranaggio a vite erano 21 x 80 cm 2. Il raccoglitore di trogolo concentra i raggi solari sul letto adsorbente, che si trovava lungo la linea di messa a fuoco del trogolo parabolico.

Figure 1
Figura 1: sistema sperimentale per solare refrigerazione di adsorbimento. (Top) schematica del sistema; (in basso) Fotografia del setup sperimentale. Il pannello superiore presenta i componenti del sistema sperimentale, che coinvolge l'evaporatore, condensatore, la pompa del vuoto, ecc il pannello inferiore consente di visualizzare la fotografia del sistema di refrigerazione di adsorbimento assemblato. Nel sistema, l'evaporatore e il condensatore è della struttura tubo alettato, un tipo di scambiatore di calore compatto. Il letto di adsorbimento è riformato da un collettore solare sottovuoto, in grado di catturare l'energia solare in modo efficace. Clicca qui per visualizzare una versione ingrandita Questa figura.

Figure 2
Figura 2: la struttura della scatola ingranaggi di vite senza fine. La scatola ingranaggi di vite senza fine è il dispositivo che trasforma la rotazione del motore passo a passo il movimento di inseguimento solare del trogolo parabolico. Oltre il motore passo a passo, la scatola ingranaggi di vite senza fine coinvolge anche il riduttore, le ruote, la vite senza fine, ecc tirando l'interruttore manuale/automatico maniglia a sinistra, ingranaggi 5a e 5b sono stati disattivati. Così, la depressione può essere controllata manualmente ruotando la rotella di mano. Tirando la maniglia manuale/automatico interruttore a destra, ingranaggi 5a e 5b sono impegnati insieme. Così, è controllato automaticamente dal motore passo-passo.

Metodo
  1. collegare il collettore solare di rilevamento all'albero della vite senza fine-ruota di una saldatura. Passare la rotazione del motore passo a passo per il collettore solare abbinando l'ingranaggio e la vite senza fine. Difficoltà il letto di adsorbimento tubolare insieme con il collettore con un paio di collari tubo.
    Nota: Guidato dal motore passo-passo, il sistema ruota ogni giorno da est a ovest per seguire il movimento solare automaticamente.
  2. Regolare l'angolo di inclinazione della saccatura al livello del suolo, in funzione della variazione dell'altitudine solare nelle diverse stagioni. Determinare l'angolo β inclinazione della saccatura di Φ la latitudine e il declinazione solare δ e la formula β = Φ - δ. Ruotare manualmente la ruota piccola che si trova nella parte inferiore della leva di regolazione dell'angolo per regolare l'angolo di inclinazione della saccatura (la parte del n. 13, Figura 1).
    Nota: In questo modo, la radiazione solare è più normale possibile sulla mangiatoia. Il sistema sperimentale era situato nel campus dell'Università di tecnologia di Pechino, alla latitudine 39.89 ° N e Longitudine 116.38 ° E. Il letto di adsorbimento ha assunto una forma cilindrica. È stato riformato da un ricevitore solare sottovuoto di un tubo ( Figura 3).

Figure 3
Figura 3 : struttura del letto adsorbimento e la distribuzione della temperatura sonda. (Top) schema della struttura del letto; (in basso) Sonde di temperatura ed il canale di trasferimento di massa nel letto. Il pannello superiore mostra la struttura base del letto. Il materiale adsorbente è messo nella cavità anulare tra il tubo di assorbimento solare e il canale di raffreddamento rame. I raggi solari penetrano il tubo di vetro e cadono sulla superficie del tubo solare-assorbente. Quindi, di conduzione di calore, l'energia solare viene trasferita al materiale adsorbente all'interno del letto. Il pannello inferiore mostra la posizione delle sonde di temperatura. Queste sonde sono utilizzate per monitorare il cambiamento di temperatura del letto durante il processo di adsorbimento/desorbimento. Clicca qui per visualizzare la versione ingrandita di questa figura.

  1. per promuovere la cattura dell'energia solare, ricoprire il tubo solare-assorbente del letto, (in acciaio inox con d = 64,5 mm) con uno strato di deposito di cromo nero con il metodo di rivestimento sotto vuoto. Consultare la letteratura precedentemente pubblicata su rivestimento selettivo per ulteriori informazioni su questa tecnica 13. Assicurarsi che il tasso di assorbimento solare di strato del rivestimento è 0.95, l'emissività infrarossa è 0,15 e lo spessore di strato del rivestimento è di 0,08 mm.
    Nota: Questo strato di rivestimento aiuta a catturare la radiazione solare in modo efficace ma molto leggermente emette stesso. Di conseguenza, l'energia solare entra facilmente il letto di adsorbimento e viene trasformato in termica entalpia di adsorbente efficacemente.
  2. Inserire un tubo di rame (d = 20 mm) lungo l'asse del letto adsorbimento. Fissare il tubo di rame al letto con la flangia (vedere la Figura 3, pannello superiore). Il tubo di rame funziona come il canale di raffreddamento del letto durante il processo di adsorbimento.
  3. Riempire il materiale adsorbente nella cavità anulare nel letto che è formata dal tubo di letto e il canale di raffreddamento rame. Utilizzare la zeolite SAPO-34 come il materiale adsorbente e l'acqua come refrigerante. Mettere 3,171 kg della zeolite SAPO-34 nel letto. La zeolite granulare di SAPO-34 è 5,7 mm di diametro.
  4. Distribuisce nove sonde di temperatura in tre sezioni trasversali del letto per monitorare il cambiamento di temperatura del letto durante il processo di adsorbimento/desorbimento ( Figura 3, pannello inferiore). Difficoltà una sonda a ogni sostenitore piccolo che è seduto sul canale di raffreddamento rame.
  5. Put sonde 1 e 2 nella sezione A-A vicino all'ingresso del letto adsorbimento. Mettere sonde 8 e 9 nei pressi del vicolo cieco del letto. Difficoltà le altre sonde a sezione B-B centrale (Vedi Figura 3).
  6. Inserire assialmente un canale di trasferimento di massa di d = 10mm nel letto. Assicurarsi che il canale di massa ha la forma di tubo reticolare ed è uguale alla lunghezza del letto adsorbimento (d letto = 64,5 mm). Estendere il canale verso il basso dall'ingresso e renderlo a stare nella giusta posizione con la forza di estrusione del materiale adsorbente. Il tubo reticolare aiuta il vapore acqueo per inserire velocemente la regione profonda del letto.

2. Metodo sperimentale

Nota: refrigerazione di adsorbimento è basato sul principio che il materiale adsorbente solido assorbe il vapore refrigerante fortemente a bassa temperatura, mentre dissorbisce il vapore ad una temperatura superiore. Utilizzo di calore come l'impulso di guida, viene raggiunto lo scopo della refrigerazione. Il ciclo di refrigerazione del sistema adsorbimento comporta principalmente quattro passi, vale a dire, il solare processo di riscaldamento, il processo di desorbimento, il processo di raffreddamento a letto e il processo di adsorbimento. Il processo di desorbimento inizia ancora una volta completato il processo di adsorbimento. Tutti i passaggi dell'esperimento sono altrettanto importanti perché essi sono interdipendenti e si influenzano a vicenda in modo interattivo.

  1. Regolare la messa a punto sperimentale mediante le seguenti procedure per avviare il riscaldamento solare e desorbimento del letto.
    1. Girare il trogolo parabolico manualmente fino a quando si trova di fronte due orientale prima dell'esperimento, in modo che la luce del sole irradia il raccoglitore di trogolo parabolico normalmente a mezzogiorno.
    2. Chiudere tutte le valvole che sono collegate al letto di adsorbimento e garantiscono la pressione del letto e il tubo è inferiore a 800 PA. rendere è pronto per il riscaldamento solare.
    3. Accendere l'impianto di perforazione di controllo del sistema quando la luce del sole è parallela alla linea dell'orizzonte al mattino. Rendere il trogolo automaticamente ruotare per tracciare il movimento solare.
    4. Consentire il letto di adsorbimento-saturi essere riscaldato dalla radiazione solare in condizioni chiuse. Di conseguenza, la temperatura del letto e il lettino pressione aumenterà gradualmente.
    5. Monitor il lettino di pressione con manometro (numero 6 nella Figura 1) fino a quando è supera al valore di pressione corrispondente alla temperatura di condensazione dell'ambiente. Secondo la termodinamica, la pressione di condensazione dell'acqua a 30 ° C è 4.246 PA.
  2. Avviare il processo di desorbimento.
    ​ Nota: nel processo di desorbimento, si verifica la condensazione del vapore acqueo. La temperatura di condensazione è determinata dalle condizioni meteorologiche locali il giorno dell'esame.
    1. Aprire la valvola che collega il letto e il condensatore. Flusso di vapore acqueo lascia nel condensatore attraverso il tubo di collegamento. Come vapore acqueo entra nel condensatore, la temperatura del condensatore aumenta gradualmente.
    2. Allo stesso tempo, mantenere il riscaldamento solare per il letto di adsorbimento, affinché la pressione letto rimane sufficientemente alta da causare il desorbimento. Non interrompere il riscaldamento solare fino a quando il processo è completato.
    3. Terminare il processo di desorbimento quando la pressione del letto è uguale alla pressione del condensatore. Chiudere la valvola quando il processo di desorbimento.
  3. Raffreddare il letto prima del processo di adsorbimento, come il letto è ancora nello stato di temperatura elevata dopo il desorbimento. Il materiale adsorbente può adsorbire in gran parte solo a bassa temperatura.
    1. Per avviare il processo di adsorbimento, schermare il letto di adsorbimento con un foglio di lamina di alluminio, in modo che il letto è tagliato fuori dalla radiazione solare.
    2. Chiudere tutte le valvole che collegano l'evaporatore e il condensatore.
    3. La circolazione dell'acqua-ciclo del letto aperto e raffreddare il materiale adsorbente. Con l'acqua circola continuamente nel letto, l'entalpia interna è tolto e il lettino pressione diminuisce corrispondentemente.
    4. Terminare il processo di raffreddamento quando la pressione letto scende sotto la pressione di vapore satura all'evaporatore ' temperatura di s.
      Nota: Essere pronti per il processo di refrigerazione di adsorbimento dopo il raffreddamento del letto. Ora la temperatura del letto è intorno alla temperatura dell'aria ambiente, e la pressione di letto ha raggiunto il livello minimo.
    5. Mantenere la circolazione dell'acqua-loop in uno stato di lavoro durante il processo di adsorbimento. L'adsorbimento è un processo esotermico, e il calore generato deve essere scaricato fuori appena possibile.
    6. Aprire la valvola tra il letto e l'evaporatore. Lasciate che la corsa del vapore acqueo nel letto dall'evaporatore.
      Nota: La riduzione del vapore dell'evaporatore provoca più acqua vaporizzare, che risulta nella drastica diminuzione della temperatura dell'evaporatore. Di conseguenza, l'evaporatore assorbe calore dal serbatoio dell'acqua dove l'evaporatore è seduto, e si ottiene un effetto di refrigerazione.
    7. Mantenere il processo di adsorbimento in corso e registrare il cambiamento di temperatura il letto e la pressione letto.
      Nota: Durante il processo di adsorbimento, la pressione di vapore nell'evaporatore diventa più basso e più basso, ma il letto temperatura aumenta rapidamente.
    8. Terminare il processo di adsorbimento, quando la pressione di letto è uguale alla pressione dell'evaporatore. In seguito, il processo di desorbimento seguirà ancora.

3. Metodo di riduzione di dati

  1. valutare le prestazioni del sistema di refrigerazione basato sulla capacità di refrigerazione e l'efficienza della trasformazione calore a freddo.
    ​ Nota: per il sistema corrente, la capacità di refrigerazione viene calcolata la quantità di massa dell'acqua vaporizzata e il cambiamento di temperatura dell'evaporatore stesso.
    1. Per determinare la capacità di refrigerazione totale (Rif. Q) del sistema, calcolare la somma di decremento entalpia dell'acqua refrigerata nel serbatoio, l'evaporatore in metallo e l'acqua residua nell'evaporatore dopo l'adsorbimento come segue:
      Equation 1
      dove c p a EQ. (1) è il calore specifico a pressione costante, e m indica la massa. C è un fattore di correzione per la capacità di refrigerazione dell'evaporatore considerando il trasferimento di calore tra il serbatoio dell'acqua e l'ambiente circostante, e si presume C = 1,15 secondo il principio del trasferimento di calore. Il pedice w ed e rappresenta l'acqua e l'evaporatore, rispettivamente. Nell'equazione m w, tan e m w, ev un è la massa dell'acqua refrigerata nel serbatoio e la massa dell'acqua residua nell'evaporatore, che corrisponde alla temperatura goccia ΔT w e ΔT e , rispettivamente.
      Nota: Per valutare l'efficienza della trasformazione calore a freddo è necessario l'input di energia solare per il letto.
    2. Determinare l'energia solare ingresso Q s come:
      Equation 2
      dove, io s, ho (t) è l'intensità solare transitoria registrato dall'Attinometro durante il processo di desorbimento. Il Δt di intervallo di tempo dell'acquisizione dati ai s, ho (t) è di 10 s. L'area di apertura del trogolo parabolico A p, l'efficienza riflettente della depressione superficiale ρ, la trasmittanza di τ di vetro del tubo e il coefficiente di assorbimento solare del rivestimento superficiale α, insieme con i parametri in EQ. (1), sono tutti elencati nella tabella 1.
    3. Basato sulla Q ref e la Q s ottenuti sopra, determinare il poliziotto del sistema di refrigerazione come 14:
      Equation 3
      β1 e β 2 sono fattori di correzione per l'energia solare ingresso Q s. β 1 è il fattore di correzione del grado non-parabolico della trogolo, che prende in considerazione la deformazione della depressione a causa delle limitazioni della tecnica di fabbricazione, e si presume β 1 = 0,85. β 2 è il fattore di correzione della reale quantità di calore ottenuta del letto. A causa delle dimensioni più piccole del tubo base del metallo del tubo di vetro esterno, la quantità di calore reale ottenuta è inferiore a quella riflessa verso il tubo di vetro. β 2 è deciso dal rapporto tra il letto di metallo diametro D 2 per il tubo di vetro diametro D 1. Con D 1 = 100 mm e D 2 = 64,5 mm, si è calcolato che β 2 = 0.645.
    4. Determinare la potenza di raffreddamento specifica del letto dai parametri dell'esperimento come 14:
      < imalt g = "Equazione 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      dove m un è la massa del materiale adsorbente e t annunci è la durata del processo di adsorbimento.

Table 1
tabella 1: valori del parametro in EQ. (1) ed EQ (2). In questa tabella sono elencati i parametri che sono coinvolti in EQ. (1) ed EQ (2). I parametri sono c p, p, α, ecc

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Representative Results

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Trasferimento di massa caratteristico del letto attraverso il processo di adsorbimento
Il letto di adsorbimento è sempre la componente più importante in un sistema di refrigerazione di adsorbimento, e il calore e la caratteristica di trasferimento di massa sono i principali fattori che influenzano le prestazioni dell'intero sistema. Analizzando il cambiamento di temperatura registrata nelle sezioni trasversali come illustrato nella Figura 3(pannello inferiore), è possibile conoscere il calore e le caratteristiche di trasferimento di massa del letto. La figura 4 Mostra la variazione dinamica della temperatura letto durante il processo di adsorbimento. La figura illustra che la capacità di trasferimento di massa della zeolite SAPO-34 è buona, per l'assorbimento dei punti alle diverse sezioni inizio quasi contemporaneamente. Se la resistenza di trasferimento di massa del letto è bassa, il letto può raggiungere l'equilibrio di adsorbimento in breve tempo, e sarà impiegato completamente il materiale adsorbente nel letto. Con la funzione di raffreddamento fortemente della convezione circolazione dell'acqua, la temperatura di tiro-up è stato trattenuto efficacemente dopo circa 400-600 s dell'adsorbimento, fatta eccezione per tempo-punto 9. Al contrario, per un'aria naturale metodo di raffreddamento, la temperatura del letto diminuirebbe relativamente lentamente. Il risultato sperimentale correlato è stato discusso accuratamente in Du et al. 14 l'effetto di raffreddamento meager del flusso d'aria frustrato lo scarico di calore del letto e quindi influenzato le prestazioni del ciclo del sistema di refrigerazione di adsorbimento. In confronto, raffreddamento ad acqua è stato molto meglio per il sistema.

Figure 4
Figura 4: Cambiamento di temperatura del letto del processo di adsorbimento per zeolite SAPO-34. Questa figura presenta la variazione della temperatura del letto nel processo di adsorbimento. Attraverso la variazione della temperatura, possiamo analizzare le caratteristiche di trasferimento di massa del letto. Il tasso di risposta della temperatura riflette il tasso di assorbimento del materiale nel letto.

Trasferimento di calore caratteristico del letto attraverso il processo di desorbimento
Il processo di adsorbimento è un fenomeno di trasferimento di massa e calore accoppiati. L'adsorbimento/desorbimento di adsorbente è altamente legato al cambiamento di temperatura del letto. Tuttavia, il trasferimento di calore caratteristico del letto non è solo determinato dalle proprietà termiche di adsorbente stessa, ma anche dalla struttura del letto. Tendiamo a scegliere un materiale con una capacità di adsorbimento forte e alta conducibilità. Ma purtroppo, molto spesso queste qualità sono in conflitto. Un materiale poroso con buon adsorbimento esibisce solitamente scarsa conducibilità. Molti fattori (ad esempio, la struttura molecolare, il metodo di lavorazione, la dimensione delle particelle, ecc.) possono influenzare le proprietà termiche dell' adsorbente15,16. Figura 5 Mostra la variazione di temperatura media del letto nel processo di desorbimento per la zeolite SAPO-34 e ZSM-5. Per facilitare il confronto, l'intensità solare registrato nella campagna di test inoltre è presentata. Anche se l'intensità solare era quasi lo stesso per le due zeoliti, l'incremento della temperatura era abbastanza differente. Per la zeolite ZSM-5, la temperatura era salita superano i 32 ° C, mentre per il SAPO-34 era solo 17 ° C. Questo risultato ha rivelato che la capacità di trasferimento di calore della zeolite ZSM-5 era migliore di quella della zeolite SAPO-34. Il trasferimento di massa tra adsorbente e il vapore è il processo più importante, ma solo con il supporto del trasferimento di calore può essere realizzato un buon trasferimento di massa.

Figure 5
Figura 5 : Il cambiamento della temperatura media del letto durante il processo di desorbimento. Questa figura mostra la differenza nel trasferimento di calore tra la zeolite SAPO-34 e la zeolite ZSM-5. Durante il tempo di desorbimento s 600, l'incremento della temperatura per la zeolite ZSM-5 e SAPO-34 zeolite è stato molto diverso. Per la zeolite ZSM-5, l'aumento della temperatura era 32,52 ° C, mentre per la zeolite SAPO-34 l'aumento era solo 17,02 ° C. Presso la stessa condizione di riscaldamento solare, l'incremento di temperatura più grande della zeolite ZSM-5 indica la sua superiorità di trasferimento di calore rispetto al SAPO-34 zeolite.

Il desorbimento caratteristico del letto
In generale, l'uscita della potenza di refrigerazione per un sistema di adsorbimento è determinato dalla caratteristica adsorbente e la velocità di trasferimento di calore del letto. Di solito, il tempo per il processo di desorbimento è più del tempo per il processo di adsorbimento. È indispensabile conoscere che le caratteristiche del calore trasferimento nel letto durante il desorbimento. Qui l'indice del grado di desorbimento (t) è utilizzato per valutare la completezza di desorbimento del letto. (T) è definita come il rapporto tra la quantità desorbito di vapore refrigerante, da inizio al tempo t e l'importo totale dell'assorbimento del vapore nel processo di adsorbimento.

Con i dati sperimentali, si ottengono i (t) del letto in momenti diversi di desorbimento. In primo luogo, è dimostrato che il grado di desorbimento è stato migliorato in una certa misura come il letto aumentata della temperatura. Per il sistema di zeolite SAPO-34, i (t) è aumentato da 54,9% a t = 1 h al 69,3% a t = 2 h. D'altra parte, allo stesso tempo desorbimento, il sistema ZSM-5 ha mostrato un effetto di desorbimento peggiore rispetto al sistema di SAPO-34. 14 anche se la temperatura del letto del SAPO-34 era comparativamente più bassa, come precedentemente discusso per quanto riguarda la Figura 5, il suo grado di desorbimento era meglio. Questo ci dice che la zeolite SAPO-34 è più adatta da utilizzare come il materiale adsorbente. Questa caratteristica del SAPO-34 zeoilite è stato anche sottolineata dal Gordeeva et al. 17

La capacità di refrigerazione del sistema
La capacità di refrigerazione del sistema di adsorbimento è fondamentalmente riflette la diminuzione di temperatura del serbatoio dell'acqua. I risultati del test per la temperatura del serbatoio sono presentati nella Figura 6. La temperatura del serbatoio cambiato con il tempo in un modo non lineare. Esso è diminuito rapidamente entro il primo 600 s il tempo di adsorbimento, e quindi la temperatura diminuisce rallentato. In confronto i profili di due temperatura di SAPO-34 e la zeolite ZSM-5, è noto che la capacità di refrigerazione delle due zeoliti era piuttosto diversa. Il decremento di temperatura del serbatoio dell'acqua riflette direttamente la capacità di refrigerazione del sistema. Ovviamente, il calo della temperatura per il sistema di SAPO-34 era molto maggiore di quella per il sistema ZSM-5. Con migliori caratteristiche di desorbimento come accennato in precedenza, la zeolite SAPO-34 ha esibito una maggiore capacità di refrigerazione che la zeolite ZSM-5. Questa identificazione è coerenza con la conclusione della Gordeeva et al. 16 e Kakiuchi et al. 18

-together.within-pagina = "1" >Figure 6
Figura 6: La variazione di temperatura del serbatoio dell'acqua refrigerata. In generale, la variazione di temperatura dell'acqua refrigerata nel serbatoio evaporatore non era lineare. Per la zeolite SAPO-34, esso è diminuito rapidamente entro il primo 600 s e poi il declino rallentato. Al contrario, il cambiamento di temperatura della zeolite ZSM-5 è stato relativamente veloce. Questo riflette la caratteristica che la potenza di refrigerazione è diminuita con tempo. Le due curve hanno rivelato anche la differenza di prestazioni di zeolite SAPO-34 e ZSM-5.

Le prestazioni del sistema viene valutata dall'indice del COP e SCP che è determinata dalla EQ. (3) ed EQ. (4), rispettivamente, e i risultati sono mostrati nella tabella 2. Secondo il cambiamento non lineare della temperatura nella Figura 6, due insiemi di dati per l'adsorbimento tempo tannunci = 600 s e tannunci = 1.800 s sono presentati. Sia per caso nella tabella, il QRif entro i primi 600 s prende una percentuale di oltre due terzi della capacità di refrigerazione totale del tempo di adsorbimento s 1.800. Ovviamente, il SCP per tannunci = 600 s è molto più alto che per tannunci = 1.800 s, tuttavia i risultati COP eseguire contrariamente a questi risultati. Il miglior poliziotto nella tabella 2 ha raggiunto 0,169. Analisi degli errori è stato condotto e ha rivelato che l'incertezza del poliziotto era tra 6.2 – 9,4% corrispondente alle campagne di test diversi. Ha bisogno di essere menzionato che il massimo poliziotto qui è nella gamma comparativa del risultato di Abu-Hamdeh et al. 8 il loro sistema del collettore parabolico generato un poliziotto di 0,18-0,20. L'indice di SCP riflette la potenza specifica della capacità di refrigerazione del letto. Un SCP più alto implica che una maggiore potenza di refrigerazione è generata da un'unità di massa adsorbente. I risultati analizzati hanno dimostrato che sia il poliziotto e il SCP del SAPO-34 erano superiori a che della ZSM-5, non importa se il tempo di adsorbimento era più o meno lungo.

Table 2
Tabella 2: confronto tra la capacità di refrigerazione di zeolite ZSM-5 e SAPO-34. Per confronto, qui vi presentiamo la prestazione completa della refrigerazione di adsorbimento di zeolite SAPO-34 e ZSM-5. L'indice di SCP o dall'indice COP, il sistema di SAPO-34 mostra sua superiorità al sistema ZSM-5.

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Come un sistema termodinamico, le prestazioni di un dispositivo di refrigerazione solare adsorbimento dipendono la progettazione ottimale e il corretto funzionamento del sistema. Sia la fornitura di calore e il metodo di raffreddamento del letto sono importanti per garantire che il sistema funziona bene. Raffreddamento ad acqua è preferibile a causa della elevata resistenza di trasferimento di calore di convezione dell'acqua di raffreddamento ad aria. La scarsa conducibilità del materiale adsorbente solitamente ha determinato la velocità di trasferimento di calore limitato del letto. Per migliorare il trasferimento di calore del letto, molte misure sono state considerate come la struttura di valorizzazione delle pinne inserita internamente. 19 gel di silice è un altro tipo di materiale adsorbente popolare. Se un gel di silice è utilizzato nel sistema solare di adsorbimento, la temperatura di desorbimento del letto deve essere limitata a meno di 95 ° C, così che il gel di silice non diventare disidratato e perdere attività.

Come la maggior parte dei sistemi di energia rinnovabile, l'attuale sistema di refrigerazione di adsorbimento ha alcune lacune in termini di applicazioni di ingegneria. Il problema notevole è il lavoro intermittente del sistema. Con la natura intrinseca del riscaldamento e raffreddamento, il sistema di adsorbimento non può fornire potenza freddo continuamente come un letto singolo viene utilizzato. Per risolvere questo problema alcuni ricercatori considerato un sistema coniugato di due camere da letto, in cui la tecnica di calore rigenerativo e trasferimento di massa potrebbe essere applicata. Tali sistemi possono diventare piuttosto complessi, ma il miglioramento delle prestazioni era spesso abbastanza insoddisfacente. Un altro punto che deve essere considerato è l'effetto di condizione meteo. Per giorni di maltempo, ci saranno non sufficiente approvvigionamento di energia solare per il sistema. In una situazione del genere, qualche fonte di calore di ricambio deve essere pronto in modo che il sistema può continuare a lavorare.

Come una tecnologia di energia verde, il sistema di refrigerazione solare adsorbimento ha attirato molta attenzione nell'ultimo decennio. L'uso di energia solare evita il consumo di combustibile fossile e riduce efficacemente l'inquinamento atmosferico. Inoltre, tale sistema ha nessun componente rotante, nessun rumore e può essere distribuito in modo flessibile. Anche se l'efficienza del sistema non è paragonabile ai sistemi di refrigerazione convenzionali che utilizzano la compressione a vapore o l'assorbimento di ammoniaca, l'abbondanza di energia solare presenta un potenziale significato per la luminanza in futuro. Per un sistema che consuma elettricità o combustibile, l'efficienza delle prestazioni è molto importante a causa dei costi di funzionamento. Al contrario, l'energia solare è gratuita e il sistema è ancora vantaggioso anche se il poliziotto non è molto alto.

Non siamo certo quanto velocemente solare tecnologie di adsorbimento possono sostituire sistemi di refrigerazione convenzionali in larga scala, perché ci sono alcuni aspetti di questa tecnica che hanno bisogno di ulteriore miglioramento. Un paio di anni fa, è stato riferito che il Gas Corporation di Tokyo in Giappone ha presentato un tipo commerciale di frigorifero di adsorbimento che fu guidata da calore di scarto industriale. Con gli sviluppi dell'economia globale e la tecnologia, la tecnica di refrigerazione solare adsorbimento può in primo luogo trovare la sua applicazione nelle remote zone rurali dove il clima è caldo nella maggior parte del tempo dell'anno.

Il funzionamento di questo sistema prevede quattro passaggi critici. Secondo la sequenza temporale, essi sono: il pre-riscaldamento del letto in condizioni chiuse; il processo di desorbimento con la temperatura di letto aumentando ulteriormente; il raffreddamento del letto di ricircolo di acqua o un flusso d'aria; e il processo di adsorbimento che genera l'effetto di refrigerazione.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro di ricerca è stato sponsorizzato dalla chiave base ricerca programma della Cina nazionale (No.2015CB251303) e la Fondazione di scienza naturale nazionale della Cina (No. 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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References

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Sistema sperimentale di refrigerazione solare adsorbimento con collettore concentrato
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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).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).

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