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집중 수집기 태양 흡착 냉장의 실험 시스템

doi: 10.3791/55925 Published: October 18, 2017

Summary

원동력으로 태양 에너지, 새로운 흡착 냉각 시스템 개발 되어과 실험적으로 조사. 수증기와 제 올 라이트 흡착 시스템의 작업 쌍을 형성 했다. 이 원고는 실험 장비, 작업 절차 및 중요 한 결과의 설치를 설명합니다.

Abstract

태양 흡착 냉각 성능 향상을 위해 태양 농도 수집기와 실험적인 시스템 설정 하 고 조사 했다. 시스템의 주요 구성 요소는 adsorbent 침대, 콘덴서, 증발, 냉각 하위 시스템, 그리고 태양 열 수집기를 했다. 실험의 첫 번째 단계에서 증기 포화 침대 침대 온도 및 압력 증가를 일으킨 닫힌된 조건에서 태양 복사에 의해가 열 되었다. 침대 압력 충분히 높이 때, 침대는 콘덴서에 연결을 전환 했다, 따라서 수증기 흘러 계속 침대에서 액 화 수를 콘덴서. 다음, 침대는 탈 착 후 진정 하는 데 필요한. 태양 열 차폐 상태, 알루미늄 호 일에 의해 달성에서 순환 물 루프 침대에 열렸다. 침대에서 지속적으로 순환 하는 물으로 침대에 저장 된 열은 밖으로 갔고 침대 압력 감소 따라. 침대 압력 증발 온도에서 포화 압력 아래 삭제, 밸브는 증발 기를 열었습니다. 수증기의 질량 침대로 돌진 하 고 비 석 자료에 의해 흡착 했다. 물 증발에의 거 대 한 증발, 냉각 효과 마지막으로 생성 되었습니다. 실험 결과 경찰 (시스템의 성능 계수)과 SAPO-34 비 석의 SCP (특정 시스템의 냉각 힘) 흡착 시간 이상 여부 상관 없이 ZSM-5 비 석의 그것 보다 더 큰 이라고 밝혔다 또는 더 짧은. SAPO-34 비 석의 시스템 생성 0.169의 최대 경찰.

Introduction

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전통적인 증기의 오존-고갈 문제와 성장 하는 더 심각한, 전통적인 냉동 녹색 기술로 대체 하는 압축된 냉동 최근 몇 년 동안에서 화제가 되고있다. 그 녹색 기술, 태양 흡착 냉장 많은 연구자의 관심을 모으고 있다. 낮은 열 에너지에 의해 구동, 흡착 냉장 시스템 환경, 친절 하 고 유연한 되 고의 이점이 있다. 이 흡착 시스템 구동 수 있습니다 또한 수 아닌 태양 에너지, 예를 들어 열 장비에서 배출 하는 폐 열 또는 차량에서 엔진 배기 가스 후 했 듯이. 1

냉각 장치는 흡착 흡착 침대에서는 핵심 구성 요소입니다. 그것의 일은 전체 시스템의 성능을 직접 영향을 줍니다. 따라서, 흡착 침대의 디자인은 Sutuki에 의해 지적으로 가장 중요 한 문제 이다. 2 10 년 전, 평면 침대 대부분에 사용 되었다 흡착 냉각 시스템. 3 , 4 , 5 어떤 태양 집중 장치 없이 평면 침대 온도 일반적으로 낮은 이었고 따라서 시스템의 경찰 만족 스러웠다. 대조적으로, 관 흡착 침대 경찰 개선. 그것은 경찰이 0.21 사하라 지역에 도달할 수에 의해 보도 했다 Hadj Ammar 외. 6 또한, 왕 외. 7 연속 열 재생의 특성에 의해 구별 되었다 나선형 플레이트 adsorber 개발. 시스템의 사이클 시간을 단축 하는 흡착 침대의 새로운 디자인. 아 부-Hamdeh 외. 8 포물선 트 로프 수집기 태양 흡착 냉각 시스템에 그들의 연구를 보고 했다. 그들의 테스트 결과 0.20 0.18에서 변화 하는 시스템의 경찰을 보여주었다. 엘 Fadar 외. 9 공부는 흡착 냉각 시스템을 히트 파이프와 결합 되었고 0.18의 최적의 경찰을 보여주는 포물선 트 로프 수집기에 의해 구동.

관의 열 전달 향상, 일부 지 느 러 미 튜브 adsorbers 여겨졌다 고 향상의 효과 검사 했다. 쉘 및 튜브 열교환기의 형태로 했다 혁신적인 침대 Restuccia 그 외 여러분 에 의해 제시 되었다 10. 내부 지 느 러 미 튜브의 열/금속 표면과 adsorbent 자료 사이 연락처 전송 저항을 줄일 수 있도록 비 석 레이어와 코팅 했다. 15-20 미 알 메 의 사이클 시간에 특정 냉각 힘의 30-60 W/kg의 출력을 생산 하는 시스템 115-6 지 느 러 미와 함께 향상 된 adsorber 분위기와 경찰이 45% 향상 하는 adsorber의 열 손실을 줄일 수 입증. 태양 전지 구동된 시스템의 성능에 지 느 러 미 튜브 adsorber의 효과 또한 Louajari 그 외 여러분 에 의해 공부 되었다 12. 활성 탄소 암모니아를 사용 하 여 작업 쌍으로, 그들은 지 느 러 미와 adsorber에서 자전거 대량 전송 보다 지 느 러 미 없이 컸다 보였다.

현재 연구에서 우리는 실험적으로 향상 된 태양 흡착 냉각 시스템, 태양 추적 포물선 트 로프 수집기 적용 및 내부 냉각 터널 배포 된 공부. SAPO-34/ZSM-5 제 올 라이트와 작업 쌍으로 수증기 시스템 열역학 및 냉동 흥미로운 특성을 보였다. 일반적인 테스트 결과 뿐만 아니라 실험 방법론을 제시 하 고이 보고서에서 논의 것입니다.

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Protocol

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1. 실험적인 체제

참고: 흡착 냉장 계 흡착 침대, 증발, 응축 기, 진공 펌프, 그리고 태양 여 물통 수집가의 구성 되었다 ( 그림 1). 포물선 트 로프와 자동 태양광 추적 장치는 제조 하 고 태양 열 수집기의 효율성을 개선 하기 위해 시스템에 적용 했다. 그림 2와 같이 자동 태양광 추적 물마루 웜 기어 장치에 의해 구동 했다. 스테퍼 모터, 웜, 기어, 이동 제한 블록 및 수동 휠 장치에 의하여 이루어져 있다. 웜 기어 장치의 크기 21 x 80 c m 2 했다. 여 물 수집기 비유 여 물통의 초점 라인을 따라 위치한 adsorbent 침대에 태양 광선을 집중.

Figure 1
그림 1: 실험 시스템 태양 흡착 냉각입니다. 시스템;의 (최고) 회로도 (아래) 실험적인 체제의 사진입니다. 상단 패널 선물는 증발 기, 콘덴서, 진공 펌프를 포함 하는 실험 시스템의 구성 요소, 아래쪽 패널 조립된 흡착 냉각 시스템의 사진이 표시 됩니다. 시스템에는 증발 기 및 응축 기 핀 튜브 구조, 소형 열 교환기의 종류입니다. 흡착 침대 진공 태양 열 수집기, 태양 에너지를 효과적으로 캡처할 수 있는에서 개혁. 의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오 이 그림.

Figure 2
그림 2: 웜 기어 박스 구조. 웜 기어 박스는 포물선 트 로프의 태양 추적 운동 스테퍼 모터의 회전 변환 장치입니다. 스테퍼 모터 이외에 웜 기어 상자 또한 포함는 감속 기, 수동 바퀴, 웜 샤프트, 수동/자동 스위치를 당기는 왼쪽 핸들, 기어 5a 및 5b 버너. 따라서, 구 유 손 바퀴를 회전 하 여 수동으로 제어할 수 있습니다. 오른쪽에 수동/자동 스위치 핸들을 당겨, 기어 5a와 5b는 약혼 함께. 따라서, 그것은 스테퍼 모터에 의해 자동으로 제어 됩니다.

  1. 연결 용접에 의해 웜 휠 축 추적 태양광 수집기 방법. 기어 및 웜 일치 하 여 태양 열 수집기를 스테퍼 모터의 회전을 전달 합니다. 수집기와 관 흡착 침대 파이프 목걸이의 쌍 수정.
    참고: 스테퍼 모터에 의해 구동, 시스템 회전 매일 동쪽에서 움직임을 따라 태양 자동으로 서쪽.
  2. 다른 계절에 태양 고도의 변화에 따라 지상, 여 물통의 기울이기 각도 조정합니다. 지역의 위도 Φ와 태양 낙 세 δ, 여 물통의 틸팅 각도 β 및 수식 β 결정 = Φ-δ. 수동으로 여 물통의 틸팅 각도 조절 각도 조정 레버의 아래쪽에 있는 작은 바퀴 회전 (13의 부분 그림 1).
    참고:이 방법에서는, 태양 복사는 구 유에 가능한 정상적으로. 실험 시스템에서 위도 39.89 ° N와 경도 116.38 ° E. 베이징 기술 대학 캠퍼스에 위치 했다 흡착 침대 원통형 형태를 했다. 그것은 튜브 ( 그림 3)의 진공 태양 수신기에서 개혁 되었다.

Figure 3
그림 3 : 흡착 침대와 온도의 배포의 구조 프로브입니다. (최고) 회로도 침대 구조; (아래) 온도 프로브 그리고 침대에서 대량 전송 채널. 상단 패널의 기본 구조를 보여 줍니다. Adsorbent 소재 태양 흡수 관 및 구리 냉각 채널 사이의 고리 모양의 구멍에 넣습니다. 태양 광선은 유리 튜브를 관통 하 고 태양 흡수 관의 표면에가. 다음, 열 전도 의해 태양 에너지는 침대 안으로 adsorbent 자료에 전달 됩니다. 하단 패널 온도 감지기의 위치를 보여줍니다. 이 감지기는 동안 흡착/탈 착 과정. 침대의 온도 변화를 모니터링 하는 데 사용 됩니다 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오 이 그림의.

    태양 에너지의 캡처 홍보
  1. 코트, 침대의 태양 흡수 관 (스테인레스 스틸 d = 64.5 m m) 진공 코팅 방법에 의해 블랙 크롬 예금의 층으로. 이 기술은 13에 대 한 자세한 내용은 선택적 코팅에 대 한 이전 게시 된 문학을 참조 하십시오. 코팅 층의 태양광 흡수 율은 0.95, 적외선 방사 율은 0.15, 및 코팅 층의 두께 0.08 m m.
    참고:이 코팅 층 태양 복사를 효과적으로 잡을 수 있지만 자체 아주 약간 방출. 그 결과, 태양 에너지 흡착 침대로 쉽게 가져오고 열 엔 탈피는 흡착 제를 효과적으로 변환 됩니다.
  2. 구리 튜브 삽입 (d = 20 m m) 흡착 침대의 축. 플랜지와 함께 침대에 동 관을 수정 ( 그림 3, 맨 위 패널 참조). 구리 튜브 흡착 과정에서 침대의 냉각 채널 역할.
  3. 침대 튜브와 구리 냉각 채널에 의해 형성 되는 침대에서 고리 모양의 구멍에 adsorbent 자료 작성. Adsorbent 소재로 SAPO-34 제 올 라이트를 사용 하 고 냉 매로 서 물. 침대로 SAPO-34 비 석의 3.171 kg을 넣어. 세부적인 SAPO-34 비는 직경에서 5.7 m m.
  4. 흡착/탈 착 과정 ( 그림 3, 하단 패널) 침대의 온도 변화를 모니터링 하는 침대의 3 개의 횡단면에 9 개의 온도 프로브를 배포 합니다. 구리 냉각 채널에 장착 되는 각 작은 팬에 프로브를 수정.
  5. 넣어 프로브 1과 섹션에서 2 A-A 흡착 침대의 입구 근처. 프로브 8 및 9 죽은 끝 근처의 침대를 넣어. 가운데 B B 섹션에서 다른 프로브를 수정 ( 그림 3 참조).
  6. 삽입 축방향 d의 대량 전송 채널에서 침대에 10 m m =. 대량 채널으로 튜브의 형태는 하 고 흡착 침대의 동일한 길이 (d 침대 = 64.5 m m). 입구에서 아래쪽으로 채널을 확장 하 고 adsorbent 재료의 압출 힘으로 적당 한 위치에 서 서. 망상 튜브 수 침대의 깊은 영역을 신속 하 게 입력 하 수증기.

2. 실험 방법

참고: 흡착 냉각 고체 adsorbent 물자 그것은 높은 온도에서 증기를 desorbs 동안 강력 하 게 낮은 온도에서 냉 매 증기를 드리웁니다 원칙에 기반. 열을 사용 하 여 운전 하는 원동력으로, 냉동의 목적에 도달. 주로 4 개의 단계, , 태양 흡착 시스템의 냉동 사이클 포함 난방 업 과정, 탈 착 과정, 침대 냉각 과정 및 흡착 과정 탈 착 과정 흡착 프로세스가 완료 된 후 한 번 다시 시작 합니다. 상호 대화식으로 서로 영향을 미칠 때문에 실험의 모든 단계는 동등 하 게 중요 하다.

  1. 실험 설치 태양 열 난방 및 침대의 탈 착을 시작 하려면 다음 절차에 의해 규제.
    1. 차례 포물선 트 로프 수동으로 직면 하 고 때까지 인해 햇빛 조사 시 일반적으로 포물선 트 로프 수집기는 실험 전에 이스트.
    2. 흡착 침대에 연결 되어 있고 침대의 압력을 보장 하는 모든 밸브를 차단 하 고 파이프는 800 아래 아빠 만들기 태양 열에 대 한 준비.
    3. 전환 시스템의 제어 장비에 태양 빛은 아침에 수평선 라인에 평행 하 게 됩니다. 자동으로 회전 태양 움직임을 추적 하 여 물 만들기.
    4. 흡착 포화 침대 닫힌된 조건에서 태양 복사에 의해가 열 될 수 있습니다. 그 결과, 침대 온도 침대 압력 점차적으로 증가 합니다.
    5. 모니터 침대 압력까지 압력 게이지 ( 그림 1에서 6 번호)와 환경의 응축 온도에 해당 하는 압력 값 보다 높은 수준 이다. 에 따르면 열역학, 30 ° C에 물의 응축 압력은 4,246 실바
  2. 탈 착 과정 시작.
    ​ 참고: 탈 착 과정에서 수증기의 응축 발생 합니다. 응축 온도 시험 당일 현지 기상 조건에 의해 결정 됩니다.
    1. 오픈 침대와 콘덴서를 연결 하는 밸브. 연결 파이프를 통해 콘덴서에 게 수증기 흐름. 수증기는 콘덴서로, 콘덴서의 온도 점차적으로 일어날 것 이다.
    2. 같은 시간에 계속 흡착 침대에 태양 열 난방 침대 압력은 탈 착을 일으킬 만큼 높은 되도록. 프로세스가 완료 될 때까지 태양 열 난방을 중지 하지 마십시오.
    3. 침대의 압력은 콘덴서의 압력에 때 탈 착 과정 종료. 탈 착 과정 위에 있을 때 밸브를 해제.
  3. 침대는 탈 착 후 고온의 상태에서 여전히으로 흡착 과정을 하기 전에 침대를 진정. Adsorbent 자료만 낮은 온도에서 흡착 크게 수 있습니다.
    1. 흡착 과정을 시작, 방패는 알루미늄 호 일 시트와 흡착 침대 침대 태양 복사에서 잘라 있도록.
    2. 증발 및 응축을 연결 하는 모든 밸브를 닫습니다.
    3. 침대의 순환 물 루프 열고 진정 adsorbent 소재. 침대에서 지속적으로 순환 하는 물, 내부 엔 탈피는 밖으로와 침대 압력 감소 대응.
    4. 침대 압력 증발에서 포화 증기압 이하로 떨어질 때 냉각 과정 종료 ' s 온도.
      참고: 침대의 냉각 후 흡착 냉각 과정에 대 한 준비가 될. 이제 침대 온도 대기 온도, 주위 침대 압력 최소 수준에 도달 했습니다.
    5. 흡착 과정에서 작업 상태에 순환 물 루프를 유지. 흡착은 발열 과정, 그리고 생성된 열 밖에 서 최대한 빨리 출력 될 필요가.
    6. 침대와 증발 사이의 밸브를 엽니다. 증발에서 침대로 물 증기 러쉬 게.
      참고: 증발 증기 감소 하면 증발, 증발 온도 감소에 과감 한 결과 더 많은 물을. 증발 어디 증발 장착 되 고 냉각 효과 얻을 수 있다 물 탱크에서 열을 흡수 하는 consequentially,.
    7. , 흡착 과정을 유지 하 고 침대 온도 침대 압력의 변화를 기록.
      참고: 흡착 과정에서 증발에 증기 압력 되 낮은 고 침대 하지만 낮은 온도 빠르게 증가.
    8. 침대 압력은 증발 기 압력 때 흡착 과정 종료. 나중에, 탈 착 과정 다시 수행 합니다.

3. 데이터 감소 방법

  1. 냉동 용량 및 열 감기 변환의 효율성에 따라 냉동 시스템의 성능 평가.
    ​ 참고: 현재 시스템에 대 한 냉동 용량 대량 증발된 물 및 자체 증발 기의 온도 변화에 의해 계산 됩니다.
    1. 시스템의 전체 냉각 용량 (Q ref)를 결정 하는 흡착 후 다음과 같이 탱크, 금속 증발 그리고 증발에 잔여 물에 냉된 수의 엔 탈피 감소의 합계를 계산:
      Equation 1
      c p 식 (1)에 일정 한 압력에서 특정 열 및 m 질량을 나타냅니다. C 물 탱크 및 주위 환경 사이의 열 전달을 고려 하는 증발 기의 냉각 용량을 수정 계수 이며 C 가정 열 전달의 원리에 따르면 1.15 =. 아래 첨자 w와 e는 물 및 증발 기, 각각 나타냅니다. 방정식 m w, 탄과 m w, ev는 은 탱크에서 냉각수의 질량과 온도 강하 δ T w 및 δ T에 해당 하는 증발 기에서 잔여 물의 질량 e , 각각.
      참고: 침대에 태양 에너지 입력 열 감기 변환의 효율성을 평가 하기 위해 필요 하다.
    2. 결정으로 태양 에너지 입력된 Q s:
      Equation 2
      어디, 내가 s, 난 (t)는 탈 착 과정은 actinometer에 의해 기록 된 과도 태양 강도. 내가 데이터 수집의 시간 간격 δ t s, 난 (t)는 10 s. 여 물 표면 ρ의 포물선 트 로프는 p, 반사 효율, 튜브 유리 τ의 투과율 및 매개 변수 함께 코팅 표면 α의 태양 흡수 계수의 조리개 영역 식 (1), 모든 표 1에 나열 됩니다.
    3. 기반 Q ref에 위에서 얻은 Q s 14로 냉동 시스템의 경찰 결정:
      Equation 3
      β1 및 β 2 수정 하는 요소는 태양 에너지 입력된 Q s. β 1은 비 포물선 정도의의 수정 계수는 구 유는 고려 여 물통의 변형 제조 방법의 제한 그리고 β 1 가정 0.85 =. β 2 침대의 취득된 열의 실제 금액의 수정 계수는 이다. 크기 때문에 작은 금속 침대 튜브의 외부 유리관 보다, 실제 얻은 열 금액 보다 작습니다 유리 튜브에 반영. β 2 유리 튜브 직경 D 1를 금속 침대 지름 D 2의 비율에 의해 결정 됩니다. D 1 = 100 m m과 D 2 = 64.5 m m, 계산 되는 β 2 = 0.645.
    4. 14로 실험의 매개 변수에 의해 침대의 특정 냉각 힘 결정:
      < 임g alt = "방정식 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      adsorbent 물자의 질량은 m는 및 t 광고는 흡착 과정의 기간.

Table 1
표 1: 식 (1) 및 식 (2)에서 매개 변수 값. 식 (1)식 (2)에 관련 된 매개 변수는이 테이블에 나열 됩니다. 매개 변수는 c p, p, α,

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Representative Results

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대량 전송 흡착 과정을 통해 침대의 특성
흡착 침대는 항상 가장 중요 한 구성 요소는 흡착 냉각 시스템에 고 열 및 대량 전송 특성은 전체 시스템의 성능에 영향을 미치는 주요 요인. 그림 3(하단 패널)와 같이 단면에서 기록 된 온도 변화를 분석 하 여 열 및 침대의 대량 전송 기능을 알아야 가능 하다. 그림 4 는 흡착 과정 침대 온도의 동적 변화를 보여준다. 그림은 SAPO-34 비 석의 대량 전송 능력은 좋은, 다른 섹션 시작에서 포인트의 흡착에 대 한 거의 같은 시간을 보여 줍니다. 침대의 대량 이동 저항 낮은 경우에, 침대는 짧은 시간 내에 흡착 평형에 도달 수 있습니다 그리고 침대에서 adsorbent 물자 완전히 채택 될 것입니다. 순환 물 류의 강력 냉각 기능으로 온도 촬영을 했다 제 지 효과적으로 후에 대 한 시간-포인트 9 제외한 흡착의 400-600 s. 대조적으로, 자연 공기 냉각 방법, 대 한 침대 온도 상대적으로 천천히 감소 것입니다. 관련된 실험 결과 뒤 에 철저 하 게 논의 되었습니다. 14 공기 흐름의 빈약한 냉각 효과 침대의 열 방전 좌절 그리고 흡착 냉각 시스템의 사이클 성능에 영향을. 비교에서는, 물 냉각 시스템에 대 한 훨씬 더 이었다.

Figure 4
그림 4: 침대 SAPO-34 비에 대 한 흡착 과정에서의 온도 변화. 이 그림은 흡착 과정에서 침대의 온도 변화를 제공합니다. 온도 변화를 통해 우리는 침대의 대량 전송의 특성을 분석할 수 있습니다. 응답 속도를 온도의 침대에서 소재의 흡착 속도를 반영 한다.

탈 착 과정을 통해 침대의 열 전달
흡착 과정이 결합 된 열 및 질량 전달 현상입니다. 탈 착/흡착은 흡착 제의 높은 침대의 온도 변화에 관련 되어 있습니다. 그럼에도 불구 하 고, 침대 구조에서 뿐만 아니라 흡착 제 자체의 열 속성에는 침대의 열 전달만 결정 되지 않습니다. 우리는 강한 흡착 능력 및 높은 전도성 소재를 선택 하는 경향이 있다. 하지만 불행 하 게도, 매우 자주 이러한 자질에 충돌. 와 좋은 흡착 다공성 물자 일반적으로 가난한 전도도 전시 한다. (예를 들면, 분자 구조, 처리 방법, 입자 크기, ) 많은 요인 adsorbent15,16의 열 속성에 영향을 줄 수 있습니다. 그림 5 는 SAPO-34 및 ZSM-5 제 올 라이트의 탈 착 과정에서 침대의 평균 온도 변화를 보여준다. 비교를 촉진 하기 위하여 테스트 캠페인에서 기록 된 태양 강도 또한 제공 됩니다. 태양 강도 두 zeolites 거의 동일 했지만, 온도의 증가 꽤 달랐다. SAPO-34만 17 ° c. 했다 ZSM-5 제 올 라이트에 대 한 온도 32 ° C 이상 상승 했다 이 결과 밝혀 ZSM-5 제 올 라이트의 열 전달 능력 SAPO-34 비 석의 그것 보다 더했다. 흡착 제와 증기 사이 대량 전송 가장 중요 한 과정 이지만 열 전달의 지원 만으로 좋은 대량 전송 실현 될 수 있다.

Figure 5
그림 5 : 탈 착 과정에서 침대의 평균 온도의 변화. 이 그림에서는 SAPO-34 비 석 및 ZSM-5 제 올 라이트는 열 전달에 차이 보여 줍니다. 600 s 탈 착 시간 동안 ZSM-5 제 올 라이트 및 SAPO-34 비에 대 한 온도 증가 꽤 달랐다. ZSM-5 제 올 라이트에 대 한 온도 증가 했다 32.52 ° C 동안 SAPO-34 비에 대 한 증가 17.02 ° c. 같은 태양 열 난방 조건에서 ZSM-5 제 올 라이트의 큰 온도 증가 SAPO-34 비 상대적인 열 전달의 그것의 우월을 나타냅니다.

침대의 탈 착
일반적으로 흡착 시스템 냉각 전력의 출력 adsorbent 특성 및 침대의 열 전송 속도 의해 결정 됩니다. 일반적으로, 탈 착 과정에 대 한 시간 흡착 과정에 대 한 시간 보다 깁니다. 탈 착 하는 동안 침대에서 전송 하는 열 특성을 알고 필수적 이다. 여기 탈 착도 E(t)의 인덱스는 침대의 탈 착의 완성도 평가 하는 데 사용 됩니다. E(t)는 시간 t로 시작 하 고 흡착 과정에서 증기 통풍 관의 총 금액에서 냉 매 증기의 desorbed 금액 사이의 비율으로 정의 됩니다.

실험 데이터와 다른 탈 착 시간에 침대의 E(t)는 얻을 수 있습니다. 첫째, 그것은 탈 착도 침대도 어느 정도 개선 되었다 표시 온도 증가. E(t) t에서 54.9%에서 증가 하는 SAPO-34 비 석 시스템에 대 한 t에서 69.3 %1 h = = 2 h. 다른 한편으로, 탈 착 동시 ZSM-5 시스템 SAPO-34 시스템 보다 더 나쁜 탈 착 효과를 보였다. 14 SAPO-34의 침대 온도 비교적 낮은, 이전 그림 5에 관한 논의 탈 착 도가 더했다. 이 SAPO-34 비 석 adsorbent 소재로 사용 하 여 더 적합 하다는 것을 우리에 게 알려줍니다. SAPO-34 zeoilite의이 기능 또한 고르 데 예 바 에 의해 강조 되었다 17

시스템의 냉각 용량
흡착 시스템의 냉동 능력은 기본적으로 물 탱크의 온도 감소에 의해 반영 됩니다. 탱크 온도 대 한 테스트 결과 그림 6에 표시 됩니다. 탱크 온도 시간 비선형 방식으로 변경. 그것은 첫 번째 600 이내 신속 하 게 감소의 흡착 시간 및 온도 감소 내려 둔화. SAPO-34 및 ZSM-5 제 올 라이트의 두 온도 프로 파일에 비해 그것 두 제 올 라이트의 냉동 능력은 오히려 다른 것으로 알려져 있습니다. 물 탱크의 온도 감소는 직접 시스템의 냉동 용량을 반영. 물론, SAPO-34 시스템에 대 한 온도 하락 ZSM-5 시스템 보다 훨씬 더 큰 했다. 더 탈 착 특성으로 위에서 언급 한 대로, SAPO-34 비 석 ZSM-5 제 올 라이트 보다 높은 냉각 용량을 전시. 이 고르 데 예 바 의 결론과 일치 16 및 Kakiuchi 외. 18

-together.within-페이지 = "1" >Figure 6
그림 6: 냉된 수 탱크의 온도 편차. 일반적으로, 증발 기 탱크에 냉각수의 온도 편차 선형 아니었다. SAPO-34 비에 대 한 그것을 첫 번째 600 이내 신속 하 게 거부 s 그리고 감소 느려. 반면, ZSM-5 제 올 라이트의 온도 변화는 상대적으로 부드러운 했다. 이 냉동 전원 출력 시간 거부 기능 반영. 두 곡선 또한 SAPO-34 및 ZSM-5 제 올 라이트의 성능 차이 공개 했다.

시스템의 성능을 경찰 및 SCP 각각 식 (3)식 (4)에 의해 결정 되는의 지에 의해 평가 되 고 결과 표 2에 표시 됩니다. 비선형 그림 6에서 온도 변화에 따라 두는 흡착에 대 한 데이터의 시간 t광고 600 s와 t광고 = = 1800 s 표시 됩니다. 중 하나에 대 한 테이블, 처음 600 s 소요 내 Qref 경우 1800 s 흡착 시간의 총 냉동 용량의 2/3 이상의 비율. 그러나 물론, t광고 에 대 한 SCP = 600 s 보다 훨씬 높습니다 t광고 = 1800 s, 경찰 결과 이러한 결과 반대로 실행 하는. 표 2 에 최고의 경찰 0.169에 도달 했습니다. 오류 분석 실시 되었고 경찰의 불확실성 다른 테스트 캠페인에 해당 하는 6.2-9.4% 사이 밝혔다. 그것은 아 부 Hamdeh 외. 여 최대 경찰 여기는 결과의 비교 범위에 언급 될 필요가 8 그들의 포물선 트 로프 수집기 시스템 생성 0.18 0.20의 경찰. SCP 인덱스는 침대의 냉동 용량의 특정 전원 출력을 반영합니다. 높은 SCP 고성능 냉동 adsorbent 질량의 단위에 의해 생성 됩니다 의미 합니다. 분석된 결과 모두 경찰과 SAPO-34의 SCP ZSM-5의 경우 아무리 흡착 시간이 긴 또는 짧은 우수 했다 설명 했다.

Table 2
표 2: ZSM-5 및 SAPO-34 비 석의 냉동 능력의 비교. 비교를 위해, 여기 선물이 SAPO-34 및 ZSM-5 제 올 라이트의 흡착 냉장의 종합 성능. SCP 인덱스 또는 경찰 인덱스, SAPO-34 시스템 ZSM-5 시스템에 그것의 우월을 보여 줍니다.

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Discussion

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열역학 시스템으로 태양 흡착 냉각 장치 성능 최적 설계 및 시스템의 올바른 작동에 따라 달라 집니다. 열 공급 및 침대의 냉각 방법 시스템 잘 작동을 보장 하기 위해 중요 하다. 물 냉각은 공기의 대류 열 전달의 고 강도 때문에 냉각을 선호입니다. Adsorbent 자료의 빈약한 전도도 보통 침대의 제한 열 전송 속도 결정. 침대의 열 전달에 개선 하기 위해, 많은 측정 내부적으로 삽입 지 느 러 미의 향상 구조 같은 고려 되었다. 19 실리 카 젤 인기 있는 adsorbent 물자의 다른 종류 이다. 실리 카 젤을 태양 흡착 시스템에서 사용 하는 경우는 침대의 탈 착 온도 실리 카 젤 하지 될 탈수 하 고 활동을 잃고 95 ° C 미만으로 제한 되어야 합니다.

대부분의 신 재생 에너지 시스템 처럼 현재 흡착 냉각 시스템 엔지니어링 응용 프로그램 측면에서 몇 가지 단점이 있다. 주목할 만한 문제는 시스템의 간헐적인 작품 이다. 난방 및 냉각 다운의 본질적인 특성, 흡착 시스템 감기 전원 공급 수 없습니다 계속 싱글 침대 사용 됩니다. 일부 연구 자들은이 문제를 해결 하기 위해 활용된 두 침대 시스템, 재생 열과 질량 전달의 기술을 적용 될 수 있는 것으로 간주. 이러한 시스템 오히려 복잡 한 될 수 있지만 성능 향상 종종 꽤 만족 스러웠다. 고려 되어야 하는 또 다른 점은 날씨 조건 효과입니다. 나쁜 날씨 일에 대 한 충분 하지 않은 태양 에너지 공급 시스템을 것입니다. 이런 상황에서 일부 여분의 열원 시스템 작업을 계속할 수 있도록 준비를 해야 합니다.

녹색 에너지 기술로 태양 흡착 냉각 시스템 지난 10 년간에서 많은 관심을 끌고있다. 태양 에너지를 사용 하 여 화석 연료의 소비를 방지 하 고 효과적으로 대기 오염 감소. 또한, 이러한 시스템 아무 회전 구성 요소, 소음, 그리고 유연 하 게 배포할 수 있습니다. 비록 시스템의 효율은 증기 압축 또는 암모니아 흡수를 사용 하는 기존의 냉동 시스템에 비해, 태양 에너지의 풍부한 미래에 광도 대 한 잠재적인 의미를 제공 합니다. 전기 또는 연료를 소비 하는 시스템, 성능 효율을 작업 비용으로 인해 매우 중요 하다. 대조적으로, 태양 에너지 무료 이며 경찰이 매우 높지 않은 경우에 시스템이 여전히 도움이 됩니다.

우리는 확실히 얼마나 빨리 태양 흡착 기술 추가 개선이 필요한이 기술의 몇 가지 측면 때문에 큰 규모에서 기존의 냉동 시스템을 대체할 수 있습니다. 몇 년 전, 일본의 도쿄 가스 공사 앞으로 상업 유형의 산업 폐 열에 의해 몰 았다 흡착 냉장고 넣어 보도 했다. 세계 경제 및 기술 개발, 5 월 첫 번째 태양 흡착 냉각 기술 기후는 년의 대부분의 시간에 원격 농촌 지역에 자사의 응용 프로그램 찾을.

이 시스템의 작동 4 개의 중요 한 단계를 포함 한다. 그들은 시간 순서 대로: 닫힌된 조건;에서 침대의 사전가 열 추가; 증가 침대 온도와 탈 착 과정 냉각 침대의 물 또는 공기 흐름; 다시 순환 하 여 그리고 냉동 효과 생성 하는 흡착 과정.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 연구 작업 국가 키 기본 연구 프로그램의 중국 (No.2015CB251303), 그리고 국가 자연 과학 재단의 중국 (No. 51276005)에 의해 후 원했다.

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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집중 수집기 태양 흡착 냉장의 실험 시스템
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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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