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Environment

Sistema experimental de refrigeração Solar adsorção com coletor de concentrado

doi: 10.3791/55925 Published: October 18, 2017

Summary

Com a energia solar como a força motriz, um sistema de refrigeração de adsorção romance foi desenvolvido e experimentalmente investigado. Vapor de água e zeólita formaram o par de trabalho do sistema de adsorção. Este manuscrito descreve a configuração de plataforma experimental, o procedimento de operação e os resultados importantes.

Abstract

Para melhorar o desempenho de refrigeração solar adsorção, um sistema experimental com um coletor solar de concentração foi criado e investigado. Os principais componentes do sistema foram a cama adsorvente, o condensador, o evaporador, o sistema de refrigeração sub e o coletor solar. Na primeira etapa do experimento, a cama do vapor saturado era aquecida pela radiação solar sob condições fechadas, o que causou a cama de temperatura e pressão para aumentar. Quando a pressão de cama tornou-se alta o suficiente, a cama foi trocada para conectar-se ao condensador, assim, vapor de água fluiu continuamente da cama para o condensador para ser liquefeito. Em seguida, a cama necessário arrefecer após a dessorção. Na condição solar blindado, alcançada pela folha de alumínio, o loop de água circulante foi aberto para a cama. Com a água circula continuamente na cama, o calor armazenado na cama foi pegou e a pressão de cama diminuiu em conformidade. Quando a pressão de cama cair abaixo da pressão de saturação à temperatura de evaporação, foi aberta a válvula para o evaporador. Uma massa de vapor de água, corri para a cama e foi adsorvida pelo material zeólito. Com o maciço vaporização da água no evaporador, o efeito de refrigeração foi gerado por último. O resultado experimental revelou que tanto o COP (coeficiente de desempenho do sistema) e o SCP (potência de refrigeração específica do sistema) de zeólita o SAPO-34 foi maior do que a zeólita ZSM-5, não importa se o tempo de adsorção foi mais ou mais curto. O sistema de zeólita o SAPO-34 gerado um COP máximo de 0,169.

Introduction

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Com o problema de depleção do ozônio do vapor tradicional de refrigeração compactada crescendo mais grave, substituindo a tradicional refrigeração com tecnologia verde tornou-se um tema quente nos últimos anos. Entre essas tecnologias verdes, a refrigeração solar adsorção tem atraído muito a atenção dos pesquisadores. Impulsionado por energia térmica de baixa qualidade, o sistema de refrigeração de adsorção tem as vantagens de ser ambientalmente amigável, pequeno e flexível. Este sistema de adsorção pode também ser conduzido com não-energia solar, por exemplo pelo calor waste, dispensado do equipamento térmico ou pelos gases de escape do motor dos veículos, como mencionado por Hu et al. 1

Em uma absorção pelo sistema de arrefecimento, a cama de adsorção é o componente chave. Seu trabalho afeta diretamente o desempenho do sistema inteiro. Portanto, o design da cama adsorção é a questão mais importante, como apontado por Sutuki. 2 há uma década, a cama lisa foi usada principalmente na adsorção de sistema de arrefecimento. 3 , 4 , 5 sem qualquer dispositivo de concentração solar, a temperatura da cama Lisa era geralmente baixa e, portanto, o policial do sistema era insatisfatório. Em contraste, a cama de adsorção tubular melhorou o policial. Foi relatado que a polícia pode chegar a 0,21 na região Subsariana por Ammar Hadj et al 6 além disso, Wang et al. 7 desenvolveu um adsorvente de placa espiral que distinguiu-se pela característica da regeneração de calor contínuo. O projeto novo da cama da adsorção encurtou o tempo de ciclo do sistema. Abu-Eliane et al 8 relatou seu estudo sobre o sistema de refrigeração solar adsorção com um colecionador parabólicos. Seus resultados mostraram o policial do sistema variado de 0,18 a 0,20. El Fadar et al 9 estudou um sistema de refrigeração de adsorção que foi acoplado com uma tubulação de calor e alimentado pelo coletor parabólicos, que mostrou um ótimo policial de 0,18.

Para aumentar a transferência de calor da cama tubular, foram considerados alguns adsorventes de tubos aletados e analisou-se o efeito do realce. Uma cama inovadora que tomou a forma do trocador de calor casco e tubo foi apresentada por Restuccia et al 10. os tubos aletados interno foi revestido com uma camada de zeólito para que a resistência de contato de transferência de calor entre a superfície do metal e o material adsorvente massa poderia ser reduzida. O sistema produziu uma saída de 30-60 W/kg de potência de refrigeração específica no ciclismo tempo de 15 a 20 s... Al Mers et al 11demonstrou que o adsorvente reforçada com aletas de 5-6 pode reduzir significativamente a perda de calor do adsorvente para o ambiente e melhorando o policial em 45%. O efeito de um adsorvente de tubos aletados, sobre o desempenho do sistema solar conduzido também foi estudado por Louajari et al . 12. usando carbono ativado-amônia como o par de trabalho, mostraram que a transferência de massa de ciclismo no adsorvente com barbatanas era maior do que a um sem nadadeiras.

No estudo atual, estudamos experimentalmente um sistema de refrigeração melhorado adsorção solar, no qual aplicou-se um colecionador parabólicos de rastreamento solar e um túnel de arrefecimento interno foi implantado. Com o zeolite SAPO-34/ZSM-5 e o vapor de água como o par de trabalho, o sistema mostrou características interessantes em termos de refrigeração e termodinâmica. A metodologia experimental, bem como os resultados de teste típicos serão apresentados e discutidos neste relatório.

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Protocol

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1. instalação experimental

Nota: O sistema de refrigeração de adsorção era composto da cama de adsorção, evaporador, condensador, a bomba de vácuo e o coletor solar calha ( Figura 1). Um dispositivo de rastreamento solar automático com um parabólicos foi fabricado e aplicado no sistema para melhorar a eficiência do coletor solar. O cocho de rastreamento solar automático foi impulsionado pelo dispositivo de engrenagem de sem-fim como mostrado na Figura 2. O dispositivo consistia do motor de passo, o verme, a engrenagem, o bloco de limite em movimento e a roda manual. As dimensões do dispositivo de engrenagem de sem-fim eram 21 x 80 cm 2. O coletor de cocho concentrado raios solares para a cama o adsorvente, que estava localizada ao longo da linha de foco do parabólicos.

Figure 1
Figura 1: sistema Experimental para solar refrigeração de adsorção. (Top) diagrama esquemático do sistema; (parte inferior) Fotografia da instalação experimental. O painel superior apresenta os componentes do sistema experimental, que envolve o evaporador, condensador, a bomba de vácuo, etc. O painel inferior exibe a fotografia do sistema de refrigeração montado de adsorção. No sistema, o evaporador e o condensador é da estrutura da aleta-tubo, um tipo de trocador de calor compacto. A cama de adsorção é reformada de um coletor solar vácuo, que pode capturar energia solar eficazmente. por favor clique aqui para ver uma versão maior do Esta figura.

Figure 2
Figura 2: a estrutura da caixa de engrenagem de sem-fim. A caixa de engrenagem de sem-fim é o dispositivo que transforma a rotação do motor deslizante para o movimento de rastreamento solar dos parabólicos. Além do motor de passo, a caixa de engrenagem de sem-fim também envolve o redutor, a roda manual, o eixo do sem-fim, etc. puxar o interruptor manual/automático identificador para a esquerda, engrenagens 5a e 5b estão desactivados. Assim, a calha pode ser controlada manualmente girando a roda de mão. Puxe o cabo do interruptor manual/automático para a direita, 5b e 5a de engrenagens estão envolvidos juntos. Assim, é controlada automaticamente pelo motor deslizante.

Método
  1. Connect do coletor solar de rastreamento ao eixo do sem-fim-roda por uma solda. Passe a rotação do motor deslizante para o coletor solar pela correspondência entre a engrenagem e do sem-fim. Arrumo a cama de adsorção tubular em conjunto com o coletor com um par de tubulação colarinhos.
    Nota: Conduzido pelo motor de passo a passo, o sistema gira diariamente do leste para o oeste para seguir o movimento solar automaticamente.
  2. Ajustar o ângulo de inclinação da depressão de ao nível do solo, de acordo com a variação da altitude solar em estações diferentes. Determinar a inclinação β ângulo da depressão de pelo Φ local de latitude e a declinação solar δ e a fórmula β = Φ - δ. Gire manualmente a roda pequena que está localizada na parte inferior da alavanca de ajuste de ângulo para regular o ângulo de inclinação da depressão de (a parte do n. º 13, Figura 1).
    Nota: Deste modo, a radiação solar é tão normal quanto possível sobre a calha. O sistema experimental foi localizado no campus da Universidade de tecnologia de Pequim, na latitude 39.89 ° N e longitude 116.38 ° E. A cama de adsorção assumiu uma forma cilíndrica. Ele foi reformado de um receptor solar vácuo de um tubo ( Figura 3).

Figure 3
Figura 3 : estrutura de cama a adsorção e a implantação da temperatura sonda. (Top) diagrama esquemático da estrutura da cama; (parte inferior) As sondas de temperatura e o canal de transferência de massa na cama. O painel superior mostra a estrutura básica da cama. O material adsorvente é colocado na cavidade anular entre o tubo de absorção solar e o canal de refrigeração de cobre. Raios solares penetram o tubo de vidro e cair sobre a superfície do tubo de absorção solar. Então, por condução de calor, a energia solar é transferida para o material adsorvente dentro da cama. O painel inferior mostra a localização das sondas de temperatura. Estas sondas são usadas para monitorar a mudança de temperatura da cama durante o processo de adsorção/dessorção. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. para promover a captação da energia solar, revestir o tubo de absorção solar da cama, (feito de aço inoxidável com d = 64,5 mm) com uma camada de depósito de cromo preto pelo método de revestimento do vácuo. Consulte a literatura anteriormente publicada sobre revestimento seletivo para obter mais informações sobre esta técnica 13. Certifique-se de que a taxa de absorção solar da camada de revestimento é 0,95, a emissividade do infravermelha é 0,15 e a espessura da camada de revestimento é 0,08 mm.
    Nota: Esta camada de revestimento ajuda a pegar a radiação solar eficazmente mas emite muito ligeiramente em si. Como resultado, a energia solar fica na cama de adsorção facilmente e é transformada para térmica entalpia do adsorvente eficazmente.
  2. Inserir um tubo de cobre (d = 20 mm) ao longo do eixo da cama adsorção. Fixar o tubo de cobre para a cama com o flange (veja Figura 3, painel superior). O tubo de cobre funciona como o canal de resfriamento da cama durante o processo de adsorção.
  3. Preencher o material adsorvente na cavidade anular na cama que é formada por um tubo a cama e o canal de refrigeração de cobre. Use o SAPO-34 zeólita como material adsorvente e água como refrigerante. Coloque 3,171 kg de zeólita o SAPO-34 para a cama. O zeolite SAPO-34 granular é 5,7 mm de diâmetro.
  4. Implantar nove sondas de temperatura em três secções transversais da cama para monitorar a mudança de temperatura da cama durante o processo de adsorção/dessorção ( Figura 3, painel inferior). Fixar uma sonda em cada pequeno torcedor que está assentado sobre o canal de resfriamento cobre.
  5. Colocar sondas 1 e 2 na secção A-A perto da entrada da cama adsorção. Coloque sondas 8 e 9, perto do beco sem saída da cama. Fixar as outras sondas a seção intermediária B-B (ver Figura 3).
  6. Axialmente inserir um canal de transferência de massa de d = 10 mm para a cama. Certifique-se de que o canal em massa tem a forma de tubo reticular e é o mesmo comprimento da cama adsorção (d cama = 64,5 mm). Estender o canal para baixo a partir da entrada e torná-lo a ficar na posição certa, com a força de extrusão do material adsorvente. O tubo reticular ajuda o vapor de água para inserir a região profunda da cama rapidamente.

2. Método experimental

Nota: refrigeração de adsorção baseia-se no princípio de que o material adsorvente sólido absorve o vapor refrigerante fortemente em baixa temperatura, enquanto que desorbs o vapor a uma temperatura mais elevada. Usando o calor como a condução do impulso, o efeito de refrigeração é alcançado. O ciclo de refrigeração do sistema de adsorção envolve principalmente quatro etapas, ou seja, o solar processo de aquecimento, o processo de dessorção, o processo de resfriamento de cama e o processo de adsorção. O processo de dessorção começa mais uma vez, depois de completar o processo de adsorção. Todas as etapas do experimento são igualmente importantes, porque eles estão interligados e influenciam mutuamente interativamente.

  1. Regular a instalação experimental os procedimentos a seguir para iniciar o aquecimento solar e a dessorção da cama.
    1. Rode o parabólicos manualmente até que está enfrentando devido leste antes do experimento, para que a luz do sol irradia o colecionador parabólicos normalmente ao meio-dia.
    2. Fecha-se todas as válvulas que estão conectadas ao leito de adsorção e assegurar a pressão da cama e a tubulação é abaixo de 800 PA. fazer pronto para aquecimento solar.
    3. Ligar o equipamento de controlo do sistema quando a luz do sol é paralela à linha do horizonte pela manhã. Fazer a calha automaticamente rodar para rastrear o movimento solar.
    4. Deixe a adsorção saturados cama ao ser aquecido pela radiação solar em condições fechadas. Como resultado, a temperatura da cama e a pressão de cama irão aumentar gradualmente.
    5. Monitor a pressão da cama com o calibre de pressão (número 6 na Figura 1) até que ele é superior ao valor de pressão que corresponde à temperatura de condensação do ambiente. De acordo com a termodinâmica, a pressão de condensação da água a 30 ° C é 4.246 PA.
  2. Iniciar o processo de dessorção.
    ​ Nota: o processo de dessorção, ocorre a condensação do vapor de água. A temperatura de condensação é determinada pelas condições climáticas locais no dia do teste.
    1. Abrir a válvula que conecta a cama e o condensador. Fluxo de vapor de água deixa para o condensador através do tubo de ligação. Como vapor de água entra no condensador, a temperatura do condensador aumenta gradualmente.
    2. Ao mesmo tempo, manter o aquecimento solar para a cama de adsorção, para que a pressão de cama permanece alta o suficiente para causar a dessorção. Não pare o aquecimento solar, até a conclusão do processo.
    3. Terminar o processo de dessorção, quando a pressão da cama é igual à pressão do condensador. Desligar a válvula quando o processo de dessorção acabou.
  3. Refrigerar para baixo da cama antes do processo de adsorção, como a cama ainda está em estado de alta temperatura após a dessorção. O material adsorvente pode adsorver em grande parte apenas a baixa temperatura.
    1. Para iniciar o processo de adsorção, proteger a cama de adsorção com uma folha de folha de alumínio, para que a cama está separada da radiação solar.
    2. Fechar todas as válvulas que conectam o evaporador e o condensador.
    3. Abra a água circulante-laço da cama e resfriar o material adsorvente. Com a água circula continuamente na cama, a entalpia interna é retirada e a pressão de cama diminui correspondentemente.
    4. Acabar o processo de arrefecimento, quando a pressão de cama cai abaixo da pressão de vapor saturada no evaporador ' temperatura de s.
      Nota: Prepare-se para o processo de refrigeração de adsorção após refrigerar para baixo da cama. Agora a temperatura da cama é em torno da temperatura de ar ambiente, e a pressão de cama atingiu o nível mínimo.
    5. Manter a água circulante-laço em um estado de funcionamento durante o processo de adsorção. A adsorção é um processo exotérmico, e o calor gerado precisa ser descarregado fora logo que possível.
    6. Abrir a válvula entre a cama e o evaporador. Deixe a pressa de vapor de água no leito do evaporador.
      Nota: A redução do vapor do evaporador faz com que mais água vaporizar, o que resulta na drástica diminuição da temperatura do evaporador. Consequentemente, o evaporador absorve o calor do tanque de água onde o evaporador está assentado, e um efeito de refrigeração é obtido.
    7. Manter o processo de adsorção, acontecendo e gravar a mudança de temperatura a cama e a pressão de cama.
      Nota: Durante o processo de adsorção, a pressão de vapor no evaporador torna-se menor e menor, mas a cama temperatura aumenta rapidamente.
    8. Terminar o processo de adsorção, quando a pressão de cama é igual à pressão do evaporador. Depois, seguirá o processo de dessorção novamente.

3. Método de redução de dados

  1. avaliar o desempenho do sistema de refrigeração baseado sobre a capacidade de refrigeração e a eficiência da transformação do calor-para-fria.
    ​ Nota: para o sistema atual, a capacidade de refrigeração é calculada a quantidade de massa da água vaporizada e a mudança de temperatura do evaporador em si.
    1. Para determinar a capacidade total de refrigeração (ref. Q) do sistema, calcular a soma do decréscimo de entalpia da água gelada no tanque, o evaporador de metal e a água residual no evaporador após a adsorção, como segue:
      Equation 1
      onde c p na EQ. (1) é o calor específico a pressão constante e m indica a massa. C é um fator de correção para a capacidade de refrigeração do evaporador Considerando a transferência de calor entre o tanque de água e o ambiente, e presume-se C = 1,15 de acordo com o princípio da transferência de calor. O subscrito w e e representam a água e o evaporador, respectivamente. Na equação m w, tan e m w, ev um é a massa da água gelada no tanque e a massa da água residual no evaporador, que corresponde à temperatura gota ΔT w e ΔT e , respectivamente.
      Nota: A entrada de energia solar para a cama é necessária para avaliar a eficiência da transformação do calor-para-fria.
    2. Determinar a energia solar entrada, Q s como:
      Equation 2
      onde, eu s, eu (t) é a intensidade solar transitória, gravada pelo actinometer durante o processo de dessorção. O Δt de intervalo de tempo a aquisição de dados para o eu s, eu (t) é de 10 s. A área de abertura dos parabólicos um p, a eficiência reflexiva de ρ de superfície da calha, a transmitância de τ de vidro do tubo e o coeficiente de absorção solar do α de superfície de revestimento, juntamente com os parâmetros em EQ. (1), estão todos listados na tabela 1.
    3. Baseado sobre o Q ref e o Q s obtida acima, determinar o policial do sistema de refrigeração como 14:
      Equation 3
      β1 e β 2 são fatores de correção para a energia solar entrada Q s. β 1 é o fator de correção do grau de não-parabólica o calha, que leva em consideração a deformação da depressão de devido às limitações da técnica da fabricação, e presume-se β 1 = 0,85. β 2 é o fator de correção da quantidade real de calor obtido da cama. Devido ao menor tamanho de tubo de metal da cama do que o tubo de vidro exterior, a quantidade de calor real obtido é menor do que refletida no tubo de vidro. β 2 é decidido pela relação do diâmetro D cama metal 2 para o de diâmetro D do tubo de vidro 1. Com D 1 = 100 mm e D 2 = 64,5 mm, calcula-se que β 2 = 0.645.
    4. Determinar a potência de refrigeração específica da cama pelos parâmetros do experimento como 14:
      < imalt g = "Equação 4" src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg" / >
      onde m um é a massa do material adsorvente e t anúncios é o tempo de duração do processo de adsorção.

Table 1
tabela 1: valores do parâmetro na EQ. (1) e (2) EQ... Os parâmetros que estão envolvidos na EQ. (1) e EQ. (2) estão listados nesta tabela. Os parâmetros incluem c p, p, α, etc

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Representative Results

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Transferência de massa característica da cama através do processo de adsorção
A cama de adsorção é sempre o mais importante componente em um sistema de refrigeração de adsorção, e o calor e a característica de transferência de massa são os principais fatores que afetam o desempenho do sistema inteiro. Analisando a mudança de temperatura registada em cortes transversais como mostrado na Figura 3(painel inferior), é possível saber o calor e características de transferência de massa da cama. A Figura 4 mostra a alteração dinâmica da temperatura da cama durante o processo de adsorção. A figura ilustra que a capacidade de transferência de massa de zeólita o SAPO-34 é bom, para a adsorção dos pontos diferentes seções início quase ao mesmo tempo. Se a resistência de transferência de massa da cama é baixa, a cama pode atingir o equilíbrio de adsorção dentro de pouco tempo, e o material adsorvente na cama será totalmente empregado. Com a função de arrefecimento fortemente da convecção água circulante, a temperatura atirando-se foi contido depois eficazmente sobre 400-600 s de adsorção, com exceção do tempo-ponto 9. Em contraste, para um método de refrigerar de ar natural, a temperatura da cama diminuiria relativamente lentamente. O resultado experimental relacionado tem sido discutido exaustivamente em Du et al 14 o efeito de resfriamento insuficiente do fluxo de ar frustrado a descarga de calor da cama e em seguida impactou o desempenho do ciclo do sistema de refrigeração de adsorção. Em comparação, foi muito melhor para o sistema de refrigeração a água.

Figure 4
Figura 4: Mudança de temperatura da cama no processo de adsorção de zeólita SAPO-34. Esta figura apresenta a mudança de temperatura da cama em processo de adsorção. Através da variação da temperatura, podemos analisar as características da transferência em massa da cama. A taxa de resposta da temperatura reflete a taxa de adsorção do material na cama.

Transferência de calor característico da cama através do processo de dessorção
O processo de adsorção é um calor acoplada e o fenômeno de transferência de massa. A adsorção/dessorção do adsorvente está altamente relacionada com a mudança de temperatura da cama. No entanto, a transferência de calor característico da cama não é determinada apenas pelas propriedades térmicas do adsorvente em si, mas também pela estrutura de cama. Tendemos a escolher um material com uma capacidade de adsorção forte e alta condutividade. Mas, infelizmente, muitas vezes, essas qualidades estão em conflito. Um material poroso, com boa adsorção apresenta geralmente pobre condutividade. Muitos fatores (por exemplo, a estrutura molecular, o método de processamento, o tamanho de partícula, etc.) podem afetar as propriedades térmicas do adsorvente15,16. A Figura 5 mostra a mudança de temperatura média da cama no processo de dessorção para o zeolite SAPO-34 e ZSM-5. Para facilitar a comparação, a intensidade solar gravada na campanha de teste também é apresentada. Embora a intensidade solar era quase a mesma para os dois zeólitos, o incremento da temperatura era bem diferente. Para a zeólita ZSM-5, a temperatura estava subindo acima de 32 ° C, enquanto que para o SAPO-34 foi apenas 17 ° C. Esse resultado revelou que a capacidade de transferência de calor da zeólita ZSM-5 foi melhor do que com o zeolite SAPO-34. A transferência de massa entre o adsorvente e o vapor é o processo mais importante, mas apenas com o apoio da transferência de calor pode ser realizada uma boa transferência de massa.

Figure 5
Figura 5 : A mudança da temperatura média da cama durante o processo de dessorção. Esta figura mostra a diferença de transferência de calor entre o zeolite SAPO-34 e a zeólita ZSM-5. Durante o tempo de dessorção 600 s, o incremento da temperatura para a zeólita ZSM-5 e o SAPO-34 zeólita era bem diferente. Para a zeólita ZSM-5, o aumento da temperatura foi 32,52 ° C, enquanto que para o zeolite SAPO-34 o aumento foi de apenas 17,02 ° C. Para a mesma condição de aquecimento solar, o maior incremento de temperatura da zeólita ZSM-5 indica sua superioridade de transferência de calor em relação à zeólita SAPO-34.

A dessorção característica da cama
Em geral, a saída do poder de refrigeração para um sistema de adsorção é determinada pela característica da adsorvente e a taxa de transferência de calor da cama. Geralmente, o tempo para o processo de dessorção é mais que o tempo para o processo de adsorção. É essencial conhecer que as características do calor transferência na cama durante a dessorção. Aqui o índice do grau de dessorção E(t) é usado para avaliar a conformidade da dessorção da cama. E(t) é definido como a razão entre a quantidade dessorvida de vapor refrigerante, desde o início para o tempo t e a quantidade total da absorção de vapor no processo de adsorção.

Com os dados experimentais, pode ser obtida a E(t) da cama em momentos diferentes de dessorção. Em primeiro lugar, é mostrado que o grau de dessorção foi melhorado em certa medida, como a cama de temperatura aumentada. Para o sistema de zeólita SAPO-34, o E(t) aumentou de 54,9% em t = 1 h para 69,3% em t = 2 h. Por outro lado, ao mesmo tempo dessorção, o sistema de ZSM-5 mostrou um efeito de dessorção pior do que o sistema de SAPO-34. 14 embora a temperatura da cama do SAPO-34 foi comparativamente menor, como anteriormente discutido sobre a Figura 5, seu grau de dessorção foi melhor. Isto diz-nos que SAPO-34 zeólita é mais adequada para uso como o material adsorvente. Esta característica do SAPO-34 zeoilite também foi enfatizada por Gordeeva et al 17

A capacidade de refrigeração do sistema
Basicamente, a capacidade de refrigeração do sistema de adsorção é refletida pela diminuição da temperatura do reservatório da água. Os resultados do teste para a temperatura do tanque são apresentados na Figura 6. A temperatura do tanque mudada com o tempo de uma forma não-linear. Diminuiu rapidamente dentro o primeiro 600 s o tempo de adsorção, e então a temperatura diminuir abrandou para baixo. Em comparação com os perfis de dois temperatura do SAPO-34 e a zeólita ZSM-5, é conhecido que a capacidade de refrigeração de zeolites a dois era bastante diferente. O decréscimo de temperatura do reservatório da água reflete diretamente a capacidade de refrigeração do sistema. Obviamente, a queda de temperatura para o sistema de SAPO-34 foi muito maior do que para o sistema ZSM-5. Com melhor dessorção características como mencionado acima, o SAPO-34 zeolite exibiu uma maior capacidade de refrigeração do que a zeólita ZSM-5. Esta identificação é consistente com a conclusão da Gordeeva et al 16 e Kakiuchi et al 18

-together.within-página = "1" >Figure 6
Figura 6: a variação de temperatura do reservatório da água refrigerada. Em geral, a variação de temperatura da água gelada no tanque de evaporador não foi linear. Para o SAPO-34 zeolite, declinou rapidamente dentro o primeiro 600 s e, em seguida, o declínio desacelerou. Em contraste, a mudança de temperatura da zeólita ZSM-5 foi relativamente suave. Isso reflete a característica que a saída de poder de refrigeração diminuiu com o tempo. As duas curvas também revelaram que a diferença de desempenho de zeólita SAPO-34 e ZSM-5.

O desempenho do sistema é avaliado pelo índice de policial e SCP é determinado pela EQ. (3) e EQ. (4), respectivamente, e os resultados são mostrados na tabela 2. De acordo com a mudança não-linear da temperatura na Figura 6, dois conjuntos de dados para a adsorção de tempo tanúncios = 600 s e tanúncios = 1.800 s são apresentados. Para qualquer caso na tabela, o Qref dentro o primeiro 600 s assume uma proporção de mais de dois terços da capacidade de refrigeração total o tempo de adsorção 1.800 s. Obviamente, o SCP para tanúncios = 600 s é muito maior do que para tanúncios = 1.800 s, no entanto, os resultados de policial contrariam estes resultados. O melhor policial na tabela 2 atingiu 0,169. Análise de erro foi realizado e revelou que a incerteza do policial foi entre 6.2 – 9,4% correspondente ao teste diferentes campanhas. Ele precisa ser mencionado que a máxima policial aqui é na faixa de comparativa do resultado por Abu-Eliane et al 8 seu sistema de colecionador parabólicos gerado um policial de 0,18-0,20. O índice de SCP reflete a saída de potência específica da capacidade de refrigeração da cama. Um SCP maior implica que um poder de refrigeração superior é gerado por uma unidade de massa do adsorvente. Os resultados analisados demonstraram que tanto o policial e o SCP do SAPO-34 foram superiores às que o ZSM-5, não importa se o tempo de adsorção foi mais ou menos.

Table 2
Tabela 2: comparação da capacidade de refrigeração de zeólita ZSM-5 e SAPO-34. Para comparação, aqui apresentamos o desempenho global da refrigeração de adsorção de zeólita SAPO-34 e ZSM-5. O índice do SCP ou por índice de policial, o SAPO-34 sistema mostra sua superioridade ao sistema ZSM-5.

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Discussion

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Como um sistema termodinâmico, o desempenho de um dispositivo de refrigeração solar adsorção varia de acordo com o projeto o melhor e o bom funcionamento do sistema. Tanto o fornecimento de calor e o método de resfriamento da cama são importantes para garantir que o sistema funciona bem. Refrigerar de água é preferível ao ar por causa da alta força de transferência de calor de convecção da água de arrefecimento. A pobre condutividade do material adsorvente geralmente determinou a taxa de transferência de calor limitada da cama. Para melhorar a transferência de calor da cama, muitas medidas foram consideradas como a estrutura de reforço das barbatanas inserido internamente. 19 a sílica gel é outro tipo de material adsorvente popular. Se um gel de silicone é usado no sistema solar de adsorção, a temperatura de dessorção da cama deve ser limitada a menos de 95 ° C, para que o gel de silicone não irá tornar-se desidratado e perder atividade.

Como a maioria dos sistemas de energia renovável, o actual sistema de refrigeração de adsorção tem algumas lacunas em termos de aplicações de engenharia. O problema notável é o trabalho intermitente do sistema. Com a natureza intrínseca do aquecer e refrigerar para baixo, o sistema de adsorção não pode fornecer energia fria continuamente como uma cama de solteiro é usada. Para resolver este problema, alguns pesquisadores considerado um sistema de dois cama conjugados, em que poderia ser aplicada a técnica de calor regenerativo e transferência de massa. Tais sistemas podem se tornar bastante complexos, mas a melhoria de desempenho foi muitas vezes bastante insatisfatória. Outro ponto que precisa ser considerado é o efeito de condições atmosféricas. Para dias de mau tempo, haverá não suficiente fornecimento de energia solar para o sistema. Em tal situação, alguma fonte de calor reposição precisa estar pronta para que o sistema pode continuar a trabalhar.

Como uma tecnologia de energia verde, o sistema de refrigeração solar adsorção tem atraído muita atenção na década passada. O uso de energia solar evita o consumo de combustíveis fósseis e reduz eficazmente a poluição do ar. Além disso, esse sistema tem nenhum componente rotativo, nenhum ruído e pode ser implantado de forma flexível. Embora a eficiência do sistema não é comparável aos sistemas de refrigeração convencionais que usam compressão de vapor ou de absorção de amônia, a abundância de energia solar apresenta uma importância potencial para luminância no futuro. Para um sistema que consome eletricidade ou combustível, a eficiência do desempenho é muito importante por causa dos custos de operação. Em contraste, a energia solar é gratuita e o sistema é ainda benéfico, mesmo se o policial não é muito alto.

Nós não somos claro quão rapidamente solares tecnologias de adsorção podem substituir sistemas de refrigeração convencional em grande escala, porque existem alguns aspectos desta técnica que necessitam de aperfeiçoamento. Há alguns anos atrás, foi noticiado que o Tokyo Gas Corporation no Japão apresentou um comercial tipo de refrigerador de adsorção que foi impulsionado pelo calor waste industrial. Com a evolução da economia global e a tecnologia, a técnica de refrigeração solar adsorção primeiramente de pode encontrar sua aplicação em áreas rurais remotas, onde o clima é quente na maior parte do tempo do ano.

A operação deste sistema envolve quatro etapas críticas. De acordo com a sequência de tempo, eles são: o pré-aquecimento da cama sob condições fechadas; o processo de dessorção com a temperatura da cama aumenta ainda mais; a refrigerar para baixo da cama por re-circulação de água ou um fluxo de ar; e o processo de adsorção que gera o efeito de refrigeração.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

Este trabalho de pesquisa foi patrocinado pelo nacional chave básica pesquisa programa da China (No.2015CB251303) e a Fundação Nacional de ciências naturais da China (n. º 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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Sistema experimental de refrigeração Solar adsorção com coletor de concentrado
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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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