Summary
Med solenergi som drivkraft, har ett system för kylning av romanen adsorption utvecklats och experimentellt undersökts. Vattenånga och zeolit bildade den arbetande par adsorption systemet. Detta manuskript beskriver inställningen av experimentella riggen, förfarandet för drift och de viktiga resultat.
Abstract
För att förbättra prestanda för solar adsorption kyl, en experimentell system med en solar koncentration samlare inrättades och undersökt. De viktigaste komponenterna i systemet var adsorbent sängen, kondensor, förångare, sub kylsystemet och solfångare. I det första steget av experimentet värmdes vapor-mättade sängen av solstrålningen under slutna förhållanden, som orsakade säng temperatur och tryck att öka. När sängen trycket blev tillräckligt högt, sängen var bytte för att ansluta till kondensorn, alltså vattenånga flödade ständigt från sängen till kondensatorn att vara flytande. Nästa, sängen behövs för att kyla efter desorptionen. I sol-skärmad tillstånd, uppnås genom aluminiumfolie, öppnades den cirkulerande vatten slingan till sängen. Med vatten hela tiden cirkulerar i sängen, den lagra värmen i sängen var tog ut och säng trycket minskat med detta. När sängen trycket fallit under mättnad trycket vid avdunstningstemperatur, öppnade ventilen till förångaren. En massa vattenånga rusade in i sängen och var adsorberas av zeolit materialet. Med den massiva förångning av vattnet i förångaren genererades kyl effekten slutligen. Det experimentella resultatet har visat att både COP (värmefaktor den på systemet) och SCP (specifika kyleffekt av systemet) av den Säpo-34 zeolit var större än för den ZSM-5 zeolit, oavsett huruvida adsorption tiden var längre eller kortare. Systemet med att Säpo-34 zeolit genereras en maximal COP på 0.169.
Introduction
Ozonskiktet problemet med traditionella vapor har komprimerade kyl växande allvarligare, att ersätta traditionella kyl med grön teknik blivit ett hett ämne under de senaste åren. Bland dessa grön teknik, har solar adsorption kyl lockade mycket av uppmärksamheten av forskare. Drivs av låggradig värmeenergi, har adsorption köldanläggningen fördelar av att vara miljövänliga, små, och flexibla. Detta adsorption system kan också drivas med icke-solenergi, till exempel genom spillvärme som släpps ut från termisk utrustning eller motor avgaser från fordon, som nämndes av Hu et al. 1
I en adsorption kylsystem, är adsorption sängen den viktigaste komponenten. Dess arbete påverkar direkt prestanda för hela systemet. Därför är utformningen av adsorption sängen är den viktigaste frågan som Sutuki påpekade. 2 ett decennium sedan, den platt sängen användes mest i adsorption kylsystem. 3 , 4 , 5 utan någon solar koncentrera enhet, platt säng temperaturen var vanligtvis låg och därmed COP av systemet var otillfredsställande. Däremot bättre tubulär adsorption sängen COP. Det rapporterades att COP kunde nå 0,21 i sub-Sahara regionen av Hadj Ammar o.a. 6 dessutom Wang et al. 7 utvecklat en spiral plattan adsorber som var distingerad av kännetecken av kontinuerlig värme regenerering. Den nya designen av adsorption sängen förkortas cykeltiden i systemet. Abu-Hamdeh o.a. 8 rapporterade deras studie på solar adsorption kylsystemet med en paraboliska tråg samlare. Deras resultat visade COP av systemet varierade från 0,18 till 0,20. El Fadar o.a. 9 studerade en adsorption kylsystem som var tillsammans med en heat pipe och drivs av paraboliska tråg samlare, som visade en optimal COP på 0,18.
För att förbättra värmeöverföringen av tubulär sängen, vissa flänsförsedda tube adsorberare ansågs och effekten av förbättrad undersöktes. En innovativ säng som tog form av värmeväxlaren skal och tube presenterades av Restuccia et al. 10. inre flänsförsedda röret var belagd med en zeolit lager så att kontakt överföring motståndet av värme/vikt mellan metallytan och adsorbent material kan minskas. Systemet produceras en utgång av 30-60 W/kg specifik kyleffekt i cykling tiden av 15-20 s. Al Mers o.a. 11visade att den förbättrade adsorber med 5-6 fenor kan avsevärt minska värmeförlusterna i adsorber till atmosfären och därigenom förbättra COP med 45%. Effekten av en flänsförsedda tube adsorber på utförandet av de solar driven systemet studerades också av Louajari et al. 12. använda aktivt kol-ammoniak som arbetande paret, de visade att cykling Massöverföringen i adsorber med fenor var större än den som utan fenor.
I den aktuella studien studerade vi experimentellt en förbättrad solar adsorption kylsystem, där en sol spårning paraboliska tråg samlare tillämpades och en intern kylning tunnel har distribuerats. Med den Säpo-34/ZSM-5 Zeolit och vattenånga som arbetande paret, systemet visade intressanta egenskaper när det gäller termodynamik och kylteknik. Den experimentella metoden samt typiska testresultaten kommer att presenteras och diskuteras i denna rapport.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. experimentell Setup
Obs: adsorption köldanläggningen bestod av adsorption sängen, förångare, kondensor, vakuumpump och sol tråg samlare ( Figur 1). En automatisk solar tracking enhet med en paraboliska tråg tillverkades och tillämpas i systemet för att förbättra effektiviteten i solfångaren. Automatisk spårning av sol tråg drevs av snäckväxel enheten som visas i figur 2. Enheten bestod av en stegmotor, masken, redskap, rörliga gräns blocket och manuell hjulet. Dimensioner snäckväxel enheten var 21 x 80 cm 2. Tråg samlare koncentrerad sol strålar på adsorbent sängen, som var beläget längs fokus en paraboliska tråg.
figur 1: experimentella system för solenergi adsorption kyl. (Topp) Schematisk bild av systemet. (botten) Fotografi av den experimentella setup. Den övre panelen presenterar komponenterna i den experimentella system, som innebär förångare, kondensor, vakuumpump, etc. den nedre panelen visar ett fotografi av monterade adsorption köldanläggningen. I systemet är förångare och kondensor av fin-röret struktur, en typ av kompakta värmeväxlare. Adsorption sängen reformeras från en vakuum solfångare, som kan fånga solenergi effektivt. vänligen klicka här för att visa en större version av Denna siffra.
figur 2: strukturen i rutan snäckväxel. Det är den enhet som omvandlar rotationen av stegmotor till sol spårning förflyttning av det paraboliska tråget rutan snäckväxel. Förutom stegmotor, rutan snäckväxel innebär också reducer, manuell hjulet, mask axeln, etc. att dra växeln manuella/automatiska handtag till vänster, gears 5a och 5b är frikopplad. Således, tråget kan styras manuellt genom att vrida handhjulet. Dra manuella/automatiska strömbrytare handtaget till höger, är gears 5a och 5b engagerade tillsammans. Således, den styrs automatiskt av stegmotor.
- Connect spårning solfångare till mask-wheel axeln genom en svetsning metod. Passera rotation av stegmotor till solfångaren genom att matcha redskap och masken. Fixa tubulär adsorption sängen tillsammans med kollektorn med ett par rör kragar.
Obs: Drivs av en stegmotor, systemet roterar dagligen från öst till väst för att följa solens rörelse automatiskt. - Justera tråg vippande vinkel till marknivå, enligt variationen av sol höjd under olika årstider. Avgöra den vippande vinkel β av dalvärdet av den lokala latitud Φ och den solar deklination δ och av formeln β = Φ - δ. Manuellt rotera den lilla ratten som ligger längst ned i vinkel justering spaken att reglera vippande vinkeln på tråget (delen av nr 13, figur 1).
Obs: På detta sätt är den sol-utstrålningen så normalt som möjligt på tråget. Det experimentella systemet var belägen i Beijing högskola, campus vid latitud 39.89 ° N och longitud 116.38 ° E. Adsorption sängen tog en cylindrisk form. Det reformerades från en vakuum solar mottagare av en tub ( figur 3).
figur 3 : struktur av adsorption sängen och distributionen av temperaturen sonden. (Topp) Schematisk bild av strukturen säng; (botten) Temperatur sonderna och kanalen massöverföring i sängen. Den övre panelen visar den grundläggande strukturen i sängen. Adsorbent materialet sätts i den ringformiga håligheten mellan sol-absorberande tuben och i koppar kylkanal. Solens strålar tränger glasröret och faller ner på ytan av röret solar-absorberande. Då, genom värmeledning överförs solenergin till adsorbent material inuti sängen. Den nedre panelen visar platsen för temperatur sonderna. Dessa sonder används för att övervaka temperaturförändringen av sängen under den adsorptions processen. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
- att främja att fånga solenergin, coat sol-absorberande röret av sängen, (gjord av rostfritt stål med d = 64,5 mm) med ett skikt av svart krom insättning av metoden vakuum beläggning. Se tidigare publicerad litteratur om selektiv beläggning för mer information om denna teknik 13. Säkerställa att solar absorptionshastigheten av lagrets beläggning är 0,95, den infraröd emissivitet är 0,15 och tjockleken på ytskikt är 0,08 mm.
Obs: Detta ytskikt hjälper till att fånga solstrålningen effektivt men avger mycket lite själv. Som ett resultat, solenergin får in i adsorption sängen lätt och omvandlas till termisk entalpi av adsorbenten effektivt. - Infoga ett kopparrör (d = 20 mm) längs axeln av adsorption sängen. Fixa koppar röret till sängen med flänsen (se figur 3, övre panelen). Koppar röret fungerar som kylning kanal av sängen under adsorptionsprocessen.
- Fylla adsorbent material i den ringformiga håligheten i sängen som bildas av säng tuben och i koppar kylkanal. Använd Säpo-34 zeolit som adsorbent material och vatten som köldmedium. Sätta 3.171 kg av de Säpo-34 zeolit i sängen. Den granulerade Säpo-34 zeolit är 5,7 mm i diameter.
- Distribuera nio temperatur sonder i tre tvärsnitt av sängen för att övervaka temperaturförändringen av sängen under processen adsorption och desorption ( figur 3, nedre panelen). Fixa en sond på varje liten supporter som sitter på de koppar kylkanal.
- Put sonder 1 och 2 i avsnitt A-A nära inloppet av adsorption sängen. Sätta sonder 8 och 9 döda i slutet av sängen. Fixa de andra sonderna på mittsektionen B-B (se figur 3).
- Infoga axiellt en mass-överföring kanal d = 10 mm in i sängen. Säkerställa att massa kanalen har form av retikulära tube, och är av samma längd av adsorption sängen (d säng = 64,5 mm). Utöka kanalen nedåt från inloppet och göra den står i rätt position med extrudering kraft adsorbent material. Retikulära röret hjälper vattenånga att ange regionen djup i sängen snabbt.
2. Experimentell metod
Obs: Adsorption kyl är baserad på principen att det fast adsorbent materialet adsorberas kylmedelsångan starkt vid låg temperatur, medan det desorbs ånga vid en högre temperatur. Med hjälp av värme som den drivande impulsen, nås syftet med kyl. Kyl cykeln av adsorption systemet innefattar främst fyra steg, dvs., sol värme-upp-process, processen desorption, säng-kyla processen och adsorptionsprocessen. Desorption processen startar igen efter adsorptionsprocessen är slutförd. Alla steg i experimentet är lika viktiga eftersom de hänger ihop och påverkar varandra interaktivt.
- Reglera experimentella installationen av följande procedurer för att starta solvärme och desorption av sängen.
- Vrid det paraboliska tråget manuellt tills den står inför på grund av östra innan experimentet, så att solljuset bestrålar paraboliska tråg samlare normalt vid middagstid.
- Stäng alla ventiler som är anslutna till adsorption sängen och säkerställa trycket av sängen och röret är under 800 Pa. göra det redo för solvärmesystem.
- Växla på kontrollerande riggen av systemet när solen lyser parallellt med horisontlinjen på morgonen. Göra i tråg automatiskt rotera för att spåra solar rörelsen.
- Tillåta adsorption-mättade sängen ska värmas av solstrålningen under slutna förhållanden. Som ett resultat, bäddtemperaturen och säng trycket kommer att öka successivt.
- Monitor säng trycket med en manometer (nummer 6 i figur 1) tills den är högre än trycket värdet som motsvarar kondensation temperaturen av miljön. Enligt termodynamiken, kondens vattnet vid 30 ° C är 4,246 Pa.
- Starta processen desorption.
Observera: I desorption processen, kondensation av vattenånga uppstår. Kondensation temperaturen bestäms av lokala väderförhållanden på testdagen.- Öppna ventilen som ansluter sängen och kondensorn. Låt vattenånga flöde in i kondensorn genom anslutningsrör. Som vattenånga in i kondensorn, temperatur kondensorn stiger gradvis.
- Samtidigt, hålla den solvärme till adsorption sängen, så att sängen trycket fortfarande är tillräckligt högt för att orsaka desorptionen. Sluta inte den solvärme tills processen har slutförts.
- Avsluta desorption processen när trycket av sängen är lika med trycket av kondensorn. Stäng ventilen när desorption processen är över.
- Kyla ner sängen innan adsorptionsprocessen, eftersom sängen är fortfarande i delstaten hög temperatur efter desorptionen. Adsorbent material kan till stor del adsorbera endast vid låg temperatur.
- För att starta adsorptionsprocessen, sköld adsorption sängen med en aluminiumfolie ark, så att sängen är avskuren från solstrålningen.
- Stäng alla ventiler som ansluter förångare och kondensor.
- Öppna de cirkulerande vatten-loop av sängen och kyla ner adsorbent material. Med vattnet ständigt cirkulerar i sängen, inre entalpin tas och säng trycket minskar på motsvarande sätt.
- Avsluta kylningsprocessen när sängen trycket sjunker under den mättade ångtryck på förångaren ' s temperatur.
Obs: Vara redo för adsorption kyl processen efter nedkylning av sängen. Nu bäddtemperaturen runt omgivande luftens temperatur och säng trycket har nått till miniminivån. - Hålla de cirkulerande vatten-loop i ett fungerande tillstånd under adsorptionsprocessen. Adsorption är en exoterm process, och genererade värmen behöver släppas utanför så snart som möjligt.
- Öppna ventilen mellan sängen och förångaren. Låt vattenånga rusa in i sängen från förångaren.
Obs: Vapor minskning av förångaren orsakar mer vatten att förånga, vilket resulterar i en drastisk minskning av förångaren temperaturen. Bildpunkter, förångaren absorberar värme från vattentanken där förångaren sitter, och en kyl effekt erhålls. - Hålla adsorptionsprocessen pågår och registrera ändringen av bäddtemperaturen och säng trycket.
Obs: Under adsorptionsprocessen ångtryck i förångaren blir lägre och lägre, men sängen ökar temperaturen snabbt. - Avsluta adsorptionsprocessen när sängen trycket är lika med evaporatortrycket. Efteråt, desorption processen kommer att följa igen.
3. Data minskning metod
- utvärdera köldanläggningen utifrån refrigeration kapaciteten och effektiviteten i värme-till-kyla omformningen.
Obs: för det aktuella systemet, kyl kapacitet beräknas av massa mängden förångade vattnet och temperaturen av förångaren själv.- Att bestämma den totala kyl kapaciteten (Q ref) av systemet, beräkna summan av de enthalpy dekrement kylt vatten i tanken, metall förångaren och det kvarstående vattnet i förångaren efter adsorption enligt följande:
där c p i ekv (1) är den specifika värmen vid konstant tryck och m betecknar massan. C är en korrektionsfaktor kyl kapacitet förångaren med tanke på värmeöverföringen mellan vattenbehållaren och den omgivande miljön, och det antas C 1,15 enligt principen av värmeöverföring. De nedsänkta w och e representerar vattnet och förångaren, respektive. I ekvationen m w, tan och m w, ev en är massan av kylda vattnet i tanken och massan av det kvarstående vattnet i förångaren, vilket motsvarar den temperatur droppe ΔT w och ΔT e respektive.
Obs: Solenergi indata till sängen som behövs för att bedöma effektiviteten av värme-till-kyla omformningen. - Bestämma den solenergi ingående Q s som:
där jag s, jag (t) är övergående solar intensiteten inspelad av actinometer under processen desorption. Den tidsintervall Δt av dataförvärvet till jag s, jag (t) är 10 s. Bländaren området det paraboliska tråget A p, reflekterande effektiviteten av den tråg ytan ρ, överföringen av tube glas τ, och solar absorptionskoefficienten av den beläggning yta α, tillsammans med parametrarna i Ekv (1), är listade i tabell 1. - Baserat på Q ref och Q s erhållits ovan, fastställa COP av kylsystemet som 14:
β1 och β 2 är korrektionsfaktorer till solenergi ingående Q s. β 1 är korrektionsfaktorn för icke-parabolisk graden av den tråg, som beaktar deformeringen av tråg på grund av begränsningar av tillverkningstekniken, och det antas β 1 = 0,85. β 2 är korrektionsfaktorn för den verkliga mängden erhållna värmen i sängen. På grund av den mindre storleken av metall säng röret än det yttre glasröret beloppet verkliga erhållna värmen understiger det återspeglas på glasröret. β 2 bestäms av förhållandet i metall säng diameter D 2-glas röret diameter D 1. Med D 1 = 100 mm och D 2 = 64,5 mm, det beräknas att β 2 = 0,645. - Bestämma den specifika kyleffekt av sängen av parametrarna för experimentet som 14:
< img alt = ”ekvation 4” src="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925eq4.jpg” / >
där m en är massan av adsorbent material och t annonser är tidslängden av adsorptionsprocessen.
- Att bestämma den totala kyl kapaciteten (Q ref) av systemet, beräkna summan av de enthalpy dekrement kylt vatten i tanken, metall förångaren och det kvarstående vattnet i förångaren efter adsorption enligt följande:
tabell 1: värden för parametern i ekv (1) och ekv (2). De parametrar som är inblandade i ekv (1) och ekv (2) listas i den här tabellen. Parametrarna inkluderar c p, p, α, etc.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Massöverföring karakteristiska av sängen genom adsorptionsprocessen
Adsorption sängen är alltid den viktigaste komponenten i en köldanläggning och adsorption, och den värme- och massöverföring kännetecken är de viktigaste faktorerna som påverkar prestanda för hela systemet. Genom att analysera inspelad temperaturförändringen i de gränsöverskridande avsnitten som visas i figur 3(nedre panelen), är det möjligt att veta den värme- och massöverföring funktioner i sängen. Figur 4 visar en dynamisk förändring av bäddtemperaturen under adsorptionsprocessen. Figuren illustrerar att massöverföring förmåga att Säpo-34 zeolit är bra, för adsorption av punkterna på olika avsnitt start nästan samtidigt. Om massöverföring motståndet av sängen är låg, sängen kan nå adsorptionsjämvikt inom en kort tid, och adsorbent material i sängen kommer att vara fullt sysselsatt. Med starkt kylfunktionen av den cirkulerande vatten konvektion, temperatur skytte-upp var fastspända effektivt efter om 400-600 s av adsorption, utom tid punkt 9. Däremot för en naturlig luftkylning metod, skulle bäddtemperaturen minska relativt långsamt. Det relaterade experimentella resultatet har diskuterats grundligt i Du et al. 14 den magra kylande effekten av luftflödet frustrerad värme ansvarsfrihet av sängen, och sedan påverkade cykel prestanda för adsorption köldanläggningen. I jämförelse var vattenkylning mycket bättre för systemet.
Figur 4: Temperaturförändring av sängen i adsorptionsprocessen för Säpo-34 zeolit. Denna figur visar temperaturförändringen av sängen i adsorptionsprocessen. Genom variationen av temperatur, kan vi analysera vad som kännetecknar Massöverföringen av sängen. Svarsfrekvensen för temperaturen återspeglar andelen adsorption av materialet i sängen.
Värmeöverföring för sängen genom desorption processen karakteristiska
Adsorption är en kopplad värme- och massöverföring fenomen. Desorption/adsorption av adsorbenten är starkt relaterad till temperaturförändringen av sängen. Dock avgörs värmeöverföringen karakteristiska av sängen inte bara av termiska egenskaper av adsorbenten själv, men också av säng struktur. Vi tenderar att välja ett material med både en stark adsorption förmåga och hög ledningsförmåga. Men tyvärr ganska ofta dessa kvaliteter är i konflikt. Poröst material med bra adsorption uppvisar vanligtvis dålig ledningsförmåga. Många faktorer (t.ex.den molekylära strukturen, bearbetningsmetod, partikelstorlek, etc.) kan påverka de termiska egenskaperna av adsorbent15,16. Figur 5 visar medeltemperaturen ändringen av sängen i desorption processen för den Säpo-34 och ZSM-5 zeolit. För att underlätta jämförelsen, presenteras inspelade solar intensiteten i kampanjen test också. Även om solar intensiteten var nästan samma för de två zeoliter, var ökningen av temperaturen helt annorlunda. För den ZSM-5 zeolit, var temperaturen stiger över 32 ° C, medan för de Säpo-34 var endast 17 ° C. Detta resultat visade att värme överföring förmåga den ZSM-5 zeolit var bättre än den Säpo-34 zeolit. Massöverföringen mellan adsorbenten och ånga är den viktigaste processen, men endast med stöd av värmeöverföringen kan en bra massöverföring realiseras.
Figur 5 : En förändring av den genomsnittliga temperaturen i sängen under processen desorption. Denna figur visar skillnaden i värmeöverföringen mellan den Säpo-34 Zeolit och den ZSM-5 zeolit. Under 600 s desorption var ökningen av temperaturen för ZSM-5 Zeolit och Säpo-34 zeolit helt annorlunda. För den ZSM-5 zeolit var temperaturökningen 32.52 ° C, medan för de Säpo-34 zeolit var ökningen bara 17.02 ° C. På samma solvärme skick anger den större temperatur ökningen av den ZSM-5 zeolit dess överlägsenhet av värmeöverföring i förhållande till Säpo-34 zeolit.
Den karakteristiska av sängen desorptionen
I allmänhet bestäms utdata för kylning kraften för ett system för adsorption av adsorbent kännetecken och värme överföringshastigheten av sängen. Vanligtvis är dags för desorption processen längre än tiden för adsorptionsprocessen. Det är viktigt att veta egenskaperna hos värme överföra i sängen under desorptionen. Här används index för desorption graden E(t) att utvärdera av fullständigheten i desorptionen av sängen. E(t) definieras som förhållandet mellan mängden desorberat kylmedelsånga, från början till tiden t, och den totala mängden ånga upptaget i adsorptionsprocessen.
Med experimentella data, kan E(t) av sängen på olika desorption gånger erhållas. För det första, det visas att desorption graden förbättrades i viss utsträckning som sängen temperatur ökat. För Säpo-34 zeolit systemet, E(t) ökade från 54,9% vid t = 1 h till 69,3% vid t = 2 h. Däremot, samtidigt desorption, ZSM-5 systemet visade en sämre desorption effekt än Säpo-34 systemet. 14 även bäddtemperaturen i Säpo-34 var jämförelsevis lägre, som tidigare diskuterats angående figur 5, desorption graden var bättre. Detta berättar att Säpo-34 zeolit är mer lämplig att använda som adsorbent material. Denna funktion av Säpo-34 zeoilite betonades också av Gordeeva et al. 17
Kyl kapacitet av systemet
Kyl kapacitet av adsorption systemet återspeglas i princip av temperatursänkning av vattenbehållaren. Testresultaten för tank temperaturen presenteras i figur 6. Tank temperaturen ändras med tiden i ett icke-linjärt sätt. Det minskade snabbt inom de första 600 s adsorption tiden, och sedan temperaturen minska bromsat. I jämförelse med de två temperaturprofiler i Säpo-34 och den ZSM-5 zeolit, är det känt att de två zeoliter kyl kapacitet var ganska annorlunda. Den temperatur dekrement vattentank återspeglas direkt kylning kapaciteten i systemet. Uppenbarligen var temperatursänkning för Säpo-34-systemet mycket större än för ZSM-5 systemet. Med bättre desorption egenskaper som nämnts ovan, uppvisade den Säpo-34 zeolit en högre kyl kapacitet än den ZSM-5 zeolit. Denna identifiering är förenlig med avslutningen av Gordeeva et al. 16 och Kakiuchi o.a. 18
Figur 6: Temperaturvariationen i kyld vattentanken. Temperaturvariationen kylt vatten i förångare tanken var i allmänhet inte linjära. För den Säpo-34 zeolit, det sjönk snabbt inom de första 600 s och sedan nedgången avtog. Däremot var den temperaturförändringen av den ZSM-5 zeolit relativt jämn. Detta återspeglas funktionen att kyl effekt minskat med tiden. De två kurvorna visade också prestanda skillnaden av Säpo-34 och ZSM-5 zeolit.
Prestanda av systemet utvärderas av index för COP och SCP som bestäms av ekv (3) och ekv (4), respektive, och resultaten redovisas i tabell 2. Enligt den ickelinjära förändringen av temperaturen i figur 6, två uppsättningar data för adsorption tid tannonser = 600 s och tannonser = 1 800 s presenteras. För antingen fall i tabellen, Qref inom den första 600 s äger en andel av mer än två tredjedelar av den totala kylning kapaciteten av 1.800 s adsorption tiden. Uppenbarligen, SCP för tannonser = 600 s är mycket högre än att för tannonser = 1 800 s, men COP resultaten strider dessa resultat. Den bästa COP i tabell 2 har nått 0.169. Felanalys genomfördes och avslöjade osäkerheten i COP var mellan 6,2 – 9,4% motsvarar olika test kampanjer. Det måste nämnas att högst COP här är jämförande mellan resultatet av Abu-Hamdeh o.a. 8 deras system av paraboliska tråg samlare genereras ett COP på 0,18-0,20. SCP indexet återspeglar specifika uteffekten på sängen kyl kapacitet. En högre SCP innebär att en högre kyl effekt genereras av en enhet av adsorbent massa. Analyserade resultaten har visat att både polis och SCP av Säpo-34 var överlägsen att av ZSM-5, oavsett om adsorption tiden var längre eller kortare.
Tabell 2: jämförelse av kyl kapacitet ZSM-5 och Säpo-34 zeolit. För jämförelse presenterar här vi övergripande prestanda för adsorption kylning av Säpo-34 och ZSM-5 zeolit. Antingen genom SCP index eller indexet COP visar Säpo-34 systemet dess överlägsenhet till ZSM-5 systemet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Som ett termodynamiska system beror utförandet av en solar adsorption kyl enhet på den optimala designen och funktionsduglighet i systemet. Både värmeförsörjning och metoden kylning av sängen är viktigt att garantera att systemet fungerar bra. Vattenkylning är att föredra luftkylning på grund av den höga hållfastheten av konvektion värmeöverföring vatten. Adsorbent materialet dålig ledningsförmåga har vanligen bestäms överföringshastigheten begränsad värme av sängen. För att förbättra värmeöverföringen i sängen, ansågs många mätningar såsom förbättring struktur internt införas fenorna. 19 kiselgel är en annan typ av populära adsorbent material. Om en kiselgel används i systemet solar adsorption, måste desorption temperaturen av sängen begränsas till mindre än 95 ° C, så att kiselgel inte blir uttorkad och förlora aktivitet.
Liksom de flesta förnybara energisystem har nuvarande adsorption köldanläggningen vissa brister när det gäller tekniska tillämpningar. Anmärkningsvärda problemet är systemet intermittent arbete. Med den inneboende naturen av värme-upp och kyla ner, adsorption systemet inte kan strömförsörja kalla ständigt som en enkelsäng används. Att lösa detta problem några forskare ansåg en konjugerad två bed-system, där tekniken regenerativ värme-och massöverföring skulle kunna tillämpas. Sådana system kan bli ganska komplicerat men prestandaförbättring var ofta ganska otillfredsställande. En annan punkt som måste beaktas är vädret skick effekt. För dåligt väder dagar, det kommer inte tillräckligt solar energiförsörjning till systemet. I ett sådant fall behöver några extra värmekälla vara redo så att systemet kan fortsätta att arbeta.
Som en grön energiteknik, har solar adsorption köldanläggningen rönt stor uppmärksamhet under det senaste decenniet. Användning av solenergi undviker förbrukningen av fossila bränslen och minskar effektivt luftföroreningen. Dessutom ett sådant system har inga roterande komponenten, inget buller, och kan användas flexibelt. Även effektiviteten i systemet inte är jämförbara med konventionella kylsystem som använder ånga komprimering eller ammoniak absorption, presenterar överflödet av solenergi en potentiell betydelse för luminans i framtiden. För ett system som förbrukar el eller bränsle, är effektiviteten i prestanda mycket viktigt på grund av driftskostnader. Däremot solenergi är gratis och systemet är fortfarande fördelaktigt även om COP inte är mycket hög.
Vi är inte säker på hur snabbt solar adsorption teknik kan ersätta konventionella kylsystem i stor skala, eftersom det finns vissa aspekter av denna teknik som behöver ytterligare förbättras. Ett par år sedan, rapporterades det att den Tokyo Gas Corporation i Japan framfört en kommersiell typ av adsorption kylskåp som drevs av industriell spillvärme. Med utvecklingen i den globala ekonomin och teknik hitta tekniken med solar adsorption kyl först dess tillämpning i de avlägsna landsbygdsområden där klimatet är hett i mest tid av året.
Drift av detta system omfattar fyra kritiska steg. Enligt den tid ordningsföljd, de är: förvärmning av sängen under slutna förhållanden. desorption processen med bäddtemperaturen ökar ytterligare; nedkylning av sängen av åter cirkulerande vatten eller en luftström; och adsorptionsprocessen som genererar kyl effekten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Detta forskningsarbete sponsrades av den nationella nyckel grundläggande forskning Program i Kina (No.2015CB251303) och den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (nr. 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 |
References
- 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).
- Sutuki, M. Application of adsorption cooling system to automobiles. Heat Recov Syst CHP. 4 (13), 335-340 (1993).
- 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).
- 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).
- Sumathy, K., Li, Z. F. Experiments with solar-powered adsorption ice-maker. Renew Energy. 16, 704-707 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mattox, D. M., Kominiak, G. J. Deposition of semiconductor films with high solar absorptivity. J Vac Sci Technol. 12, 182-185 (1975).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
