Summary

Experimenteel systeem van zonne-adsorptie koeling met geconcentreerde Collector

Published: October 18, 2017
doi:

Summary

Met zonne-energie als de drijvende kracht, heeft een nieuwe adsorptie koelsysteem ontwikkeld en experimenteel onderzocht. Waterdamp en zeoliet vormde het paar werken van de adsorptie-systeem. Dit manuscript beschrijft de installatie van het experimentele tuig, de operatie-procedure en de belangrijke resultaten.

Abstract

Ter verbetering van de prestaties van zonne-adsorptie koeling, was een experimenteel systeem met een concentratie van de zonne-collector instellen en onderzocht. De belangrijkste onderdelen van het systeem werden het adsorberende bed, de condensor, de verdamper, het koelsysteem van de sub en de zonnecollector. In de eerste stap van het experiment, was het bed damp-verzadigd verwarmd door de zonnestraling onder gesloten voorwaarden, waardoor de temperatuur van het bed en druk te verhogen. Wanneer de druk van het bed werd hoog genoeg, het bed was ingesteld om te verbinden met de condensor, dus waterdamp stroomde voortdurend van het bed de condensor te vloeibaar worden. Vervolgens het bed nodig om af te koelen na de desorptie. In de zonne-energie-afgeschermd voorwaarde bereikt door aluminiumfolie, werd het circulerende water-lus geopend aan het bed. Met het water voortdurend circuleert in het bed, de opgeslagen warmte in het bed was haalde en de bed druk dienovereenkomstig verlaagd. Wanneer de druk bed gedaald tot onder de druk van de verzadiging op de temperatuur van de verdamping, opende de klep naar de verdamper. Een massa van waterdamp snelde in het bed en was geadsorbeerd door de zeoliet-materiaal. Met de enorme verdamping van het water in de verdamper, was het effect van koeling tot slot gegenereerd. Het experimentele resultaat is gebleken dat zowel de COP (coëfficiënt van de prestaties van het systeem) en het SCP (specifieke koelvermogen van het systeem) van de SAPO-34 zeoliet groter was dan die van de ZSM-5 zeoliet, ongeacht of de adsorptie keer langer was of korter. Het systeem van de SAPO-34 zeoliet gegenereerd een maximale COP van 0.169.

Introduction

Met het probleem van de aantasting van de ozonlaag van traditionele damp gecomprimeerde koeling steeds ernstiger, vervanging van de traditionele koeling met groene technologie uitgegroeid tot een hot topic in de afgelopen jaren. Onder deze groene technologieën, heeft zonne-adsorptie koeling aangetrokken veel aandacht van onderzoekers. Gedreven door laagwaardige warmte-energie, heeft de adsorptie-koelsysteem de voordelen van milieuvriendelijke, kleine, en flexibel. Dit adsorptie-systeem kan ook worden gereden met niet-zonne-energie, bijvoorbeeld door restwarmte ontslagen uit thermisch apparatuur of door de uitlaatgassen van de motor van voertuigen, zoals vermeld door Hu et al. 1

In een adsorptie koelsysteem, is het adsorptie-bed het belangrijkste onderdeel. Zijn werk is direct van invloed op de prestaties van het hele systeem. Daarom is het ontwerp van het adsorptie-bed is de belangrijkste kwestie, zoals opgemerkt door Sutuki. 2 een decennium geleden, het plat bed werd voornamelijk gebruikt in de adsorptie koelsysteem. 3 , 4 , 5 zonder enig ander zonne-richten apparaat, de temperatuur vlak bed was meestal laag en dus is de COP van het systeem was onbevredigend. Daarentegen is het buisvormige adsorptie bed verbeterd de COP. Het was gemeld dat de COP 0.21 sub Sahara regio konden bereiken door Hadj Ammar et al. 6 voorts Wang et al. 7 ontwikkeld een spiraal plaat adsorber die werd gekenmerkt door het kenmerk van continu warmte regeneratie. Het nieuwe ontwerp van de adsorptie-bed verkort de cyclustijd van het systeem. Abu-Hamdeh et al. 8 gemeld hun studie op het zonne-adsorptie koeling systeem met een parabolische trog verzamelaar. Hun testresultaten toonden de COP van het systeem die varieerden van 0.18 tot 0.20. El Fadar et al. 9 bestudeerd een adsorptie koeling systeem dat was gekoppeld aan een warmte-pijp en aangedreven door de parabolische trog verzamelaar, waaruit bleek een optimale COP van 0.18.

Ter verhoging van de warmte-overdracht van de tubulaire bed, sommige finned buis adsorbers werden geacht en het effect van de verhoging werd onderzocht. Een innovatief bed dat nam de vorm aan van de shell en tube warmtewisselaar werd gepresenteerd door Restuccia et al. 10. de interne finned buis was bedekt met een laag van zeoliet zodat de weerstand contact overdracht van warmte/massa tussen het metaaloppervlak en het adsorberende materiaal kan worden verminderd. Het systeem produceerde een vermogen van 30-60 W/kg voor specifieke koelvermogen van 15-20 s. Al Mers et al. de fietsen tijdig 11aangetoond dat de verbeterde adsorber met 5-6 vinnen aanzienlijk het warmteverlies van de adsorber sfeer en waardoor de COP met 45% kan verminderen. Het effect van een finned buis adsorber op de prestaties van de zonne-aangedreven systeem werd ook bestudeerd door Louajari et al. 12. met behulp van actieve kool-ammoniak als het paar werken, ze bleek dat de fietsen massaoverdracht in de adsorber met vinnen groter dan de een zonder vinnen.

In de huidige studie studeerde we experimenteel een verbeterde zonne-adsorptie koeling systeem, waarin een zonne-tracking parabolische trog verzamelaar werd toegepast en een interne koeling tunnel werd ingezet. Met de zeoliet SAPO-34/ZSM-5 en de waterdamp als het paar werken bleek het systeem interessante kenmerken op het gebied van thermodynamica en koeling. De experimentele methodologie evenals de typische testresultaten zal worden gepresenteerd en besproken in dit verslag.

Protocol

1. experimentele opzet Opmerking: de adsorptie-koelsysteem bestond uit het adsorptie-bed, de verdamper de condensor, de vacuümpomp en de zonne-trog collector ( Figuur 1). Een automatische zonne-tracking-apparaat met een parabolische trog was vervaardigd en toegepast in het systeem te verbeteren van de efficiëntie van de zonnecollector. De trog automatische zonne-tracking werd gedreven door het wormwiel apparaat, zoals weergegeven in Figuur …

Representative Results

Massaoverdracht karakteristiek van het bed door het adsorptie-procesHet adsorptie-bed is altijd het belangrijkste onderdeel van een koelsysteem adsorptie en de warmte- en massaoverdracht karakteristiek zijn de belangrijkste factoren die de prestaties van het gehele systeem beïnvloeden. Door het analyseren van de geregistreerde temperatuurverandering in de cross-secties zoals weergegeven in Figuur 3(onderste paneel), is het mogelijk om te…

Discussion

Als een thermodynamisch systeem, zijn de prestaties van een zonne-adsorptie koeling apparaat afhankelijk van het optimale ontwerp en de werking van het systeem. Zowel de levering van warmte als de koeling methode van het bed zijn belangrijk om te garanderen dat het systeem goed werkt. Waterkoeling heeft de voorkeur aan de lucht koeling vanwege de hoge sterkte van convectie warmte-overdracht van water. De slechte geleiding van het adsorberende materiaal heeft gewoonlijk bepaald de overdrachtssnelheid van de beperkte warmt…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit onderzoekswerk werd gesponsord door de nationale sleutel Basic Research programma van China (No.2015CB251303), en de nationale Natural Science Foundation van China (nr. 51276005).

Materials

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

  1. Hu, P., Yao, J. J., Chen, Z. S. Analysis for composite zeolite/foam aluminum-water mass recovery adsorption refrigeration system driven by engine exhaust heat. Energ Convers Manage. 50, 255-261 (2009).
  2. Sutuki, M. Application of adsorption cooling system to automobiles. Heat Recov Syst CHP. 4 (13), 335-340 (1993).
  3. Li, M., Wang, R. Z., Xu, Y. X., Wu, J. Y., Dieng, A. O. Experimental study on dynamic performance analysis of a flat-plate solar solid-adsorption refrigeration for icemaker. Renew Energy. 27, 211-221 (2002).
  4. Liu, Y. L., Wang, R. Z., Xia, Z. Z. Experimental study on a continuous adsorption water chiller with novel design. Int J Refrig. 28 (2), 218-230 (2005).
  5. Sumathy, K., Li, Z. F. Experiments with solar-powered adsorption ice-maker. Renew Energy. 16, 704-707 (1999).
  6. Hadj Ammar, M. A., Benhaoua, B., Balghouthi, M. Simulation of tubular adsorber for adsorption refrigeration system powered by solar energy in sub-Sahara region of Algeria. Energ Convers Manage. 106, 31-40 (2015).
  7. Wang, R. Z., et al. Experiment on a continuous heat regenerative adsorption refrigerator using spiral plate heat exchanger as adsorbers. Appl Therm Eng. 18, 14-19 (1998).
  8. Abu-Hamdeh, N. H., Alnefaie, K. A., Almitani, K. H. Design and performance characteristics of solar adsorption refrigeration system using parabolic trough collector: experimental and statistical optimization technique. Energ Convers Manage. 74, 162-170 (2013).
  9. El Fadar, A., Mimet, A., Pérez-García, M. Study of an adsorption refrigeration system powered by parabolic trough collector and coupled with a heat pipe. Renew Energy. 34, 2271-2279 (2009).
  10. Restuccia, G., Freni, A., Russo, F., Vasta, S. Experimental investigation of a solid adsorption chiller based on a heat exchanger coated with hydrophobic zeolite. Appl Therm Eng. 25, 1419-1428 (2005).
  11. Al Mers, A., Azzabakh, A., Mimet, A., El Kalkha, H. Optimal design study of cylindrical finned reactor for solar adsorption cooling machine working with activated-ammonia pair. Appl Therm Eng. 26 (16), 1866-1875 (2006).
  12. Louajari, M., Mimet, A., Ouammi, A. Study of the effect of finned tube adsorber on the performance of solar driven adsorption cooling machine using activated carbon-ammonia pair. Appl Energ. 88, 690-698 (2011).
  13. Mattox, D. M., Kominiak, G. J. Deposition of semiconductor films with high solar absorptivity. J Vac Sci Technol. 12, 182-185 (1975).
  14. Du, S. W., Li, X. H., Yuan, Z. X., Du, C. X., Wang, W. C., Liu, Z. B. Performance of solar adsorption refrigeration in system of SAPO-34 and ZSM-5 zeolite. Sol Energ. 138, 98-104 (2016).
  15. Ron, M., Gruen, D., Mendelsohn, M., et al. Preparation and properties of porous metal hydride compacts. J. Less- Common Metals. 74 (2), 445-448 (1980).
  16. Liu, Z. Q., Wu, F., Tan, Z. H., Chen, S., Wang, G. Q. An experimental study of thermal conductivity enhancement on solid adsorption refrigeration. Mater Rev. 15 (12), 61-63 (2001).
  17. Gordeeva, L. G., Freni, A., Restuccia, G., Aristov, Y. I. Adsorptive air conditioning systems driven by low temperature energy sources: choice of the working pairs. J Chem Eng Jpn. 40 (13), 1287-1291 (2007).
  18. Kakiuchi, H., Shimooka, S., et al. Water vapor adsorbent FAM-Z02 and its applicability to adsorption heat pump. Kagaku Kogaku Ronbun, Jpn. 31 (4), 273-277 (2005).
  19. Li, X. H., Hou, X. H., Zhang, X., Yuan, Z. X. A review on development of adsorption cooling-Novel beds and advanced cycles. Energ Convers Manage. 94, 221-232 (2015).

Play Video

Cite This Article
Yuan, Z., Li, Y., Du, C. Experimental System of Solar Adsorption Refrigeration with Concentrated Collector. J. Vis. Exp. (128), e55925, doi:10.3791/55925 (2017).

View Video