使用热/真空排空法的太阳冷却管实验研究

摘要

本文对一种采用热真空放空法的太阳能冷却管进行了实验研究。太阳能冷却管的性能系数主要受系统真空度的影响。在以往的研究中，采用热真空法，利用电炉和碘钨灯加热吸附床和H₂O蒸气将空气从太阳能冷却管中排出，被用来制造太阳能冷却管。本文提出了一种新的热真空与真空泵相结合的方法，可以增加真空状态来生产太阳能冷却管。得出如下结论:太阳能冷却管吸附床温度可达233℃，满足解吸需求;单个太阳能冷却管的制冷机功率从1w到12w不等;总供冷量约287kj;太阳能冷却管的COP约为0.215。

1.介绍

随着人们生活水平的提高，对空调的需求正在增加。使用CFC进行制冷压缩，具有全球变暖电位（GWP）和臭氧耗尽电位（ODP），因此应最大限度地减少其使用。能源问题已成为人类发展面临的主要问题，并导致减少化石燃料的努力。太阳能是最丰富的资源之一，具有许多优势，最重要的是它是环保的。这导致了来自全球研究界的关注。吸附制冷用自然工作成对作为制冷剂和太阳能作为热量资源，因此在制冷过程中不会消耗化石燃料，是环保的。

Ferreira Leite等人。[1[呈现吸附冷却器的表征和预先尺寸，作为20 kW空调中央单元的一部分，用于冷却一组室，包括110米的面积²．吸附式制冷机的预期性能系数(COP)约为0.6。哈达(2介绍了一种结构简单、成本低的太阳能吸附式制冷模块的描述和操作。测试结果表明，采用4型床层技术和C型反射器布置的模块性能最佳。Wang等[3.那4.]使用CaCl的复合吸附剂₂和活性炭作为工作副，并生产一个渔船制冰试验装置。蒸发温度为−35℃和−25℃时，冷却功率分别为0.89和1.18 kW。Clausse [5.]探讨了在法国巴黎附近的艺术型大厦进行暖气和空调的可能性。对于空调，随着室内温度在连续五个炎热的日子期间，在室内温度下保持温度舒适性。Anyanwu等。[6.那7.]研制了一种固体吸附式冰箱，实现了冷冻水温度在1°C左右，适用于药品、水果、蔬菜的保鲜。哈达(2那8.那9.]设置一个太阳能吸附模块，该模块产生的冰6.9公斤/米²净太阳能警察是0.136。Guilleminot等。[10.-12.[，]介绍了太阳能吸附性制冰机和吸附性床层传热强化的实验研究，结果表明，使用新型固结材料后，传热质量有了很大的改善。

与上述制冷系统相比，太阳能冷却管可以在一个玻璃管内完成制冷循环。太阳能冷却管[13.]及防冻太阳能冷却管[14.选择和构建使用沸石/水或活性炭/甲醇/甲醇。在过去的研究中，使用热真空方法制造太阳能冷却管，使用电烤箱和碘 - 钨灯加热吸附床，并使用H.₂o蒸汽驱逐太阳能冷却管的空气并减少空气部分压力。本文介绍了一种新型热真空与真空泵制造生产太阳能冷却管的方法，导致高度增加的真空状态。

2.太阳能冷却管的制造

太阳能冷却管的制造过程主要由三个步骤组成:(1)制备灌装过程;(2)太阳能冷却管的初步干燥;(3)用热/真空方法操作真空状态。步骤如下。

首先，在325℃烘箱中激活13x沸石8小时，然后加入适量的高纯硅酸钠和纯水以制备吸附化合物。所得吸附剂化合物具有比13x粉末更好的导热率和成形性[15.]。使用电动混合器搅拌混合物直至其变为液态。漏斗用来将混合物吸附剂填充到全玻璃管状太阳能收集器中，并通过碘-钨灯进行初步干燥。

其次，将填充用玻璃焊接车床的高硼硅酸盐吸附剂的全玻璃管太阳能收集器放入高硼硅酸盐玻璃和焊接管中，然后制造半成品太阳能冷却管。

第三步，将200毫升纯净水放入半成品太阳能冷却管中。然后将该管放入电干炉中，将太阳能冷却管与吸附瓶、连接罐烧杯和真空泵焊接。数字1显示了系统的示意图，图2是生产设备的照片。经过几个小时使用热排空法在太阳能冷却管中排出空气后，使用真空泵疏散太阳能冷却管。最后，焊接尾部接头完成太阳能冷却管的制造。

3.太阳能冷却管的原理

太阳能冷却管的结构如图所示3.．太阳能冷却管含有这些主要部件：太阳能集电极，吸附剂床，冷凝器，内管和蒸发器。太阳能收集器，冷凝器，内管和蒸发器由硬硼硅酸盐玻璃制成。使用13x沸石，白天和夜间之间的温差对应于制冷剂水的吸附能力差异;因此，太阳能冷却管达到了制冷循环。这个过程如下。

白天，吸附剂床受到阳光照射，吸附剂床温度升高至解吸温度。当水蒸气从吸附剂中流出，使水蒸气压力上升到冷凝压力时，从吸附剂床中被解吸的水蒸气在冷凝器中冷凝，由于重力而流入蒸发器。水蒸气在整个外管的内壁冷凝，从环境中提取热量。白天内管充满空气，可减少吸附床的热损失，因此吸附床具有较高的脱附温度。在一整天中，太阳冷却管接受太阳辐射，而水蒸气继续从吸附剂床上解吸，并存储在蒸发器中。在夜间，吸附剂床的温度在日落后下降，内胎充满了水。这加强了冷却吸附剂床和获得加热水的传热。当吸附床温度降至吸附温度时，吸附床开始吸附水蒸气，引起水蒸气压力下降，使蒸发器内的液态水蒸发。当蒸发温度足够低时，系统可以向外界提供冷却。在吸附过程中，制冷剂水继续汽化，向外界提供冷却能力; the adsorption refrigeration will continue for the whole night until the next morning.

4.实验设置

太阳能冷却管实验的示意图和照片如图所示4.和5.．本实验使用的主要设备如下:采用吉时利公司2700万用表/数据采集系统进行测温数据采集，t型热电偶和k型热电偶分别为低温测试和高温测试的温度传感器，太阳辐射密度测试采用锦州TRM-123型温度辐射仪，环境温度和空气相对湿度测试采用RYQ-1型地面自动气象站。

温度和太阳辐射以5分钟的间隔测量，并且可以在计算机上瞬间进入。

5.结果和讨论

5.1。太阳辐射和环境温度的变化

在实验期间，天气晴朗，阴天很小。太阳辐射和环境温度变化如图所示6.．太阳辐射值约为20.1 mj·m^-2．最大太阳辐射密度约为800 W·m^-2在11:45 AM。通过该实验中的T型热电偶测量环境温度。最大和最小环境温度分别为约33.8°C和19.4°C。平均环境温度为25.9℃。

5.2。吸附床温度变化

太阳能冷却管的吸附床温度变化如图所示7.．白天，吸附剂床接收太阳能，吸附剂温度迅速上升至233℃。该温度满足解吸要求，将制冷剂水从13X沸石吸附床中解吸。蒸汽在冷凝过程中释放潜热，成为液体，然后由于重力而储存在蒸发器中。全天，太阳能冷却管接受太阳辐射，同时制冷剂水蒸汽继续从吸附剂床上解吸，直到太阳辐射太弱而无法解吸。夜间，吸附剂温度下降，开始吸附水蒸气。在吸附过程中，吸附床的温度降至最低温度33℃左右。吸附床的温度与环境温度相差约14℃。

5.3。凝结温度变化

在该实验中测试了太阳冷却管的冷凝温度。在冷凝器的外部设有两个温度测试点。在白天期间的解吸过程中，在高温下从吸附床中解吸的制冷剂水蒸气在冷凝器中冷凝。太阳能冷却管的冷凝温度的变化可以在图中看到8.．冷凝器的温度从31.6℃变化至约40.5℃。冷凝器和环境温度之间的最大和平均温度分别为约13.8℃和9.7℃。

5.4。蒸发温度变化

在蒸发器的外部设置了两个温度测试点。在夜间的吸附过程中，吸附床吸附制冷剂气体，并将蒸发器液体水蒸发并供应冷却质量到外部。太阳能冷却管的蒸发器温度的变化可以在图中看到9.．蒸发器的温度主要从15℃变化至约10℃，最小蒸发器温度约为9.2℃。

5.5。解吸能力变化

太阳能冷却管的解吸容量变化如图所示10.．在白天，吸附剂床温度升高，因为收到太阳能。制冷剂水气从吸附剂床中解吸并储存在蒸发器中。通过制冷剂水的量测量解吸能力。从9：00到12:00，解吸速度较高，13:00后速度慢。总解吸能为约140克。

5.6。单根太阳能冷却管的蒸发制冷能力

可以在图中看到单个太阳能冷却管的冰箱功率变化11.．夜间吸附过程中，吸附剂床吸附制冷剂气体，保持蒸发器液态水蒸发，向外界提供冷却质量。单个太阳能冷却管的制冷机功率从20:00°C左右的12 W，到第二天早上减弱到不足1 W。总供冷量约为287 kJ，总COP约为0.215。

6。结论

本文专注于使用热/真空排空法对太阳能冷却管的实验研究。太阳能冷却管使用太阳能作为加热资源来完成吸附循环，与常用替代方案相比减少对环境的伤害。在本研究中实验研究太阳能冷却管的性能，可以绘制以下结论：（1）当环境温度约为19.4°C - 33.8°C，太阳辐射约为20.1 MJ时·D.¹M.^-2，太阳能冷却管的吸附床温度达到233°C。这种温度致癌需求。（2）在夜间，太阳能冷却管的吸附床温度冷却至最小温度约为33°C，该温度可满足吸附需求。吸附床和环境温度之间的温差约为14℃。（3）单根太阳能冷却管的制冷机功率从12 W到1 W不等。总供冷量约为287 kJ，太阳能冷管COP约为0.215。

致谢

这项工作得到了中国自然科学基金的支持（合同编号50976073）和上海海事大学的科技计划。

参考

1. A. P.Ferreira Leite，F. A.Belo，M. M. Martins和D. B.Riffel，“基于吸附和太阳能的中央空调”应用热工程，卷。31，不。1，pp。50-58,2011。视图:出版商网站|谷歌学者
2. N. M. Khattab，“一种新型太阳能吸附制冷模块”，应用热工程，卷。24，不。17-18，第274.2760,2004。视图:出版商网站|谷歌学者
3. 王利伟，王如哲，卢志生，徐永贤，吴建勇，“劈裂热管式复合吸附制冰试验装置”，国际制冷杂志，卷。29，不。3，第456-468,2006。视图:出版商网站|谷歌学者
4. 王利伟，王如哲，卢志胜，陈长军，“分离热管式渔船吸附制冰试验装置的研究:热管介质的选择及非稳态热源下的实验研究”，能源转换与管理，卷。47，没有。15-16，pp。2081-2091,2006。视图:出版商网站|谷歌学者
5. M. Clausse, K. C. A. Alam和F. Meunier，“通过耦合到吸附系统的增强太阳能集热器的住宅空调和供暖，”太阳能，卷。82，没有。10，pp。885-892,2008。视图:出版商网站|谷歌学者
6. E. E. ananwu, N. V. Ogueke，“固体吸附太阳能冰箱的热力学设计方法”，可再生能源，第30卷，第2期1，页81-96,2005。视图:出版商网站|谷歌学者
7. E. E. ananwu, U. U. Oteh，和N. V. Ogueke，“使用活性炭/甲醇吸附剂/制冷剂对的固体吸附太阳能冰箱的模拟，”能源转换与管理，卷。42，不。7，pp。899-915,2001。视图:出版商网站|谷歌学者
8. N.M.Khattab，H. Sharawy和M. Helmy，“开发新颖的太阳能吸附冷却管”，能源Procedia，卷。18，pp。709-714,2012。视图:谷歌学者
9. N. M. Khattab，“新型太阳能吸附制冷模块的仿真和优化”，太阳能，卷。80，不。7，pp。823-833,2006。视图:出版商网站|谷歌学者
10. J. J. Guilleminot, A. Choisier, J. B. Chalfen, S. Nicolas, J. L. Reymoney，“固定床吸附剂的传热强化”，热回收系统和热电联产，卷。13，不。4，pp。297-300,1993。视图:谷歌学者
11. A. Boubakri, J. J. Guilleminot，和F. Meunier，“吸附太阳能制冰器:实验和模型，”太阳能，第69卷，第2期3，页249-263,2000。视图:谷歌学者
12. F. Bentayeb, F. Lemmini，和J. J. Guilleminot，“吸附式太阳能冰箱对摩洛哥气候的适应”，可再生能源，卷。6，不。7，pp。867-882，1995。视图:谷歌学者
13. Z. Liu，Y. Lu和J. Zhao，“沸石 - 活性炭化合物吸附剂及其在吸附太阳能冷却管中使用”，太阳能材料和太阳能电池号，第52卷。1-2，第45-53页，1998。视图:谷歌学者
14. 赵辉，张敏，李振燕，李艳玲，孟晓东，“利用活性炭/甲醇工作副的太阳能吸附式制冷管的力学与实验研究”，能源转换与管理，第49卷，第49期。8，第2434-2438页，2008。视图:出版商网站|谷歌学者
15. 赵辉，张敏，吕军，余刚，邹志明，“太阳能吸附制冷中新型复合吸附剂的导热性能研究，”能源转换与管理，卷。50，不。5，pp。1244-1248，2009。视图:出版商网站|谷歌学者

版权

版权所有©2012赵慧忠等。这是一篇发布在创意公共归因许可证，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，但必须正确引用原作。