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).

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.
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55925/55925fig1v2.jpg" /> 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. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925fig1v2large.jpg" target="_blank"> por favor clique aqui para ver uma versão maior do Esta figura.</a>
 <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55925/55925fig2v2.jpg" /> 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 <ol><li>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.</li>
	<li>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).</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55925/55925fig3v2.jpg" /> 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. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55925/55925fig3v2large.jpg" target="_blank"> clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<ol start="3"> <li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).</li>
	<li>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.</li>
</ol> 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.
<ol><li>Regular a instalação experimental os procedimentos a seguir para iniciar o aquecimento solar e a dessorção da cama.
	<ol><li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li> <li>Iniciar o processo de dessorção. 
	&#8203; 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.
	<ol><li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li> <li>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.
	<ol><li>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.</li>
		<li>Fechar todas as válvulas que conectam o evaporador e o condensador.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Acabar o processo de arrefecimento, quando a pressão de cama cai abaixo da pressão de vapor saturada no evaporador &#39; 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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Terminar o processo de adsorção, quando a pressão de cama é igual à pressão do evaporador. Depois, seguirá o processo de dessorção novamente.</li>
	</ol></li></ol> 3. Método de redução de dados <ol><li>avaliar o desempenho do sistema de refrigeração baseado sobre a capacidade de refrigeração e a eficiência da transformação do calor-para-fria. 
	&#8203; 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.
	<ol><li>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: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55925/55925eq1.jpg" /> 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.</li>
		<li>Determinar a energia solar entrada, Q s como: 
		<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/55925/55925eq2.jpg" /> 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.</li>
		<li>Baseado sobre o Q ref e o Q s obtida acima, determinar o policial do sistema de refrigeração como 14: 
		<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/55925/55925eq3.jpg" /> 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.</li>
		<li>Determinar a potência de refrigeração específica da cama pelos parâmetros do experimento como 14: < imalt g = "Equação 4" src="/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.</li>
	</ol></li></ol> <img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/55925/55925table1v2.jpg" /> 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

<ol>
	<li>Hu, P., Yao, J. J., Chen, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+for+composite+zeolite/foam+aluminum-water+mass+recovery+adsorption+refrigeration+system+driven+by+engine+exhaust+heat.">Analysis for composite zeolite/foam aluminum-water mass recovery adsorption refrigeration system driven by engine exhaust heat.</a> Energ Convers Manage. 50, 255-261 (2009).</li><li>Sutuki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+adsorption+cooling+system+to+automobiles.">Application of adsorption cooling system to automobiles.</a> Heat Recov Syst CHP. 4 (13), 335-340 (1993).</li><li>Li, M., Wang, R. Z., Xu, Y. X., Wu, J. Y., Dieng, A. 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X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+development+of+adsorption+cooling-Novel+beds+and+advanced+cycles.">A review on development of adsorption cooling-Novel beds and advanced cycles.</a> Energ Convers Manage. 94, 221-232 (2015).</li></ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

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 ...

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.

<table><tbody><tr><td>evaporator</td><td>home-made</td><td></td><td>finned heat exchange</td></tr><tr><td>condenser</td><td>home-made</td><td></td><td>finned heat exchange</td></tr><tr><td>evaporator water tank</td><td>home-made</td><td></td><td>volume:9L</td></tr><tr><td>condenser water tank</td><td>home-made</td><td></td><td>volume:9L</td></tr><tr><td>vacuum pump</td><td>Beijing Jing Rui Ze Xiang Instrument Co. Ltd.</td><td></td><td>rotation speed:1400 motor pover:370W</td></tr><tr><td>condenser pressure sensor</td><td>Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co. Ltd.</td><td>16P2623</td><td>maximum:2200Pa</td></tr><tr><td>bed pressure sensor</td><td>Beijing Li Nuo Tian Sheng Instrument Co. Ltd.</td><td></td><td>maximum:2200Pa</td></tr><tr><td>adsorption bed</td><td>home-made</td><td></td><td>cylundrical glass tube</td></tr><tr><td>parabolic trough</td><td>home-made</td><td></td><td>high reflective aluminum sheet</td></tr><tr><td>water pump</td><td>home-made</td><td></td><td>motor pover:250W, water head:8m</td></tr><tr><td>water tank</td><td>home-made</td><td></td><td>volume:500L</td></tr><tr><td>DRT-2-2 direct solar actinometer</td><td>Beijing Tian Yu De Technology Co. Ltd.</td><td>03140132</td><td>sensitivity:13.257&amp;mu;V/W&amp;bull;m&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>TBQ-2 solar pyranometer</td><td>Jinzhou Sunshine Technology Development Co., Ltd., China</td><td>209079</td><td>sensitivity:12.733&amp;mu;V/W&amp;bull;m&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>SAPO-34 zeolite</td><td>Langfang Peng Cai Co., Ltd., China</td><td></td><td>20mm in length and 2.2mm in diameter</td></tr><tr><td>ZSM-5 zeolite</td><td>Langfang Peng Cai Co., Ltd., China</td><td></td><td>5.7mm in diameter</td></tr></tbody></table>

experimental system of solar adsorption refrigeration with concentrated collector

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.

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 possíve...

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Experimental System of Solar Adsorption Refrigeration with Concentrated Collector

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.

Sistema experimental de refrigeração Solar adsorção com coletor de concentrado

To improve the performance of solar adsorption refrigeration, an experimental system with a solar concentration collector was set up and investigated. The ...

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14.4K visualizações.  Beijing University of Technology. 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.

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Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Engenharia

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve the solar conversion efficiency of a concentrated photovoltaic system. The proposed system will also lower the solar cell cost in the concentrated photovoltaic system by replacing the expensive tandem solar cells with the cost-effective single junction solar cells. The structures and the parameters of high contrast gratings for the dispersive elements were numerically optimized. The large-area fabrication of high contrast gratings was experimentally demonstrated using nanoimprint lithography and dry etching. The quality of grating material and the performance of the fabricated device were both experimentally characterized. By analyzing the measurement results, the possible side effects from the fabrication processes are discussed and several methods that have the potential to improve the fabrication processes are proposed, which can help to increase the optical efficiency of the fabricated devices.

The fabrication of high contrast gratings as the parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system is demonstrated. Fabrication processes including nanoimprint lithography, TiO2 sputtering and reactive ion etching are described. Reflectance measurement results are used to characterize the optical performance.

Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

Geração de gelo e de Transferência de Calor e Massa Fenômenos de introdução de água para um banho frio de salmoura

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

In Situ Monitoramento da degradação desempenho acelerado de células solares e módulos: um estudo de caso de Cu (In, Ga) Se2 células solares

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is composed of two materials, a plastic and an elastomer, whose dispersion characteristics (refractive index variation with wavelength) are different. We first designed the lens geometry and then used ray-tracing simulation, based on the Monte Carlo method, to analyze its performance from the point of view of both optical efficiency and the maximum attainable concentration. Afterwards, ADG Fresnel lens prototypes were manufactured using a simple and reliable method. It consists of a prior injection of plastic parts and a consecutive lamination, together with the elastomer and a glass substrate to fabricate the parquet of ADG Fresnel lenses. The accuracy of the manufactured lens profile is examined using an optical microscope while its optical performance is evaluated using a solar simulator for concentrator photovoltaic systems. The simulator is composed of a xenon flash lamp whose emitted light is reflected by a parabolic mirror. The collimated light has a spectral distribution and an angular aperture similar to the real Sun. We were able to assess the optical performance of the ADG Fresnel lenses by taking photographs of the irradiance spot cast by the lens using a charge-coupled device (CCD) camera and measuring the photocurrent generated by several types of multi junction (MJ) solar cells, which have been previously characterized at a solar simulator for concentrator solar cells. These measurements have demonstrated the achromatic behavior of ADG Fresnel lenses and, as a consequence, the suitability of the modelling and manufacturing methods.

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens makes use of two materials with differing dispersion to reduce chromatic aberration and increase attainable concentration. In this paper, a protocol for the complete characterization of the ADG Fresnel lens is presented.

Interior avaliação Experimental da eficiência e da irradiância Spot do dubleto acromático em vidro (ADG) lente de Fresnel para concentrar a energia fotovoltaica

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea is to use concentration technology to raise the incident solar light intensity. Concentrating a large-area light onto a small area cannot only increase light intensity, but also reduce the catalyst amount, as well as the reactor volume, and increase the surface temperature. The concentration of light can be realized by different devices. In this manuscript, it is realized by a Fresnel lens. The light penetrates the lens and is concentrated on a disc-shaped catalyst. The results show that both the reaction rate and the total yield are efficiently increased. The method can be applied to most CO2 photoreduction catalysts, as well as to similar reactions with a low reaction rate at natural light.

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We present a protocol for improving the performance of CO2 photoreduction to CH4 by heightening the incident light intensity via concentrating solar energy technology.

CO2 photoreduction para CH4 desempenho a concentração de luz solar

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea ...

Experimental Methods for Efficient Solar Hydrogen Production in Microgravity Environment

Long-term space flights and cis-lunar research platforms require a sustainable and light life-support hardware which can be reliably employed outside the Earth's atmosphere. So-called 'solar fuel' devices, currently developed for terrestrial applications in the quest for realizing a sustainable energy economy on Earth, provide promising alternative systems to existing air-revitalization units employed on the International Space Station (ISS) through photoelectrochemical water-splitting and hydrogen production. One obstacle for water (photo-) electrolysis in reduced gravity environments is the absence of buoyancy and the consequential, hindered gas bubble release from the electrode surface. This causes the formation of gas bubble froth layers in proximity to the electrode surface, leading to an increase in ohmic resistance and cell-efficiency loss due to reduced mass transfer of substrates and products to and from the electrode. Recently, we have demonstrated efficient solar hydrogen production in microgravity environment, using an integrated semiconductor-electrocatalyst system with p-type indium phosphide as the light-absorber and a rhodium electrocatalyst. By nanostructuring the electrocatalyst using shadow nanosphere lithography and thereby creating catalytic 'hot spots' on the photoelectrode surface, we could overcome gas bubble coalescence and mass transfer limitations and demonstrated efficient hydrogen production at high current densities in reduced gravitation. Here, the experimental details are described for the preparations of these nanostructured devices and further on, the procedure for their testing in microgravity environment, realized at the Bremen Drop Tower during 9.3 s of free fall.

Efficient solar-hydrogen production has recently been realized on functionalized semiconductor-electrocatalyst systems in a photoelectrochemical half-cell in microgravity environment at the Bremen Drop Tower. Here, we report the experimental procedures for manufacturing the semiconductor-electrocatalyst device, details of the experimental set-up in the drop capsule and the experimental sequence during free fall.

Métodos experimentais para a produção eficiente de hidrogênio solar em ambiente de microgravidade

Long-term space flights and cis-lunar research platforms require a sustainable and light life-support hardware which can be reliably employed outside the ...

Química

Thermocapillary Convection Space Experiment on the SJ-10 Recoverable Satellite

Thermocapillary convection is an important research subject in microgravity fluid physics. The experimental study on surface waves of thermocapillary convection in an annular liquid pool is one of the 19 scientific experimental projects on the SJ-10 recoverable satellite. Presented is a design for a payload for space experimental study on thermocapillary convection that includes the experimental model, measurement system, and control system. The specifics for the construction of an experimental model of an annular liquid pool with variable volume ratios is provided. The fluid temperatures are recorded by six thermocouples with a high sensitivity of 0.05 &#176;C at different points. The temperature distributions on the liquid free surface are captured by means of an infrared thermal camera. The free surface deformation is detected by a displacement sensor with a high accuracy of 1 &#181;m. The experimental process is fully automated. The research is focused on thermocapillary oscillation phenomena on the liquid-free surface and convective pattern transitions through analyses of experimental data and images. This research will be helpful to understand the mechanism of thermocapillary convection and will offer further insights into the nonlinear characteristics, flow instability, and bifurcation transitions of thermocapillary convection.

A protocol for the space payload design, the space experiment on thermocapillary convection, and analyses of experimental data and images are presented in this paper.

Experimento espacial de convecção termocapilar no satélite recuperável SJ-10

Thermocapillary convection is an important research subject in microgravity fluid physics. The experimental study on surface waves of thermocapillary ...

Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We developed an asymmetric thermoelectrochemical cell (aTEC) for heat-to-electricity conversion under isothermal operation in the charging and discharging processes without exploiting the thermal gradient or the thermal cycle. The aTEC is composed of a graphene oxide (GO) cathode, a polyaniline (PANI) anode, and 1M KCl as the electrolyte. The cell generates a voltage due to the pseudocapacitive reaction of GO when heating from room temperature (RT) to a high temperature (TH, ~40-90 &#176;C), and then current is successively produced by oxidizing PANI when an external electrical load is connected. The aTEC demonstrates a remarkable temperature coefficient of 4.1 mV/K and a high heat-to-electricity conversion efficiency of 3.32%, working at a TH = 70 &#176;C with a Carnot efficiency of 25.3%, unveiling a new promising thermoelectrochemical technology for low-grade heat recovery.

Low-grade heat is abundant, but its efficient recovery is still a great challenge. We report an asymmetric thermoelectrochemical cell using graphene oxide as a cathode and polyaniline as an anode with KCl as the electrolyte. This cell works under isothermal heating, exhibiting a high heat-to-electricity conversion efficiency in low-temperature regions.

Célula Termoeletroquímica assimétrica para colheita de calor de baixo grau operação isothermal

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We ...

Introduction to Refrigeration

Source: Alexander S Rattner and Christopher J Greer; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
This experiment demonstrates the principles of vapor compression refrigeration. The vapor compression cycle is the dominant refrigeration technology, found in most refrigerators, freezers, air-conditioning systems, and heat pumps. In this cycle, cooling (heat acquisition) is achieved with low-pressure evaporation of refrigerant. Thermal energy absorbed in evaporation is rejected to the surroundings through high-pressure refrigerant condensation. Mechanical work is applied in the compressor to raise the working fluid from low to high pressure. 
While refrigeration technology is ubiquitous, the concealing packaging and autonomous operation of most refrigerators makes it difficult to appreciate the operating principles and function of key components. In this experiment, a rudimentary vapor compression refrigerator is constructed. The compressor is manually actuated with a bicycle pump, allowing intuitive appreciation of cycle operation as the experimenter becomes part of the system. Resulting component pressures and temperatures can be interpreted in terms of the thermodynamic T-s and P-h diagrams, which capture the variation of fluid properties from the liquid-to-vapor states (during evaporation and condensation).

Refrigeration; Vapor Dome; Hand-pump Refrigerator

Introdução à Refrigeração

Source: Alexander S Rattner and Christopher J Greer; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, ...

Sistema experimental de refrigeração Solar adsorção com coletor de concentrado

Resumo

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