The Design and Development of a Solar Powered Refrigerator/bg

▼Тази страница е защитена с авторски права. Получихме разрешение да я публикуваме, но не променяйте основния текст и не го използвайте повторно без разрешение. Третирайте я като страница с отворен достъп , което е изключение от лиценза Appropedia . Прочетете още...

Данни за местоположение

Карта	Зареждане на картата... +− Листовка | © Сътрудници на OpenStreetMap
Местоположение	Банкок , Тайланд
Координати	13° 45' 8.98" север, 100° 29' 36.63" и.д.

RHB Ексел, Сомай Корнсаку, DGDC Виджератана. Банкок, Тайланд: Азиатски технологичен институт, 1976.

Тази книга е преведена от Джианланг Май , Скот Генингс , Греъм Кут , Ана Лиз Херера и Хауърд Суорц .

Предговор

Този изследователски доклад описва работата по разработването на хладилна система, захранвана от слънчева енергия , която евентуално ще доведе до производството на ледогенератор с размерите на село или до хладилен агрегат за съхранение на храни .

Тази тема беше разгледана от г-н DGDC Виджерата в неговия Доклад за индивидуален изследователски проект (№ 34), а експерименталната установка беше проектирана от д-р RHB Ексел. Конструкцията и тестването на установката бяха извършени от г-н Сомай Корнсаку за неговата магистърска теза.

Азиатският технологичен институт (AIT) е задължен на фондация „Джон Ф. Кенеди“, Тайланд, за финансовата подкрепа под формата на безвъзмездна помощ за изследвания в областта на слънчевата енергия, направена в отговор на предложение, направено през 1973 г. от професор Х. Е. Холшер, президент на AIT, до д-р Тбанат Хоман, председател на фондацията.

Обобщение

Малък амонячно-воден прекъсващ абсорбционен хладилник с плосък слънчев колектор с площ 1,44 м² ^е тестван като първа стъпка към разработването на селски ледогенератор. Не се използва масло или електричество. Регенерацията се извършва през деня, а охлаждането - през нощта. Бързата абсорбция се постига посредством нова функция, предложена за първи път от Суартман, при която топлината на абсорбцията се разсейва от плоската плоча.

В генератора се използват 15 kg разтвор, съдържащ 46% амоняк във вода. В ясен ден температурата на разтвора се повишава от 30 ^° C до 88 ^° C и 0,9 kg чист амоняк се кондензира при 32 ^° C. По време на охлаждане температурата на амоняка пада до -7 ^° C. Очакваният общ коефициент на преобразуване на слънчевата енергия (охлаждащ ефект, разделен на абсорбираната слънчева топлина) е 0,09, което макар и малко, е сравнимо с публикувани по-рано резултати. Обсъждат се разработки в дизайна.

Съдържание

I. ВЪВЕДЕНИЕ

Основата за разглеждане на слънчевата енергия

Има няколко важни причини слънчевата енергия да се разглежда като енергиен ресурс за задоволяване на нуждите на развиващите се страни. Първо, повечето страни, наричани развиващи се, се намират в или в съседство с тропиците и разполагат с добра слънчева радиация. Второ, енергията е критична нужда за тези страни, но те не разполагат с широко разпространени, леснодостъпни доставки на конвенционални енергийни ресурси. Трето, повечето развиващи се страни се характеризират със сух климат, разпръснато и недостъпно население и липса на инвестиционен капитал и по този начин са изправени пред практически непреодолими пречки пред осигуряването на енергия по конвенционален начин, например чрез електрификация. За разлика от това, слънчевата енергия е леснодостъпна и вече е разпределена до потенциалните потребители. Четвърто, поради дифузния характер на слънчевата енергия, развитието по целия свят е в по-малки единици, което се вписва добре в модела на селската икономика.

Цели на изследването

Настоящото изследване е част от проект за използване на слънчева енергия в AIT, насочен към разработването на един или повече прототипи на устройства, демонстриращи полезността и икономическата жизнеспособност на слънчевата енергия за проектираните цели.

Конкретната цел на аргументацията в тази глава е да се идентифицира област на използване на слънчевата енергия, полезна за развиващите се страни от Азия, и освен това да се избере подходящо устройство за разработване и предварително проучване.

Възможности за научноизследователска и развойна дейност

Изследванията в областта на слънчевата енергия изглежда набраха скорост през последните две десетилетия. През този период имаше много публикации, семинари и конференции, посветени на слънчевата енергия. Едно от най-актуалните и изчерпателни проучвания на приложенията на слънчевата енергия е докладът на ad-hoc консултативен панел на Съвета за наука и технологии за международно развитие, озаглавен „Слънчева енергия за развиващите се страни: перспективи и перспективи“, НАЦИОНАЛНА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ (1972 г.). Заключенията на този доклад заместват тези на по-ранни подобни проучвания и са обобщени по-долу.

Панелът отбелязва, че слънчевото изпаряване е исторически, традиционен метод за получаване на сол от морска вода или саламура; то остава важно и днес както в малък, така и в голям мащаб в много страни. Изглежда има малко изследвания, които не биха могли да бъдат проведени и от индустриите, използващи този процес.

Технологията за затопляне на вода е добре установена и необходимото развитие е до голяма степен да се адаптира към материалите и производствените възможности на съответната страна. Топлата вода за болници, училища и други подобни институции и семейства би могла да стане много по-широко достъпна с тези разработки. Характерът на оборудването е такъв, че може да се произвежда в развиващите се страни, а адаптирането му към техните условия изглежда лесно.

Слънчевата дестилация все още трябва да се разглежда като експериментална, но малките общностни дестилатори са близо до широкомащабни търговски приложения. Вече са налични проекти за слънчеви дестилатори, които са годни за експлоатация и могат да се използват с разумна степен на увереност. По-нататъшни изследвания в това приложение биха включвали адаптиране на съществуващата технология към специфичните нужди на развиващите се страни чрез модификации на дизайна, за да се позволи използването на местно достъпни материали и местно произведени компоненти.

Традиционно и широко разпространено приложение на слънчевата енергия е за сушене, по-специално на селскостопански продукти. Проектирането и контролът на тези методи за сушене на определени култури или други материали са области на изследване, които биха могли да доведат до по-практични приложения в развиващите се страни, което би могло да доведе до подобрено използване на хранителните запаси.

Изследванията и разработките в областта на слънчевото отопление са насочени почти изцяло към приложения в умерения климат на индустриализираните страни. Експертната група знае малко за реалния мащаб на нуждите от отопление на пространствата в развиващите се страни или за възможната роля на слънчевата енергия за задоволяване на тези нужди.

Проучванията в областта на климатизацията, насочени предимно към приложения в Съединените щати и Австралия, все още са в ранен етап. Технологичната осъществимост изглежда е гарантирана; икономическата осъществимост в момента се проучва. Най-добрите методи за получаване на охлаждане със слънчева енергия в развиващите се страни далеч не са ясни в момента и непосредствеността и мащабът на нуждите от климатизация не са известни.

Съществуват много хладилни цикли и системи, които могат да се разглеждат за слънчево охлаждане. Все още не е установено какъв е най-добрият мащаб за експлоатация на слънчеви хладилници в развиващите се страни. Съществуват значителен брой открити въпроси относно охлаждането и приложението му предлага привлекателната възможност за по-добро използване на наличните хранителни продукти, ако може да се осигури успешно охлаждане.

Възможните приложения на успешното развитие на икономичното преобразуване на слънчевата енергия за задоволяване на нуждите от механична или електрическа енергия са широки. Това преобразуване остава неуловим, но интригуващ проблем. Слънчевото готвене изглежда е просто по своята технология и значително по своите предимства, ако може да се приложи успешно. Слънчевите печки са разработени до степен на задоволителни технически характеристики за осигуряване на поне част от нуждите на семействата от готвене. Въпреки това, обширните полеви изпитвания в Индия, Мексико и Мароко досега не са довели до социално приемане на тези устройства. Заключенията на панела са обобщени по следния начин: слънчевите процеси, които сега са полезни или които биха могли да бъдат доведени до етап на развитие, при който биха могли да дадат полезни резултати в най-кратки срокове, са изпаряване, сушене, дестилация и загряване на вода. По-широкото развитие на хладилното оборудване, слънчевото отопление, охлаждането и топлинното проектиране на сгради би трябвало да направи някои от тези приложения практични в рамките на десетилетието. Приложенията на слънчевата енергия ще изискват значителното развитие на нови технологии.

Обосновка за избор на слънчево охлаждане

Дискусията в предходния раздел показва, че от приложенията на слънчевата енергия, които са в експериментален етап, отоплението на помещения и климатизацията не са с висок приоритет в Азия, преобразуването в механична или електрическа енергия е най-добре да се извърши от добре оборудвани лаборатории в индустриализираните страни и че социалното приемане на готвенето със слънчева енергия е доста съмнително. Това оставя слънчевото охлаждане като възможна област на изследване. За да се избере устройство за по-нататъшно развитие, трябва да се отговори на следните въпроси. Каква е нуждата от такова устройство в развиващите се страни, особено в Азия? Трябва ли устройството да бъде охладител за храна или машина за лед? Какъв размер трябва да бъде? Останалата част от този раздел е посветена на опит да се намерят отговори на тези въпроси.

Изтъкнат учен в областта на слънчевата енергия от Югоизточна Азия, пишещ анонимно, прави следните коментари в статия, озаглавена „Аргументи за слънчев ледогенератор“, ANON., (1963).

„След осем години проучване на проблемите на прилагането на слънчевата енергия в слабо развита страна, вярвам, че най-обещаващата линия на изследване е разработването на машина за производство на лед. Целта трябва да бъде самостоятелна, надеждна машина за производство на лед, способна да произвежда поне 10 паунда лед на слънчев ден на цена от един щатски цент за паунд, използвайки само слънчева енергия и вода като входящи ресурси. В тропическите страни огромни количества пресни плодове, зеленчуци и риба се губят или стойността им се обезценява поради разваляне. Това разваляне може да се предотврати чрез замразяване с лед... Ледът е важна търговска стока, като достига до 10 щатски цента за паунд в отдалечени райони поради високата цена на транспортиране (поради топене по пътя или алтернативната висока цена на производството му на място на отдалечено място с електричество или гориво). Електрически хладилник, произведен в чужбина, струва около 250 щатски долара, цената на сравним слънчев ледогенератор би била поне 250 щатски долара. Може да изглежда странно, че слънчев ледогенератор, струващ 250 щатски долара, би бил купен, когато хората не са купували слънчеви печки само за 10 долара.“ Щатски долара за килограм. Обяснението е, че соларните ледогенератори биха били закупени от търговци и собственици на магазини, които лесно могат да си позволят сумата, и биха използвали леда за съхранение на ценните си запаси от пресни плодове, риба и др...... Също така бедните хора, които произвеждат пресни плодове, риба и др., могат да си позволят да купуват лед за около един или два щатски цента за паунд, тъй като това е само малка краткосрочна инвестиция от около 10 или 20 щатски цента, която те могат да възстановят в рамките на няколко дни след продажбата на замразените си продукти.

BA HLI и др. (1970) са изследвали възможностите за развитие на ледогенератори в Бирма. Те твърдят, че соларните ледогенератори и хладилници са гарантирано успешни единствено от метеорологична гледна точка. Те също така отбелязват, че съоръженията за производство на соларни лед могат да бъдат с размер за домакинства или с размер за общности, в зависимост от местните условия. Домашните соларни ледогенератори и хладилници трябва да бъдат максимално автоматични, за да се конкурират с електрическите хладилници. Соларните ледогенератори с размер за общности могат да имат ръчно участие, тъй като за всеки ледогенератор ще има оператор. Приблизително, цената на производството на лед от местните фабрики е половин щатски цент за килограм лед франко фабриката, но цената на леда в ръцете на потребителя би била около един щатски цент за килограм през студения сезон и много по-висока през горещия сезон. Те заключават, че при тези условия, ако соларният ледогенератор може да произвежда лед навсякъде в Бирма за около един щатски цент за килограм, този лед би могъл да бъде благодат за страната.

MERRIAM (1972), обсъждайки възможните приложения на слънчевата енергия в развиващите се страни, отбелязва следното:

„Много обещаващо приложение е хладилната техника. Хладилната техника обхваща домакински хладилници, охлаждане на пространства, климатизация на сгради и др., но аз избрах да съсредоточа вниманието си върху едно конкретно възможно устройство - машина за производство на лед. Това е по няколко причини, както технологични, така и социално-икономически. От една страна, преобразуването на слънчевата радиация в лед решава проблемите с прекъсванията и съхранението. Ледът може да се съхранява с месеци. Също така е транспортируем,... Предвиден е цикъл амоняк-вода..... Построени са няколко ледогенератора и хладилници, използващи този цикъл и входна слънчева енергия. Дизайнът, който имам предвид, би бил изработен от мека стомана и би бил здрав и прост, без движещи се части. Произходът би бил 60-70 кг/ден лед с температура -10 ^° C, входната стойност би била 10-12 м² слънчева радиация и услугите на неквалифициран оператор на пълен работен ден.“

Отговорите на въпросите, повдигнати в началото на този раздел, вече могат да бъдат дадени, а именно:

Слънчевото охлаждане е една от най-обещаващите области за по-нататъшно развитие; Ледогенераторът изглежда е най-полезното устройство в развиващите се страни; Ако ледът може да се произвежда на цена от около един щатски цент за паунд, търговската жизнеспособност е гарантирана. За първоначално развитие е за предпочитане агрегат с размерите на общност, произвеждащ до 150 паунда лед на ден, с известно ръчно управление; битовите хладилници трябва да бъдат автоматични, доколкото е възможно.

Първата цел на изследването е постигната с горните заключения, т.е. избор на подходящо устройство за по-нататъшно развитие. Следващата стъпка е да се направи предварително проучване, насочено към разработването на слънчева ледогенераторна машина с размерите на общността. Като първа стъпка към тази цел ще бъде проектирана и построена експериментална ледогенераторна машина, която ще осигури опит за по-нататъшно развитие.

II СОЛАРНО ХЛАДИЛНИЧЕСКА СИСТЕМА

В тази глава ще бъдат представени някои от теоретичните концепции, полезни при анализа на работата на слънчевите хладилници. Ще бъде направен кратък анализ на цикъла амоняк-вода, тъй като той ще бъде използван в експерименталния хладилник.

Индекси на представянето

Всяко устройство за слънчево охлаждане се състои основно от две части: охлаждащ агрегат, използващ термодинамичен цикъл, неразличен от този в конвенционалните хладилници, и слънчев източник на топлина с плосък или фокусиращ колектор, който го захранва. Обичайният показател, чрез който се измерва производителността на хладилника, е коефициентът на преобразуване, който се определя като съотношението на произведеното охлаждане към подадената топлина. Същата концепция може да се приложи и към компонента на хладилника и коефициентът на охлаждане може да се определи като

топлина, абсорбирана от хладилния агент по време на охлажданетоплина, абсорбирана от съдържанието на генератора по време на охлаждане

Производителността на слънчевия колектор може да се определи чрез коефициент на нагряване, даден от

топлина, абсорбирана от съдържанието на генераторападащата слънчева радиация върху колектора

Коефициентът на обща производителност вече може да се определи като произведение на двете горепосочени съотношения или изрично като

топлина, абсорбирана от хладилния агент по време на охлажданепадащата слънчева радиация върху колектора

Концепциите за коефициент на нагряване и коефициент на охлаждане са особено полезни при анализ на системи, където колекторът и генераторът са отделни.

Работа на периодичната амонячно-водна система

Фигури 2.1 и 2.2 показват проста система, състояща се от два съда, свързани с надземна тръба. Десният съд съдържа амонячна вода и функционира като генератор-абсорбатор. Левият съд съдържа чист амоняк и функционира като кондензатор-изпарител.

Работата на периодичната аква-амонячна система може да бъде разделена на две фази: фаза на регенерация и фаза на охлаждане. По време на фазата на регенерация топлината се подава към генератора-абсорбера, който съдържа амонячен разтвор с висока концентрация. С нагряването на разтвора налягането се повишава и след достигане на кондензационно налягане амонякът се дестилира и кондензира в изпарителя-кондензатор, който е потопен в кофа с вода, фиг. 2.1.

По време на фазата на охлаждане източникът на топлина се отстранява и генераторът-абсорбатор се оставя да се охлади. Налягането спада и амонякът започва да се изпарява, като изтегля топлина от околната среда, като по този начин произвежда охлаждане. Слабият амонячен разтвор в генератора-абсорбатора абсорбира изпарения амоняк и процесът продължава, докато целият амоняк в кондензатора се изпари, фиг. 2.2.

Анализ на идеалния цикъл

В следващия анализ на цикъла на абсорбция на амоняк-вода се приема, че всички термодинамични процеси са обратими.

Енергията се пренася под формата на топлина на три температурни нива, т.е.

• атмосферна температура T _a , при която топлината се отдава в кондензатора и абсорбера,
• температурата, при която се отвежда топлина от студената камера T _c ,
• температурата, при която се получава топлина в генератора T _g .

Възможно е да си представим подредба от обратими машини, изпълняващи функция, еквивалентна на тази на абсорбционната инсталация, Фиг. 2.3. Първо, обратима топлинна машина получава количество топлина Q _g при температура T _g и отдава топлина при температура T _a, като същевременно произвежда количество работа W _ga с ефективност,

ЗваВг=Тг−ТаТг,

където всички температури се измерват по термодинамичната температурна скала. Второ, обратимият хладилник получава количество топлина Q _c при T _c и ​​отдава топлина при Ta, като същевременно абсорбира количество работа W _ca . Коефициентът на преобразуване на хладилника е

−ВвЗва=ТвТа−Тв.

Ако W _ga е равно на - W _ca, тази инсталация ще бъде еквивалентна на абсорбционен хладилник. Коефициентът на преобразуване на комбинираната инсталация може да се определи като Q _c / Q _g , който при комбиниране на двата предишни израза става,

C.О.П=Вв/Вг=Тв(Тг−Та)Тг(Та−Тв).

Практическото значение на този резултат е, че ако е известен коефициентът на преобразуване (COP) за разглеждания цикъл, може да се изчисли Tg, тъй като Ta _{е фиксирана} , а Tc _е избрана от проектанта.

Строг анализ на цикъла на амоняка и водата

ЧИНАППА (1961) представя строг анализ на теоретичния аква-амонячен цикъл. Две форми на цикъла са подходящи за сравнение с действителния цикъл. Тези два цикъла са показани графично за аква-амонячната система на диаграма налягане-температура-концентрация (ptX). Първата форма на теоретичния цикъл може да се обозначи като „цикъл на абсорбция при постоянно налягане“ и е представена на фиг. 2,4 с 2-3-4-5-2. Втората форма на теоретичния цикъл може да се обозначи като „цикъл на абсорбция при постоянна температура“ и е представена на фиг. 2.4 с 1-3-4-6-1.

Въпреки че цикълът с постоянно налягане е по-ефективен, той е трудно реализируем на практика. Следователно, цикълът с постоянна температура е разгледан по-подробно.

В цикъла на абсорбция с постоянна температура регенерацията се състои от два процеса 1-3 и 3-4. Във фазата на охлаждане, по време на процеса на охлаждане 4-6, разтворът се охлажда, обикновено чрез потапяне във водна баня, до температура t6, _която е равна на началната температура t1 _. Ефективно охлаждане се осъществява по време на процеса 6-l.

Изразът за количеството охлаждане е

Вв=З„6Лм

където

Лм= средна латентна топлина на хладилния агент по време на процеса 6-1.

З„6= тегло върху хладилния агент в точка 6.

Топлината, подавана по време на процеса на регенерация 1-3-4, е дадена от

Вг=З4Н4−З1Н1+∫З4З1НvгЗ,

където

w= тегло на решението, суфиксът показва точката от цикъла,

Н = specific enthalpy of the solution, suffix indicating the point of the cycle,

Hv = specific enthalpy of the vapor boiling out of the liquid,

dW = differential mass of the vapor boiling out of the liquid.

Thus the expression for the C.O.P. becomes

W'6LmW4H4−W1H1+∫W4W1HvdW

Historical Development

According to the Survey of Solar-Powered Refrigeration carried out by SWARTMAN, HA, and NEWTON (1973), the first study undertaken to explore the use of solar energy for refrigeration was probably in 1936 at the University of Florida by Green. The steam to power a steam jet refrigerator was produced by heating water flowing in a pipe placed at the focal line of a cylindro-parabolic reflector.

Oniga reported in 1937 that researchers in Brazil tried to adapt a parabolic reflector to an absorption refrigerator but the system never got beyond the experimental stage.

Kirpichev and Baum of Russia reported the successful operation of an assembly of solar refrigerators producing 250 kilogrammes of ice per day in 1954. The refrigerators were of the conventional vapour – compression type driven by a heat engine operating on the steam produced by a boiler placed at the focus of a large mirror. However, it has been generally conceded that the low efficiency of solar energy in producing power, the very high cost of equipment, and the complexity of this type of system are unfavourable factors in the future development. Since this system was build, there has been little interest shown in this direction of solar refrigeration.

The first major project on an all solar absorption refrigeration system was undertaken by TROMBE and FOEX (1964). Fig. 2.5 shows the general set-up of the system, which has these main features: ammonia-water solution is allowed to flow from a cold reservoir through a pipe placed at the focal line of a cylindro-parabolic reflector. Heated ammonia-water vapourized in the boiler is subsequently condensed in a cooling coil. The evaporator is a coil surrounding the container used as an ice box. The cylindro-parabolic reflector measured 1.5m2. In the prototype trials, the daily production of ice was about 6 kilogrammes or about 4 kilogrammes of ice per square metre of collecting area for four – hour heating.

Fig. 2.6 - The Basic Solar-Powered Intermittent Absorption Refrigerator

The design by Trombe and Foex is very promising and should be studied further although modifications may be necessary on the solar collector, boiler, and condenser.

Williams and others at the University of Wisconsin built a small food cooler in 1957 intended for use in underdeveloped rural areas. The apparatus consisted of two vessels linked together by a pipe as shown in Fig. 2.6. The energy was provided by a parabolic mirror of moulded 1.27 mm polystyrene with an aluminized mylar polyester film and stiffened at the rim by metal tubing. Ammonia-water and R-21-glycol ether were used as working solutions. This study showed that refrigeration can be achieved by the use of intermittent absorption refrigeration cycles. Although performance is limited by the characteristics of the intermittent cycle, the simplicity of the system accounts for the low temperature obtained in the evaporator. Finally, the study showed that ammonia-water has a superior performance over R-21-glycol ether in an intermittent refrigeration system.

CHINNAPPA (1962) built a simple intermittent refrigerator operated with a flat-plate collector at Columbo, Ceylon as shown in Fig. 2.7. The generator-absorber in this refrigerator was of welded pipe construction and incorporated with a flat-plate collector and a water cooled absorber. The solar collector was a copper sheet measuring 152.4 cm by 106.7 cm, 0.76 mm thick, and painted black. The plate was solded to six 6.35 cm diameter steel pipes and the pipes were welded to headers. There were three glass covers on the collector which were supported by strips of cork board. An ammonia-water solution was used as the working fluid.

Fig. 2.7 - Schematic of Solar Refrigerator Operated with Flat-Plate Collector by CHINNAPPA (1962)

While it has been generally expected that the flat-plate collector would be more suitable for the lower temperature of generation required in air conditioning, tests in the investigation by CHINNAPPA (1962) indicated that it is possible to use a flat-plate collector incorporated with the generator to produce cooling at a temperature as low as -12°C. It is noted that ice can be produced in this refrigerator at one kg a day per 0.7 m² of solar collecting surface. Results in this investigation were not spectacular, but they showed that a simple intermittent refrigerator using a low temperature heat collecting device such as the flat-plate collector can achieve cooling.

Суартман и Суаминатан (1971) са изградили проста, периодична хладилна система, включваща генератор-абсорбатор с плосък колектор с площ 1,4 м² ^в Университета на Западно Онтарио. Фиг. 2.8 показва схематично системата. Колекторно-генераторният възел се е състоял от стоманени тръби с диаметър 1,27 см, свързващи захранващо устройство с диаметър 5,1 см и колектор с диаметър 15,2 см. Към тръбите е бил запоен тънък меден лист и целият възел е бил затворен в дървена кутия с изолационен материал отдолу и двуслоен стъклен капак отгоре. Тествани са били амонячни водни разтвори с концентрация от 58 до 70 процента. Тестовете са били сравнително успешни; температурите на изпарителя са били до -12°C, но поради лошото абсорбиране, скоростта на изпаряване на амоняка в изпарителя е била ниска.

Друго проучване в Университета на Западно Онтарио през 1970 г. изследва разтвор на амоняк-натриев тиоцианат в същата система като описаната по-горе. Резултатите от изследването показват, че коефициентите на преобразуване за NH3 _- NaSCN варират от 0,11 до 0,27 в сравнение с 0,05 до 0,14 за NR3-H20, получени от по-ранното проучване. Въпреки това, системата беше...

Фиг. 2.8 - Интермитентен слънчев хладилник, построен в Университета на Западно Онтарио

Фиг. 2.9 - Слънчев ледогенератор, построен в Университета на Флорида от FARBER (1970 г.)

все още не е в състояние да произведе значително количество лед в изпарителя. Беше заключено, че NH3-NaSCN има по-добри характеристики от NH3 _- H2O _. Той също така предлага по-ниска цена на оборудването, тъй като не се нуждае от ректификационна колона поради ниската летливост на солта NaSCN. За периодично охлаждане беше предложена оптимална концентрация от 54%.

ФАРБЕР (1970) е изградил най-успешната соларна хладилна система до момента. Това е компактен слънчев ледогенератор, използващ плосък колектор като източник на енергия. Фиг. 2.9 показва блок-схема на системата. Слънчевият колектор-генератор е с площ 1,49 м² ^, състоящ се от горен колектор с диаметър 6,35 см. Тръбите с диаметър 2,54 см са разположени на разстояние 10,2 см една от друга и са запоени към поцинкована желязна ламарина с дебелина 20 калибър. Този уред е поставен в кутия от поцинкована ламарина с единичен стъклен капак и стиропорна изолация с дебелина един инч зад абсорбционно-генераторния елемент. В допълнение към обичайните компоненти, като кондензатор, изпарител, кутия за лед, топлообменник, е имало колона за абсорбиране на амоняк от корпусно-тръбен тип и две помпи за циркулация на течния амоняк и охладената вода в изпарителя. Съобщава се, че средно около 42 200 kJ слънчева енергия е събирана от колектора на ден, а произведеният лед е около 18,1 килограма. Това даде общ коефициент на преобразуване от около 0,1 и 12,5 килограма лед на м2 повърхност на колектора на ден.

Що се отнася до слънчевото охлаждане, това е най-успешната система, но трябва да се отбележи, че системата не е била изцяло захранвана от слънчева енергия, тъй като е имало две помпи, работещи с електричество. Системата не би работила в райони, където няма електричество.

III ПРОЕКТИРАНЕ НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИЯ УСТРОЙСТВО

Избор на конфигурация

По-рано беше посочено, че слънчевият хладилник се състои от два компонента - слънчев енергиен блок и хладилен агрегат. Слънчевият енергиен блок се основава на една от две основни концепции, т.е. плоски колектори или фокусиращи колектори.

Плоските колектори са плоски, почернели повърхности, които абсорбират пряка и дифузна слънчева радиация. Могат да се предвидят прозрачни капаци и задна изолация, за да се намалят или контролират топлинните загуби от плочата. Върху плочата абсорбираната слънчева енергия се преобразува в желана форма на енергия, обикновено топлина, и са предвидени средства за отвеждане на тази енергия, обикновено под формата на загрята вода или въздух. Плоските колектори обикновено са подходящи за работа във фиксирано положение.

Основният елемент на фокусиращия колектор е оптично устройство, например параболичен рефлектор, който фокусира лъчевия компонент на слънчевата радиация върху приемник, по-малък от рефлектора. Този колектор може да генерира по-висок енергиен поток. Въпреки че фокусиращият колектор осигурява по-високи температури от плоския колектор, той е по-труден за работа. Също така, за малка експериментална установка, той изглежда по-скъп от плоския колектор. Поради това за това конкретно изследване беше избран плосък колектор.

Хладилният агрегат може да бъде система с непрекъснато или периодично абсорбционно охлаждане. Системата за непрекъснато абсорбционно охлаждане не може да изпълнява предназначението си, ако помпите изискват захранване. Следователно, в селските райони, където няма електричество, периодичното абсорбционно охлаждане...

Системата е за предпочитане. Прекъснатият цикъл на охлаждане има две основни операции - регенерация и охлаждане. Регенерацията е процес на нагряване на абсорбиращата течност, за да се отстранят парите на хладилния агент и да се кондензират парите в отделен контейнер. Охлаждането се осъществява, когато течният хладилен агент се изпарява, създавайки охлаждащ ефект около изпарителя. Хладилният агент се абсорбира отново от абсорбента. Тъй като хладилникът е чисто експериментално устройство, беше решено да се запази възможно най-простият. Избраната конфигурация е показана на Фиг. 3.1. Простотата е постигната чрез функцията на кондензатора като изпарител, а на генератора като абсорбатор.

Работа на системата

During the regeneration, valve A is open and valve B is closed, and the strong solution in the generator being heated by the flat-plate collector boils, producing vapour at a high pressure. The weak solution returns from the top header to the bottom header by the insulated return pipes. The vapour in the top header is mainly ammonia because water has a much lower volatility than ammonia. The ammonia vapour passes into the condenser which is immersed in a tank of cold water to keep it cool. The pressure is uniform throughout the system. When heating stops valve A is closed and the vapour pressure in the generator drops. The concentration in the generator is now less than it was before regeneration. Before refrigeration is started the tank of cooling water is removed and valve B is opened. The condenser now functions as the evaporator. Ammonia vapourizes due to the pressure difference between the generator and evaporator. The vapourization of ammonia absorbs heat from

Fig. 3.1 - The First Experimental Unit

the surroundings of the evaporator, thus producing the refrigeration effect. Ammonia vapour from the evaporator passes through the pipe taken to the bottom header of the generator so that the incoming vapour bubbles through the aqua-ammonia solution thus facilitating absorption in it. The glass covers are removed from the collector so that the heat of absorption can be dissipated to the sky from the generator risers. Refrigeration continues until all the liquid ammonia in the evaporator has vapourized. A full cycle of operation has now been completed. To accommodate the intermittent availability of solar energy, the refrigeration is carried out during the day and refrigeration takes place at night after the radiation is no longer available.

Concentration of Aqua-Ammonia

The objective is to produce a temperature of 17°F in the evaporator, The saturation vapour pressure of anhydrous ammonia at this temperature is 45 psia. The temperature of the absorber is the atmospheric temperature which is assumed to be 86°F. Thus in the absorber there is an aqua-ammonia mixture at temperature of 86'F with the pressure of ammonia vapour at 45 psia. Hence, from the p-t-x diagram for aqua-ammonia the concentration is found to be 0.46, thus determining the starting point of refrigeration cycle, shown as point 1 in Fig. 3.2.

Regeneration Phase of the Cycle

The condenser temperature is 86°F. From the p-t-x diagram the saturation pressure of anhydrous ammonia at this temperature is 170 psia. Point 2 of the cycle can be determined, since the pressure and the concentration (which

Fig. 3.2 - Ideal Thermodynamic Cycle

does not change during process l-2) at point 2 are known. Point 3 of the cycle is fixed by the maximum solution temperature attainable with the collector, which is assumed to be 189°F. This determines point 3 and hence the concentration which is 0.40 from the p-t-x diagram.

Refrigeration Phase of the Cycle

В идеалния случай, по време на фазата на охлаждане на цикъла, разтворът първо се охлажда до абсорбционно налягане от 45 psia, което при концентрация от 0,40 съответства на начална абсорбционна температура от 103°F. Това фиксира точка 4. Цикълът се завършва от процес 4-l, по време на който амонякът, изпаряващ се при 17°F, се реабсорбира в разтвора.

Спецификации на колектор-генератор

Беше решено устройството да се запази възможно най-компактно. Поради това за колектор-генератора беше избрана фронтална площ с размери 1,2 на 1,2 метра. Използвани са безшевни тръби от черно желязо, за да се устоят на корозия от сместа амоняк-вода и налягането, свързано с неизбежно високите концентрации на амоняк. За събирателната плоча беше използван меден лист с размери 1,2 на 1,2 метра и дебелина 0,06 инча, боядисан в матово черно. Плочата беше запоена към дванадесет тръби с диаметър 1 инч на интервали от 10 см. Краищата на тръбите с диаметър 1 инч бяха заварени към колектори. За да се осигури адекватно отделяне на водата от амонячните пари от колектор-генератора, за горния колектор беше използвана тръба с диаметър 10 см. Тази тръба с дължина 137 см осигурява площ на повърхността на течността от 68,6 см², ^когато колекторът е наполовина пълен. Нивото на течността може да се наблюдава през окото в двата края на колектора. За долния колектор беше използвана тръба с диаметър 5 см и дължина 137 см. Разположението на колектор-генератора е показано на Фиг. 3.3.

Фиг. 3.3 - Слънчев колектор - Генератор

За да се предотврати загубата на топлина в задната част на колектор-генератора, за изолация е използвана полистиролова пяна с дебелина 10 см. Горните и долните колектори, както и щранговете в двата края на колектора, също са топлоизолирани с полистиролова пяна. Пред събирателната повърхност е имало два стъклени капака, поддържани от дървена рамка. Използвано е обикновено стъкло за прозорец с дебелина 6 мм. Разстоянието между събирателните тръби и първия стъклен капак е било 0,6 см; между двата стъклени капака разстоянието е било 0,9 см. Стъклените капаци са били подвижни.

Наклонът на равнината на генератора беше 20 градуса спрямо хоризонталата, като устройството беше обърнато право на юг.

Обемът на генератора

Обемът на генератора, изчислен по-долу от стандартните размери на тръбите, се използва за определяне на количеството аква-амоняк в системата и за определяне на промените в нивото на течността в генератора по време на цикъла.

Горен заглавен файл (наполовина пълен)

1. 667 фута x 0,5 x 0,0882 фута³/фут = 0,206 фута³

14 щранга 14 x 4 фута x 0,00585 фута³/фут = 0,328 фута³ Долен колектор

1. 5 фута x 0,0233 фута³/фут = 0,105 фута³

Общ обем = 0,639 кубически фута

Площ на повърхността на течността в горния колектор, наполовина пълен

Специфичен обем на аква-амоняк

В точка 1, V1 = 0,0192 ft3/lb

Точка 2, V2 = 0,0205 фут3/фунт Точка 3, V3 = 0,0202 фут3/фунт Точка 4, V4 = 0,01895 фут3/фунт

Ниво на течността в генератора. Започнете с 0,639 ft³ ^0,46 амонячен разтвор при 86°F. Теглото му е 0,639/0,0192 = 33,281 lbs.

Обемът на 33,281 фунта (33,281 фунта) 0,46-инчов аква-амоняк при 170°F (170°F) е 33,281 x 0,205 = 0,682 кубически фута (3,38 lbs ⁾

Увеличението на обема е 0,682 – 0,639 = 0,043 кубически ^фута

Повишаването на нивото на течността е 0,043/1,565 = 0,027 фута

Когато концентрацията е X = 0,46

Тегло на амоняк + тегло на вода = 33,281 паунда

Следователно, тегловното съдържание на амоняк = 15,309 паунда, тегловното съдържание на вода = 17,972 паунда

Когато концентрацията X = 0,40

тегловни количества амоняк = 11,981 фунта

тегло на водата = 17,972 паунда

Общо тегло = 29,953 паунда

Следователно, теглото на дестилирания амоняк = 3,328 фунта.

След дестилацията на 3,328 фунта амоняк имаме 29,958 фунта 0,40 аква-амоняк при 139°F.

Обем = 29,953 x 0,0202 = 0,605 кубически ^фута

Намаляването на обема под началния обем в точка 1 е 0,034 кубически ^фута .

Падането на нивото на течността под центъра е 0,034/1,565 = 0,022 фута

Намаляването на обема под началния обем в точка 1 е 0,071 кубически фута.

Падането на нивото на течността под центъра е 0,071/1,565 = 0,045 фута = 0,544 инча.

Размерът на приемника за амоняк

Тегло на дестилирания амоняк = 3,328 паунда

Този амоняк има обем (при 86°F) = 3,328/37,16 = 0,089 кубически фута.

Нека приемникът за амоняк е направен от тръба от клас 40 с диаметър 4 инча. Необходима дължина = 0,089/0,0882 = 1,015 фута = 12,18 инча.

Следователно, приемникът за амоняк (кондензатор-изпарител) е направен от черна желязна тръба с диаметър 4 инча и дължина 16 инча.

Генериране на топлина

Нека енталпията от 29,953 фунта (29,953 фунта) 0,40 аква-амоняк при 189°F = H3 _, енталпията от 3,328 фунта (3,328 фунта) амонячни пари при средна температура на генериране (приблизително) 178° = H₂A _, енталпията от 33,281 фунта (33,281 фунта) 0,46 аква-амоняк при 86°F = _H1 .

От фиг. 3.2: H _l = 33.281 x (-55) = -1830 Btu.

H _A = 3,328 x 627 = 2086 Btu.

H3 = 29,953 x 75 = 2246 Btu_.

Следователно, генерираната топлина = H3 ₊ HA _– Hl ₌ 6162 Btu.

Дневна глобална слънчева радиация върху хоризонтална повърхност = 400 кал.см. ^-2 ден ^-1

Следователно, слънчевата енергия, падаща върху колектора, е 3,7 пъти по-голяма от генерираната топлина.

Топлина на кондензация

След ректификация амонякът има температура от 120°F (120°F).

Енталпия на 3,328 фунта амонячни пари при температура 120°F

Енталпия на 3,328 фунта (1,96 кг) течен амоняк при налягане 170 psia и температура 86°F = 3,328 x 138,9 = 462 Btu. Обща топлина на кондензация = 2110 - 462 = 1648 Btu.

Кондензаторът се поддържаше при постоянна температура в рамките на 1°F чрез потапяне в 135 галона (80 x 80 x 80 cm3) студена вода по време на цикъла на генериране. Резервоарът за вода се поддържаше от дървена стойка.

Допълнителни подробности за дизайна

За свързване на генератора към резервоара за амоняк е използвана тръба с диаметър 1 инч. Тръба с дължина 28 инча, издигаща се вертикално от горния колектор, е използвана като токоизправител за отстраняване на вода от дестилирания амоняк. Абсорбционната линия е направена от тръба с диаметър ¼ инча, свързана към долния колектор, както е показано на Фиг. 3.4.

Фиг. 3.4 - Малък хладилник, захранван от слънчева енергия

Фиг. 3.5 - Хладилник, захранван със слънчева енергия

Системата е била оборудвана с два спирателни вентила за амоняк. Налягането в системата е било отчитано от два амонячни манометъра тип Бурдон; единият е бил прикрепен към генератора, а другият е бил в горната част на тръбата, водеща към приемника за амоняк. В горната част на токоизправителя е бил използван и термометър за измерване на температурата на амонячните пари.

IV. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ИЗПИТВАНИЯ

Връзка между температурата на плаката и температурата на разтвора

Колектор-генераторът първо беше зареден с вода и бяха направени температурни измервания, за да се установи връзката между температурата на плочата (T _T ) и температурата на разтвора (T _L ). Проведени бяха пет теста (виж Фиг. 4.1). Беше заключено, че температурата на разтвора е по-ниска от съответната температура на плочата с около 2,4°F. Наблюдавано обаче, че в началото и края на всеки ден и двете температури бяха еднакви. Средните стойности на температурните разлики T _P -T _L са показани на Фиг. 4.2. Това калибриране беше необходимо, тъй като към генератора не беше прикрепен термометър за високо налягане за измерване на вътрешни температури.

Експериментални резултати

След евакуация системата беше заредена с 0,46 водно-амонячен разтвор (виж Приложение А). Резултатите, получени по време на четири тестови пуска, са показани на Фигури 4.3 до 4.14. Тези пускания бяха проведени в почти безоблачни дни.

На Фиг. 4.3 са показани температурата на плочата (Tp ₎ , температурата на разтвора (T _L ), получена от калибрирането, показано на Фиг. 4.2, налягането на парите на разтвора (P _l ), ​​температурата на амонячните пари при напускане на токоизправителя (T ₂ ) и температурата на охлаждащата вода на кондензатора (T ₃ ) по време на периода на генериране. Налягането в изпарителя, температурата на изпарителя, получена от налягането, налягането на абсорбция и температурата на абсорбция за периода на охлаждане, са показани на Фиг. 4, 4. Теоретичните и действителните цикли, изпълнявани от разтвора в колектор-генератора, са показани съответно като l-2-3'-4' и l-2-3-4-5 на Фиг. 4.5.

Фиг. 4.1 - Наблюдение на температурите на плаката и разтвора

Фиг. 4.2 - Разлики между температурата на плаката и разтвора (TP _-T L ₎ : Средна стойност от пет тестови цикъла.

Фиг. 4.3 - Наблюдение по време на тест за охлаждане на 9 май 1975 г.

Фиг. 4.4 - Наблюдение по време на тест за охлаждане на 9 май 1975 г.

Фиг. 4.5 - Цикли на действително и теоретично решение за тест на 9 май 1975 г.

Фиг. 4.6 - Наблюдения по време на теста за регенерация на 10 май 1975 г.

Фиг. 4.7 - Наблюдения по време на хладилен тест на 10 май 1975 г.

Фиг. 4.8 - Цикли на действително и теоретично решение за тест на 10 май 1975 г.

Фиг. 4.9 - Наблюдения по време на теста за регенерация на 14 май 1975 г.

Фиг. 4.10 - Наблюдения по време на хладилен тест на 14 май 1975 г.

Фиг. 4.11 - Цикли на действително и теоретично решение за тест на 14 май 1975 г.

Фиг. 4.12 - Наблюдения по време на теста за регенерация на 17 май 1975 г.

Фиг. 4.13 - Наблюдения по време на хладилен тест на 17 май 1975 г.

Фиг. 4.14 - Цикли на действително и теоретично решение за тест на 17 май 1975 г.

Анализът на теста от 14 май 1974 г. (Фигура 4.9, 4.10 и 4.11) е даден като пример по-долу.

Количество дестилиран амоняк

Първоначално имаме:

Концентрация на разтвора = 0,46

Общо тегло на разтвора = 33,281 паунда

Тегло на амоняка = 15,309 паунда

Тегло на водата = 17,972 паунда

След регенерация крайната концентрация на разтвора в колектор-генератора е 0,416, както е показано на Фиг. 4.11.

 Тегло на амонякаТегло на амоняка + Тегло на водата=0.416

Откакто

Теглото на водата = 17,972 паунда,

Тегло на амоняка в разтвора = 12.800 lbs.

Следователно

Количество дестилиран амоняк = 2,509 lbs.

Количеството дестилиран амоняк също беше определено чрез наблюдение на нивото на течността в приемника. Фиг. 4.15 показва геометрията на напречното сечение на приемника.

Нека

A е площта на напречното сечение на течността,

R е радиусът на напречното сечение на приемника,

h е височината на нивото на течността над центъра на приемника,

1 е дължината на приемника;

Също така, нека v е обемът на дренажната тръба под приемника. Тогава обемът на течността е равен на Al + v.

Фиг. 4.15 - Напречно сечение на приемника за амоняк.

Къде

А=ПиР22+чР2−ч2+Р2

Имаме R = 2,013 инча, 1 = 1,25 фута и v = 0,00105 туфа; и след този цикъл се наблюдава, че h е 0,3 инча. Това дава

Обем на дестилиран течен амоняк = 0,0666 туфа

Този обем течен амоняк е наблюдаван в 7:00 ч. сутринта след регенерацията; налягането на парите на амоняка е 169 psi.

Сега имаме от таблиците за амоняк:

Температура на амоняка = 86°F

Плътност на течния амоняк = 37,16 lb ^ft³

Следователно, теглото на дестилирания течен амоняк = 2,48 фунта.

Това е в добро съответствие с количеството от 2,509 фунта (2,509 фунта), изчислено по-рано от промяната в разтвора амоняк-вода. Ако се дестилират 2,48 фунта (2,48 фунта) амоняк, крайната концентрация в генератора е 0,4165, което потвърждава действителния термодинамичен цикъл, както е показано на Фиг. 4.11.

Коефициент на охлаждане

Коефициентът на охлаждане на цикъла измерва производителността на системата и се определя като

Cоолазнгратазо=н=ВвВг

Къде

Qc = охлаждане, налично по време на хладилния период, и

Qg = топлина, абсорбирана от колектор-генератора по време на регенерация.

Охлаждането, налично по време на хладилния период, може да се изчисли като colows.

2,509 фунта течен амоняк при 86°F (169,2 psia) има енталпия

= 2,509 x 138,9 Btu

= 3.48.9 Btu

2,509 фунта амонячни пари при 19°F имат енталпия

= 2,509 x 617,5 Btu

= 1549,30 Btu

Следователно, охлаждането е постижимо

= 1540,30 – 348,50

= 1200,8 Btu

Топлина, абсорбирана от разтвора по време на регенерация

Енталпия на пускане от 30,772 фунта 0,416 аква-амоняк

при 193°F = H3,

енталпия на 2,509 фунта амонячни пари при средна температура на генериране

при 180°F = HA,

и енталпия от 33,281 фунта 0,46 аква-амоняк

при 86°F = H1

От фиг. 4.11,

H1 = 33,281 x (-55) = -1830 Btu

HA = 2,509 x (625) = 1568 Btu

H3 = 30,772 x (79) = 2431 Btu

Общо погълната от разтвора топлина

= H1 + HA + H3

= 5829 Btu

Следователно, коефициентът на охлаждане

= 1200,8/ 5829

= 0,209

Коефициент на ефективност на слънчевата енергия

Коефициентът на преобразуване на слънчевата енергия (COP) се определя като съотношението на постижимото охлаждане към количеството слънчева енергия, абсорбирано от колекторната плоча. Количеството слънчева енергия, абсорбирано от колекторната плоча, може да се изчисли, както е показано подробно в Приложение Б. За цикъла на 14 май количеството слънчева енергия, абсорбирано от плочата

= 13 237 Btu.

Следователно, COP на слънчевата енергия

= 1200,8/ 13 237

= 0,0907

Резултатите от всичките четири експериментални цикъла са обобщени в Таблица 4.1.

Таблица 4.1 Обобщение на експерименталните резултати

Фиг. 4.16 – Процес на охлаждане – Долната снимка показва скреж върху изпарителя.

Дискусия

Въпреки че системата работи, охлаждащият коефициент и COP на слънчевата енергия все още са ниски, както в предишните изследвания на CHINNAPPA (1962) и SWARTMAN и SWAMINATHAN (1971). Трудно е да се контролират топлинните загуби в системата. Въпреки че Swartman установява, че процесът на абсорбция е бавен, в тази система не е имало такива трудности в процеса на охлаждане. Процесът на абсорбция е завършен в рамките на два часа, а образуването на лед по външната повърхност на изпарителя е отнело половин час (фиг. 4.16).

V. ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ПЛАНОВЕ ЗА ПРОДЪЛЖАВАНЕ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА

Заключения

Демонстрирани са възможностите на AIT в проектирането, конструирането и експлоатацията на хладилни системи, захранвани със слънчева енергия. Освен това, беше установено, че условията на работа почти точно съответстват на проектните спецификации. Следователно теорията на системата е добре разбрана. Новата функция, чрез която амонячните пари от изпарителя се отвеждат към долния колектор на генератора, така че топлината от абсорбцията по време на процеса на охлаждане се разсейва от плоската плоча, е доказано, че премахва трудността, срещана от предишните работници, за постигане на достатъчно бърза абсорбция за задоволителна работа.

Икономически съображения

Цената за изработката на този експериментален агрегат е била 15 500 бата. Ако годишната амортизация и поддръжка са 10 процента от цената, тогава цената на ден е 4 бата, охлаждащият ефект, получен в добър ден, е достатъчен за производството на 2 килограма лед, а проучванията на слънчевата радиация показват, че за една година средният добив би бил около 1 килограм лед на ден. Следователно, 1 килограм лед би струвал 4 бата. Това е единадесет пъти по-висока цена от едровата цена на леда в Банкок (0,375 бата на килограм). Целта при изработката на този експериментален агрегат обаче е била просто да се демонстрира охлаждащият ефект, произведен от слънчевата енергия, и да се натрупа практически опит; не е направен опит за оптимизиране на работата на системата или за минимизиране на разходите. Следователно изглежда, че икономически жизнеспособен слънчев ледогенератор е на една ръка разстояние.

Модификации

В момента се работи по тестването на две нови характеристики на хладилника. Първата е разширителен вентил със суха изпарителна серпентина, свързана между амонячния приемник и абсорбционните входове. Изпарителните серпентини ще се използват за охлаждане на кутия за производство на лед. Втората характеристика е плоско огледало, използвано за подобряване на слънчевото нагряване на генератора. Ще бъдат тествани различни позиции на закрепването на огледалото. Тези две нови характеристики са показани на Фиг. 5.1.

Разработването на селска машина за лед

Слънчев ледогенератор може да бъде проектиран за домашна или селска употреба. По-големите агрегати с размерите на село биха били по-ефективни и следователно относително по-евтини. Следователно основната цел ще бъде да се проектира, изгради и тества слънчев ледогенератор, който произвежда 100 килограма лед на ден, без да използва масло или електричество. Той трябва да е здрав и лесен за работа. Уред, произвеждащ 100 килограма лед на ден, изисква повърхност за събиране на слънчева енергия от около 20 квадратни метра. Ефективността на системата ще бъде подобрена по няколко начина. Високите температури на генериране ще бъдат избегнати чрез поддържане на постоянна концентрация на амоняк в генератора с помощта на резервоар, съдържащ излишен разтвор. Топлинният капацитет на слънчевия нагревател ще бъде намален чрез използване на пълнен колонен сепаратор вместо колектор с по-голям диаметър. Ще се използват топлообменници за пестене на топлина по време на регенерация и за пестене на студ по време на охлаждане. Системата е показана на Фиг. 5.2.

Фиг. 5.1 - Малък соларен ледогенератор

Фиг. 5.2 – Предложена нова система за производство на лед, захранвана от слънчева енергия

През деня, по време на регенерация, клапан А е отворен, а В е затворен. Силният разтвор от горната част на резервоара преминава през топлообменника към дъното на нагревателя, а слабият разтвор се връща към дъното на резервоара. Амонячните пари от сепаратора се кондензират в серпентина, потопена в студена статична вода, а амонячната течност се събира в приемника. През нощта, по време на охлаждане, клапан А е затворен, а В е отворен. Амонякът от приемника преминава през топлообменника, разширителния вентил В и изпарителя. След това парата се абсорбира в слаб аква-амоняк от долния резервоар. Топлината на разтвора се разсейва от слънчевия нагревател и силният разтвор се връща към горната част на резервоара. Също така, статичната вода около кондензатора се охлажда чрез излагане на нощното небе. В тази система работоспособността на всички отделни устройства е описана в литературата, но те никога преди не са били комбинирани по този начин. Въпреки това, системата е малко вероятно да представлява сериозни технически проблеми.

Алтернативи

Наскоро GUPTA (1976) съобщи, че RL Datta и неговата група разработват амонячно-натриева тиоцианатна система, способна да произвежда 75 кг лед на ден. Проектният коефициент на преобразуване е три пъти по-висок от предишната получена стойност и проблемите с ректификацията, присъщи на амонячно-водните системи, ще бъдат избегнати. За отопление на генератора ще се използва цилиндричен параболичен колектор с площ 25 м².

Самият ДАТТА (1976) е отбелязал, че

„Много по-лесно е да се охлади до 10°C или 18°C ​​и да се осигури намалена влажност, отколкото да се охлади храна до температура на лед……… Интензивни изследвания трябва да бъдат насочени към евтино местно оборудване, което да осигурява такова охлаждане в мазета, които може да са частично под земята. Могат да се използват стационарни плоски колектори със селективни повърхности, вместо подвижни фокусиращи колектори, а експлоатацията им от работна ръка на развиващите се страни в техните селски райони ще бъде по-евтина от автоматичните машини, които изискват по-големи капиталови инвестиции. Съществува сериозен проблем с експлоатацията на такива слънчеви охладители в отдалечени райони, където няма електричество.“

Горните забележки показват, че разработването на хладилни технологии, захранвани със слънчева енергия, за използване в развиващите се райони, е активна област и че има различни насоки на изследване, които трябва да се следват. AIT ще следи тези развития и е способен да направи значителен принос в областта.

Референции

ANON., (1963), Аргументи за соларен ледогенератор, Слънчева енергия 7 стр. 1

BA HLI, F. и др. (1970). Възможности за слънчеви ледогенератори. Международна конференция на обществото за слънчева енергия, Мелбърн, Австралия.

ЧИНАППА, Дж. К. В., (1961), Експериментално изследване на прекъсващия цикъл на охлаждане с абсорбция на пари, използващ хладилно-абсорбиращи системи амоняк-вода и амоняк-литиев нитрат, Solar Energy 5 стр. 1-18.

ЧИНАППА, Дж. К. В., (1962), Характеристики на прекъсващ хладилник, управляван от плосък колектор, Слънчева енергия, том 6, стр. 143-150.

DATTA, CL, (1976), Слънчева енергия – нейното значение за развиващите се страни. Работен документ, Експертна работна група за използване на вятърна и слънчева енергия, март 1976 г., Отдел „Природни ресурси“, ESCAP, Банкок.

ФАРБЪР, Е.А., (1970), Проектиране и производителност на компактна слънчева хладилна система, доклад № 6/58, 1970 г., Международна конференция на обществото за слънчева енергия, Мелбърн, Австралия.

GUPTA, CL, (1976), Слънчева енергия в Индия, Работен документ, Експертна работна група за използване на вятърна и слънчева енергия, март 1976 г., Отдел „Природни ресурси“, ESCAP, Банкок.

МЕРИАМ, МФ, (1972), Децентрализирани източници на енергия за развиващите се страни, Институт за технологии и развитие, Център Изток-Запад, Сериозен работен документ № 19

НАЦИОНАЛНА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ (1972), Слънчева енергия в развиващите се страни: Перспективи и перспективи. Национална академия на науките, Вашингтон, окръг Колумбия

SWARTMAN, RK, HA, VH, NEWTON, AJ, (1973) Проучване на хладилни системи, захранвани от слънчева енергия, Американското дружество на машинните инженери, август 1973 г., 73-WA/Sol-6

SWARTMAN, RK и SWAMINATHAN, C., (1971), Хладилник, захранван от слънчева енергия, Машиностроене, юни 1971 г., том 6, стр. 22-24.

Trombe, F., и FOEX, M., (1964), Икономически баланс на производството на лед с абсорбционна машина, използваща слънцето като източник на топлина, New Courses of Energy, том 4, UN Publication Sales No. 63.I.38, стр. 56-59

Приложение А

Зареждане

За това изследване беше необходим разтвор на амоняк във вода. Понякога е по-икономично да се закупи безводен амоняк и да се излее директно във вода при контролирани условия, за да се получи разтвор с желаната концентрация. Тъй като хладилникът, захранван от слънчева енергия, беше затворена система, той не изискваше периодично презареждане. Презареждането беше необходимо, ако устройството развие теч или ако амонякът се изпусне по някаква причина.

Оборудване

1. Бутилка с течен амоняк

2. Резервоар за деминерализирана вода

3. Резервоар за аква-амоняк

4. Манометър

5. Гумен маркуч

6. Калиев дихромат

7. Везни, 0-200 фунта

8. Клапани

9. Вакуумна помпа.

Процедура

Подгответе оборудването, както е показано на фиг. A1 и A2. Необходимо е да отстраните въздуха от системата. Наличието на въздух влошава работата на системата. Следователно е необходима вакуумна помпа. Препоръчително е да добавите калиев дихромат (30 мл на 27 кг) към деминерализираната вода, за да се сведе до минимум вътрешната корозия на слънчевата хладилна система.

В процедурата по зареждане се предприемат следните стъпки:

а) Отворете V-6, V-1, V-2, V-3, за да отстраните въздуха от системата с вакуумна помпа, след което затворете всички клапани.

б) Претеглете празния резервоар с акваамоняк.

в) Отворете V-1, V-2 и V-5, за да пуснете 18,9 паунда вода в резервоара за акваамоняк; затворете V-5 и V-2.

г) Отворете внимателно V-3 и V-4, за да пуснете бавно 16,1 паунда течен амоняк в резервоара, след което затворете V-3 и V-4.

д) Оставете резервоара да се охлади за около шест или осем часа, след което налягането ще падне до ниско ниво.

f) Вакуумирайте хладилния агрегат, захранван със слънчева енергия, с вакуумна помпа.

ж) Извадете резервоара с акваамоняк от смесителното оборудване и го поставете към хладилния агрегат, както е показано на Фиг. A3.

з) За да се получи поток на зареждане от резервоара за акваамоняк към генератора, налягането на парите в резервоара трябва да е по-високо от налягането на парите в генератора. Следователно генераторът се охлажда чрез обилно напояване, а резервоарът се нагрява от слънцето.

i) Процесът на зареждане се спира, когато горният колектор на генератора е наполовина пълен.

Фиг. A1 – Смесително оборудване

Фиг. A2 – Смесително оборудване

Фиг. A-3 Зарядно оборудване

Приложение Б

Оценка на падащата слънчева радиация

Приема се, че дифузната радиация през май в Банкок е 200 кал.см⁻²ден⁻¹. Ще приемем също, че дифузната радиация върху наклонена равнина е линейна функция на ъгъла на наклон и е половината от максималното количество, когато равнината е вертикална. Ъгълът на наклон = 20 градуса спрямо хоризонталата. Следователно, дифузната радиация върху наклонения колектор (D') се оценява на 200 – 20/90x100 = 178 кал.см⁻²ден⁻¹. Дневната обща глобална радиация в Азиатския технологичен институт е регистрирана с помощта на биметален актинограф, инсталиран на покрива на северната инженерна сграда на AIT. Резултатите са показани на Фиг. B1. По време на периода на тестовете слънцето преминава много близо до зенита по обяд. Следователно, като приблизителна оценка беше прието, че тъй като колекторът (който е разположен на юг) е наклонен под ъгъл 200 спрямо хоризонталата, вертикалният компонент на пряката слънчева радиация трябва да се умножи с коефициент cos 20°, за да се оцени компонентът на пряката радиация, нормално падащ върху колектора. Тъй като глобалната радиация (Q)

= пряка радиация + дифузна радиация.

Общо излъчване върху наклонения колектор (Q')

= D' + (Q-200)cos20o

= 178 + (Q-200)x0.94 кал.см-2ден-1,

където Q е дневната глобална радиация.

Фиг. B1 – Дневна глобална слънчева радиация в Азиатския технологичен институт

за тестовото пускане на 14 май 1975 г.

Q = 467 кал.см⁻²ден⁻¹.

Следователно,

Q = 429 кал.см-2ден-1

= 24 514 Btu.ден-1 върху събирателна площ 4'x4'

= 16,342 Btu за 8 часа

Да приемем, че пропускането през стъкления капак = 90 процента, следователно около 90 процента от първоначално падащата слънчева енергия ще бъде пропусната от първия стъклен капак и още 90 процента от втория стъклен капак.

Следователно, топлината, която постъпва към колекторната плоча, е около 13 237 BTU.

Трябва да се подчертае, че оценките, получени по този метод, са много приблизителни.

Допълнителни четива

охлаждане

слънчево охлаждане за ваксини

слънчево готвене

слънчев колектор

дестилация

слънчева дестилация

амоняк

манометър

налягане на насищане