چکیده

در این مقاله مقایسه ای آزمایشگاهی بین جاذب های کلرید کلسیم و کربن فعال و ترکیب آنها در سیستم تبرید جذبی جامـد خورشیدی تناوبی با مبرد آمونیاک ارائه می شود. بستر جامد به منظور قرار گیری جاذب ها، به شکل لوله و به قطر ۴/۵ cm و مجهر به مبدل حرارتی داخلی طراحی و ساخته شده است. میزان جرمی کلرید کلسیم و کربن فعال استفاده شـده بـه صـورت جدا در حدود ۱kg و نسبت ترکیب آنها به ازای هر کیلو گرم کلرید کلسیم ۲۵۰ gr کربن فعـال در نظـر گرفتـه شـد. نتـایج آزمایشگاهی نشان دادکه میزان جذب آمونیاک توسط کلرید کلسیم بیشتر از کربن فعال است و ترکیب آنها با اینکـه کیفیـت جذب را تا حدودی کاهش می دهد اما با اضافه شدن کربن فعال به کلرید کلسیم از پدیده انباشـتگی و تـورم کلریـد کلسـیم جلوگیری می شود؛ و همچنین هر چه ضخامت جاذب ها در داخل بستر لوله ای شکل کمتر باشد کیفیت جذب افـزایش مـی یابد.

×

کلمات کلیدی: آمونیاک، جاذب ترکیبی، سیستم تبرید جذبی جامد خورشیدی ، کربن فعال،کلرید کلسیم

.۱ مقدمه

سیستم های تبرید جذبی جامد می توانند با انرژی گرمایی کم مانند گرمایی تلف شده یا انرژی خورشیدی بدون نیاز به انرژِی الکتریکی و استفاده از مبردهای آسیب زنده به محیط زیست مانند کلروفلوروکربنها و هیدروکلروفلوروکربنها کار کنند. این سیستم ها بر اساس واکنش شیمیایی بین جاذب – جذب شونده (مبرد) در یک رآکتور (بستر جاذب) عمل می کنند[۱] .[۲] مطالعات متعددی در ارتباط با جاذب – جذب شونده برای سیستم های تبرید جذبی جامد وجود دارد که به ویژگی ها، عملکرد، مزایا و معایب آنها اشاره می کند. رایج ترین جفت های کاری زلوئیت – آب ، سیلیکاژل – آب ، کربن فعال – متانول و کربن فعال- آمونیاک و کلرید های فلزی- آمونیاک هستند.[۳]

سیلیکاژل –آب برای کاربردهای انرژِی خورشیدی با توجه به آن که دمای ژنراتور کم است و نیاز به یک منبع گرمایی با حرارت پایین دارد (به طور رایج زیر ۸۵ درجه سانتی گراد) مناسب است. آب نسبت به دیگر مبردها تجاری گرمای نهان بزرگتری دارد و این یک مزیت به شمار می رود؛ که آن را برای سیستم های هواساز و تهویه مطبوع با میزان آب سردشده به مقدار زیاد مناسب می سازد؛ که در دماهای اواپراتور بالا می تواند استفاده شود (به طور گسترده در چیلرهای جذبی جامد استفاده می شود). این جفت کاری ظرفیت جذبی کم و به تناسب آن فشار کاری کم دارند که باعث کاهش انتقال جرم می شود. بعلاوه این جفت های کاری نیاز به شرایط خلاء در سیستم دارند، که به موجب آن گاز غیر قابل چگالش باعث کاهش قابل توجهی در عملکرد سیستم می شود.[۵] [۴]

۱

به نوبه خود کربن فعال – آمونیاک نیازمند دمای بستر جاذبی است که می تواند از ۱۵۰ درجه سانتی گرادتجاوز کند؛ و همچنین فشار کاری بالاتری نیاز دارد که این خود باعث افزایش عملکرد بهتر انتقال گرما و انتقال جرم و کاهش زمان سیکل می شود. همچنین باعث جلوگیری از نفوذ هوا به سیستم می شود. تمام این فاکتورها به افزایش ظرفیت سرمایشی ویژه سیستم کمک می کند. اگرچه این جفت مناسب منابع گرمایی با دما بالا است اما ظرفیت سرمایشی بالای آمونیاک محققان را به سمت آن جذب می کند. کربن فعال با آمونیاک نسبت به متانول ظرفیت جذب کمتری دارد بعلاوه آمونیاک سمی است و بوی تندی دارد و باعث خوردگی نیز می شود.[۷] [۶]

کربن فعال – متانول از رایج ترین جفت های کاری در سیستم های جذبی جامد هستند. این جفت کاری در دماهای ژنراتور کم (در دمای های بالاتر از ۱۲۰ درجه سانتی گراد متانول شروع به تجزیه شدن می کند) خوب می تواند کار کند. درحالیکه دما تبخیر- جذب از محدود ۴۰ درجه سانتی گرادبالاتر می رود. این جفت کاری همچنین دارای ظرفیت جذبی جامد بالا، گرما جذب پایین، نقطه انجماد پایین و گرمای نهان بالای تبخیر هستند. کربن فعال هدایت گرمایی کمی دارد درنتیحه همانند یک عایق عمل می کند و سبب کاهش ضریب عملکرد سیستم می شود. همانند جفت کاری سیلیکال ژلآّب،- ربنک فعال- متانول نیاز به شرایط خلاء دارند. علاوه بر این متانول باید با احتیاط استفاده شود زیرا سمی و قابلیت اشتعال پذیری بالا دارد.[۸]

برای جفت کاری زلوئیت – آب دمای بستر جاذب می تواند به بیش از ۲۰۰ درجه سانتی گراد برسد، این جفت کاری در دماهای بالاتر از متانول و بقیه مبردهای دیگر پایدار تر هستند با این حال جفت کاری زئولیت–آّببرای استفاده در تهویه هوا به علت دمای انجماد آب که مانع از فرآیند یخ زدن می شود مناسب است. همچنین داری جذب قابل توجهی از گرما نیز می باشد. به علاوه تبخیر در فشار کم آّب این امکان را فراهم می کند که مرحله ای جذب کاهش یابد و دمای جدا سازی بالا، گرما محسوس جاذب را افزایش دهد. بنابراین ظرفیت سرمایش ویژه این سیستم ها خیلی بالا نیستند. از طرف دیگر فشارهای کاری کم می تواند مانع انتقال جرم شود. دو محقق از نظر ترمودینامیکی سیستم های که از کربن فعال – متانول و کربن فعال – آمونیاک و زلوئیت – آب استفاده میکنند را باهم مقایسه کردند نتایج این مقایسه نشان داد که سیستم زلوئیت –آّب بهترین انتخاب برای وسایل هواساز و تهویه مطبوع است. در حالی که کربن فعال – آمونیاک برای تولید یخ و

تبرید و نگهداری غذا بهترین ضریب عملکرد گرمایی را دارند .[۹]

در جستجو برای انتخاب بهترین جفت کاری برای استفاده در سیستم تبرید جذبی جامد خورشیدی، لیو ۱۵ [۱۱] ,[۱۰] جاذب ۱۲) نوع کربن فعال، ۳ نوع زلوئیت) و چهار نوع جذب شونده (مبرد) را (متانول،آّب، اتانول، آمونیاک) تحت شرایط یکسان مورد بررسی و مقایسه قرار داد. نتایج نشان دادن که متانول – کربن فعال بهترین عملکرد را دارد. ضریب عملکرد سیکل ۰/۵۵ بود و دمای اواپراتور و کندانسور به ترتیب -۵ درجه سانتی گرادو ۳۰ درجه سانتی گرادبدست آمد.

انیانو و اوگوکو[۱۲] وقتی که سیستم تبرید خورشیدی خورشیدی را طراحی می کردند عملکرد ترمودینامیکی جفت های کاری مختلف را تخمین زدند. نتیجه گیری آنها این بود که جفت کاری کربن فعال – آمونیاک می تواند بهترین نتیجه را برای کاربردهای انجماد، یخ سازی و حفاظت از مواد غذایی داشته باشد.و از طرفی، جفت کاری زئولیت– آب برای کاربردهای تهویه مطبوع بسیار مناسب است. از ان جهت که پایین ترین درجه حرارت تبخیرآّب صفردرجه سانتی گراداست، و به دلیل گرمای نهان تبخیر بالایش، برای تولیدآّب سرد مناسب است، و به این دلیل ان را به یک انتخاب خوب برای اهداف تهویه هوا تبدیل کرده است. جفت کاری کربن فعال – متانول برای تولید یخ و کاربردهای انجماد مناسب است.[۱۳]

درسال ۲۰۱۴ یان [۱۴] مطالعه آزمایشگاهی را برروی جاذب ترکیبی کلرید کلسیم و نانولوله های کربنی چند جداره در سیستم های تبرید جذبی جامد آمونیاکی انجام داد. نتایج نشان داد اگرچه ظرفیت جذب آمونیاک درنانولوله های کربنی چند

۲

جداره خالص نسبتا کم است، ولی اضافه شدن نانولوله های کربنی چند جداره به جاذب شیمیایی کلرید کلسیم می تواند از پدیده انباشتگی و تورم و همچنین از تضعیف عملکرد جذب واکنش نمک جلوگیری کند. راه دیگر تاثیرگذار بر افزایش خواص انتقال گرما مواد استفاده از جاذب تثبیت شده است. تعداد قابل ملاحضه ای مقاله بر روی این زمینه تمرکز کردهاند. وانگ [۱۵] تحقیقی مروری برای پیشرفت انجام شده دراین زمینه برای سیستم های جذبی گرد آوری کرده است. لی [۱۶] دونوع جفت کاری کربن فعال – متانول و کربن فعال – اتانول را در سیستم تبرید جذبی جامد خورشیدی مورد تست قرار داد تا با این آزمایش عملکرد سیستم را تحت شرایط یکسان تخمین بزند.