Design og simulering av soldrevet adsorpsjonsbasert ismaskin

Abstract

Matsvinn og kjølesystemer med miljøskadelige arbeidsfluider er noen av de største problemene verden står ovenfor med hensyn til global oppvarmning og populasjonsvekst. En tredel av produsert mat blir kastet, og et av problemene er en mangel på kuldekjede i utviklingsland som India. En mulig løsning for noen av kuldekjedene kan være en sol-basert adsorpsjons ismaskin. Det er mange små bønder og fiskere boende i rurale områder som lider økonomiske tap på grunn av mangel på tilgjengelig kjøling for deres produkter. Tilgang på elektrisitet er et stort problem, derfor kan et enkelt system basert på solenergi være nyttig. Et adsorpsjonssystem som operer over en periode på en dag, vil produsere is på natten ved å bruke solvarmen på dagen for å drive systemet. Dimensjoneringen av et system som produserer 10 kg is og driften av systemet har blitt studert. Maxsorb III er den beste adsorbenten på markedet i dag og tre forskjellige kjølemedier (metanol, etanol og R134a) har blitt sammenlignet. Simuleringen er i tre deler. Del en er en termodynamisk analyse av systemet, del to ser på tykkelsen på adsorpsjonssengen, og del tre ser på driften gjennom en hel dag. Beregningene er basert på klimatiske data fra India og energibalanser for komponenter i systemet. I den termodynamiske analysen viser det seg at R134a og Maxsorb III ikke egner seg som en god kombinasjon for drift av et system med en periode for en dag. Metanol og etanol viser lovende resultater i den termodynamiske analysen og simulasjonen gjennom en hel dag. Metanol viser seg å være det beste arbeidsmediet for adsorpsjonstemperaturer under 28°C, mens etanol er bedre for temperaturer høyere enn 28°C. Tykkelsen på sengen er beregnet til å være maksimalt 7.5 cm tykk, for å ha en relativt rask nedkjøling. Et lite system med en solfanger på 1m2 og 20 kg med adsorbent vil gi mennesker som før ikke hadde tilgang på kjøling mulighet til å bruke is for å kjøle produktene sine. Arbeidet ble delvis gjennomført i India og Norge. Et to og et halvt m°aneds opphold be gjennomført ved IIT Kharagpur, hvor status og mulighetene for å forbedre kuldekjeden ble utforsket. Under oppholdet ble en undersøkelse, om kunnskapen og betydningen av kuldekjeden, gjennomført. Den viste blant annet at mange er klar over at det er viktig å ha en kuldekjede, men de brydde seg ikke noe om at den maten de selv spiste hadde vært en del av kuldekjeden.

Food waste and refrigerating systems with harmful working fluids are some of the most critical problems to address in the world concerning global warming and population increase. Currently, are one-third of the food wasted, and in developing countries such as India, the main problem is lack of a functional supply and cold chain. A possible solution for some of the cold chains is a solarbased adsorption ice maker. There are many small farmers, fishermen etc. living in rural areas suffering economic losses due to non-availability of suitable storage systems for their produce. Availability of reliable electrical power is one of the major issues for these people. Hence a simple system relying on renewable energy sources such as solar could be useful. An adsorption system operating intermittently will produce ice during the night and using solar energy during the day to drive the system. The operation and dimensions of a small solar-based adsorption ice maker have been studied. Maxsorb III is currently the best adsorbent on the market and three working fluids (methanol, ethanol, R134a) has been simulated. The simulations are in three parts. Part one carried out a thermodynamic analysis of the most important parameters, part two looks at the thickness of the bed, and part three looks at the operation through a whole day. The calculations are based on climatic data from India and based on energy balances of the components of the system. R134a and Maxsorb III turn out not to be a good combination for intermittent operation, while methanol and ethanol show promising results in the thermodynamic analysis and simulation through the day. Methanol is the best working fluid for adsorption temperatures below 28°C and ethanol is the best working fluid for above 28°C. The thickness of the bed is calculated to a maximum of 7.5 cm to have a tolerant cooling time. The results show that a small scale adsorption ice maker with the dimensions of 1 m2 solar collector, 20 kg of adsorbent and Indian solar conditions can provide cooling to people who previously did not have access to cooling almost all year round.

The work was partly done in India and Norway. A two and half month stay at IIT (Indian Institute of Technology) Kharagpur was completed to investigate the status and explore the possibilities of improving the cold chain. During the stay, a survey was made to map the knowledge and awareness of the cold chain. Most people are aware of the need for cooling produce, but most people did not care if the food they bought was cooled.