Cold storage for an adsorption-based refrigeration cycle in Africa

Abstract

Å utnytte solenergi er en sentral strategi for å elektrifisere landlige regioner i Afrika, der solcellepaneler vanligvis er det foretrukne valget for strømforsyning. Denne masteroppgaven undersøker imidlertid potensialet for bruk av solenergi til å drive adsorpsjonsbaserte kjølesystemer, som er et alternativt og lovende svar på regionens kjølebehov. Forskningen fokuserer på utvikling av et temperaturkontrollert islagringssystem, med mål om å forbedre matkonservering i varmt klima, spesielt i Tanzania. Dette systemet, som er utviklet og testet ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, benytter et aktivt karbon-metanol adsorpsjonspar, valgt for dens passende arbeidstemperaturområde og kostnadseffektivitet. Det blir avdekket kritiske utfordringer med dette paret, inkludert høy følsomhet for trykkvariasjoner og kompleksiteten i å synkronisere driftssykluser med solbestrålingsmønstre på grunn av utvidede desorpsjons- og adsorpsjonstider. I lys av disse funnene foreslår studien alternative strategier for å forbedre systemets effektivitet, som inkluderer vurdering av andre adsorpsjonspar på grunn av bedre stabilitet under varierende trykkforhold. Den foreslår også strukturelle modifikasjoner i systemdesignet, som en mer effektiv varmesamlerkonfigurasjon, rettet mot å forbedre effektiviteten av varmeoverføring og redusere syklustider. Disse foreslåtte forbedringene er avgjørende for å fremme implementeringen og effektiviteten av solenergidrevne adsorpsjonsbaserte kjølesystemer for bærekraftig matkonservering i varmere klima.

Harnessing solar energy is an essential strategy for electrifying rural areas of Africa, with solar panels being the common choice for electricity provision. This thesis, however, investigates the potential of solar energy in powering adsorption-based cooling technology, another promising solution to the region's cooling needs. The research centers on the development of a temperature-controlled ice storage system, aimed to improve food preservation in warm climates, particularly in Tanzania. This system, designed and tested at the Norwegian University of Science and Technology, utilizes an activated carbon/methanol adsorption pair, chosen for its suitable working temperature range and cost-effectiveness. Critical challenges is uncovered with this pairing, including high sensitivity to pressure changes and complexities in matching operational cycles with solar irradiation patterns due to extended desorption and adsorption times. Given these findings, the study proposes alternative strategies for improving the system's efficiency, including considering the use of other adsorption pairs due to their stability under varying pressures. It also suggests structural modifications to the system design, such as a more efficient heat collector configuration, aimed at enhancing heat transfer efficiency and reducing cycle durations. These proposed enhancements are critical for furthering the implementation and effectiveness of solar-driven adsorption-based cooling systems for sustainable food preservation in warmer climates.