Investigation of performance in the diffusionabsorption refrigeration systems driven by a low generator temperature

Abstract

Using renewable energy sources to run the absorption refrigeration systems (ARSs) for heating and cooling purposes provides good environmental protection and energy-saving opportunity. However, the major disadvantages of these systems comparing to classical heating/cooling systems are their low-performance coefficients, and low-temperature heat sources cannot provide sufficient heating/cooling load. This research aims to develop Diffusion Absorption Refrigeration System (DARS)' performance coefficients that can work especially with low-temperature heat sources. No previous study has tested the nanoferrofluids based on the studied binary working solutions as it is performed in this research. So this work can be considered an investigation of new nanoferrofluids and a continuation of the previous studies. Thermophysical analyses were achieved for the mixture of refrigeration working solutions and examine its efficiency characteristics as nanoferrofluids (Fe3O4-acetone/ZnBr2 and Fe3O4-NH3/H2O). Later, in presence of an external magnetic field that affects the DARS generator, the validation of using the chosen nanoferrofluids was experimentally investigated. Then an experimental study of obtained enhancement in DARS' performance was presented by using the valid solution with helium as an inert gas. The experiments were performed on nanoferrofluids of 0.05 wt.% and 0.1 wt.% Fe3O4 nanoparticles concentrations in 300 ml NH3/H2O base-fluid with addition 1 wt.% concentration of poly vinyl pyrrolidone (PVP) surfactant, which were equipped to DARS with and without an external magnetic field. Depending on the concentrations and presence or absence of the external magnetic field, the experiments divided into five tests. According to the obtained results of the analyses, DARS with 0.1 wt.% nanoferrofluid under the external magnetic field was the best system with enhancements in Coefficient of Performance (COP), Exergetic Coefficient of Performance (ECOP), reached 10.72%, 26.66%, respectively, and a decrease in Circulation Ratio (f ) by 2.70%.

Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinin (ASS) ısıtma ve soğutma amacıyla çalıştırmasında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması, hem çevrenin korunması hem de enerji tasarrufu açısından avantajlıdır. Ancak bu sistemlerin klasik ısıtma/soğutma sistemlerine göre düşük performans katsayılarına sahip olmaları ve düşük sıcaklıktaki ısı kaynakları için yeterli ısıtma/soğutma yükü sağlayamamaları dezavantaj oluşturmaktadır. Bu çalışmada, DASS'ın özellikle düşük sıcaklıklı ısı kaynakları ile çalışabilen performans katsayılarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Literatürde, ikili çalışma çözümlerine dayalı olarak nanoferrofluidlerin test edilerek incelendiği detaylı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu nedenle bu çalışma, yeni nanoferrofluidlerin araştırılması ve incelenmesi yönü ile özgündür. Öncelikle, soğutma solüsyonlarının karışımı için termofiziksel analizler yapılmış ve nanoferrofluidler (Fe3O4-aseton/ZnBr2 ve Fe3O4-NH3/H2O) olarak verimlilik özellikleri incelenmiştir. DASS jeneratörünü etkileyen harici bir manyetik alanın varlığında, seçilen nanoferrofluidlerin kullanımının doğrulanması deneysel olarak araştırılmıştır. İnert gaz olarak helyum ile geçerli çözelti kullanılarak DARS performansında elde edilen iyileştirmenin deneysel bir çalışması sunulmuştur. Analizler, 300 ml amonyak/su baz sıvısı içinde % 0.05 (w/w) ve % 0.1 (w/w) Fe3O4 nanoparçacık konsantrasyonlarına sahip nanoferrofluidler üzerinde, % 1 (w/w) PVP yüzey aktif maddesinin eklenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Dış manyetik alan konsantrasyonlarına ve varlığına/yokluğuna bağlı olarak analizler beş teste ayrılmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarına göre, harici manyetik alan altında % 0,1 (w/w) nanoferroakışkan ile DASS, COP, ECOP, sırasıyla % 10.72, % 26.66 ve f'de % 2.70 azalma ile en iyi sistem özelliklerini göstermiştir.