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Jun 01, 2023

CuO/CeO2 混合ナノ粒子が蒸気圧縮冷凍システムの性能に及ぼす影響

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8889 (2022) この記事を引用する 919 アクセス数 3 引用指標の詳細 この研究は、単純な実験結果に基づいて構築されました。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8889 (2022) この記事を引用

919 アクセス

3 引用

メトリクスの詳細

この研究は、冷媒として R134a を使用した単純な冷凍システムの実験結果に基づいて構築されました。 システムの実際の寸法と実験結果に基づいて、Ansys Fluent ソフトウェアを使用してシステムをシミュレートし、理論的にナノ粒子を導入するシステムを準備しました。 ナノ粒子の調製プロセスは高価であるため、本研究では、蒸留水、アンモニア、硝酸銅、硝酸セリウムを用いて、7種類のナノ粒子を単一酸化物およびナノ粒子として合成する、簡便かつ安価な調製プロセスの方法を提案する。 2 つの異なる酸化物からの混合物 X 線回折と走査型電子顕微鏡を使用して調製した結果、粒子の形状が球形であり、酸化銅、酸化セリウムの場合、適切な平均直径が 78.95 nm、79.9 nm、44.15 nm、63.3 nm の範囲であることが確認されました。 、最初の混合物、および 2 番目の混合物です。 理論的研究により、酸化銅、酸化セリウム、および両方からなる混合物の両方が冷凍システムの性能を向上させ、エネルギー消費を削減することが確認されました。 さらに、文献で入手可能な数式を使用して熱物理的特性を計算すると、R134a と混合した場合のナノ粒子濃度の増加に伴い、これらの特性が改善されることが証明されました。

現在の研究のほとんどは、最もエネルギーを消費する部門である冷凍システムとエアコンの性能向上に焦点を当てています。 作動流体の熱特性を改善するために、ミリメートルからマイクロメートルのサイズの非常に小さな粒子をベース流体の中に分散させます。このベース流体は1873年にマクスウェルによって作られましたが、この試みには安定性、目詰まり、耐久性など多くの問題がありました。侵食。 20世紀後半。 Choi は、ナノ粒子を一次流体内に分散させて熱特性を改善するという、新しい概念で作動流体を提示しました 1,2。 ナノ流体は、(i) 類似したナノ粒子からなるモノナノ流体、(ii) 異なるナノ粒子からなるハイブリッドナノ流体、に分類される。 (iii) 複合ナノ粒子からなるハイブリッド ナノ流体1。 流体とナノ粒子の間で最良の熱伝達特性を達成するには、(i) ナノ粒子の分散性、(ii) ナノ粒子の安定性、(iii) ナノ粒子の化学的適合性、および (iv) ナノ流体の熱安定性を提供する必要があります3。 最近、ナノ冷媒として冷媒、ナノ潤滑剤として潤滑油を含むナノ流体の概念が開発されており、その調製方法は一段階法と二段階法に限定されている。 ナノ粒子を粉末として製造し、ベース流体に投入し、超音波または磁力による撹拌、均質化、高せん断混合などの数種類の分散方法を使用して混合物中にナノ粒子を分散させる 2 段階のプロセスです。 。 ワンステップ法は、圧力を下げることによって蒸気ナノフェーズ粉末を液体中に凝縮し、その後すぐにそれらを液体中に溶解することに基づいています4,5。

このセクションでは、冷凍システムへのナノ粒子の添加や、作動流体の熱物理的特性の改善に対するナノ粒子の効果を含む最新の研究と結果が紹介されます。

Vijayamar ら 6 は、ポリオールエステル油と混合した二酸化アルミニウムをベースとし、60 g の R602a を冷媒として充填した冷蔵庫の性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 その結果、冷却能力は6.09%、COPは20.09%向上し、消費電力は15.78%削減されました。 Choi ら 7 は、0.1 wt% の MWCNT をポリオールエステル油に分散させ、R134a を冷媒として使用して、冷蔵庫の性能に及ぼすナノ潤滑剤の影響を研究しました。 その結果、消費電力は17％削減できた。 Senthilkumar ら 8 は、Al2O3 と SiO2 のハイブリッド ナノ粒子をベースとし、冷媒として 60 g の R600a を使用した冷蔵庫の性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、COP と冷却能力の両方がそれぞれ 30% と 25% 向上し、消費電力が 80 W 削減されたことを示しました。Senthilkumar ら 9 は、ナノ潤滑剤が蒸気圧縮冷凍システムの性能に及ぼす影響を研究しました。 CuO および SiO2 を使用し、40 および 60 g の R600a を冷媒として使用しました。 結果は、COP と冷却能力の両方がそれぞれ 35% と 18% 向上し、消費電力が 75 W 削減されたことを示しました。Senthilkumar et al.10 は、0、 ０．２、０．４および０．６ｇ／ＬのＳｉＯ２をポリオールエステル油に添加し、Ｒ４１０Ａを冷媒として充填した。 その結果、0.4 g/L SiO2 が最高の冷却能力を達成し、消費電力が 80 W 削減され、COP が 1.7 向上したことがわかりました。 Senthilkumar ら 11 は、0.4 g/L および 0.6 g/L の ZnO/SiO2 ハイブリッド ナノ粒子をベースとした冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究し、冷媒として R600a を使用しました。 結果は、0.6 g/L ZnO/SiO2 が 180 W の高い冷却能力を達成し、COP を 1.7 向上させ、消費電力が 78 W 低いことを示しました。Senthilkumar et al.12 は、ナノ潤滑剤の性能に対する効果を研究しました。 0.2、0.4、0.6 g/L の CuO/Al2O3 ハイブリッド ナノ粒子をベースとした冷凍システムと、70 g の R600a を冷媒として充填しました。 結果は、CuO/Al2O3 の添加により COP と冷却能力がそれぞれ 27% と 20% 向上し、消費電力が 24% 削減されたことを示しました。 Javadi et al.13 は、0.1 wt% Al2O3 をベースとした冷凍機の性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、0.1 wt% Al2O3 が消費電力を 2.69% 削減することを示しました。 Gill et al.14 は、R134a の代替として (Capella D) オイルと混合した 0.2、0.4、および 0.6 g/L TiO2 をベースにした家庭用冷蔵庫の性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究し、冷媒として液化石油ガスを充填しました。 。 その結果、冷却能力とCOPはR134aよりそれぞれ18.74～32.72％、10.15～61.49％高いことがわかりました。 さらに、消費電力は R134a よりも約 3.20 ～ 18.1 低かった。 Karthick ら 15 は、次のサンプルに基づいて冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました: サンプル 1 (鉱油 + 0.02 vol% Al2O3 + 0.01 vol% TiO2)、サンプル 2 (鉱油 + 0.01 vol% Al2O3) + 0.005 vol% TiO2)、サンプル 3 (鉱油 + 0.05 vol% Al2O3)、およびサンプル 4 (鉱油 + 0.02 vol% Al2O3 + 0.02 vol% ZnO)。 冷媒にはＲ６００ａを使用した。 その結果、COPは14.61%向上したことがわかりました。 すべてのナノ潤滑剤には、COP を向上させ、電力消費を節約する機能があります。 Adelekan ら 16 は、0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L の TiO2 に基づいて家庭用冷蔵庫の性能に及ぼすナノ潤滑剤の影響を研究し、液化石油ガスを冷媒として使用しました。 結果は、ナノ潤滑剤がそれぞれ 14%、9%、8% の電力消費量の削減を達成したことを示しました。 Subhedar ら 17 は、鉱油に 0.05 vol%、0.075 vol%、0.1 vol%、および 0.2 vol% の Al2O3 を添加し、冷媒として R134a を使用し、冷凍システムの性能に及ぼすナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、0.075 vol% が約 85% という COP の最良の改善を達成し、約 27% のコンプレッサー動力を節約することを示しました。 さらに、0.075 vol% が冷凍システムの最適な濃度であると報告されています。 Babarinde et al.18 は、鉱物油に 0.4 および 0.6 g/L の TiO2 を添加し、R134a の代替として冷媒として R600a を充填することをベースにして、冷蔵庫の性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、0.4 g/L TiO2 が COP の最大値と消費電力の最小値を達成したことを示しました。 Selimefendigil と Bingölbalı19 は、ポリエチレングリコールに 0.5 vol%、0.8 vol%、1 vol% の TiO2 を添加し、冷媒として R134a を充填した蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、0.5 vol%、0.8 vol%、1 vol% でそれぞれ約 1.43%、15.72%、21.42% の COP 改善が達成されたことを示しました。 1 vol% でエネルギー消費量が 15% 節約されました。 Sundararaj と Manivannan20 は、0.1 vol% Au、0.2 vol% Au、0.1 vol% HAuCl4、0.2 vol% HAuCl4、0.1 vol% Au および 0.05 vol% CNT をベースとした蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 vol% Au と 0.02 vol% CNT をポリエチレングリコールオイルと混合し、冷媒として R134a を封入しました。 結果は、0.2 vol% Au と 0.02 vol% CNT が他の組成と比較して最も低い電力消費、最も高い冷却能力、および最良の COP 値を達成したことを示しました。 Peyyala ら 21 は、鉱油と混合した 0.1 vol% ～ 0.2 vol% の Al2O3 をベースとした蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究し、冷媒として R410a を充填しました。 結果は、COP の値がナノ粒子濃度の増加とともに増加することを示しました。 Babarinde et al.22 は、鉱油と混合した 0.2、0.4、および 0.6 g/L グラフェンをベースとした蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究し、冷媒として R600a を充填しました。 結果は、ナノ潤滑剤が最も低い電力消費と最も高い COP を示すことを示しました。 Adelekan et al.23 は、鉱油と混合した 0.1 g/L、0.3 g/L、および 0.5 g/L TiO2 に基づいて家庭用冷蔵庫の性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究し、冷媒として R600a を充填しました。ナノ潤滑剤は、それぞれ 4.99 および 290.83 kJ/kg の COP および冷却能力の最大値を示すことが示されました。 Ajayi et al.24 は、(Capella D) オイルに 0.5 g/l Al2O3 を添加し、100 g の R134a を冷媒として充填した蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、ナノ潤滑剤が冷却能力と COP の両方の向上を達成し、エネルギー消費を節約することを示しました。 Senthilkumar と Anderson25 は、ポリオールエステル油と混合した 0.2 g/L、0.4 g/L、および 0.6 g/L の SiO2 をベースとした蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究し、冷媒として R410A を充填しました。 結果は、0.4 g/L SiO2 が冷却能力と COP の両方を向上させ、エネルギー消費を節約することを示しました。 Senthilkumar ら 26 は、0.4 g/L および 0.6 g/L の Al2O3/SiO2 と 40 および 60 g の R600a を冷媒として使用した蒸気圧縮冷凍システムの性能に対するナノ潤滑剤の影響を研究しました。 結果は、0.6 g/L および 60 g の R600a が最大の冷却能力、最大の COP、および最小のコンプレッサー仕事量を達成することを示しました。