Development of a fixed bed quasi-isothermal adsorption dehumidifier: from concept to optimization, through experimental and theoretical investigation

This research focuses on the development of a heat driven adsorption dehumidifier for waste heat recovery and solar air conditioning applications. It is based on the batch operation of two finned tube heat exchangers, where silica gel grains are packed between the fins. Quasi-isothermal adsorption and desorption processes are achieved respectively by rejecting and supplying heat within the fixed beds, by means of the water flow in the heat exchangers. Major outcomes of the research are the optimization of the packed bed geometry, the development of a semi-empirical formula for pressure drop prediction in the air side of the packed bed, the set-up of a prototype and of a new laboratory, through which the dehumidifier has been extensively tested. Results of the testing campaign prove that the dehumidifier can effectively operate at low regeneration temperature and achieve promising energy performances. In addition, two semi-empirical formulas for the calculation of the energy performances of the prototype have been developed, and a numerical model of the dehumidifier has been implemented to simulate the operation of a new system layout and define its optimal design.

Tema della ricerca è lo sviluppo di un deumidificatore ad adsorbimento alimentato termicamente, finalizzato al recupero del calore di scarto e applicazioni di “solar-air conditioning”. Si basa sul funzionamento alternato di due scambiatori a tubi alettati, tra le cui alette sono impaccati grani di silica gel. Processi quasi isotermici di adsorbimento e desorbimento sono ottenuti rispettivamente smaltendo e fornendo calore nei letti fissi, mediante il flusso di acqua negli scambiatori. I principali risultati della ricerca sono l'ottimizzazione della geometria del letto impaccato, lo sviluppo di una formula semi-empirica per il calcolo delle perdite di carico nel lato aria del letto impaccato, il set-up di un prototipo e di un nuovo laboratorio, con cui il deumidificatore è stato testato. I risultati della sperimentazione dimostrano che il deumidificatore può efficacemente operare anche a basse temperatura di rigenerazione fornendo prestazioni energetiche promettenti. Sono state inoltre sviluppate due formule semi-empiriche per il calcolo delle prestazioni energetiche del prototipo. Un modello numerico del deumidificatore è stato implementato per simulare il funzionamento di un layout modificato del sistema e definirne il design ottimale.