MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32309551
■035    ▼a(MiAaPQ)GeorgiaTech77636
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a541.33
■1001  ▼aKocher,  Jordan.
■24510▼aDevelopment  of  a  Refrigeration  and  Dehumidification  Cycle  Using  Lower  Critical  Solution  Temperature  Mixtures
■260    ▼a[Sl]▼bGeorgia  Institute  of  Technology▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a286  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Yee,  Shannon;Menon,  Akanksha.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Georgia  Institute  of  Technology,  2025.
■520    ▼aAs  global  temperatures  continue  to  rise  and  urbanization  intensifies,  so  grows  the  need  for  efficient,  cost-effective,  low  global  warming  potential  (GWP)  space  cooling  technologies.  Accordingly,  there  is  an  ongoing  focus  surrounding  research  into  new  space  cooling  cycles  that  are  more  efficient  and  use  zero  GWP  refrigerants.  This  dissertation:  (i)  investigates  a  new  thermodynamic  cycle,  (ii)  evaluates  the  extent  to  which  it  can  provide  both  dehumidification  and  refrigeration,  (iii)  demonstrates  a  proof-of-concept  system  driven  by  relatively  low  temperature  (≤  50  °C)  heat,  and  (iv)  evaluates  the  cost  effectiveness  of  the  system.The  thermodynamic  cycle  developed  in  this  dissertation  utilizes  aqueous  mixtures  that  possess  a  lower  critical  solution  temperature  (LCST).  These  mixtures  are  homogenous  (single-phase)  and  will  mix  with  water  at  room  temperature,  but  when  they  are  heated  above  the  LCST  they  separate  into  two  phases.  One  phase  is  water-rich  (WR),  while  the  other  phase  is  water-scarce  (WS);  this  difference  in  composition  leads  to  a  chemical  potential  difference  when  the  phases  are  physically  separated  and  cooled  down  to  ambient  temperature.  This  chemical  potential  difference  forms  the  basis  of  the  LCST  cycle  and  can  be  used  to  produce  refrigeration  (i.e.,  a  reduction  in  temperature  below  that  of  the  ambient)  and/or  dehumidification,  among  other  effects.A  thermodynamic  analysis  of  this  new  "LCST  cycle"  is  performed,  deriving  the  relationship  between  the  performance  metrics  (temperature  lift,  indoor  humidity,  coefficient  of  performance,  and  moisture  removal  efficiency)  as  a  function  of  the  material  figure-of-merit:  the  chemical  potential  of  water  difference  between  the  WR  and  WS  phases  at  room  temperature.  Furthermore,  a  multi-stage  operation  is  described,  which  utilizes  different  LCST  mixtures  in  each  stage  and  can  therefore  achieve  an  overall  chemical  potential  difference  that  is  severalfold  greater  than  what  can  be  achieved  with  single-stage  operation.  Analysis  reveals  that  practical  LCST  refrigeration  and  dehumidification  systems  would  be  about  60%  less  efficient  than  conventional  systems,  due  mostly  to  the  large  sensible  heating  requirement  of  LCST  mixtures  with  poor  water  uptake.The  governing  thermodynamic  relations  that  are  relevant  to  LCST  mixtures  are  derived,  which  provide  insight  into  the  properties  that  would  necessarily  exist  in  hypothetical  LCST  mixtures  with  greater  chemical  potential  differences  than  existing  LCST  mixtures.  Furthermore,  the  common  misconception  that  LCST  behavior  necessarily  emerges  from  a  negative  entropy  of  mixing  is  dispelled.  This  could  pave  the  way  for  non-aqueous  LCST  mixtures  that  do  not  possess  negative  entropies  of  mixing.  The  analytical  expression  for  the  enthalpy  of  separation  of  LCST  mixtures  is  derived,  which  serves  as  a  useful  alternative  to  direct  enthalpy  measurements  using  differential  scanning  calorimetry.  The  properties  of  new  LCST  mixtures  containing  hygroscopic  additives  are  also  measured.  It  is  revealed  that  even  when  multi-stage  operation  is  used,  the  temperature  lift  and  indoor  humidity  that  current  LCST  mixtures  can  provide  are  insufficient  for  thermal  comfort.  This  motivates  the  need  to  find  new  LCST  mixtures  if  the  LCST  air  conditioning  cycle  is  to  become  practical.Several  experimental  demonstrations  of  this  new  cycle  are  performed,  and  the  temperature  drop,  humidity  drop,  and  coefficient  of  performance  (COP)  of  the  cycle  are  reported.  A  maximum  temperature  lift  of  0.96  °C  was  measured  for  continuous,  single-stage  refrigeration,  while  a  temperature  lift  of  2.32  °C  was  measured  for  three-stage,  stepwise  refrigeration.Finally,  a  technoeconomic  analysis  is  performed  to  understand  the  potential  benefits  and  limitations  of  an  LCST  cycle  air  conditioner.  It  is  revealed  that  LCST  refrigeration  is  significantly  hindered  by  the  exergy  associated  with  phase  separation  when  aqueous  LCST  mixtures  are  used;  non-aqueous  LCST  mixtures  with  higher  separation  temperatures  could  potentially  mitigate  this  limitation.  Meanwhile,  LCST  dehumidification  would  be  less  efficient  than  traditional  desiccants,  unless  the  recuperator  effectiveness  were  very  high  (  0.9).  Furthermore,  the  cost  of  separation  is  likely  to  be  a  major  barrier  that  must  be  addressed  if  LCST-based  systems  are  to  become  cost  effective.
■590    ▼aSchool  code:  0078.
■650  4▼aAqueous  solutions
■650  4▼aPolymers
■650  4▼aHumidity
■650  4▼aCooling
■650  4▼aAir  conditioning
■650  4▼aCondensers
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■650  4▼aDesalination
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aEntropy
■650  4▼aPolymer  chemistry
■690    ▼a0791
■690    ▼a0495
■71020▼aGeorgia  Institute  of  Technology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05B.
■790    ▼a0078
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360412▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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