Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI NÓI ĐẦU …………………………………………………………………………………………………………………………………….ii NHIỆM VỤ LUẬN VĂN …………………………………………………………………………………………………………………...v TÓM TẮT LUẬN VĂN…………………………………………………………………………………………………………………….. vii DANH SÁCH HÌNH VẼ……………………………………………………………………………………………………………………. viii DANH SÁCH BẢN BIỂU…………………………………………………………………………………………………………………… xii MỤC LỤC 1 CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 6 1.1 Tổng quan về bức xạ mặt trời 6 1.2 Đo cường độ năng lượng mặt trời: 13 1.3 Ưu nhược điểm của năng lượng mặt trời: 13 1.4 Tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam: 14 1.5 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới và ở Việt Nam 17 1.5.1 Pin mặt trời: 17 1.5.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời 19 1.5.3 Thiết bị sấy khi dùng mặt trời 21 1.5.4 Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời 21 1.5.5 Thiết bị chưng cất dùng năng lượng mặt trời: 22 1.5.6 Thiết bị đun nóng bằng năng lượng mặt trời 23 1.5.7 Thiết bị lạnh và điều hòa không khí dùng năng lượng mặt trời. 24 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 25 2.1 Khái niệm chung 25 2.2 Cơ sở lý luận nhiệt động 27 2.2.1 Chu trình Carnot 27 2.2.2 Entropy và exergy 28 2.3 Các chu trình lý tưởng liên quan đến khái niệm hấp thụ 30 2.4 Chu trình lý thuyết của máy lạnh hấp thụ: 38 2.5 Ưu nhược điểm của máy lạnh hấp thụ: 41 2.6 Dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ 43 2.7 Máy lanh hấp thụ năng lượng mặt trời 45 CHƯƠNG III : MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3 – H2O 48 3.1 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O 48 3.2 Đồ thị i – c 49 3.3 Một số công thức liên quan đến dung dịch NH3 – H2O 51 3.4 Các hệ thống máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O sản xuất nước đá vận hành bằng năng lượng mặt trời đã thực hiện 53 3.5 Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời 57 3.5.1 Nguyên lý hoạt động 57 3.5.2 Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O loại liên tục cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời 57 3.5.3 Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O loại gián đoạn cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời 59 3.5.4 So sánh giữa chu trình liên tục và chu trình gián đoạn 61 CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 62 4.1 Tính toán thiết kế: 62 4.1.1 Chọn thông số ban đầu 62 4.1.2 Xác định năng suất lạnh 62 4.1.3 Xác định áp suất ngưng tụ 63 4.1.4 Xác định áp suất bay hơi 63 4.1.5 Xác định phụ tải lạnh 63 4.1.6 Xác định thể tích bình chứa NH3 sau khi ngưng tụ 64 4.1.7 Xác định phụ tải nhiệt ngưng tụ 64 4.1.8 Tính năng suất lạnh của dàn lạnh 65 4.1.9 Chọn nồng độ dung dịch đậm đặc và nồng dộ dung dịch loãng. 65 4.1.10 Tính khối lượng dung dịch chứa trong collector 66 4.2 Tính toán thông số trạng thái của dung dịch tại các thời điểm: 67 4.2.1 Các quá trình của dung dịch trong collector: 68 4.2.2 Tính toán các thông số trạng thái tại các điểm trên chu trình: 71 4.2.3 Mô tả quá trình làm việc của máy lạnh hấp thụ NH3H2O loại gián đoạn trên đồ thị : 75
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU …………………………………………………………………………………………………………………………………….ii NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………………………………… v TÓM TẮT LUẬN VĂN…………………………………………………………………………………………………………………… vii DANH SÁCH HÌNH VẼ…………………………………………………………………………………………………………………… viii DANH SÁCH BẢN BIỂU…………………………………………………………………………………………………………………… xii MỤC LỤC CHƢƠNG I: HIỆN TRẠNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan xạ mặt trời 1.2 Đo cƣờng độ lƣợng mặt trời: 13 1.3 Ƣu nhƣợc điểm lƣợng mặt trời: 13 1.4 Tiềm năng lƣợng mặt trời Việt Nam: 14 1.5 Tình hình sử dụng lƣợng mặt trời giới Việt Nam 17 1.5.1 Pin mặt trời: 17 1.5.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng lƣợng mặt trời 19 1.5.3 Thiết bị sấy dùng mặt trời 21 1.5.4 Bếp nấu dùng lƣợng mặt trời 21 1.5.5 Thiết bị chƣng cất dùng lƣợng mặt trời: 22 1.5.6 Thiết bị đun nóng lƣợng mặt trời 23 1.5.7 Thiết bị lạnh điều hòa không khí dùng lƣợng mặt trời 24 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 25 2.1 Khái niệm chung 25 2.2 Cơ sở lý luận nhiệt động 27 2.2.1 Chu trình Carnot 27 2.2.2 Entropy exergy 28 2.3 Các chu trình lý tƣởng liên quan đến khái niệm hấp thụ 30 2.4 Chu trình lý thuyết máy lạnh hấp thụ: 38 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 2.5 Ƣu nhƣợc điểm máy lạnh hấp thụ: 41 2.6 Dung dịch làm việc máy lạnh hấp thụ 43 2.7 Máy lanh hấp thụ lƣợng mặt trời 45 CHƢƠNG III : MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3 – H2O 48 3.1 Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O 48 3.2 Đồ thị i – c 49 3.3 Một số công thức liên quan đến dung dịch NH3 – H2O 51 3.4 Các hệ thống máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O sản xuất nƣớc đá vận hành lƣợng mặt trời thực 53 3.5 Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O cấp nhiệt lƣợng mặt trời 57 3.5.1 Nguyên lý hoạt động 57 3.5.2 Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O loại liên tục cấp nhiệt lƣợng mặt trời 57 3.5.3 Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O loại gián đoạn cấp nhiệt lƣợng mặt trời 59 3.5.4 So sánh chu trình liên tục chu trình gián đoạn 61 CHƢƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 62 4.1 Tính toán thiết kế: 62 4.1.1 Chọn thông số ban đầu 62 4.1.2 Xác định suất lạnh 62 4.1.3 Xác định áp suất ngƣng tụ 63 4.1.4 Xác định áp suất bay 63 4.1.5 Xác định phụ tải lạnh 63 4.1.6 Xác định thể tích bình chứa NH3 sau ngƣng tụ 64 4.1.7 Xác định phụ tải nhiệt ngƣng tụ 64 4.1.8 Tính suất lạnh dàn lạnh 65 4.1.9 Chọn nồng độ dung dịch đậm đặc nồng dộ dung dịch loãng 65 4.1.10 Tính khối lƣợng dung dịch chứa collector 66 4.2 Tính toán thông số trạng thái dung dịch thời điểm: 67 4.2.1 Các trình dung dịch collector: 68 4.2.2 Tính toán thông số trạng thái điểm chu trình: 71 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 4.2.3 Mô tả trình làm việc máy lạnh hấp thụ NH3 − H2O loại gián đoạn đồ thị : 75 CHƢƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ COLLECTOR 81 5.1 Collector phẳng 81 5.2 Collector dạng ống hút chân không 83 5.3 Collector dạng tập trung 84 5.4 Phân tích lựa chọn phƣơng án 85 5.5 Tính toán kích thƣớc collector: 87 5.6 Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho collector 90 5.6 Nhiệt lƣợng cần thiết để làm cho 2,02 kg NH3 bay 90 5.6.2 Tổn thất nhiệt collector: 92 5.6.2.1 Tổn thất nhiệt phía collector 92 5.6.2.2 Tổn thất nhiệt phía dƣới: 94 5.7 Bức xạ trung bình collector nhận đƣợc ngày 94 5.8 Tính kiểm tra khả giải nhiệt vào ban đêm collector 95 CHƢƠNG VI: CÁC DẠNG THIẾT BỊ NGƢNG TỤ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƢNG TỤ 98 6.1 Phân loại thiết bị ngƣng tụ: 98 6.1.1 Bình ngƣng ống chùm nằm ngang 98 6.1.2 Bình ngƣng ống vỏ thẳng đứng: 102 6.1.3 Thiết bị ngƣng tụ kiểu ống lồng ống 103 6.1.4 Thiết bị ngƣng tụ kiểu 105 6.2 Thiết bị ngƣng tụ giải nhiệt nƣớc không khí 106 6.2.1 Thiết bị ngƣng tụ kiểu bay 107 6.2.2 Dàn ngƣng kiểu tƣới 108 6.3 Dàn ngƣng giải nhiệt không khí 110 6.3.1 Dàn ngƣng đối lƣu tự nhiên: 110 6.3.2 Dàn ngƣng đối lƣu cƣỡng bức: 111 6.4 Tính toán thiết kế thiết bị ngƣng tụ: 112 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG CHƢƠNG VII : CÁC DẠNG THIẾT BỊ BAY HƠI VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BAY HƠI 118 7.1 Phân loại thiết bị bay hơi: 118 7.2 Thiết bị bay làm lạnh chất lỏng 119 7.2.1 Bình bay làm lạnh chất lỏng: 119 7.2.2 Dàn lạnh panen 121 7.2.3 Dàn lạnh xƣơng cá: 122 7.2.4 Dàn lạnh bản: 123 7.3 Thiết bị bay làm lạnh không khí 124 7.3.1 Dàn lạnh đối lƣu tự nhiên 124 7.3.2 Dàn lạnh đối lƣu cƣỡng 125 7.4 Thiết kế thiết bị bay 126 7.4.1 Cấu tạo 126 7.4.2 Nguyên lý làm việc 127 7.4.3 Tính diện tích trao đổi nhiệt dàn bay hơi: 127 7.4.4 Kích thƣớc khuôn đá bể đá: 132 CHƢƠNG VIII: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ LOẠI GIÁN ĐOẠN 134 8.1 Mô tả chung: 136 8.2 Lắp đặt 138 8.3 Kết nối: 139 8.3.1 Kết nối điện 139 8.3.2 Kết nối đầu dò 140 8.4 Các phƣơng án điều khiển: 141 8.4.1 Phƣơng án 1: 141 8.4.2 Phƣơng án 2: 143 8.4.3 Phƣơng án 3: 144 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Văn Hòa - 20804232 GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG CHƢƠNG I: HIỆN TRẠNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan xạ mặt trời Mặt trời cầu khổng lồ có đƣờng kính 1392.106 km cách trái đất khoảng 149,6.106 km, nhiệt độ bề mặt khoảng 5800K [TL11] Tại tâm mặt trời nhiệt độ lên đến 15 triệu độ áp suất khoảng hàng trăm triệu atm Ở nhiệt độ áp suất hạt nhân nguyên tố nhẹ nhƣ Hydro thu đƣợc động lớn đủ để thắng lực đẩy tĩnh điện kết hợp chắt với tạo thành hạt nhân Heli ( đƣợc gọi phản ứng nhiệt hạt nhân hay nổ hạt nhân) Chính phản ứng giải phóng lƣợng vô lớn trì hoat động mặt trời Trong toàn xạ mặt trời, xạ liên quan trực tiếp đến phản ứng hạt nhân xảy nhân mặt trời không 3% Bức xạ 𝛾 ban đầu qua 5.105 km chiều dày lớp vật chất mặt trời, bị biến đổi mạnh Tất dạng xạ điện từ dều có chất sáng chúng khác bƣớc sóng Sóng 𝛾 sóng ngắn sóng Từ tâm mặt trời va chạm tán xạ mà lƣợng chúng giảm chúng ứng với xạ có bƣớc sóng dài Nhƣ xạ chuyển thành xạ Rơngen có bƣớc sóng dài Gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để tồn vật chất trạng thái nguyên tử chế khác bắt đầu xảy Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Đặc trƣng xạ mặt trời truyền không gian bên mặt trời phổ rộng cực đại cƣờng độ xạ nằm dải 10-1 – 10 𝜇𝑚 hầu nhƣ nửa tổng lƣợng mặt trời tập trung khoảng bƣớc sóng 0,38 – 0,78 𝜇𝑚 vùng thấy phổ.đo Hình 1.1 Dải xạ điện từ Chùm tia truyền thẳng từ mặt trời gọi xạ trực xạ Tổng hợp tia trực xạ tán xạ gọi tổng xạ Mật độ dòng xạ trực xạ lớp khí quyển, tính m2 bề mặt đặt vuông góc với tia xạ, đƣợc tính theo công thức: 𝑞 = 𝜑𝐷−𝑇 𝐶0 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 𝑇 100 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 𝜑𝐷−𝑇 hệ số góc xạ trái đất mặt trời 𝜑𝐷−𝑇 = 𝛽 /4 𝛽 : góc nhìn mặt trời 𝛽 ≈ 32′ nhƣ hình 1.2 C0 = 5,67 W/m2.K4 – hệ số xạ vật đen tuyệt đối T ≈ 57620K – nhiệt độ bề mặt mặt trời ( xem giống vật đen tuyệt đối) Vậy 2.3,14.32 𝑞 = 360.60 5762 5,67 100 ≈ 1353 𝑊/𝑚2 Hình 1.2 Góc nhìn mặt trời Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Do khoảng cách trái đất mặt trời thay đổi theo mùa năm nên 𝛽 thay đổi q thay đổi nhƣng độ thay đổi không lớn nên xem q không đổi đƣợc gọi số mặt trời Khi truyền qua lớp khí bao bọc quanh trái đất chùm tia xạ bị hấp thụ tán xạ tần ozone Hơi nƣớc bụi khí quyển, phần lƣợng đƣợc truyền trực tiếp tới trái đất Đầu tiên oxy phân tử bình thƣờng O2 phân ly thành oxy nguyên tử O, để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần phải có photon bƣớc sóng ngắn 0,18 𝜇𝑚, photon ( xem xạ nhƣ hạt rời rạc – photon) có lƣợng nhƣ bị hấp thụ hoàn toàn Chỉ phần nguyên tử oxy kết hợp thành phân tử, đại đa số nguyên tử tƣơng tác với phân tử oxy khác để tạo thành O3, ozon hấp thụ xạ tử ngoại nhƣng với mức độ thấp so với oxy, dƣới tác dụng photon với bƣớc sóng ngắn 0,32𝜇𝑚, pân tách O3 thành O2 xảy Nhƣ hầu nhƣ toàn lƣợng xạ tử ngoại đƣợc sử dụng để trì trình phân ly hợp O, O2, O3 trình ổn định Do trình qua khí quyển, xạ tử ngoại biến đổi thành xạ với lƣợng nhỏ Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 1.3 Quá trình truyền lượng xạ mặt trời qua lớp khí trái đất Các xạ với bƣớc sóng ứng với vùng nhìn thấy vùng hồng ngoại phổ tƣơng tác với phân tử khí hạt bụi không khí nhƣng không phá vỡ liên kết chúng, photon bị tán xạ theo hƣớng số photon quay trở lại không gian vũ trụ Bức xạ chịu dạng tán xạ chủ yếu xạ có bƣớc sóng ngắn Sau phản xạ từ phần khác khí xạ tán xạ đến mang theo màu xanh lam bầu trời Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 𝑁𝐻3 Chọn áp suất dung dịch chứa collector 𝑝0 = 2,85 𝑏𝑎𝑟 Chọn nhiệt độ không khí giải nhiệt cho collector 250 𝐶 ta xác định đƣợc nồng độ dung dịch đậm đặc theo bảng 3.2 [ TL1-Tr118] 𝑐𝑠 = 51,78 % Áp suất ngƣng tụ 𝑝𝑘 = 17,82 𝑏𝑎𝑟 Giả sử nhiệt độ dung dịch collector thời điểm cao 900 𝐶 ta xác định đƣợc nồng độ dung dịch loãng 𝑐𝑤 = 47,42 % 4.1.10 Tính khối lƣợng dung dịch chứa collector Để sản xuất đƣợc kg nƣớc đá cần khoảng 2,02 kg 𝑁𝐻3 lỏng áp suất ngƣng tụ Nhƣ ta xác định đƣợc khối lƣợng dung dịch chứa collector là: 𝑚𝑁𝐻3 = 0,5178 𝑚𝑁𝐻3 + 𝑚𝐻2 𝑂 𝑚𝑁𝐻3 − 2,02 𝑐𝑤 = = 0,4742 𝑚𝑁𝐻3 + 𝑚𝐻2 𝑂 − 2,02 𝑐𝑠 = 𝑚𝑁𝐻3 = 0,5178 𝑚𝑁𝐻3 + 𝑚𝐻2 𝑂 𝑚𝑁𝐻3 − 2,02 = 0,4742 𝑚𝑁𝐻3 + 𝑚𝐻2 𝑂 − 2,02 Giải hệ phƣơng trình ta xác định đƣợc khối lƣợng 𝑁𝐻3 𝐻2 𝑂 𝑚𝑁𝐻3 = 12,61 kg 𝑚𝐻2 𝑂 = 11,74 kg Vậy khối lƣợng 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 cần thiết 24,35 kg Thể tích riêng dung dịch lỏng 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 nồng độ 51,78% áp suất 2,85 bar 1,19 lít/ kg Vậy thể tích dung dịch áp suất 2,85 bar là: V = v.G = 1,19 24,35 = 28,98 lít Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 66 Luận văn tốt nghiệp 4.2 GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Tính toán thông số trạng thái dung dịch thời điểm: Gọi trạng thái dung dịch chứa collector vào đầu trình phát sinh trạng thái 1, trạng thái dung dịch chứa collector lúc đạt áp suất ngƣng tụ trạng thái 2, trạng thái dung dịch chứa collector vào cuối trình phát sinh trạng thái 3, trạng thái dung dịch chứa collector vào đầu trình hấp thụ trạng thái Các trạng thái 1, 2, trạng thái bão hòa (lỏng sôi) ứng với nhiệt độ nồng độ dung dịch chứa collector Trạng thái có t1 với nhiệt độ môi trƣờng vào đầu trình phát sinh Có nồng độ c1 với nồng độ dung dịch đậm đặc, có áp suất bão hòa tƣơng ứng p1 Trạng thái có áp suất p2 với áp suất ngƣng tụ, có nồng độ c2 với c1 có nhiệt độ bão hòa tƣơng ứng t Trạng thái có p3 với áp suất ngƣng tụ, có c3 với nồng độ dung dịch loãng có nhiệt độ bão hòa tƣơng ứng t Trạng thái có t với nhiệt độ môi trƣờng, có nồng độ với nồng độ dung dịch loãng có áp suất bão hòa tƣơng ứng p4 Các thông số trạng thái cho trƣờng hợp nhiệt lƣợng mà collector cấp cho đủ yêu cầu Nếu nhiệt lƣợng cấp vào không đủ trạng thái trạng thái có thay đổi nồng độ dung dịch loãng tăng lên áp suất bão hòa trạng thái tăng theo Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 67 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 4.1: Đồ thị i – c biểu diễn trình nhiệt động dung dịch 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 collector 4.2.1 Các trình dung dịch collector: Trong chu trình máy lạnh hấp thụ NH3 − H2 O loại gián đoạn dung dịch chứa collector diễn trình nhƣ sau: Quá trình – 2: Quá trình gia nhiệt (phát sinh) đẳng tích cho dung dịch chứa collector nhờ lƣợng mặt trời cung cấp cho collector Trong trình nhiệt độ dung dịch tăng làm cho NH3 bay khỏi dung dịch thể tích cố định áp suất dung dịch tăng nồng độ dung dịch giảm nhƣng không đáng kể Lƣu ý cấp nhiệt cho collector nhiệt độ dung dịch tăng làm cho trạng thái bão hòa (cân bằng) dung dịch chứa Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 68 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG collector bị thay đổi, dung dịch chứa collector đạt đến trạng thái bão hòa (cân bằng) Nhƣ vậy, trình phát sinh dung dịch chứa collector liên tục biến đổi trạng thái nhanh chóng đạt đến trạng thái bão hòa (cân mới) Quá trình – 3: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp cho dung dịch chứa collector Khi áp suất dung dịch chứa collector đạt đến áp suất ngƣng tụ (quan sát số áp kế, số áp kế đạt giá trị lớn cố định thời gian dài áp suất ngƣng tụ là: pk = pd + 1) áp suất dung dịch collector cố định Trong trình nhiệt độ dung dịch tăng, áp suất không thay đổi, nồng độ dung dịch giảm Khi đạt đến trạng thái dung dịch chứa collector không khả sôi bay Nhiệt độ dung dịch collector đạt nhiệt độ cực đại, nồng độ dung dịch chứa collector với nồng độ dung dịch loãng Quá trình – 4: Quá trình nhả nhiệt Khi dung dịch không khả bay tức xạ mặt trời đến collector bắt đầu giảm, nhiệt độ collector bắt đầu giảm dần, chiều nhiệt độ môi trƣờng giảm xuống, dung dịch collector nhả nhiệt môi trƣờng xung quanh làm cho nhiệt độ dung dịch giảm xuống theo Nhiệt độ dung dịch giảm làm cho áp suất bão hòa dung dịch giảm theo, phần NH3 chứa collector trƣớc van chặn thứ I bắt đầu ngƣng tụ lại bị dung dịch loãng hấp thụ Khi đạt đến trạng thái nhiệt độ dung dịch chứa collector với nhiệt độ môi trƣờng xung quanh Nồng độ dung dịch tăng lên có NH3 ngƣng tụ bị hấp thụ lại nhƣng phần không đáng kể ta xem nhƣ nồng độ dung dịch chứa collector lúc nồng độ dung dịch loãng Áp suất dung dịch chứa collector áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ nồng độ dung dịch chứa collector lúc Lƣu ý áp suất Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 69 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG bão hòa nhỏ áp suất bay NH3 bình bay Do đó, trình làm lạnh đƣợc thực ta quan sát số áp kế gắn collector thấp áp suất bay giá trị định Quá trình – 1: Quá trình hấp thụ NH3 sau bay từ bình bay Khi áp suất dung dịch chứa collector thấp áp suất bay NH3 bình bay ta thực trình làm đá Hơi bay từ bình bay bão hòa khô quay collector gặp dung dịch loãng xảy trình hấp thụ Quá trình hấp thụ phát sinh nhiệt lƣợng NH3 nhả ẩn nhiệt ngƣng tụ nhiệt hòa trộn Trong trình nhiệt độ dung dịch tăng, áp suất dung dịch tăng nồng độ dung dịch tăng nhƣng nhiệt độ dung dịch tăng không đáng kể có không khí giải nhiệt cho collector Còn áp suất dung dịch tăng nồng độ dung dịch tăng kéo theo áp suất bão hòa dung dịch tăng theo Để trình hấp thụ diễn đƣợc lƣợng NH3 collector phải ít, thực trình hấp thụ thời gian thực phải kéo dài (bằng thời gian làm đá) Quá trình tuần hoàn 𝐍𝐇𝟑 : Sau bay khỏi dung dịch đậm đặc, áp suất NH3 tăng lên đến áp suất ngƣng tụ nhờ không khí giải nhiệt ngƣng tụ lại NH3 lỏng đƣợc chứa bình chứa áp suất ngƣng tụ, sau vào trình làm lạnh NH3 qua van tiết lƣu nhận nhiệt từ nƣớc làm đá bay quay trở lại collector gặp dung dịch loãng bị hấp thụ trở lại làm cho nồng độ dung dịch collector tăng lên Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 70 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 4.2.2 Tính toán thông số trạng thái điểm chu trình: Trạng thái 1: Ở trạng thái ban đầu dung dịch chứa collector dung dịch bão hòa Do đó, ứng với nồng độ dung dịch cs = 51,78% nhiệt độ dung dịch với nhiệt độ môi trƣờng t a = 25℃ ta xác định đƣợc áp suất dung dịch bão hòa là: p1 = 2,85 bar Hình 4.2: Đồ thị i – c biểu diễn trạng thái dung dịch 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 Nhiệt độ dung dịch chứa collector với nhiệt độ môi trƣờng Chọn nhiệt độ môi trƣờng t a = 25℃ Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 71 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Ở trạng thái ban đầu áp suất dung dịch chứa collector là: p1 = 2,85 bar (áp suất bão hòa dung dịch ứng với nhiệt độ môi trƣờng vào đầu trình phát sinh) Enthalpy dung dịch lỏng trạng thái ban đầu tra bảng 3.2 [TL1-Tr118] ta đƣợc: i1′ = 295,05 kJ/kg Enthalpy NH3 chứa collector trạng thái ban đầu: i1" = 1756,35 kJ/ kg Trạng thái 2: Vì lƣợng NH3 bay không đáng kể, xem nồng độ dung dịch không đổi ta có: c2 = cs = 51,78% Kết thúc trạng thái dung dịch đạt áp suất ngƣng tụ P2 = Pk = 17,82 bar Suy t2 = 800C Enthalpy NH3 cân với dung dịch lỏng nồng độ c2 = 51,78%, p = 17,82 bar; T = 800 C i"2 = 1822,699 kJ/kg Enthalpy dung dịch lỏng nồng độ c2 = 51,78%, p = 17,82 bar; T = 800 C i′2 = 579,73 kJ/kg Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 72 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 4.3: Đồ thị i – c biểu diễn trạng thái dung dịch 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 Trạng thái 3: Sau áp suất collector đạt đến áp suất ngƣng tụ xảy trình ngƣng tụ coil ngƣng tụ Hơi NH3 tiếp tục bay từ collector ngƣng tụ coil ngƣng tụ Do NH3 bay làm cho nồng độ dung dịch chứa collector giảm xuống, nhiệt độ bão hòa dung dịch tăng lên Đến lúc nhiệt độ bão hòa dung dịch lớn (hoặc bằng) nhiệt độ tối đa collector trình bay kết thúc Nồng độ dung dịch lúc kết thúc trình bay là: cw = 47,42 %, nhƣ áp suất ngƣng tụ pk = 17,82 bar nhiệt độ bão hòa 𝑇 = 90 ℃ Enthalpy NH3 cân với dung dịch lỏng nồng độ cw = 47,42%, p = 17,82 bar; 𝑇 = 90 ℃ , i"3 = 1860,162 kJ/kg Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 73 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Enthalpy dung dịch lỏng với nồng độ cw = 47,42%, p = 17,82 bar; T = 363 K ; i′3 = 623,8 kJ/kg Hình 4.4: Đồ thị i – c biểu diễn trạng thái dung dịch 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 Trạng thái 4: Vào ban đêm chọn nhiệt độ môi trƣờng là: t a = 25℃ Giả sử nhiệt độ dung dịch với nhiệt độ môi trƣờng, với nồng độ dung dịch chứa collector 47,42%, ta xác định đƣợc áp suất bão hòa dung dịch chứa collector là: p4 = 2,34 bar Tƣơng tự cách tính trạng thái 1, ta có: Enthalpy NH3 cân với dung dịch lỏng nồng độ cw = 47,42%, p4 = 2,34 bar, T4 = 298 K: i"4 = 1760,94 kJ/kg Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 74 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Enthalpy dung dịch lỏng với nồng độ cw = 47,42%, p = 2,34 bar; T = 298 K: i′4 = 293,56 kJ/kg Bảng 4.1: Thông số trạng thái dung dịch điểm chu trình Thông số Trạng thái Nhiệt độ T Nồng độ c Áp suất p Enthalpy Enthalpy (K) (%) (bar) dd lỏng i" , i′ , kJ/kg kJ/kg 298 51,78 2,85 295,05 1756,35 353 51,78 17,82 579,73 1822,699 363 47,42 17,82 623,8 1860,162 298 47,42 2,34 293,56 1760,94 Trạng thái Trạng thái Trạng thái 4.2.3 Mô tả trình làm việc máy lạnh hấp thụ 𝐍𝐇𝟑 − 𝐇𝟐 𝐎 loại gián đoạn đồ thị : Vào đầu trình phát sinh dung dịch chứa collector có trạng thái bão hòa điểm đồ thị i – c ứng với nồng độ c1 = cs , nhiệt độ t1 nhiệt độ môi trƣờng áp suất bão hòa p1 Sau nhận nhiệt từ xạ mặt trời trạng thái bão hòa dung dịch chứa collector bị thay đổi đến trạng thái Càng nhận nhiệt trạng thái bão hòa dung dịch thay đổi theo xu hƣớng có: t > t1 ; p2 > p1 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 75 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Khi đến điểm dung dịch đạt đến trạng thái bão hòa có áp suất ngƣng tụ p2 , nhiệt độ t Sau đạt áp suất ngƣng tụ nhiệt độ dung dịch tăng nồng độ dung dịch giảm nhƣng áp suất dung dịch không thay đổi Tiếp tục nhận nhiệt dung dịch đạt đến trạng thái bão hòa có p3 = p2 ; t > t ; c3 < c2 Ở trạng thái nhiệt độ dung dịch chứa collector lớn nhất, trình phát sinh kết thúc Sau trình phát sinh kết thúc dung dịch chứa collector bắt đầu nhả nhiệt môi trƣờng đạt đến trạng thái cân có t < t ; p4 < p3 ; c4 = c3 = cw Hình 4.5 Đồ thị i – c biểu diễn trình nhiệt động dung dịch 𝑁𝐻3 − 𝐻2 𝑂 collector Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 76 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 4.6 Đồ thị T-s biểu diễn trình nhiệt động NH3 Hơi NH3 sau bay khỏi dung dịch xem nhiệt (điểm đồ thị) Sau đƣợc ngƣng tụ lại nhờ nƣớc giải nhiệt có trạng thái lỏng sôi (điểm 6) Lỏng NH3 qua van tiết lƣu có trạng thái bão hòa ẩm (điểm 7) Sau qua dàn lạnh nhận nhiệt, bay có trạng thái bão hòa khô (điểm 8) Hơi bão hòa khô quay collector gặp dung dịch loãng (điểm 4) bị hấp thụ, đạt đến trạng thái bão hòa (điểm 1) Thông số trạng thái điểm chu trình: Điểm 1: Trạng thái ban đầu: Có: t1 = t a = 25℃ có c1 = cs = 51,78% Áp suất bão hòa dung dịch là: p1 = 2,85 bar Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 77 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Với p1 vừa tìm đƣợc ta xác định đƣợc enthalpy dung dịch lỏng: i1 = 259,05 kJ/kg Điểm 2:Trạng thái đạt áp suất ngƣng tụ: Có: p2 = pk = 17,82 bar Giả thuyết lƣợng bay trình từ không đáng kể Các thông số điểm là: c2 = 51,78 %; p2 = 17,82 bar; t = 80℃ Với nồng độ, nhiệt độ áp suất vừa tìm đƣợc ta xác định đƣợc enthalpy dung dịch lỏng áp suất ngƣng tụ là: i2 = 579,73 kJ/kg Điểm 3: Trạng thái dung dịch cuối trình phát sinh Có nồng độ c3 = cw = 47,42 % áp suất p3 với áp suất ngƣng tụ pk = 17,82 bar Từ thông số ta xác định đƣợc nhiệt độ bão hòa tƣơng ứng t = 90℃ Sau đó, ta xác định đƣợc enthalpy dung dịch lỏng chứa collector vào cuối trình phát sinh là: i3 = 628,8 kJ/kg Điểm 4: Trạng thái dung dịch trƣớc xảy trình hấp thụ: Có nồng độ c4 = cw = 47,42 %, có nhiệt độ t = t a = 25℃ Từ thông số ta xác định đƣợc áp suất bão hòa tƣơng ứng là: p4 = 2,34 bar Sau đó, ta xác định đƣợc enthalpy dung dịch là: i4 = 293,56 kJ/kg Điểm 5: Trạng thái bay khỏi collector trƣớc vào thiết bị ngƣng tụ Giả sử NH3 sau khỏi collector, qua tinh lọc nƣớc có nồng độ: c =1 Nhiệt độ NH3 sau khỏi collector với nhiệt độ cuối điểm 3: t3 = t5 = 900C; p5 = pk = 17,82 bar Từ thông số ta có i5 = 1630 kJ/ kg Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 78 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Điểm 6: Trạng thái lỏng NH3 sau ngƣng tụ: Quá trình ngƣng tụ trình đẳng áp Hơi NH3 bay đạt đến áp suất ngƣng tụ ngƣng tụ lại có trạng thái lỏng bão hòa Có áp suất nhiệt độ ngƣng tụ p6 = 17,82 bar, t6 = 450C Với nồng độ bay c6 = c5 = enthalpy dung dịch lỏng i6 = 386,43 kJ/kg Điểm 𝟔′ : Trạng thái dung dịch lỏng bình chứa trƣớc trình làm lạnh Sau trình ngƣng tụ dung dịch lỏng chứa bình chứa nhả nhiệt môi trƣờng xung quanh để đạt đến trạng thái cân có nhiệt độ với nhiệt độ môi trƣờng 25℃ Tra thông số (phần mềm Refutil) NH3 25℃ ta đƣợc: p6’ = 10,031 bar ; i6’ = 315,54 kJ/Kg Điểm 7: Trạng thái NH3 sau qua van tiết lƣu Sau qua van tiết lƣu NH3 có trạng thái bão hòa ẩm có nồng độ enthalpy với nồng độ enthalpy điểm 6’, c7 = c6′ = 1; i7 = i6′ = 315,54 kJ/kg Có nhiệt độ với nhiệt độ bay t = t = −10℃ có áp suất bão hòa tƣơng ứng p7 = p0 = 2,908 bar Điểm 8: Trạng thái NH3 sau khỏi thiết bị bay Sau khỏi thiết bị bay NH3 bay có trạng thái bão hòa khô, có áp suất, nhiệt độ nồng độ với áp suất nhiệt độ điểm 7, p8 = p7 = 2,908 bar; t = t = −10℃ c8 = c7 = Từ thông số ta xác định đƣợc enthalpy NH3 i8 = 1449,29 kJ/kg Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 79 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Bảng 4.2: Bảng thông số trạng thái điểm chu trình Điểm Nồng độ, % Nhiệt độ, ℃ Áp suất, bar Enthalpy, kJ/kg 51,78 25 2,85 295,05 51,78 80 17,82 579,73 47,42 90 17,82 623,8 47,42 25 2.34 293,56 90 17,82 1630 45 17,82 386,43 6′ 25 10,031 315,54 -10 2,908 315,54 -10 2,908 1449,29 Nguyễn Văn Hòa - 20804232 Page 80 [...]... nhập trung bình của ngƣời dân Với các máy lạnh làm việc trên nguyên lý biến đổi năng lƣợng mặt trời thành điện năng nhờ pin mặt trời là thuận tiện nhất, nhƣng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao Ngoài ra các hệ thống lạnh còn sử dụng năng lƣợng mặt trời dƣới dạng nhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này ngày càng đƣợc ứng dụng nhiều trong thực tế, tuy nhiên hiện... khác nhau cơ bản giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi là năng lƣợng sử dụng và loại chất môi giới làm việc trong hệ thống [TL1] Máy lạnh có máy nén hơi sử dụng cơ năng, trong khi đó năng lƣợng cấp vào cho máy lạnh hấp thụ có dạng nhiệt năng Thông thƣờng, trong kĩ thuật điều hòa không khí ngƣời ta dùng khí đốt, hơi nƣớc hoặc nƣớc nóng cấp cho máy lạnh hấp thụ Ở những nơi có điều kiện thuận... quá trình sản xuất hoặc dùng các nguồn nhiệt thải khác để cung cấp cho máy lạnh hấp thụ Hiện nay, trong xu thế hợp lý hóa việc sử dụng năng lƣợng và sử dụng năng lƣợng hiệu quả, ngƣời ta đang tìm cách thực hiện các biện pháp Cogeneration Chính máy lạnh hấp thụ là một trong các phƣơng án kỹ thuật rất thích hợp cho mục đích này Không nhƣ máy lạnh có máy nén hơi, trong trƣờng hợp máy lạnh hấp thụ, chất... năm 1968 và 1973 Năng lƣợng mặt trời càng đƣợc đặc biệt qua tâm Các nƣớc công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu, ứng dụng năng lƣợng mặt trời Các ứng dụng năng lƣợng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ yếu sau: 1.5.1 Pin mặt trời: Pin mặt trời là phƣơng pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lƣợng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ƣu điểm... HÙNG 1.5 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới và ở Việt Nam Năng lƣợng mặt trời là nguồn năng lƣợng mà con ngƣời biết sử dụng từ rất sớm, nhƣng ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào các công nghệ sản xuất và trên wuy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ 18 và cũng chủ yếu ở những nƣớc nhiều năng lƣợng mặt trời, những vùng sa mạc [TL 11] Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lƣợng thế giới... mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nƣớc nghèo nhƣ chúng ta 1.5.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lƣợng mặt trời Điện năng còn có thể tạo ra từ năng lƣợng mặt trời dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gƣơng phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lƣợng mặt trời có các loại. .. dùng mặt trời Hiện nay năng lƣợng mặt trời đƣợc ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm nhƣ ngũ cốc, thực phẩm… nhằm giảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất lƣợng sản phẩm Ngoài mục đích để sấy các loại nông sản, năng lƣợng mặt trời còn đƣợc dùng để sấy các loại vật liệu nhƣ gỗ 1.5.4 Bếp nấu dùng năng lƣợng mặt trời Bếp năng lƣợng mặt trời đƣợc ứng dụng rất rộng rãi ở các nƣớc nhiều... Hình 1.9 Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời 1.5.5 Thiết bị chƣng cất dùng năng lƣợng mặt trời: Thiết bị chƣng cất thƣờng có 2 loại: loại nắp kính phẳng có chi phí cao ( khoảng 23 USD/m2), tuổi thọ khoảng 30 năm, và loại nắp plastic có chi phí rẻ hơn nhƣng hiệu quả chƣng cất kém hơn Ở Việt Nam đã có đề tài nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị chƣng cất nƣớc năng lƣợng mặt trời dùng để chƣng cất nƣớc ngọt... dung dịch NH3 – H2O khi cần làm lạnh dƣới 00C và dùng dung dịch H2O – LiBr khi nhiệt độ cần làm lạnh lớn hơn 00C Chính do đặc điểm này, các máy lạnh hấp thụ trong kỹ thuật điều hòa không khí đều làm việc với dung dịch H2O – LiBr Thực tế cho thấy, việc sử dụng dung dịch H2O – LiBr hoàn toàn không gây ra bất cứ vấn đề gì môi trƣờng Hiện nay, ngƣời ta dùng thuật ngữ thân thiện với môi trƣờng để mô tả tính... Vì lý do này, hầu hết các máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr loại Single Effect đều lắp đặt sẵn hệ thống xả khí Đối với máy lạnh hấp thụ loại Double Effect và Triple Effect, tùy vị trí trong hệ thống mà áp suất làm việc có thể cao hay thấp hơn áp suất khí quyển Hiện nay, với các tiến bộ đáng kể về công nghệ chế tạo, vật liệu và kĩ thuật điều khiển, một số nhƣợc điểm của máy lạnh hấp thụ đã đƣợc khắc phục Ngày