Nghiên cứu xây dựng mô hình thí nghiệm máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng than hoạt tính + methanol

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TR TRƯ - � - ÁT LÊ VINH PH PHÁ ÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TH ỆM NGHI NGHIÊ THÍÍ NGHI NGHIỆ Ụ MẶT TR ỜI SỬ DỤNG THAN MÁY LẠNH HẤP PH PHỤ TRỜ ẠT TÍNH + METHANOL HO HOẠ Chuy ành: CƠNG NGH Ệ NHI ỆT Chuyêên ng ngà NGHỆ NHIỆ ẬN VĂN TH ẠC SĨ LU LUẬ THẠ Ch năm 20 10 TP.H TP.Hồ Chíí Minh, th thá 2010 CƠNG TR ÀN TH ÀNH TẠI TRÌÌNH ĐƯỢC HO HOÀ THÀ ƯỜNG ĐẠ TR TRƯ ĐẠII HỌC BÁCH KHOA ỐC GIA TP.H Ồ CH ĐẠ ĐẠII HỌC QU QUỐ TP.HỒ CHÍÍ MINH ỆP Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CH CHÍÍ HI HIỆ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán ch chấấm nh nhậận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán ch chấấm nh nhậận xét 2: 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại:HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Ngày …… tháng …… năm ………… ành ph ng đá nh gi lu ận văn th ạc sĩ gồm: Th Thà phầần Hội đồ đồng đánh giá luậ thạ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Ch ủ tịch Hội đồ ng đá nh gi Chủ đồng đánh giáá LV Bộ môn qu ản lý chuy ành chuyêên ng ngà ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ƯỜNG ĐẠ TR TRƯ ĐẠII HỌC BÁCH KHOA - Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp, HCM, ngày 02 tháng năm 2010 ỆM VỤ LU ẬN VĂN TH ẠC SĨ NHI NHIỆ LUẬ THẠ Họ tên học viên: ÁT LÊ VINH PH PHÁ Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: -0 9-19 82 14 14-0 -09 -1982 ảng Ng ãi Nơi sinh: Qu Quả Ngã Chuyên ngành: Công Ngh Nghệệ Nhi Nhiệệt MSHV: 00607393 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH + METHANOL ỆM VỤ LU ẬN VĂN: NHI NHIỆ LUẬ − Nghiên cứu lý thuyết tổng quan lượng xạ mặt trời & cơng trình ứng dụng thực tế − Nghiên cứu tổng quan máy lạnh hấp phụ sử dụng lượng mặt trời đưa sở chọn lọc thiết bị − Xây dựng mơ hình thí nghiệm máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng than hoạt tính + Methanol − Đánh giá kết thí nghiệm theo giai đoạn thí nghiệp − Đánh giá ý nghĩa khoa học mơ hình khả ứng dụng mơ hình đời sống thực tế ÀY GIAO NHI ỆM VỤ: NG NGÀ NHIỆ 6-200 22-0 -06 -2009 ÀY HO ÀN TH ÀNH NHI ỆM VỤ: NG NGÀ HOÀ THÀ NHIỆ -20 10 02 02 07 07-20 -2010 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ỆP PGS.TS LÊ CH CHÍÍ HI HIỆ Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên & chữ ký) Ủ NHI ỆM BỘ MÔN CH CHỦ NHIỆ ÊN NG ÀNH QL CHUY CHUYÊ NGÀ (Họ tên & chữ ký) PGS.TS.LÊ CHÍ HIỆP PGS.TS.LÊ CHÍ HIỆP ÊN NG ÀNH KHOA QL CHUY CHUYÊ NGÀ (Họ tên & chữ ký) LỜI CẢM ƠN ọng bi n: Tơi xin ch châân th thàành bày tỏ lịng kính tr trọ biếết ơn sâu sắc đế đến ỆP động viên tinh thần suốt thời gian thực xây � Thầy LÊ CH CHÍÍ HI HIỆ dựng mơ hình thí nghiệm, thầy cung cấp tài liệu & giải thích vấn đề mấu chốt , tận tình hướng dẫn phương pháp tiến hành thí nghiệm tận tình đóng góp nhiều ý kiến q báu thiết thực cho luận văn � Ban chủ nhiệm khoa tồn thể q thầy Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt lạnh Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi qúa trình học tập & thực luận văn thạc sĩ � Gia đình, bạn bè ln động viên & tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học & luận văn thạc sĩ Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi qúa trình học tập & thực luận văn thạc sĩ Tp.Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 07 năm 2010 LÊ VINH PHÁT ẬN VĂN TH ẠC SĨ TÓM TẮT LU LUẬ THẠ Luận văn đề tài "Nghiên cứu xây dựng mơ hình thí nghiệm máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng than hoạt tính + methanol" với mục đích tạo mơ hình thiết bị làm nước đá với suất khoảng đến kilogram đá ngày từ mở hội ứng dụng khả thi hệ thống điều hịa khơng khí , hệ thống lạnh dân dụng & công nghiệp đời sống nơi mà vấn đề điện thiếu thốn nhu cầu liên quan đến bảo quản thuốc, thực phẩm nơi thực cần thiết Và xa ứng dụng góp phần giảm tải sử điện quốc gia, bảo vệ mơi trường cho tồn xã hội mơ hình nghiên cứu cho kết mong đợi, hiệu suất & hiệu qủa cao Bố cục luận văn bao gồm chương Trong đó: � Chương tập trung vào tìm hiểu thơng số, phân bố xạ mặt trời trái đất Ngoài ra, chương nên lên ứng dụng từ nguồn xạ mặt trời đến lĩnh vực liên quan đến sống người có hội ứng dụng cho ngành lạnh nói chung � Chương nói tổng quan máy lạnh hấp phụ, nguyên lý hoạt động cách thức họat động máy lạnh hấp phụ, phương pháp thu lượng mặt trời hiệu qủa từ lọai collector mặt trời Ngoài ra, chương đề cập đến thông tin nhiều chủng loại mơi chất lạnh chất hấp phụ có để làm sở cho việc lựa chọn cặp 'môi chất + chất hấp phụ" hợp lý ứng dụng loại máy lạnh sử dụng nguồn lượng mặt trời � Chương rút từ phân tích chương để phân nêu lên tên cặp 'môi chất + chất hấp phụ" " Methanol + Than họat tính" chọn ứng dụng cho mơ hình thí nghiệm Ngồi ra, chương cịn nêu lên sở để tính chọn định hình thiết bị có mơ hình máy lạnh hấp phụ lượng mặt trời nhằm định hình thật rõ ràng mơ hình hồn chỉnh máy lạnh � Chương kết qủa chương 3: mô hình máy lạnh định hình hồn chỉnh với kích thước phủ bì là: Dài x Rộng x Cao : 1,3m x 1,3m x 1,7m Kết cấu khung đỡ máy lạnh làm inox để tăng độ bền q trình họat động ngồi trời, thu lượng mặt trời tập hợp ống hình trụ sơn đen đặt bên hộp thu làm vật liệu inox bóng dạng phẳng kết hợp dạng tập trung, phía lớp kiếng dày 5mm nhằm tập trung tối đa nguồn lượng mặt trời đưa tia xạ tiếp xúc toàn bề mặt ống hình trụ, cụm dàn giải nhiệt hình thành từ ống đồng - cánh tản nhiệt nhôm, dàn bay ống đồng uốn xung quanh cốc nước đá làm vật liệu đồng để tăng hệ số truyền nhiệt từ môi chất bốc vào cốc nước Thiết bị thí nghiệm ngồi trời trãi qua giai đoạn thí nghiệm thực tế Từ cho kết khác nhận xét để làm sở cho kết luận ý nghĩa & kiến nghị đề tài: "Nghiên cứu xây dựng mô hình thí nghiệm máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng than hoạt tính + methanol" Phần cuối luận văn thạc sĩ phần phụ lục, phần đưa số hình ảnh trình chế tạo & hình thành mơ hình thí nghiệm qúa trình họat động thí nghiệm thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ MỤC LỤC Trang ƯƠ NG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢ NG BỨC XẠ MẶT TR ỜI VÀ CÁC ỨNG CH CHƯƠ ƯƠNG ƯỢNG TRỜ DỤNG 1.1 Tổng quan mặt trời 1.2 Các thông số định nghĩa 1.2.1 Các thông số xác định vị trí mặt trời 1.2.2 Các thơng số xác định bề mặt khảo sát 1.3 Bức xạ mặt trời 1.3.1 Đặc điểm tia xạ phát từ mặt trời 1.3.2 Sự phản xạ tia xạ mặt trời 1.3.3 Sự phân bố cường độ xạ mặt trời 1.3.4 Bức xạ mặt trời đến bên ngồi bầu khí 11 1.3.5 Bức xạ mặt trời đến mặt đất 15 1.4 Tình hình nghiên cứu lượng mặt trời giới Việt Nam 17 1.5 Ứng dụng lượng xạ mặt trời kỹ thuật lạnh 20 ƯƠ NG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP PH Ụ NĂNG LƯỢ NG MẶT TR ỜI CH CHƯƠ ƯƠNG PHỤ ƯỢNG TRỜ 2.1 Tổng quan 24 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp phụ sử dụng lượng mặt trời 25 2.1.1 Sơ đồ hoạt động 25 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 26 2.3 Các loại collector sử dụng hệ thống máy lạnh hấp phụ sử dụng lượng mặt trời 2.3.1 Collector mặt trời dạng phẳng 27 2.3.2 Collector mặt trời dạng tập trung 29 2.4 Tổng quan chất hấp phụ rắn 30 2.4.1 Tổng quan 30 2.4.2 Tổng quan than hoạt tính 33 2.4.3 Những hóa chất mà than hoạt tính có khả hấp phụ 34 HV: Lê Vinh Ph Pháát GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ 2.5 Tổng quan môi chất lạnh sử dụng máy lạnh hấp phụ sử dụng NLMT 36 2.5.1 Tính chất chung mơi chất lạnh 36 2.5.2 Tổng quan môi chất lạnh Methanol 38 2.5.3 Ưu điểm cặp môi chất Methanol + Than hoạt tính 42 ƯƠ NG 3: TÍNH CH ỌN CÁC THI ẾT BỊ MÁY LẠNH HẤP PH Ụ SẢN XU ẤT CH CHƯƠ ƯƠNG CHỌ THIẾ PHỤ XUẤ C ĐÁ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢ NG MẶT TR ỜI VỚI CẶP MÔI CH ẤT LÀ NƯỚ ƯỚC ƯỢNG TRỜ CHẤ ẠT TÍNH METHANOL + THAN HO HOẠ 3.1 Mơ tả hệ thống 43 3.2 Tính chọn thiết bị bay 44 3.2.1 Tính cách nhiệt cho vách 45 3.2.2 Tính cách nhiệt cho đáy 46 3.2.3 Tính cách nhiệt cho nắp 46 3.2.4 Tính nhiệt cho dàn bay 47 3.3 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 51 3.4 Tính chọn thiết bị collector 54 ƯƠ NG 4: CH Ế TẠO MƠ HÌNH VÀ CÁC KẾT QU Ả TH ỰC NGHI ỆM CH CHƯƠ ƯƠNG CHẾ QUẢ THỰ NGHIỆ 4.1 Bảng dự tốn chi phí đầu tư & hồn thiện mơ hình 59 4.2 Bảng mơ tả q trình thí nghiệm thông số họat động 60 Giai đọan 60 Giai đọan 63 Giai đọan 68 4.3 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 69 Ụ LỤC PH PHỤ 72 HV: Lê Vinh Ph Pháát GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ƯƠ NG CH CHƯƠ ƯƠNG NG BỨC XẠ MẶT TR ỜI VÀ TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢ ƯỢNG TRỜ CÁC ỨNG DỤNG ời 1.1 Tổng quan mặt tr trờ Mặt trời khối khí nóng đậm đặc hình cầu có đường kính trung bình 1.36 triệu km cách trái đất khoảng 150 triệu km (khoảng cách biến đổi ± 1.7%) Nhiệt độ bề mặt khoảng 6000 oK, nhiệt độ vùng tâm lớn, khoảng 8.106 oK đến 40.106 oK HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ Về cấu trúc mặt trời chia làm vùng, tất hợp thành khối cầu khí khổng lồ Vùng gọi nhân hay lõi có chuyển động đối lưu nơi xảy phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn lượng mặt trời, vùng có bán kính khoảng 175000 km, khối lượng riêng 160 kg/dm3, nhiệt độ ước tính 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ atmotphe Vùng vùng trung gian gọi vùng “đổi ngược” qua lượng truyền từ ngồi, vật chất vùng gồm có sắt (Fe), canxi (Ca), Natri (Na), stroni (Sr), crom (Cr), Niken (Ni), cacbon (C), silic (Si) khí hidro (H2), heli (He), chiều dày vùng khoảng 400,000 km Tiếp theo vùng “đối lưu” dày 125,000 km vùng “quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000 oK, dày 1000 km vùng gồm có bọt khí sơi sục, có chỗ tạo vệt đen, hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng 4500 K tai lửa có nhiệt độ từ 7000 oK – 10,000oK Vùng ngồi vùng bất định gọi “khí quyển” mặt trời Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 6000 oK nghĩa có giá trị đủ lớn để nguyên tử tồn dạng kích thích, đồng thời đủ nhỏ để lại xuất nguyên tử bình thường cấu trúc phân tử Dựa sở phân tích phổ xạ hấp thụ mặt trời người ta xác định mặt trời có 2/3 số nguyên tố tìm thấy trái đất Nguyên tố phổ biến mặt trời nguyên tố nhẹ Hydro Vật chất mặt trời bao gồm khoảng 92.1% Hydro 7.8% He6li, 0.1% nguyên tố khác Nguồn lượng xạ chủ yếu mặt trời phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hydro, phản ứng đưa đến tạo thành Hêli Hạt nhân Hydro có HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ hạt nhân mang điện dương proton Thông thường hạt mang điện dấu đẩy nhau, nhiệt độ đủ cao chuyển động chúng nhanh tới mức chúng tiến tới gần tới khoảng cách mà kết hợp với tác dụng lựa hút Khi bốn hạt nhân Hydro lại tạo hạt nhân Hêli, neutrino lượng xạ γ H11 � He24 + Neutrino + γ Neutrino hạt không mang điện, bền có khả đâm xuyên lớn Sau phản ứng Neutrino rời khỏi phạm vi mặt trời không tham gia vào biến cố sau Trong q trình diễn biến phản ứng có lượng vật chất mặt trời bị Khối lượng mặt trời giây giảm chừng khoảng 4.106 tấn, nhiên theo nhà nghiên cứu, trạng thái mặt trời không thay đổi thời gian hàng tỷ năm Mỗi ngày mặt trời sản xuất nguồn lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024 kWh (tức chưa đầy phần triệu giây mặt trời giải phóng lượng lượng tương đương với tổng số điện sản xuất năm trái đất) 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 xạ mạnh Tất dạng xạ điện từ có chất sóng chúng khác bước sóng Bức xạ γ sóng ngắn sóng Từ tâm mặt trời va chạm tán xạ mà lượng chúng giảm chúng ứng với xạ có bước sóng dài Như xạ chuyển thành xạ Rơngen có bước 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 HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ỏi thu để đế n dàn gi ải nhi Chi ti tiếết đoạn ống kh khỏ đến giả nhiệệt HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 91 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ tr ống Hình ảnh qu trìình hàn làm kín hệ th thố HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 92 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ th xì hệ th ống Hình ảnh qu quáá tr trìình nạp nit nitơ thử thố HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 93 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ân kh ông hệ th ống Hình ảnh qu quáá tr trìình hút ch châ khô thố HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 94 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ân kh ông hệ th ống Hình ảnh qu quáá tr trìình hút ch châ khô thố HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 95 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ng hồ sau hút ch ân kh ơng hệ th ống Hình ảnh đồ đồng châ khô thố HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 96 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ưng tụ Hình ảnh treo đỡ dàn ng ngư HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 97 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ưng tụ Hình ảnh treo đỡ dàn ng ngư HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 98 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ng mặt tr ời Hình ảnh thu lượ ượng trờ HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 99 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp HV: Lê Vinh Ph Pháát Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ Trang 100 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ươ ng ph ng mở đá y thu lượ ng Ph Phươ ương phááp đóng đáy ượng HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 101 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ n hành nạp mơi ch ất Tíê íên chấ HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 102 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp HV: Lê Vinh Ph Pháát Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ Trang 103 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ ng với dàn gi ải nhi Hình ảnh chi ti tiếết kết nối thu lượ ượng giả nhiệệt HV: Lê Vinh Ph Pháát Trang 104 / 105 GVHD: PGS.TS Lê Ch Chíí Hi Hiệệp HV: Lê Vinh Ph Pháát Lu Luậận Văn Th Thạạc Sĩ Trang 105 / 105 ... ứng dụng thực tế − Nghiên cứu tổng quan máy lạnh hấp phụ sử dụng lượng mặt trời đưa sở chọn lọc thiết bị − Xây dựng mơ hình thí nghiệm máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng than hoạt tính + Methanol. .. ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH + METHANOL ỆM VỤ LU ẬN VĂN: NHI NHIỆ LUẬ − Nghiên cứu lý thuyết tổng quan lượng xạ mặt trời & cơng... dựng mơ hình thí nghiệm máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng than hoạt tính + methanol" Phần cuối luận văn thạc sĩ phần phụ lục, phần đưa số hình ảnh trình chế tạo & hình thành mơ hình thí nghiệm