3.3 3.2.Nh ững yếu t làm g im hi u suất của bộ thu: .Đặc tớnh thiết kế
3.4.2. Cỏc phương ỏn thực hi nh th ng xoay mỏng:
3.3.2.Thi t k mỏng parabol tr :
Biờn d ng c a mỏng:
Gi sửđỉnh c a đ ng parapol nằm ngay g c toạđộ, và trục parapol là trục x nh hỡnh β.1 thỡ ph ơng trỡnh parapol cú dạng:
2 = 4�
Năng l ợng mặt tr i nh n đ ợc phụ thuộc vào diện tớch mặt thoỏng, do đú để nõng cao hiệu su t, gi m nguyờn v t liệu hao phớ khi chế tạo mỏng parabol ta nờn quan tõm đến diện tớch mặt thoỏng ( diện tớch mặt thoỏng = (độ m )x(chiều dài mỏng)) vỡ thụng s diện tớch mặt thoỏng là thụng s quan trong nh t khi nh n nguồn năng l ợng b c xạ mặt tr i. Do đú khi chế tạo mỏng ta chỳ ý đến thụng s diện tớch mặt thoỏng đầu tiờn, sau đú ta chọn tọa độtiờu điểm. Việc lựa chọn tọa độtiờu điểm dài hay ng n cũng ph i chỳ ý,nh ta biết năng l ợng thu đ ợc phụ thuộc vào diện tớch mặt thoỏng t c phụ thuộc độ m và chiều dài mỏng, cho nờn nếu cựng một độ m , ta chọn độ dài tiờu cự sao cho chiều dài cung parabol ng nđể tiết kiệm v t liệu làm mỏng.
Hỡnh 3.4: Mỏng parabol
V t li u làm mỏng:
Đõy là bộ ph n ph n xạ chựm tia tới từ mặt tr ivà t p trung chựm tia tới này đến ng thu nhiệt. Nhiệm vụ quan trọng c a mỏng parabol trụ này là ph n xạ chựm
x
y Tia tới Tia tới
f Độ mở
HVTH: Nguyễn Việt Phong 44
tia tới từ mặt tr icàng nhiều càng t t để cú thể t p trung t i đa nguồn năng l ợng b c xạ tới ng thu nhiệt đặt trờn đ ng thẳng hội tụ c a mỏng.
Để nõng cao hiệu su t c a bộ thu, ta chọn v t liệu làm mỏng parabol cú độ ph n xạ càng cao càng t t. Theo b ng thụng s hệ s ph n xạ c a cỏc v t liệu ch ơng hai thỡ ta th y cỏc v t liệu t i u cú hệ s ph n xạ t t là nhụm đỏnh búng, bạc đỏnh búng, g ơng, v t liệu inox. So sỏnh giữa yếu t kỹ thu t và yếu t kinh tế, ta th y: So sỏnh,lựa chọn v t liệu làm mỏng parabol: V t liệu ph n xạg ơng, nhụm,bạc đỏnh siờu búng: uμ cú độ ph n xạ t t Nh ợc: khú chế tạo,giỏ thành cao V t liệu inox: uμ rẽ tiền, dễ chế tạo
Nh ợc: dễ bị m ,cú độ ph n xạ kộm hơn so với nhụm đỏnh búng, g ơng nh ng khụng nhiều,
V t liệu làm mỏng parabol tuy chọn g ơng, màng nhụm,bạc đỏnh siờu búng là ph n xạ t t nh t, tuy nhiờn giỏ thành chỳng đ t so với inox mà v t liệu inox lại cú độ ph n xạ khụng chờnh lệch nhiều so với nhụm,bạc siờu búng, inox lại rẻ và dễ mua.Đ i với cỏc hệ th ng lớn thỡ ta th ng dựng màng ph n xạ ph lờn t m thộp, nh ng trong mụ hỡnh thớ nghiệm với cụng su t nh thỡ việc chọn lựa v t liệu inox là sự lựa chọn t t.
HVTH: Nguyễn Việt Phong 45 B ng 3.1: Thụng s mỏng parabol c a mụ hỡnh thực nghiệm Th tự Thụng s Đặc tớnh 1 V t liệu inox búng 2 Chiều dài 1700 mm 3 Độ m 800 mm 4 Tiờu cự f 150 mm 5 Hệ s ph n xạ 0,87 3.3.3.Thi t k ng cỏch ly:
ng cỏch ly cú tỏc dụng cỏch nhiệt giữa ng thu nhiệt với mụi tr ng khụng khớ xung quanh. ng cỏch ly là bộ ph n hết s c quan trọng, cần cú những yờu cầu sau đõyμ
Cú hệ s truyền sỏng cao
Cỏch nhiệt t t
Cú độ bền cao.
ng th y tinh là loại v t liệu th a món cỏc yờu cầu trờn nờn th ng dựng làm ng cỏch ly. Ngoài th y tinh ng i ta cũn dựng v t liệu bằng plastic, v t liệu thớch hợp th ng dựng là acrylic polycarbonate plastics. So với th y tinh thỡ tuổi thọ và độ trong su t c a plastics kộm hơn do plastic bị lưo húa nhanh hơn d ới tỏc động c a tia cực tớm, tuy nhiờn u điểm c a plastic là dễ chế tạo, v n chuyển, khú vỡ và rẻ tiền.
Đểđạt đ ợc hiệu su t cao thỡ việc chọn ng kớnh th y tinh là v t liệu để làm ng cỏch ly là t t nh t, ngoài ra cũn một l u ý hết s c quan trọng là độ dày ng. Độ
HVTH: Nguyễn Việt Phong 46
dày càng nh thỡ hệ s truyền sỏng càng cao, hiệu su t càng cao. Do đú ta nờn chọn ng kớnh cú độdày bộ để nõng cao hiệu su t. Đặc tớnh thiết kế c a mụ hỡnh thực nghiệm: B ng 3.2: Thụng s ng th y tinh cỏch ly c a mụ hỡnh thực nghiệm Th tự Thụng s Đặc tớnh 1 V t liệu Th y tinh 2 Đ ng kớnh ngoài 68 mm 3 Đ ng kớnh trong 66 mm 4 Hệ s truyền sỏng 0,9 3.3.4.Thi t k ng h p th nhi t:
ng thu nhiệt cần cú hệ s truyền nhiệt càng cao càng t t nhằm truyền nhiệt năng h p thụ đ ợc tới mụi ch t l ng bờn trong, một s kim loại cú thể ng dụng thực tiễn là ng bạc, ng đồng, ng thộp. ng bạc cú hệ s truyền nhiệt t t nh t nh ng lại đ t tiền, hiệu qu kinh tế khụng kh thi. ng đồng th a mưn đ ợc hai tiờu chớ là cú hệ s truyền nhiệt lớn, hiệu qu kinh tế cao hơn nờn trong mụ hỡnh thực nghiệm này chọn ng thu nhiệt là ng đồng. Đ ng kớnh ng nếu nh sẽ khú thiết kế chế tạo hệ th ng quay mỏng vỡ tia sỏng hội tụ r t dễ tỏn xạra xung quanh, do đú để dễ thiết kế chế tạo hệ th ng xoay ta nờn chọn ng h p thụ lớn. Tuy nhiờn nếu ng h p thụ nhiệt lớn thỡ ng cỏch ly cũng lớn,độ dày ng cỏch ly lớn làm gi m kh năng truyền sỏng từ đú hiệu su t bộ thu sẽ gi m. Do đú cõn nh c chọn đ ng kớnh
ng h p thụ sao cho ng cỏch ly đi theo cú độ dày nh đểđạt hiệu su t cao. Đặc tớnh thiết kế c a mụ hỡnh thực nghiệm:
HVTH: Nguyễn Việt Phong 47
B ng 3.3: Thụng s ng h p thụ nhiệtc a mụ hỡnh thực nghiệm.
Th tự Thụng s Đặc tớnh
1 V t liệu ng thu nhiệt Đồng 2 Chiều dài phần ng thu nhiệt 1700 mm 3 Đ ng kớnh ng thu nhiệt ỉ 41,25 mm 4 Hệ s truyền nhiệt 350 [W / (m.0K)]
3.3.5. Chọn mụi ch t l ng trong ng h p th
Bộthu năng l ợng mặt tr iparabol trụ gia nhiệt ng h p thụ t i đa cú thể lờn tới 5000C. Điều kiện hoạt động thực tế kho ng nh hơn 2000C. Do đú ta chọn mụi ch t l ng cú nhiệt độ làm việc lớn hơn 2000C. Ngoài ra cũn cú cỏc yờu cầu khỏc nh hệ s truyền nhiệt cao,tỷ trọng nh , độ nhớt th p để dễ dàng di chuyển trong hệ th ng. Dầu truyền nhiệt là mụi ch t th a món yờu cầu đú.
Trong mụ hỡnh thực nghiệm, ta chọn dầu truyền nhiệt Shell S2, cú cỏc thụng s kỹ thu t sẽđ ợc trỡnh bày trong ch ơng sau.
3.3.6.Thi t k nguyờn lý l uăchuy n mụi ch t l ng c a b thu:
Nguyờn lý gia nhiệt mụi ch t l ng c a bộ thu dựa theo hiện t ợng đ i l u, cú hai nguyờn lý đ l u là đ i l u c ỡng b c và đ i l u tự nhiờn, đ i l u c ỡng b c dựng bơm để dịch chuyển dũng ch t l ng, ph ơng ỏn này cú u điểm là hiệu su t truyền nhiệt từ ng h p thụ qua mụi ch t l ng cao, tuy nhiờn ph ơng ỏn này th ng sử dụng trong những hệ th ng cú cụng su t lớn, do ph i sử dụng nguồn điện lớn để nuụi mỏy bơm, mỏy bơm là loại mỏy chuyờn dựng r t đ t tiền,chi phớ đầu t cao. Nguyờn lý đ i l u tự do cú hiệu su t truyền nhiệt kộm hơn so với đ i l u c ỡng b c nh ng lại thớch hợp trong những hệ th ng cú cụng su t nh , kh i l ợng mụi ch t
HVTH: Nguyễn Việt Phong 48
l ng gia nhiệt khụng lớn. Do trong nghiờn c u này sử dụng mụ hỡnh thớ nghiệm cụng su t nh nờn mụ hỡnh thớ nghiệm sử dụng nguyờn lý đ i l u tự do.
Nguyờn lý gia nhiệt mụi ch t l ng bằng đ i l u tự do: ng đồng đ ợc đặt vị trớ th p hơn đỏy c a bể ch a ch t l ng. Năng l ợng b c xạ mặt tr inung núng ng đồng, ng đồng này truyền nhiệt cho dầu. Dầu núng sẽ nổi lờn phớa trờn bể dầu, l ợng dầu nhiệt độ th p hơn nằm đỏy bỡnh, dầu đỏy bỡnh di chuyển vào ng đồng đểđ ợc nung núng và lại nổi lờn trờn. C thế chu trỡnh tiếp tục.
Hỡnh d ới thể hiện nguyờn lý gia nhiệt ch t l ng c a mụ hỡnh thực nghiệm. Trong mụ hỡnh thực nghiệm, để đo kết qu nhiệt thu đ ợc ta sử dụng 5 nhiệt kế, trong đú γ nhiệt kế t1, t2, t3đo trực tiếp vào dầu, cũn nhiệt kế t4, t5 đo giỏn tiếp thụng qua truyền nhiệt c a thành ng đồng. Cỏc nhiệt kếnày đ ợc b trớ nh sauμ
Hỡnh 3.5: Nguyờn lý gia nhiệt ch t l ng c a mụ hỡnh thực nghiệm
3.4.Thi t k h th ng xoay mỏng.
Cỏc v n đề cần gi i quyết:
dòng chất lỏng di chuyển ống đồng
Dầu truyền nhiệt
t1
t2
t3
t5
HVTH: Nguyễn Việt Phong 49
- Hệ th ng xoay mỏng theo h ớng tia tới.
-Chọn gúc quay mỏng nh thế nào theo th i gian.
-Cơ c u truyền động nhằm đ m b o yờu cầu gúc xoay mỏng. -Hệ th ng làm việc tựđộng.
3.4.1ăĐi u ki n h i t c a tia t i:
Điều kiện hội tụ c a tia sỏng tới ng h p thụ nhiệt:
Chựm tia tới mang năng l ợng b c xạ, xuyờn qua ng th y tinh cỏch ly và nung núng ng h p thụ nhiệt, nhiệt l ợng từ ng h p thụ sẽ truyền qua mụi ch t l ng,nung núng mụi ch t này.
Ta kh o sỏt đ ng đi c a tia tới xuyờn qua ng th y tinh tới ng h p thụ nhiệt qua cỏc mụi tr ng:
Khụng khớ cú chiết su t n1 , th y tinh cú chiết su t n2 (n2 =1.5)
Xột một kho ng nh c a ng th y tinh cú bề dày nh tại nơi tia sỏng truyền tới. Do n2 > n1 nờn tia sỏng truyền qua từmụi tr ng khụng khớ ậ th y tinh ậkhụng khớ (hoặc chõn khụng) thể hiện nh sauμ
HVTH: Nguyễn Việt Phong 50
Hỡnh 3.6: Tia sỏng qua ng th y tinh cú bề dày nh
Kho ng cỏch a phụ thuộc vào độ dày l c a ng th y tinh, do chiều dày l c a ng th y tinh nh , xem nh kho ng cỏch a cú thể b qua.
Tia sỏng sau khi truyền qua ng th y tinh cú hiện t ợng khỳc xạ,nh ng nếu bề dày c a ng th y tinh nh và khoàng cỏch từ ng cỏch ly tới ng h p thụ nhiệt nh thỡ ta cú thể b qua sự khỳc xạ này.
Hỡnh 3.7: Tia sỏng truyền tới ng h p thụ
i
i' Tia tới
Tia ra khỏi ống thủy tinh Không khí
Thủy tinh
Không khí
(hoặc chân không) a
Chiết suất n1 Chiết suất n2 Chiết suất n1 l i i' Tia tới ống thủy tinh
HVTH: Nguyễn Việt Phong 51
Ta gọi gúc α là gúc lệch c a tia tới so với vị trớ chuẩn ( vị trớ chuẩn c a tia tới là vị trớ tia tới vuụng gúc với mặt thoỏng), thỡ sự truyền tia sỏng tới ng thu nhiệt nh hỡnh vẽd ới, và để tia sỏng hội tụ vẫn nằm trong ng h p thụ nhiệt thỡ gúc lệch α ph i nằm trong giỏ trị cho phộp.
Hỡnh 3.8: Điều kiện hội tụ c a tia sỏng Với cỏc thụng s c a mụ hỡnh, ta cú:
- Độ lệch tia sỏng = D/2= f. sin(α) - sin(α) = D/2f = 42/(2.150) = 0.14 - α = arcsin( 0.14)αả80
Để tia sỏng hội tụ thỡ gúc tia tới lệch kh i vị trớ tiờu chuẩn một gúc nh hơn2αnh hỡnh vẽđể đ m b o tia tới cú lệch gúc so với gúc tiờu chuẩn thỡ tia hội tụ vẫn nằm trờn ng h p thụ.
3.4.2.ăCỏcăph ngăỏnăth c hi n h th ng xoay mỏng:
Mỏng parabol ph i đ ợc xoay một gúc nh t định để h ng tia tới hội thụ vào ng thu nhiệt. Ta xem xột một s ph ơng ỏn thiết kế hệ th ng xoay mỏng quay theo h ớng mặt tr i nh sauμ
Ph ơng ỏn 1μĐiều khiển xoay mỏng bằng hệ th ng cơ
D
f
Tia tới chuẩn Tia tới lệch góc
HVTH: Nguyễn Việt Phong 52
Ph ơng ỏn 2: Điều khiển xoay mỏng bằng c m biến Ph ơng ỏn 3: Kết hợp β ph ơng ỏn trờn
3.4.2.1 Gi i phỏp xoay mỏng parabol tr bằngăc :
Nguyờn lý hoạt động c a cơ c u này là sử dụng bộ truyền cơ khớ để truyền động xoay mỏng parabol.
Hỡnh 3.9: Điều khiển mỏng xoay bằng hệ th ng cơ
Do ta chọn ng h p thụ nhiệt cú đ ng kớnh lớn (42mm) nờn nếu mỏng khụng xoay trong kho ng th i gian t thỡ tia sỏng ph n xạ vẫn hội tụ lờn ng đồng. Ta gọi kho ng cỏch tia sỏng hội tụ lệch kh i vị trớ tõm ng h p thụ c a mỏng gọi là độ lệch s, và kho ng th i gian mỏng parabol khụng cần xoay tia sỏng ph n xạ vẫn hội tụ tại ng đồng là chu kỳ th i gian t.
Động cơ b ớc đ ợc mạch điều khiển c p xung theo chu kỳ t, c mỗi chu kỳ t động cơ b ớc sẽ quay một gúc c định đểđiều khiển mỏng xoay một gúc c định .
u điểm: C u tạo đơn gi n, dễ chế tạo. ống cách ly ống hấp thụ nhiệt parabol trụ
tia tới tia tới
môi chất lỏng bị nung nóng Bộ gi m t c Bộ truyền động T m pin năng l ợng mặt tr i c quy Mạch điều khiển Động cơ b ớc
HVTH: Nguyễn Việt Phong 53 Tr i mõy mự hay m a mỏng vẫn quay đ ợc.
Khuyết điểm:
Mỏng xoay cú sai s gúc do sai s tớch lũy c a bộ truyền cơ khớ, nh ng ch yếu vẫn la do sai s gúc quay c a động cơ b ớc c a gúc quay động cơ b ớc. Nh v y qua nhiều chu kỳ hoạt động sẽ cú sai s tớch lũy từ, dẫn đến sau một s chu kỳ hoạt động ỏnh sỏng ph n xạ cú kh năng khụng cũn hội tụ vào ng đồng nữa.
Sai s tớch lũy này tựy thuộc vào:
Bộ gi m t c từđộng cơ đến trục mỏng
Bộ truyền động từ bộ gi m t c đến trục quay cua mỏng
Gúc quay c a động cơ b ớc
Nh v y để gi m sai s tớch lũy thỡ ta ph i thiết kế bộ gi m t c càng ớt tỷ s truyền càng t t, bộ truyền động khụng bịrơ và chọn động cơ b ớc cú gúc quay chớnh xỏc.
3.4.2.2 Gi i phỏp xoay mỏng parabol tr bằng c m bi n :
Nguyờn lý hoạt động c a cơ c u này vềcơ b n gần gi ng với nguyờn lý dựng cơ, tuy nhiờn để kh c phục nh ợc điểm sai s tớch lũy c a hệ th ng truyền đồng cơ khớ ta thờm vào :
- Một ng trũn nh n tớn hiệu từ tia tới. - C m biến quang nh n tớn hiệu từ ng trũn.
- C sau một chu kỳ t, ta lại c p xung điều khiển động cơ b ớc, động cơ b ớc quay làm mỏng quay theo, c m biến quang sẽ nh n tớn hiệu ỏnh sỏng từ ng nh n tớn hiệu.
- C m biến quang hoạt động theo cơ chế quang tr , c ng độ sỏng càng mạnh thỡ tớn hiệu nh n đ ợc càng lớn t c nú sẽ nh n biết trong một hành trỡnh xoay mỏng thỡ vị trớ nào nh n đ ợc c ng độ sỏng lớn nh t. Khi nh n biết đ ợc vị trớ cú tớn hiệu ỏnh sỏng lớn nh t thỡ mỏng sẽ dừng tại vị trớ đú.
HVTH: Nguyễn Việt Phong 54 Hỡnh 3.10: Xoay mỏng bằng c m biến u điểm: Xỏc định đ ợc chớnh xỏc vị trớ tia sỏng hội tụ tới ng h p thụ t t Khuyết điểm: - Tr i mự hay m a thỡ c m biến quang khụng nh n biết đ ợc vị trớ cú c ng