CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH ĐỐI CHIẾU
3.2 Chế tạo sản phẩm buồng lạnh
3.2.1 Các cơ cấu phụ trợ
3.2.1.1. Hệ thống ống dẫn và van tiết lưu
Van tiết lưu được lựa chọn là loại van bi, có khả năng thay đổi lưu lượng nhanh chóng qua độ mở của van. Tính chất của inox cũng bền với nhiệt và có thể chịu được môi chất là nito lỏng.
49 Hình 3.17 Van tiết lưu và hệ thống ống chia
Tiến hành gắn kết hệ thống ống chia cùng với vật liệu phụ băng tan, bọc bên ngoài là lớp băng dính bạc tránh thất thoát cũng như rò rỉ nito. Lớp cách nhiệt sẽ bao gồm ống xốp bảo ôn và đệm khí có tráng bạc bọc bên ngoài cùng.
Hình 3.18 Gắn kết và gia cố cách nhiệt hệ thống ống chia nito
3.2.1.2. Hệ thống bình chứa nito lỏng
Phích chứa nito chất lượng trên thị trường có giá thành từ vài triệu đồng và cung cấp khả năng lưu giữ nito lên tới vài tuần mà khả năng suy hao ít. Người thực hiện luận văn sử dụng phích nước bình thường cũng tạm thời có thể chứa và bảo quản nito, nhưng cần đục một lỗ trên nắp để tránh nổ do thể tích giãn nở của nito là rất lớn. Trong quá trình vận chuyển cũng cần tránh xao động vì khi ấy nito lắng ở dưới sẽ sóng sánh và tiếp xúc với không khí nóng sẽ hóa hơi ngay.
Nhiệt độ thấy được thông qua cảm biến và súng đo cũng chỉ vào khoảng xung quanh -40oC do giới hạn của thiết bị. Trên thị trường thực tế không cung cấp nhiều loại mạch cảm biến và giới hạn dưới của chúng chỉ khoảng từ -10oC cho tới -50oC.
50 Hình 3.19 Kiểm tra nhiệt độ nito lỏng
Bình chứa nito lỏng được tận dụng từ vỏ bộ lõi của máy lọc nước, với dạng trong suốt và cứng chắc, có thể quan sát được lượng nito phía bên trong. Với cơ cấu nắp đã có sẵn lỗ gắn đường ống nước ban đầu, bình chứa này cũng thuận tiện để tránh nổ do thể tích giãn nở của nito lớn. Tuy nhiên chắc chắn là phải kiểm tra xem vật liệu này có khả năng chịu được nhiệt độ âm sâu không hay sẽ bị biến dạng do sự thay đổi đột ngột của môi trường khi rót nito vào. Qua thử nghiệm, vật liệu đã đạt yêu cầu độ bền, và sau một thời gian tiến hành đo thử thì nhiệt độ âm vẫn được duy trì, dù cho đầu dò cảm biến đặt bên ngoài bình.
Hình 3.20 Kiểm tra khả năng làm việc của bình chứa nito
Tiến hành khoan lỗ và lắp van cho bình chứa nito. Sử dụng keo silicone để bịt kín mối nối. Sau đó cũng sẽ tiến hành quy trình cách nhiệt với băng dính bạc và các lớp vật liệu bao bọc bên ngoài để tránh thất thoát, đảm bảo hiệu suất của buồng. Lưu ý là cần cắt một khoảng nhỏ trên mảng cách nhiệt để làm cửa thăm, theo dõi được lượng nito trong buồng để có thể bổ sung khi cần.
51 Hình 3.21 Khoan lỗ và lắp van cho bình chứa nito
Hình 3.22 Bình chứa nito trước và sau khi thi công cách nhiệt 3.2.1.3. Hệ thống xả nito
Hệ thống xả nito là 4 van bi inox tương tự như đầu vào nhưng với kích thước nhỏ hơn, nối trực tiếp với hướng ra của dòng nito lỏng. Thực tế ngay đầu van cũng chịu độ lạnh âm sâu từ nito lỏng và nằm phía bên ngoài nên sẽ cần tránh thất thoát nhiệt thật tốt.
Tiếp tục sử dụng băng tan, băng dính bạc, bảo ôn, cách nhiệt túi khí cho hệ thống này.
Hình 3.23 Bọc cách nhiệt cho hệ thống xả nito
52 Sau khi hoàn thành cách nhiệt, sử dụng các phụ kiện đồng nối trực tiếp vào 4 ống dẫn nito cho phù hợp thiết kế. Hoàn thiện kín khít cho đường ống khu vực này.
Hình 3.24 Hoàn thiện hệ thống xả nito 3.2.1.4. Giá đỡ và giàn đèn
Giá đỡ tuy không quá quan trọng nhưng vẫn nên có để dễ dàng thao tác khi thực nghiệm. Có thể lựa chọn ngay những sản phẩm khung ghế đã có trên thị trường vừa mang tính chắc chắn và đỡ hao phí về thời gian chế tạo. Giá đỡ trong buồng được sử dụng tận dụng từ một chiếc ghế với 4 chân vững chắc, chiều cao vừa đủ tiện lợi để thao tác đưa vật mẫu vào buồng từ phía dưới. Với đặc tính cơ động này buồng dễ dàng di chuyển để tiến hành thực nghiệm và sau này cũng tiện lợi trong việc phát triển các hướng nghiên cứu khác xoay quanh.
Hình 3.25 Chân ghế sắt phù hợp đề xuất [26] và giá đỡ nguyên bản
Hình 3.26 Bóng đèn halogen 1000W và giàn đèn
53 Giàn đèn được dựng thằng đứng bên cạnh buồng lạnh, có thể di chuyển linh động theo yêu cầu thực nghiệm và khả năng tháo dỡ dễ dàng cho những thử nghiệm khác.
Đèn chiếu sáng là bóng Halogen 1000W, tương đương với công suất pin mặt trời khi được hoạt động ở điều kiện thời tiết thuận lợi nhất.
3.2.1.5. Hệ thống cảm biến
Cảm biến nhiệt độ được sử dụng có khả năng đo trong giới hạn -500C tới 1000C.
Độ chia nhỏ nhất là 0,10C và độ sai lệch là 10C. Thời gian lấy mẫu của cảm biến là 1s và hiển thị ngay kết quả lên màn hình LED. Dây nối đầu dò cảm biến dài 1m.
Hình 3.27 Thử nghiệm khả năng đo của cảm biến nhiệt độ với nito lỏng
Tiến hành đo kiểm tra, so sánh giữa các thiệt bị đo nhiệt để đảm bảo cảm biến có độ chính xác tốt, hạn chế sai sót cho các kết quả đo. Thực tế cảm biến chỉ hoạt động tới nhiệt độ -20oC là hiển thị đúng, thấp hơn nữa thì sẽ có báo Lo (nhiệt độ quá thấp) và không đo được tiếp. Trong tương lai những thiết kế cải tiến về cảm biến cho buồng nên được chú trọng đầu tư và có thể dễ dàng được thực hiện và đấu nối đường dây thông qua hệ thống cửa phụ ở nắp dưới.