Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy lạnh hấp thụ nh3 h2o để sản xuất nước đá phù hợp với điều kiện tại việt nam báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp bộ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.96 MB, 41 trang )
BỘ CƠNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA
HỌC CẤP BỘ CÔNG THƯƠNG
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LẠNH
HẤP THỤ NH3-H2O ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ PHÙ HỢP
VỚI ĐIỀU KIỆN TẠI VIỆT NAM
Cơ quan chủ quản: Bộ Cơng Thương
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Cơng nghiệp Tp. Hồ Chí Minh
Chủ nhiệm nhiệm vụ: Nguyễn Hiếu Nghĩa
Thời gian thực hiện: Từ tháng 01 năm 2017 đến tháng 06 năm 2018
Tp. Hồ Chí Minh – 08/2018
THÔNG TIN CHUNG ĐỀ TÀI
1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy lạnh hấp thụ NH3-H2O để sản xuất
nước đá phù hợp với điều kiện tại Việt Nam
1.2. Mã số: 147.17ĐT/ HĐ-KHCN
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
TT
Họ và tên
(học hàm, học vị)
Đơn vị cơng tác
Vai trị thực
hiện đề tài
1
TS. Nguyễn Hiếu Nghĩa
ĐH Công nghiệp Tp.HCM
Chủ nhiệm
2
PGS.TS. Bùi Trung Thành
ĐH Cơng nghiệp Tp.HCM
Thư ký
3
PGS.TS. Hồng An Quốc
ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Thành viên
4
TS. Võ Kiến Quốc
ĐH Bách khoa Tp. HCM
Thành viên
5
SV. Đỗ Văn Duy
ĐH Công Nghiệp Tp. HCM
Thành viên
6
SV. Lê Chí Bảo
ĐH Cơng Nghiệp Tp. HCM
Thành viên
1.4. Đơn vị chủ trì:
Đại học Cơng nghiệp Tp.HCM
1.5. Thời gian thực hiện:
1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2017 đến tháng 01 năm 2018
1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 06 năm 2018
1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2017 đến tháng 06 năm 2018
1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên
nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 120 triệu đồng.
PHẦN II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1
1. Đặt vấn đề
Vấn đề mà nhân loại đối mặt ngày nay là sự nóng lên tồn cầu và ơ nhiễm mơi trường do sử
dụng nguồn năng lượng hóa thạch để phát điện, cũng như để phát triển công nghiệp . Nhưng đi
cùng với sự phát triển xã hội ngày càng hiện đại và sự gia tăng dân số toàn cầu thì nhu cầu sử
dụng năng lượng ngày càng lớn. Nhìn chung trong ngành Nhiệt - Lạnh, các hệ thống nhiệt - lạnh
có máy nén hơi sử dụng mơi chất lạnh CFC, HFC, HCFC là một trong những nguyên nhân
chính làm tăng phát thải carbon và các chất CFC. Máy lạnh hấp thụ hoạt động từ nguồn nhiệt
cấp được xem là một phương án thay thế thay cho chu trình lạnh sử dụng máy nén hơi.
Nhờ có nhiều sự quan tâm, máy lạnh hấp thụ được phát triển, có nhiều ứng dụng hấp thụ trên
toàn thế giới. Từ cuộc khủng hoảng năm 1973, người Nhật đã nổ lực phát triển máy lạnh hấp
thụ và tăng được hiệu suất nhờ sự ủng hộ của cả chính phủ và nền cơng nghiệp. Hiện nay, máy
lạnh hấp thụ chiếm khoảng 60% sử dụng trong điều hịa khơng khí tại Nhật.
Tìm cách nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh hấp thụ là ưu tiên nghiên cứu hàng đầu. Hoạt
động nghiên cứu phần lớn tập trung vào tìm ra các lưu chất mới, phát triển các chu trình mới
hay chu trình kết hợp, nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và truyền chất. Nhằm mục đích phát triển
ứng dụng các máy lạnh hấp thụ NH3-H2O tại Việt Nam, một trong những hướng nghiên cứu
mấu chốt là:
o Thực nghiệm xác định đặc tính làm việc của hệ thống MLHT, đánh giá đặc tính làm việc
để tối ưu điều kiện hoạt động cho toàn hệ thống theo điều kiện môi trường tại Việt Nam;
o Xác định tỉ lệ nạp dung dịch NH3-H2O để hệ thống vận hành đạt được hiệu suất cực đại
theo nhiệt độ sinh hơi, nhiệt độ môi trường, và nhiệt độ bay hơi yêu cầu.
Để thực hiện các mục tiêu chính trên, một máy lạnh hấp thụ loại gián đoạn được chế tạo có năng
suất lạnh khoảng 1 kg nước đá mỗi mẻ.
2. Mục tiêu
- Chế tạo được 01 máy lạnh hấp thụ NH3-H2O để sản xuất nước đá với công suất làm nước đá
khoảng 2 kg/mẻ phù hợp với điều kiện công nghệ và khí hậu Việt Nam;
- Thực nghiệm xác định đặc tính làm việc của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O theo các nhiệt độ
vận hành của bình sinh hơi;
- Thực nghiệm xác định đặc tính làm việc của hệ thống MLHT, đánh giá đặc tính làm việc
theo điều kiện mơi trường tại Việt Nam.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Kết hợp giữa tính tốn mơ phỏng lý thuyết với thực nghiệm đo đạc trên mơ hình thực tế cho
mục đích sản xuất nước đá hướng mục đích đề ra ngay từ ban đầu;
- Phương pháp nghiên cứu kế thừa: kế thừa kiến thức lý thuyết và các cơng trình đã cơng bố
trong các tài liệu kỹ thuật, sách, tạp chí chuyên ngành trên thế giới và trong nước;
2
- Phương pháp chuyên gia: Sử dụng kiến thức thực tế cũng như lý thuyết của các chuyên gia
trong lĩnh vực làm lạnh hấp thụ, máy lạnh hấp thụ; các tác giả đã có các cơng trình cơng bố
về kỹ thuật làm lạnh hấp thụ;
- Từ đó thiết kế, chế tạo được mơ hình máy lạnh hấp thụ phục vụ cho các nghiên cứu ứng
dụng các nguồn nhiệt khác nhau cấp vào bình phát sinh;
- Tiến hành đo trên mơ hình thực nghiệm điển hình để xác định nồng độ dung dịch nạp phù
hợp theo nguồn nhiệt cấp vào bình phát sinh.
4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu
- Chế tạo được 01 máy lạnh hấp thụ NH3-H2O để sản xuất nước đá với năng suất làm nước đá
khoảng 1 kg/mẻ phù hợp với điều kiện cơng nghệ và khí hậu Việt Nam;
- Xác định được nồng độ dung dịch nạp phù hợp theo nguồn nhiệt cấp vào bình phát sinh;
- Xác định được đặc tính làm việc của hệ thống MLHT, đánh giá đặc tính làm việc để tối ưu
điều kiện hoạt động cho toàn hệ thống theo điều kiện môi trường tại Việt Nam.
5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận
Đã hoàn thành đầy đủ các sản phẩm khoa học công nghệ của đề tài theo hợp đồng bao gồm:
- Chương trình tính tốn mô phỏng máy lạnh hấp thụ được khẳng định là phù hợp với mơ
hình thực về mặt thiết kế và vận hành. Các thông số trạng thái tại các điểm nút đo đạc và
tính tốn được đưa vào chương trình tính tốn mơ phỏng để xác định hiệu suất của máy lạnh
hấp thụ COP đánh giá được độ chính xác của kết quả nghiên cứu;
- Xác định được nồng độ dung dịch nạp phù hợp theo nguồn nhiệt cấp vào bình phát sinh;
- Xác định được đặc tính làm việc của hệ thống MLHT, đánh giá đặc tính làm việc để tối ưu
điều kiện hoạt động cho toàn hệ thống theo điều kiện mơi trường tại Việt Nam;
- Mơ hình máy lạnh hấp thụ NH3-H2O chế tạo phục vụ cho công tác nghiên cứu ứng dụng khi
triển khai vào thực tế rất hiệu quả.
3
PHẦN III. SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)
TT
Tên sản phẩm
1
Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
Đăng ký
Đạt được
Chế tạo được 01 máy lạnh hấp
thụ NH3-H2O để sản xuất
nước đá với năng suất làm
nước đá khoảng 1 kg/mẻ.
01
01
2
Bản v thiết kế
01
01
3
Số liệu
01
01
4
Bài báo khoa học
01
01
Ghi chú:
- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được chấp nhận nếu
có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Cơng Nghiệp TP. HCM đã cấp kính phí thực hiện nghiên
cứu theo đúng quy định.
- Photo tồn văn các ấn phẩm đưa vào phụ lục các minh chứng để cuối cuốn báo cáo. Riêng
sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang đầu và trang cuối kèm thông tin mã số xuất bản.
3.2. Kết quả đào tạo
TT
Họ và tên
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Hiếu Nghĩa
Học viên cao học
Nguyễn Văn Quý
Thời gian
tham gia đề tài
06/2016 -06/2017
11/2017-08/2018
Sinh viên Đại học
4
Tên đề tài
Tên chuyên đề nếu là NCS
Tên luận văn nếu là Cao học
CDTS1:
MÔ
PHỎNG
MÁY LẠNH HẤP THỤ
NH3-H2O VÀ ĐÁNH GIÁ
ĐỘ SAI LỆCH SO VỚI
CÁC KẾT QUẢ THỰC
NGHIỆM
Nghiên cứu và thực nghiệm
máy lạnh hấp thụ sử dụng
cặp mơi chất than hoạt tính
– ammonia để sản xuất
nước đá
Đã bảo vệ
X
Lê Chí Bảo
Phạm Bảo Quốc
Nguyễn Tuấn Vũ
Phạm Hồng Khải
Nguyễn Đình Vũ
1
2
3
4
5
02/2018-07/2018
02/2018-07/2018
02/2018-07/2018
02/2018-07/2018
02/2018-07/2018
Nghiên cứu thực nghiệm
chế độ vận hành máy lạnh
hấp thụ NH3-H2O loại gián
đoạn
x
x
x
x
x
Ghi chú:
- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề NCS / luận văn/ khóa luận và bằng hoặc giấy chứng nhận
nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận văn;(để cuối cuốn
báo cáo khoa học)
PHẦN IV. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ
Nội dung chi
TT
A
1
2
3
4
5
6
7
8
B
1
2
Chi phí trực tiếp
Th khốn chun mơn
Ngun, nhiên vật liệu
Thiết bị, dụng cụ
Cơng tác phí
Dịch vụ th ngồi
Hội nghị, Hội thảo, kiểm tra tiến độ, nghiệm
thu
In ấn, Văn phòng phẩm
Chi phí khác
Chi phí gián tiếp
Quản lý phí
Chi phí điện, nước
Tổng số
Kinh phí
được duyệt
(triệu đồng)
Kinh phí
thực hiện
(triệu đồng)
72,2
13,8
6,2
72,2
13,8
6,2
27,8
27,8
120
120
Ghi chú
PHẦN V. KIẾN NGHỊ (về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
-
Mơ hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O đã được chế tạo được vận hành bằng điện trở để thực
hiện các nghiên cứu ứng dụng sau này.
-
Mơ hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sau khi xây dựng hoàn thiện có thể tiếp tục phát triển
bằng cách kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo, cụ thể là năng lượng Mặt Trời thì rất
khả thi.
PHẦN VI. PHỤ LỤC (liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)
Mô hình:
Chế tạo được 01 máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn để sản xuất nước đá với năng suất
làm nước đá khoảng 1 kg/mẻ.
5
Bộ bản v thiết kế gồm 05 bản v :
- Bình sinh hơi/ bình hấp thụ;
- Ống chiết tách;
- Bình chứa cao áp;
- Bộ ngưng tụ;
- Bộ bay hơi;
Số liệu:
- Trình bày trong Báo cáo nội dung chun mơn chính của đề tài NCKH.
01 bài báo khoa học đăng trên tạp chí chuyên ngành:
1. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Bảo, Nghiên cứu lý thuyết về máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại
gián đoạn, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6, 2018.
Phòng QLKH&HTQT
(Họ tên, chữ ký)
Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)
PGG.TS. Đàm Sao Mai
TS. Nguyễn Hiếu Nghĩa
Tổ chức chủ trì nhiệm vụ
6
III/ BÁO CÁO NỘI DUNG CHUN MƠN CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI NCKH
7
BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG CƠNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
NGUYỄN HIẾU NGHĨA
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY
LẠNH HẤP THỤ NH3-H2O ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC
ĐÁ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TẠI VIỆT NAM
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ
TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 08/2018
i
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong các loại máy lạnh hấp thụ, máy lạnh hấp thụ loại gián đoạn là ứng cử viên sáng
trong việc triển khai ứng dụng rộng rãi vì sự đơn giản trong việc chế tạo, vận hành, và
tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời to lớn tại Việt Nam. Đề tài trình bày mối
quan hệ giữa nhiệt độ sinh hơi tối ưu với nhiệt độ làm lạnh yêu cầu và nhiệt độ môi
trường tại Việt Nam. Bên cạnh đó, nồng độ dung dịch nạp phù hợp với nhiệt độ sinh
hơi đạt được và bay hơi yêu cầu cũng được xác định. Trong điều kiện nhiệt độ môi
trường ta = 30 oC, nhiệt độ ngưng tụ tk = 32 oC, nhiệt độ bay hơi NH3 yêu cầu trong
dàn bay hơi to = -15 oC, khi nhiệt độ sinh hơi vận hành tối đa thay đổi, hệ số hiệu quả
làm lạnh tìm được COPAR đã được kiểm chứng với thực nghiệm.
Trong phạm vi nhiệt độ vận hành cực đại từ 95 oC đến 115 oC, hệ số hiệu quả làm lạnh
trung bình theo lý thuyết COPAR-theory được so sánh với hệ số hiệu quả làm nước đá
trung bình theo thực nghiệm COPice-exp và hệ số hiệu quả làm làm lạnh trung bình theo
thực nghiệm COPAR-exp. Các kết quả nghiên cứu cũng được kiểm chứng với các nghiên
cứu tương đồng của các tác giả khác.
Để đạt được mục tiêu trên, các chương trình mơ phỏng liên quan đến máy lạnh hấp thụ
được phát triển. Dựa trên những mô phỏng này, các nghiên cứu lý thuyết được thực
hiện cho máy lạnh hấp thụ để giới hạn vùng làm việc để quy hoạch vùng thực nghiệm.
Kết quả của nghiên cứu này s là cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo.
Tác giả nhắm đến ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
-
Nghiên cứu các ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh, nhiệt độ môi
trường, nhiệt độ sinh hơi đến hiệu suất máy lạnh hấp thụ loại gián đoạn được
thực hiện.
-
Một chương trình mơ phỏng hoạt động của máy lạnh hấp thụ được thiết lập, là
sự kết hợp giữa tính tốn lý thuyết và đo đạc thực tế, để kiểm tra và đánh giá lại
dữ liệu thực nghiệm nhằm đảm bảo máy lạnh hấp thụ đang hoạt động đúng theo
thiết kế ban đầu.
ii
-
Các kết quả nghiên cứu có thể được dùng để tham khảo khi thiết kế, chế tạo và
vận hành máy lạnh hấp thụ gián đoạn trong điều kiện Việt Nam.
iii
ABSTRACT
In the absorption refrigerations, intermittent absorption refrigeration system is a bright
candidate for widespread application because of the simplicity of fabrication,
operation, and utilization of large solar power in Vietnam. This research presents the
relationship of optimum generation temperature to required cooling and ambient
temperature in Vietnam. In addition, the concentration of the feed solution in
accordance with the evaporation temperature achieved and evaporation requirements
were also determined. At the ambient temperature ta = 30 °C, condensation
temperature tk = 32 °C, evaporation temperature was required in the evaporator to = -15
°C, compared with experimental:
The maximum operation temperature tg-max ranging from 95 oC to 115 oC, the average
of the coefficient of refrigeration performance by theory were compared the
coefficient of ice-made performance by experiment COPice-exp and higher than the
average of the coefficient of refrigeration performance by experiment COPAR-exp. The
results were also evaluated with other similar studies by other authors.
In order to reach the above target, the simulations related to intermittent absorption
refrigeration system were developed. Based on these simulations, the theoretical
studies were done in order to narrow the working area where the experiments later
focused on. The results of this study will be the basis for subsequent application
research.
The measured parameters at the state points are included in the simulation program to
determine the coefficient of performance COP to indicate the most suitable operating
mode.
The author aims at scientific and practical significance:
- Study the effects of the refrigerant evaporation temperature, the ambient
temperature, the generation temperature on the coefficient of refrigeration
performance.
iv
- The intermittent absorption refrigeration system simulation program was
established. That was a combination of theoretical calculations and actual
measurements. The intermittent absorption refrigeration system simulation
confirmed as consistent with actual model in terms of design and operation.
- The results of this study can be used to design, manufacture and operation the
intermittent chillers in Vietnam.
v
LỜI CÁM ƠN
Nhóm nghiên cứu xin cám ơn sự hỗ trợ của Bộ Công Thương Việt Nam và
trường Đại học Cơng nghiệp Tp. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ thực hiện bài báo này
trong khuôn khổ của Đề tài Khoa học số 147.17ĐT/ HĐ -KHCN ký ngày
15/02/2017
vi
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................x
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................. xii
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ...............1
1.1
Đặt vấn đề ..........................................................................................................1
1.2
Máy lạnh hấp thụ loại gián đoạn........................................................................5
1.3
Kết luận ............................................................................................................10
CHƯƠNG 2
2.1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................11
Thông số nhiệt động.........................................................................................11
2.1.1
Môi chất lạnh NH3 [20].............................................................................11
2.1.2
Dung dịch NH3-H2O [1]:...........................................................................11
2.2
Nguyên lý làm việc ..........................................................................................13
2.2.1
Bình sinh hơi/ bình hấp thụ .......................................................................15
2.2.2
Bộ bay hơi .................................................................................................16
2.2.3
Ống chiết tách ...........................................................................................16
2.2.4
Bộ ngưng tụ ...............................................................................................16
2.2.5
Bình chứa ..................................................................................................16
2.3
Xác định các giá trì cần thiết............................................................................17
2.3.1
Cơng suất lạnh...........................................................................................17
2.3.2
Khối lượng môi chất lạnh..........................................................................18
2.3.3
Hệ số hiệu quả ...........................................................................................19
2.4
Kết luận ............................................................................................................19
CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN MƠ PHỎNG HỆ THỐNG...........................................20
3.1
Mơ tả hệ thống .................................................................................................20
3.2
Mơ hình tốn của hệ thống...............................................................................22
3.3
Lưu đồ thuật tốn của hệ thống........................................................................27
3.4
Kết quả mô phỏng ............................................................................................28
3.5
Kết luận ............................................................................................................36
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG.....................................................................37
vii
4.1
Bình sinh hơi/ bình hấp thụ..............................................................................37
4.1.1
Xác định thể tích NH3/H2O chứa trong bình sinh hơi...............................37
4.1.2
Thiết kế, chế tạo ........................................................................................37
4.1.3
Tính kiểm tra bền ......................................................................................38
4.2
Ống chiết tách ..................................................................................................39
4.3
Bộ ngưng tụ......................................................................................................39
4.4
Bình chứa .........................................................................................................42
4.4.1
Tính bình chứa ..........................................................................................42
4.4.2
Tính kiểm tra bền cho bình chứa...............................................................43
4.5
Bộ bay hơi ........................................................................................................43
4.6
Tháp giải nhiệt .................................................................................................45
4.6.1
Tính chọn quạt...........................................................................................45
4.6.2
Tính chọn bơm nước tháp giải nhiệt .........................................................46
4.7
Mạch điều khiển...............................................................................................46
4.8
Lắp ráp hệ thống ..............................................................................................48
4.9
Kết luận ............................................................................................................49
CHƯƠNG 5
5.1
THỰC NGHIỆM ................................................................................50
Xây dựng mơ hình thực nghiệm ......................................................................50
5.1.1
Dụng cụ đo ................................................................................................50
5.1.2
Bố trí thực nghiệm......................................................................................51
5.1.3
Thực hiện thí nghiệm..................................................................................53
5.2
Kết quả thí nghiệm...........................................................................................56
CHƯƠNG 6
KẾT QUẢ & BÀN LUẬN.................................................................59
6.1
Đánh giá độ sai lệch .........................................................................................59
6.2
Các ảnh hưởng đến hệ số hiệu quả làm lạnh ...................................................60
6.3
Kết luận ............................................................................................................62
CHƯƠNG 7
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ ..............................................................64
7.1
Kết luận ............................................................................................................64
7.2
Kiến nghị..........................................................................................................64
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ........................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................67
viii
PHỤ LỤC ......................................................................................................................70
Phụ lục 1 Qui trình nạp dung dịch NH3-H2O, vận hành và khắc phục sự cố
Phụ lục 2 Bộ bản v thiết kế gồm 05 bản v
Phụ lục 3 Hợp đồng NCKH và PTCN số IUH.KNL01/16
Phụ lục 4 Thuyết minh đề tài NCKH
Phụ lục 5 Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo của đề tài
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục cấp nhiệt bằng năng
lượng mặt trời ..................................................................................................................3
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn cấp nhiệt bằng
năng lượng mặt trời .........................................................................................................3
Hình 2.1 Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn....................................................14
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ thiết kế ....................................................20
Hình 3.2 Đồ thị i-C của máy lạnh hấp thụ thiết kế........................................................22
Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn............................................................................................27
Hình 3.4 Nồng độ dung dịch nạp theo lượng nước đá yêu cầu .....................................29
Hình 3.5 COPAR theo nhiệt độ sinh hơi và lượng NH3/ H2O nạp..................................30
Hình 3.6 Biến đổi COPAR theo tg và to ...........................................................................31
Hình 3.7 Biến đổi COPAR theo tg và ta ...........................................................................32
Hình 4.1 Bình sinh hơi/ bình hấp thụ ............................................................................38
Hình 4.2 Ống chiết tách.................................................................................................39
Hình 4.3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm .....................................................................41
Hình 4.4 Bộ ngưng tụ dạng tấm ....................................................................................42
Hình 4.5 Bình chứa NH3................................................................................................43
Hình 4.6 Bộ bay hơi ......................................................................................................45
Hình 4.7 Mạch điều khiển .............................................................................................47
Hình 5.1 Dụng cụ đo ......................................................................................................50
Hình 5.2 Thiết bị an tồn................................................................................................51
Hình 5.3 Bố trí dụng cụ đo ............................................................................................51
Hình 5.4 Bố trí dụng cụ đo theo thực nghiệm ...............................................................52
Hình 5.5 Nạp H2O và NH3 vào bình sinh hơi................................................................53
Hình 5.6 Máy lạnh hấp thụ chạy thí nghiệm và sản xuất nước đá ................................55
Hình 5.7 Thí nghiệm làm nước đá.................................................................................56
Hình 6.1 COPAR thay đổi theo tg và te ...........................................................................61
Hình 6.2 COPAR thay đổi theo tg và ta ............................................................................61
x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các hệ số của công thức 2.1 - 2.3 ..................................................................11
Bảng 3.1 Các thông số đầu vào .....................................................................................29
Bảng 3.2 Các điểm trạng thái theo mô phỏng với tg-max = 100 oC.................................33
Bảng 3.3 Nhiệt độ vận hành cực đại tg-max dùng cho thiết kế ....................................33
Bảng 3.4 Lượng NH3 và H2O nạp ở nhiệt vận hành cực đại tg-max = 95 oC...................34
Bảng 3.5 Nhiệt độ vận hành cực đại tg-max dùng cho thực nghiệm .............................34
Bảng 3.6 Các điểm trạng thái theo mô phỏng với tg-max = 105 oC.................................35
Bảng 4.1 Ứng suất định mức cho phép của thép cacbon và thép hợp kim ...................38
Bảng 4.2 Hệ số truyền nhiệt của một số dàn ngưng tụ..................................................40
Bảng 4.3 Model của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ...........................................................41
Bảng 4.4 Thành phần hóa học của inox 304 .................................................................42
Bảng 4.5 Hệ truyền nhiệt của của một số dàn bay hơi ..................................................44
Bảng 4.6 Thông số quạt.................................................................................................45
Bảng 4.7 Thông số bơm ................................................................................................46
Bảng 4.8 Các bộ phận của máy lạnh hấp thụ chế tạo ....................................................49
Bảng 5.1 Lượng NH3 và H2O nạp theo nhiệt độ vận hành cực đại tg-max ......................57
Bảng 5.2 Kết quả tổng kết theo nhiệt độ vận hành cực đại tg-max ..................................57
Bảng 6.1 Độ sai lệch COPAR giữa lý thuyết và thí nghiệm theo tg-max ..........................59
Bảng 6.2 So sánh COP với các nghiên cứu khác ..........................................................60
Bảng 6.3 Các ảnh hưởng đến COPAR-max .......................................................................62
Bảng 6.4 Các điều kiện vận hành thường gặp ...............................................................62
xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Tên gọi
Độ nhớt động lực học
Thứ nguyên
[kg/(m.s)]
Độ nhớt động học
[m2/s]
Khối lượng riêng
[kg/m3]
Áp suất
[bar]
T
Nhiệt độ
[K]
t
Nhiệt độ
[oC]
i
Entanpy riêng
[kJ/kg]
Nhiệt dung riêng đẳng áp
[kJ/(kg.K)]
L
Chiều dài
[m]
m
Khối lượng
[kg]
Lưu lượng khối lượng
[kg/s]
Lưu lượng thể tích
[l/p]
Q
Cơng suất nhiệt
[W]
q
Dịng nhiệt
[W/m2]
Hệ số dẫn nhiệt
[W/(m.K)]
α
Hệ số đối lưu
[W/(m2.K)]
k
Hệ số truyền nhiệt
[W/(m2.K)]
D
Đường kính
A
Diện tích
[m2]
r
Bán kính
[m]
Gia tốc trọng trường
[m/s2]
Nồng độ khối lượng
[%]
Hiệu suất
[%]
η
[m2/s hoặc m]
Hệ số entanpy
COP
Hệ số hiệu quả
xii
Các ký hiệu chân
i
Vào hoặc trong
Ra hoặc ngoài
o
Sinh hơi
g
d
Cột chiết tách
Ngưng tụ
c
Bay hơi
e
a
Hấp thụ hoặc môi trường
Bộ trao đổi nhiệt dung dịch
shx
Cột chiết tách
rec
p
Bơm
Dung dịch lỗng
ws
Dung dịch đậm đặc
ss
s
Dung dịch
theory
Tính toán
exp
Đo đạc
i
CHƯƠNG 1
QUAN
TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN
Ở chương đầu tiên này, tác giả tìm hiểu về tình hình nghiên cứu máy lạnh hấp thụ
NH3-H2O loại gián đoạn và sự làm lạnh hấp thụ để đánh giá được những ưu điểm và
tồn tại của các nghiên cứu trong và ngồi nước để tìm một mơ hình phù hợp cho thiết
kế, chế tạo và vận hành trong điều kiện tại Việt Nam.
1.1 Đặt vấn đề
Nước đá là một sản phẩm khơng thể thiếu trong đời sống hiện đại, có thể nói hiện nay
tồn bộ nước đá ở nước ta được sản xuất bằng máy lạnh có máy nén hơi. Thời gian
làm đá cây 50 kg hiện nay là trên 20 giờ/mẻ, với thời gian này hệ thống máy lạnh có
máy nén hơi tiêu thụ một lượng điện năng là không nhỏ. Do đó ở những khu vực
khơng có lưới điện thì việc sản xuất nước đá bằng máy lạnh có máy nén hơi là rất khó
khăn. Làm lạnh bằng máy lạnh hấp thụ là một phương pháp được biết đến từ rất lâu.
Tuy nhiên những ưu điểm của máy lạnh có máy nén hơi đã làm cho con người quên
lãng kỹ thuật này, cho đến khi con người thấy được tác hại đến mơi trường của máy
lạnh có máy nén hơi thì máy lạnh hấp thụ là một lựa chọn ưu tiên hiện nay ở các nước
đang phát triển.
So với máy lạnh có máy nén hơi thì máy lạnh hấp thụ có 2 khác biệt lớn nhất sau đây:
- Năng lượng cấp vào cho máy lạnh hấp thụ là nhiệt năng, năng lượng cấp vào
cho máy lạnh có máy nén hơi là cơ năng
- Môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ là dung dịch của 2 chất thuần khiết
có nhiệt độ sơi cách biệt nhau lớn ở cùng điều kiện áp suất. Môi chất làm việc
trong máy lạnh có máy nén hơi thường là 1 chất thuần khiết hoặc hỗn hợp đồng
sơi.
Chu trình máy lạnh có máy nén hơi là một giải pháp thực tế và hiệu quả. Tuy nhiên,
chu trình này cần nguồn năng lượng cấp vào để quay trục máy nén là nguồn năng
lượng cao cấp, đắc đỏ. Q trình nén có thể được thay bằng các q trình mà ở đó hơi
1
được hấp thụ vào chất lỏng và dung dịch lỏng được bơm lên thể tích cao hơn. Điều này
làm giảm công cần thiết để quay trục động cơ [1].
Máy lạnh hấp thụ dựa trên sự kết hợp của hai lưu chất làm việc. Chất này s hấp thụ
chất kia khi được làm lạnh và giải phóng chất kia khi được gia nhiệt.
Đối với máy lạnh hấp thụ được vận hành bằng năng lượng mặt trời, nhiệt cấp vào bình
sinh hơi từ các bộ thu năng lượng mặt trời. Việc ứng dụng năng lượng mặt trời để làm
mát là một ứng dụng rất hấp dẫn vì năng lượng mặt trời hiện hữu tương đối đồng pha
với tải lạnh yêu cầu. Khi bức xạ mặt trời lớn thì nhu cầu làm lạnh cũng tăng và ngược
lại.
Máy lạnh hấp thụ cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời hoạt động tương tự như các máy
lạnh hấp thụ được cấp nhiệt bằng các nguồn nhiệt khác. Nhiệt lượng cấp vào cho bình
sinh hơi là do năng lượng mặt trời cung cấp thông qua bộ thu năng lượng mặt trời.
Nhiệt lượng mà bộ thu năng lượng mặt trời cấp cho dung dịch có thể diễn ra theo 2
cách là trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua nước nóng). Do cường độ bức xạ thay đổi
lên xuống thất thường cho nên nhiệt lượng cung cấp cho bình sinh hơi cũng khơng ổn
định. Do đó người ta phân ra làm 2 loại: (i) Máy lạnh hấp thụ NH 3-H2O liên tục cấp
nhiệt bằng năng lượng mặt trời, (ii) Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O gián đoạn cấp nhiệt
bằng năng lượng mặt trời
(i) Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O liên tục cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời
Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O liên tục cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời thường dùng
trong những hệ thống lớn. Để tạo sự ổn định của nguồn nhiệt cấp vào bình sinh hơi thì
trong sơ đồ liên tục người ta thường kết hợp với một nguồn nhiệt khác ví dụ như là
điện trở hoặc khói thải từ động cơ.
Sơ đồ nguyên lý:
2
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục cấp nhiệt bằng
năng lượng mặt trời
(ii) Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O gián đoạn cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn cấp nhiệt bằng
năng lượng mặt trời
3
Trong chu trình hấp thụ gián đoạn, nhiệt được cấp vào bình sinh hơi, hơi mơi chất lạnh
được giải phóng từ chất hấp thụ, sau đó được ngưng tụ và được chứa dưới dạng lỏng.
Quá trình sinh hơi kéo dài từ 4 tới 6 giờ. Sau khi quá trình sinh hơi kết thúc, quá trình
làm lạnh s được thực hiện cùng lúc với quá trình hấp thụ.
So với chu trình liên tục thì chu trình gián đoạn có sự khác biệt đáng kể sau:
- Nhiệt độ dung dịch làm việc trong collector (bình sinh hơi) liên tục thay đổi
- Áp suất làm việc trong collector (bình sinh hơi) khơng phải là hằng số do hơi
NH3 bay hơi ra trong thể tích cố định
- Nồng độ của dung dịch chứa trong collector trong giai đoạn sinh hơi cũng
không phải là hằng số vì hơi NH3 bay ra làm nồng độ dung dịch trong collector
giảm dần. Trong khi đó chu trình liên tục thì nồng độ dung dịch trong bình sinh
hơi là hằng số do có dung dịch đậm đặc từ bình hấp thụ trở về.
Từ 3 sự khác biệt trên kéo theo entanpi và nồng độ của hơi bay ra từ khỏi collector
cũng thay đổi theo.
Máy lạnh hấp thụ mặt trời có thể sử dụng chu trình liên tục hoặc gián đoạn. Trong chu
trình liên tục, nhiệt được cấp vào bình sinh hơi từ nguồn nhiệt của mặt trời và nguồn
nhiệt hỗ trợ. Vì thế, thiết kế bình sinh hơi là một chỉ tiêu quan trọng nhất.
Trong chu trình hấp thụ gián đoạn, nhiệt được cấp vào bình sinh hơi, hơi mơi chất lạnh
được giải phóng từ chất hấp thụ, sau đó được ngưng tụ và được chứa dưới dạng lỏng.
Quá trình sinh hơi kéo dài tử 4 tới 6 giờ. Sau khi quá trình sinh hơi kết thúc, quá trình
làm lạnh s được thực hiện cùng lúc với quá trình hấp thụ.
Chinnappa [2] nghiên cứu hệ thống lạnh hấp thụ được vận hành bởi bộ thu dạng tấm
phẳng. Các hệ số hiệu quả làm lạnh theo thực nghiệm đã được xác minh và so sánh với
các giá trị lý thuyết. Hiệu suất bộ thu năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng đã được
phân tích năng suất làm lạnh trên mỗi diện tích bề mặt bộ thu tại Colombo, Cylon.
Nghiên cứu này tập trung xác định năng suất làm lạnh trên mỗi đơn vị diện tích bộ thu
năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng, nhưng chưa cụ thể cho các ứng dụng.
4
