THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3 – H2O LOẠI GIÁN ĐOẠN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ Chương 5+6+7+8

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ COLLECTOR 81 5.1 Collector tấm phẳng 81 5.2 Collector dạng ống hút chân không 83 5.3 Collector dạng tập trung 84 5.4 Phân tích lựa chọn phương án. 85 5.5 Tính toán kích thước của collector: 87 5.6 Nhiệt lượng cần cung cấp cho collector 90 5.6 .1 Nhiệt lượng cần thiết để làm cho 2,02 kg NH3 bay hơi. 90 5.6.2 Tổn thất nhiệt của collector: 92 5.6.2.1 Tổn thất nhiệt ở phía trên của collector. 92 5.6.2.2 Tổn thất nhiệt phía dưới: 94 5.7 Bức xạ trung bình collector nhận được trong một ngày. 94 5.8 Tính kiểm tra khả năng giải nhiệt vào ban đêm của collector 95 CHƯƠNG VI: CÁC DẠNG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 98 6.1 Phân loại thiết bị ngưng tụ: 98 6.1.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang 98 6.1.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng: 102 6.1.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống 103 6.1.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản 105 6.2 Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí 106 6.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi 107 6.2.2 Dàn ngưng kiểu tưới 108 6.3 Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí 110 6.3.1 Dàn ngưng đối lưu tự nhiên: 110 6.3.2 Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức: 111 6.4 Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ: 112 CHƯƠNG 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 hơi làm lạnh chất lỏng 119 7.2.1 Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng: 119 7.2.2 Dàn lạnh panen 121 7.2.3 Dàn lạnh xương cá: 122 7.2.4 Dàn lạnh tấm bản: 123 7.3 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí 124 7.3.1 Dàn lạnh đối lưu tự nhiên 124 7.3.2 Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức 125 7.4 Thiết kế thiết bị bay hơi 126 7.4.1 Cấu tạo 126 7.4.2 Nguyên lý làm việc 127 7.4.3. Tính diện tích trao đổi nhiệt trong dàn bay hơi: 127 7.4.4 Kích thước khuôn đá và bể đá: 132 CHƯƠNG 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 phương án điều khiển: 141 8.4.1 Phương án 1: 141 8.4.2 Phương án 2: 143 8.4.3 Phương án 3: 144

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

COLLECTOR

Collector mặt trời là một thiết bị dùng để hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển năng lượng này thành nhiệt có thể sử dụng được Có nhiều loại collector mặt trời nhưng có 3 loại thường được dùng là loại collector dạng tấm phẳng, dạng ống hút chân không và loại tập trung

Trong 3 loại nêu trên nếu xét về chi phí đầu tư và hiệu suất làm việc thì

collector mặt trời dạng tấm phẳng là loại được sử dụng phổ biến nhất

5.1 Collector tấm phẳng

Colector dạng tấm phẳng thì có cấu tạo và nguyên lý vận hành tương đối đơn giản hơn Nó chuyển biến bức xạ mặt trời thành nhiệt thông qua tấm hấp thụ đặt bên trong khối hình hộp Nó có thể được đặt trên mái nhà hoặc nơi có ánh sánh chiếu đến Nó không đòi hỏi những thiết kế đặc biệt như loại ống hút chân không hay loại tập trung Có 5 thiết bị chính trong một collector mặt trời dạng tấm phẳng:

Hình 5.1 Cấu tạo của collector tấm phẳng

Lớp phủ trong suốt có thể là kính hay là platic và được đặt trên tấm hấp thụ nhiệt một khoảng Khoảng này thường không lớn để có thể ngăn chặn được lượng bức xạ nhiệt tổn thất ra ngoài Các tia bức xạ mặt trời có thể đi xuyên qua lớp tấm phủ trong suốt nhờ hiệu ứng nhà kính và bị chuyển biến thành năng lượng nhiệt trên tấm hấp thụ Tuy nhiên lớp phủ trong suốt này cũng phản xạ lại một phần nhỏ ánh sáng mặt trời chiếu tới như lượng này không đáng kể Những tia có mức năng lượng cao sẽ có bước sóng ngắn được giữ lại nhờ lớp phủ trong suốt

Bề mặt hấp thụ sẽ hấp thụ lượng nhiệt đi qua tấm phủ Thường thì nó được làm đen để nâng cao khả năng hấp thụ và hạn chế khả năng phản xạ

Collector phẳng có thể đạt đến nhiệt độ khoảng 2000C khi mà không có dòng lưu chất chuyển động qua, do đó vật liệu làm collector phải chịu được nhiệt độ này

Vì vậy, bề mặt hấp thụ thường được chế tạo là vật liệu kim loại như là đồng thép hoặc nhôm Vỏ của collector có thể được làm bằng plastic, kim loại hoặc gỗ Lớp

phủ trong suốt phải được bịt kín để cho nhiệt không thoát ra ngoài được và bụi, côn trùng hoặc độ ẩm bên ngoài không xâm nhập vào

Lớp cách nhiệt được bao bọc ở phía dưới và xung quanh bề mặt hấp thụ Sự cách nhiệt này là để tránh các tổn thất nhiệt đi qua các vách.Tất cả các bộ phận được bao bọc trong một vỏ hình hộp chữ nhật

Collector mặt trời dạng tấm phẳng được phân loại theo loại môi trường trao đổi nhiệt mà chúng sử dụng Có 2 loại collector phẳng là loại trao đổi nhiệt bằng chất lỏng và loại trao đổi nhiệt bằng không khí Chất lỏng được dùng có thể là nước hay silicone hoặc một vài chất lỏng khác

Loại trao đổi nhiệt bằng không khí thì hoạt động tương tự với loại trao đổi nhiệt bằng chất lỏng Nhưng năng suất của nó thì nhỏ hơn loại trao đổi nhiệt bằng chất lỏng Cần khoảng 3500 feet3 không khí để vận chuyển một lương nhiệt tương đương với 1 feet3

nước Do đó kích thước của collector trao đổi nhiệt bằng không khí thường lớn hơn kích thước của collector trao đổi nhiệt bằng chất lỏng ở cùng một công suất

Nhiệt độ tối đa của collector tấm phẳng là 1200C Tuy nhiên khi nhiệt độ càng cao thì hiệu suất của collector càng giảm

5.2 Collector dạng ống hút chân không

Sự đối lưu của không khí trong collector gây ra tổn thất nhiệt và có thể được khắc phục bằng cách duy trì độ chân không giữa bề mặt hấp thụ và tấm phủ trong suốt Nhưng áp suất của không khí xung quanh lớn hơn sẽ luôn tìm cách xâm nhập vào bên trong Và như vậy thì thật khó để giữ độ chân không bên trong trong thời

Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách dùng ống hút chân không Độ chân không bên trong ống thì cao và nó có thể chống lại áp suất không khí xung quanh do đó hiệu suất làm việc của ống sẽ cao Ống chân không bao gồm: một ống thủy tinh hút chân không khép kín, bên trong phủ một bề mặt hấp thụ bằng kim loại

Ngoài ra để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt giữa dòng lưu chất nóng và lạnh thì trong ống chân không người ta thường đặt thêm một ống nhiệt bên trong Nhiệt độ tối đa của dạng này là 2500C

Tùy vào công nghệ chế tạo của từng hãng khác nhau mà dãy nhiệt độ đạt được của loại này cũng khác nhau Trên thế giới hiện nay các nước có công nghệ chế tạo collector mặt trời cao là: Đức , Nhật, Trung Quốc, Mỹ, Canada, Úc…

Trong 3 loại trên thì collector phẳng có nhiệt độ tối đa của chất tải nhiệt có thể đạt được là 1200C Tuy nhiên phần lớn các collector phẳng thương mại hiện nay chỉ được chế tạo đạt nhiệt độ tối đa là 1000C Đối với loại collector dạng ống hút chân không thì tùy thuộc vào công nghệ chế tạo của từng quốc gia khác nhau mà giá trị nhiệt độ đạt được cũng khác nhau đáng kể Nếu công nghệ chế tạo trung bình thì nhiệt độ đạt được nằm trong khoảng từ 800C đến 1200

C Theo số liệu mới nhất

thì nếu công nghệ chế tạo hiện đại thì nhiệt độ mà dạng collector này có thể lên đến

2500C

5.4 Phân tích lựa chọn phương án

So với collector ống chân không và tập trung thì collector tấm phẳng có những ưu điểm như sau:

Collector chân không, tập trung Collector tấm phẳng

Nhạy cảm với tia hồng ngoại của bức xạ

Bề mặt hấp thụ nhiệt thì luôn luôn trực

giao với ánh sáng mặt trời do collector

làm bằng các ống tròn nên bề mặt của

nó là các chỏm cầu

Ánh sáng mặt trời chỉ trực giao với collector trong một khoảng thời gian ngắn

Sự hoạt động của nó vẫn diễn ra vào

Qua việc phân tích ưu nhược điểm của 3 loại collector ta nhận thấy rằng nhiệt độ của dung dịch làm việc bên trong collector tập trung và chân không là lý tưởng để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm

là khó chế tạo, giá thành cao, khả năng giải nhiệt kém vào ban đêm Do đó nếu sử dụng loại này để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ thì cần phải có một thiết bị phụ để giải nhiệt cho collector như là: ống nhiệt hoặc thermo-syphon Do đó nó làm cho giá thành thiết bị càng cao Đối với collector chân không do khả năng chịu áp lực cao của ống chân không là không cao và khả năng rò rĩ là rất lớn cho nên nếu sử dụng loại collector này để cấp nhiệt thì phải sử dụng sơ đồ cấp nhiệt gián tiếp Cho nên hiệu quả làm việc của hệ thống cũng không cao

Tóm lại trong điều kiện hoàn cảnh Việt Nam hiện nay thì collector dạng tấm phẳng là sự lựa chọn thích hợp nhất Đối với collector dạng ống hút chân không và collector tập trung thì trong điều kiện Việt Nam hiện nay chưa chế tạo được Các sản phẩm có trên thị trường hiện nay hầu hết là hàng nhập khẩu Mặt khác giá

thành của các loại này cũng rất cao

Trên thực tế những dự án dùng năng lượng mặt trời để sản xuất nước đá đã được thử nghiệm thành công tại một số nước như đã trình bày ở trên Với hơn 40

hệ thống đã được lắp đặt trên thế giới và đến nay vẫn còn hoạt động tốt Hệ thống này đã chứng minh rằng việt sử dụng năng lượng mặt trời để chạy máy lạnh hấp thụ sản xuất nước đá là một dự án hoàn toàn khả thi Tuy nhiên hầu hết các mô hình được thực hiện ở trên đều sử dụng collector tập trung dạng máng trụ Trong điều kiện Việt Nam hiện nay thì việc chế tạo bộ thu tập trung và thiết bị định hướng mặt trời là rất khó khăn, do đó kéo theo giá thành thiết bị tăng So với collector tập trung thì collector phẳng có hiệu suất và nhiệt độ thấp hơn, tuy nhiên việc chế tạo

dể dàng và giá thành của thiết bị thấp

Nhiệt độ làm việc của máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O loại gián đoạn là từ 70 –

1200C Dung dịch làm việc chứa trong collector ở trạng thái tĩnh, do đó với bộ thu phẳng thì nhiệt độ dung dịch chứa trong collector có thể đạt được nhiệt độ yêu cầu

Chọn kết cấu của collector dùng để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ như sau:

- Vật liệu chế tạo là thép đen vì môi chất sử dụng là NH3, có độ đen 𝜀 = 0,95

- Các ống mắc song song có hàn cánh để tăng diện tích trao đổi nhiệt

- Kết hợp tấm phản xạ để tăng khả năng nhận nhiệt vào buổi sáng và chiều

- Không sử dụng kết cấu bao che để thuận tiện cho quá trình giải nhiệt trong quá trình hấp thụ

5.5 Tính toán kích thước của collector:

Khối lượng tổng của collector:

- Khối lượng của ống góp trên:

- Khối lượng của ống góp dưới

- Khối lƣợng của các cánh:

𝑀𝑐 = 𝐿 𝑊 𝐻 𝑚 𝜌 = 2 0,05 0,002 33.7800 = 51,48 𝑘𝑔

Số cánh m = 33 cánh

Bề rộng của cánh là W = 50 mm

Vậy khối lƣợng tổng của collector là M = 13,33 + 7,26 + 43 + 51,48 = 115,07 kg

Hình 5.2 Cấu tạo collector

5.6 Nhiệt lượng cần cung cấp cho collector

5.6 1 Nhiệt lượng cần thiết để làm cho 2,02 kg NH 3 bay hơi

Vào ban ngày collector đóng vai trò là bình phát sinh

Quá trình cấp nhiệt cho collector có thể xem diễn ra các giai đoạn sau đây:

1 Giai đoạn cấp nhiệt cho collector từ áp suất ban đầu lên đến áp suất ngưng tụ:

Tương ứng với áp suất ban đầu p1 = 2,85 bar; ta có i1 = 295,05 kJ/kg

Tại áp suất ngưng tụ là p0 = 17,82 bar ; ta có i2 = 579,73 kJ/kg

Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình này là:

Q1 = G ( i2 - i1 ) = 24,35 (579,73 – 295,05) = 6931,95 kJ

2 Cấp nhiệt để bay hơi 2,02 kg NH3 :

Ở áp suất 17,82 nhiệt độ bay hơi tương ứng của NH3 là 450C Có ẩn nhiệt hóa hơi là r = 1080,53 kJ/kg

4 Cấp nhiệt cho NH3 quá nhiệt từ 450C lên đến 900C:

Ở áp suất 17,82 nhiệt độ bay hơi là 450

C NH3 có entanpi tương ứng là i’ = 410,49 kJ/kg

Ở áp suất 17,82 nhiệt độ là 900

C NH3 có entanpi tương ứng là i’’ = 1630 kJ/kg

Nhiệt lượng cần cung cấp là:

Q4 = mNH3bh ( i’’ - i’ ) = 2,02 ( 1630 – 410,49 ) = 2463,4 kJ

Tổng nhiệt lƣợng cần cấp cho collector là :

độ của tấm hấp thụ khi các yếu tố bên ngoài thay đổi

Ta có tổng nhiệt lƣợng dung dịch nhận đƣợc để làm bay hơi 2,02 kg NH3 và nhiệt lƣợng tích trữ bên trong collector là:

Σ 𝑄 = 𝑄𝑡𝑡 + 𝑄𝑡 = 𝑀 𝐶 Δt + Qt = 115,07 0,46 90 − 25 + 12650,24

= 16090,833 kJ = 4,47 kWh Trong đó: M là khối lƣợng của collector M = 115,07 kg

C là nhiệt dung riêng của thép C = 0,46 J/kgK

Δt là độ chênh lệch nhiệt độ của collector vào đầu quá trình phát sinh và cuối quá trình phát sinh

5.6.2 Tổn thất nhiệt của collector:

5.6.2.1 Tổn thất nhiệt ở phía trên của collector

- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu giữa collector và không khí xung quanh :

Nhiệt độ môi trường vào buổi sáng : 270C

Từ đó: 𝑁𝑢 = 0,86𝑅𝑒1/2𝑃𝑟1/3 = 536,84

Như vậy hệ số tỏa nhiệt đối lưu do gió là:

Với Tp là nhiệt độ trung bình của bề mặt hấp thụ, K

Ta là nhiệt độ môi trường xung quanh

m2độ) Như vậy tổn thất nhiệt lên phía trên của collector là:

𝑄𝑡𝑟ê𝑛 = 2 2,5 6,1 90 − 27 = 1921,5 𝑊

5.6.2.2 Tổn thất nhiệt phía dưới:

𝑄𝑑ướ𝑖 = 𝛼 𝐹 𝑇𝑝 − 𝑇𝑎 = 6,45 5 90 − 27 = 2031,75 𝑊

5.7 Bức xạ trung bình collector nhận được trong một ngày

Nhiệt lượng bức xạ mặt trời trung bình trong ngày tai thành phố Hồ Chí Minh là 4,72kW/m2/ngày

Vậy tổng lượng bức xạ mặt trời trung bình mà collector nhận được trong một ngày là

5 x 4,72 = 23,6 kWh Chọn hiệu suất của collector là 30% [TL11-Tr47] Vậy nhiệt lượng thực tế mà collector nhận được trong 1 ngày là 23,6 x 0,3 = 7,08 kWh

Vì thời gian bay hơi của dung dịch chỉ diễn ra trong một thời gian nhất định, như đã chọn ở phần trên thời gian diễn ra quá trình bay hơi từ 9 giờ sáng đến 14 giờ chiều Vậy thời gian bay hơi là 5 giờ, trong thời gian này cường độ bức xạ là cao

nhất trong ngày, ta có thể xem trong thời gian này tổng bức xạ chiếm khoảng 70% tổng bức xạ trong ngày

Vậy nhiệt lượng thực mà collector nhận được là: 7,08 x 0,7 = 4,956 kWh Collector còn có thêm hai tấm phản xạ do đó cường độ bức xạ mặt trời tại bề mặt collector sẽ lớn hơn so với kết quả ở trên

Với kết quả tính toán sơ bộ ta thấy nhiệt lượng mà collector nhận được lớn hơn nhiệt lượng cần thiết là 4,47 kWh Như vậy collector thiết kế đã đáp ứng được nhu cầu

5.8 Tính kiểm tra khả năng giải nhiệt vào ban đêm của collector

Vào ban đêm collector đóng vai trò là bình hấp thụ:

Vào ban đêm hơi NH3 sau khi bay hơi ở bình bay hơi quay trở về collector bị dung dịch loãng hấp thụ và nhả ra một lượng nhiệt ra môi trường xung quanh Ta

có phương trình cân bằng nhiệt của collector như sau:

Gọi G4 là khối lượng dung dịch loãng chứa trong collector ở trạng thái 4 ( đầu quá trình hấp thụ)

Gọi GNH3 là khối lượng NH3 đi vào collector

Gọi iNH3 là entapi của hơi NH3 trước khi vào collector Xem trạng thái hơi NH3

đi vào collector là hơi bão hòa khô

Sau khi xảy ra quá trình hấp thụ thì dung dịch trong collector trở về trạng thái

1 Ở nhiệt đọ bay hơi là -100C và áp suất bay hơi là 2,908 bar Ta có iNH3 = 1449,29 kJ/kg

Quá trình hấp thụ là quá trình đẳng tích:

𝑄𝑕𝑡 + 𝐺 𝑖1′ + 𝑉 𝑝4 − 𝑝1 = 𝐺4𝑖4′ + 𝐺𝑁𝐻3𝑖𝑁𝐻3

→ 𝑄𝑕𝑡 = − 𝐺 𝑖1′ − 𝑉 𝑝4 − 𝑝1 + 𝐺4𝑖4′ + 𝐺𝑁𝐻3𝑖𝑁𝐻3

= −24,35 295,05 − 38 2,34 − 2,85 + 22,33 293,56+ 2.02.1449,29 = 2317,67 𝑘𝐽

Thời gian làm đá chọn là 5 giờ cho nên thời gian hấp thụ và giải nhiệt cũng là 5 giờ:

𝑞𝑕𝑡 = 𝑄𝑕𝑡

5.3600 =

2317,675.3600 = 0,129 𝑘𝑊 Nhiệt độ môi trường vào ban đêm chọn bằng 250C

Khi tính theo công thức 10.45 [TL1-Tr389], ta có kích thước xác định là:

bề mặt collector là 270C Như vậy ứng với nồng độ dung dịch loãng 47,42% và nhiệt độ 270C ta xác định được áp suất bảo hòa tương ứng là 2,535 bar Như vậy áp suất này nhỏ hơn áp suất bay hơi của NH3 là 2,908 bar trong bình bay hơi.Do đó hơi NH3 sau khi bay hơi có thể quay về collector được

Như vậy kích thước collector đã chọn có thể đáp ứng được khả năng giải nhiệt cho

hệ thống

CHƯƠNG VI: CÁC DẠNG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

6.1 Phân loại thiết bị ngưng tụ:

Thiết bị ngưng tụ có rất nhiều loại và nguyên lý làm việc cũng rất khác nhau.Người ta phân loại thiết bị ngưng tụ căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau Ở đây chúng ta phân loại theo môi trường làm mát [TL4] :

NH3 hoặc là freon Đối với bình ngưng NH3 các ống trao đổi nhiệt là các ống thép

áp lực C20 còn đối với bình ngưng freon thường sử dụng ống đồng có cánh về phía môi chất lạnh

Hình 6.2: Bình ngưng Freon

 Ưu điểm

- Bình ngưng ống chùm nằm ngang, giải nhiệt bằng nước nên hiệu quả giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt khá lớn q = 3000 ÷ 6000 W/m2, k = 800 ÷ 1000 W/m2.K , độ chênh lệch nhiệt độ trung bình ∆𝑡 = 5 ÷ 6 K Dễ dàng thay đổi tốc độ nước trong bình để có tốc độ thích hợp nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, bằng cách tăng số pass tuần hoàn nước

- Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường

- Cấu tạo chắc chắn, gọn và rất tiện trong việc lắp đặt trong nhà, có suất tiêu hao kim loại nhỏ, khoảng 40 ÷ 45 kg/m2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng đẹp phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ công nghiệp

- Có thể sử dụng một phần của bình để làm bình chứa, đặc biệt tiện lợi trong các hệ thống lạnh nhỏ, ví dụ hệ thống kho lạnh

- Ít hư hổng và tuổi thọ cao

 Nhược điểm

- Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng thích hợp vì khi đó đường kính bình quá lớn, không đảm bảo an toàn Nếu tăng độ dày thân bình sẽ rất khó gia công chế tạo Vì vậy các nhà máy công suất lớn ít khi sử dụng bình

ngưng

- Khi sử dụng bình ngưng, bắt buộc trang bị thêm hệ thống giải nhiệt gồm: Tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, hệ thống đường ống nước, thiết bị phụ

đường ống nước vv… nên tăng chi phí đầu tư và vận hành Ngoài buồng máy, yêu cầu phải có không gian thoáng bên ngoài đẻ đặt tháp giải nhiệt Quá trình làm việc của tháp luôn luôn kéo theo bay hơi nước đáng kể, nên chi phí nước giải nhiệt khá lớn, nước thường làm ẩm ướt khu lân cận vì thế nên bố trí xa công trình

- Kích thước bình tuy gọn nhưng khi lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảng không gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh và sữa chữa khi cần thiết

- Quá trình bám bẩn trên bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt khi chất lượng nguồn nước kém

Khi sử dụng bình ngưng ống vỏ nằm ngang cần quan tâm chú ý hiện tượng bám bẩn bề mặt bên trong các ống trao đổi nhiệt, trong trường hợp này cần

vệ sinh bằng hóa chất hoặc cơ khí Thường xuyên cả cặn bẩn đọng lại ở tháp giải nhiệt và bổ sung nước mới Xả khí và cặn đường nước

- Thích hợp cho hệ thống công suất trung bình và lớn, không gian lắp đặt chật hẹp, phải bố trí bình ngưng ở ngoài trời

- Do các ống trao đổi nhiệt đặt thẳng đứng nên khả năng bám bẩn ít hơn so với bình ngưng ống chùm nằm ngang, do đó không yêu cầu chất lượng nguồn nước cao lắm

- Do kết cấu thẳng đứng nên lỏng môi chất và dầu chảy ra ngoài khá thuận lợi, việc thu hồi dầu cũng dễ dàng Vì vậy bề mặt trao đổi nhiệt nhanh chóng được giải phóng để cho môi chất làm mát

 Nhược điểm:

- Vận chuyển , lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp

- Lượng nước tiêu thụ khá lớn nên chỉ thích hợp những nơi có nguồn nước dồi dào và rẻ tiền

- Đối với hệ thống rất lớn sử dụng bình ngưng kiểu này không thích hợp, do kích thước cồng kềnh, đường kính bình quá lớn không đảm bảo an toàn

6.1.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống cũng là dạng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước, chúng được sử dụng rất rộng rãi trong các máy lạnh nhỏ đặc biệt trong các máy điều hòa không khí công suất trung bình

Thiết bị gồm 2 ống lồng vào nhau và thường được cuộn lại cho gọn Nước chuyển động ở ống bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại ở phần không gian giữa các ống, ống thường sử dụng là ống đồng ( hệ thống freon) và

có thể sử dụng ống thép

Hình 6.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống

 Ưu điểm : có hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn, gọn

 Nhược điểm: Chế tạo khá khó khăn, các ống lồng vào nhau sau đó được cuộn lại cho gọn, nếu không có biện pháp chế tạo đặc biệt, các ống dễ bị móp, nhất là ống lớn ở ngoài, dẫn đến tiết diện bị thắt, ảnh hưởng đến sự lưu chuyển của môi chất bên trong

6.1.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản

Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản được ghép từ nhiều tấm kim loại ép chặt với nhau nhờ hai nắp kim loại có độ dày cao Các tấm dập gợn sóng Môi chất lạnh và nước giải nhiệt được bố trí đi xen kẻ nhau

- Khả năng rò rỉ đường nước khá lớn do số đệm kín nhiều

6.2 Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí

Khác với thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước phải trang bị thêm các tháp giải nhiệt, bơm nước và hệ thống ống dẫn nước giải nhiệt, thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí kết hợp không cần trang bị các thiết bị đó, nước ở đây đã được không khí làm nguội trực tiếp trong quá trình trao đổi nhiệt với môi chất lạnh

6.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi

Hình 6.6 Thiết bị ngưng tụ bay hơi

 Ưu điểm:

- Do cấu tạo dàn ống nên công suất của nó có thể thiết kế dạt rất lớn mà không

bị hạn chế vì bất cứ lý do gì Hiện nay nhiều xí nghiệp chế biến thủy sản nước ta sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi công suất đạt từ 600 ÷ 1000 kW

- So với các thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ day hơi ít tiêu tốn nước hơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn

- Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an toàn

 Nhược điểm:

- Do năng suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao nhiên liệu khá lớn

- Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí đó

là môi trường ăn mòn mạnh, nên chón bị hỏng Do đó bắt buộc phải nhúng kẽm nóng để chống ăn mòn

- Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng và thay đổi theo mùa trong năm

- Chỉ thích hợp lắp đặt ngoài trời, trong quá trình làm việc, khu vực nền và không gian xung quanh thường bị ẩm ướt, vì vậy cần lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn các công trình

6.2.2 Dàn ngưng kiểu tưới

Hình 6.7 Dàn ngưng kiểu tưới

 Ưu điểm

- Hiệu quả trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt đạt 700 ÷ 900 W/m2K Mặt khác do cấu tạo, ngoài dàn ống trao đổi nhiệt ra, các thiết bị phụ khác như khung đỡ, bao che hầu như không có nên suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ

- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng cả nguồn nước bẩn vì dàn ống để trần rất dễ vệ sinh Vì vậy dàn ngưng kiểu tưới rất thích hợp khu vực nông thôn, nơi có nguồn nước phong phú, như chất lượng không cao

- So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu thụ không lớn Nước rơi tự do trên dàn ống để trần hoàn toàn nên nhả nhiệt cho không khí phần lớn, nhiệt

độ nước ở bể tăng không đáng kể, vì vậy lượng nước bổ sung chỉ chiếm khoảng 30% lượng nước tuần hoàn

- Do tiếp xúc thường xuyên với nước và không khí, trong môi trường ẩm như vậy nên quá trình ăn mòn diễn ra rất nhanh, nếu dàn ống không được nhúng kẽm nóng sẽ rất nhanh chóng bị mục, hư hỏng

- Hiệu quả giải nhiệt chịu ảnh hưởng của môi trường khí hậu

6.3 Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí

6.3.1 Dàn ngưng đối lưu tự nhiên:

Loại dàn ngưng đối lưu tự nhiên chỉ sử dung trong các hệ thống rất nhỏ Các dàn này có cấu tạo khá đa dạng:

- Dạng ống xoắn có cánh là các sợi dây thép hàn vuông góc với các ống xoắn

- Dạng tấm

- Dạng panel

Hình 6.8 Dàn ngưng không khí đới lưu tự nhiên

Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ đối lưu gió tự nhiên khoảng 6÷7 W/m K

6.3.2 Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức:

Cấu tạo gồm một dàn ống trao đổi nhiệt bằng ống thép hoặc ống đồng có cánh nhôm hoặc cánh sắt bên ngoài, bước cánh khoảng 3÷10 mm Mật độ dòng nhiệt của dàn ngưng không khí đat khoảng 180 ÷ 340 W/m2

, hệ số truyền nhiệt k = 30 ÷ 50W/m2K

Hình 6.9: Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức

- Hiệu quả giải nhiệt phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu

6.4 Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ:

Phân tích lựa chọn phương án:

- Các hệ thống giải nhiệt bằng nước khó chế tạo và không phù hợp với công suất của đề tài

- Mặc khác nếu giải nhiệt bằng nước lại tốn thêm các thiết bị phụ Lượng nước phải thay thường xuyên bất tiện trong khâu vận hành

- Mục đích của hệ thống là không phải tốn thêm nguồn năng lượng ngoài nên chọn thiết bị bay hơi là dàn ngưng giải nhiệt bằng gió tự nhiên

Trong hệ thống này, ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ống thép nằm ngang giải nhiệt bằng không khí đối lưu tự nhiên

Hình 6.10 : cấu tạo thiết bị ngưng tụ

Nhiệt lượng do 𝑁𝐻3 nhả ra trong 1 giây :

Giả sử vào lúc 11 giờ thì áp suất trong collector đạt đến áp suất ngưng tụ

và đến 14 giờ thì 𝑁𝐻3 không còn khả năng bay hơi như vậy thời gian ngưng tụ của

𝑁𝐻3 kéo dài trong 3 giờ ta có

𝑞𝐾 = 𝑄𝐾

3.3600 =

2463,41

10800 = 0,228 𝑘𝑊

Tính về phía không khí giải nhiệt:

Quá trình tỏa nhiệt đối lưu từ bề mặt ngoài của ống đến môi trường xung quanh là quá trình đối lưu tự nhiên