BỘ CÔNG THƯƠNGĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINHBÁO 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 H ẤP THỤ NH3-H2O ĐỂ S
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNGĐẠI HỌC CÔNG 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
H ẤP THỤ NH3-H2O ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ PHÙ HỢP
VỚI ĐIỀU KIỆN TẠI VIỆT NAM
Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Công 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
Trang 2THÔNG TIN CHUNGĐỀ TÀI
1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy lạnh hấp thụ NH3-H2O để sản xuấtnước đá phù hợp với điều kiện tại Việt Nam
1 TS Nguyễn Hiếu Nghĩa ĐH Công nghiệp Tp.HCM Chủ nhiệm
2 PGS.TS Bùi Trung Thành ĐH Công nghiệp Tp.HCM Thư ký
3 PGS.TS Hoàng An Quốc ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Thành viên
1.4 Đơn vị chủ trì:
Đại học Công 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; Nguyênnhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 120 triệu đồng.
Trang 31 Đặt vấn đề
Vấn đề mà nhân loại đối mặt ngày nay là sự nóng lên toàn cầu và ô nhiễm môi 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 môi 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
c ấp 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 công nghiệp Hiện nay, máy lạnh hấp thụ chiếm khoảng 60% sử dụng trong điều hòa không 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 NH 3 -H 2 O 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 NH 3 -H 2 O 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.
3 Phương pháp nghiên cứu
- Kết hợp giữa tính toán mô phỏng lý thuyết với thực nghiệm đo đạc trên mô 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 công trình đã công bố trong các tài liệu kỹ thuật, sách, tạp chí chuyên ngành trên thế giới và trong nước;
Trang 4- 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 công trình công bố
4 Tổng kết về kết quả nghiên cứu
- Chế tạo được 01 máy lạnh hấp thụ NH 3 -H 2 O để sản xuất nước đá với năng suất làm nước đá khoảng 1 kg/mẻ phù hợp với điều kiện công 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 toán mô phỏng máy lạnh hấp thụ được khẳng định là phù hợp với mô hình thực về mặt thiết kế và vận hành Các thông số trạng thái tại các điểm nút đo đạc và tính toán được đưa vào chương trình tính toán mô 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 môi trường tại Việt Nam;
- Mô hình máy lạnh hấp thụ NH 3 -H 2 O chế tạo phục vụ cho công tác nghiên cứu ứng dụng khi triển khai vào thực tế rất hiệu quả.
Trang 5PHẦN 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 Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
- 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 Công Nghiệp TP HCM đã cấp kính phí thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.
- Photo toàn 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 tham gia đề tàiThời gian Tên chuyên đề nếu là NCSTên đề tài
Tên luận văn nếu là Cao học Đã bảo vệ
Nghiên cứu sinh
MÁY LẠNH HẤP THỤ
NH 3 -H 2 O VÀ ĐÁNH GIÁ
ĐỘ SAI LỆCH SO VỚI CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
X
Học viên cao học
Nguyễn Văn Quý 11/2017-08/2018 Nghiên cứu và thực nghiệm
máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất than hoạt tính – ammonia để sản xuất nước đá
Trang 61 Lê Chí Bảo 02/2018-07/2018
Nghiên cứu thực nghiệm chế độ vận hành máy lạnh hấp thụ NH 3 -H 2 O loại gián đoạn
Ghi chú
A Chi phí trực tiếp
PHẦN V KIẾN NGHỊ (về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
- Mô hình máy lạnh hấp thụ NH 3 /H 2 O đã được chế tạo được vận hành bằng điện trở để thực hiện các nghiên cứu ứng dụng sau này.
- Mô hình máy lạnh hấp thụ NH 3 /H 2 O 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 NH 3 -H 2 O loại gián đoạn để sản xuất nước đá với năng suất làm nước đá khoảng 1 kg/mẻ.
Trang 7- Trình bày trong Báo cáo nội dung chuyên môn chính của đề tài NCKH.
01bài 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 NH 3 -H 2 O loại gián đoạn, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6, 2018.
Phòng QLKH&HTQT
(Họ tên, chữ ký)
PGG.TS Đàm Sao Mai
Chủ nhiệm đề tài(Họ tên, chữ ký)
TS Nguyễn Hiếu Nghĩa
Tổ chức chủ trì nhiệm vụ
Trang 8III/BÁO CÁO NỘI DUNG CHUYÊN MÔN CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI NCKH
Trang 9BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
NGUYỄN HIẾU NGHĨA
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY
ĐÁ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TẠI VIỆT NAM
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ
TP HỒ CHÍ MINH NĂM 08/2018
Trang 10TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong các loại máy lạnh hấp thụ, máy lạnh hấp thụ loại gián đoạn là ứng cử viên sángtrong 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 mốiquan hệ giữa nhiệt độ sinh hơi tối ưu với nhiệt độ làm lạnh yêu cầu và nhiệt độ môitrường 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 môitrường ta = 30 oC, nhiệt độ ngưng tụ tk = 32 oC, nhiệt độ bay hơi NH3 yêu cầu trongdàn bay hơi to= -15 oC, khi nhiệt độ sinh hơi vận hành tối đa thay đổi, hệ số hiệu quảlàm lạnh tìm được COPARđã được kiểm chứng với thực nghiệm
Trong phạm vi nhiệt độ vận hành cực đại từ 95oC đến 115oC, hệ số hiệu quả làm lạnhtrung bình theo lý thuyết COPAR-theory được so sánh với hệ số hiệu quả làm nước đátrung bình theo thực nghiệm COPice-exp và hệ số hiệu quả làm làm lạnh trung bình theothực nghiệm COPAR-exp Các kết quả nghiên cứu cũng được kiểm chứng với các nghiêncứu tương đồng của các tác giả khác
Để đạt được mục tiêu trên, các chương trình mô phỏng liên quan đến máy lạnh hấp thụđược phát triển Dựa trên những mô phỏng này, các nghiên cứu lý thuyết được thựchiện 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 môitrường, nhiệt độ sinh hơi đến hiệu suất máy lạnh hấp thụ loại gián đoạn đượcthực hiện
- Một chương trình mô phỏng hoạt động của máy lạnh hấp thụ được thiết lập, là
sự kết hợp giữa tính toán 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 theothiết kế ban đầu
Trang 11- Các kết quả nghiên cứu có thể được dùng để tham khảo khi thiết kế, chế tạo vàvận hành máy lạnh hấp thụ gián đoạn trong điều kiện Việt Nam.
Trang 12In 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-maxranging 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
Trang 13- 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
Trang 14LỜI CÁM ƠNNhóm nghiên cứu xin cám ơn sự hỗ trợ của Bộ Công Thương Việt Nam vàtrường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh đã hỗ trợ thực hiện bài báo nàytrong khuôn khổ của Đề tài Khoa học số 147.17ĐT/ HĐ-KHCN ký ngày 15/02/2017
Trang 15MỤC 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 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11
2.1 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 Công 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 TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 20
3.1 Mô tả hệ thống 20
3.2 Mô hình toán của hệ thống 22
3.3 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 27
3.4 Kết quả mô phỏng 28
3.5 Kết luận 36
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 37
Trang 164.1 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 THỰC NGHIỆM 50
5.1 Xây dựng mô 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 CÔNG TRÌNH 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
Trang 17PHỤ LỤC 70Phụ 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
Trang 18DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên 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-H2Oloại 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 toán 27
Hình 3.4 Nồng độ dung dịch nạp theo lượng nước đá yêu cầu 29
Hình 3.5 COPARtheo nhiệt độ sinh hơi và lượng NH3/ H2O nạp 30
Hình 3.6 Biến đổi COPARtheo tg và to 31
Hình 3.7 Biến đổi COPARtheo 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 toàn 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 NH3vào 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 COPARthay đổi theo tgvà te 61
Hình 6.2 COPARthay đổi theo tg và ta 61
Trang 19DANH 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 NH3và 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 NH3và 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 COPARgiữa 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
