Tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời

Hiện nay, các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá, khí đốt… đang dần cạn và là nguồn cung cấp không ổn định, bên cạnh đó cũng có nhiều nguồn năng lượng có khả năng cung cấp năng lượng vô tận đang được nghiên cứu và sử dụng, đặc biệt có thể kể đến là nguồn năng lượng Mặt Trời.Việt Nam là một trong những nước có vị trí nhận giải phân bổ ánh nắng Mặt Trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, vì Việt Nam có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời. Việc sử dụng tốt và có hiệu nguồn năng lượng đó sẽ mang lại lợi ích to lớn cho đất nước. Nước ta hiện đã có nhiều công trình nghiên cứu để tận dụng nguồn năng lượng này, thú vị hơn hết có thể kể đến là chiếc tủ lạnh có thể chạy bằng năng lượng Mặt Trời. Chiếc tủ lạnh này không phải thiết kế dùng điện từ những tấm pin Mặt Trời, mà chúng được dựng lên bởi những lí thiết hấp phụ, trao đổi nhiệt tất yếu hoặc sử dụng động cơ chạy bằng năng lượng Mặt Trời. Thế nhưng, hiện nay trên thì trên thị trường tiêu dung vẫn chưa được sử dụng phổ biến, bởi lẽ những mặt nhược điểmchưa được khắc phục.Do đó, chúng ta cần nhanh chóng cải tiến và nghiên cứu nhiều hơn để đưa những cỗ máy sử dụng năng lượng Mặt Trời phổ cập vào đời sống người dân.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH



KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

TIỂU LUẬN

Đề tài : “ Tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời ”

Giảng viên hướng dẫn: ThS HOÀNG TRÍ Sinh viên thực hiện: LÊ HỮU NGHĨA

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Nhà trường và bộ môn đã cho tôi cơ hội được học môn “Năng lượng và quản lí năng lượng”, một môn học mang tính thực tiễn cao, có thể giúp tôi hiểu biết sâu rộng và vững vàng hơn cho cuộc sống cũng như công việc của tôi sau này Và cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến thầy Hoàng Trí - giáo viên bộ môn, người thầy đã tận tình chỉ bảo, giảng dạy truyền đạt những kiến thức bổ ích của môn học cũng như trong thực tế cuộc sống và luôn giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn

thành bài viết tiểu luận về đề tài “Tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời” này.

Dù đã cố gắng để làm bài tiểu luận này thật tốt, nhưng tôi biết cũng không thể nào hoàn hảo, vẫn có những thiếu sót, rất mong sự góp ý của Thầy và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực tập:

LÊ HỮU NGHĨA

TÓM TẮT TIỂU LUẬN

Đề tài: “Tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời”

Hiện nay, các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá, khí đốt… đang dần cạn và là nguồn cung cấp không ổn định, bên cạnh đó cũng có nhiều nguồn năng lượng

có khả năng cung cấp năng lượng vô tận đang được nghiên cứu và sử dụng, đặc biệt có thể kể đến là nguồn năng lượng Mặt Trời

Việt Nam là một trong những nước có vị trí nhận giải phân bổ ánh nắng Mặt Trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, vì Việt Nam có tiềm năng rất lớn

về năng lượng mặt trời Việc sử dụng tốt và có hiệu nguồn năng lượng đó sẽ mang lại lợi ích to lớn cho đất nước Nước ta hiện đã có nhiều công trình nghiên cứu để tận dụng nguồn năng lượng này, thú vị hơn hết có thể kể đến là chiếc tủ lạnh có thể chạy bằng năng lượng Mặt Trời Chiếc tủ lạnh này không phải thiết kế dùng điện từ những tấm pin Mặt Trời, mà chúng được dựng lên bởi những lí thiết hấp phụ, trao đổi nhiệt tất yếu hoặc

sử dụng động cơ chạy bằng năng lượng Mặt Trời Thế nhưng, hiện nay trên thì trên thị trường tiêu dung vẫn chưa được sử dụng phổ biến, bởi lẽ những mặt nhược điểmchưa được khắc phục

Do đó, chúng ta cần nhanh chóng cải tiến và nghiên cứu nhiều hơn để đưa những cỗ máy

sử dụng năng lượng Mặt Trời phổ cập vào đời sống người dân

MỤC LỤC

Trang

LỜI CÁM ƠN 2

TÓM TẮT TIỂU LUẬN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 7

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

CHƯƠNG 4: ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỦ LẠNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 12

CHƯƠNG 5: GIÁI PHÁP SỬ DỤNG TRONG THỰC TẾ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN .13

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang Hình 3.1.1: Sơ đồ nguyên lý Máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng Mặt Trời 8 Hình 3.1.2: Các quá trình nhiệt của Máy lạnh hấp phụ loại gián đoạn trên đồ thị P-T…9 Hình 3.2 : Cấu tạo Tủ lạnh trao đổi nhiệt 10 Hình 3.3 : Hệ thống Tủ lạnh sử dụng động cơ Stirling 11 Hình 5 : Máy lạnh hấp phụ dung sản xuất đá……… 13

Ghi chú:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Kính chào Thầy Hoàng Trí!

Hiện nay, vấn đề môi trường đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu môi trường bởi Trái Đất chúng ta đang ngày càng nóng lên do hiện tượng “hiệu ứng nhà kính” Ngoài ra, nguồn năng lượng mà hiện tại chúng ta đang dùng được cung cấp bởi các nguồn tài nguyên khoáng sản: dầu mỏ, khoáng sản, than đá… dần dần cạn kiệt bởi sự khai thác sử dụng quá mức Vậy chúng ta phải làm gì để khắc phục tình trạng thiếu hụt nguồn cung cấp năng lượng trong tương lai, cứu lấy Trái Đất có nguy cơ phá hủy? Từ yêu cầu đó, nhiều ý kiến đã đưa ra, song hay hơn cả là “ Hãy sử dụng nguồn năng lương vô hạn từ Mặt Trời!”

Rất rất nhiều phương pháp sáng chế và ứng dụng các mô hình, máy móc, hệ thống…được vận hành hoàn toàn nhờ năng lượng Mặt Trời đã mang lại ý nghĩa rất to lớn trong công cuộc đi tìm nguồn năng lượng sạch mới

Môn học “Năng lượng và quản lí năng lượng” là một môn học thiết thực, nó giúp chúng

ta có cái nhìn khách quan về năng lương hiện có và sử dụng tiết kiệm hiệu quả nhất nguồn năng lượng mà chúng ta có

Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu!

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Lịch sử phát triển ngành lạnh cho thấy rằng từ thời xa xưa con người đã biết giữ và sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như: đào các hố sâu dưới sử dụng băng tuyết để bảo quản thức ăn dư thừa, làm lạnh nước bằng cách cho bốc hơi, Đến thế kỉ 17, người ta biết

sử dụng hỗn hợp nước đá với nước muối để tạo ra nước có nhiệt độ thấp hơn 00C vào thế

kỉ 19 thì các máy lạnh công nghiệp mới bắt đầu xuất hiện và cải tiến dần cho tới ngày nay

Trong tiến trình công nghiệp hóa, máy lạnh dùng máy nén hơi đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật làm lạnh và điều hòa không khí Tuy nhiên, các hơi làm lạnh CFC phát thải khí CO2 ra môi trường làm suy giảm tầng Ôzôn và gây ra hiệu ứng nhà kính dẫn đến hậu quả Trái đất đang dần nóng lên Vì vậy, với yêu cầu bảo vệ một trường sống của nhân loại, các Frêôn đó cần phải được hạn chế đến mức thấp nhất hoặc loại bỏ hoàn toàn Điều

đó đặt ra hướng đi của con đường tìm kiếm dung môi chất lạnh thay thế Trong thời gian qua, việc sử dụng NH3 trong kỹ thuật làm lạnh là rất thích hợp, đặt biệt trong hoàn caanhr Việt Nam ta, NH3 là môi chất lạnh tự nhiên không phà hủy môi trường và là môi chất mà nước ta sản xuất được, rẻ, dễ kiếm…

Hơn nữa, trong thời đại ngày nay nhu cầu về năng lượng của con người ngày càng tăng, trong khi các nguồn nhiên liệu khoáng sản như than đá, dầu mỏ, khí đốt…ngày càng cạn kiệt và khan hiếm Điều đó đặt ra yêu cầu nữa, hãy sử dụng tiết kiệm và hiệu quả nhiên liệu hữu hạn đó song song với việc tìm và sử dụng triệt để các nguồn năng lượng vô hạn như: Mặt Trời, gió, sức nước, sóng biển… để thay thế Là điều kiện quan trọng của công cuộc phát triển nguồn năng lượng

Do đó, hôm nay, em xin phép nghiên cứu riêng về việc sửa dụng năng lượng nhiệt từ Mặt

Trời để làm lạnh –“ Tủ lạnh chay bằng năng lượng Mặt Trời ”.

Nội dung nghiên cứu:

Mô tả hệ thống tủ lạnh.

Mô tả quá trình làm việc (nguyên lí làm việc).

Ưu và nhược điểm của tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời.

Một số ứng dụng của tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời.

Phương hướng và giải pháp sử dụng trong thực tế.

Kết luận và đề nghị

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 3.1 Tủ lạnh hấp phụ:

3.1.1 Mô tả hệ thống:

Hệ thống máy lạnh hấp phụ dùng năng lượng Mặt Trời (NLMT) bao gồm thiết bị hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời, trong đó có chứa than hoạt tính, thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên và thiết bị bay hơi thiết kế để có thể làm đá, chứa thực phẩm cần bảo quản (hình 1) Ngoài ra còn có van chặn bình chứa môi chất lỏng và van tiết lưu Máy lạnh hấp phụ NLMT thường làm việc theo kiểu gián đoạn

Vào ban ngày ta phải mở van chặn, đóng van tiết lưu Trong giai đoạn này, dưới tác động của các tia bức xạ mặt trời, tác nhân lạnh sẽ bốc hơi khỏi than hoạt tính và được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ và chứa tại bình chứa Vào cuối giai đoạn tích trử tác nhân lạnh, van chặn nên được đóng lại

Vào ban đêm xảy ra quá trình làm lạnh, khi nhiệt độ của hệ thống giảm, than hoạt tính làm nhiệm vụ hấp phụ môi chất lạnh (methanol), áp suất môi chất trong hệ thống giảm xuống, khi áp suất đạt đến áp suất bay hơi thì mở van tiết lưu Môi chất lạnh sẽ được tiết lưu vào thiết bị bay hơi, thu nhiệt sản phẩm và bay hơi, hơi môi chất được than hoạt tinh hấp phụ hết Trong giai đoạn này cần phải chú ý để thiết bị hấp thụ được giải nhiệt dễ dàng vì hấp phụ là quá trình sinh nhiệt

3.1.2 Mô tả quá trình làm việc (nguyên lí làm việc):

Quá trình làm việc của hệ thống có thể trình bày trên

đồ thị hình 3.2

 Quá trình cấp nhiệt:

1-2 Quá trình bộ thu

hấp thụ năng lượng mặt trời, than hoạt tính nhả môi chất lạnh (methanol)

áp suất và nhiệt độ của môi chất trong hệ thống tăng lên đến giá trị Pk và Tg1

2-3 Quá trình ngưng

tụ môi chất lạnh xảy ra, đồng thời bộ thu vẫn tiếp tục nhận bức xạ mặt trời nên môi chất lạnh vẫn tiếp tục thoát ra từ than hoạt tính nên nhiệt độ môi chất tăng đến nhiệt độ Tg2, áp suất hầu như không đổi ở

áp suất Pk

 Quá trình giải nhiệt và làm lạnh:

3-4 Quá trình giải nhiệt của bộ thu (sau khi môi chất lạnh đã ngưng tụ hết vào bình

chứa) áp suất và nhiệt độ trong hệ thống giảm đến Po và Ta1

4-1 Quá trình bay hơi của môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi, hơi môi chất được

than hoạt tính hấp phụ hết nên áp suất hệ thống hầu như không đổi Po, nhiệt độ hơi môi chất trước lúc bị hấp phụ giảm dần đến nhiệt độ Ta2

3.2 Tủ lạnh trao đổi nhiệt:

Tác giả của chiếc tủ lạnh có kích thước xách tay này là Emily Cummins Cô đã nghĩ ra ý tưởng làm chiếc tủ lạnh này từ khi cô còn là sinh viên của trường đại học Leeds University vào năm 2011

Mô tả hệ thống và cách thức hoạt động:

1 Chiếc tủ lạnh chạy bằng

năng lượng Mặt Trời có thiết kế rất đơn giản, gồm

có hai ống xy-lanh, một ống nhỏ đặt bên trong một ống lớn và không dùng nguồn điện ngoài Xy-lanh ngoài làm từ gỗ hoặc

bì cứng và được đục nhiều

lỗ trên thân

2 Xy-lanh nhỏ bên trong

làm bằng kim loại không có đục lỗ để giữ đồ bên trong luôn được khô ráo

3 Khoảng trống giữa hai ống xy-lanh được bơm nước và nhét đầy các thứ có khả

năng hút ẩm như vải, cát, đất…

4 Khi ánh nắng Mặt Trời chiếu vào, nó sẽ làm nước bốc hơi, kéo theo nhiệt bên

trong ống xy-lanh nhỏ ra ngoài và giữ cho nhiệt độ bên trong xy-lanh đó vào khoảng 60C

Hình 3.2 Cấu tạo tủ lạnh trao đổi nhiệt

3.3.1 Mô tả hệ thống:

Hệ thống gồm bộ phận thu nhiệt lượng từ ánh nắng Mặt Trời đốt nóng trực tiếp với động

cơ Stirling Động cơ này được sử dụng với vai trò là một máy nén khí, thông qua bộ phận trao đổi nhiệt cho dung môi chất làm lạnh, chất làm lạnh được nung nóng sẽ đi tuần hoàn quan các hệ thống làm lạnh của máy

Buồng nén hơi Động cơ Stirling

Động cơ Stirling

Hình 3.3 Hệ thống tủ lạnh sử dụng động cơ Stirling

3.3.2 Nguyên lý làm việc:

Khi động cơ Stirling được nung nóng thì áp suất và nhiệt độ không khí bên trong xy-lanh tăng lên, áp suất cao sẽ đẩy piston chuyển động và sinh công hữu ích Công có thể sinh ra

từ không khí nóng trong xy-lanh chừng nào còn quá trình giãn nở và đến khi áp suất bên trong giảm xuống bằng áp suất khí quyển thì quá trình sinh công kết thúc (piston dừng lại) Nếu khi piston chuyển động đến đầu phải của xy-lanh thì ta ngừng cung cấp nhiệt và tăng quá trình thải nhiệt (làm mát) thì nhiệt độ và áp suất không khí bên trong giảm

Ánh nắng Mặt Trời

Bộ phận

thu nhiệt

xuống đến khi áp suất không khí bên trong thấp hơn áp suất khí quyển thì piston sẽ chuyển động ngược trở lại và trở về vị trí ban đầu Quá trình hoạt động lặp đi lặp lại này của động cơ tạo ra quá trình nén khí trong buồng nén

Chất làm lạnh có nhiệt độ sôi lí tưởng cho việc trao đổi nhiệt giữa không khí trời và chất làm lạnh Nhưng điều kiện không khí không cho phép chất làm lạnh chuyển đổi sang trạng thái khí hơi, do vậy buồn nén hơi sẽ làm nhiệm vụ nén và cô đặc lại để chuyển đổi

từ trạng thái gas sang trạng thái khí hơi Một khi đã ở trạng thái khí hơi thì nhiệt độ bắt đầu giảm xuống cho tới điểm lạnh Đây là nguyên lí tạo ra hơi lạnh cho hệ thống

Hai quá trình làm việc tiếp theo của hệ thống phần làm lạnh là “quá trình cấp nhiệt” và

“quá trình giải nhiệt và làm lạnh” hoàn toàn giống với tủ lạnh hấp phụ (mục 3.1 phần

3.1.2, trang 4).

CHƯƠNG 4: ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỦ LẠNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI 4.1 Tủ lạnh hấp phụ:

Ưu điểm: Đơn giản dễ chế tạo, các nguyên liệu dễ kiếm (than sọ dừa, CaCl2,

methanol…) do đó hệ thống có giá thành rẻ

Nhược điểm: cho năng suất không cao, kích thước hệ thống cồng kềnh, hoạt động làm

lạnh bị gián đoạn ngày và đêm…

4.2 Tủ lạnh trao đổi nhiệt:

Ưu điểm: Đơn giản dễ thục hiện các nguyên vật liệu đều dễ dàng tìm có, kích thước nhỏ

gọn có thể xách tay…

4.3 Tủ lạnh sử dụng động cơ Stirling:

Ưu điểm: Khả năng làm lạnh nhanh hơn hai loại tủ lạnh trên

Nhược điểm: Vì hệ thống sử dụng động cơ Stirling làm máy nén hơi, nên do quá trình

đốt nóng động cơ để hoạt động lâu, năng suất không cao, giá thành khá cao, hệ thống có kích cỡ hơi lớn…

Tóm lại, các loại tủ lạnh sử dụng năng lượng Mặt Trời được nêu trên đều là những bước tiến trong quá trình sử dụng năng lượng sạch, không cần đến mạng lưới điện vì thế mọi người dân ở vùng sâu vùng xa vẫn có thể có những chiếc tủ lạnh phục vụ đời sống của mình, góp phần tiết kiệm điên cho mạng điện Quốc gia Song bên cạnh đó, cũng còn không ít khó khăn cần khắc phục như kích thước của hệ thống, năng suất còn thấp, hoạt động gián đoạn phụ thuộc và điều kiện chiếu sáng của Mặt Trời và thời tiết vùng

CHƯƠNG 5: GIÁI PHÁP SỬ DỤNG TRONG THỰC TẾ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG

PHÁT TRIỂN

5.1 Ứng dụng thực tế:

Dựa vào khả năng chứa đựng, năng suất làm lạnh, và khoảng nhiệt độ thấp nhất mà người

ta sử dụng các loại tủ lạnh trên với mục đích khác nhau để đạt hiểu quả mong muốn tốt nhất

Tủ lạnh hấp phụ có nhiệt độ làm lạnh tới -150C, khoang chứa có thể mở rộng vì thế thường được sử dụng để làm đá lạnh hoặc cũng có thể dùng bảo quản thực phẩm,

vacxin…

5.2 Phương hướng phát triển:

Bằng những cơ sở lí thuyết hấp phụ, trao đổi nhiệt, lí thuyết Năng lượng Mặt Trời, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo mẫu máy lạnh phù hợp với điều kiện Viêt Nam: giá thành thấp, cải thiện năng suất và chất lượng, hệ thống thiết bị có thể chế tạo và sử dụng rộng rãi ở điều kiện Việt Nam là mục đích của các nhà khoa học chúng ta hiện nay đang nghiên cứu

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận:

Nguồn năng lượng Mặt Trời là vô tận, mỗi người dân hoàn toàn có thể sử dụng tự do mà không phải trả phí Trong đời sống, cũng không ít các lĩnh vực, ngành cần đến nguồn nhiệt lạnh để bảo quản các sản phẩm của mình như: y học cất trữ vacxin, các mẫu xét nghiệm trong hộp chứa lạnh, chế biến nông sản cũng cần được bảo quản sản phẩm của mình trong môi trường lạnh, các ngư dân ra khơi trong suốt hành trình dài cần đá lạnh để bảo quản chiến lợi phẩm của mình… và họ đều phải bỏ một khoảng tiền lớn để có được cái ”nhiệt độ lạnh” mà họ muốn Vậy tại sao chúng ta không nghĩ đến nguồn năng lượng miễn phí mà ta có thể dùng ở mọi nơi Nếu chúng ta đều sử dụng năng lượng Mặt Trời thì

một phần chúng ta bảo vệ được môi trường chúng ta sống, bảo vệ được Trái Đất, một phần chúng ta có thể tiết kiệm được một khoảng lớn để chi trả cho tiền điện hàng tháng

để có cái “nhiệt độ lạnh” ấy Với cách làm đơn giản, nguyên vật liệu sẵn có thì mỗi nhà ai cũng có thể sở hữu một chiếc tủ lạnh của riêng mình Hãy nghĩ đến cái lợi cho ta và Trái Đất - nơi ta đã và đang sống

6.2 Đề nghị:

Hiện nay, việc sử dụng tủ lạnh chạy bằng năng lượng Mặt Trời vẫn chưa đi phổ biến vào đời sống của người dân nước ta cũng bởi lẽ những nhược điểm của chúng Vì thế, cần phải có những biện pháp khắc phục những cái yếu và phát huy những cái đã đạt được Có thể:

 Nhà nước cần trợ cấp thêm về mặt công nghệ, chi phí, lập thêm nhiều cơ sở nghiên cứu để từng bước khắc phục khó khăn trên con đường tìm và sử dụng năng lượng sạch

 Phổ biến vào trong đời sống người dân những lợi ích mà khi ta sử dụng nguồn năng lượng sạch: năng lượng Mặt Trời, năng lượng Gió, năng lượng Sóng biển… đem lại cho cuộc sống cũng như môi trường sống xung quanh ta và những nguy họa trong tương lai khi ta cứ khác thác sử dụng cạn kiệt các nguồn năng lượng hóa thạch, tài nguyên mà không có nguồn năng lượng thay thế

 Người dân ta luôn e ngại với cái mới, luôn tự hỏi ”Dùng cái này có lợi không?, Có mau hư hỏng không, khi mình làm vất vả mới có tiền mà mua nó về dùng tí đã hư liền thì xong?, Dùng cái này có nhanh hơn cái mình đang dùng không?, Có tiện lợi hơn không? ” Chính vì thế, cần khuyến khích mỗi địa phương, mỗi người dân hãy mạnh dạng sử dụng những thành phẩm sư dụng năng lượng sạch mới của khoa học kĩ thuật

 Tích cực khám phá nghiên cứu để hoàn thiện những sản phẩm sử dụng năng lượng sạch nói chung cũng như thiết bị làm lạnh chạy bằng năng lượng Mặt Trời trên nói