Hệ thống tùy biến nhiệt chất lỏng tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên giúp giảm thiểu chi phí

Nhóm tác giả Phan Nhật Tiến và Trần Văn Nhật Long học sinh trường trường THPT chuyên Quốc Học Huế chế tạo thành công “Hệ thống tùy biến nhiệt chất lỏng NAIDAS dựa trên nguyên lý chuyển hóa năng lượng từ bán dẫn NANOTUBE và lưu trữ năng lượng mặt trời tạp trung dưới dạng nhiệt”. Đề tài đã xuất sắc đạt giải Nhất Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế lần thứ XII, năm 2019.

Trần Văn Nhật Long nhật giải Nhất Cuộc thi năm 2019

Em Nhật Long cho chia sẻ, vấn đề về năng lượng luôn luôn là một vấn đề cả thế giới quan tâm, việc tạo ra điện thì không khó, nhưng vấn đề là lưu trữ chúng một cách hiệu quả thì vẫn đang thách thức các nhà khoa học trên thế giới. Nguồn năng lượng dồi dào từ mặt trời cung cấp đến vẫn chưa được khai thác một cách hiệu quả nhất. Năng lượng được tích trữ luôn có hạn và có thể khan hiếm đối với rất nhiều nhóm người, nên cần thiết sự sở hữu một nguồn năng lượng lâu dài và có thể tái sử dụng.

Nước là một trong những nhu cầu thiết yếu nhất trong đời sống con người bao hàm từ chế tạo sản xuất đến sinh hoạt đời thường. Việc xử lý nước để sử dụng không còn chỉ là lọc khuẩn và tạp chất mà còn bao gồm rất nhiều yếu tố, và một trong số đó là tùy biến nhiệt độ tùy theo nhu cầu sử dụng. Việc tùy biến nhiệt độ nước cực kỳ quan trọng để chúng ta có thể sử dụng hàng ngày và để tiếp cận, tối ưu hóa được rất nhiều hệ thống khác.

Nhật Tiến cho biết thêm, chúng em mong muốn tạo ra một hệ thống mới có công suất và hiệu năng cao song giá thành lại rẻ hơn và khắc phục được những vấn đề năng lượng hiện nay cũng như những nhược điểm trên của các công nghệ hiện nay. Sản phẩm có thể ap dụng được trên nhiều lĩnh vực một cách hiệu quả với công năng cao; Hoạt động được bình thường trong tình trạng thời tiết xấu kéo dài; Lưu trữ năng lượng lâu dài phục vụ cho những mục đích đặc biệt; Công suất làm nóng của hệ thống vượt trội hơn so với các loại thiết bị hiện tại; Cấu tạo và phương thức hoạt động không quá phức tạp; Tiêu thụ điện năng ở mức rất thấp; Dễ tiếp cận, khả năng áp dụng cao; Tối ưu hóa kích thước, phù hợp với không gian tàu bè; Phục vụ tốt tại những vùng thiếu điều kiện hoặc các nhu cầu đặc biệt.

Molten salt từ bình chứa trữ nhiệt thứ nhất được bơm lần lượt đi qua hai ống dẫn song song đặt đồng trục với đường tiêu cự của máng parapol thứ nhất và tiếp tục đi qua hai ống dẫn ở máng thứ hai nhằm tận dụng diện tích còn trống nhiều của kính để tối đa hóa khả năng làm nóng của hệ thống. Các ống dẫn được cấu tạo đa lớp giúp cho ống có thể nhận bức xạ nhiệt nóng lên bên trong nhưng nhiệt ở trong thì không thể thoát ra ngoài, vì vậy hao tổn nhiệt trên đường đi là rất ít. Sau đó dòng molten salt sau khi đã được làm nóng được dẫn vào chứa trong bình chứa trữ nhiệt thứ hai. Các ống dẫn đa lớp được thiết kế đặc biệt nhằm mục đích giữ nguyên khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt và không cho nhiệt năng thất thoát ra ngoài môi trường. Molten salt ở bình chứa thứ hai nhiệt độ cao được bơm đi lên qua ống dẫn và tại nơi tiếp xúc trực tiếp với dòng nước tuần hoàn để trao đổi nhiệt liên tục tạo ra nước nóng là ống đồng để có thể truyền nhiệt năng của dòng chảy cho nước. Molten salt sau khi trao đổi nhiệt với nước được dẫn về lại qua ống dẫn đa lớp bình chứa một và tiếp tục tuần hoàn, phần nước nóng được đưa vào hai khoang chứa nước nóng và đi xuống bình lưu trữ sẵn sàng để sử dụng.

Một phần nước được truyền nhiệt từ peltier, góp phần tham gia quá trình làm nóng nước song song với việc làm lạnh nước ở mặt bên kia, giúp tối đa hóa công suất làm nóng của hệ và là nguyên lý chủ yếu để làm lạnh nước. Phần nước lạnh cũng sẽ được di chuyển xuống bình chứa và sẵn sàng sử dụng.

Lưu chất molten salt với độ trữ nhiệt khổng lồ có khả năng đun sôi  5.46 lần thể tích nước ở điều kiện thường so với một đơn vị thể tích molten salt và 371 lần thể tích đối với việc đun nước từ 30 đến 35 độ C cho nhu cầu nước ấm, hiệu quả và tiết kiệm hơn nhiều so với làm nóng bằng điện năng. Khả năng lưu trữ nhiệt đến khi cạn kiệt lên đến 534 ngày với độ thất thoát 1 độ F mỗi ngày nhờ vào cấu tạo cách nhiệt của bình chứa. Hiệu suất phản xạ năng lượng mặt trời với công nghệ Reflect Tech lên đến 94% và gương phản xạ là không thể vỡ cùng với hiệu quả kinh tế cao. Khả năng tùy biến nhiệt tức thời và có thể làm sôi nước trong thời gian rất ngắn nhờ phương pháp trao đổi nhiệt giữa 2 chất lỏng thông qua các đường ống dẹt bề mặt tiếp xúc lớn. Nước sau khi được làm nóng và làm lạnh sẽ chảy xuống hai khoang nóng và lạnh được nối với một khoang nước ở nhiệt độ thường khác.Toàn bộ các khoang sẽ cùng được nối vào một hệ pha nước để đưa ra nước với nhiệt độ cần thiết.

Hệ thống bám động được xây dựng dựa trên hệ tọa độ xích đạo thiên cầu được bố trí theo hướng Bắc Nam nhằm đảm bảo hai máng parabol luôn nằm trên trục Đông Tây của mặt trời, hệ thống nhật động hai trục trong đó trục chính quay theo hướng mặt trời, trục phụ chỉnh góc lệch mặt trời, hệ thống động cơ bước sẽ xê dịch hệ thống nhằm bám theo chuyển động của mặt trời để luôn thu được lượng nhiệt tối đa. Hệ bám động xích vĩ – góc giờ tối giản mô phỏng chính xác hoàn hảo chuyển động mặt trời theo ngày mà chỉ cần 2 thay vì 4 trục xác lập và chỉ với duy nhất 1 trục gắn động cơ giúp đảm bảo hiệu suất theo hướng nắng. Hệ thống điều khiển gồm mạch arduino, màn hình hiển thị, cảm biến nhiệt độ, relay, … Cảm biến nhiệt độ sẽ đo nhiệt độ của khoang cách nhiệt rồi gửi thông số lên vi xử lí từ đó cho phép hệ thống đóng hay ngắt các module nanotube hay hệ thống bơm molten salt… từ đó tùy biến nhiệt độ chất lỏng.

Với sự tổ hợp nhiều công nghệ và nguyên lý khoa học hiện đại nhưng lại vô cùng đơn giản, ta có thể tạo ra một hệ thống tùy biến nhiệt chất lỏng hiệu quả và có thể phục vụ cho nhiều mục đích, tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên giúp giảm thiểu chi phí. Khả năng tích góp và lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt với độ thất thoát thấp giúp cho việc ứng dụng càng được mở rộng hơn sang các nhu cầu đặc biệt hoặc những nơi thiếu điện. Khả năng trao đổi nhiệt cực nhanh khiến cho việc tùy biến nhiệt độ diễn ra tức thời và hiệu quả.

Đinh Chung

 

Người cập nhật: Đinh Văn Chung
Các bài viết khác:
 

Hổ trợ trực tuyến

Liên Kết Website

Lượt truy cập: 4269453
Đang trực tuyến: 47