4

บทท 2 การตรวจเอกสาร

2.1 ความเปนมาของโครงงาน

การใชพลงงานไฟฟาของประชาชนในประเทศไทยในปจจบนนนมความตองการสงมากกวาก าลงไฟฟาทสามารถผลตได ซงการผลตไฟฟาในประเทศไทยเกอบทงหมดจะเปนการใชพลงงานฟอสซลเปนแหลงพลงงานในการผลตกอใหเกดมลพษตอสงแวดลอมและยงเปนทรพยากรธรรมชาตทใชแลวหมดไป จงมการใหความส าคญในการศกษาการผลตกระแสไฟฟาจากพลงงานสะอาดทางเลอกใหม เพอน ามาพฒนาในการผลตไฟฟาใหไดดและมากขน จงเปนทมาของโครงงานนในการสรางแบบจ าลองการผลตกระแสไฟฟาเพอการทดลอง โดยใชระบบ Organic Rankine Cycle ท างานรวมกบการใชแผนรบรงสความรอนดวงอาทตย (Flat plate solar collector) ซงจะเปนสวนทรบพลงงานความรอนเพอมาผลตน ารอนถายเทความรอนใหกบสารท างานในวงจรแรงคนและน าไปขบ expander ซงใชตวอดไอเปนScroll Compressorเพอไปขบ generator ตอไปเพอผลตกระแสไฟฟา

2.2 ระบบการผลตไฟฟาในประเทศไทย

ระบบการผลตไฟฟาในประเทศไทย ตองใชโรงไฟฟาประเภทตางๆ เพอรองรบการผลตจากแหลงพลงงานเชอเพลงทแตกตางกน ซงโรงไฟฟา แบงเปนประเภทตางๆ ดงน

1. โรงไฟฟาพลงความรอน เปนโรงไฟฟาทใชพลงงานความรอนจากการเผาไหมเชอเพลงตมน า เพอสรางไอน าแรงดนสงมาเปนพลงงานขบเคลอนกงหน และเครองก าเนดไฟฟา โรงไฟฟาพลงงานความรอน ใชเชอเพลงไดหลายขนาด เชน กาซธรรมชาต ถานหน น ามนเตาเหมาะส าหรบเดนเครองเปนโรงไฟฟาฐาน ทใชเดนเครองผลตไฟฟาตลอด 24 ชวโมง

5

ภาพท 2.1 โรงไฟฟาพลงความรอน

( ทมา:http://www.balanceenergythai.com/ระบบการผลตไฟฟา )

2. โรงไฟฟาพลงความรอนรวม เปนโรงไฟฟาทน าเอาเทคโนโลยของโรงงานกงหนกาซ และเครองกงหนไอน ามาท างานเปนระบบรวมกน โดยการน าไอเสยจากโรงไฟฟากงหนกาซ ซงมความรอนสง ประมาณ 500 องศาเซลเซยสไปผานหมอน า และถายเทความรอนใหกบน า ท าใหน าเดอดกลายเปนไอ เพอขบกงหนไอน าทมเพลาตอตรงไปยงเครองก าเนดไฟฟาตอไป

โรงไฟฟากาซในประเทศไทยสวนใหญจะใชโรงไฟฟาชนดน เพราะมประสทธภาพทดกวา เชน โรงไฟฟาพระนครเหนอ โรงงานไฟฟาพระนครใต โรงไฟฟาน าพอง โรงไฟฟาราชบร โรงไฟฟาบางประกง โรงไฟฟาจะนะ เปนตน

ภาพท 2.2 โรงไฟฟาพลงความรอนรวม

( ทมา:http://www.balanceenergythai.com/ระบบการผลตไฟฟา )

6

3. โรงไฟฟาพลงน า ใชแรงดนของน าจากเขอนและอางเกบน า โรงไฟฟาในยคแรกๆ ของประเทศไทยจะเปนแบบโรงไฟฟาพลงน า โดย กฟผ. จะเปนผรบผดชอบในการดแลการปลอยน า ทงเพอผลตไฟฟาและการชลประทาน แตปจจบนการสรางเขอนขนาดใหญเพอผลตไฟฟาไดดวยนน จะมขอจ ากดในดานความเหมาะสมของภมประเทศ

ภาพท 2.3 โรงไฟฟาพลงน า

( ทมา:http://www.balanceenergythai.com/ระบบการผลตไฟฟา )

4. โรงไฟฟากงหนกาซ เปนโรงไฟฟาทใชกงหนกาซเปนเครองตนก าลง ซงไดพลงงานจากการเผาไหมของสวนผสมระหวางกาซธรรมชาต หรอน ามนดเซล กบความดนสงจากเครองดนอากาศในหองเผาไหม เกดเปนไอรอนทความดนและอณหภมสง ไปขบดนใบกงหน และเพลากงหนไปขบเครองก าเนดไฟฟา เพอผลตพลงงานไฟฟาเครองกงหนกาซ เปนเครองยนตสนดาปภายใน เปลยนสภาพพลงงานเชอเพลงเปนพลงงานไฟฟา โดยใชน ามนดเซลเปนเชอเพลง โดยท าการอดอากาศใหมความดนสง 8-10 เทา และสงอากาศเขาไปในหองเผาไหม ท าใหเกดการขนาดตว เกดแรงดน และอณหภมสง สงอากาศเขาไปหมนเครองกงหนกาซ เพลาของเครองกงหนกาซ จะตอกบเพลาของเครองก าเนดไฟฟา ท าใหเกดการเหนยวน า และไดกระแสไฟฟา

7

ภาพท 2.4 โรงไฟฟากงหนกาซ

( ทมา:http://www.balanceenergythai.com/ระบบการผลตไฟฟา )

5. โรงไฟฟาดเซล เปนโรงไฟฟาพลงความรอนประเภทหนง ใชน ามนดเซลเปนเชอเพลง หลกการท างานคลายกบเครองยนตดเซล ทถกฉดเขาไปในกระบอกสบของเครองยนตทถกอดอากาศ มอณหภมทเรยกวา “จงหวะอด” ในขณะเดยวกน น ามนดเซลทถกฉดเขาไปจะท าใหการสนดาปกบอากาศทมความรอนสง เกดการระเบดดนลกสบเคลอนทลงไปเพลาขอเหวยง ซงตอกบเพลาของเครองยนตทตอกบเพลาของเครองก าเนดไฟฟา เกดการเหนยวน าดวยกระแสไฟฟา

ภาพท 2.5 โรงไฟฟาดเซล

( ทมา:http://www.balanceenergythai.com/ระบบการผลตไฟฟา )

8

จะเหนไดวา โรงไฟฟาแตละประเภทมกระบวนการตางๆ และมขอด ขอจ ากดทแตกตางกนไป แตทงหมดของขนตอนเหลาน นนคอทมาของไฟฟา ปจจยทใหความส าคญกบชวตประจ าวนของเราทกคนนนเอง จงมความจ าเปนทจะตองมการคนหาวธการใหมทจะสามารถผลตไฟฟาไดโดยสนเปลองทรพยากรธรรมชาตนอยทสด จงมการศกษาคนควาและมการน าความรดานวชา เทอรโมไดนามกสเขามาใชรวมดวยจงเปนทมาของการน าวฏจกรแรงคนมาใชเพอผลตกระแสไฟฟา

2.3 Organic Rankine Cycle (ORC)

Organic Rankine Cycle มหลกการท างานคอการเปลยนพลงงานความรอนอณหภมต าในชวง 40-100 องศาเซลเซยสมาผลตเปนพลงงานไฟฟาผานระบบ Organic Rankine Cycle วฏจกรแรงคนสารอนทรยหรอ Organic Rankine Cycle (ORC) เปนระบบการท างานทใชหลกการของวฏจกรแรงคน (Rankin Cycle) แตใชสารท างานในกลมสารอนทรย (Organic) ทมมวลโมเลกลสงสามารถเปลยนสถานะจากของเหลวเปนไอทอณหภมต าหรอมจดเดอดต า (Boiling point) เมอเปรยบเทยบกบจดเดอดของน าทใชเปนสารท างานในระบบแรงคนท าใหระบบผลตกระแสไฟฟาแบบ ORC สามารถท าใหสารท างาน กลายสถานะจากของเหลวเปนไอเพอใชขบกงหนและผลตกระแสไฟฟาออกมาไดโดยใชแหลงความรอน อณหภมต า

2.3.1 หลกการทางานของระบบ Organic Rankine Cycle น ารอนจากตวเกบรงสแบบแผนเรยบ (Flat plate solar collector)จากนนนารอนดงกลาวจะถกจายใหแกระบบผลตกระแสไฟฟาแบบ ORCโดยปมนารอน (Hot Water Pump) เพอถายเทความรอนใหแกสารทางาน (Refrigerant) ในระบบผลตกระแสไฟฟาแบบ ORCและถกสงกลบไปรบความรอนอกครงทตวเกบรงสแบบแผนเรยบ (Flat plate solar collector) ระบบผลตกระแสไฟฟาแบบ ORCมสารท างานในระบบจะถกสงมารบความรอนโดยปมสารท างานจากนนสารท างานจะรบความรอนจากน ารอนภายใตความดนคงทจนกระทงเขาสสภาวะของเหลวอมตวกลายเปนไออมตวและเปนไอรอนยวดยงในทสดไอรอนยวดยงจะเขาสกงหน (Turbine) ขยายตวและขบเพลาทตอกบเครองก าเนดไฟฟา (Generator) เพอผลตพลงงานไฟฟาจากนนความดนและอณหภมของไอของสารท างานททางออกของกงหนจะลดลง

9

ภาพท 2.6 แผนผงระบบ ORC

( อางอง: อภวฒนยมประเสรฐ,นฐพรไชยญาตวทยาลยพลงงานทดแทนมหาวทยาลยแมโจ )

2.3.2 การเลอกสารทางานทนาไปใชในระบบ Organic Rankine Cycle ทมอณหภมตา

ตารางท 2.7 ขอมลทวไป, ดานความปลอดภย, ดานสงแวดลอมของสารท างาน

ไมมขอมล, จดเดอด, อณหภม ณ จดครตคอล, ความดน ณ จดครตคอล, คาแสดงระดบการท าลายโอโซน, คาศกยภาพในการท าใหเกดภาวะโลกรอน

10

1.ความดนวงจร คาความดนทดอยในชวง 0.1-2.5 MPa และอตราความดน (PR) ทเหมาะสมประมาณ

3.5 Water และEthanol สามารถใชไดใน Condenser ทมความดนต า R407C, R32 และ R717 มความดนทสงมากเกนวา 3 MPa ใน evaporator สวน Methanol, Water, Ethanol, Cyclohexane และ R113 มอตราสวนความดนทสงมาก Water, Ethanol มจดระเหยในความดนต า ของเหลว Isentropic ไมสามารถใชได เนองจากความดนต ากวา จดวกฤต ดงนนสารทเหมาะสมไดแก RC318, R600a, R600, R114, R601, R500 และ R152a

ตารางท 2.8 การเปรยบเทยบประสทธภาพของสารท างานแตละชนดโดยทไดก าลง 2 kW

i : ไอเซนโทรปก, w : เปยก, d : แหง, : แอมโมเนย, น า

2.อตราการไหล ณ ทางออก Turbine

สามารถก าหนดขนาดและคาใชจายของระบบได ผลของการค านวณในตารางท 2.8 ท าใหเหนวา N-Pentane, R113, Cyclohexane, Water, Ethanol, Methanol, R123 และ R141b มอตรา การไหลสง แตของเหลวทมอตราการไหลทต าเปนทนยมดวยเหตผลทางเศรษฐกจ ไดแก: R32, Ammonia, R407C, R290, R500, R134a and R152a จากรปท 2.9 จะเหนวาโดยทวไปอตราการไหลของปรมาณทลดลงดวยการเพมขนของอณหภม

11

ภาพท2.9 อตราการไหล ณ ทางออก Turbine ตออณหภมของสารท างานทตางกน ณ ทางออก Turbine ท

3.ประสทธภาพของระบบ

ภาพท 2.10 ประสทธภาพของระบบกบความดน ณ ทางเขาTurbineของสารท างานทมจดเดอดต าท และ

ภาพท 2.11 ประสทธภาพของระบบกบความดน ณ ทางเขา Turbine ของสารท างานทมจดเดอดสงท

และ

12

ระบบมประสทธภาพความรอนในชวง 2.61% ส าหรบ R32 ถง 4.89% หรอน า รปท 2.10

และ 2.11แสดงใหเหนถงผลกระทบของการเปลยนแปลงท Turbine ขาเขา ความแตกตางของอณหภมจะ

คงทเปนไออมตวททางเขาประสทธภาพของระบบความรอนท าใหความดนขาเขาเพมขน ส าหรบจดสง

เดอดของWaterและEthanol มประสทธภาพมากขน เมอเทยบกบ N-Pentane และ R123 (รปท 2.11)

ในตารางท 2.8ในกฎขอท 2 ประสทธภาพแตกตางกนจาก 15.3% (R32) ไป 28.7% (น า) ประสทธภาพ

ของ Turbine สามารถดไดในรปท 2.12 และ 2.13ส าหรบของเหลวทมจดเดอดต า ตามกฎขอท 2

มประสทธภาพสงสด (รปท 2.12) ซงแสดงใหเหนการท างานทดทสด ประสทธภาพของระบบตามกฎขอท

2 ม 2 กลม เพมขนในชวงสน 0-1.0 MPa และลดลงเลกนอยส าหรบความดนทสงขน (รปท 2.13)

ภาพท 2.12 ประสทธภาพของระบบของกฎขอทสองกบความดน ณ ทางเขาTurbineของสารท างานทม

จดเดอดต าท และ

ภาพท 2.13 ประสทธภาพของระบบของกฎขอทสองกบความดน ณ ทางเขา Turbine ของสารท างานท

มจดเดอดต าท และ

13

4. Irreversibility

จากตารางท 2.8 ระบบ Irreversibility อยในชวง 3.79-5.15 กโลวตต Water และR407C ใหผลผลตต าสด และสงสด ตามล าดบรปท 2.14 แสดงแตละอปกรณและของเหลวทแตกตางกน จะเหนไดวาการแลกเปลยนความรอนบน Preheater, Evaporatorมการแลกเปลยนกนมากทสด รวมประมาณ 78% จากทงหมด

ภาพท 2.14 การกระจายตวของสารท างานในระบบ irreversibility ในแตละอปกรณ : R134a, R407C, RC318 และ ethanol

ระบบ Irreversibility ถกวเคราะหการเปลยนแปลงในพารามเตอรเพอศกษาผลกระทบ ของอณหภมของแหลงความรอนในระบบ ความแตกตางของอณหภมระหวางแหลงความรอนและทางเขา Turbine ถกรกษาไวใหคงท ( = 15 ) ในสภาวะทแตกตางกนอณหภมTurbine ขาเขาและของไหลท างานตามแนวโคงของไออมตว

ภาพท 2.15 ระบบ irreversibility กบความดน ณ ทางเขา Turbine ของสารท างานทมจดเดอดต า ท

14

ภาพท 2.16 ระบบ irreversibility กบความดน ณ ทางเขา Turbine ของสารท างานทมจดเดอดสง ท

รปท 2.15 และ 2.16 แสดงใหเหนผลกระทบของอณหภมแหลงความรอนในระบบ ในรปท 2.15 แสดงใหเหนถงการความดนทเพมขนและลดลงการเปลยนแปลงต าสดเหมาะส าหรบ RC318 ในรปท 2.16แสดงใหเหนถงความดนรวมทเพมขนททางเขาของ Turbine ส าหรบของเหลวประเภทนความดนจะต ากวาเมอเทยบกบของเหลวทมจดเดอดต าWaterมการเปลยนแปลงต าสดตามดวย Methanol, Ethanol ในรปท 2.17 และ 2.18 แสดงใหเหนถงความดนรวมลดลงเมอเขา Turbineจงสรปไดวาความแตกตางระหวางอณหภมชวยเพมประสทธภาพของระบบ

ภาพท 2.17 ระบบ irreversibility กบความดน ณ ทางเขาTurbineของสารท างานทมจดเดอดต า ท และ อณหภมจากแหลงความรอน

15

ภาพท 2.18 ระบบ irreversibility กบความดน ณ ทางเขาTurbineของสารท างานทมจดเดอดสง ท และ อณหภมจากแหลงความรอน

5.อตราการไหลของมวล

จากตารางท 2.8 Water, Ethanol และ Methanol ใหความดนต าสด และ คา Enthalpy สงสด นเปนขอไดเปรยบส าหรบของเหลวเหลานซงจะตองลดอตราการไหลของมวลและความรอนใหต ากวาเกณฑ Ammoniaมความดนสง แตผลตอบแทนถวเฉลยอตราการไหลของมวลต าและความรอนสงของการกลายเปนไอ จากรปท 2.19 กจะเหนไดวาอตราการไหลของระบบลดลงเมออณหภมททางเขาTurbineเพมขน ดวยเหตผลทางธรกจ ของเหลวทมอตราการไหลของมวลต าเชน Ammonia, Ethanol และ Methanol เปนทนาสนใจโดยเฉพาะอยางยงส าหรบระบบความจขนาดใหญ

ภาพท 2.19 อตราการไหลของมวลกบอณหภม ณ ทางเขา Turbine ของสารท างานชนดตางๆ ท

16

6. การวเคราะหขอมลความรอนเขา

ความรอนทเขาสระบบความส าคญมากใน ORC แสงอาทตย เนองจากเปนตวก าหนดขนาด Solar Collectorถอวาเปนสวนหนงทส าคญของคาใชจายของระบบจากตารางท 2.8 ความรอนทจ าเปนส าหรบการสงออกพลงงาน 2 กโลวตตตกอยในชวง 40-47 กโลวตต ของเหลวทม สงตองมอตราความรอนต า เชนWater, Ethanol, Methanolและ Ammonia จากรปท 2.20 ไออมตวทมอณหภมสงลดปรมาณของการปอนความรอนนจะชวยเมอออกแบบ ORC โดยขนอยกบการประยกตใช ท าใหสามารถเลอกไดวา ระหวางระบบทมพนทขนาดใหญแตอณหภมสะสมต า หรอระบบทมพนทขนาดเลก แตอณหภมสะสมสง

ภาพท 2.20 อตราการใสพลงงานความรอน กบอณหภม ณ ทางเขา Turbine ของสารท างานชนดตางๆ ท

7. อทธพลของอณหภมของสภาพแวดลอม

ภาพท2.21 สวนประกอบของระบบ irreversibility กบอณหภมสงแวดลอม( ใช R134a เปนสารท างาน )

17

ภาพท2.22 ประสทธภาพจากกฎขอทสองและระบบ irreversibility กบอณหภมสงแวดลอม ( ใช R134a เปนสารท างาน )

รปท 2.21 และ 2.22 แสดงถงอณหภมจากสงแวดลอมทมผลกระทบถงประสทธภาพของระบบสารท างานทใชในการวเคราะหคอ R134a จากรปท 2.21เปนทชดเจนวาอณหภมจากสงแวดลอมมผลกระทบตอ Condenser ดวยเหตนเพอประสทธภาพทดความแตกตางของอณหภมทเหมาะสมระหวางอณหภมCondenserและอณหภมสงแวดลอมควรอยในชวง 5-15 องศาเซลเซยส

8.ศกษาการถายเทความรอนในเครองแลกเปลยนความรอน

ภาพท 2.23 แผนภาพแสดงกระบวนการการถายเทความรอนระหวางน ารอน และ R134a ในเครองแลกเปลยนความรอน

18

ภาพท 2.24 แผนภาพแสดงกระบวนการการถายเทความรอนระหวางน ารอน และ methanol ในเครองแลกเปลยนความรอน

ภาพท 2.25 แผนภาพแสดงกระบวนการการถายเทความรอนระหวางน ารอน และ R407C ในเครองแลกเปลยนความรอน

( ) (1)

( ) ( ) (2)

กระบวนการแลกเปลยนความรอนระหวางของเหลวและสารท างานมการศกษาโดยใชความสมดลของพลงงานในการแลกเปลยนความรอน สามารถจะแสดงไดเปน และ ซงเปนอตราการไหลของมวลของของเหลวถายเทความรอนและสารท างานตามล าดบ และ ม Enthalpy ของของเหลวถายเทความรอนและสารท างานตามล าดบ , เปน Enthalpyของของเหลวถายเทความรอนหลงจากทออกจากเครองแลกเปลยนความรอนความแตกตางของอณหภม 6 องศาเซลเซยส

19

รปท 2.23-2.25แสดงใหเหนถง ความเปลยนแปลงของอณหภม ในการแลกเปลยนความรอนของของไหล 3 ชนด : R134a, Methanol และ R407Cอณหภมขนอยกบคณสมบตของของเหลว : คาความรอนแฝงกลายเปนไอ, รปรางของเสนโคงทอมตว, การน าความรอนอนๆในกลม จากรปท 2.23-2.25 ปรมาณความรอนทถายเทไปยงวฎจกร (Preheater และ Evaporator) ดงนนการวเคราะหจกหยก(Pinch point) ควรพจารณาเมอออกแบบระบบส าหรบการถายโอนความรอนทมประสทธภาพใน Preheater และ Evaporator จากรปท 2.23 และ 2.24จะเหนไดวา Methanolซงจะตองม Preheater ขนาดเลกและ Evaporator ขนาดใหญ แตกตางจากสารท าความเยน R134a จะตองจะตองม Preheater ขนาดใหญ และ Evaporator ขนาดเลก ใช Methanolของความรอนจะถกโอนมากทสดในชวงเปลยนเฟส ทอณหภม 75 องศาเซลเซยส Methanolมคณสมบตความรอนแฝงสงในกรณของ Zoetrope ของเหลว (R407C) อณหภมแตกตางกนในชวงเปลยนเฟส ตารางท2.26การว เคราะห เครองแลกเปลยนความรอนจากสารท างานทแตกตางกน 5 ชนด ( ไดก าลง 2 kW, อณหภมจากแหลงความรอน )

ในตารางท2.26 อณหภมของของเหลวถายเทความรอนออกจากPreheater, จดหยก(Pinch points)ส าหรบของเหลวเยนและรอน, อตราการไหลของมวลและปรมาณความรอนทใสลงไปในของเหลว 5 ชนด Ammoniaและ Methanolมปรมาณความรอนทใสลงไปและมอตราการไหลของมวลนอยทสดเมอเทยบกบสารอนๆ การปอนขอมลความรอนเปนตวแปรส าคญทจะก าหนดขนาดของ Solar Collector และ ปรมาณการเกบความรอนและดวยเหตน , จะสามารถก าหนดคาใชจายของระบบได เราไมสามารถสรปจากการถายโอนความรอนและอตราการไหลของมวลได ในโรงงานทมประสทธภาพนยมใชอตราการไหลต า จากการวเคราะหการด าเนนการในสวนน ถามองจากเศรษฐกจและจากจดถายเทความรอน Methanolและ Ammonia เปนทนาสนใจ

20

9. ขอพจารณาดานสงแวดลอม สารท าความเยนบางชนดท าลายโอโซนและน าไปสการเกดภาวะโลกรอน จากผลกระทบเชงลบ

ของสารจงมความจ าเปนทจะตองเลอกสารทมผลกระทบทเปนอนตรายตอสงแวดลอมนอยทสด R12, R113, R114 และ R500 ไมสามารถเลอกไดเนองจาก ODP และ GWP สง RC318 ม GWP ประมาณ 10250 แตนาเสยดายทมการขาดของขอมลดานสงแวดลอมทเกยวของกบความบรสทธของสารบางชนดและขาดของของเหลวบางอยางในการวเคราะหน มสารทมไมกชนดท ODP และ GWP ต า และของเหลวเหลานถกน ามาใชในปจจบน และจะคอยๆแพรออกไปในอนาคตอนใกล สารทน าสนใจในเงอนไขนคอ R141b, R123, R407, R134a, R407C, R32, น า,แอมโมเนยและตระกลแอวเคนเปนสารมตรกบสงแวดลอม

ตารางท 2.27 สรป

10. ขอพจารณาดานความปลอดภย เกณฑความปลอดภยทไมสามารถละเวนไดASHRAE 34 มการจดหมวดหมความปลอดภยส าหรบของเหลว แอวเคนทปลอดสารพษ แตไวไฟเปนประเภท A3 จงจ าเปนตองมอปกรณความปลอดภย R152a จดอยในประเภท A2 (ไวไฟทนอยกวาและปลอดสารพษ) R123 เปนประเภท B1 (ไมตดไฟ แตมพษ) แอมโมเนยจดเปนประเภท B2 (ทเปนพษและมขดจ ากดการตดไฟต ากวา) สามารถถกน ามาใชในพนทเปดโลงดวยความระมดระวงนอยกวาเมอเทยบกบแอวเคน R134a เปนประเภท A1 (ไมตดไฟและปลอดสารพษ) ปลอดภยเมอเทยบกบสารท าความเยนอนๆ และดงนน R134a จงเปนของเหลวทนาสนใจในเงอนไขน

21

11. การวเคราะหโดยรวม ( Bertrand FankamTchanche, George Papadakis, Gregory Lambrinos, Antonios Frangoudakis, 2008 ) จากการวเคราะหการด าเนนการในสวนกอนหนา (1-10) ไมมของเหลวครบทกคณสมบตทพงประสงค พารามเตอรทงหมดทกลาวมาขางตนมความส าคญส าหรบการออกแบบ ORCเปนเรองยากทจะหาสารท างานทเหมาะทมประสทธภาพสง ความดนทเหมาะสม ODPและGWPต าและไมตดไฟไมเปนพษและไมกดกรอน ในตารางท 2.27สารจ านวนหนงถกแบงกลม ส าหรบคาของพารามเตอรนยมของเหลวเราใสเครองหมาย + (บวก), - (ลบ) ในกรณตรงขามและ +/- ของเหลวตอไปนจะไมไดเลอก : RC318 (GWP สง), Cyclohexane (อตราการไหลและความดนสง), R407C (ความดนทevaporatorสง, ประสทธภาพต า),R32 (ความดนทevaporatorสง,ประสทธภาพต า, มความชนสงหลงจากการขยายตว), Ethanol, Water, Methanol (อตราการไหลททางออกTurbineสง), R12, R113, R114 และ R500 (GWPและODPสง), R141b ( อตราการไหลททางออกTurbineสง, ODPสง ) ในทสดของเหลวทเหมาะสมทสดส าหรบการใชงานทอณหภมต า อณหภมแหลงความรอนต ากวา 90 องศาเซลเซยส คอ R134a ตามดวย R152a, R290, R600 และ R600a 2.4 Solar Collector

Solar collector ตวเกบรงสอาทตย อปกรณทประดษฐขนเพอใชในการดดซบและสะสมพลงงานความรอนจากแสงอาทตยและถายเทความรอนไปใหตวกลาง (medium) ทล าเลยงไปตามระบบทอ สวนประกอบหลกของตวเกบรงสอาทตยไดแก - ตวดดกลน (absorber) ท าหนาทรบความรอนจากแสงอาทตย ท าจากวสดทมคณสมบตดดกลนรงสคลนสน (short wave radiation) ไดด สะทอนแสงนอย อตราการปลดปลอยพลงงานในรปรงสคลนยาว (long wave radiation) ต าและไมยอมใหแสงสองผาน ไดแก โลหะทองแดงหรออลมเนยม เปนตน - อปกรณน าความรอน (heat carrier) ประกอบดวยตวกลางและระบบทอน าความรอน ท าหนาทถายเทความรอนจากตวดดกลนไปยงอปกรณปลายทาง - อปกรณเกบความรอน (energy storage) ท าหนาทเกบสะสมความรอนกอนทจะน าไปใชงาน ตวเกบรงสอาทตยทมใชกนอยในปจจบนแบงตามรปทรงของตวเกบรงส ไดแก ตวเกบรงสแบบแผนเรยบ แบบทอ และแบบรางพาราโบลก

22

2.3.1. ตวเกบรงสแบบแผนเรยบ (Flat plate collector) ตวเกบรงสอาทตยทมลกษณะเปนแผงโลหะ ประกอบดวยตวดดกลนทเปนแผนเรยบรบแสงท า

ดวยทองแดงหรออลมเนยม และมระบบทอ (riser tube) เชอมตดอยดานบนของแผนรบแสง ปดทบดวยกระจกหรอพลาสตกดานบน (glazing) แผนรบแสงเคลอบดวยสารพเศษทมคณสมบตเลอกรงส (selective coating) ชวยเพมการดดกลนแสงอาทตย (absorption) ทงจากรงสตรง (direct radiation) และรงสกระจาย (diffuse radiation) และลดอตราการปลดปลอยพลงงานในรปของแสง (emission) ตวแผงโลหะและขอบทงสดานหมดวยฉนวน เพอลดการสญเสยพลงงานจากการน าความรอน (conductive heat loss) เมอแสงอาทตยสองเขามาในแผงโลหะ พลงงานความรอนทเกดขนจากแผนดดกลนจะสงผานใหตวกลาง (medium) ทไหลอยภายในทอ เชน น าหรอของเหลวชนดอน โดยทวไปตวเกบรงสอาทตยแบบแผนเรยบสามารถน ามาใชผลตน ารอนเพอใชประโยชนในชวง-อณหภมไมเกน 100 องศาเซลเซยส เชน การผลตน ารอนเพอใชในอาคารบานเรอน หรอผลตน าอนส าหรบสระวายน า เปนตน

ภาพท 2.28 สวนประกอบของFlat plate collector

ทมา:https://ienergyguru.com/2015/07/solar-thermal-heat-system/

2.ตวเกบรงสแบบรางพาราโบลก (Parabolic Trough Collector) ตวเกบรงสอาทตยทมแผนสะทอนแสง (reflector) รปทรงพาราโบลาชวยรวมแสงอาทตยไปยง

จดโฟกส ณ ต าแหนงทตดตงแนวทอทมตวกลาง (medium) ไหลผานท าใหดดกลนความรอนไดในปรมาณสงมาก โดยมอณหภมสงถง 290-400 องศาเซลเซยสกรณทใชน าเปนตวกลาง ถาตดตงตวเกบรงส

23

แบบรางพาราโบลก จ านวนมากพอ ความรอนทเกดขนจะท าใหน ากลายสภาพเปนไอน าแรงดนสงปอนเขาสโรงไฟฟาพลงความรอนจากแสงอาทตยเพอน าไปผลตกระแสไฟฟาตอไปตวเกบรงสแบบรางพาราโบลกยงสามารถออกแบบใหมระบบตดตามต าแหนงของดวงอาทตยบนทองฟาเพอรบแสงอาทตยจากรงสตรง (direct radiation) ความเขมสงไดตลอดทงวน เปนการเพมประสทธภาพการแปรรปพลงงานใหสงขนไดอกดวย

ภาพท 2.29 สวนประกอบของParabolic Trough Collector ( ทมา:https://ienergyguru.com/2015/07/solar-thermal-heat-system )

3.ตวเกบรงสแบบทอ (Tubular Collector) ตวเกบรงสอาทตยทมลกษณะเปนทอสญญากาศประกอบดวย หลอดแกวชนนอก ชนดโดรเนย (Dornier type หรอ heat pipe evacuated tube) และทอชนในท าจากโลหะทองแดงหรออลมเนยม ตดอยกบครบ (fin) ซงเคลอบดวยสารพเศษทมคณสมบตเลอกรงส (selective coating) ท าหนาทเปนตวดดกลน (absorber) โดยมตวกลาง (medium) เปนของเหลว เชน น าไหลเวยนอยภายในทอชนใน ชองวางระหวางหลอดแกวชนนอกกบทอโลหะชนในเปนสญญากาศ เพอลดการสญเสยพลงงานจากการน าและการพาความรอน (conductive และ convective heat losses) ท าใหประสทธภาพการแปรรปพลงงานสงกวาตวเกบรงสแบบแผนเรยบ ตวเกบรงสแบบทออกรปแบบหนงประกอบดวยหลอดแกวสองชนชนดเดวาร (Dewar type หรอ all glass evacuated tube) ชนนอกเปนหลอดแกวใส ผวหลอดแกวชนในเคลอบดวยสารพเศษทมคณสมบตเลอกรงส ท าหนาทเปนตวดดกลน ชองวางระหวางหลอดแกวทงสองชนเปนสญญากาศเชนเดยวกบชนดโดรเนย ตวเกบรงสแบบทอสามารถผลตความรอนเพอใชประโยชนในชวงอณหภม 90-200 องศาเซลเซยส

24

ภาพท 2.30 Tubular Collector

( ทมา:https://ienergyguru.com/2015/07/solar-thermal-heat-system/ )

2.4.1 สวนประกอบทสาคญของระบบทาน ารอนพลงงานแสงอาทตย

• แผงรบแสงอาทตย (solar collector) ท าหนาทเปนตวรบรงสแสงอาทตยและแปลงเปนพลงงานความรอนถายเทความรอนทไดจากแสงอาทตยใหกบน าโดยผานทอทองแดง ซงชนดของแผงรบแสงอาทตยสามารถแบงออกเปน 2 ชนด คอ ชนดแผนเรยบ และชนดรวมแสง จะกลาวถงในหวขอ 2.2.2

• ถงเกบน ารอน (storage tank) ท าหนาทเกบน ารอนทผานมาจากแผงรบแสงอาทตยเพอน าไปใช โดยตวถงจะตองมฉนวนเพอปองกนการสญเสยความรอน

• ระบบทอ วาลว และปม (pipe, valve and pump) เปนอปกรณทมความส าคญตอระบบเปนอยางมาก โดยทวไปแลวทอจะตองมการหมฉนวนเพอปองกนการสญเสยความรอน วาลวมหนาทควบคมปรมาณการไหล การปด-เปดของการใชน า สวนปมท าใหเกดการหมนเวยนภายในระบบตลอดเวลา อณหภมภายในถงจะเกดความสม าเสมอ

25

2.4.2 หลกการทางานของระบบทาน ารอนพลงงานแสงอาทตยแบบแผนเรยบ

การท างานของระบบนคอนขางงายไมซบซอน กลาวคอ เมอมรงสแสงอาทตยเกดขนภายในแผงรบแสงอาทตย ตวรบรงส (absorber) คอยดดกลนรงสอาทตย และเปลยนพลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานความรอนถายเทใหกบน าภายในถงเกบน าท าใหน าในถงมอณหภมสงขนเรอยๆ เพอรอการน าไปใชงาน หรอภายในถงเกบน าอาจจะมลวดหรอตวเสรมความรอนดวย ในกรณทระดบรงสแสงอาทตยไมเพยงพอ สวนระบบท าน ารอนทใชงานอยจะมอย 2 ระบบ คอ ระบบแอคทฟ (Active Solar Heater) และระบบแพสสฟ (Passive Solar Heater) จะกลาวในหวขอ 2.2.3

2.4.3 ประเภทของระบบทาน ารอนดวยพลงงานแสงอาทตย

มทงระบบแอคทฟ (Active Solar Heater) ซงระบบจะใชปมน าในการบงคบการไหลเวยนของของเหลวทใชในการถายเทความรอน และอกระบบคอ ระบบแพสสฟ (Passive Solar Heater)จะใชการเคลอนทตามธรรมชาตของของเหลวทใชในการถายเทความรอนแทน สวนปรมาณน ารอนทผลตไดจะขนอยกบชนด ขนาดของระบบ ความเขมแสงอาทตย และลกษณะการตดตงมมเอยง-ทศทางของตวรบรงสอาทตย

ลกษณะของระบบท าน ารอนดวยแผงรบแสงอาทตย อาจจะแยกเปนระบบเปดหรอแบบ สงน ารอนโดยตรง และอกระบบเรยกวาระบบปดหรอแบบสงน าโดยออมส าหรบระบบเปดนนน า ทผานตวรบรงสอาทตยจะถกน าไปใชงานเลย แตระบบปดจะใชของเหลวทใชถายเทความรอนมาแลกเปลยนความรอนกบน าเยนและใหน าเยนกลายเปนน ารอนเพอน าไปใชประโยชนตอ

•ระบบแอคทฟ (Active Systems) เปนระบบทมการใชปม วาลว และตวควบคมเพอบงคบใหน า หรอของเหลวถายเทความรอนหมนเวยนในระบบผานตวรบรงสอาทตย โดยปกตจะมราคาสงกวาระบบแพสสฟ แตระบบนจะมประสทธภาพสงและการตดตงทงายกวา เนองจากถงเกบน ารอนในระบบแพสสฟตองอยสงกวาตวเกบความรอนและตองอยใกลกนดวย ระบบแอคทฟจะแบงเปนแบบเปดและแบบปด ดงน

26

ภาพท 2.31 ระบบแอคทฟ (Active Systems)

- ระบบแอคทฟแบบเปด (Open Loop Active System) ระบบนจะใชปมในการหมนเวยนน า ทตองการน าไปใชใหผานตวรบรงสอาทตย จะท าใหมประสทธภาพสงและคาใชจายในการท าน ารอนต า แตวธไมเหมาะกบน ากระดาง หรอมความเปนกรดมากเกนไป เพราะเปนสาเหตท าใหเกดตะกรน หรอสนมขน

- ระบบแอคทฟแบบปด (Close Loop Active System) ระบบนจะใชปมในการหมนเวยนของเหลวทใชแลกเปลยนความรอนใหผานตวรบรงสอาทตย ซงโดยทวไปจะใชของผสมระหวางไกลคอลกบน า (Glycol-Water Antifreeze Mixture) ซงเปนของผสมทมจดเยอกแขงต านอกจากนนจะใชเครองแลกเปลยนความรอนในการถายเทความรอนจากของเหลวทใชถายเทความรอนกบน าทตองการไปใชประโยชนซงจะถกน าไปเกบไวไนถงเกบน ารอน

• ระบบแพสสฟ (Passive Systems) ระบบนจะไมใชปมในการท าใหของเหลวทใชระบบเคลอนท ซงมขอดคอ ไมมเครองใช ไฟฟาทอาจเสยได ท าใหอายการใชงานนานและมการบ ารงรกษางายกวาระบบ แอคทฟ ราคาถกกวาแตมขอเสยตรงทประสทธภาพดอยกวาระบบแอคทฟ และเครองท าน ารอนระบบนจะมอย 2 ประเภท คอ แบบถาด และแบบทอความรอนเทอรโมไซฟอน

- แบบถาด หรอบางครงเรยกวาแบบกลองขนมปง (Bread Box) ซงเปนเครองท าน ารอนในแบบงายๆ มสวนประกอบ คอ ถงเกบน ารอนวางอยในกลองทหมฉนวนมแผนสะทอนแสงภายในกลอง และมดานทหนเขาหาแสงอาทตยเปนกระจกใส เครองท าน ารอนแบบนมราคาถก และมอปกรณไมมากชนท าใหมการบ ารงรกษางาย และมปญหาระบบทใชงานไมไดนอย สามารถตดตงทงบนพนและบนหลงคา ถง

27

เกบน ารอนทตดตงอยภายในกลองจะใชวสดพเศษในการผลตเนองจากวสดทใชท าผวจะตองมการดดความรอนทดแตมการสญเสยความรอนโดยการแผรงสต า - ทอความรอนเทอรโมไซฟอน (Thermo siphon System) จะใชหลกการพาความรอนตามธรรมชาต คอ น าทรอนกวาจะลอยตวสงขนดานบนถงเกบน ารอนใหอยสงกวาตวรบรงสอาทตย จะท าใหการหมนเวยนของน า ระหวางตวรบรงสอาทตยกบถงเกบน ารอน เมอน าในตวรบรงสอาทตยถกท าใหอณหภมสงขน จะสงผลใหน ามน าหนกเบาขนและจะขนไปอยในถงเกบน ารอนดานบนตามหลกการพาความรอนตามธรรมชาต สวนน าเยนทอยดานลางของถงเกบน ารอน จะไหลสดานลางของถงเกบน ารอน และมน าหนกมากกวา เพอทดแทนน ารอนทเคลอนทขนไปบนถงเกบน ารอน ท าใหเกดการไหลเวยนขนในระบบมลกษณะคลายกาลกน า(Siphon) ระบบนมประสทธภาพดพอสมควร และยงมราคาไมสงมาก แตขอควรระวง คอ ในการตดตงครงแรกตองไดมาตรฐานเพราะระบบจะท างานไมได ถามขอผดพลาดจากการตดตง

ภาพท 2.32 ระบบแพสสฟ (Passive Systems)

2.4.4 ตาแหนงการตดต งตวรบรงสแสงอาทตย

ควรจะตดตงต าแหนงทจะมโอกาสไดรบแสงอาทตยมากทสด คอ ตองอยสงพอทจะไมถก เงาของอาคาร หรอตนไมบง และควรท ามมเอยงเพอใหมการระบายน าทด และสามารถใชน าฝนใน การชะลางสงสกปรก ฝนทอาจท าใหประสทธภาพของระบบต าลงไป ส าหรบประเทศไทยควรตดตง ไปทางทศใตโดยเอยงเปนมมเงย 15° เนองจากวาประเทศไทยอยทางซกโลกเหนอ ท าใหแสงแดด สองโดนหลงคาทางทศใตตลอดป

28

2.4.5 ขอมลเกยวกบแสงอาทตย และอณหภมอากาศของประเทศไทย

1. ศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของประเทศไทย (กรมพลงงานทดแทนและการอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, 2542 : ออนไลน) จากแผนทศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของประเทศไทย (พ.ศ. 2542) โดยกรมพฒนาและสงเสรมพลงงาน รวมกบคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร พบวาการกระจายของความเขมรงสแสงอาทตยตามบรเวณตางๆ ในแตละเดอนของประเทศ ไดรบอทธพลส าคญจากลมมรสมตะวนออกเฉยงเหนอ และลมมรสมตะวนตกเฉยงใต และพนทสวนใหญของประเทศไดรบรงสแสงอาทตยสงสดระหวางเดอนเมษายน และพฤษภาคม โดยมคาอยในชวง 20-24 เมอพจารณาแผนทศกยภาพพลงงานแสงอาทตยรายวนเฉลยตอป พบวาบรเวณทไดรบรงสแสงอาทตยสงสดเฉลยทงป อยทภาคตะวนออกเฉยงเหนอ โดยครอบคลมบางสวนของ จงหวดนครราชสมา บรรมย สรนทร ศรสะเกศ รอยเอด ยโสธร อบลราชธาน และอดรธาน และบางสวนของภาคกลางทจงหวดสพรรณบร ชยนาท อยธยา และลพบร โดยไดรบรงสแสงอาทตย เฉลยทงป19-20 พนทดงกลาวคดเปน 14.3% ของพนททงหมดของประเทศ นอกจากนยงพบวา50.2% ของพนททงหมดไดรบรงสแสงอาทตยเฉลยทงป ในชวง 18-19 จากการค านวณรงสรวมของแสงอาทตยรายวนเฉลยตอป ของพนททวประเทศพบวา มคาเทากบ 18.2 จากผลทไดนแสดงใหเหนวาประเทศไทยมศกยภาพพลงงานแสงอาทตยคอนขางสงและเพยงพอตอการน ามาใชใหเกดประโยชน

ภาพท 2.33 แผนทศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของประเทศไทย (พ.ศ. 2542)

29

2.5 รงสดวงอาทตยทตกลงบนผวโลก

นอกเหนอจากการดดกลนรงส และการแผรงสโดยกาซในบรรยากาศ โมเลกลของกาซ ฝนละออง เมฆในบรรยากาศท าใหรงสอาทตยกระจาย(Scatter) และสะทอน(Reflect) ดงนนรงสทตกกระทบผวโลกจงเปลยนไปจากรงสทตกกระทบเหนอบรรยากาศ การเปลยนแปลงนมทงการเปลยนความเขมรวม การเปลยนความเขมแสงทความยาวคลนใด ทศทางเมอเทยบกบรงสเหนอบรรยากาศ จงสามารถจดประเภทของรงสดวงอาทตยทตกลงบนผวโลกดงน

- รงสตรง (Beam or Direct Radiation) เปนรงสทมาจากดวงอาทตยโดยตรงและตก บนผวรบแสง มทศทางทแนนอนท เวลาหนงเวลาใด ทศของรงสตรงอย ในแนวล าแสงอาทตย เนองจากรงสตรงมทศทางแนนอนและมล าแสงขนาน เราจงสามารถรวมหรอโฟกสรงสตรงได

- รงสกระจาย (Diffuse Radiation) เปนรงสดวงอาทตยสวนทถกสะทอนและกระจายโดยกาซ ฝนละออง และวตถตาง ๆ ทอยในทางเดนของรงสกอนตกกระทบผวรบแสง รงสกระจายนมาจากทกทศทางในทองฟา จงไมสามารถโฟกสรงสกระจายได

- รงสรวม ( Total หรอ Global Radiation ) เปนผลรวมของรงสตรงและรงสกระจาย ในกรณทผวรบแสงเปนพนเอยง (incline plane) รงสรวมจะประกอบดวยรงสตรงจากทองฟา รงสกระจายจากทองฟา และรงสกระจายจากผวโลก อาคารบานเรอน(สวนใหญเปนการสะทอนกลบจากผวโลก) รงสรวมในกรณนเรยกวา Total Radiation เมอผวรบแสงเปนพนราบ ( horizontalplane ) รงสรวมบนพนราบประกอบดวยรงสตรง และรงสกระจายทมาจากครงทรงกลมทองฟา ไมมรงสกระจายทมาจากผวโลก รงสรวมบนพนราบเรยก Global Radiation

ภาพท 2.34 ลกษณะของการสะทอนรงสจากผววตถแบบตางๆ

30

2.6 หลกการทางานของ Turbine

สารท างานทเปนไอรอนยวดยงทเกดจากการรบความรอนจากน าทผานแหลงพลงงานความรอนเขาสกงหน (Turbine) ขยายตวและขบเพลาทตอกบเครองก าเนดไฟฟา (Generator)เพอผลตพลงงานไฟฟาจากนนความดนและอณหภมของไอของสารท างานททางออกของกงหนจะลดลงซงระบบจ าลองการผลตกระแสไฟฟาจากพลงงานความรอนแสงอาทตยทไดสรางขนนนไดน าหลกการกลบทางหมนของเครองอดไอ (Revert Compressor) มาใชในกระบวนการเปลยนพลงงานกลใหเปนพลงงานไฟฟาโดยเครองอดไอทใชในระบบผลตกระแสไฟฟาแบบ ORC เปนแบบสกอลล (Scroll Compressor)โดยเลอกใชเปน Scroll Compressorของรถยนต Civic Dimension 2010 ซงมการน ามาดดแปลงเพอใหน ามาใชไดกบระบบทสรางขนโดยท าการถอดแผนกนการไหลกลบของการไหลในScroll Compressor ออกเพอทจะสามารถน ามาใชใหสารท างานเขากลบทศทางใหเปน Turbine ได

ภาพท 2.35 แผนกนการยอนทท าการถอดออกมากจาก Scroll Compressor

ภาพท 2.36 Scroll Compressor Civic Dimension 2010

31

2.7 เครองกาเนดไฟฟากระแสตรง (DC Generator)

เครองก าเนดไฟฟากระแสตรง (DC Generator) คอเครองจกรกล-ไฟฟาทท าหนาทรบก าลงงาน

กลจากภายนอกเขามาแลวเปลยนเปนก าลงงานไฟฟากระแสตรงเพอสงออกไป

ภาพท 2.37แสดงการแปลงพลงงานทางกลเปนพลงงานไฟฟา

2.7.1 โครงสรางของเครองกาเนดไฟฟากระแสตรง

ภาพท 2.38 โครงสรางของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

2.7.2 ชนดของเครองกานดไฟฟากระแสตรง

เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงสามารถจ าแนกชนดของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงตามลกษณะของการจายกระแสไฟฟาใหกบขดลวดสนามแมเหลกหรอเรยกวา “กระแสไฟฟากระตนขดลวด

32

สนามแมเหลก” ได 2 ลกษณะคอไดกระแสไฟฟากระตนขดลวดสนามแมเหลกจากแหลงจายภายนอกเรยกเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดนวา “เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนจากภายนอก (Separately excite DC. generator)” และไดกระแสไฟฟากระตนขดลวดสนามแมเหลกจากการเหนยวน าของสนามแมเหลกตกคางในตวเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงเองเรยกเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดนวา “เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนในตวเอง (Self exciteDC.generator)”

1. เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนจากภายนอก เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนจากภายนอกคอเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงทขดลวด

สนามแมเหลกไดรบกระแสไฟฟากระตนขดลวดสนามแมเหลกจากแหลงจายไฟฟากระแสตรงจากภายนอกโดยตอเขาทขวของขดลวดสนามแมเหลกซงแหลงจายทใชส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสตร งชนดนจะเปนแบตเตอรหรอเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงขนาดเลกๆทตวอยกบตวเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงเรยกวาเอกไซเตอร (Exciter) วงจรเทยบเทาเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนจากภายนอกแสดงดงรป

ภาพท 2.39 แสดงรปวงจรของGenerator

ในการกระตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนแยกนจ าเปนมแบตเตอรหรอเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงทแยกตางหากดงนนโดยทวๆไปมนจงมราคาแพงกวาเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนในตวเองแตเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบนจะใหคาแรงดนไฟฟาเอาตพตคอนขางคงทและสามารถควบคมคาแรงดนไฟฟาเอาตพตไดงาย

2. เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนในตวเอง ขดลวดสนามแมเหลกจะถกกระตนใหเกดสนามแมเหลกโดยอาศยแรงดนไฟฟากระแสตรงจาก

การเหนยวน าเนองจากสนามแมเหลกตกคางภายในตวของเครองก าเนดไฟฟาเองเมออารเมเจอรหมนจะเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าขนเลกนอยและจะมกระแสไฟฟาเหนยวน าขนเลกนอยดวยดงนนกระแสไฟฟานจะไหลผานขดลวดสนามแมเหลกท าใหเกดสนามแมเหลกขนซงสนามแมเหลกทเกดขนนจะ

33

เสรมกบสนามแมเหลกตกคางทขวแมเหลกท าใหมสนามแมเหลกมากขนและเปนผลท าใหเกดการเหนยวน าเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าเพมขน

เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดกระตนในตวเองยงแบงตามลกษณะของการตอขดลวด

สนามแมเหลกไดเปน 3 แบบคอ -เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (Shunt DC. generator) -เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (Series DC. generator) -เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสม (Compound DC. generator)

2.8 เครองควบแนน (Condenser)

คอนเดนเซอร (Condenser) ท าหนาท ดงความรอนออกจากไอทมแรงดนสงและระบายไปกบอากาศรอบ ๆ หรอน า เพอควบแนน ไอของสารท า ความเยนใหกลายเปนของเหลว จากนนของเหลวจะไปสะสมท ถงพกน ายา (receiver)คอนเดนเซอร มอย 2 ชนดพนฐาน คอ คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยลม (air-cooled),คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยน า (water-cooled) and คอนเดนเซอรทอาศยหลกการระเหยของน า(evaporative) โดยท คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยลม (air cooled) และ คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยน า (water-cooled) จะใชกนแพรหลายแต คอนเดนเซอรทอาศยหลกการระเหยของน า(evaporative) จะถกใชเมอน ามสงปนเปอนท า ใหไมสามารถใช แบบระบายความรอนดวยน าได

1. คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยลม (Air Cooled Condenser)คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยลมประเภทน ประกอบดวยทอขนาดเลกจ านวนหลายชน โดยทผวดานนอกของทอจะสมผสกบ ครบ (fin) เพอถายเทความรอนจากสารท า ความเยนไปสอากาศภายนอก

2. คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยน า (water-cooled condenser)คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยน าประเภทน ประกอบดวย ทอ และเปลอกหม (shell and tube) ซงจะมน าไหลอยภายในทอ การท า งานคอ ไอของสารท า ความเยนจะไหลเขาส คอนเดนเซอรดานเปลอกหม และจะควบแนนอยทผวดานนอกของทอคอนเดนเซอรชนดนประกอบดวยทอทปลายสองดานยาวไปถง เปลอก การตอทอ Purge ทดานบนของคอนเดนเซอร เปนการระบายอากาศ หรอแกสทไมตองการ ทสะสมอยในระบบใหออกไปความสามารถในการท า งานของคอนเดนเซอรชนดน ขนอยกบอณหภมของน า ปรมาณน า

34

หมนเวยนอณหภมของสารท า ความเยน ซงจะเปลยนแปลงเมอไหรกตามทความแตกตางระหวางอณหภมของไอสารท าความเยนและน า มการเปลยนแปลง เชน ถาความแตกตางของอณหภมมมากขน ความสามารถในการท า งานกจะเพมขนดวย ดงนนการใชน าเยนจะเปนการเพมความสามารถในการท า งานของ condenser นนเอง

ซงในการสรางแบบจ าลองระบบการผลตกระแสไฟฟาจากพลงงานความรอนแสงอาทตยทท านน ไดเลอกใชเปนCondenser ประเภท คอนเดนเซอรระบายความรอนดวยลม (Air Cooled Condenser)

ซงท าขนมาเองโดยการน าคอยลระบายความรอนทไมไดใชแลวน ามาสรางทอตอกบพดลมหมอน ามอสองไดเปนAir Cooled Condenser ไซดกะทดรดไวใชกบระบบ

ภาพท 2.40 คอนเดนเซอรดานขาง

ภาพท 2.41 คอนเดนเซอรดานหนา

35

ภาพท 2.42 คอนเดนเซอรดานหลง

2.9 ปมน ามนเพาเวอร

เนองจากระบบทสรางนนไมมคอมเพรสเซอรทท าหนาทในการเพมความดนเพอใหสารท างานในระบบทเปนสถานะของเหลวหรอของผสมเคลอนทไป จงมการดดแปลงเพมปมน ามนเพาเวอรเขามาท าหนาทในการเพมความดนในระบบเพอใหสารท างานเคลอนทไปได

ภาพท 2.43 ปมน ามนเพาเวอรทตอในระบบ

36

2.10 การอานและบนทกคาอณหภมของเทอรโมคปเปลโดยใช Lapview

1. เทอรโมคปเปล (Thermocouple)

คอ อปกรณวดอณหภม หรอเซนเซอรส าหรบวดอณหภม โดยใชหลกการเปลยนแปลงความรอน หรออณหภมใหเปนแรงเคลอนไฟฟา (emf) Thermocouple ประกอบดวย ลวดโลหะตวน า 2 ชนด ทแตกตางกนทางโครงสรางของอะตอม น ามาเชอมปลายทง 2 เขาดวยกน โดยเรยกปลายนวา Measuring point หรอ Hot junction (T1) (จดวดอณหภม) ซงเปนจดทใชวดอณหภม และจะมปลายอกขางหนงของลวดโลหะปลอยวาง ซงเรยกวา Cold junction (T2) (จดอางอง) ดงภาพประกอบดานลาง ซงหากจดวดอณหภม และจดอางอง มอณหภมตางกนกจะท าใหมการน ากระแสในวงจรเทอรโมคปเปลทงสองขาง ปรากฏการณดงกลาวนคนพบในป ค.ศ.1821 โดย ThomusSeebeckนกวทยาศาสตรชาวเยอรมน

ภาพท 2.44 การตอลวดโลหะ A และลวดโลหะ B ของเทอรโมคปเปล

2. หลกการทางานของเทอรโมคปเปล และประวตความเปนมา เทอรโมคปเปลท างานโดยอาศยคณสมบตทางไฟฟาของโลหะ 2 ชนดทวา เมอปลายลวดโลหะ

หรอโลหะผสม 2 ชนทไมเหมอนกนเชอมตดกน ถาอณหภมทปลายลวดดานทเชอมกน แตกตางกบปลายลวดดานทเหลอ จะเกดความตางศกด มหนวยเปน ไมโครโวลท (µV) หรอ มลลโวลท (mV) เรยกปรากฏการณนวา Seebeck Effect ตามชอ Mr. Thomas Johann Seebeckซงเปนผคนพบปรากฏการณน โดยลวดโลหะทกลาวถงกคอ เทอรโมคปเปล หรอ เซนเซอรวดอณหภมนนเอง

37

ภาพท 2.45 ภาพของ Mr.Thomasu Johann Seebeck

นกฟสกสชาวเยอรมนผคนพบ Seebeck Effect ในป ค.ศ.1821

ภาพท 2.46 ปรากฏการณซเบค"SeebeckEffect"

ระบบยอนกลบของ Seebeck Effect คอ เมอจายไฟฟาเขาไปในวงจรเทอรโมคปเปล จะไดอณหภมทเยนท cold junction และรอนท hot junction เรยกผลแบบนวา “Peltier Effect”

38

ภาพท 2.47 ปรากฏการณ เพลเทยร“Peltier Effect”

3. คณสมบตของเทอรโมคปเปลแบบมาตรฐาน (Characteristic of Standard Thermocouples)

เทอรโมคปเปล มคณสมบตพนฐานท ควรน ามาพจารณาวาเทอรโมคปเปล (Thermocouple) นนๆ ดหรอไมอยางไร โดยม 5 คณสมบตเบองตนทควรค านงถง ดงน

1. ความไว (Sensitivity) จากตารางแรงเคลอนของ NBS แสดงวายานของแรงเคลอนจากเทอรโมคปเปลจะมคานอยกวา 100 mV แตความไวทแทจรงในการใชงานจะขนอยกบการใชวงจรปรบสภาพสญญาณและตวเทอรโมคปเปลเอง

ภาพท 2.48 โครงสรางของเทอรโมคปเปล

39

2 . โครงสราง (Construction) โครงสรางของเทอรโมคปเปลมลกษณดงรปท5 โดยตองมลกษณะ

ดงนคอ: มความตานทานต า ใหสมประสทธอณหภมสง ตานทานตอการเกดออกไซดทอณหภมสงๆ ทนตอ

สภาวะแวดลอมทน าไปใชวดคา และเปนเชงเสนสงทสดเทาทจะเปนไปได ตวฝกหรอทอปองกนสวนมาก

จะท าจากแสตนเลส ความไวของเทอรโมคปเปลขนอยกบความหนาของทอปองกนทงเยอรมนเนยมและ

ซล คอนจะท า ใหคณสมบ ต การ เก ด เทอโมอ เล กทร กจ ง ใช ก นมากใน อปกรณท าความ เย น

(peltier element) มากกวาทจะใชเปนเทอรโมคปเปลวดอณหภม ขนาดของสายเทอรโมคปเปลก าหนด

ไดจากการใชงานแตละอยาง และมขนาดจาก #10 ในสภาวะแวดลอมทไมคงท จนถงขนาด # 30 หรอ

แมกระทง 0.02 mm ซงเปนสายแบบไมโครไวร(microwire) ทใชกบการวดอณหภมการกลนในงานทาง

ชววทยา

3. ยานการใชงาน (Range) ยานอณหภมการใชงานและความไวในการวดของเทอรโมคปเปล แต

ละตว จะแตกตางกนตามแตละสมาคมจะก าหนด ในสวนทส าคญคอคาแรงเคลอนทออกมาจากแตละ

อณหภม จะตองอางองกบตารางคามาตรฐานของแตละสมาคมทใชใหถกตองเปนเอกภาพเดยวกนหมดทง

ระบบ

4. เวลาตอบสนอง (Time Response) เวลาตอบสนองของเทอรโมคปเปลขนอยกบประเภทของ

เทอรโมคปเปล เชน ประเภทกราวด (Grounded Thermocouple) จะมเวลาตอบสนองรวดเรวกวา

ประเภท Ungrounded Thermocouple

5. การปรบสภาพสญญาณ (Signal Conditioning) ปกตแรงเคลอนของเทอรโมคปเปลจะม

ขนาดนอยมากจงจ าเปนตองมการขยายสญญาณโดยใชออปแอมปขยายความแตกตางทมอตราขยายสงๆ

40

4.โปรแกรม Lapview

ภาพท 2.49 ไอคอนของโปรแกรมLapview

( ทมา : http://www.ni.com/white-paper/14467/en )

LabVIEW เปนโปรแกรมทใชตดตอสอสารกบเครองมอตางๆทอยภายนอกผานบอรด Data Acquisition ใชงานเปน monitoring หรอในการควบคมการวดคาตางๆ เชน strain อณหภม หรอสญญานอนๆ โดยมตวเซนเซอรรบสญญานเขามา โดยเอาตพตทไดจากเซนเซอรเหลานจะมคาเปนแรงดนหรอกระแสซง LabVIEW สามารถอานคาทผานเขามาทางDAQ Card แลวบนทกคาเปนไฟลขอมลได ดงนนการน า LabVIEWไปใชจะตองพจารณาถงวตถประสงคและ application ทจะใชกอนวาม input เปนอะไร และตองการ outputอะไร จากนนจงท าการเลอก hardware ใหตรงตามตองการการใชงาน LabVIEW ผใชควรมพนฐานดานการเขยนโปรแกรมพอสมควร เนองจากการตดตอสอสารระหวางโปรแกรมกบเครองมอตางๆทอยภายนอกนน ผใชตองเขยนโปรแกรมค าสงการท างานเพอเรยกขอมลการวดแลวน ามาprocess ใหเปน monitoringหรอการเขยนค าสงเพอการควบคมระบบเชน ใหโปรแกรมสามารถตรวจสอบคา Strain ทอานไดวาถามคาไมเกนกวาทก าหนดแลวจงคอยสงค าสงไปควบคมใหอปกรณอนๆท างานตอไดเปนตน

โปรแกรม LabVIEW มองคประกอบส าคญ3 สวน คอ 1. Front panel เปนสวนตงคาการวดและอานคาตวเลขหรอกราฟทออกมาจากblock diagram

จงท าหนาทเสมอนเครองมอวดจรงโดย inputทปอนเขาไปจะเปนตวควบคม สวน output ทออกมาจะเปนตวแสดงผล

41

2. Block diagram ท าหนาทเสมอนเปน Sourcecodeโดยใชโปรแกรมภาษากราฟฟก องคประกอบของ block diagram นจะแทนโปรแกรม Node เชน for loop, casestructureและฟงคชนทางคณตศาสตร เปนตน

3. Icon/Connector ภายใน Front panel จะประกอบดวย icon ตางๆและมสายเชอมตอถงกนในแตละicon ซงเมอเชมตอกนแลว จะสามารถเปลยน Virtualinstrument (VI) นใหเปน Sub VI หรอ Objectทน ากลบมาใชใน block diagram ไดอก

ความสามารถของโปรแกรม LabVIEW เนองจากบรษทNational Instrument(NI) ซงเปนผพฒนาโปรแกรม LabVIEWม Product

ในการพฒนาอยมากมายทง Hardwareและ Software จงท าใหโปรแกรม LabVIEW มความสามารถในการตดตอ Hardware อยางหลากหลายเชน

Hardware การใช โปรแกรม LabVIEW เพอเชอมตอกบฮารดแวรภายนอกท าไดโดยผานทางการด

DAQ (data acquisition) การเชอมตอสามารถเชอมตอกบพอรต(port) ไดหลายชนด เชน พอรตขนาน (paralelport), พอรตอนกรม (serial port), GPIB, และHPIBเปนตน จงมแนวความคดในการออกแบบวงจรขนมา โดยก าหนดคณสมบตใหเปนบอรดแบบภายนอกเชอมตอกบคอมพวเตอรผานทางพอรตอนกรม(RS-232) มจ านวนอนพต-เอาตพต16 ชอง (channel) อนพตท างานไดทงโหมดดจตอลอนพตและอนาลอกอนพต ส าหรบเอาตพตก าหนด ใหเปนแบบดจตอลเอาตพต ออกแบบใหสรางงายและตนทนตองไมสงมากจนเกนไป

Software ( Kong Pitoon, 2011 ) - Protocolตางๆในทางอตสาหกรรม LabVIEW กสามารถตดตอสอสารไดรวมทง PLC ยหอ

ตางๆ และงาน SCADA LabVIEW กสามารถท าไดเหมอนโปรแกรม SCADA ทวไป และบรษท NI ยงม PLC ของตนเองขายอก

- ความสามารถในการท า Image Processing กท าไดไมแพ ImageProcessingในทองตลาด - สามารถตดตอกบ Database มาตรฐานรวมทงการควบคมการท างานกบโปรแกรม

MS-OFFICE และอนๆใน windows

42

ภาพท 2.50 หนาเรมตน

ภาพท 2.51 หนา Block Diagram

ภาพท 2.52 หนา Front Panel

43

ตวโปรแกรมทใช

ภาพท 2.53 หนา Front Panel

ภาพท 2.54 หนา Block Diagram