Ngày nay, máy điều hòa không khí là một thiết bị không thể thiếu trong cuộc sống của các cơ quan, công sở, nhà hàng, trung tâm thương mại, trường học và các nhà ở…Tuy nhiên, với nhiều gia đình, máy điều hòa vẫn còn là vật xa xỉ so với thu nhập của họ. Xuất phát từ thực tế đó, các em Phạm Nguyên Khang và Lê Quang Minh, học sinh trường THPT chuyên Quốc học Huế luôn trăn trở với câu hỏi: làm sao để tạo ra một loại máy lạnh với công suất làm lạnh cao, có cấu tạo đơn giản, tiêu thụ năng lượng cực ít, giá thành rẻ, khắc phục được hầu hết nhược điểm của các loại máy điều hòa không khí hiện có trên thị trường?
Mô hình máy điều hòa theo nguyên lý chân không và tạo lốc xoáy
Từ đó, các em đã tìm ra một phương pháp mới, chế tạo ra một hệ thống thỏa mãn đủ các điều kiện trên “ MÁY ĐIỀU HÒA DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ HÚT CHÂN KHÔNG VÀ TẠO LỐC XOÁY”(Theo cơ chế Tesla).
Nguyên lý hoạt động của máy điều hòa này là: nước trong bình chứa sẽ được làm lạnh trực tiếp qua sự trao đổi nhiệt với hệ chân không do máy bơm chân không đảm nhiệm giúp nước trong hệ thống giảm xuống nhiệt độ thấp một cách nhanh chóng, tiếp đó khí từ máy bơm khí sẽ đi qua hệ thống ống nhôm đặc biệt xuyên qua lớp nước đã được làm lạnh, khí trong ống lập tức mất nhiệt và trở thành khí lạnh, khí lạnh được đưa ra môi trường ngoài để làm mát.
Khi độ ẩm môi trường hạ xuống đến mức độ gây ảnh hướng đến sức khỏe người dùng và môi trường xung quanh đã được cài đặt sẵn, hệ thống cân bằng độ ẩm tự động được cấu tạo từ tháp vortex gồm hệ thống siêu âm tạo sương và hệ thống quạt tháp giúp khuếch tán lượng hơi ẩm ra ngoài môi trường giúp điều chỉnh độ ẩm không khí bên ngoài. Khi độ ẩm môi trường xung quanh đạt mức an toàn đã cài đặt sẵn thì hệ thống sẽ tự động ngắt.
Cơ chế Tesla là sự tổ hợp của hàng loạt các cơ chế được ráp nối và sáng tạo ra bởi nhóm tác giả nhằm đem đến hiệu năng vượt trội và tính mới lạ của hệ thống, bao gồm: tạo ra môi trường chân không bằng máy bơm chân không; Hạ nhiệt độ nước theo cơ chế trao đổi nhiệt với hệ chân không; Hệ thống tháp Vortex độc đáo cùng bộ phận phun sương bằng sóng siêu âm; Công nghệ Polymer phân tán film tinh thể lỏng PDLC (polymer dispersed liquid crystal).
Sơ đồ tổng quát nguyên lý làm lạnh.
Nước trong bình sẽ được làm lạnh qua sự trao đổi nhiệt với hệ chân không trong bình dựa trên bản chất của sự sôi. Vì lí do đó, khi ta rút hết khí trong bình ra bằng bơm chân không, áp suất ở mặt thoáng của nước trong bính sẽ giảm, sự chênh lệch áp suất khiến cho nước sôi cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng, trong khi nội năng ban đầu của hệ không đổi, các phân tử nước sẽ chuyển động chậm dần dẫn đến đóng băng ở nhiệt độ thấp. Hệ thống ống nhôm dẫn khí đi qua lớp nước đóng băng ở nhiệt độ thấp làm cho khí bị mất nhiệt và tạo ra khí lạnh.
Thiết bị tạo sóng siêu âm là lớp vật liệu áp điện đặt ở giữa và hai đầu là hai bản cực. Khi đặt một điện áp vào hai cực thì tấm áp điện sẽ biến dạng co dãn với tần số cực cao, phụ thuộc vào tính chất của điện áp đặt vào, cụ thể vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu này dao động ở mức 1.7MHz. Trong khi đó, khối lượng riêng của nước là tương đối lớn, theo định luật II Newton, quán tính sẽ khiến nước không thể bắt kịp dao động với màng tạo sóng, gây nên sự trễ pha, tạo ra các khoảng trống áp thấp giữa các phân tử nước và tấm áp điện. Sự chênh lệch áp suất tức thời này tạo nên các bóng chân không gây ra hiệu ứng phát nổ gần bề mặt của nước, tại các đỉnh của sóng, các giọt nước nhỏ được cung cấp năng lượng từ các lỗ trống khi phát nổ nên có đủ động năng để giải phóng khỏi bề mặt nước và bắn vào không khí dưới dạng các hạt siêu nhỏ, tính đến nanometer.
Tháp Vortex là một bộ phận có nhiệm vụ khuếch tán các hạt nước kích thước nanometer vào môi trường xung quanh giúp cân bằng độ ẩm. Với cấu tạo từ một bộ phận quạt ở đỉnh tháp, khi quạt quay sẽ hút không khí bên trong tháp ra ngoài tạo nên một áp suất lớn hơn áp suất không khí bên ngoài tháp dẫn đến việc không khí bên ngoài tháp sẽ luân chuyển vào tháp qua các rãnh thông khí ở chân tháp và được hút ra ngoài, cơ chế liên tục này tạo nên một lốc xoáy nhân tạo giúp sự khuếch tán diễn ra nhanh hơn, nhiều hơn và khuếch tán được rộng hơn.
Hệ thống sử dụng nước làm cơ sở chính của hoạt động làm lạnh, mang lại hiệu quả, mức độ an toàn và tiết kiệm điện gấp 7-11 lần so với máy điều hòa thông thường.
Đây là máy điều hòa có công suất làm lạnh cao, thời gian làm lạnh nhanh chóng, bằng một phương pháp đơn giản, dễ tiếp cận, an toàn với môi trường và người sử dụng, với giá thành rẻ, tiêu thụ năng lượng ở mức ít nhất. Hệ thống được thiết kế như một đồ trang trí công nghệ cao, lột bỏ vẻ ngoài cồng kềnh của các loại máy lạnh đang có trên thị trường.
Đề tài này được Hội đồng giám khảo và Ban tổ chức Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế lần thứ XI đánh giá cao tính mới, tính sáng tạo, khả năng ứng dụng và được trao giải nhất Cuộc thi.
Giải Pháp
