Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng single basin kết hợp ống thủy tinh chân không và bộ ngưng tụ ngoài

50 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG 
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DẠNG SINGLE BASIN KẾT HỢP ỐNG 
THỦY TINH CHÂN KHÔNG VÀ BỘ NGƯNG TỤ NGOÀI 
EXPERIMENTAL STUDY OF A SINGLE BASIN SOLAR WATER STILL COUPLED 
WITH EVACUATED GLASS TUBES AND EXTERNAL CONDENSER 
Hoàng Văn Viết1, Trần Xuân An2, Nguyễn Thế Bảo3 
 1 Trường cao đẳng Kỹ thuật Lý Tự Trọng, 
2 Trường Cao đẳng Công thương Tp.HCM, 
3 Viện Phát triển Năng lượng Bền vững ISED 
Ngày tòa soạn nhận bài 20/8/2015, ngày phản biện đánh giá 30/10/2015, ngày chấp nhận đăng 25/8/2016 
TÓM TẮT 
Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu trình bày đặc điểm công nghệ cũng như kết quả 
nghiên cứu của thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng Single Basin kết 
hợp ống thủy chân không (OTTCK) và bộ ngưng tụ ngoài (BNTN). Với việc kết hợp 8 OTTCK 
và BNTN có diện tích 0,84 m2 vào máng chưng cất Single Basin có diện tích bốc hơi 0,6 m2, 
thiết bị cho ra sản lượng nước chưng cất đạt 6 kg/ngày ứng với cường độ bức xạ trung bình 
517,54 W/m
2
 trong điều kiện thời tiết thành phố Hồ Chí Minh. 
Từ khóa: Chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời; bộ ngưng tụ ngoài; ống thủy tinh 
chân không; chưng cất mặt trời dạng bể phẳng; chưng cất mặt trời dạng chủ động. 
ABSTRACT 
In this research paper, the authors describe the specification and study result of a single 
basin solar water still coupled with evacuated glass tubes and external condenser. The 
combination of 8 evacuated glass tubes and an area of 0,84 m
2
 of external condenser in 
Single Basin solar water still with an evaporating area of 0,6 m
2
, the water production of the 
equipment reached 6 kg/day corresponding to the average radiation 517,54 W/m
2
 in the 
weather condition of Ho Chi Minh city. 
Keywords: Solar still; external condenser; evacuated glass tubes; basin solar still; active 
solar still. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành 
công nghiệp cùng với việc lạm dụng nguồn 
nhiên liệu hóa thạch đang thực sự đe dọa môi 
trường sống của con người, đặc biệt là ô 
nhiễm môi trường nước. Khan hiếm nguồn 
nước sạch để uống đang thực sự là vấn đề 
cấp thiết hiện nay, nhất là những người dân 
đang sinh sống tại các vùng sâu, vùng xa, 
miền biển hay những vùng miền thiếu nước 
sạch hoặc nguồn nước bị ô nhiễm. Việc tạo 
ra những thiết bị chưng cất nước sử dụng 
NLMT có sản lượng cao để biến nước phèn, 
nước lợ, nước mặn...thành nước ngọt cho 
người dân thực sự có ý nghĩa, nhất là những 
quốc gia có lãnh thổ kéo dài trên biển như 
Việt Nam. 
Thiết bị chưng cất nước sử dụng năng 
lượng mặt trời (NLMT) thường được phân 
loại làm 2 dạng bị động (passive solar still) 
và chủ động (active solar still). Dạng bị động 
hoạt động trên nguyên lý tấm basin liner 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
51 
được phủ một lớp sơn hấp thụ sẽ nhận trực 
tiếp NLMT để gia nhiệt, làm bốc hơi lớp 
nước nằm phía trên nó. Còn ở dạng chủ 
động, NLMT sẽ được một thiết bị phụ, có thể 
là collector tấm phẳng hay OTTCKhấp thụ 
để làm nóng nước sau đó nước nóng di 
chuyển tới máng chưng cất bằng bơm hoặc 
đối lưu tự nhiên do chênh lệch nhiệt độ để 
thực hiện quá trình chưng cất. Do đó, hiệu 
suất cũng như sản lượng nước chưng cất của 
dạng chủ động tốt hơn so với dạng bị động. 
Trên thế giới các thiết bị chưng cất 
nước sử dụng năng lượng mặt trời đã được 
nghiên cứu, cụ thể như S. N. Rai và G. N. 
Tiwari (1982) [2] đã tiến hành thực nghiệm 
thiết bị chưng cất nước dạng Single Basin 
kết hợp collector tấm phẳng, sản lượng nước 
chưng cất tăng 24% so với thiết bị chưng cất 
sử dụng NLMT dạng bể phẳng truyền thống 
1 cấp (Single Basin). G. N. Tiwari và N. K. 
Dhiman (1990) [3] nghiên cứu lý thuyết và 
thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng 
NLMT dạng Single Basin kết hợp collector 
tấm phẳng, sản lượng nước 0.7kg/h. Ragh 
Vendre Singh và cộng sự (2013) [4] đã mô 
phỏng cho sự kết hợp trực tiếp OTTCK loại 
hở 2 đầu vào Single Basin, sản lượng nước 
chưng cất đạt 3.8kg/m2(từ 7-16h). Hitesh N. 
Panchal (2013) [5] tiến hành thực nghiệm 
thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng 
Double Basin kết hợp với OTTCK, sản 
lượng nước nước chưng cất 4kg/m2 (từ 9-
17h). Để thúc đẩy quá trình bốc hơi nước 
trong máng chưng cất, các nhà nghiên cứu 
đề xuất lắp thêm BNTN nhằm tạo độ chênh 
lệch giữa phân áp suất hơi nước trong không 
khí ẩm và phân áp suất hão hòa của hơi 
nước sát bề mặt nước. Theo công bố của 
Husham M.Ahmed (2012) [6], sản lượng 
nước chưng cất của thiết bị chưng cất nước 
sử dụng NLMT dạng Single Basin kết hợp 
với BNTN không tuần hoàn hơi tăng từ 15-
16,6% so với thiết bị chưng cất nước sử 
dụng NLMT dạng Single Basin, nếu kết hợp 
BNTN có tuần hoàn hơi sản lượng tăng từ 
30,54-35,8% so với thiết bị chưng cất nước 
sử dụng NLMT dạng Single Basin. 
Tại Việt Nam những dự án chưng cất 
nước sử dụng năng lượng mặt trời đã được 
thực hiện và triển khai tại các vùng biển đảo, 
có thể đề cập đến một số dự án như “ Dự án 
thiết bị lọc nước biển cho Trường Sa” do tiến 
sĩ Bùi Bá Xuân trung tâm nhiệt đới Việt Nga 
chủ nhiệm đề tài đã bàn giao 5 bộ chưng cất 
nước biển bằng NLMT cho các hộ dân với 
kết cấu đơn giản dạng bể phẳng truyền thống 
(Single Basin) đạt sản lượng 2.5-3 
lít/m2/ngày. Dự án “Hệ thống chưng cất nước 
biển cho đảo Cam Ranh, Khánh Hòa” do 
Thạc sĩ Đỗ Tuấn Anh, Viện thủy điện và 
năng lượng tái tạo – Viện khoa học thủy lợi 
Việt Nam làm chủ nhiệm đã lắp đặt 50 bộ 
chưng cất nước biển với kết cấu tương tự có 
kết hợp bơm tuần hoàn cho sản lượng khoảng 
3-4lít/ngày/mô dun. Tiến sĩ Đinh Vương 
Hùng và nhóm nghiên cứu Khoa Cơ khí - 
Công nghệ trường đại học Nông Lâm Huế đã 
nghiên cứu thiết bị chưng cất nước biển năng 
lượng mặt trời loại chủ động kết hợp bộ gia 
nhiệt nước tấm phẳng cho sản lượng 
4lít/m2/ngày [7]. 
Từ những kết quả nghiên cứu của các 
tác giả ở Việt Nam và trên thế giới vừa đề 
cập, nhận thấy sản lượng của các thiết bị là 
tương đối thấp và hạn chế về mặt vật liệu chế 
tạo vì sau thời gian sử dụng nước biển, nước 
phèn sẽ ăn mòn và gây hư hỏng bộ gia 
nhiệt nước dạng tấm phẳng hoặc cáu cặn 
hình thành trong OTTCK. Từ đó nhóm 
nghiên cứu chúng tôi hướng đến nghiên cứu 
thiết kế thiết bị chưng cất nước sử dụng 
NLMT cho sản lượng cao hơn với việc kết 
hợp OTTCK và BNTN có tuần hoàn hơi, bên 
cạnh đó thiết kế lắp đặt thêm tấm truyền 
nhiệt ngăn cách giữa bề mặt nước chưng cất 
52 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
và nước gia nhiệt tuần hoàn để khắc phục 
vấn đề đóng cáu cặn và ăn mòn thiết bị. 
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
2.1 Mô tả thiết bị chưng cất nước thiết kế 
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị chưng cất 
nước sử dụng NLMT dạng Single Basin kết 
hợp OTTCK và BNTN 
Thiết bị là sự kết hợp của các thành phần sau: 
- 8 OTTCK của hãng Megasun loại dài 1,8 
m, đường kính ngoài dn = 58 mm, đường 
kính trong dt = 47mm. 
- Máng chưng cất được làm bằng inox 304 
dày 1 mm, hệ số dẫn nhiệt 
1 6 , 2 /
s
W m K , có diện tích bốc hơi 
Av = Ab = 0,6m
2. Máng chưng cất được 
bọc cách nhiệt dày 0,05 m bởi vật liệu có 
hệ số dẫn nhiệt 0 , 0 3 5 1 /
i
W m K . 
- Kính phủ dày lg = 0,004 m, có hệ số dẫn 
nhiệt 0, 78 /
g
W m K . 
- Tấm truyền nhiệt (Basin liner) làm bằng 
inox 304 dày lb = 0,4 mm, có diện tích Ab 
= 0,6 m
2
 được sơn đen để hấp thu NLMT. 
- BNTN có kích thước 1200 mm x 350 mm 
x 50 mm, diện tích bề mặt Agco = 0,84 m
2
được làm bằng inox 304,có hệ số dẫn nhiệt 
kgco = 16,2 (W/m
oC), dày lgco = 0,4 mm, 
được kết nối với 22 ống bán kính R = 21 
mm, dài 130 mm. 
2.2 Thực nghiệm 
Hình 2. Thực nghiệm song song 2 thiết bị chưng 
cất nước sử dụng NLMT dạng Single Basin kết 
hợp 8 OTTCK có và không sử dụng BNTN 
Hình 3. Bộ ngưng tụ ngoài được lắp đặt 
ngay phía sau bể chưng cất 
Thiết bị được đặt tại Tp. HCM có tọa 
độ 10o51’49’’ Bắc, 106o36’59’’ Đông, ở độ 
cao 10 m so với mặt đất, thiết bị được đặt 
theo hướng Đông-Bắc và Tây-Nam, lệch 30 
độ so với hướng chính Đông-Nam. 
(a) (b) (c) 
Hình 4. Thiết bị đo nhiệt độ (a), bức xạ mặt 
trời (b) và tốc độ gió (c) 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
53 
 Thiết bị đo có chỉ số đánh giá như 
bảng 1. Bức xạ mặt trời, nhiệt độ tại các điểm 
nút và tốc độ gió đều được đo trực tiếp bằng 
máy tại những thời điểm nhất định. 
Bảng 1. Thông số thiết bị đo 
T
T 
Tên thiết bị Dải hoạt 
động 
Độ chính 
xác 
1 Máy đo nhiệt độ 
12 kênh PCE – 
T 1200 
-100÷1300oC Sai số 0,1% 
2 Đầu dò nhiệt độ 
loại K 
-50÷1000oC ±0,4%+0,5oC 
3 Máy đo bức xạ 
mặt trời PCE – 
SPM 1 
0÷2000W/m2 ±10W/m2±5% 
4 Máy đo tốc độ 
gió Smart 
Sensor - AR826 
0÷15m/s ±0,1m/s 
 Nước ở nhiệt độ môi trường cung cấp 
vào bồn chưng cất lúc 6h30 sáng. Quy trình 
nạp nước vào thiết bị như sau, nước ngọt được 
tiếp đầy các OTTCK, sau đó là máng chưng 
cất, tiếp theo sẽ đặt các giá đỡ để đặt tấm 
truyền nhiệt rồi cho nước cần chưng cất (ở 
đây cũng là nước ngọt) vào tấm truyền nhiệt. 
Do tấm truyền nhiệt được thiết kế kiểu máng 
nên nước cần chưng cất ở những trường hợp 
là nước lợ, nước phènsẽ không chảy xuống 
khối nước ngọt làm ô nhiễm khối nước ngọt 
bên dưới. Ở đây, tác giả dùng hoàn toàn 
nguồn nước thành phố để thực hiện. 
Hình 5. Vị trí gắn đầu dò nhiệt độ trên thiết 
bị và cách đặt máy đo bức xạ mặt trời 
Sau một thời gian chưng cất, nước sẽ bị 
thiếu hụt. Vì vậy cứ sau 1 giờ lấy kết quả, tác 
giả sẽ cấp nước bổ sung bằng tay một lượng 
nước đúng bằng lượng nước cất lấy ra từ thiết 
bị. Trước khi thí nghiệm, bề mặt kính phủ và 
OTTCK được làm sạch để bụi bẩn không làm 
ảnh hưởng tới kết quả thực nghiệm. 
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ 
THẢO LUẬN 
Sau khi tiến hành thực nghiệm song song 2 
thiết bị chưng cất nước sử dung NLMT dạng: 
- Single Basin kết hợp 8 OTTCK và BNTN 
(Thiết bị 1) 
- Single Basin kết hợp 8 OTTCK (Thiết bị 2) 
Ta thấy: 
- Nhờ lắp thêm BNTN, sản lượng nước 
chưng cất của thiết bị 1 đạt 6 kg/ngày, cao 
hơn 11,3 % so với sản lượng chưng cất của 
thiết bị 2 là 5,23 kg/ngày, thể hiện qua hình 
9. Điều này được giải thích, BNTN đóng 
vai trò như một nguồn lạnh, sự chênh lệch 
nhiệt độ giữa máng chưng cất (MCC) và 
BNTN tạo ra sự chênh lệch khối lượng 
riêng giữa 2 vùng không khí ẩm, tạo vòng 
tuần hoàn tự nhiên do đó một phần hơi nước 
sẽ đi từ MCC qua BNTN, góp phần tăng 
tổng sản lượng của thiết bị. 
- BNTN hỗ trợ quá trình giải nhiệt của kính 
phủ, do một phần hơi nước trong MCC đi 
qua BNTN nên nhiệt lượng mà kính phủ 
của thiết bị 1 nhận trong quá trình nhả ẩn 
nhiệt hóa hơi của hơi nước nhỏ hơn so với 
lượng nhiệt mà kính phủ 2 nhận được, 
điều này làm cho nhiệt độ bề mặt kính phủ 
của thiết bị 1 nhỏ hơn nhiệt độ bề mặt 
kính phủ của thiết bị 2, thể hiện qua hình 
8. Nhiệt độ của kính phủ nhỏ hơn giúp 
phân áp suất hơi nước sát bề mặt kính phủ 
giảm xuống, tạo độ chênh lệch giữa phân 
áp suất hơi nước trong không khí ẩm và 
phân áp suất bão hòa của hơi nước sát bề 
mặt nước,do đó thúc đẩy quá trình bốc hơi 
trên bề mặt nước. 
54 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
- Mặt khác, BNTN cũng gây tổn thất nhiệt 
nên song song với sự giảm nhiệt độ ở bề 
mặt kính phủ cũng là sự giảm nhiệt độ ở 
bề mặt nước, nhiệt độ bề mặt nước của 
thiết bị 1 nhỏ hơn nhiệt độ bề mặt nước ở 
thiết bị 2, thể hiện qua hình 8. Ở góc độ 
phát triển, BNTN vẫn có một lợi ích nhất 
định đối với sự tăng sản lượng nước ở các 
thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT. 
- Một điều rất ý nghĩa với thiết bị chưng cất 
nước sử dụng NLMT dạng tĩnh là nó có 
khả năng chưng cất vào ban đêm do dung 
lượng nhiệt tích trữ trong khối nước lớn 
và có nhiệt độ cao, vào ban đêm nhiệt độ 
môi trường giảm làm quá trình ngưng tụ 
hơi nước diễn ra tốt. Ta thấy rằng ở thiết 
bị 1 lượng nước chưng cất từ 17-6h30 là 
1,49 kg chiếm 24,83% trong tổng sản 
lượng 6kg và ở thiết bị 2 là 1,62 kg chiếm 
30,97% trong tổng sản lượng 5,23 kg. 
Hình 6. Biểu đồ thể hiện cường độ bức xạ mặt 
trời và nhiệt độ môi trường ngày 9/4/2015 
Hình 7. Biểu đồ thể hiện cường độ bức xạ 
mặt trời và vận tốc gió ngày 9/4/2015 
Hình 8. Biểu đồ thể hiện nhiệt độ tại các 
điểm đặc trưng và sản lượng nước tại BNTN 
và máng chưng cất (MCC) trên thiết bị 1 đo 
bằng thực nghiệm ngày 9/4/2015 
Hình 9. Biểu đồ thể hiện nhiệt độ nước 
(T_sw) và kính phủ (T_go) của thiết bị 1 và 2 
đo bằng thực nghiệm ngày 9/4/2015 
Hình 10. Biểu đồ thể hiện sản lượng nước 
chưng cất của thiết bị 1 và 2 ngày 9/4/2015 
4. KẾT LUẬN 
Dựa trên các kết quả nghiên cứu thực 
nghiệm đạt được cho thấy thiết bị chưng cất 
nước sử dụng năng lượng mặt trời mà nhóm 
tác giả thực hiện có sản lượng gia tăng đáng 
kể so với các sản phẩm cùng loại, đó là sự 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 37 (09/2016) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
55 
kết hợp linh hoạt về mặt cấu tạo cuả bộ 
ngưng tụ ngoài tuần hoàn hơi để tăng diện 
tích ngưng tụ và ống thủy tinh chân không để 
gia nhiệt. Điểm nổi bật của thiết kế còn thể 
hiện ở tấm truyền nhiệt ngăn cách giữa bề 
mặt nước chưng cất và nước ngọt gia nhiệt 
trung gian để thiết bị có thể chưng cất nhiều 
loại nước khác nhau như nước phèn, nước lợ, 
nước biểnmà vẫn không ảnh hưởng đến độ 
bền thiết bị, từ đó tăng tính linh động của 
thiết bị mà các nghiên cứu trước chưa đề cập 
đến. Với kết cấu đơn giản dễ chế tạo và hoàn 
toàn có thể thực hiện được ở trong nước 
nhóm chúng tôi muốn đem đến một thiết bị 
sản xuất nước hiệu quả, đảm bảo chất lượng, 
sử dụng nguồn năng lượng mặt trời sẵn có để 
phục vụ cho người dân. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Hoàng Đình Tín – Hoàng Thị Nam Hương, Ứng dụng năng lượng mặt trời để đun nước 
nóng và sản xuất nước ngọt từ nước biển, NXB. Đại học quốc gia Tp.hcm, 2012. 
[2] S. N. Rai and G. N.Tiwari, Single basin solar still coupled with flat plate collector, 
India, 1982. 
[3] G. N. Tiwari and N. K. Dhiman, Performance study of high temperature distillation 
system, India, 1990. 
[4] Ragh Vendra Singh, Shiv Kumar, M. H. Hasan, M. Emran Khan, G. N. Tiwari, 
Performance of a solar still integrated with evacuated tube collecrtor in natural mode, 
India, 2013. 
[5] Hitesh N. Panchal, Enhancement of distillate output of double basin solar still with 
vacuum tubes, India, 2013. 
[6] Husham M. Ahmed “Seasonal Performance Evaluation Of Solar Stills Connected To 
Passive External Condensers” Bahrain, 2012. 
[7] Tiến Sĩ Đinh Vương Hùng và cộng sự, Thiết bị chưng cất nước biển dạng chủ động kết 
hợp bộ thu nhiệt tấm phẳng, Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường đại học Nông Lâm Huế, 
2014.  
[8] Thạc Sĩ Đỗ Tuấn Anh và cộng sự, Thiết kế và chế tạo thiết bị tạo nước ngọt từ nước 
biển bằng năng lượng mặt trời phục vụ dân sinh kinh tế vùng ven biển và hải đảo, Viện 
thủy điện và năng lượng tái tạo, 2011. ạt động KHCN/tóm tắt các 
kết quả NCKH. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết 
Hoàng Văn Viết 
Công ty TNHH Lê Phong 
Email: hoangvanviethd@gmail.com