Baøi giaûng Nhieät ñoäng hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 11: CHU TRÌNH MAÙY LAÏNH
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -1-
CHƯƠNG 11
C
CH
HU
U
T
TR
RÌ
ÌN
NH
H
M
MÁ
ÁY
Y
L
LẠ
ẠN
NH
H
1. KHÁI QUÁT
Máy lạnh dùng để thực hiện nhận nhiệt của vật (để làm lạnh vật) và nhả
nhiệt cho môi trường (để giải nhiệt thiết bị). Theo định luật nhiệt động thứ hai thì
nhiệt không thể tự phát truyền từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao, muốn thực hiện
được quá trình truyền nhiệt nhiệt lượng từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao thì phải
tiêu tốn một lượng công. Vì thế máy lạnh thuộc loại chu trình nhiệt động ngược
chiều.
Gọi q0 là nhiệt lượng nhận vào từ vật
qk là nhiệt lượng thải ra môi trường xunh quanh
w là công cấp cho máy lạnh
Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta luôn có:
qk = q0 + w
Để đánh giá hiệu quả làm lạnh người ta dùng tỷ số giữa lượng nhiệt lấy được và
công tiêu hao cấp cho máy lạnh:
0
00 qq
q
w
q
k
Baøi giaûng Nhieät ñoäng hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 11: CHU TRÌNH MAÙY LAÏNH
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -2-
2. CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 1 CẤP
2.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐỒ THỊ
IV
I
II
III
1
2
2
2
qk
q0
w
pk
p0
1
2
3
4
S
T
w
qk
q0
i
lgp
1
2
3
4
w
q0
qk
Các thiết bị chính:
I_ Thiết bị ngưng tụ: Thực hiện quá trình ngưng tụ từ trạng thái hơi quá
nhiệt 2 sau khi nén để biến thành lỏng bão hòa ở trạng thái 3; quá trình này là quá
trình đẳng áp ở áp suất pk.
Nhiệt lượng thải ra môi trường trong quá trình ngưng tụ qk được thực hiện nhờ
chất tải nhiệt là không khí hoặc nước.
Giải nhiệt bằng không khí gọi là dàn ngưng hay dàn nóng.
Giải nhiệt bằng nước gọi là bình ngưng.
II_ Van tiết lưu: Làm giảm đột ngột lỏng bảo hòa có áp suất cao ở trạng
thái 3 thành hơi bão hòa ẩm có áp suất thấp ở trạng thái 4. Quá trình này gọi là quá
trình tiết lưu i3 = i4
Baøi giaûng Nhieät ñoäng hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 11: CHU TRÌNH MAÙY LAÏNH
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -3-
III_ Thiết bị bốc hơi: Môi chất lạnh trong thiết bị bốc hơi có áp suất thấp sẽ
sôi và lấy nhiệt từ phỏng lạnh có chứa sản phẩm, quá trình này là quá trình sôi
đẳng áp ở áp suất p0.
Làm lạnh không khí gọi là dàn bốc hơi hay dàn lạnh.
Làm lạnh nước gọi là bình bốc hơi.
IV_ Máy nén: Làm nhiệm vụ nén hơi có áp suất thấp ở trạng thái 1 thành
hơi quá nhiệt ở trạng thái 2 có áp suất cao và tiêu hao 1 lượng công w, quá trình
này là quá trình nén đoạn nhiệt.
Môi chất lạnh (tác nhân lạnh, gas lạnh): là chất môi giới sử dụng trong máy
lạnh để thu nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường xung
quanh. Môi chất lạnh tuần hoàn trong hệ thống lạnh nhờ máy nén.
Qui định về cách ký hiệu môi chất lạnh freon:
R XYZ
R: viết tắt của chữ Refrigerant
X = số nguyên tử cácbon – 1 (nếu X = 0 khỏi ghi)
Y = số ngtử hidrô + 1
Z = số ngtử flo
Còn lại là số Clo = số liên kết C – (số F + số H)
Ví dụ 1: R22 hay R022
X = 0 số C = 1
Y = 2 số H = 1
Z = 2 số F = 2
Số Clo = 4– (2 +1) = 1
vậy R22 có công thức phân tử là CHClF2
Ví dụ 2: Tìm ký hiệu của môi chất có công thức phân tử C2H2F4
X = 2 – 1 = 1
Y = 2 + 1 = 3
X = 4
Baøi giaûng Nhieät ñoäng hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 11: CHU TRÌNH MAÙY LAÏNH
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -4-
R134a (các đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt)
Đối với các môi chất lạnh vô cơ: vì công thức hóa học của các chất vô cơ
đơn giản nên ít khi sử dụng ký hiệu. Tuy nhiên có một số nước quy định kí hiệu
cho các môi chất vô cơ như R717 là NH3, R718 là H2O, R729 là không khí …
Tác nhân lạnh và tầng Ozone: Dưới tác động của các tia bức xạ mặt trời,
các khí CFC, HCFC bị phân hủy để phóng thích các nguyên tử Clo tự do, các
nguyên tử Clo tự do lại có khả năng phá vỡ các mối liên kết của phân tử ozone để
tạo nên khí oxi và Clo.
2.2. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Môi chất lạnh sau khi ra khỏi TBNT ở trạng thái 3 được đưa vào van tiết
lưu để giảm áp suất, nhiệt độ và ra khỏi van tiết lưu ở trạng thái 4, sau đó nó được
đưa vào TBBH để nhận nhiệt và biến đổi đến trạng thái 1, hơi ở trạng thái 1 được
hút vào máy nén và được nén lên đến trạng thái 2, quá trình ngưng tụ ở TBNT sẽ
làm hơi biến đổi từ trạng thái 2 đến 4 và chu trình cứ thế lặp đi lặp lại.
Gọi GR là lưu lượng tác nhân lạnh tuần hoàn trong máy (kg/s);
Công cần cấp cho máy nén:
W = GR(i2 – i1), kW
Năng suất lạnh của máy lạnh:
Q0 = GR(i1 – i4), kW
Năng suất giải nhiệt của TBNT
Qk = GR(i2 – i3), kW
Hệ số làm lạnh (hay COP: coefficient of perfomance):
12
41
0
00 ii
ii
QQ
Q
W
Q
k
Trên các máy lạnh của Mỹ thường ghi tỷ số hiệu quả năng lượng EER (Energy
Efficiency Rating). EER là lượng nhiệt lấy từ không gian cần làm lạnh tính bằng
Btu (British Thermal Unit) trên 1Wh đện năng tiêu thụ:
]Wh[W
]Btu[Q
EER 0
EER = 3,412COP
Baøi giaûng Nhieät ñoäng hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 11: CHU TRÌNH MAÙY LAÏNH
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -5-
3. CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 1 CẤP MỞ RỘNG
3.1. CHU TRÌNH QUÁ LẠNH
Định nghĩa: Gọi là chu trình quá lạnh khi nhiệt độ môi chất lỏng trước khi vào van
tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ.
Mục đích: Năng suất lạnh riêng tăng.
Biện pháp quá lạnh:
Bố trí thêm thiết bị quá lạnh lỏng sau thiết bị ngưng tụ.
Quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ
Do lỏng môi chất tỏa nhiệt ra môi trường trên đoạn ống từ thiết bị ngưng tụ
đến thiết bị tiết lưu.
Về mặt tính toán nhiệt động thì tính giống như chu trình đơn giản, trong đó các
thông số điểm 3’ tra theo bảng bão hòa từ nhiệt độ t3’ (do điểm 3’ nằm rất gần
đường lỏng bão hòa).
Δq0
Δq0
Δtql