ĐỀ CƢƠNG KỸ THUẬT LẠNH VÀ ỨNG DỤNG LẠNH
1. Hãy cho biết nguyên tắc của phƣơng pháp làm lạnh bằng biến đổi pha vật chất?
- Các chất khi thay đổi pha sẽ hấp thụ một lượng nhiệt khá lớn gọi là ẩn nhiệt
Khi vật chất chuyển từ lỏng sang hơi: nhiệt ẩn hóa hơi
Khi vật chất chuyển từ rắn sang lỏng: nhiệt ẩn hòa tan
Khi vật chất chuyển từ rắn sang hơi: nhiệt ẩn thăng hoa
- Một số chất sử dụng thông dụng để làm lạnh:
Nước đá: tan chảy ở 0oC, hấp thụ 333 kj/kg
Đá khô: thăng hoa ở nhiệt độ -78.5oC, hấp thụ 572,2 kj/kg
Freon R12: bay hơi ở nhiệt độ -29.8oC, hấp thụ 165.37 kj/kg. R12 làm môi chất làm lạnh,
đông lạnh nhanh bằng cách tưới hay nhúng
2. Hãy cho biết nguyên tắc của phƣơng pháp làm lạnh dùng máy giãn nở có sinh ngoại
công?
- Làm lạnh dựa theo nguyên lý khi chất khí giãn nở sẽ giảm áp suất và nhiệt độ do nội năng chất
khi dãn nở được dùng để sinh công. Hệ thống này có 4 thiết bị chính là máy nén, bình làm mát,
máy giãn nở và buồng lạnh. Khác biệt so với hệ thống lạnh thông thường là môi chất lạnh không
biến đổi pha trong chu trình, vì vậy không có bình ngưng tụ, bay hơi và van tiết lưu thay bằng
máy giãn nở.
- Phạm vi ứng dụng của phương pháp này tương đối rộng, thường gặp trong điều tiết không khí
và các máy sản xuất nitơ, ôxy lỏng, các loại khí hóa lỏng…
- Phương pháp này có thể đạt đến độ lạnh rất sâu nhưng ít được ứng dụng trong thực tế do thiết
bị giãn nở rất cồng kềnh
3. Tác nhân lạnh là gì?
- Môi chất lạnh là chất tuần hoàn trong hệ thống máy lạnh, nhận nhiệt lượng từ đối tượng cần
làm lạnh và thải nhiệt lượng ra môi trường bên ngoài
- Trong hệ thống máy lạnh nén hơi, môi chất lạnh tuần hoàn và thay đổi trạng thái từ lỏng sang
hơi khi nhận nhiệt lượng và từ hơi sang lỏng khi thải nhiệt
- Trong hệ thống máy lạnh nén khí, môi chất lạnh luôn ở trạng thái khí
4. Cho biết những yêu cầu về nhiệt động đối với môi chất lạnh?
- Áp suất cuối tầm nén không được quá cao sẽ làm cho thiết bị thêm nặng nề, phức tạp và không
an toàn
- Hệ số nén không được quá cao để tăng hệ số cấp và hiệu suất máy nén
- Nhiệt độ đông đặc phải quá rất nhỏ và nhiệt độ tới hạn phải cao để tạo điều kiện thuận lợi cho
hoạt động của máy
- Năng suất lạnh riêng thể tích phải lớn vì sẽ làm giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của
máy nén
- Nhiệt ẩn hóa hơi phải lớn để giảm lượng tác nhân lạnh lưu thông trong máy
- Trọng lượng riêng và độ nhớt phải nhỏ để giảm tổn thất thủy lực trong đường ống và tăng hệ số
tỏa nhiệt, từ đó tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và giảm diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
- Môi chất phải có nhiệt độ sôi thấp hoặc rất thấp ở điều kiện áp suất môi trường để ngăn ngừa sự
rò rỉ, thâm nhập của không khí
5. Hãy cho biết những yêu cầu về hóa lý và sinh lý đối với môi chất lạnh?
+ Hóa lý
- Bền với áp suất và nhiệt độ cao, không bị phân hủy và polymer hóa
- Có tính trơ, không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác của hệ thống
- Có thể hoà tan trong nước để tránh hiện tượng đóng băng, gây tắc nghẽn tại các van tiết lưu,
thiết bị tự động hay đường ống của hệ thống máy lạnh
- Hòa tan được trong dầu để giảm lượng dầu bám trên bề mặt tỏa nhiệt, làm cho sự truyền nhiệt ở
các thiết bị trao đổi nhiệt tốt hơn
- Không dẫn điện và không cháy nổ
- Phải có màu hoặc mùi
+ Sinh lý
- Không gây độc hại, khó thở và mờ mắt
- Không tạo khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn
- Có mùi dễ chịu
- Không tác dụng và ảnh hưởng lên sản phẩm thực phẩm bảo quản trong trường hợp bị rò rĩ
6. Chất tải lạnh là gì?
- Môi chất trung gian nhận nhiệt lượng từ các đối tượng làm lạnh chuyển tới các thiết bị bay hơi
của máy lạnh hoặc chuyển lạnh từ các thiết bị bay hơi đến nơi cần làm lạnh
- Chất tải lạnh được dùng trong hệ thống máy làm lạnh gián tiếp. Chất tải lạnh thường được sử
dụng trong các trường hợp sau đây:
+ Phòng lạnh có yêu cầu cao về an toàn lao động nên không thể sử dụng dàn bay hơi trực tiếp
+ Khó sử dụng trực tiếp dàn bay hơi để làm lạnh sản phẩm
+ Môi chất lạnh có tính độc hại và ảnh hưởng xấu đến môi trường và chất lượng sản phẩm cần
làm lạnh
+ Tổ hợp máy lạnh phải cung cấp lạnh đến nhiều mục tiêu và các mục tiêu này nằm cách xa tổ
hợp máy nén
7. Hãy cho biết những yêu cầu cho chất tải lạnh?
- Nhiệt đông đặc thấp để tránh hiện tượng đóng rắn chất tải lạnh trong đường ống của thiết bị bay
hơi. Trong thực tế, nhiệt độ sôi của môi chất lạnh cần duy trì cao hơn nhiệt độ đông đặc của chất
tải lạnh từ 5 – 8 K
- Nhiệt độ sôi của chất tải lạnh phải cao hơn nhiệt độ môi trường để tránh hiện tượng chất tải
lạnh sôi và bay hơi do cân bằng nhiệt với môi trường khi hệ thống máy lạnh dừng làm việc
- Chất tải lạnh phải có hệ số dẫn nhiệt λ lớn, nhiệt dung riêng C lớn, khối lượng riêng ρ nhỏ và
độ nhớt ν nhỏ. Như vậy sẽ tăng cường khả năng trao đổi nhiệt, khả năng tích trữ lạnh và giảm
công suất động cơ của bơm dung dịch chất tải lạnh
- Chất tải lạnh phải không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác của thiết bị máy lạnh
- Không độc hại, không nguy hiểm và không gây cháy nổ
- Gía thành thấp, dễ tìm và dễ bảo quản
8. Hãy chú thích hình dƣới đây?
9. Hãy cho biết nguyên lý của quá trình nén lý thuyết của máy nén piston dựa trên sơ đồ
sau?
- Bỏ qua các yếu tố thực ảnh hưởng đến quá trình nén. Qúa trình nén lý thuyết có thể xem như
- Piston chuyển động trong xylanh từ điểm chết trên (4) đến điểm chết dưới (1) làm cho phần thể
tích giới hạn giữa piston và xylanh thay đổi từ 0 đến Vmax, clape hút mở ra để hơi đi vào xylanh
và kết thúc giai đoạn hút
- Piston chuyển động ngược lại, thể tích giảm dần và áp suất tăng dần từ P1 lên P2 khi piston tiến
đến điểm 2. Quá trình piston đi từ 1 đến 2 là quá trình nén và trong cả 2 quá trình này cả 2 clape
đều đóng
- Sau khi piston đi qua điểm 2, clape đẩy mở ra và hơi môi chất được đẩy vào khoang nén áp suất
P2 cho đến khi piston đạt đến điểm 3 (điểm chết trên (3 = 4). Qúa trình đẩy kết thúc và chu trình
mới bắt đầu
- Xem như quá trình nén môi chất xảy ra rất nhanh nên có thể xem là không có sự trao đổi nhiệt
giữa môi chất và thành xylanh. Do đó, quá trình nén này có thể xem như quá trình nén đoạn nhiệt
tức là n=k (n: số mũ đa biến, k: số mũ đoạn nhiệt)
- Thể tích lý thuyết của quá trình nén được xác định qua công thức:
(
)
d: đường kính xylanh (m)
s: hành trình piston (m)
n: số vòng quay trục khuỷu (s-1)
z: số piston của máy nén
10. Hãy cho biết ƣu điểm của dàn ngƣng kiểu tƣới?
+ Ưu điểm
- Hiệu quả trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt đạt 700 - 900 W/m2.K. Mặt khác do cấu tạo,
ngoài dàn ống trao đổi nhiệt ra, các thiết bị phụ khác như khung đỡ, bao che hầu như không có
nên suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ
- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng cả nguồn nước bẩn vì dàn ống
để trần rất dễ vệ sinh. Vì vậy dàn ngưng kiểu tưới rất thích hợp khu vực nông thôn, nơi có nguồn
nước phong phú, nhưng chất lượng không cao.
- So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu thụ không lớn. Nước rơi tự do trên dàn ống để trần
hoàn toàn nên nhả nhiệt cho không khí phần lớn, nhiệt độ nước ở bể tăng không đáng kể, vì vậy
lượng nước bổ sung chỉ chiếm khoảng 30% lượng nước tuần hoàn
11. Hãy cho biết nhƣợc điểm của dàn ngƣng kiểu tƣới?
- Cồng kềnh, tốn diện tích. Trong quá trình làm việc, nước bắn tung toé xung quanh, nên dàn chỉ
có thể lắp đặt bên ngoài trời, xa hẳn khu nhà xưởng.
- Cùng với bình ngưng ống vỏ, dàn ngưng kiểu tưới tiêu thụ nước khá nhiều do phải thường
xuyên xả bỏ nước.
- Do tiếp xúc thường xuyên với nước và không khí, trong môi trưởng ẩm như vậy nên quá trình
ăn mòn diễn ra rất nhanh, nếu dàn ống không được nhúng kẽm nóng sẽ rất nhanh chóng bị bục,
hư hỏng.
- Hiệu quả giải nhiệt chịu ảnh hưởng của môi trường khí hậu.
12. Bình ngƣng tụ bằng không khí kiểu làm mát tự nhiên và cƣỡng bức thƣờng đƣợc sử
dụng trong thiết bị nào? Cho biết cấu tạo và hoạt động của bình ngƣng tụ bằng không khí
cƣỡng bức?
- Bình ngưng tụ bằng không khí kiểu làm mát tự nhiên thường được sử dụng cho hệ thống lạnh
nhỏ và rất nhỏ như Tủ lạnh gia đình. Thiết bị ngưng tụ loại này phải đặt ở nơi thoáng mát để dễ
đối lưu không khí
- Bình ngưng tụ bằng không khí kiểu làm mát cưỡng bức thường được sử dụng trong các máy
điều hòa không khí ở hộ gia đình
Cấu tạo và hoạt động của bình ngƣng tụ bằng không khí cƣỡng bức
- Trong các loại Thiết bị ngưng tụ này, người ta dùng các ống trao đổi nhiệt thẳng bằng đồng
(hay thép) và co chữ U để liên kết chúng thông nhau
- Mỗi thiết bị có 2 hoặc nhiều ống nối song song với nhau. Cánh tản nhiệt thường được làm bằng
nhôm, có chiều dày 0,3 mm và bước cánh là 3,5 mm. Khoảng cách giữa 2 ống là 26 mm. Không
khí sẽ được quạt cưỡng bức đi xuyên qua bình ngưng tụ. Hơi tác nhân được đưa vào phía trên
thiết bị ngưng tụ, còn lỏng tác nhân được lấy ở phía dưới
13. Chu trình dƣới đây là chu trình gì? Cho biết nguyên lý hoạt động của máy lạnh theo
chu trình này?
Chu trình carnot ngược chiều: đây là chu trình đơn giản nhất. Bao gồm 2 quá trình đoạn nhiệt
(nén và giãn nở) và 2 quá trình đẳng nhiệt (ngưng tụ và bay hơi)
Nguyên lý hoạt động của máy lạnh như sau:
+ Máy nén hút hơi ở trạng thái 1 trong vùng hơi ẩm có áp suất P0 và nén lên áp suất Pk
làm cho hơi ẩm chuyển thành hơi khô bão hòa 2. Qúa trình nén này được coi là đoạn nhiệt ds = 0
+ Hơi khô bão hòa 2 có áp suất Pk đi vào thiết bị ngưng tụ và ngưng tụ đẳng nhiệt ở đó (t2
= t3 = tk) và chuyển thành trạng thái lỏng bão hòa 3
+ Lỏng bão hòa 3 sau đó được dãn nở đoạn nhiệt (s3 = s4) có sinh công trong máy dãn nở
và chuyển thành trạng thái 4 trong vùng ẩm có nhiệt độ t2 và áp suất P0
14. Chu trình dƣới đây là chu trình gì? Cho biết vì sao lại sử dụng chu trình này? nguyên
lý hoạt động của máy lạnh theo chu trình này?
1) Chu trình khô
- Chu trình ngược Carnot, về nguyên lý là chu trình có hiệu suất exergy và hệ số lạnh lớn nhất,
tuy nhiên thực hiện hóa chu trình này có một số khó khăn
+ Môi chất trạng thái 1 là hơi ẩm có lẫn môi chất lỏng, nên khi về máy nén pitton sẽ gây
ra hiện tượng va đập thủy lực