tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ máy nén sử dụng role nhiệt, role áp suất cao, role áp suất thấp cho hệ thống điều hòa không khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
BẢO VỆ MÁY NÉN SỬ DỤNG ROLE NHIỆT,
ROLE ÁP SUẤT CAO, ROLE ÁP SUẤT THẤP
CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV24-2009

S KC 0 0 2 5 5 2

Tp. Hồ Chí Minh, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM


ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ MÁY
NÉN SỬ DỤNG ROLE NHIỆT, ROLE ÁP SUẤT
CAO, ROLE ÁP SUẤT THẤP CHO HỆ THỐNG
ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

MÃ SỐ: SV2009_24

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ

: LÊ CÔNG KHANH

ĐƠN VỊ

: KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. HỒ CHÍ MINH – 3/2010

Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Chƣơng 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG
KHÍ Ơ TƠ
Kỹ thuật điều hịa khơng khí la ngành khoa học nghiên cứu các phƣơng
pháp, công nghệ và thiết bị để tao ra và duy trì một mơi trƣờng phù hợp với cơng
nghệ sản xuất, chế biến hoặc thuận tiện cho sinh hoạt của con ngƣời. Các đại
lƣợng cần tạo ra, duy trì và khồng chế hệ thống điều hịa khơng khí bao gồm:
nhiệt độ ,độ ẩm, sự lƣu thơng và tuần hồn của khơng khí,khử bụi ,tiếng ồn,khí
độc hại và vi khuẩn …..
Một hệ thống điều hịa khơng khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì
trạng thái của khơng khí trong khơng gian điều hịa, trong vùng qui định nào
đó.Nó khơng chịu ảnh hƣởng bởi sự thay đổi của khí hậu bên ngoài hoặc sự
thay đổi của phụ tải bên trong.Từ đó ta thấy rằng,có mối liên hệ mật thiết giữa
điều kiện thời tiết bên ngồi khơng gian điều hịa với chế độ hoạt động và các
đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hồ khơng khí.
Khi xét đến sự ảnh hƣởng của mơi trƣờng khơng khí đến con ngƣời,thì
qua thực nghiệm cho thấy: con ngƣời dễ chịu , thoải mái trong vùng nhiệt độ
khoảng từ 22 đến 270C.ở 270C tƣơng ứng với độ ẩm tƣơng đối của khơng khí
xung quanh - thông số này quyết định đến mức độ bay hơi nƣớc từ cơ thể ra
ngồi mơi trƣờng là 50% và tốc độ chuyển động của dịng khơng khí xung quanh
-ảnh hƣởng đến lƣợng hơi ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít là 0,25m/s . Tuy
vậy, khi chọn tốc độ dịng khơng khí phải lƣu ý đến sự tƣơng thích với nhiệt độ,
độ ẩm, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ dịng khơng khí cũng tăng, điều này sẽ ảnh
hƣởng đến sự thoải mái và cảm giác dễ chịu của con ngƣời.
Về mặt thiết bị hệ thống điều hịa khơng khí là một tổ hợp bao gồm các
thành phầnsau:
1.Máy lạnh: Là bộ phận cơ bản của hệ thống, đóng vai trị chủ yếu trong

việc khống chế trạng thái của khơng khí trong khơng gian cần điều hịa ở vùng
quy

định.
2.Bộ phận gia nhiệt và hâm nóng: Là bộ phận hỗ trợ với máy lạnh trong

việc điều chỉnh các thơng số của khơng khí. Bộ phận này khơng nhất thiết phải có
mặt trong tất cả các hệ thống điều hịa khơng khí - ở những vùng thƣờng xun
nóng bức, sự biến động của phụ tải không nhiều và các u cầu kỹ thuật khơng
q cao thì có thể khơng cần dùng đến.
3.Hệ thống vận chuyển chất tải lạnh: Là hệ thống dùng để vận chuyển chất
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

1


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

tải lạnh từ nguồn sinh lạnh đến không gian cần thực hiện kỹ thuật lạnh. Ở đây
chất tải lạnh có thể là nƣớc, khơng khí hoặc kết hợp giữa nƣớc và khơng khí - ở
các hệ thống nhỏ, chất tải lạnh thƣờng chính là tác nhân lạnh.
4.Hệ thống phun ẩm: Thƣờng đƣợc dùng cho những nơi có nhu cầu gia

tăng độ chứa hơi khơng khí trong khơng gian điều hịa.
Hệ thống thải khơng khí trong khơng gian cần điều hịa ra ngồi trời hoặc
tuần hoàn trở lại vào hệ thống.
Bộ điều chỉnh và khống chế tự động: để theo dõi, duy trì và ổn định tự động

các thơng số chính của hệ thống.
Hệ thống giảm ồn, chống cháy, lọc bụi, khử mùi. Hệ thống phân phối khơng khí.
Tuy nhiên, khơng phải bất kỳ hệ thống điều hịa khơng khí nào cũng phải
có đầy đủ các thiết bị nêu trên. Ở một số trƣờng hợp có thể có thêm các bộ phận
phụ khác giúp cho hệ thống làm việc ổn định và thích ứng hơn. Hệ thống điều
hịa khơng khí có thể ứng dụng cho các khơng gian đứng n: nhà ở, hội trƣờng,
phịng làm việc… ngồi ra cịn đƣợc ứng dụng cho các không gian di động nhƣ:
ôtô, xe lửa, máy bay…

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

2


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Chƣơng 2.CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÊN

Ơ TƠ

Một hệ thống điều khơng khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của
khơng khí trong khơng gian cần điều hịa. Nó khơng chịu ảnh hƣởng bởi sự thay
đổi của điều kiện khí hậu bên ngồi hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong. Do đó,
cómột mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài khơng gian cần điều
hịa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa khơng
khí.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

3


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Hệ thống điều hịa khơng khí là một tổ hợp bao gồm các thiết bị sau: 2.1.MÁY

NÉN.

1) Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

4


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Máy nén trong hệ thống điều hịa khơng khí là loại máy nén đặc biệt dùng trong kỹ
thuật lạnh, hoạt động nhƣ một cái bơm để hút hơi môi chất ở áp suất thấp nhiệt độ
thấp sinh ra ở giàn bay hơi rồi nén lên áp suất cao (100PSI; 7-17,5 kg/cm2) và nhiệt
độ cao để đẩy vào giàn ngƣng tụ, đảm sự tuần hịa của mơi chất lạnh một cách hợp
lý và tăng mức độ trao đổi nhiệt của môi chất trong hệ thống.
Vì máy điều hịa
nhiệt độ trên xe ơtơ là một hệ thống làm lạnh kiểu nén khí, nên máy nén là một bộ

phận quan trọng nhất của hệ thống lạnh. Công suất, chất lƣợng, tuổi thọ và độ tin cậy
của hệ thống lạnh chủ yếu đều do máy nén lạnh quyết định. Có thể so sánh máy nén
lạnh có tầm quan trọng giống nhƣ trái tim của cơ thể sống. Trong quá trình làm việc,
máy nén sẽ tăng áp suất chất làm lạnh lên khoảng 10 lần: tỉ số nén vào khoảng
5÷8:1, tỉ số nén này phụ thuộc vào nhiệt độ khơng khí mơi trƣờng xung quanh và loại
mơi chất lạnh. Áp suất phải tăng lên đến điểm mà nhiệt độ của chất làm lạnh cao hơn
nhiệt độ của không khí ở mơi trƣờng xung quanh và phải đủ tại bộ ngƣng tụ để giải
phóng tồn bộ nhiệt hấp thụ ở trong bộ bốc hơi

Máy nén sử dụng trong hệ thống điều hịa khơng khí ơtơ là loại máy nén hở
đƣợc gắn bên hông động cơ, nhận truyền động đai từ động cơ ôtô sang đầu trục
máy nén qua một ly hợp từ. Tốc độ vòng quay của máy nén lớn hơn tốc độ quay của
động cơ. Ở tốc độ chạy cầm chừng của động cơ ôtô, máy nén làm việc với tốc độ
khoảng 600 rpm.
Khi tốc độ động cơ đạt tốc độ tối đa thì tốc độ máy nén rất cao. Vì vậy, máy
nén phải có độ tin cậy cao và phải làm việc hiệu quả trong điều kiện tốc độ động cơ
ln thay đổi trong q trình làm việc. Đặc biệt là các chi tiết nhƣ cụm bịt kín cổ trục,
các vịng bi, các clappe phải làm việc với độ tin cậy cao.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

5


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Nhiều loại máy nén khác nhau đƣợc dùng trong kỹ thuật điều hòa khơng khí
trên ơtơ, mỗi loại máy nén đều có đặc điểm cấu tạo và làm việc theo nguyên tắc khác

nhau. Nhƣng tất cả các loại máy nén đều thực hiện nhiệm vụ nhƣ nhau: nhận hơi có
áp
suất thấp từ bộ bốc hơi và chuyển thành hơi có áp suất cao bơm vào bộ ngƣng tụ.
Thời gian trƣớc đây, hầu hết các máy nén sử dụng loại 2 piston và một trục
khuỷu, piston chuyển động tịnh tiến lên xuống trong xi lanh nên gọi là máy nén có
piston tịnh tiến. Có loại máy nén sử dụng piston tịnh tiến làm việc theo chiều hƣớng
trục hoạt động nhờ đĩa lắc hay tấm dao động; cịn có loại máy nén cánh quay và
máy nén kiểu cuộn xoắn ốc. Tuy nhiên, hiện nay đang dùng phổ biến nhất là loại máy
nén piston dọc trục và máy nén quay dùng cánh van li tâm.
Máy nén thƣờng có những bộ phận cơ bản nhƣ hình 2.4.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

6


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

Mặt bích của máy nén.

Cuộn dây nâm châm điện.
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

ĐHKK Ô TÔ

Puli máy nén

Nắp thân và đuôi máy nén.
7

Đề tài nghiên cứu khoa hoc

Trục máy nén và đĩa cam.

ĐHKK Ô TÔ

Piston và bánh răng.

Bộ ly hợp điện từ

Trên tất cả các loại máy nén sử dụng trong hệ thống điều hịa khơng khí ơtơ
đều đƣợc trang bị bộ ly hợp nhờ hoạt động từ trƣờng. Bộ ly hợp này đƣợc xem nhƣ
một phần của puly máy nén. Ly hợp sẽ ăn khớp hay không ăn khớp để điều khiển
trục máy nén quay khi cần thiết, phần puly sẽ quay liên tục bởi dây đai đƣợc dẫn
động từ trục khuỷu của động cơ khi động cơ làm việc.
Ly hợp điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ (hình 2.18a), có hai loại cơ
bản: loại cực từ tĩnh (cực từ đƣợc bố trí trên thân của máy nén) (hình 2.18b) và loại
cực từ quay (các cực từ đƣợc đƣợc lắp trên roto và cùng quay với roto, cấp điện
thông qua các chổi than đặt trên thân máy nén).

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

8


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Nguyên lý hoạt động của ly hợp từ đƣợc mô tả nhƣ sau (hình 2.19). Khi hệ
thống máy lạnh đƣợc bật lên, dịng điện chạy qua cuộn dây nam châm điện (1) của
bộ ly hợp, lực từ của nam châm điện hít đĩa bị động (2) dính cứng vào mặt ngồi của
puly đang quay (3). Đĩa bị động (2) liên kết với trục máy nén (4) nên lúc này cả puly
lẫn trục máy nén đƣợc khớp nối cứng một khối và cùng quay với nhau. Lúc ta ngắt
dòng điện, lực hút từ trƣờng mất, một lò xo phẳng sẽ đẩy đĩa bị động (2) tách rời mặt
ngoài puly; lúc này, trục khuỷu động cơ quay, puly máy nén quay trơn trên vòng bi
(5), nhƣng trục máy nén đứng yên. Đây là loại khớp nối kiểu cực từ tĩnh, nên trong
quá trình hoạt động, cuộn dây nam châm điện không quay, lực hút từ trƣờng của nó
đƣợc truyền dẫn xuyên qua puly đến đĩa bị động (2). Đĩa bị động (2) và mayor của nó
liên kết vào đầu trục máy nén nhờ chốt clavet, đồng thời có thể trƣợt dọc trên trục để
đảm bảo khoảng cách của ly hợp là 0,022÷0,057 inch (0,56÷1,47mm).

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

9


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Với loại ly hợp có cực từ tĩnh, hiệu suất cắt và nối cao; ít bị mài mịn và đỡ
cơng kiểm tra, bảo trì thƣờng xuyên. Nên loại này đƣợc sử dụng rộng rãi hơn so với
loại ly hợp từ có cực từ di động, vì phải thƣờng xuyên kiểm tra sự tiếp xúc giữa chổi
than với roto của ly hợp.
Tùy theo cách thiết kế, bộ ly hợp từ trƣờng thƣờng đƣợc điều khiển cắt nối
nhờ bộ cảm biến nhiệt điện, bộ cảm biến nhiệt này hoạt động dựa theo áp suất hay
nhiệt độ của hệ thống điều hịa khơng khí. Trong một vài kiểu bộ ly hợp đƣợc thiết kế
cho nối khớp liên tục mỗi khi đóng nối mạch cơng tắc máy lạnh.

2.2.PHẦN TÍNH TỐN CHỌN MÁY NÉN.
I.Phần mở đầu.
1.Phân tích đặc điểm chu trình định hướng thiết kế.
Thiết kế hệ thống điều hịa trên ơ tơ.
Với các kích thước sau :
Cao :1.3m
Rộng : 1.3m
Dài : 2.6m
Nhiệt độ yêu cầu :180C
Nơi tính tốn thiết kế ở thành phố Hồ Chí Minh
2.Chọn cấp điều hịa khơng khí
ở đây điều hịa trên ơ tơ nên ta chọn điều hòa cấp 3.Hệ thống điều hòa khơng
khí được duy trì các thơng số trong nhà ở phạm vi cho phép so với độ sai lệch
cho phép khơng q 400h một năm.
3. Chọn thơng số tính tốn ngồi nhà.
Cấp điều hịa cấp 3
Nhiệt độ :tn :34.60C
Độ ẩm   55%
Nhiệt độ ngưng tụ giải nhiệt gió thường lấy cao hơn nhiệt độ khơng khí từ 13150C
Tk = tn +13 = 34.6 +13 = 47.60C
4.chọn thông số thiết kế trong nhà
Nhiệt độ sôi của môi chất t0 =tp - t 0 = 18- 8 = 100C
Lao động nhẹ
T : 24 đến 27
  60  75%

W = 0.5-0.7 m/s
Lượng gió tươi ;20m3/h .người, đạt tối thiểu 10% lưu lượng gió tuần hồn
Độ ồn cho phép 30dB

II.Tính Cân Bằng Nhiệt ẩm
1. Đại cương
Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát
Q0 =Qt = Qht  Qât
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

10


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Qht :nhiệt hiện thừa
Qât :nhiệt ẩn thừa
2.
Tính nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩm thừa.
Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q1
Q1 = nt.Q1’
Nt : hệ số tác dụng tức thời
Q1’ =F.εc.εds.εmm.εkh.εm.εr ,W.
F :diện tích mặt kính có khn thép, m2
Q1’:lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phịng.
Rt :nhiệt bức xạ mơi trường qua kính vào phịng w/m2.
Hệ thống hoạt động 24/24 nên chọ Rt trong bảng 4.2.chon Rt = 514 ở hướng tây
vào tháng 9 và tháng 3 .
εc : hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển.
εc = 1 + 0.023H/1000 =1+0,023.7/1000 =1,000161.
εds :hệ số kể đến ảnh hưởng độ chênh nhiệt độ
εds=1- 0,13.(ts-20)/10

Ts trung bình = 260C.
εds = 1-0,13.(26-20)/10= 0,922.
εmm:hệ số ảnh hưởng mây mù, khi trời co mây ε =0,85.
εkh:hệ số ảnh hưởng khung ,εkh =1,17.
εm:hệ số kính , kinh trong phẳng dày 6mm .εm =0,94.
εr:hệ số mặt trời = 0,65.
Q1’ =2.1,3.2,6.514.1,000161.0,922.0,85.1,17.0,94.0,65 =1947 W
Hệ số tác dụng tức thời :nt
Nt=Q/Q1’.
Q1 :nhiệt lượng tác dungjtruwcj tiếp đến phụ tải lạnh .
Q1’: lượng nhiệt bức xạ qua kính vào phịng nhưng khơng tác dụng trực tiếp đến
phụ tải lạnh .
Giả sử hệ thống điều hòa hoạt động 24/24 , có khối lượng sàn là 150kg/m2,tìm
được ntmax =0,29 ( vào 2h chiều).
Vậy Q1 =0,29.1947 = 564,7 w.
2.2.Nhiệt truyền qua mái bằng bức xạ và bằng chênh lệch nhiệt độ.
Q21=kF. t
F= 1,3.2,6 = 3,38m2.
t  8,3

K = 0,367.
Q21 = 0,367.3,38.8,3 = 10 w.
2.3.Nhiệt truyền qua kính cửa sổ :
a. Nhiệt truyền qua cửa ra vào
Q22 = k.F.Δt= 2.1,3.1,3.5,89.16,6 = 330w
b.Nhiệt truyền qua nền
Q23 = k.F.Δt
= 1,38.1,3.2,6.16,6 = 77w
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

11


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Vậy Q2 = 10+330+77 =417w.
2.4.Nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng
Q3 theo định hướng tiêu chuẩn 10-12w/m2 sàn .
Ở đây ta chọn là 10w/m2 .
Q3 = 10.F= 10.2,6.1,3 = 34w
2.5 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra .
a. Nhiệt hiện do người tỏa ra
Qh = n.qh = 4.79 = 316w
Trong đó: n = 4 số người ở trong phòng.
Qh lượng nhiệt của một người tỏa ra = 79w/người.
b.Nhiệt ẩn do người tỏa ra :
Q4a = n.qâ = 4.21 = 84w
Trong đó : Qâ nhiệt ẩn do một người tỏa ra = 21w/người.
Vậy Q4 = 316 + 84 = 400w.
2.6.Nhiệt hiện, ẩn do gió tươi mang vào :
a.Nhiệt hiện :
Qhn = 1,2.l.(tn-tt )
Trong đó l : lượng khơng khí tươi cần cho một người trong một s
L = 7,5l/s
tn : nhiệt độ ngồi phịng.
Tt : nhiệt độ trong phịng.
Qhn = 1,2.7,5.16,6 = 597w
b. Nhiệt ẩn :

Qân = 3.n.l . (dn- dt)
Trong đó dn :dung ẩm của khơng khí bên ngồi.
dt :dung ẩm của khơng khí bên trong phịng.
Tra đồ thị ta được dt = 11,dn = 19.
Qân = 3.4.7,5.(19-11) = 720 w
Vậy Qn = 597 +720 = 1317w
2.7.Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió lọt vào .
a. Nhiệt hiện :
Q5h = 0,39.ξ.v.(tn-tt)
Trong đó : v : thể tích phịng m3.
ξ :hệ số kinh nghiệm = 0,7 do thể tích phịng nhỏ hơn 500m2.
Q5h = 0,39.0,7.4,394.16,6 = 20w.
b. Nhiệt ẩn :
Q5a = 0,84.ξ.v. (dn-dt)
= 0,84.0,7.4,394.(19-11) = 16w.
Vậy Q5 = 20+ 16 = 36w.
2.8 .Xác định phụ tải Q0.
Qt = Q0 = Q1+Q2 +Q3+ Q4 +Q5 +QN
= 564,7 + 417 +34 +400 + 36 + 1317 =2,769kw
Chọn Q0 = 3kw
III. Tính chọn máy nén.
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

12


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ơ TƠ

Với các thơng số :
tk = 47,60C.
t0 = 100C.
Q0 = 3kw.

Khơng khí đƣợc lấy từ bên ngoài vào và đi qua giàn lạnh (bộ bốc hơi). Tại đây
khơng khí bị giàn lạnh lấy đi rất nhiều năng lƣợng thông qua các lá tản nhiệt, do
đó nhiệt độ khơng khí sẽ bị giảm xuống rất nhanh đồng thời hơi ẩm trong khơng
khí cũng bị ngƣng tụ lại và đƣa ra ngoài.
Tại giàn lạnh khi mơi chất ở thể lỏng có nhiệt độ, áp suất cao sẽ trở
thành mơi chất thể hơi có nhiệt độ, áp suất thấp. Khi q trình này xảy ra mơi
chất cần một năng lƣợng rất nhiều, do vậy nó sẽ lấy năng lƣợng từ khơng khí
xung quanh giàn lạnh (năng lƣợng không mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này
sang dạng khác). Khơng khí mất năng lƣợng nên nhiệt độ bị giảm xuống, tạo
nên khơng khí lạnh.
Trong hệ thống, máy nén làm nhiệm vụ làm môi chất từ dạng hơi áp suất, nhiệt
độ thấp trở thành hơi có áp suất, nhiệt độ cao. Máy nén hút môi chất dạng hơi áp
suất, nhiệt độ thấp từ giàn lạnh về và nén lên tới áp suất yêu cầu: 12-20 bar. Môi
chất ra khỏi máy nén sẽ ở dạng hơi có áp suất, nhiệt độ cao đi vào giàn nóng (bộ
ngƣng tụ) quan trọng nó giúp hệ thống hoạt động đƣợc tối ƣu.
Khi tới giàn nóng, khơng khí sẽ lấy đi một phần năng lƣợng của môi chất
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

13


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ơ TƠ

thơng qua các lá tản nhiệt. Khi môi chất mất năng lƣợng, nhiệt độ của môi chất sẽ
bị giảm xuống cho đến khi bằng với nhiệt độ, áp suất bốc hơi thì mơi chấtsẽ trở về
dạng lỏng có áp suất cao.
Mơi chất sau khi ra khỏi giàn nóng sẽ tới bình lọc hút ẩm. Trong bình lọc
hút ẩm có lƣới lọc và chất hút ẩm. Mơi chất sau khi đi qua bình lọc sẽ tinh khiết và
khơng cịn hơi ẩm. Đồng thời nó cũng ngăn chặn áp suất vƣợt quá giới hạn.
Sau khi qua bình lọc hút ẩm, mơi chất tới van tiết lƣu. Van tiết lƣu quyết
định lƣợng môi chất phun vào giàn lạnh, lƣợng này đƣợc điều chỉnh bằng 2
cách: bằng áp suất hoặc bằng nhiệt độ ngõ ra của giàn lạnh. Việc điều chỉnh rất
quang trọng nó giúp hệ thống hoạt động đƣợc tối ƣu.
Đồ thị lgp-h và đồ thị t-s.

lg P

T
3

2
3

2

5

5

1
4

1

4
s

h

Các điểm nút của chu trình

1
2
3
4
5

T(0C)
10
52.2723
47.6
10
10

P(bar)
4.2383
11.5692
11.5692
4.2383
4.2383

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

V(dm3/kg)

41.131
15.56145
0.81954
10.89239
0.7338

H(kj/kg)
356.86
374.7649
246.444
246.444
209.35

S(kj/kg.độ)
1.5543
1.5543
1.1543
1.104315
1.0333

14


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

- Nhiệt tỏa ra ở TBNT :
qk = 128,3209 kj/kg
- Nhiệt nhận ở TBBH:

q0 = 110,416 kj/kg , qov = 2684,495 kj/m3.
- Công cấp cho máy nén
l = 17,90488 kj/kg
- Hệ số làm lạnh
ε = 6,166811
- Khối lượng tuần hoàn giờ qua máy nén
Gh = 97,81192 kg/h
- Thể tích tuần hồn giờ qua máy nén
Vh = 4,0231 m3/h
- Công nén đoạn nhiệt
Ns = l.G = 17,90488.97,81192 = 1751,31069kj/h
= 0,4865 kw
-Công nén chỉ thị
Ni = Ns /
 =t0/tk + 0,001t0 = 283/320,6 + 0,001.10 = 0,8927
Ni = 0,4865/0,8927 = 0,5449 kw.
- Công nén hữu ít :
Ne = Ni + Nms
Nms = Vtt.Pms
Vtt = G.v1 = 0,041131.0,0271 = 0,0011146 m3/s.
Chọn Pms = 0,04Mpa =40pa.
Nms = 0,0011146.40 = 0,0446kw.
Vậy cơng nén hữu ít
Ne = 0,5449 + 0,0446 = 0,5895 kw.
- Công suất tiêu thụ
Nd = Ne / đc
 đc : hiệu suất động cơ điện của máy nén từ 0,8đến 0,95 .
Chọn  đc = 0,8.
Nd = 0,5895/0,8 = 0,7368 kw
- Công suất lắp đặt của máy nén

Nlđ = s.Nd = (1,2÷2,1 ).Nd =1,7.0,7368 = 1,25 kw.
Vậy chọn công suất lắp đặt của động cơ máy nén là 1,5kw.

2.3.THIẾT BỊ NGƢNG TỤ.
Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Thiết bị ngƣng tụ của hệ thống điều hịa khơng khí ơtơ (hay cịn gọi là giàn
nóng) là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao
sau quá trình nén thành trạng thái lỏng trong chu trình làm lạnh. Đây là một thiết bị cơ
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

15


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

bản trong hệ thống điều khơng khí, có ảnh hƣởng rất lớn đến các đặc tính năng
lƣợng của hệ thống.
Cơng dụng của bộ ngƣng tụ là làm cho môi chất lạnh đang ở thể hơi áp suất
và nhiệt độ cao từ máy nén bơm đến, ngƣng tụ biến thành lỏng. Q trình mơi chất
lạnh ngƣng tụ thành thể lỏng đƣợc mô tả nhƣ sau: Trong quá trình hoạt động bộ
ngƣng tụ tiếp nhận hơi môi chất lạnh dƣới áp suất và nhiệt độ rất cao do máy nén
bơm vào, qua lỗ nạp đƣợc bố trí phía trên giàn nóng. Dịng khí này tiếp tục lƣu thơng
trong ống dẫn đi dần xuống phía dƣới, nhiệt của khí mơi chất lạnh truyền qua các
cánh tỏa nhiệt và đƣợc luồng gió mát thổi đi. Q trình trao đổi khí này làm tỏa một
lƣợng nhiệt rất lớn vào trong khơng khí; do bị mất nhiệt, hơi mơi chất giảm nhiệt
độ,đến nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hòa (hay nhiệt độ sơi) ở áp suất ngƣng tụ thì bắt
đầu ngƣng tụ thành thể lỏng. Môi chất lạnh thể lỏng, áp suất cao này tiếp tục chảy
đến bộ bốc hơi (giàn lạnh).

Sự trao đổi nhiệt ở giàn nóng nếu xảy ra không đầy đủ sẽ làm tăng áp suất
trong hệ thống và gây ra sự ngƣng tụ khơng hồn tồn của mơi chất lạnh. Đồng thời,
nếu khơng ngƣng tụ hồn tồn thì lúc này trong mơi chất lạnh cịn ở thể hơi, làm cho
thể tích của mơi chất lạnh lớn sẽ không qua hết đƣợc thiết bị tiết lƣu để vào giàn
lạnh. Do đó, điều này sẽ làm giảm đáng kể cơng suất của hệ thống vì khơng đủ mơi
chất lạnh quy định tuần hồn trong một chu trình làm lạnh.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

16


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ơ TƠ

Hình 2.20. Thiết bị ngƣng tụ.
Hầu hết thiết bị ngƣng tụ dùng trong hệ thống lạnh trên ôtô đều sử dụng giàn
ngƣng tụ khơng khí cƣỡng bức gồm các ống xoắn có cánh sắp xếp trong nhiều dãy
và dùng quạt để tạo chuyển động của khơng khí (có thể dùng chung quạt giải nhiệt
két nƣớc làm mát của động cơ hoặc đƣợc lắp đặt quạt riêng cho giàn nóng). Nó
gồm những ống thẳng hoặc ống chữ U nối thông với nhau, mỗi giàn có thể có hai
hay nhiều dãy (cụm) nối song song qua ống góp. Vật liệu ống thƣờng là thép hay
đồng cịn các cánh tản nhiệt bằng thép hay bằng nhơm (hình 2.21). Kiểu thiết kế này
làm cho bộ ngƣng tụ có diện tích tỏa nhiệt tối đa đồng thời chiếm một khoảng không
gian tối thiểu.
Trên ôtô, bộ ngƣng tụ đƣợc ráp ngay trƣớc đầu xe, phía trƣớc két nƣớc làm
mát của động cơ, ở vị trí này bộ ngƣng tụ tiếp nhận tối đa luồng khơng khí mát thổi

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

17


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

xuyên qua khi xe đang lao tới và do quạt gió tạo ra.

- Lá tỏa nhiệt: Lá tỏa nhiệt đƣợc chế tạo bởi các lá nhôm mỏng và đƣợc xếp song

song với nhau. Với cách thiết kế nhƣ vậy sẽ tạo đƣợc diện tích lớn nhất để tỏa nhiệt
tốt nhất.
- Ống xoắn chữ U: Ống xoắn chữ U chủ yếu dung để truyền môi chất và
tỏa nhiệt. Vật liệu thƣờng dùng là ống đồng, nó vừa tỏa nhiệt tốt vừa có độ bền
cao.

2.4 .THIẾT BỊ BAY HƠI.
Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Thiết bị bay hơi (hay còn gọi là giàn lạnh) là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó mơi
chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trƣờng cần làm lạnh sơi và hóa hơi. Do vậy, cùng
với thiết bị ngƣng tụ, thiết bị bay hơi cũng là thiệt bị trao đổi nhiệt quan trọng và
không thể thiếu đƣợc trong hệ thống lạnh.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

18

Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Trong thiết bị bay hơi xảy ra sự chuyển pha từ lỏng sang hơi, đây là q
trình sơi ở áp suất và nhiệt độ không đổi. Nhiệt lấy đi từ môi trƣờng lạnh chính là
nhiệt làm hóa hơi mơi chất lạnh. Trong q trình bốc hơi mơi chất lạnh sinh hàn,
hấp thu nhiệt làm mát khối khơng khí thổi xun qua thiết bị.
Trên ôtô thiết bị bay hơi đƣợc bố trí bên dƣới bảng taplo điều khiển trong
cabin. Trong giàn lạnh, khơng khí thƣờng có truyền động cƣỡng bức dƣới tác dụng
của một quạt điện kiểu lồng sóc tạo luồng khơng khí đối lƣu trong cabin ơtơ.
Ngồi tác dụng làm lạnh, thiết bị bay hơi cịn có tác dụng hút ẩm trong cabin:
khi luồng khơng khí thổi xun qua bộ bốc hơi, khơng khí đƣợc làm lạnh, đồng thời
chất ẩm ƣớt trong khơng khí khi tiếp xúc với giàn lạnh sẽ ngƣng tụ thành nƣớc
quanh các ống của giàn lạnh. Nƣớc ngƣng tụ này đƣợc hứng và đƣa ra ngoài xe
qua ống xả bố trí bên dƣới giàn lạnh. Đặc tính hút ẩm này giúp cho khối khơng khí
trong cabin đƣợc tinh khiết, tạo thoải mái cho hành khách, đồng thời các kính cửa sổ
không bị che mờ do hơi nƣớc.
Thiết bị này thuộc loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt. Ở đây khơng khí lƣu động
ngồi chùm ống có cánh và truyền nhiệt cho môi chất lạnh sôi trong ống - cịn gọi là
giàn lạnh khơng khí bay hơi trực tiếp. Bộ bốc hơi đƣợc chế tạo ở dạng chùm ống
thẳng, nhẵn hay chùm ống xoắn bằng đồng xuyên qua các lá mỏng hút nhiệt bằng
nhôm

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

19


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Cửa vào của mơi chất bố trí bên dƣới và cửa ra bố trí bên trên bộ bốc hơi. Với
kiểu thiết kế này, bộ bốc hơi có đƣợc diện tích thu hút nhiệt tối đa trong lúc thể tích
của nó đƣợc thu gọn tối thiểu. Một bộ bốc hơi thiết kế đạt yêu cầu, sẽ có diện tích bề
mặt lớn đủ tiếp xúc với chất làm lạnh và khơng khí ở khoang hành khách.
Môi chất lạnh ở thể lỏng, đƣợc thiết bị giãn nở (van tiết lƣu) phun tơi sƣơng
vào bộ bốc hơi (hình 2.24). Luồng khơng khí do quạt điện thổi xun qua bộ bốc hơi,
trao đổi nhiệt cho bộ này và làm sôi môi chất lạnh. Trong lúc chảy xuyên qua các ống
của bộ bốc hơi, môi chất lạnh hấp thu một lƣợng nhiệt rất lớn và bốc hơi hoàn toàn.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

20


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ơ TƠ

Khi mơi chất lạnh sôi, hấp thu nhiệt, bộ bốc hơi trở lên lạnh; quạt điện hút
khơng khí nóng trong cabin và cả khơng khí từ ngồi vào thổi xun qua giàn lạnh,
cho ra luồng khơng khí mới đã đƣợc làm lạnh và hút ẩm đi vào cabin ơtơ thơng qua
các cửa khí đƣợc bố trí trong hệ thống. Cứ nhƣ thế tạo ra một sự đối lƣu khơng khí
trong ơtơ, tạo cảm giác thoải mái mát mẻ cho con ngƣời.
Ngoài ra, qua q trình hoạt động lâu dài, có nhiều bụi bẩn bám vào các
cánh tản nhiệt, hoặc lƣợng dầu bôi trơn lẫn vào môi chất lạnh nhiều…sẽ làm cho
năng suất lạnh của hệ thống lạnh giảm. Cần phải kiểm tra và vệ sinh thƣờng xuyên
để đảm bảo chất lƣợng làm việc của hệ thống.

Thông thƣờng, nhiệt độ của hơi môi chất lạnh tại cửa ra giàn lạnh cao
hơn4÷6 (oF) so với nhiệt độ của môi chất lạnh ở thể lỏng tại cửa vào. Chênh lệch
nhiệt độ này gọi là sự tăng nhiệt, nó đảm bảo mơi chất lạnh đã đƣợc bốc hơi hoàn
toàn. Quạt giàn lạnh là quạt kiểu hƣớng tâm có 2 cổng hút vào 2 phía, dùng động
cơ nhiều tốc độ, quay nhanh, làm việc êm.
Nhƣng cũng tùy theo cơng suất u cầu của giàn lạnh, diện tích của khoảng
khơng gian cần điều hịa mà chọn loại quạt và kích cỡ quạt cho thích ứng với từng hệ
thống. Nói chung, tốc độ khí hƣớng về phía đầu ngƣời khơng đƣợc q 0,3÷0,5
(m/s), lên ngực có điều chỉnh tốc độ 0,5÷2,2 (m/s) và cần có độ rộng 0,6÷0,8 (m); ở
vùng đùi, ống chân, bàn chân thì tốc độ khí khơng đƣợc q 0,1÷0,3 (m/s).

2.5.BÌNH LỌC VÀ HÚT ẨM
Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bình lọc và hút ẩm mơi chất lạnh (hay cịn gọi là phin sấy lọc; bình chứamơi
chất) là một bình kim loại bên trong có lƣới lọc và túi đựng chất khử ẩm
(desiccant). Chất khử ẩm là vật liệu có đặc tính hút chất ẩm ƣớt lẫn trong môi chất
lạnh, cụ thể nhƣ ôxit nhôm (sillica alumina), và chất sillicagel. Trên một số bình sấy
lọc cịn đƣợc trang bị thêm van an tồn, van này sẽ mở cho mơi chất lạnh thốt ra
ngồi khi áp suất trong hệ thống tăng vƣợt quá giới hạn quy định trong hệ thống.
Phía trên bình lọc và hút ẩm cịn đƣợc bố trí một cửa sổ kính để theo dõi dịng chảy
của mơi chất (hình 2.25).

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

21


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Trong hệ thống điều hịa khơng khí ơtơ, phin sấy lọc đặt sau thiết bị ngƣng tụ
trƣớc thiết bị giãn nở. Có nhiều loại bình lọc hút ẩm đƣợc sử dụng trong hệ thống,
tuy nhiên chức năng và vị trí lắp đặt khơng thay đổi.
Môi chất lạnh đang ở thể lỏng chảy từ bộ ngƣng tụ theo lỗ nạp vào bình chứa
(hình 2.25), xuyên qua lớp lƣới lọc và bọc khử ẩm. Chất ẩm ƣớt tồn tại trong hệ
thống là do chúng xâm nhập vào trong q trình lắp ráp, sửa chữa.
Nếu mơi chất lạnh không đƣợc lọc sạch bụi bẩn và chất ẩm ƣớt thì các van
trong hệ thống cũng nhƣ trong máy nén sẽ chóng bị hỏng. Sau khi đƣợc lọc sạch

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

22


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

tinh khiết và hút ẩm, môi chất lạnh chui vào ống tiếp nhận và thốt ra khỏi bình chứa
qua lỗ thốt theo ống dẫn đến van giãn nở.
Việc chọn loại bình chứa để sử dụng trong hệ thống điều hịa khơng khí trên
ơtơ phụ thuộc nhiều vào loại môi chất lạnh đƣợc sử dụng trong hệ thống. Về cấu tạo
và nguyên lý của mỗi loại vẫn không đổi, nhƣng vật liệu sử dụng để lọc và hút ẩm
cho mơi chất lạnh thì khác nhau, ở hệ thống dùng mơi chất lạnh R12 thì dùng đá
thạch anh định hình (sillicagel) để hút ẩm; cịn trong hệ thống sử dụng mơi chất lạnh
R134a thì dùng chất khống (zeolite) để hút ẩm (vì khi dịng mơi chất lạnh R134a đi
qua chất khống chứa trong bình hút ẩm thì nƣớc sẽ đƣợc tách áp suất khỏi R134a
và đƣợc chất khống hấp thu hồn tồn).

2.6.THIẾT BỊ GIÃN NỞ.
Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Môi chất lạnh ở thể lỏng áp suất cao, sau khi ra khỏi bình lọc hút ẩm và theo
ống dẫn mơi chất đến thiết bị giãn nở (hay còn gọi là thiết bị định lƣợng dòng chảy;
van tiết lƣu hay van giãn nở). Tại thiết bị này, môi chất lạnh ở thể lỏng đƣợc phun
thành một lớp sƣơng mù có nhiệt độ thấp, áp suất thấp nạp vào giàn bay hơi.
Thiết bị dãn nở hay van giãn nở nhiệt là một loại van biến đổi, nó có thể thay
đổi độ mở của van để đáp ứng đƣợc với các chế độ tải trọng làm lạnh của bộ bốc
hơi. Thiết bị giãn nở đƣợc điều khiển bằng áp suất vào của bộ bốc hơi, van này sẽ
mở để lƣu thông nhiều môi chất lạnh hơn khi trong cabin ôtô yêu cầu độ lạnh nhiều
hơn. Hoặc khi chế độ tải lạnh yêu cầu ít hơn, thì van giãn nở sẽ giảm dịng chảy của
mơi chất lạnh xuống. Trên ôtô, thiết bị giãn nở nhiệt đƣợc lắp đặt tại ống vào của bộ
bốc hơi, sau giàn ngƣng tụ.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

23