ứng dụng động cơ stirling trong các thiết bị làm lạnh

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN QUANG THẠCH

ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING
TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S K C0 0 3 6 1 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN QUANG THẠCH

ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING
TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN QUANG THẠCH

ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING
TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
Hƣớng dẫn khoa học:
GVC. TS. NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH
GVC. ThS. HOÀNG TRÍ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: TRẦN QUANG THẠCH

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 28 – 7 – 1981

Nơi sinh: Bình Dƣơng

Quê quán: Phƣờng Dĩ An, Tx. Dĩ An, T. Bình Dƣơng Dân tộc: Kinh

Nơi ở hiện nay: 22/21 Kp. Bình Minh 2, P. Dĩ An, Tx. Dĩ An, T. Bình Dƣơng
Điện thoại cơ quan: 06503 878.020

Điện thoại nhà riêng: 06503 730.592

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Trung cấp

Thời gian đào tạo từ 10/1999 đến 6/ 2001

Nơi học: Trƣờng Kỹ thuật Nghiệp vụ Đƣờng sắt II
Ngành học: Gia công cắt gọt kim loại
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Hệ K

Thời gian đào tạo từ 10/2001 đến 4/2005

Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy
Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và Chế tạo mô hình máy ép và đóng nhãn vào gạch.
Nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Khoa cơ khí - Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật
Thành Phố Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Hồ Viết Bình
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian

Công việc đảm nhiệm

12/2007-04/2009

Nơi công tác
Công ty Planex (Phòng 2 nhà 5, Công
viên Phần mềm Quang Trung)
Trƣờng Đào tạo Kỹ thuật Bình Dƣơng

04/2009 - 01/2010

Trƣờng Đào tạo Kỹ thuật Bình Dƣơng

Nhân viên Phòng Đào tạo

01/2010 đến nay

Trƣờng TCN Việt – Hàn Bình Dƣơng

Phó Trƣởng Phòng Đào tạo

6/2005 - 12/2007

i

Thiết kế khuôn mẫu
Giáo viên

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2012
Ngƣời nghiên cứu

Trần Quang Thạch

ii


CẢM TẠ
Sau thời gian học tập, nghiên cứu và làm luận văn cao học chuyên ngành cơ khí
máy, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự giúp đỡ quý báu của:
- Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
- Phòng sau Đại học
- Khoa Cơ khí – Chế tạo máy
- Tiến Sĩ Nguyễn Ngọc Phƣơng
- Tiến Sĩ Nguyễn Trƣờng Thịnh
- Thạc Sĩ Hoàng Trí
- Thầy Lê Kim Dƣỡng
- Thầy cô và tập thể lớp cao học 2009 Cơ khí Chế tạo máy
Đã tận tình hƣớng dẫn, cung cấp những kiến thức - tài liệu vô cùng quý báu và dìu dắt
em trong quá trình thực hiện đề tài.

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2012
Ngƣời nghiên cứu

Trần Quang Thạch

iii


TÓM TẮT
Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lƣợng ngày càng
tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ nhƣ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và
ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trƣớc nguy cơ thiếu hụt năng
lƣợng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lƣợng mới nhƣ năng lƣợng hạt
nhân, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng gió và năng lƣợng mặt trời là một trong những
hƣớng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lƣợng, không những đối với những
nƣớc phát triển mà ngay cả với những nƣớc đang phát triển.
Ngƣời thực hiện sẽ nghiên cứu ứng dụng động cơ Stirling chạy bằng bất kỳ
nguồn nhiệt nóng nào, động cơ này có thể thay thế động cơ đốt trong ở một số lĩnh vực
của đời sống mà lĩnh vực làm lạnh và điều hoà không khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì
nơi nào có khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở
những vùng xa xôi hẻo lánh không có lƣới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so
với thu nhập của ngƣời dân.
Luận văn “Ứng dụng động cơ Stirling trong các thiết bị làm lạnh” sẽ giải
quyết đƣợc phần nào vấn đề thiếu hụt năng lƣợng hiện nay khi nhu cầu làm lạnh của xã
hội ngày càng tăng cao, hơn thế nữa có thể sữ dụng nguồn năng lƣợng mặt trời đó là
nguồn năng lƣợng sạch để góp phần bảo vệ môi trƣờng.
Động cơ Stirling hoạt động bằng nguồn nhiệt bên ngoài, thông qua bộ truyền
động làm quay máy nén khí của thiết bị lạnh. Luâ ̣n văn đi tƣ̀ khái quát các thiế t bi va
̣ ̀
tiế n hành tiń h toán trên mô ̣t mô h ình cụ thể, đi sâu vào tính toán từng chi tiế t của thiết
bị và tiến hành thí nghiệm để đƣa ra đƣơ ̣c dãi nhiệt độ hoạt động của động cơ Stirling
dùng làm cơ sở để cho ̣n nguồ n nhiê ̣t cung cấ p .

iv

ABSTRACT
In the era of science and technology development, the demand for energy is
increasing. While which reserve fuel sources such as coal, oil, natural gas,
hydroelectric and even the term cause of humanity at risk of energy shortages. The
search for and exploitation of new energy sources such as nuclear energy, geothermal
energy, wind energy and solar energy is one of the important directions in the energy
development plan, not only for the developed countries but also developing countries.
The research will make Stirling engine applications run on any heat source,
this engine could replace the internal combustion engine in a number of areas of life
that the field of refrigeration and air conditioningthe most attractive applications
because where the hottest climates, where it has the greatest cooling demand,
especially in remote areas without grid and fuel prices are too expensive for
collectiontype of people.
Thesis "Application of the Stirling engine cooling devices" will solve the
current energy shortage problems when cooling needs of the society is increasing, more
can use the sourcesolar energy is clean energy sources to contribute to environmental
protection.
Stirling engine works by external heat source, through the actuator turns the
compressor of the refrigeration equipment. Essential thesis away from the device and
perform a calculation on a specific model, go deep into account every detail of the
equipment and conduct experiments to come up with an operating temperature range of
the engine Stirling used as a basis to select the heat source provided.

v


MỤC LỤC
Trang tựa

Quyết định giao đề tài

TRANG

LÝ LỊCH KHOA HỌC.............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... ii
CẢM TẠ ................................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................................. iv
ABSTRACT ............................................................................................................................... v
MỤC LỤC ................................................................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ....................................................................................................... x
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................................... xii
Chƣơng 1 ................................................................................................................................... 5
TỔNG QUAN ............................................................................................................................ 5
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:................................................................................................................. 5
1.2 NHIỆM VỤ CỦ A ĐỀ TÀ I .............................................................................................. 6
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀ I ......................................................................................................... 7
1.4 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................................... 7
1.5 TÍNH THỰC TIỄN ......................................................................................................... 7
Chƣơng 2 ................................................................................................................................... 8
CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................................................ 8
2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀ M LẠNH NHÂN TẠO ....................... 8
2.1.1 PHƢƠNG PHÁP BAY HƠI KHUẾCH TÁN ............................................................ 8
2.1.2 PHƢƠNG PHÁP HÒA TRỘN LẠNH ...................................................................... 9
2.1.3 PHƢƠNG PHÁP DÃ N NỞ KHÍ CÓ SINH NGOẠI CÔNG .................................... 9
2.1.4 PHƢƠNG PHÁP TIẾT LƢU KHÔNG SINH NGOẠI CÔNG VÀ HIỆU Ƣ́NG
JOULE - THOMSON ....................................................................................................... 10
2.1.5 PHƢƠNG PHÁP DÃ N NỞ KHÍ TRONG ỐNG XOÁ Y ........................................ 11
2.1.6 HIỆU Ƣ́NG NHIỆT ĐIỆN, HIỆU Ƣ́NG PELTIER ................................................ 11
2.1.7 PHƢƠNG PHÁP KHƢ̉ TƢ̀ ĐOẠN NHIỆT ............................................................ 12

2.1.8 BAY HƠI CHẤT LỎNG ......................................................................................... 13
2.2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BI ̣ LẠNH ........................................................................... 13
2.2.1 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI NÉ N HƠI ......................................................................... 13
2.2.2 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI HẤP THỤ ........................................................................ 14
2.2.3 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI CẶP NHIỆT ĐIỆN .......................................................... 14
2.3 ĐỘNG CƠ STIRLING ................................................................................................. 15
2.3.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CHUNG CỦA MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING .................. 15
2.3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦ A MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING ......... 16
2.3.3 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC STIRLING...................................................... 18
2.3.4 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ STIRLING ...................................................................... 19
2.3.4.1 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA ............................................................ 19

vi


2.3.4.1.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA ................................... 19
2.3.4.1.2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA ..... 20
2.3.4.2 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA ............................................................... 21
2.3.4.2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA ...................................... 21
2.3.4.2.2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA ........ 22
2.3.4.3 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA .......................................................... 23
2.3.4.3.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA ................................ 23
2.3.4.3.2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA .. 24
Chƣơng 3 ................................................................................................................................. 27
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LÀM LẠNH .................................................................................. 27
3.1 CẤU TẠO TỦ LẠNH NÉN HƠI VÀ NGUYÊN LÝ QUY TRÌNH LẠNH............. 27
3.1.1 CẤU TẠO ................................................................................................................ 27
3.1.2 NGUYÊN LÝ QUI TRÌNH LẠNH ......................................................................... 28
3.1.3 MÔI CHẤT LẠNH .................................................................................................. 28
3.2 TÍNH TOÁN TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI .................................................................. 29

3.2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU THIẾT KẾ TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI ................ 29
3.2.2 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM .............................................................. 30
3.2.2.1 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT ............................................................................ 30
3.2.2.2 TÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT QUA VỎ TỦ ............................................... 32
3.2.2.3 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƢƠNG BÊN NGOÀI VỎ TỦ ............................. 32
3.2.2.4 TÍNH KIỂM TRA CÁCH ẨM ......................................................................... 33
3.2.3 TÍNH TỔN THẤT ................................................................................................... 33
3.2.3.1 TỔNG DÒNG NHIỆT TỔN THẤT ................................................................. 33
3.2.3.2 TÍNH DÕNG NHIỆT TỔN THẤT QUA KẾT CẤU BAO CHE Q1 ............... 34
3.2.3.3 TÍNH DÕNG NHIỆT TỎA RA DO VẬN HÀNH Q 4 ...................................... 35
3.2.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN ........................................................................................ 37
3.2.4.1 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NGƢNG TỤ t k .......................................................... 37
3.2.4.2 NHIỆT ĐỘ SÔI CỦ A MÔI CHẤT LẠNH t 0 ................................................... 37
3.2.4.3 NHIỆT ĐỘ QUÁ NHIỆT t qn ............................................................................ 37
3.2.4.4 NHIỆT ĐỘ QUÁ LẠNH t ql .............................................................................. 37
3.2.4.5 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH .................................................................. 38
3.2.4.5.1 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG ................................................................... 38
3.2.4.5.2 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG THỂ TÍCH ................................................ 38
3.2.4.5.3 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG q k ............................................................... 39
3.2.4.5.4 TỈ SỐ NÉN ................................................................................................ 39
3.2.4.5.5 CÔNG NÉ N RIÊNG l ................................................................................ 39
3.2.4.5.6 HỆ SỐ LẠNH CỦ A CHU TRÌNH ............................................................ 39
3.2.4.5.7 LƢU LƢỢNG QUA MÁ Y NÉ N m .......................................................... 39
3.2.4.5.8 NĂNG SUẤT THỂ TÍCH THƢ̣C TẾ QUA MÁ Y NÉ N Vtt...................... 39
3.2.4.5.9 HIỆU SUẤT THỂ TÍCH CỦ A MÁ Y NÉ N λ ............................................ 39
3.2.4.5.10 THỂ TÍCH NÉN LÝ THUYẾT ............................................................... 39
3.2.4.5.11 HIỆU SUẤT NÉ N HƢ̃ U ÍCH.................................................................. 39
3.2.4.5.12 CÔNG NÉ N LÝ THUYẾT N s ................................................................. 40
3.2.4.5.13 CÔNG NÉ N HƢ̃ U ÍCH N e ...................................................................... 40

vii


3.2.4.5.14 CÔNG SUẤT TIÊU THỤ THƢ̣C TẾ CHO QUÁ TRÌNH NÉ N N el ...... 40
3.2.4.5.15 CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ LẮP ĐẶT ...................................................... 40
3.2.4.5.16 NĂNG SUẤT NHIỆT DÀN NGƢNG Q k ............................................... 40
3.2.5 THIẾT BỊ NGƢNG TỤ ........................................................................................... 40
3.2.5.1 CHỌN THIẾT BI ̣NGƢNG TỤ ........................................................................ 40
3.2.5.2 TÍNH DIỆN TÍCH TRAO ĐỔI NHIỆT ........................................................... 41
3.2.5.3 XÁC ĐINH
̣ HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K ........................................................ 41
3.2.5.4 XÁC ĐINH
̣ ĐỘ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH LOGARIT ..... 41
3.2.5.5 LƢU LƢỢNG KHÔNG KHÍ GIẢI NHIỆT m w .............................................. 42
3.2.6 THIẾT BỊ BỐC HƠI................................................................................................ 47
3.2.7 CÁC THIẾT BỊ PHỤ ............................................................................................... 49
3.2.7.1 PHIN SẤY LỌC ............................................................................................... 49
3.2.7.2 RƠLE NHIỆT ĐỘ ............................................................................................ 49
3.2.7.3 MẮT GA .......................................................................................................... 49
3.2.7.4 VAN BA NGÃ.................................................................................................. 50
3.2.7.5 BÌNH GOM LỎNG .......................................................................................... 50
Chƣơng 4 ................................................................................................................................. 51
TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ STIRLING ................................................................................... 51
4.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CƠ BẢN ..................................................................... 51
4.2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA THIẾT KẾ ............................. 51
4.2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ................................................................................. 51
4.2.1.1 Nhiệt độ Tmin ..................................................................................................... 51
4.2.1.2 Nhiệt độ Tmax..................................................................................................... 51
4.2.1.3 Áp suất P1: ........................................................................................................ 51
4.2.2 THỂ TÍCH KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦ A ĐỘNG CƠ .................................... 52

4.2.2.1 THỂ TÍCH XYLANH NÉ N V xln ...................................................................... 52
4.2.2.2 THỂ TÍCH XYLANH GIÃN NỞ V xlgn ........................................................... 52
4.2.2.3 THỂ TÍCH PHẦN ĐƢỜNG ỐNG DẪN MÔI CHẤT CÔNG TÁC GIƢ̃ A HAI
XYLANH Vđd ............................................................................................................... 52
4.2.2.4 THỂ TÍCH CHIẾM CHỔ CỦ A TRỤC V tr ...................................................... 52
4.2.2.5 THỂ TÍCH CHIẾM CHỔ CỦ A PISTON GIÃN NỞ V ptgn............................... 52
4.2.2.6 THỂ TÍCH LỚN NHẤT (Vmax) TOÀN BỘ KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA
ĐỘNG CƠ .................................................................................................................... 53
4.2.2.8 TỶ SỐ THỂ TÍCH ........................................................................................... 53
4.3 NHIỆT LƢỢNG CẦN THIẾT ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ .......................... 53
4.3.1. NHIỆT LƢỢNG CẦN THIẾT ĐỂ NUNG NÓNG MÔI CHẤT CÔNG TÁC : ..... 53
4.3.2 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA XYLANH GIÃN NỞ ........................................ 54
4.3.3 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA NẮP XYLANH GIÃN NỞ ............................... 54
4.3.4 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA PISTON GIÃN NỞ ........................................... 54
4.3.5 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA BỘ TẢN NHIỆT ............................................... 55
4.3.6 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA ỐNG NỐI GIƢ̃ A HAI XYLANH ..................... 55
4.3.7 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA XYLANH NÉ N ................................................. 56
4.3.8 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA PISTON NÉ N.................................................... 56
4.4 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG HỌC ............................................................................. 57

viii


4.4.1 KHỐI LƢỢNG MÔI CHẤT CÔNG TÁC .............................................................. 57
4.4.2 QUÁ TRÌNH NUNG NÓNG ĐẲNG TÍCH 1 - 2 ................................................... 57
4.4.3 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT 2 - 3 ........................................................ 58
4.4.4 QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH ĐẲNG TÍCH 3 - 4 ...................................................... 58
4.4.5 QUÁ TRÌNH NÉN ĐẲNG NHIỆT 4 - 1................................................................. 59
4.5 TÍNH TOÁN BÁNH ĐÀ .............................................................................................. 60
Chƣơng 5 ................................................................................................................................. 62

XƢ̃ LÝ DÃY SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘ THÍ NGHIỆM ............................................................ 62
5.1 THU THẬP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ........................................................................ 62
5.2 XÁC ĐỊNH DẠNG HÀM ĐẶC TRƢNG ................................................................... 62
5.2.1 LẬP HỆ TRỤC TỌA ĐỘ OXY ............................................................................... 63
5.2.2 LIÊN TỤC HÓA CÁC ĐIỂM.................................................................................. 63
5.2.3 SO SÁNH VỚI ĐỒ THI ̣CÁC DẠNG PHƢƠNG TRÌNH TOÁN HỌC XÁC ĐINH
̣ 64
5.2.4 SAN BẰNG TUYẾN TÍNH HÓA .......................................................................... 64
5.3 XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ HỒI QUI ............................................................................ 65
5.3.1 TÍNH CÁC GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH ...................................................................... 65
5.3.2 TÍNH GIÁ TRỊ CỦA HỆ SỐ HỒI QUI ................................................................... 65
5.3.2.1 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ THEO NHƢ̃ NG ĐIỂM LƢ̣A CHỌN RIÊNG BIỆT
...................................................................................................................................... 65
5.3.2.2 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ TRUNG BÌNH ....................................................... 66
5.3.2.3 PHƢƠNG PHÁP BÌNH PHƢƠNG NHỎ NHẤT ............................................ 67
Chƣơng 6. KẾT LUẬN ........................................................................................................... 69
6.1 KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 69
6.2 HƢỚNG PHÁ T TRIỂN ĐỀ TÀ I ..................................................................................... 69

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
1. Hình 2.1: đồ thi ̣h – x của không khí ẩ m ...................................................... Trang 8
2. Hình 2.2: nguyên tắ c làm việc của máy lạnh nén khí ................................. Trang 10
3. Hình 2.3: Tiế t lƣu không sinh ngoa ̣i công của mô ̣t dòng môi chấ t ............. Trang 10
4. Hình 2.4: Ống xoáy ..................................................................................... Trang 11
5. Hình 2.5: Că ̣p nhiê ̣t điê ̣n ............................................................................. Trang 12
6. Hình 2.6: Động cơ Stirling nguyên thủy năm 1816 .................................... Trang 15
7. Hình 2.7: Cấu tạo chung động cơ Stirling................................................... Trang 15

8. Hình 2.8: Xylanh chƣa cấp nhiệt................................................................. Trang 17
9. Hình 2.9: Quá trình cấp nhiệt cho Xylanh .................................................. Trang 17
10. Hình 2.10: không khí có áp suất cao đẩy xylanh đi ra .............................. Trang 17
11. Hình 2.11: quá trình làm mát cho xylanh.................................................. Trang 18
12. Hình 2.12: Piston chuyển động về vị trí ban đầu ...................................... Trang 18
13. Hình 2.13: Đồ thị P – V của chu trình nhiê ̣t đô ̣ng ho ̣c Stirling ................. Trang 18
14. Hình 2.14: đô ̣ng cơ Stirling kiể u alpha ..................................................... Trang 19
15. Hình 2.15 : quá trình cấp nhiệt động cơ Stirling kiểu alpha ..................... Trang 20
16. Hình 2.16 : quá trình dãn nở động cơ Stirling kiểu alpha ......................... Trang 20
17. Hình 2.17 : quá trình làm mát động cơ Stirling kiểu alpha ...................... Trang 21
18. Hình 2.18 : quá trình nén động cơ Stirling kiểu alpha .............................. Trang 21
19. Hình 2.19 : đô ̣ng cơ Stirling kiể u beta ...................................................... Trang 21
20. Hình 2.20 : quá trình cấp nhiệt động cơ Stirling kiểu beta ....................... Trang 22
21. Hình 2.21 : quá trình dãn nở động cơ Stirling kiểu beta ........................... Trang 22
22. Hình 2.22 : quá trình làm mát động cơ Stirling kiể u beta ........................ Trang 23
23. Hình 2.23 : quá trình nén động cơ Stirling kiểu beta ................................ Trang 23
24. Hình 2.24 : đô ̣ng cơ Stirling kiể u Gamma ................................................ Trang 24
25. Hình 2.25 : quá trình cấp nhiệt động cơ Stirling kiểu Gamma ................ Trang 24

x


26. Hình 2.26 : quá trình dãn nở động cơ Stirling kiểu Gamma .................... Trang 25
27. Hình 2.27 : quá trình làm mát động cơ Stirling kiểu Gamma ................... Trang 25
28. Hình 2.28 : quá trình nén động cơ Stirling kiểu Gamma .......................... Trang 26
29. Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo tủ lạnh nén hơi ................................................... Trang 27
30. Hình 3.2: kích thƣớc tủ lạnh thiết kế ......................................................... Trang 30
31. Hình 3.3: Xây dựng chu trình lạnh trên đồ thị lgp – h của R134a ............ Trang 38
32. Hình 4.1: Xác định công tăng thể tích trên đồ thị P – V
của chu trình Stirling .............................................................. Trang 58

33. Hình 4.2 : Xác định công giảm thể tích trên đồ thị P – V
của chu trình Stirling .............................................................. Trang 59
34. Hình 5.1: Các kết quả điểm đo trên hệ tọa độ OXY ................................. Trang 63
35. Hình 5.2: Liên tu ̣c hóa các điểm đo trên hệ tọa độ OXY.......................... Trang 63
36. Hình 5.3: Các điểm biể u diễn trên hệ trục tọa độ OXY ........................... Trang 64

xi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
1. Bảng 3.1: Bề dày lớp cách nhiệt của thiết bị lạnh ....................................... Trang 31
2. Bảng 3.2: Hê ̣ số truyề n nhiê ̣t qua tƣ̀ng vách của vỏ tủ la ̣nh ....................... Trang 32
3. Bảng 3.3: Hê ̣ số truyề n nhiê ̣t qua tƣ̀ng vách của vỏ tủ la ̣nh ....................... Trang 33
4. Bảng 3.4: Dòng nhiê ̣t tổ n thấ t qua tƣ̀ng vách của vỏ tủ la ̣nh ...................... Trang 35
5. Bảng 3.5: Các điểm nút của chu trình lạnh ................................................. Trang 38

xii


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:
Từ xa xƣa, để chống lại sự khắc nghiệt của thời tiết, con ngƣời đã biết vận
dụng và chế ngự các điều kiện tự nhiên nhƣ: làm nhà để che mƣa nắng, đốt lò sƣởi vào
mùa đông, thông gió tự nhiên vào mùa hè …

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và kinh tế, con ngƣời càng ý thức
đƣơ ̣c vai trò to lớn của nhiê ̣t đô ̣ và sƣ̣ nóng lên của trái đấ t , nhu cầ u của con ngƣời về
ổn định nhiệt độ ngày càng tăng cao, trong tiến trình công nghiệp hoá, có nhiều thiết bị
làm lạnh đƣợc phát minh và chế tạo, mô ̣t trong nhƣ̃ng thiế t bi ̣đó đã đi vào cuô ̣c số ng là
thiế t bi ̣ làm lạnh dùng máy nén hơi đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật làm lạnh và
điều hoà không khí.
Hơn thế nƣ̃a , thiế t bi ̣ làm lạnh dùng máy nén hơi hoạt động ổn định có năng
suấ t đô ̣ tin câ ̣y và tuổi thọ cao nên hiê ̣n nay đang đƣơ ̣c sƣ̃ du ̣ng rô ̣ng raĩ trong hầ u hế t
các thiết bị làm lạnh nhƣ : tủ lạnh thƣơng nghiệp , tủ lạnh gia đình , kho bảo quản đông ,
nhà máy sản xuất nƣớc đá … và dùng năng lƣơ ̣ng điê ̣n để hoạt động máy nén hơi.
Các nhà máy thủy điện không gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣng la ̣i phá hoa ̣i tài
nguyên thiên nhiên và đa da ̣ng sinh ho ̣c nă ̣ng nề , làm biến đổi khí hậu , các khu rừng bị
tàn phá ngập chìm dƣới các con đập sẽ làm mất đi lá phổi cung cấ p khí CO 2 đồ ng nghiã
với viê ̣c tăng phát thải CO 2 vào khí quyển.
Mă ̣t khác nguồ n nƣớc cung cấ p cho các thủy điê ̣n không phải vô tâ ̣n , sau mô ̣t
thời gian dài sƣ̃ du ̣ng các lòng hồ sẽ ch uyễn thành đầ m lầ y và thủy điê ̣n không còn khả
năng tích nƣớc, nhƣ vâ ̣y nguồ n năng lƣơ ̣ng tƣ̀ thủy điê ̣n cơ bản không còn , nguồ n cung
cấ p điề u tiế t và dƣ̣ trƣ̃ nƣớc cho sản xuấ t nông nghiê ̣p ở vùng ha ̣ du bị mất đi tƣ̀ đó ảnh
hƣởng đến đời số ng sản xuấ t của ngƣời dân.

5

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Trƣớc sƣ̣ phát triể n nhƣ vũ bảo của thời đa ̣i khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t , các nguồn nhiên

liê ̣u dƣ̣ trƣ̃ nhƣ : dầ u mỏ , than đá , khí thiên nhiê n và thủy điê ̣n đề u có ha ̣n , tìm kiếm
nguồn năng lƣợng tái tạo để bổ sung vào nguồn năng lƣợng truyền thống đang đƣợc
các nhà khoa học thực sự quan tâm , các nguồn năng lƣợng mới nhƣ : năng lƣơ ̣ng ha ̣t
nhân, năng lƣơ ̣ng điạ nhiê ̣t, năng lƣơ ̣ng gió và năng lƣơ ̣ng mă ̣t trời là hƣớng quan trọng
trong kế hoạch phát triển năng lƣợng.
Viê ̣t Nam là đấ t nƣớc có khí hâ ̣u nhiê ̣t đới nóng và ẩ m nên các thiế t bi ̣làm la ̣nh
có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với

đời số ng con ngƣời . Nhu cầ u về la ̣nh để điề u hòa

không khí trong sinh hoa ̣t sản xuất và bảo quản thực phẩm ngày càng tăng tiêu thụ một
lƣơ ̣ng điê ̣n năng đáng kể .
Ngƣời thực hiện sẽ nghiên cứu ứng dụng động cơ Stirling chạy bằng bất kỳ
nguồn nhiệt nóng nào nhƣ: than củi , khí đốt , khí thải từ các nhà máy , dầ u mỏ, năng
lƣơ ̣ng mă ̣t trời … để cung cấp nguồn năng lƣợng hoạt động máy nén hơi của thiết bị
làm lạnh, đây là loại động cơ nhiệt hiê ̣u suấ t cao, có thể đạt từ 50% đến 80% hiê ̣u suấ t
lý tƣởng của chu trình nhiê ̣t đô ̣ng ho ̣c thuâ ̣n nghich
nhƣ chu trình Carnot trong việc
̣
chuyển hóa nhiê ̣t năng thành công năng , chỉ bị mất mát do ma sát và giới hạn của vâ ̣t
liê ̣u.

Ứng dụng này sẽ đi sâu vào đ ời s ống, đáp ứng đƣợc sự thi ếu hụt năng
lƣợng đi ện hoạt động các thiết bị làm lạnh và phù hợp với điều kiện phát triển
nƣớc ta hiện nay.
1.2 NHIỆM VỤ CỦ A ĐỀ TÀ I
Nghiên cứu tổ ng quan các loa ̣i thiế t bi ̣làm la ̣nh
Nghiên cứu và chế tạo thiết bị làm lạnh sử dụng máy nén hơi một cấp
Nghiên cứu, tính toán và chế ta ̣o mô hin
̀ h đô ̣ng c ơ Stirling để cung cấp năng

lƣợng hoạt động máy nén hơi một cấp

6

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Nghiên cƣ́u daĩ nhiê ̣t đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng của đô ̣n g cơ Stirling dùng cung cấ p năng
lƣợng hoạt động máy nén hơi một cấp
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀ I
Do thời gian có ha ̣n và đề tài liên quan đế n nhiề u liñ h vƣ̣c chuyên môn nên đề
tài chỉ thực hiện các nội dung kể trên , chỉ đi sâu vào nghiên cƣ́u thiế t bi ̣làm la ̣nh s ử
dụng máy nén hơi một cấp và động cơ Stirling kiể u Gammar với dãi nhiệt độ hoạt động
của động cơ.
1.4 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Lĩnh vực lạnh là một lĩnh vực đầy hấp dẫn đố i với nhƣ̃ng nƣớc có khí hâ ̣u nhiê ̣t
đới nóng và ẩm nhƣ nƣớc ta nên nghiên cƣ́u ứng dụng này sẽ giúp tạo thêm nhiề u sƣ̣
lƣ̣a chọn nguồ n năng lƣơ ̣ng cung cấ p cho thiế t bi ̣làm la ̣nh có thể sữ dụng bất kỳ nguồn
nhiê ̣t hiê ̣n có nào và đă ̣c biê ̣t là có thể tâ ̣n du ̣ng nguồ n năng lƣơ ̣ng mă ̣t trời, mô ̣t nguồ n
năng lƣơ ̣ng sa ̣ch và vô tâ ̣n, trƣớc sƣ̣ thiế u hu ̣t nguồ n năng lƣơ ̣ng điê ̣n nhƣ hiê ̣n nay.
1.5 TÍNH THỰC TIỄN
Ứng dụng này sẽ đi vào đời sống xã hội ở tất cả các vùng miền

, đă ̣c biê ̣t là ở

nhƣ̃ng vùng sâu, vùng xa, hải đảo của tổ quố c, nơi mà nguồ n điê ̣n chƣa đế n đƣợc.

Giúp cho sinh viên có thêm những kiến thức quan trọng

về thiế t bi ̣la ̣nh và

đô ̣ng cơ Stirling, là loại động cơ còn xa lạ đố i với sinh viên.

7

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngày nay nhiều nƣớc trên thế giới đã phát triển rất mạnh về máy lạnh nhƣ:
Đức, Nhật, Pháp, Mỹ, Hà Lan … kỹ thuật lạnh là nhu cầu thiết yếu cho việc phát triển
công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm. Đã có vài chục kiểu máy lạnh khác
nhau về nguyên lý làm việc nhƣ: máy nén lạnh, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh kiểu
Ejectơ, máy lạnh hiệu ứng xoáy, máy lạnh bán dẫn… Riêng máy nén lạnh cũng có rất
nhiều kiểu: máy nén 1 piston, máy nén 2, 4, 6 … piston, máy nén 2 cấp, máy nén trục
vít, máy nén ly tâm …
2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO
Làm lạnh nhân ta ̣o là các quá trình làm la ̣nh nhờ mô ̣t phƣơng tiê ̣n hoă ̣c thiế t bi ̣
do con ngƣời ta ̣o ra.
2.1.1 PHƢƠNG PHÁP BAY HƠI KHUẾCH TÁN
Mô ̣t ví dụ điển hình là nƣớc bay hơi khuếch tán vào không khí khi phun nƣớc

liên tu ̣c vào không khí khô có cùng nhiệt độ nƣớc sẽ bay hơi khuế ch tán vào không khí
và trạng thái không khí sẽ biến đổi theo đƣờng đẳng entanpy.

Hình 2.1: đồ thi ̣h – x của không khí ẩ m

(H 2.1 / 13 / [4])

Điể m 1: trạng thái ban đầu của không khí.
t1: nhiê ̣t đô ̣ khô. t2: nhiê ̣t đô ̣ ƣớt. ts: nhiê ̣t đô ̣ đo ̣ng sƣơng

8

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Tƣ̀ điể m 1 là trạng thái ban đầu của không khí đến điểm 2, đô ̣ ẩ m tăng tƣ̀ 1
đến max = 100%. Bằ ng cách này ta đã thƣ̣c hiê ̣n quá trin
̀ h làm la ̣nh không khí , nhiê ̣t đô ̣
giảm từ t 1 đến t 2 . Nhiê ̣t đô ̣ t 1 là nhiệt độ đọc trên nhiệt kế khô và t 2 là nhiệt độ đọc trên
nhiê ̣t kế ƣớt.
Ứng dụng trong kỹ thuật là máy lạnh hấp thụ khuếch tán

, ở dàn bay hơi

amoniắ c lỏng bay hơi khuế ch tán và o khí hy đrô là chất khí dùng cân bằng áp suất cho
hê ̣ thố ng la ̣nh.

2.1.2 PHƢƠNG PHÁP HÒA TRỘN LẠNH
Cách đây 2000 năm, ngƣời Trung Quố c và Ấn đô ̣ đã biế t làm lạnh bằng cách
hòa trộn muố i và nƣớc theo nhƣ̃ng tỉ lê ̣ nhấ t đinh.
̣
Quá trình hòa tan luôn kèm theo quá trình thu nhiệt , hiê ̣u ƣ́ng la ̣nh phu ̣ thuô ̣c
nồ ng đô ̣ và nhiê ̣t đô ̣ điể m cùng tinh của hổ n hơ ̣p.
Nhƣơ ̣c điể m của phƣơng pháp này là giá thành muố i cao và phần lớn muối có
tính ăn mòn mạnh.
2.1.3 PHƢƠNG PHÁP DÃN NỞ KHÍ CÓ SINH NGOẠI CÔNG
Đây là phƣơng pháp làm la ̣nh nhân ta ̣o quan tro ̣ng , các máy la ̣nh làm la ̣nh theo
nguyên lí dãn nở khí có sinh ngoại công gọi là máy lạnh nén khí có máy dãn nở . Phạm
vi ƣ́ng du ̣ng rấ t rô ̣ng lớn tƣ̀ máy điề u tiế t không khí cho đến các máy sƣ̉ du ̣ng trong kỹ
thuâ ̣t Cryô để sản xuấ t Nitơ , ôxy lỏng , hóa lỏng không khí và tách khí , hóa lỏng khí
đố t…
Máy lạnh nén khí gồm bốn thiết bị chính : máy nén, bình làm mát , máy dãn nở
và buồng lạnh. Môi chấ t la ̣nh là không khí hoă ̣c mô ̣t chấ t khí bấ t kì , không biế n đổ i pha
trong chu trình. Không khí đƣơ ̣c nén đoa ̣n nhiê ̣t S1 = const tƣ̀ tra ̣ng thái 1 đến trạng thái
2. ở bình làm mát không khí thải nhiê ̣t ra môi trƣờng ở áp suất không đổ i đế n tra ̣ng thái
3, sau đó đƣơ ̣c dañ nở đoa ̣n nhiê ̣t S3 = const xuố ng tra ̣ng thái 4 có nhiệt độ thấp và áp
suấ t thấ p. Trong phòng la ̣nh không khí thu nhiê ̣t của môi trƣờng ở áp suấ t không đổ i và
nóng dần lên điể m 1, khép kín vòng tuần hoàn . Nhƣ vâ ̣y chu trin
̀ h máy lạnh nén khí

9

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣

GVC. ThS. Hoàng Trí

gồ m 2 quá trình nén và dãn nở đoa ̣n nhiê ̣t với 2 quá trình thu và thải nhiê ̣t đẳ ng áp
nhƣng không đẳ ng nhiê ̣t.

Hình 2.2: nguyên tắ c làm viê ̣c của máy la ̣nh nén khí

(H 2.2 / 14 / [4])

2.1.4 PHƢƠNG PHÁP TIẾT LƢU KHÔNG SINH NGOẠI CÔNG VÀ HIÊU
̣ Ƣ́NG
JOULE - THOMSON
Có thể dañ nở không khí không sinh ngoa ̣i công bằ ng cách tiế t lƣu khí qua các
cơ cấ u ti ết lƣu tƣ̀ áp suấ t cao P 1 xuố ng áp suấ t thấ p hơn P 2 không có trao đổ i nhiê ̣t với
môi trƣờng bên ngoài.

Hình 2.3: Tiế t lƣu không sinh ngoa ̣i công của mô ̣t dòng môi chấ t . (H 2.3 / 15 / [4])
Có thể sƣ̉ du ̣ng phƣơng trình cân bằ ng nhiê ṭ của định luật nhiệt động thứ nhất ,
với điề u kiê ̣n bỏ qua sƣ̣ chênh lê ̣ch đô ̣ cao của 2 điể m (1) và (2)
q12  l12  h2  h1 

10

22   12
2

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh

̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

q12 = 0, vì đây là quá trình tiế t lƣu đoa ̣n nhiê ̣t , nhiê ̣t lƣơ ̣ng cấ p vào quá trình
bằ ng không.
l12 = 0, vì không sinh ngoại công.
22   12
2

 0 , vì tố c đô ̣ dòng chả y nhỏ

Nhƣ vâ ̣y quá trình tiế t lƣu đoa ̣n nhiê ̣t không sinh ngoa ̣i công có entanpy không
đổ i h2 = h1
Quá trình tiết lƣu là quá trình không thuận nghịch điển hình . Tuy q12 = 0 nhƣng
entropy tăng, áp suất giảm do dòng chảy ta ̣o xoáy và ma sát mạnh.
2.1.5 PHƢƠNG PHÁP DÃN NỞ KHÍ TRONG ỐNG XOÁY
Năm 1933 Ranque (Mĩ) đã mô tả về mô ̣t hiê ̣u ƣ́ng đă ̣c biê ̣t trong ố ng xoáy nhƣ
sau: khi cho mô ̣t dòng khô ng khí có áp suấ t 6 bar ở 200 C thổ i tiế p tuyế n với thành
trong của ống, vuông góc với tru ̣c ố ng  12 mm thì nhiệt độ ở thành ống tăng lên trong
khi nhiê ̣t đô ̣ ở tâm ố ng giảm xuố ng . Khi đă ̣t mô ̣t tấ m chắ n sát dòng thổi tiế p tuyế n có
đƣờng kính lỗ d <<  12 mm thì gió lạnh sẽ đi qua tấm chắn còn gió nóng sẽ đi theo
hƣớng ngƣơ ̣c la ̣i . Hiê ̣u nhiê ̣t đô ̣ lên đế n 70K, nhiê ̣t đô ̣ phiá la ̣nh đa ̣t tới -120 C, phía
nóng tới 580 C, áp suất sau khi dãn nở bằ ng áp suấ t khí quyể n .

Hình 2.4: Ống xoáy

(H 2.4 / 17 / [4])

Hiê ̣u ƣ́ng ố ng xoáy mới đầ u hấ p dẫn nhiề u nhà khoa ho ̣c vì nó đơn giản và đầy
hƣ́a he ̣n nhƣng đế n nay ố ng xoáy vẫn không đƣơ ̣c ƣ́ng du ̣ng vì hệ số lạnh quá nhỏ

2.1.6 HIÊU
̣ Ƣ́NG NHIÊ ̣T ĐIÊN
̣ , HIÊU
̣ Ƣ́NG PELTIER

11

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Năm 1824 Seebeck (Đức) đã phát hiê ̣n ra rằ ng mô ̣t vòng dây dẫn kín
kim loa ̣i khác nhau , nế u đố t nóng mô ̣t đầ u nố i và làm la ̣nh

gồ m 2

mô ̣t đầ u kia thì xuấ t hiê ̣n

mô ̣t dòng điê ̣n trong dây dẫn .
Đế n năm 1834 Peltier (Mĩ) phát hiện ra hiê ̣n tƣơ ̣ng ngƣơ ̣c la ̣i là nếu cho một
dòng điện một chiều đi qua mô ̣t vòng dây dẫn kin
́ gồ m 2 kim loa ̣i khác nhau thì một
đầ u nố i sẽ nóng lên và đầ u kia lạnh đi.

Hình 2.5: Că ̣p nhiê ̣t điê ̣n

(H 2.5 / 17 / [4])

1- đồ ng thanh phiá nóng; 2, 3 – că ̣p kim loa ̣i bán dẫn khác tinh
4 – đồ ng thanh phía la ̣nh; 5, 6 – cánh tản nhiệt
Hiê ̣u nhiê ̣t đô ̣ có thể đa ̣t đế n 60K. Máy lạnh nhiệt điện đƣợc sữ dụng khá rộng
rãi nhƣng năng suấ t la ̣i nhỏ (tƣ̀ 30 đến 100W).
2.1.7 PHƢƠNG PHÁP KHƢ̉ TƢ̀ ĐOẠN NHIÊT
̣
Đây là phƣơng pháp sƣ̃ du ̣ng trong kỹ thuâ ̣t Cryô
thí nghiệm tƣ̀ nhiê ̣t đô ̣ sôi của hêli

để hạ nhiệt độ của các mẫu

(3 + 4K) xuố ng gầ n nhiê ̣t đô ̣ kh ông tuyê ̣t đố i ,

khoảng 103 K. Nguyên tắ c làm viê ̣c nhƣ sau : Ngƣời ta sƣ̃ du ̣ng mô ̣t loa ̣i muố i nhiễm tƣ̀
ở quá trình nhiễm từ giữa 2 cƣ̣c tƣ̀ ma ̣nh, các tinh thể đƣợc sắp xếp thứ tự , muố i tỏa ra
mô ̣t lƣơ ̣ng nhiê ̣t nhấ t đinh
̣ , lƣơ ̣ng nhiê ̣t này truyề n ra ngoài để bay hơi hêli lỏng , quá
trình nhiểm từ và tỏa nhiệt kết thúc , tƣ̀ trƣờng bi ̣ngắ t , muố i bi ̣ khƣ̉ tƣ̀ đoa ̣n nhiê ̣t, nhiê ̣t

12

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

đô ̣ giảm đô ̣t ngô ̣t và ta ̣o ra năng suấ t la ̣nh q 0. Lă ̣p la ̣i các quá trình đó nhiều lần ngƣời ta

có thể tạo ra nhiệt độ lạnh rất thấp.
2.1.8 BAY HƠI CHẤT LỎNG
Quá trình bay hơi chấ t lỏng bao giờ củng gắ n liề n với quá trình thu nhiê ̣t . Nhiê ̣t
lƣơ ̣ng cầ n thiế t để bay hơi mô ̣t Kg chấ t lỏng gọi là nhiệt ẩn bay hơi r. Vì nhiệt ẩn bay
hơi của chấ t lỏng bao giờ củng lớn hơn rấ t nhiề u

nhiê ̣t ẩ n hóa rắ n nên hiê ̣u ƣ́ng la ̣nh

lớn hơn.
Chấ t lỏng bay hơi đóng vai trò là môi chấ t la ̣nh

và chất tải lạnh quan tro ̣ng

trong ki ̃ thuâ ̣t la ̣nh.
Nitơ lỏng đƣợc coi là chất tải lạnh quan trọng

đă ̣c biê ̣t trong sinh ho ̣c Cryô ,

nhiề u trƣờng hơ ̣p Nitơ lỏng vƣ̀a là chấ t tải la ̣nh vƣ̀a là chấ t để bảo quản vì Nitơ là loại
khí trơ có tác dụng kìm hảm các quá trin
̀ h sinh hóa trong sản phẩm bảo quản.
Nitơ lỏng sôi ở nhiê ̣t đô ̣ -1960 C. Nhiê ̣t ẩn hóa hơi -200 KJ/Kg. Nế u tăng lên
đến nhiệt độ 00 C, nitơ thu thêm mô ̣t lƣơng nhiê ̣t củng khoảng

200 KJ/Kg, nhƣ vâ ̣y

năng suấ t la ̣nh riêng q 0 gầ n bằ ng 400 KJ/Kg ở nhiệt độ 00 C.
Các môi chất lỏng cho máy lạnh nén hơi , hấ p thu ̣ và e jectơ là amôniắ c , nƣớc,
các freôn đều thực hiện quá trình thu nhiệt ở môi trƣờng lạnh bằ ng quá trin
̀ h bay hơi ở

áp suất thấp và nhiệt độ thấp , và thải ra môi trƣờn g bằ ng quá trin
̀ h ngƣng tu ̣ ở áp suất
cao và nhiê ̣t đô ̣ cao.
2.2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BI ̣ LẠNH
Thiế t bi ̣la ̣nh là thiế t bi ̣ đƣơ ̣c chế ta ̣o dƣ̣a trên các phƣơng pháp làm lạnh nhân
tạo dùng để hạ thấp nhiệt độ trong không gian cầ n là m la ̣nh, tùy thuộc vào độ ổn định ,
tuổ i tho ̣, hiê ̣u suấ t , mục đích sử dụng … có ba dạng thiết bị lạnh phổ biến là : loại nén
khí, loại hấp thụ và loại cặp nhiệt điện.
2.2.1 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI NÉ N HƠI

13

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch


Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC. TS. Nguyễn Trƣờng Thinh
̣
GVC. ThS. Hoàng Trí

Thiế t bi ̣loa ̣i n ày ứng dụng hiện tƣợng thu nhiệt trong quá trình sôi , hóa khí ở
dàn bay hơi của khí freôn đã hóa lỏng để làm la ̣nh , sau đó khí freôn đƣơ ̣c đƣa vào máy
nén để chuyễn thành freôn dạng lỏng chuẩ n bi ̣cho chu trình tiế p theo.
Thiế t bi ̣có công suấ t cao , tố c đô ̣ làm la ̣nh nhanh , công suấ t lớn nên đƣơ ̣c dùng
phổ biế n hiê ̣n nay. Tuy nhiên do phải dùng hê ̣ đô ̣ng cơ – máy nén nên thiế t bi ̣la ̣nh loa ̣i
này làm việc ồn, hay hỏng hóc .
2.2.2 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI HẤ P THỤ
Ứng dụng hiện tƣợng thu nhiệt trong quá trình hoá hơi của amôniắc. Chất hấp
thụ là chất trung gian có thể là nƣớc hoặc một chất lỏng nào khác hấp thụ amôniắc tạo
thành dung dịch amôniắc đậm đặc. Dung dịch này đƣợc nung nóng lên, khi amôniắc
hấp thụ nhiệt, nó bốc hơi tạo thành hơi amôniắc áp suất cao. Hơi amôniắc ở áp suất cao

và nhiệt độ cao đƣợc dẫn vào dàn ngƣng. Ở dàn ngƣng có lắp nhiều cánh toả nhiệt nên
nhiệt độ của hơi amôniắc giảm xuống nhanh chóng. Amôniắc hoá lỏng, chảy vào dàn
bay hơi. Tại dàn lạnh amôniắc bay hơi và thu nhiệt ở dàn lạnh tạo thành buồng lạnh.
Sau đó amôniắc lại đƣợc chất lỏng hấp thụ để tạo thành amôniắc dƣới dạng dung dịch
đậm đặc và bắ t đầ u chu trình mới.
Thiế t bi ̣ lạnh hấp thụ làm việc với năng suất thấp hơn kiểu khí nén, thời gian
làm lạnh lâu, tiêu thụ năng lƣợng lớn hơn kiểu khí nén. Tuy nhiên do không có động cơ
nên làm việc êm, tuổi thọ cao. Nguồn năng lƣợng sử dụng có thể bằng củi, dầu hoả, ga
hoặc điện.
2.2.3 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI CẶP NHIÊ T
̣ ĐIÊN
̣
Áp dụng hiê ̣u ƣ́ng Peltier có thể ghép nhiều cặp bán dẫn khác loại với nhau,
đƣa tất cả các đầu lạnh về một phía, các đầu nóng về một phía để chế tạo thành thiế t bi ̣
lạnh.
Ƣu điể m của thiế t bi ̣này là làm viê ̣c tin cậy, chạy êm, hiệu suất cao hơn loại
hấp thụ, có thể dùng nguồn ắcquy nên thiế t bi ̣ lạnh có thể di động đặt trên ôtô... Tuy

14

Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch