Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT ....................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................... ix
DANH MỤC MỘT SỐ CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TỪ KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NÀY ............................................................................................................ xi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. xii
Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. Tổng quan máy lạnh hấp thụ ......................................................................1
1.1.1. Khái niệm, nguyên lý làm việc và phân loại máy lạnh hấp thụ ..........1
1.1.2. Đặc trưng cơ bản của máy lạnh hấp thụ ............................................14
1.2. Tổng quan nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ .............................................25
1.2.1. Kết quả nghiên cứu trên thế giới .......................................................25
1.2.2. Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................30
1.3. Đối tượng, mục đích và phạm vi nghiên cứu ...........................................31
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................31
1.3.2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu ......................................................34
Chương 2. CƠ SỞ TÍNH MÁY LẠNH HẤP THỤ MỘT CẤP NH3/H2O ...............35
2.1. Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp NH3/H2O .................35
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................35
2.1.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................37
2.2. Cơ sở tính các thông số trạng thái của dung dịch NH3/H2O ....................37
2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch ................................................................37
2.2.2. Áp suất dung dịch ..............................................................................38
2.2.3. Enthalpy của dung dịch lỏng và hơi ..................................................38
2.2.4. Nồng độ của hơi bay ra từ dung dịch NH3/H2O ................................39
2.2.5. Nhiệt dung riêng của dung dịch .........................................................39
2.2.6. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ...........................................................39

i

2.2.7. Độ nhớt động học của dung dịch .......................................................40
2.3. Cơ sở tính chu trình của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O...............................40
2.3.1. Xác định thông số trạng thái của môi chất tại các điểm nút trên chu
trình ...................................................................................................................40
2.3.2. Xác định các dòng nhiệt của hệ thống và chu trình ...........................44
2.3.3. Cơ sở tính toán các thiết bị trong chu trình .......................................45
Chương 3. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ........49
3.1. Yêu cầu của mô hình thực nghiệm ...........................................................49
3.2. Đánh giá mô hình thực tế..........................................................................49
3.2.1. Đánh giá chung về máy lạnh hấp thụ ................................................49
3.2.2. Đánh giá kết quả nghiên cứu riêng về máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử
dụng năng lượng mặt trời kết hợp với nhiệt thải...............................................50
3.3. Hướng thiết kế, chế tạo và xây dựng mô hình ..........................................50
3.4. Tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình .........................................................53
3.4.1. Tính chu trình máy lạnh hấp thụ 1 cấp NH3/H2O ..............................53
3.4.2. Tính thiết kế, chế tạo mô hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O ..............57
Chương 4. VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ...................72
4.1. Xác định các chế độ vận hành ..................................................................72
4.2. Quy trình vận hành ...................................................................................72
4.3. Kết quả vận hành thực nghiệm .................................................................73
4.3.1. Kết quả vận hành ở chế độ 01 ...........................................................74
4.3.2. Kết quả vận hành ở chế độ 02 ...........................................................76
4.3.3. Kết quả vận hành ở chế độ 03 ...........................................................78
4.3.4. Kết quả vận hành ở chế độ 04 ...........................................................79
4.3.5. Kết quả vận hành ở chế độ 05 ...........................................................82
4.3.6. Kết quả vận hành ở chế độ 06 ...........................................................83
4.4. Đánh giá mô hình chế tạo .........................................................................85
Chương 5. TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN ...................................................................88

5.1. Tóm tắt ......................................................................................................88

ii


5.2. Kết luận .....................................................................................................90
5.3. Kiến nghị ..................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................92
PHỤ LỤC ..................................................................................................................97

iii


LỜI CẢM ƠN
Bản luận văn này được thực hiện trong thời gian từ tháng 10/2012 đến tháng
10/2015, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Đặng Trần Thọ, giảng viên trường
ĐHBK Hà Nội.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Trần Thọ đã giúp đỡ em hoàn thành bản
luận văn. Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo trong
trường đã quan tâm giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường.
Tác giả luận văn

Hoàng Mai Hồng

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải

trên các tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Tác giả luận văn

Hoàng Mai Hồng

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Q: Phụ tải nhiệt, W

Chỉ số dưới

q : Mật độ dòng nhiệt, W/m2

r : Thông số của dung dịch đậm đặc

ζ : Hệ số làm lạnh

a : Thông số của dung dịch loãng

ξ : Nồng độ khối lượng, kg/kg

0 : Thông số của môi chất lạnh ở nhiệt

t : Nhiệt độ, ºC

độ bay hơi

T : Nhiệt độ tuyệt đối, K

k : Thông số của môi chất lạnh ở nhiệt

P : Áp suất, bar

độ ngưng tụ

i : Entanpi, kJ/kg

h : Thông số của dung dịch trong bình

r : Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg

sinh hơi

C : Nhiệt dung riêng, kJ/(kgK)

A : Thông số của dung dịch trong bình

Ρ : Khối lượng riêng, kg/m3

hấp thụ

v : Thể tích riêng, m3/kg

w : Thông số của môi trường làm mát

λ : Hệ số dẫn nhiệt, W/mK

H : Thông số của nước gia nhiệt

μ : Độ nhớt động lực học, Ns/m2

m : Thông số của chất lỏng tải lạnh

ν : Độ nhớt động học, m2/s

1 : Thông số đầu vào

G : Lưu lượng khối lượng, kg/s

2 : Thông số đầu ra

F : Diện tích bề mặt, m2

t : Bên trong

k : Hệ số truyền nhiệt, W/(m2K)

n : Bên ngoài

α : Hệ số tỏa nhiệt, W/(m2K)

gn: Gia nhiệt

δ : Chiều dày, m

sh: Sinh hơi

d : Đường kính của ống, m

ht: Hấp thụ

l : Chiều dài ống, m

bl: Buồng lạnh

ω : Tốc độ, m/s
g : Gia tốc trọng trường, m/s2

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Cặp môi chất sử dụng trong máy lạnh hấp thụ .........................................15
Bảng 1.2. Một số loại nhiệt thải và mức nhiệt độ tương ứng....................................21
Bảng 1.3. Một số kim loại sử dụng trong kỹ thuật lạnh ............................................24
Bảng 1.4. Số liệu về các tàu cá lắp máy có công suất lớn hơn 50HP. ......................32
Bảng 3.1. Các thông số trạng thái của chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O. .........54
Bảng 3.2. Bảng thống kê giá trị các phụ tải máy lạnh hấp thụ NH3/H2O. ................56
Bảng 3.3. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị ngưng tụ...............................................57
Bảng 3.4. Bảng kết quả tính toán thiết bị ngưng tụ ..................................................58
Bảng 3.5. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị bay hơi .................................................59
Bảng 3.6. Bảng kết quả tính toán thiết bị bay hơi .....................................................59
Bảng 3.7. Bảng số liệu ban đầu của bình hấp thụ .....................................................60
Bảng 3.8. Bảng kết quả tính toán bình hấp thụ .........................................................61
Bảng 3.9. Bảng số liệu ban đầu của bình sinh hơi ....................................................62
Bảng 3.10. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị ngưng tụ hồi lưu ................................63
Bảng 3.11. Bảng kết quả tính toán bình sinh hơi. .....................................................63

Bảng 3.12. Bảng kết quả tính toán thiết bị ngưng tụ hồi lưu. ...................................64
Bảng 3.13. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị hồi nhiệt môi chất lạnh ......................65
Bảng 3.14. Bảng kết quả tính toán thiết bị hồi nhiệt môi chất. .................................65
Bảng 3.15. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị hồi nhiệt dung dịch ............................66
Bảng 3.16. Bảng kết quả tính toán thiết bị hồi nhiệt dung dịch. ...............................67
Bảng 3.17. Bảng số liệu ban đầu của bộ thu nhiệt khói thải .....................................69
Bảng 3.18. Bảng kết quả tính toán bộ thu nhiệt khói thải. ........................................69
Bảng 4.1. Bảng các chế độ vận hành thực nghiệm ...................................................72
Bảng 4.1. Kết quả vận hành mô hình khi gia nhiệt bằng khói thải ở điều kiện tĩnh. 74
Bảng 4.2. Kết quả vận hành mô hình khi gia nhiệt bằng khói thải ở điều có rung lắc.
...................................................................................................................................76

vii


Bảng 4.3. Kết quả vận hành mô hình khi gia nhiệt bằng năng lượng mặt trời ở điều
kiện tĩnh. ....................................................................................................................78
Bảng 4.4. Kết quả vận hành mô hình khi gia nhiệt bằng năng lượng mặt trời ở điều
kiện rung lắc. .............................................................................................................80
Bảng 4.5. Kết quả vận hành mô hình khi gia nhiệt đồng phát ở điều kiện tĩnh. .......82
Bảng 4.6. Kết quả vận hành mô hình khi gia nhiệt đồng phát ở điều kiện rung lắc. 84

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ. .............................................................2
Hình 1.2. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí trong 2 vỏ .............5
Hình 1.3. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí trong 1 vỏ .............6

Hình 1.4. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 1 .............................8
Hình 1.5. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 2 ..............................8
Hình 1.6. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 3 ..............................9
Hình 1.7. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp...............................................10
Hình 1.8. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp ................................................12
Hình 1.9. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ khuếch tán ..........................................................13
Hình 1.10. Máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời loại gián đoạn NH3/H2O...........18
Hình 1.11. Sơ đồ máy lạnh hấp phụ năng lượng mặt trời loại gián đoạn. ................19
Hình 1.12. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ sử dụng các nguồn nhiệt kết hợp......................20
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O ...........................................35
Hình 2.2. Đồ thị i-ξ của các quá trình trong chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .36
Hình 4.1. Cơ cấu rung lắc của mô hình .....................................................................73
Hình 4.2. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng khói thải trong
điều kiện tĩnh. ............................................................................................................75
Hình 4.3. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng khói thải trong
điều kiện rung lắc. .....................................................................................................77
Hình 4.4. So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng khói thải
trong điều kiện tĩnh và rung lắc.................................................................................77
Hình 4.5. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng năng lượng mặt
trời trong điều kiện tĩnh. ............................................................................................79
Hình 4.6. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng năng lượng mặt
trời trong điều kiện rung lắc. .....................................................................................80

ix


Hình 4.7. So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng năng
lượng mặt trời trong điều kiện tĩnh và rung lắc. .......................................................81
Hình 4.8. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng nguồn nhiệt đồng
phát trong điều kiện tĩnh. ..........................................................................................83

Hình 4.9. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng nguồn nhiệt đồng
phát trong điều kiện rung lắc. ....................................................................................84
Hình 4.10. So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng nguồn
nhiệt đồng phát trong điều kiện tĩnh và rung lắc.......................................................85

x


DANH MỤC MỘT SỐ CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TỪ KẾT
QUẢ ĐỀ TÀI NÀY
1. Đặng Trần Thọ, Hoàng Mai Hồng, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thực
nghiệm máy lạnh hấp thụ NH3/H20 sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải trong
điều kiện có rung lắc”, Tạp chí Năng lượng Nhiệt, Số 125-09/2015, ISSN 08683336.

xi


MỞ ĐẦU
Sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi
trường đã và đang được các nhà hoạch định chính sách, các nhà khoa học quan tâm,
tìm kiếm các giải pháp. Ngành lạnh là một trong các ngành có các thiết bị tiêu thụ
năng lượng lớn, chủ yếu là năng lượng điện, tuy nhiên ngành lạnh cũng thâm nhập
vào hầu hết các ngành kinh tế quan trọng, hỗ trợ tích cực cho các ngành đó phát
triển, đặc biệt là các ngành chế biến thực phẩm, công nghiệp nhẹ và đánh bắt thủy
hải sản. Vậy làm thế nào vừa đáp ứng được nhu cầu về lạnh vừa sử dụng năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả vẫn đang được nhiều nhà khoa học, nhiều cơ quan
nghiên cứu và tổ chức chính phủ đầu tư nghiên cứu.
Một trong những hướng nghiên cứu ưu tiên hiện này là công nghệ làm lạnh
bằng máy lạnh hấp thụ (MLHT) ở cả thế giới và Việt Nam. Với công nghệ làm lạnh
này cần nguồn nhiệt có nhiệt độ từ 80 ºC đến 150 ºC nên có thể dùng được nhiều

nguồn nhiệt khác nhau như năng lượng mặt trời, nhiệt thừa, nhiệt thải, … Vì vậy, ở
đâu có nguồn nhiệt thải liên tục và ổn định, thì giải pháp tận dụng nhiệt thừa, nâng
cao hiệu suất của hệ thống bằng cách dùng MLHT để tận dụng luôn được ưu tiên
hàng đầu do có triển vọng cao.
Mặt khác, kinh tế biển là một trong những ngành mũi nhọn, có tiềm năng
phát triển của Việt Nam, xu thế tất yếu là tiến ra biển lớn để tìm kiếm, khai thác.
Bởi vậy phải có chiến lược phù hợp nhằm bảo đảm cho những con tàu đủ sức ra
khơi xa, neo đậu dài ngày trên biển để khai thác hải sản và bảo vệ vững chắc biển,
đảo của Tổ quốc. Có thể nói ngư dân hiện nay gặp phải khó khăn nhất khi đánh bắt
xa bờ (hàng nghìn km) với thời gian đi biển dài ngày là nguồn năng lượng để chạy
tàu và bảo quản hải sản đã đánh bắt. Phương pháp thông dụng hiện có là ướp đá
lạnh. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng nước đá không cao, hơn nữa lượng nhiên liệu
cung cấp để vận chuyển đá trên tàu khá lớn, nên xu hướng chuyển sang sử dụng hệ
thống lạnh trên tàu để sản xuất đá và phục vụ các nhu cầu lạnh khác. Thực tế ta
thấy, trên tàu có thể sử dụng các nguồn nhiệt như: nguồn nhiệt thải từ động cơ có
nhiệt độ cao và liên tục, kết hợp với nguồn nhiệt của mặt trời là những nguồn nhiệt

xii


có thể tận dụng để sử dụng cho MLHT. Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế một hệ
thống lạnh sử dụng được nguồn nhiệt thải trên tàu phục vụ cho nhu cầu làm lạnh là
rất cần thiết.
Với cơ sở trên, tác giả của luận văn đã lựa chọn hướng nghiên cứu lý thuyết
và thực nghiệm ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt
thải trên các phương tiện đánh bắt xa bờ. Cụ thể, tác giả đã tập trung nghiên cứu
thiết kế và chế tạo mô hình MLHT sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải làm
việc được trong điều kiện có rung lắc. Mô hình đã được chế tạo thành công và thực
hiện được các chế độ thực nghiệm cơ bản về MLHT. Kết quả cho thấy thiết bị đã
hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu đề ra.

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và những hạn chế của cá nhân nên chắc
không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong sự góp ý, chỉnh sửa của các
thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.

xiii


Chương 1. Tổng quan
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan máy lạnh hấp thụ
1.1.1. Khái niệm, nguyên lý làm việc và phân loại máy lạnh hấp thụ
1.1.1.1. Khái niệm
Máy lạnh hấp thụ (MLHT) là loại máy lạnh sử dụng “máy nén nhiệt”. Máy lạnh
này được sử dụng ở những nơi có nguồn nhiệt năng cao và thường là nguồn năng
lượng tận dụng như: năng lượng dư thừa, năng lượng thải, thứ cấp, rẻ tiền cụ thể
như: nước nóng, hơi nóng, sản phẩm của các quá trình cháy, …
Môi chất sử dụng trong MLHT là hỗn hợp của hai chất có nhiệt độ sôi khác
nhau. Chất có nhiệt độ sôi thấp là môi chất lạnh, chất có nhiệt độ sôi cao là chất hấp
thụ. Ví dụ: cặp môi chất NH3/H2O có NH3 là môi chất lạnh còn H2O là chất hấp thụ.
Hay cặp môi chất LiBr/H2O có LiBr là môi chất lạnh còn H2O là chất hấp thụ.
MLHT và máy lạnh nén hơi có đặc điểm chung là có vòng tuần hoàn môi chất
lạnh tương tự nhau. Điểm khác biệt chính ở đây là máy nén trong MLHT sử dụng là
loại máy nén nhiệt thay vì sử dụng loại máy nén hơi như trong máy lạnh thông
thường.
Cụm máy nén nhiệt bao gồm các thiết bị cơ bản như: Thiết bị hấp thụ, thiết bị
sinh hơi, bơm dung dịch và tiết lưu dung dịch.
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ
a. Sơ đồ nguyên lý chung về máy lạnh hấp thụ
Sơ đồ nguyên lý chung về MLHT thể hiện trong hình 1.1.
b. Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ

Trong MLHT có 2 vòng tuần hoàn chính là vòng tuần hoàn dung dịch và vòng
tuần hoàn môi chất lạnh.
- Vòng tuần hoàn dung dịch: Tại bình hấp thụ (HT) hơi sinh ra từ thiết bị bay
hơi (BH) được “hút” về và cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu dung
dịch đến. Do ở nhiệt độ thấp, dung dịch loãng hấp thụ hơi môi chất để trở thành
dung dịch đậm đặc. Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ thải cho môi trường làm

1


Chương 1. Tổng quan
mát. Dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi (SH). Ở đây do
điều kiện nhiệt độ cao, phần hơi môi chất sẽ bị tách ra khỏi dung dịch đậm đặc để đi
vào thiết bị ngưng tụ còn dung dịch trở thành dung dịch loãng. Dung dịch loãng
được đưa qua van tiết lưu dung dịch để trở lại bình hấp thụ. Tại bình hấp thụ dung
dịch loãng được kết hợp trở lại với hơi môi chất hạ áp ở phía thiết bị bay hơi để trở
thành dung dịch đậm đặc, khép kín vòng tuần hoàn dung dịch, và lại tiếp tục một
chu trình mới.
Qk

3

2

SH

NT

TL

pk

Bdd

TLdd

p0

BH

HT

4

1

Q0

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ.
NT: Thiết bị ngưng tụ; BH: Thiết bị bay hơi; TL: Thiết bị tiết lưu;
SH: Thiết bị sinh hơi; HT: Thiết bị hấp thụ; Bdd: Bơm dung dịch;
TLdd: Tiết lưu dung dịch

- Vòng tuần hoàn môi chất: Hơi môi chất sinh ra sau thiết bị sinh hơi của máy
nén nhiệt được đưa vào thiết bị ngưng tụ (NT). Tại thiết bị ngưng tụ hơi môi chất
thải nhiệt cho môi trường giải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng cao áp. Lỏng cao áp đi
qua van tiết lưu (TL) để hạ áp suất xuống lỏng hạ áp. Môi chất sau tiết lưu tiếp tục
được đưa vào thiết bị bay hơi (BH). Tại đây, môi chất có nhiệt độ bay hơi thấp hơn
nhiệt độ môi trường cần làm lạnh nên nhận nhiệt và hóa hơi. Hơi hạ áp lại được đưa

2


Chương 1. Tổng quan
về bình hấp thụ để kết hợp với dung dịch loãng ở bình hấp thụ (HT) của máy nén
nhiệt. Qua máy nén nhiệt hơi môi chất lại được tách ra ở thiết bị sinh hơi (SH) với
trạng thái hơi cao áp để đưa trở lại thiết bị ngưng tụ khép kín vòng tuần hoàn môi
chất và tiếp tục một chu trình mới.
1.1.1.3. Phân loại
Máy lạnh hấp thụ có nhiều loại và thường được phân ra theo những loại sau:
- Phân loại theo cặp môi chất sử dụng ta có:
+ Máy lạnh hấp thụ NH3/H2O
+ Máy lạnh hấp thụ LiBr/H2O
- Phân loại theo chu trình làm việc ta có:
+ MLHT chu trình tác dụng đơn (Single Effect)
+ MLHT chu trình tác dụng kép (Double Effect)
+ MLHT chu trình một cấp
+ MLHT chu trình hai cấp
+ MLHT chu kỳ
+ MLHT khuếch tán
Dưới đây là một số loại máy lạnh hấp thụ thường sử dụng
a . Máy lạnh hấp thụ Nước/Bromualiti (H2O/LiBr)
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong kĩ thuật
điều hòa không khí, nhiệt độ sôi khoảng 7 oC. Trong đó, nước là môi chất lạnh và
bromualiti là chất hấp thụ. Máy có những đặc điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Tỷ số áp suất nhỏ Pk/Po  4, hiệu số áp suất thấp Pk - Po = 3,6 kPa.
+ Không cần thiết bị tinh cất hơi môi chất vì từ dung dịch H2O/LiBr chỉ có
hơi môi chất lạnh là nước thoát ra.
+ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho bình sinh hơi cho phép thấp đến 80 oC do đó

có thể sử dụng các nguồn nhiệt thải rẻ tiền. Nếu có nguồn hơi nước có nhiệt độ cao,
đầu tiên có thể dùng chạy máy lạnh tuabin, sau đó mới dùng cho máy lạnh hấp thụ
H2O/LiBr.

3


Chương 1. Tổng quan
- Nhược điểm:
+ Tính ăn mòn của dung dịch rất cao, gây han gỉ thiết bị.
+ Phải duy trì chân không trong thiết bị.
+ Nhiệt độ làm lạnh không xuống quá được 5 oC vì ở đây môi chất lạnh là
nước sẽ bị đóng băng.
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr có một số loại sau:
* Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn (Single Effect)
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn (Single Effect) về nguyên lý gồm ba
vòng tuần hoàn: tuần hoàn môi chất lạnh (nước); tuần hoàn dung dịch; tuần hoàn
nước làm mát. Trong thực tế người ta có bố trí thêm hồi nhiệt để tăng thêm hiệu quả
nhiệt (gia nhiệt cho dung dịch loãng trước khi vào bình hấp thụ HT). Sơ đồ nguyên
lý của hệ thống được thể hiện trong hình 1.2.
Trong sơ đồ trên bình 1 có áp suất ngưng tụ, nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ gia
nhiệt tương ứng với nó là các thiết bị ngưng tụ và sinh hơi. Bình 2 có áp suất bay
hơi, nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ hấp thụ, tương ứng là thiết bị bay hơi và thiết bị
hấp thụ. Hai bình không cần bố trí thêm cách nhiệt vì chân không cao trong thiết bị
đã cách nhiệt lý tưởng.
Nguồn nhiệt (hơi nước, khí thải có nhiệt độ ≥ 80 oC) thông qua thiết bị trao đổi
nhiệt gia nhiệt cho dung dịch H2O/LiBr đậm đặc trong bình sinh hơi.
Môi chất lạnh là hơi nước sinh ra bay lên dàn ngưng tụ ở phía trên, thải nhiệt
cho nước làm mát và ngưng tụ lại còn dung dịch lúc này trở thành dung dịch loãng
và tiết lưu về bộ phận hấp thụ ở bình 2 qua hệ thống vòi phun. Nước sau khi ngưng

tụ ở dàn ngưng sẽ tiết lưu qua xi phông 4 để cân bằng áp suất rồi chảy về dàn bay
hơi. Tại đây, nhờ áp suất thấp, nước bay hơi sinh lạnh. Hơi nước sinh ra sẽ được
dung dịch loãng hấp thụ ở bộ phận hấp thụ. Nhiệt tỏa ra do hấp thụ (hay ngưng tụ
tại áp suất thấp) sẽ thải cho nước làm mát. Lạnh ở dàn bay hơi sẽ được chất tải lạnh
là nước đưa đến nơi tiêu thụ.
Sau khi hấp thụ hơi nước, dung dịch trở thành đậm đặc và được bơm dung dịch
bơm lên bình sinh hơi. Ở đây hồi nhiệt bố trí để tận dụng nhiệt từ dung dịch loãng

4


Chương 1. Tổng quan
5
NT
Chất tải lạnh
Nguồn nhiệt
HT

1
BH

2
Chất tải
lạnh

4

Nước làm
mát

HN
3
B dd

Hình 1.2. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí trong 2 vỏ
1,2: Vỏ bình; 3: Bơm môi chất lạnh; 4: Xi phông; 5: Nhánh phụ
SH: Sinh hơi; HT: Hấp thụ; Bdd: Bơm dung dịch; NT: Dàn ngưng;BH:
Dàn bay hơi; HN: Hồi nhiệt
---------: Đường tuần hoàn dung dịch
:Đường tuần hoàn môi chất
có nhiệt độ cao gia nhiệt cho dung dịch đậm đặc có nhiệt độ thấp trước khi vào bình
sinh hơi.
Ngoài ra để tăng hệ số trao đổi nhiệt tại dàn bay hơi, người ta thiết kế bộ phận
thu hồi nước ngưng chảy từ dàn ngưng tụ về qua xi phông 4 rồi dùng bơm tưới đều
lên thiết bị trao đổi nhiệt với chất tải lạnh (dạng ống xoắn). Nước làm mát tại bộ
phận hấp thụ và bộ phận ngưng tụ có nhiệt độ khác nhau do đó người ta bố trí
nhánh phụ của đường tuần hoàn nước làm mát để cân bằng nhiệt độ.
Các chi tiết chuyển động (sử dụng điện năng) là bơm dung dịch và bơm môi chất
với yêu cầu độ kín lớn và chân không cao (vì môi trường trong các bình đòi hỏi

5


Chương 1. Tổng quan
chân không cao). Ngoài ra cần bố trí thêm bơm chân không để loại trừ khí trơ,
không khí nhằm duy trì độ chân không cao.
Năng suất lạnh của máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr có thể điều chỉnh dễ dàng. Có
thể giảm tới 10 % năng suất lạnh tối đa bằng cách điều chỉnh nguồn nhiệt cấp vào
bình sinh hơi và nguồn nước làm mát hoặc trích một phần dung dịch đậm đặc lẽ ra
phải vào bình sinh hơi quay trở về bình hấp thụ (để làm tăng nhiệt độ dung dịch ở

bình hấp thụ). Có thể kết hợp cả hai phương pháp trên.
Hình 1.3 là sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong một vỏ. Bình
sinh hơi và ngưng tụ có áp suất cao được bố trí phía trên ngăn cách với phía dưới
bởi vách ngăn (vách ngăn có bố trí phần thoát nước ngưng tụ xuống phía dưới. Bình
hấp thụ và bay hơi có áp suất thấp bố trí phía dưới. Cách bố trí này cũng đòi hỏi
chân không cao.
Nguồn nhiệt
NT

SH

Nước làm mát

Chất tải lạnh
HN

BH
Bmc
Nước làm mát

HT

Bdd
Hình 1.3. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí trong 1 vỏ
SH: Sinh hơi; HT: Hấp thụ; NT: Dàn ngưng;BH: Dàn bay hơi; HN: Hồi
nhiệt; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm môi chất
* Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép (Double Effect)
Với máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn đã giới thiệu ở trên có nhược điểm
là khi tăng nhiệt độ nguồn nhiệt thì COP gần như tăng không đáng kể, COPmax≤
0,76. Do đó, để tận dụng hiệu suất của các nguồn nhiệt có nhiệt thế cao ta sử dụng

6


Chương 1. Tổng quan
sơ đồ tác dụng kép. Sơ đồ này làm việc rất hiệu quả với phương pháp cấp nhiệt là
khí đốt và đang được sử dụng rộng rãi để làm lạnh nước (chất tải lạnh) cho điều hòa
không khí.
Các sơ đồ máy lạnh hấp thụ tác dụng kép có nguyên tắc hoạt động chung như
sau: hơi nước (môi chất lạnh) được sinh ra và quá nhiệt nhờ nguồn nhiệt có nhiệt độ
cao từ bình sinh hơi SH đi vào ống xoắn tại bình trung gian TG. Tại đây, hơi nước
quá nhiệt nhả nhiệt cho nước bên ngoài ống xoắn rồi sục thẳng vào bình ngưng tụ
NT ngưng tụ hoàn toàn tại đây. Nước trong bình trung gian TG được gia nhiệt sẽ
hóa hơi và đi vào bình ngưng tụ nhờ hệ thống giảm áp rồi ngưng tụ tại đây. Chính
phần hơi nước (môi chất lạnh) bổ sung này đã làm tăng hiệu suất nhiệt. Cách đặt tên
là tác dụng kép là do có 2 lần sinh hơi và 2 lần ngưng tụ (một lần ngưng tụ và sinh
hơi đồng thời tại bình trung gian).
Loại thứ nhất (hình 1.4) là loại cấp dịch nối tiếp với 2 hồi nhiệt HN1 và HN2,
dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch đưa vào bình sinh hơi SH.
Loại sơ đồ này có các đặc điểm sau:
+ Dung dịch đậm đặc từ bình hấp thụ HT được cấp hoàn toàn vào bình sinh
hơi SH.
+ Dung dịch đậm đặc đi qua hồi nhiệt HN1 sau đó mới đến HN2. Bộ hồi
nhiệt HN1 làm việc với dung dịch đậm đặc đến từ bình hấp thụ HT và dung dịch
loãng đến từ bình trung gian TG. Bộ hồi nhiệt HN2 làm việc với dung dịch đậm đặc
đến từ HN1 và dung dịch trung gian từ bình sinh hơi SH. Như vậy, dung dịch đậm
đặc được gia nhiệt thêm khi qua HN2.
+ Áp suất tại bình sinh hơi SH và ống xoắn trong bình trung gian TG là pk
(lớn nhất). Áp suất tại bình ngưng tụ NT và trong bình trung gian TG là ptg < pk. Áp
suất tại bình bay hơi BH và bình hấp thụ HT là po < ptg.

+ Nhiệt độ tại bình sinh hơi SH là tk. Nhiệt độ trong bình trung gian TG và
bình ngưng tụ NT là ttg < tk. Tuy nhiên nhiệt độ trong ống xoắn tH ≈ ttg + 5 K. Nhiệt
độ tại bình bay hơi BH và hấp thụ HT thấp nhất to < ttg.

7


Chương 1. Tổng quan
Hơi nước
NT

Hơi nước
TG

3

2

SH

8

9

Nước làm mát
HN2

7
4

6

1

Nguồn nhiệt

HN1

Chất tải lạnh

Nước làm mát
HT

BH
5

Bdd

Hình 1.4. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 1
SH: Sinh hơi; HT: Hấp thụ; NT: Dàn ngưng;BH: Dàn bay hơi; HN: Hồi nhiệt;
TG: Bình trung gian; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm môi chất lạnh;
Loại thứ hai (hình 1.5) là loại cấp dịch nối tiếp với 2 hồi nhiệt, nhưng dung dịch
đậm đặc đưa vào bình trung gian và có thêm một bơm dung dịch để bơm dung dịch
loãng vào bình sinh hơi SH. Sơ đồ này có đặc điểm:
Hơi nước
NT

Hơi nước
TG

3

2
8 Bdd

SH
9

Nước làm mát
HN2

7
4

6

Nguồn nhiệt
1

HN1

Chất tải lạnh

Nước làm mát
HT

BH
5

Bdd

Hình 1.5. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 2
SH: Sinh hơi; HT: Hấp thụ; NT: Dàn ngưng;BH: Dàn bay hơi; HN: Hồi nhiệt;
TG: Bình trung gian; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm môi chất lạnh;

8


Chương 1. Tổng quan
+ Dung dịch đậm đặc từ bình hấp thụ HT qua bộ trao đổi nhiệt HN1 trước khi
cấp hoàn toàn vào bình trung gian TG.
+ Bộ hồi nhiệt HN1 làm việc với dòng dung dịch đậm đặc đến từ bình hấp thụ
HT và dòng dung dịch loãng đến từ bộ hồi nhiệt HN2. Hội nhiệt HN2 làm việc với
dòng dung dịch có đậm đặc đến từ bình trung gian TG và dòng dung dịch loãng từ
bình sinh hơi SH. Do đó, dung dịch đậm đặc được gia nhiệt thêm khi qua HN2.
+ Áp suất của các bình trong sơ đồ này giống với sơ đồ phần a. Tuy nhiên, áp
suất làm việc của dòng dung dịch loãng từ bình SH đến bình HT giảm từ pk đến po
(độ chênh áp khá lớn) do đó phải có phương án giảm áp thích hợp.
- Loại 3 (hình 1.6) Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép (double effect) loại
cấp dịch song song. Loại này có đặc điểm sau:
+ Dung dịch đậm đặc được cấp đồng thời vào bình SH và bình TG với lưu lượng
theo tỷ lệ quy định trước (trong thực tế chênh lệch không đáng kể).
Hơi nước
NT

Hơi nước
TG

3

Nước làm mát

2
HN1

7
4

SH

HN2

9

Nguồn nhiệt
1

6

Chất tải lạnh

Nước làm mát
BH

HT
5

Bdd

Hình 1.6. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 3

SH: Sinh hơi; HT: Hấp thụ; NT: Dàn ngưng;BH: Dàn bay hơi; HN: Hồi
nhiệt; TG: Bình trung gian; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm môi chất lạnh;
+ Bộ hồi nhiệt HN1 làm việc với dòng dung dịch đậm đặc từ bình HT và dòng
dung dịch loãng từ bình trung gian TG. Bộ hồi nhiệt HN2 làm việc với dòng dung

9


Chương 1. Tổng quan
dịch đậm đặc từ bình HT và dòng dung dịch loãng từ bình SH. Như vậy, dung dịch
đậm đặc được gia nhiệt thêm khi qua HN2
+ Về áp suất cũng giống như các sơ đồ trên. Tuy nhiên, do có sự hòa trộn
giữa 2 dòng dung loãng đặc từ bình SH (áp suất pk) và dung dịch đậm đặc từ bình
TG (áp suất ptg) cho nên phải có chế độ giảm áp để có thể hòa trộn. Sau đó giảm áp
tiếp tới po.
b. Máy lạnh hấp thụ Amoniac/Nước (NH3/H2O)
Máy lạnh hấp thụ NH3/H2O có khả năng làm lạnh sâu với nguồn nhiệt có nhiệt
độ không quá cao. Phạm vi ứng dụng lớn, tuy nhiên thiết bị có phần phức tạp. Loại
máy lạnh này có một số loại sau:
* Máy lạnh hấp thụ Amoniac/Nước (NH3/H2O) một cấp
Hình 1.7 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O liên tục 1
cấp
Qk

1

QD

NT
SH

2

Nguồn nhiệt Q
H

12
7

6

HN2
8
TLdd

3
TL

9

Bdd

BH
4
Q0
Chất
tải
lạnh

QA
Nước

làm
mát

HT
10

Hình 1.7. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp

10


Chương 1. Tổng quan
Nguyên lý hoạt động như sau: Nhiệt cấp vào bình sinh hơi SH (qua thiết bị trao
đổi nhiệt) làm dung dịch sôi và bay hơi. Hơi bay ra khỏi bình SH là NH 3 (có lẫn
một phần nhỏ H2O) đi đến bình ngưng tụ NT để ngưng tụ thành lỏng. Lỏng NH 3
qua van tiết lưu TL đến bình bay hơi BH. Hơi này được đưa về bình hấp thụ HT,
hơi này được hấp thụ bởi dung dịch loãng từ bình SH trở về. Sau đó, nhờ bơm dung
dịch bơm trở lại bình sinh hơi SH tiếp tục chu trình tuần hoàn.
Trong máy lạnh hấp thụ NH3/H2O có bố trí thêm thiết bị trao đổi nhiệt HN1
nhằm quá lạnh cho môi chất lỏng trước khi tiết lưu vào bình bay hơi BH và hồi
nhiệt HN2 nhằm quá nhiệt cho dung dịch đậm đặc nhờ dung dịch loãng có nhiệt độ
cao trước khi vào bình sinh hơi SH. Vì amoniac có lẫn hơi nước nên trong bình sinh
hơi SH phải bố trí thiết bị tinh luyện tách hơi nước ra khỏi hơi amoniac. Để thực
hiện công việc này phải bố trí thêm thiết bị ngưng tụ hồi lưu Q D. Do đó nhiệt cấp
vào bình sinh hơi SH phải tăng một lượng QD so với chế độ làm việc không có
ngưng tụ hồi lưu.
* Máy lạnh hấp thụ Amoniac/Nước (NH3/H2O) hai và nhiều cấp
Đối với máy lạnh nén hơi NH3 nến Pk/Po > 9 thì người ta chuyển sang máy lạnh
hai cấp nén. Đối với máy lạnh hấp thụ, điều kiện vùng khử khí phải dương chỉ là
điều kiện nhiệt động để duy trì chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động, nếu các điều

kiện dẫn tới tỷ số nhiệt quá nhỏ thì người ta sử dụng máy lạnh hấp thụ hai hay nhiều
cấp.
Hình 1.8 là sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp. Chu trình gồm hai bình
sinh hơi và hai bình hấp thụ tương ứng hai cấp áp suất hạ áp và cao áp SHC, SHT và
HTC, HTT. Hơi môi chất sinh ra ở bình sinh ơi cao áp SHC được đưa vào dàn ngưng
tụ thì hơi môi chất sinh ra ở bình sinh hơi hạ áp SHT được đưa vào bình hấp thụ cao
áp HTC. Bình hấp thụ hạ áp HTT hấp thụ hơi môi chất đi ra từ bình bay hơi. Ba thiết
bị hội nhiệt HN1, HN2, HN3 làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt. Cụ thể như sau: HN1
nhằm quá lạnh cho lỏng từ dàn ngưng tụ trước khi tiết lưu về bình bay hơi. HN2 và
HN3 nhằm quá nhiệt cho dung dịch đậm đặc trước khi vào bình sinh hơi.

11


Chương 1. Tổng quan
Qk

TL1

1

NT
SH
Nguồn nhiệt

TG
QHC

12

QD

7
HN3

SH T
Nguồn
nhiệt
Q HT

2

6

TLddC

7
HN2
9

TL2

BddC

9

12

8

HN1

8

TL dd

QA
Nước
làm
B ddT mát

HTC
10

BH
4
QO

Q AT
Nước
làm
mát

HTT
10

Hình 1.8. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp
Trường hợp có 1 chế độ bay hơi thì hơi môi chất ra khỏi dàn ngưng tụ sẽ đi
thẳng tới HN1 qua TL2 rồi về bình bay hơi.
Trường hợp có 2 chế độ bay hơi thì cần hai van tiết lưu. Đầu tiên môi chất loãng

qua van tiết lưu TL1 vào bình trung gian có áp suất trung gian ptg. Từ đây một phần
lỏng bay hơi ở bình trung gian với nhiệt độ cao đi thẳng tới bình hấp thụ cao áp
HTC. Phần lỏng còn lại qua HN1 và TL2 rồi về bình bay hơi.
Ngoài ra, người ta còn tách 1 phần lỏng từ bình trung gian TG đến bình sinh hơi
hạ áp thực hiện ngưng tụ hồi lưu tại đây.
Về áp suất, bình ngưng tụ NT và bình sinh hơi cao áp SHC có áp suất cao pk.
Bình hấp thụ hạ áp và bình bay hơi có áp suất thấp po. Các thiết bị như bình trung
gian TG, bình sinh hơi hạ áp SHT, bình hấp thụ cao áp có áp suất trung gian ptg.

12