THIẾT KẾ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN TÀU THỦY SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

-1-

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1.
Lý do chọn đề tài
5
2.
Mục tiêu của đề tài
7
3.
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
7
4.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
8
CHƢƠNG 1
9
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
9
1.1. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
9
1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới
9
1.1.2. Các nghiên cứu trong nƣớc
10
1.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
15
1.3. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI
15
CHƢƠNG 2

16
LỰA CHỌN MÔ HÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ
16
2.1 ĐẠI CƢƠNG VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
16
2.1.1 Giới thiệu chung về máy lạnh hấp thụ
16
2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ
17
2.1.3 Chu trình lý thuyết
18
2.1.4 Dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ
21
2.1.5 Ƣu nhƣợc điểm của máy lạnh hấp thụ
22
2.1.6 Một số loại máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr
23
2.1.6.1 Máy lạnh hấp thụ một cấp
23
2.1.6.2 Máy lạnh hấp thu hai cấp
25
2.1.6.3 Máy lạnh hấp thu ba cấp
26
2.2 LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ
28
2.2.1 Phƣơng án cấp nhiệt trực tiếp hay gián tiếp
28
2.2.2 Phƣơng án chọn máy lạnh hấp thụ
29
2.2.3 Lựa chọn mô hình MLHT điều hòa không khí trên tàu thủy sử dụng năng

lƣợng mặt trời.
29
CHƢƠNG 3
32
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ
32
3.1 LẬP PHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ
32
3.1.1 Phƣơng trình cân bằng nhiệt
32
3.1.2 Phƣơng trình cân bằng ẩm:
35
3.1.3 Phƣơng trình tính các tính chất nhiệt vật lý của dung dịch
35


-2-

3.1.3.1 Nồng độ dung dịch
35
3.1.3.2 Entanpi của dung dịch
36
3.1.3.3 Khối lượng riêng của dung dịch
36
3.1.3.4 Nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh
37
3.1.3.5 Entanpi của tác nhân lạnh
37
3.1.3.6 Nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh cân bằng với dung dịch lỏng sôi
38

3.1.3.7 Áp suất bão hòa của tác nhân lạnh
39
3.1.3.8 Nhiệt độ sôi của dung dịch
39
3.1.3.9 Áp suất bão hòa của dung dịch
40
3.1.3.10 Nồng độ của dung dịch
40
3.1.3.11 Nhiệt dung riêng của dung dịch H2O/LiBr
40
3.1.3.12 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch H2O/LiBr
41
3.1.3.13 Độ nhớt động lực học của dung dịch H2O/LiBr
41
3.1.3.14 Sức căng bề mặt của dung dịch H2O/LiBr
42
3.1.4 Các đồ thị thông dụng của dung dịch H2O-LiBr
42
3.1.5 Các bảng thông số số liệu về các tính chất nhiệt động
42
3.2 CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ MỘT CẤP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC
THÔNG SỐ
43
3.2.1 Biểu diễn các quá trình trên đồ thị i-c
43
3.2.2 Biểu diễn các quá trình trên đồ thị log p-T
46
3.2.3 Các tính toán nhiệt động
46
3.2.3.1 Bình phát sinh

47
3.2.3.2 Bình ngưng tụ
48
3.2.3.3 Bình bốc hơi
48
3.2.3.4 Bình hấp thụ
49
3.2.3.5 Bộ trao đổi nhiệt
50
3.2.4 Xác định các thông số làm việc
50
3.3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
52
3.3.1 Tính toán hệ số tỏa nhiệt đối lƣu
52
3.3.1.1 Bình ngưng tụ
52
3.3.1.2 Bình bôc hơi
55
3.3.1.3 Bình phát sinh
56
3.3.1.4 Bình hấp thụ
58
3.3.1.5 Bộ trao đổi nhiệt
60
3.3.2 Hệ số truyền nhiệt
65
3.3.3 Tính diện tích truyền nhiệt
66
3.3.3.1 Bình ngưng tụ

66


-3-

3.3.3.2 Bình bốc hơi
66
3.3.3.3 Bình phát sinh
67
3.3.3.4 Bình hấp thụ
68
3.3.3.5 Bộ trao đổi nhiệt
68
3.4 TÍNH COLLECTOR
69
3.4.1 Kết cấu chung của collector dạng tấm phẳng
70
3.4.2 Tính toán collector dạng tấm phẳng
71
3.4.2.1 Đặc tính quang học của tấm phủ trong suốt
71
3.4.2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu giữa bề mặt collector và không khí bên ngoài
73
3.4.2.4 Tổn thất nhiệt ở mặt trên của collector
74
3.4.2.5 Tổn thất nhiệt ở các mặt còn lại của colector
75
3.4.2.6 Hiệu suất của collector
76
CHƢƠNG 4

77
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG
77
NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ĐỂ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TÀU
77
UT GLORY CỦA TRƢỜNG ĐH GTVT TP HCM
77
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU UT-GLORY LẮP ĐẶT ĐIỀU HÒA
KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
77
4.1.1 Các thông số cơ bản
77
4.1.2 Đặc tính kỹ thuật điều hòa trung tâm
78
4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TÀU UTGLORY SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
79
4.2.1 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ một cấp
79
4.2.1.1 Nhiệt độ nước nóng gia nhiệt vào và ra khỏi bình phát sinh
79
4.2.1.2 Nhiệt độ nước làm mát đi vào và đi ra khỏi bình hấp thụ
79
4.2.1.3 Nhiệt độ chất tải lạnh đi ra và đi vào bình bốc hơi
80
4.2.1.4 Nhiệt độ và áp suất bão hòa của tác nhân lạnh trong bình bốc hơi 80
4.2.1.5 Nhiệt độ và áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh
80
4.2.1.6 Xác định các điểm nút của chu trình
80
4.2.1.7 Biểu diễn chu trình trên đồ thị

82
4.2.2 Tính phụ tải
83
4.2.2.1 Năng suất lạnh yêu cầu
83
4.2.2.2 Lưu lượng tác nhân lạnh đi qua bình bốc hơi
83
4.2.2.3 Lưu lượng dung dịch qua bình phát sinh
83
4.2.2.4 Nhiệt lượng cấp vào bình phát sinh
84
4.2.2.5 Nhiệt lượng hơi nước tỏa ra tại bình ngưng
84
4.2.2.6 Nhiệt lượng hơi nước nhận vào ở bình bốc hơi
84


-4-

4.2.2.7 Nhiệt lượng dung dịch nhả cho nước làm mát tại bình hấp thụ
4.2.2.8 Nhiệt lượng trao đổi tại bộ trao đổi nhiệt
4.2.2.9 Kiểm tra kết quả
4.2.2.10 Hệ số làm lạnh của chu trình
4.2.3 Tính thiết bị trao đổi nhiệt
4.2.3.1 Bình ngưng tụ
4.2.3.2 Bình bốc hơi
4.2.3.4 Bình hấp thụ
4.2.3.5 Bình phát sinh
4.2.3.6 Thiết bị trao đổi nhiệt
4.2.4 Tính collector

PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2

84
84
85
85
85
85
87
89
92
95
99
106
116


-5-

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Từ xa xƣa, khi khoa học còn chƣa phát triển con ngƣời đã biết sử dụng băng
tuyết để bảo quản thực phẩm, sau đó ngƣời Ấn Độ, ngƣời Trung Quốc đã biết trộn
muối với nƣớc để tạo ra nhiệt độ thấp hơn. Đến khoảng giữa thế kỷ 18 con ngƣời đã
biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp, đó là nền tảng đầu tiên
của kỹ thuật lạnh nhân tạo. Đến đầu thế kỷ 19 chiếc máy lạnh đầu tiên đã ra đời, kể
từ đó kỹ thuật lạnh không ngừng phát triển. Nó không chỉ đƣợc ứng dụng trong bảo
quản thực phẩm mà còn ở nhiều lĩnh vực khác trong đời sống xã hội nhƣ nông

nghiệp, chế biến thủy hải sản, y tế, thể thao, công nghiệp hóa chất, công nghiệp thực
phẩm, trong đời sống xã hội ……Ngày nay, ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất
mạnh mẽ, có những bƣớc tiến vƣợt bậc, trình độ khao học kỹ thuật tƣơng đối cao
thể hiện ở việc mở rộng phạm vi nhiệt độ (phía nhiệt độ thấp đang dần tới nhiệt độ
không tuyệt đối , phía nhiệt độ cao của thiết bị ngƣng tụ có thể đạt 1000C) công suất
máy lạnh có thể đạt hàng triệu Watt, hiệu suất máy tăng lên, chi phí vật tƣ và năng
lƣợng cho một đơn vị lạnh giảm, tuổi thọ và độ tin cậy của máy tăng, các máy lạnh
có thể đƣợc tự động hóa hoàn toàn. Máy lạnh đang đƣợc sử dụng với nhiều mục
đích khác nhau, phạm vi sử dụng ngày càng mở rộng và là ngành kỹ thuật quan
trọng không thể thiếu trong đời sống và kỹ thuật.
Có nhiều phƣơng pháp làm lạnh khác nhau, mỗi phƣơng pháp có nguyên lý
làm việc và sơ đồ thiết bị riêng phục vụ cho từng mục đích cụ thể. Các thiết bị máy
lạnh đƣợc ứng dụng sử dụng rộng rãi trong sản suất và đời sống bao gồm một số
loại nhƣ: máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejector, máy lạnh khí nén,
máy lạnh nhiệt điện. Thực tế hiện nay máy lạnh nén hơi đang đƣợc sử dụng phổ
biến. Đây là loại máy lạnh có máy nén cơ để hút hơi môi chất có áp suất thấp và
nhiệt độ thấp ở thiết bị bay hơi và nén lên áp suất cao và nhiệt độ cao đẩy vào thiết


-6-

bị ngƣng tụ. Môi chất lạnh trong máy lạnh nén hơi có biến đổi pha (bay hơi ở thiết
bị bay hơi và ngƣng tu ở thiết bị ngƣng tụ) trong chu trình lạnh. Năng lƣợng cấp cho
chu trình ở loại máy này là cơ năng. Máy có nhiều ƣu điểm nhƣ: hệ số làm lạnh cao,
kết cấu gon, làm việc tin cậy, giá thành thấp … Tuy nhiên, máy lạnh nén hơi có
nhƣợc điểm tiêu hao năng lƣợng lớn và các tác nhân lạnh (chất CFC và HCFC) có
tác hại phá hủy tầng ozone và gây hiệu ứng nhà kính và hiện nay một số chất đã bị
cấm sử dụng nhƣ R11, R12, R13..một số chất cũng bị cấm trong tƣơng lai gần nhƣ
R22, R123.., đây là hai vấn đề rất cấp bách hiện nay. Chúng ta biết rằng nhu cầu
năng lƣợng trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển là rất lớn, ngày càng tăng

trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ nhƣ dầu mỏ, than, khí thiên nhiên, ngay cả
thủy điện cũng có hạn vì vậy chúng ta đang đứng trƣớc nguy cơ thiếu hụt năng
lƣợng trầm trọng. Tiếp đến là vấn đề ô nhiễm môi trƣờng , biến đổi khí hậu đang
diễn biến rất nhanh theo chiều hƣớng xấu ảnh hƣởng đến đời sống con ngƣời. Nhƣ
vậy chúng ta phải có các giải pháp để khắc phục các vấn đề trên và cũng có nghĩa là
mặc dù máy lạnh nén hơi đang đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣng trong tƣơng lai sẽ
không còn phù hợp nếu không có biện pháp khắc phục những vấn đề trên.
Máy lạnh hấp thụ giải quyết đƣợc cả hai vấn đề trên mà máy lạnh nén hơi đang
gặp phải. Về nguyên lý máy lạnh hấp thụ cũng giống nhƣ máy lạnh nén hơi cũng có
các bộ phận nhƣ ngƣng tụ, tiết lƣu và bay hơi. Riêng máy nén cơ đƣợc thay bằng hệ
thống bình hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lƣu dung dịch. Hệ thống
thiết bị này chạy bằng nhiệt năng nên còn đƣợc gọi là máy nén nhiệt. Do hệ thống
chạy bằng nhiệt năng nên máy có thể sử dụng ở những nơi không có điện, có thể
cấp nhiệt cho chu trình bằng các nguồn nhiên liệu rẻ tiền(mùn cƣa, củi, chấu..), đặc
biệt tận dụng các nguồn nhiệt thải của các quá trình sản xuất khác nhƣ khí thải của
động cơ Diesel, nƣớc làm mát động cơ, hơi nƣớc….,năng lƣợng mặt trời.v.v.. bên
cạnh đó tác nhân lạnh của máy lạnh hấp thụ cũng không gây ô nhiễm môi trƣờng.
Tuy nhiên, máy lạnh hấp thụ còn hạn chế ở một số điểm nhƣ: kích thƣớc lớn, hệ số
làm lạnh còn thấp, nhƣng với sự phát triển của khoa học kỹ thật các yếu tố này sẽ
dần đƣợc khắc phục. Thực tế hiện nay máy lạnh hấp thụ đã đƣợc sử dụng nhiều ở


-7-

các nƣớc nhƣ: Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc…với công suất đến hàng chục
ngàn kW. Còn ở Việt Nam việc sử dụng máy lạnh hấp thụ còn hạn chế và chủ yếu
thiết bị là nhập của nƣớc ngoài còn việc nghiên cứu chế tạo trong nƣớc rất ít, mặc
dù nhƣ phân tích ở trên loại này mang lại hiệu quả kinh tế rất cao, sử dụng tiết kiệm
đƣợc các nguồn năng lƣợng khác.
Trong đề tài “nghiên cứu thiết kế máy lạnh hấp thụ điều hòa không khí sử

dụng năng lƣợng mặt trời” tác giả hƣớng tới xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán,
thiết kế máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng mặt trời để điều hòa không khí, bởi
đây là nguồn năng lƣợng sạch, rồi rào, có tiềm năng rất lớn lại miễn phí. Ở nƣớc
ngoài ngƣời ta đã nghiên cứu, khai thác nguồn năng lƣợng này tƣơng đối tốt, tuy
nhiên ở Việt Nam việc nghiên cứu, ứng dụng, khai thác nguồn năng lƣợng này còn
rất hạn chế chỉ dừng lại ở một số đơn vị, cũng đã có chƣơng trình bếp nấu dùng
năng lƣợng mặt trời đƣợc triển khai hay nghiên cứu chế tạo máy nƣớc nóng, máy
lạnh dùng năng lƣợng mặt trời của Đại học Bách khoa Đà nẵng, Đại học Bách khoa
Tp HCM…..còn việc ứng dụng khai thác nguồn năng lƣợng này vào điều hòa không
khí trên tàu biển thì chƣa thấy có.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là hƣớng tới xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế
máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng mặt trời và khả năng ứng dụng lắp đặt trên
tàu thủy nhằm tận dụng nguồn năng lƣợng sạch, tiết kiệm các nguồn năng lƣợng
hóa thạch khác và góp phần cải thiện môi trƣờng
3. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
Điều hòa không khí là vấn đề cần thiết hiện nay, nó đặc biệt quan trọng và
không thể thiếu đối với các tàu biển, tuy nhiên để điều hòa không khí hiện nay
ngƣời ta chủ yếu là sử dụng máy nén hơi. Đây là thiết bị tiêu hao năng lƣợng rất lớn
và thêm vào đó là gây tác hại đến môi trƣờng, cả hai vấn đề này chúng ta đang phải
đối phó rất khó khăn (nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ dầu mỏ, than ngay cả nguồn
nƣớc thủy điện cũng đang cạn kiệt và ô nhiễm môi trƣờng, thủng tầng ozone, trái
đất nóng lên, biến đổi khí hậu…) do vậy cần phải tìm giải pháp cho vấn đề này.


-8-

Năng lƣợng mặt trời là nguồn năng lƣợng sạch và có trữ lƣợng rất lớn, miễn phí.
Việc nghiên cứu thiết kế thiết bị điều hòa không khí sử dụng năng lƣợng mặt trời là
cần thiết phù hợp với xu thế chung, khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của thiết bị

điều hòa không khí bằng máy nén hơi hiện nay đang gặp phải và việc sử dụng nó
làm điều hòa trung tâm trên tàu thủy là đối tƣợng nghiên cứu của đề tài.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong giai đoạn hiện nay, thế giới đang đối mặt với vấn đề môi trƣờng và thiếu
hụt năng lƣợng đặc biệt là nguồn năng lƣợng hóa thạch ngày càng cạn kiệt thì việc
sử dụng các thiết bị tiết kiệm năng lƣợng và giảm ô nhiễm môi trƣờng là một xu
hƣớng tất yếu. Máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng mặt trời là một thiết bị đáp
ứng yêu cầu nêu trên. Trên thế giới ngƣời ta đã nghiên cứu chế tạo và sử dụng khá
nhiều loại thiết bị này với nhiều mục đích khác nhau, còn ở Việt Nam đã nghiên
cứu và chế tạo máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng mặt trời thí nghiệm để sản
xuất nƣớc đá hoặc điều hòa không khí cho các nhà hàng khách sạn, khu nghỉ
dƣỡng…tuy nhiên vẫn còn hạn chế. Từ các tìm hiểu thông qua tài liệu, nghiên cứu
của các nhà khoa học tác giả thấy việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điều hòa không
khí cho tàu thủy sử dụng năng lƣợng mặt trời là có thể thực hiện đƣợc, phù hợp với
xu hƣớng sử dụng tiết kiệm các nguồn năng lƣợng, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của đề tài kết hợp với các công trình nghiên cứu
của các nhà khoa học trong nƣớc và nƣớc ngoài sẽ là nền tảng cho việc chế tạo các
thiết bị sử dụng tiết kiệm năng lƣợng phục vụ đời sống và có thể sản xuất thƣơng
mại hóa sản phẩm trên bờ cũng nhƣ trên các tàu thủ


-9-

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.

MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ

1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới ngƣời ta nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng máy lạnh hấp thụ từ rất
lâu ở nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt trong kỹ thuật làm lạnh và điều hòa không
khí. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật lạnh trong các máy lạnh
hấp thụ cũng phát triển thể hiện ở việc nâng cao hiệu suất hấp thụ, năng suất lạnh,
hệ số làm lạnh, cải tiến mẫu mã, kích thƣớc.
Trên thế giới một số hãng nổi tiếng về máy lạnh hấp thụ điều hòa không khí
nhƣ:
-

Hãng Broad: là hãng sản xuất máy điều hòa không khí của Trung Quốc, sản xuất
các máy lạnh hấp thụ loại gia nhiệt trực tiếp. sản phẩm là các máy điều hòa hấp thụ
hoạt động bằng hơi nƣớc, nƣớc nóng hoặc nhiệt thải.

-

Hãng Carrier: sản phẩm chủ yếu là máy điều hòa hấp thụ một cấp, gia nhiệt bằng
hơi nƣớc có áp suất thấp 0,04Mpa-0,15 MPa, nƣớc nóng nhiệt độ từ 700C-130 0C sử
dụng các nguồn có nhiệt thế thấp nhƣ: nhiệt thải từ nhà máy, năng lƣợng mặt trời,
khói thải động cơ. Loại hai cấp, cấp nhiệt bằng hơi nƣớc với áp suất dƣ khoảng 0,78
MPa

-

Hãng Cention: sản phẩm là máy điều hòa hấp thụ bằng khí tự nhiên

-

Hãng Mcquay: sản phẩm là máy lạnh hấp thụ hoạt động bằng cách đốt nhiên liệu
trực tiếp hoặc bằng hơi nƣớc với công suất tƣơng đối lớn.
Ngoài ra còn co các hãng chế tạo máy lạnh hấp thụ khác nhƣ: Yazaki hay

York, SANYO,Trane …..


-10-

1.1.2. Các nghiên cứu trong nƣớc
1. Công trình nghiên cứu khoa học:”Máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng
mặt trời” của tác giả Hoàng Dương Hùng, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và
đồng tác giả Trần Ngọc Lân, Sở Khoa học Công Nghệ Quảng Trị
Đề tài này nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm mẫu máy lạnh hấp thụ sử
dụng năng lƣợng mặt trời với cặp môi chất là than hoạt tính và methanol để sản xuất
nƣớc đá. Hệ thống đƣợc mô tả nhƣ sau: máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng mặt
trời bao gồm thiết bị hấp thu năng lƣợng bức xạ mặt trời, trong đó có chứa than hoạt
tính, thiết bị ngƣng tụ làm mát bằng không khí đối lƣu tự nhiên và thiết bị bay hơi
thiết kế để có thể làm đá, chứa thực phẩm cần bảo quản. Ngoài ra còn có van chặn
bình chứa môi chất môi chất lỏng và van tiết lƣu. Máy lạnh hấp thụ năng lƣợng mặt
trời loại này làm việc theo kiểu gián đoạn. Vào ban ngày, van chặn đƣợc mở ra và
van tiết lƣu đƣợc đóng lại. Trong giai đoạn này, dƣới tác động của các tia bức xạ
mặt trời, tác nhân lạnh sẽ bay hơi khỏi than hoạt tính, ngƣng tụ trong thiêt bị ngƣng
tụ và đƣợc chứa trong bình chứa. Vào ban đêm, xảy ra quá trình làm lạnh, khi nhiệt
độ của hệ thống giảm, than hoạt tính làm nhiệm vụ hấp thụ môi chất lạnh
(methanol) áp suất môi chất trong hệ thống giảm xuống, khi áp suất đạt đến áp suất
bay hơi thì mở van tiết lƣu. Môi chất lạnh sẽ đƣợc tiết lƣu vào thiết bị bay hơi, thu
nhiệt sản phẩm và bay hơi, hơi môi chất đƣợc than hoạt tính hấp thu hết. Trong giai
đoạn này, cần phải chú ý để thiết bị hấp thụ đƣợc giải nhiệt dễ dàng vì hấp thụ là
quá trình sinh nhiệt. Hình 1.1 thể hiện nguyên lý của hệ thống.

Bøc x¹
mÆt trêi

ThiÕt bÞ
Bé hÊp phô
thuthô

ng-ng
tô
Van chÆn
B×nh chøa

ThiÕt bÞ bay
h¬i

Van tiÕt l-u

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời


-11-

Mô tả các quá trình làm việc:
Quá trình làm việc của hệ thống có thể trình bày trên đồ thị hình 1.2

P
2

Pk

1

4

Ta2

Ta1

3

Po

Tg1

Tg2

T

Hình 1.2 Các quá trình nhiệt trên đồ thị p-T
Quá trình cấp nhiệt:
1-2 Quá trình bộ thu hấp thụ năng lƣợng mặt trời, than hoạt tính nhả môi chất lạnh
(methanol) áp suất và nhiệt độ của môi chất trong hệ thống tăng lên đến giá trị p k và
Tg1
2-3 Quá trình ngƣng tụ môi chất lạnh xảy ra, đồng thời bộ thu vẫn tiếp tục nhận
bức xạ mặt trời nên môi chất lạnh vẫn tiếp tục thoát ra từ than hoạt tính nên nhiệt độ
môi chất tăng đến nhiệt độ Tg2, áp suất hầu nhƣ không đổi ở áp suất Pk.
Quá trình giải nhiệt và làm lạnh:
3-4 Quá trình giải nhiệt của bộ thu (sau khi môi chất lạnh đã ngƣng tụ hết vào bình
chứa) áp suất và nhiệt độ trong hệ thống giảm đến po và Ta1.
4-1 Quá trình bay hơi của môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi, hơi môi chất đƣợc
than hoạt tính hấp phụ hết nên áp suất hệ thống hầu nhƣ không đổi P o, nhiệt độ hơi
môi chất trƣớc lúc bị hấp phụ giảm dần đến nhiệt độ Ta2.

-12-

Với đề tài này các tác giả đã chế tạo thử nghiệm thành công máy sản suất nƣớc
đá có các điều kiện sản xuất phù hợp với Việt Nam nhƣ: Giá thành thấp, các nguyên
vật liệu dễ kiếm (than sọ dừa, methanol), dễ chế tạo và đề tài cũng khẳng định
chúng ta có thể chế tạo máy lạnh hấp thụ năng lƣợng mặt trời để làm lạnh với nhiều
mục đích khác nhau. Thiết bị có thể đƣợc chế tạo và ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Tuy nhiên đây là thiết bị làm lạnh gián đoạn không liên tục và đến nay cũng chƣa
đƣợc ứng dụng vào thực tế.
2. Đề tài nghiên cứu khoa học và kỹ thuật:”nghiên cứu lựa chọn quy trình công
nghệ, thiết kế, chế tạo một số thiết bị lạnh sử dụng nguồn năng lượng rẻ tiền tại địa
phương để phục vụ sản suất và đời sống” của tác giả PGS . TS. Trần Thanh Kỳ Trung tâm nghiên cứu Thiết bị nhiệt và năng lƣợng mới, Đại học Bách Khoa Tp
HCM - Chủ nhiệm đề tài cùng các tác giả PGS. TS. Hoàng Đình Tín – Bộ môn
Công nghệ nhiệt lạnh Đại học Bách Khoa Tp HCM, TS Nguyễn Văn Tuyên - Trung
tâm nghiên cứu Thiết bị nhiệt và năng lƣợng mới, Đại học Bách Khoa Tp HCM,
KS. Lƣơng Thị Thanh Lƣơng - Bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh Đại học Bách Khoa
Tp HCM
Với đề tài này các tác giả đã chế tạo thành công máy lạnh hấp thụ với cặp môi
chất là NH3/H2O dùng để sản xuất nƣớc đá với nguồn nhiên liệu cấp cho máy lạnh
hấp thụ là nhiên liệu rẻ tiền có tại địa phƣơng nhƣ: Than cám, mùn cƣa, trấu…..để
cấp nhiệt cho máy lạnh. Máy lạnh loại này thích hợp cho những nơi không có điện
hoặc các nguồn nhiên liệu này sẵn có.
Máy có thể sản xuất đá viên phục vụ giải khát, đá cây phục vụ đánh bắt thủy
hải sản với tốc độ nhanh 3,5h/mẻ thay vì 20 h/mẻ nhƣ hiện nay với giá thành rẻ hơn
so với thiết bị sử dụng điện. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O dùng để sản xuất
nƣớc đá thể hiện trên hình 1.3


-13-

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên máy lạnh hấp thụ NH3-H2O
Nguyên lý hoạt động của thiết bị nhƣ sau:
Trong máy lạnh hấp thụ NH3/H2O thì NH3 đóng vai trò môi chất lạnh còn
dung dịch NH3/H2O đóng vai trò chất hấp thụ. Tại bình bốc hơi, hơi nƣớc nhả nhiệt
cho dung dịch NH3/H2O và ngƣng tụ còn dung dịch NH3/H2O nhận nhiệt và sôi làm
bốc hơi amôniắc trong dung dịch và hơi amôniắc đi vào tháp tinh luyện. Do hơi
amôniắc từ bình bốc hơi lên luôn kéo theo hơi nƣớc nên tại tháp tinh luyện phần lớn
hơi đƣợc giữ lại nhờ lớp đệm trong tháp do phía trên lớp đệm có dung dịch no
amôniắc và chảy xuống phía dƣới tiếp xúc với hơi từ dƣới đi lên. Dòng hơi amôniắc
tiếp tục đi lên xục qua lớp lỏng từ bình hồi lƣu xả về do vậy hơi amôniắc đƣợc làm
sạch hết hơi nƣớc trở thành hơi tinh khiết đi vào bình ngƣng. Tại đây chúng nhả
nhiệt cho nƣớc làm mát và ngƣng tụ thành amôniắc lỏng . Lỏng amôniắc đi xuống
bình quá lạnh tại đây có sự trao đổi nhiệt giữa amôniắc lỏng và hơi amôniắc đi ra từ
tháp đá tiếp tục đi xuống hơi amôniắc qua van tiết lƣu 1 để giảm áp suất trƣớc khi đi


-14-

vào tháp đá để nhận nhiệt của nƣớc. Trong tháp đá diễn ra quá trình trao đổi nhiệt
giữa lỏng amôniắc và nƣớc. Nƣớc nhả nhiệt cho lỏng amôniắc và đông đặc trở
thành nƣớc đá còn lỏng amôniắc nhận nhiệt của nƣớc và sôi trở thành hơi. Hơi
amôniắc ra khỏi tháp đá qua bình quá lạnh nhận nhiệt của lỏng amôniắc từ bình
ngƣng sau đó về bình hấp thụ. Bình hấp thụ là nơi hấp thụ hơi amôniắc bằng dung
dịch nghèo amôniắc đi xuống từ bình hồi nhiệt. Tại bình bốc hơi dung dịch giàu
amôniắc sau khi nhận nhiệt và bốc hơi trở thành dung dịch nghèo amôniắc. Dung
dịch nghèo amôniắc từ bình bốc hơi đƣợc dẫn qua bình hồi nhiệt và nhả nhiệt cho
dung dịch giàu amôniắc đến từ bình hấp thụ sau đó qua van tiết lƣu 2 để giảm áp
trƣớc khi vào bình hấp thụ. Tại bình hấp thụ, dung dịch nghèo amôniắc sẽ hấp thụ
hơi amôniắc đến từ tháp đá và trở thành dung dịch giàu amôniắc. Dung dịch giàu

amôniắc đƣợc bơm dung dịch bơm qua bình hồi nhiệt để nhận nhiệt của dung dịch
nghèo amôniắc trƣớc khi vào bình bốc hơi tiếp tục chu trình. Để có hơi nƣớc cấp
cho bình bốc hơi, hệ thống sử dụng một nồi hơi riêng và sử dụng các nguồn nhiên
liệu sẵn có nhƣ than cám trấu hay mùn cƣa …. làm chất đốt.
Đề tài đã chế tạo thử nghiệm thành công máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn
nhiên liệu rẻ tiền sẵn có để sản suất nƣớc đá với thời gian nhanh và giá thành rẻ tuy
nhiên việc sử dụng than cám để làm chất đốt cũng vẫn gây ô nhiễm môi trƣờng. Hệ
thống có thể sử dụng cho những nơi không có điện, vùng sâu, vùng xa, nhƣng việc
sử dụng nồi hơi làm thiết bị cấp nhiệt cho hệ thống đòi hỏi độ an toàn cao, ngƣời sử
dụng phải có hiểu biết nhất định để vận hành trong khi trình độ dân trí ở các khu
vực này thƣờng thấp. Đến nay hệ thống này cũng chƣa ứng dụng trong thực tế.
Ngoài ra còn một số các nghiên cứu khác nhƣ:”nghiên cứu ứng dụng năng
lƣợng mặt trời để làm lạnh” – luận văn thạc sỹ kỹ thuật của tác giả Trần Ngọc Lân;
“Nghiên cứu sử dụng máy lạnh hấp thụ trong lĩnh vực điều hòa không khí tại Việt
Nam”. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật,“tính toán máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng
mặt trời dùng để điều hòa không khí”- chuyên đề nghiên cứu sinh - của tác giả
Nguyễn Thành Văn – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng; “nghiên cứu thiết kế hệ thống


-15-

lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng khí thải động cơ Diesel tàu thủy”- Luận văn thạc
sỹ kỹ thuật – của tác giả Lê Minh Hòa Đại học GTVT Tp HCM ....tuy nhiên cũng
chƣa có công trình nào nghiên cứu ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng
mặt trời để điều hòa không khí trên tàu thủy.
1.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài bao gồm các nội dung chính sau:
-

Lựa chọn mô hình máy lạnh hấp thụ

-

Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ sử dụng năng
lƣợng mặt trời để điều hòa không khí
Ứng dụng cơ sở lý thuyết trên để tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ điều hòa

-

không khí sử dụng năng lƣợng mặt trời cho tàu UT-GLORY
1.3.

BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài đƣợc chia thành 4 chƣơng, phần mở đầu và phần kết luận kiến nghị và phụ
lục
-

Mở đầu

-

Chƣơng 1: Tổng quan về đề tài

-

Chƣơng 2: Lựa chọn mô hình máy lạnh hấp thụ

-

Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết tính toán máy lạnh hấp thụ

-

Chƣơng 4: Tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lƣợng mặt trời để
điều hòa không khí cho tàu UT-GLORY của trƣờng ĐHGTVT TP HCM

-

Kết luận và kiến nghị

-

Phụ lục


-16-

CHƢƠNG 2
LỰA CHỌN MÔ HÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ

2.1 ĐẠI CƢƠNG VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
2.1.1 Giới thiệu chung về máy lạnh hấp thụ
Nhƣ đã biết, điểm khác nhau cơ bản giữa máy lạnh hấp thụ ( MLHT ) và máy
lạnh có máy nén hơi là năng lƣợng sử dụng và loại chất môi giới làm việc trong hệ
thống. Ở máy lạnh nén hơi dạng năng lƣợng tiêu hao là cơ năng trong khi đó ở
MLHT dạng năng lƣợng tiêu hao là nhiệt năng nhƣ vậy có thể nói ở MLHT sử dụng
nguồn nhiệt để làm lạnh. Các nguồn nhiệt này, trong kỹ thuật điều hòa không khí
ngƣời ta dùng khí đốt, hơi nƣớc hoặc nƣớc nóng, kể cả năng lƣợng mặt trời để cấp
cho MLHT. Ở những nơi có điều kiện thuận tiện, ngƣời ta có thể dùng các nguồn

nhiệt thải ra từ các quá trình sản xuất nhƣ: khí thải động cơ diesel hay từ lò nhiệt
luyện, hơi nƣớc thừa ... để cấp cho MLHT.
Không nhƣ trong máy lạnh có máy nén hơi, ở MLHT chất làm việc là dung
dịch đƣợc trộn lẫn từ hai chất thuần khiết khác nhau. Theo yêu cầu, hai chất này
phải đảm bảo không tác dụng hóa học với nhau và phải có nhiệt độ sôi khá tách biệt
nhau khi ở cùng điều kiện áp suất. Có nhiều loại dung dich đáp ứng yêu cầu này để
làm việc trong MLHT. Tuy nhiên, trong kỹ thuật điều hòa không khí hiện nay ngƣời
ta thƣờng sử dụng dung dịch H2O-LiBr. Với việc sử dụng dung dịch này hoàn toàn
không gây ra bất kỳ ảnh hƣởng nào đến môi trƣờng.
Hiện nay, với sự tiến bộ đáng kể về công nghệ chế tạo, vật liệu và điều khiển,
một số nhƣợc điểm của MLHT đã đƣợc khắc phục. Ngày nay, kích thƣớc của
MLHT đã đƣợc giảm bớt, hiệu quả làm việc đã đƣợc nâng cao. Cùng với những ƣu
điểm của MLHT nhƣ không gây ô nhiễm môi trƣờng, sử dụng năng lƣợng hiệu quả,


-17-

tiết kiệm thì có thể thấy trong tƣơng lai gần MLHT sẽ phát triển mạnh mẽ, đặc biệt
trong lĩnh vực điều hòa không khí
2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ
Về cơ bản MLHT cũng giống nhƣ máy lạnh nén hơi, chỉ khác trong máy lạnh
nén hơi, máy nén dùng điện thì trong MLHT đƣợc thay bằng cụm “máy nén nhiệt”
dùng nhiệt của nguồn gia nhiệt. Cụm “máy nén nhiệt” bao gồm: thiết bị hấp thụ,
bơm dung dịch, bình sinh hơi và van tiết lƣu thực hiện chức năng “hút” hơi sinh ra
từ bình bay hơi và “nén” lên áp suất cao đẩy vào bình ngƣng tụ.
QK
3

2
NT

TL

PK

TLDD

QH

SH

BDD
QA

P0
BH
4

HT
1

Q0
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ.
SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ,
TLDD: Tiết lưu dung dịch.
Tại bình sinh hơi, dung dịch giàu tác nhân lạnh ở áp suất Pk nhận nhiệt lƣợng
từ nguồn nóng, sôi và hơi tác nhân lạnh đƣợc sinh ra. Hơi này đƣợc dẫn tới bình
ngƣng tụ, tại đây nó nhả nhiệt lƣợng Qk cho nƣớc làm mát và ngƣng tụ thành lỏng.
Sau khi ra khỏi bình ngƣng, qua van tiết lƣu để giảm áp suất và đi vào bình bay hơi.

-18-

Tại bình bay hơi tác nhân lạnh lỏng nhận nhiệt lƣợng Qo của vật cần làm lạnh để
hóa hơi. Hơi tác nhân lạnh thấp áp này đƣợc dẫn vào bình hấp thụ và đƣợc hấp thụ
bởi dung dịch nghèo tác nhân lạnh xuống từ tiết lƣu dung dịch.
Dung dịch giàu tác nhân lạnh sau khi nhận nhiệt, sôi và hóa hơi trở thành dung
dịch nghèo. Dung dịch nghèo tác nhân lạnh này đƣợc dẫn qua van tiết lƣu dung dịch
để giảm áp suất và đi vào bình hấp thụ. Tại đây dung dịch nghèo sẽ hấp thụ tác nhân
lạnh đến từ bình bay hơi và trở thành dung dịch giàu. Nhiệt lƣợng sinh ra trong quá
trình hấp thụ tại bình hấp thụ QA đƣợc truyền ra bên ngoài. Dung dịch giàu tác nhân
lạnh đƣợc bơm lên áp suất cao nhờ bơm dung dịch và đi vào bình sinh hơi để thực
hiện một chu trình mới. Trong quá trình hoạt động của MLHT có hai vòng tuần
hoàn rõ dệt:
-

Vòng tuần hoàn dung dịch: HT-BDD-SH-TLDD và trở lại HT

-

Vòng tuần hoàn môi chất lạnh: 1-HT-BDD-SH-2-3-4-1
Qua quá trình hoạt động của MLHT ta thấy rằng quá trình hoạt động này cũng
tƣơng tự giống máy lạnh nén hơi. Tuy nhiên điều khác biệt là ở cách đƣa tác nhân
lạnh đến áp suất ngƣng tụ. Trong máy lạnh nén hơi, hơi tác nhân lạnh đƣợc nén bởi
máy nén cơ còn trong MLHT hơi tác nhân lạnh đƣợc hóa lỏng sau đó dùng bơm
dung dịch bơm lên áp suất ngƣng tụ rồi hóa hơi trở lại. Nhƣ vậy cùng độ chênh áp
suất thì công để cấp cho máy nén cơ trong máy lạnh nén hơi lớn hơn nhiều so với
công để cấp cho bơm dung dịch trong MLHT (do chất lỏng có thể tích riêng rất
nhỏ) nhƣng lại tiêu tốn nhiệt năng lớn để hóa hơi tác nhân lạnh. Tóm lại trong máy
lạnh nén hơi năng lƣợng dùng chủ yếu là cơ năng với MLHT thì cơ năng tiêu tốn rất

ít mà chủ yếu là nhiệt năng cấp cho bình bay hơi.
2.1.3 Chu trình lý thuyết


-19-

Hình 2.2 Mối quan hệ giữa chu trình thuộc loại hấp thụ và chu trình Rankine
Khảo sát sơ đồ hình 2.2, trong sơ đồ hiện có hai chu trình riêng biệt. Chu trình
thứ nhất là chu trình ngƣợc chiều, ta phải dùng công cấp vào máy nén để đƣa chất
môi giới từ áp suất thấp trong bình bốc hơi đến áp suất cao hơn trong bình ngƣng. Ở
chu trình thứ hai, ta có thể nhận công sinh ra từ tua bin khi cho chất môi giới giãn
nở từ áp suất cao trong lò hơi đến áp suất thấp hơn trong bình ngƣng, đây là chu
trình thuận chiều.
Nếu ta thiết lập các giả thiết sau:
-

Áp suất làm việc của bình ngƣng trong chu trình ngƣợc chiều và áp suất làm việc
của lò hơi trong chu trình thuận chiều bằng nhau.

-

Lƣu lƣợng chất môi giới đi qua tua bin bằng lƣu lƣợng chất môi giới đi qua máy
nén

-

Áp suất làm việc của bình bốc hơi trong chu trình ngƣợc chiều và áp suất làm việc
của bình ngƣng trong chu trình thuận chiều bằng nhau.
Khi các giả thiết trên đƣợc thỏa mãn, có thể kết hợp hai chu trình ở hình trên
thành một chu trình mới bằng cách loại bỏ cả máy nén và tua bin. Ta có sơ đồ chu

trình mới thể hiện trên hình 2.3.


-20-

Hình 2.3 Sơ đồ chu trình kết hợp
Trong sơ đồ này ta thấy bình A và bình D chính là lò hơi và bình ngƣng trong
chu trình thuận chiều. Thực tế cho thấy, nhiệt độ của lò hơi trong chu trình thuận
chiều thƣờng phải lớn hơn nhiệt độ của bình ngƣng trong chu trình ngƣợc chiều kết
hợp với giả thiết thứ nhất áp suất trong bình ngƣng và trong bình A phải giống
nhau, nhất định chất làm việc trong bình A không phải chất thuần khiết đơn mà là
sự hòa trộn từ hai chất thuần khiết khác nhau. Và để đảm bảo điều kiện này thì hai
chất thuần khiết đó phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi ở cùng điều kiện áp
suất. Trong trƣờng hợp này nếu gọi t1 và tk lần lƣợt là nhiệt độ sôi và nhiệt độ
ngƣng tụ trong bình A và trong bình ngƣng nhƣ đã trình bày thì t1> tk . Để có đƣợc
kết quả này, chất thuần khiết đi vào bình ngƣng và ngƣng tụ trong bình ngƣng ở
nhiệt độ tk và áp suất pk phải là chất bay ra từ dung dịch đang sôi trong bình A ở
nhiệt độ t1 và áp suất pk . Ở cùng áp suất, chất này có nhiệt độ sôi nhỏ hơn chất kia
tham gia vào tạo nên dung dịch. Nhƣ vậy nếu gọi chất 1 là thuần khiết bay ra từ
bình A và đi vào bình ngƣng, gọi 2 là chất thuần khiết đƣợc sử dụng để cùng với 1
tạo nên dung dịch làm việc trong bình A ta có nhận xét sau:
-

Nhiệt độ sôi của chất 1 nhỏ hơn nhiệt độ sôi của chất 2 khi ở cùng điều kiện áp suất

-

Về nguyên tắc, khi đi qua bình ngƣng và bình bốc hơi trên hình vẽ chỉ có chất 1 mà
không có chất 2

-21-

-

Sau khi một bộ phận chất 1 bay ra khỏi bình A, dung dịch còn lại từ bình A cần phải
đƣợc đƣa lên bình D để tiếp tục thực hiện chu trình kế tiếp điều này đƣợc thể hiện
bằng đƣờng nét đứt trong sơ đồ giữa bình A và bình D. Do áp suất làm việc trong
bình A lớn hơn áp suât làm việc trong bình D nên cần phải lắp đặt van giảm áp
(trên đƣờng nét đứt) . Đây là vấn đề liên quan đến việc hình thành bơm nhiệt và
máy lạnh làm việc theo nguyên tắc hấp thụ. Trong trƣờng hợp MLHT, ta gọi 1 là tác
nhân lạnh, còn 2 là chất hấp thụ, bình A là bình sinh hơi và bình D là bình hấp thụ.
2.1.4 Dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ
Nhƣ đã trình bày ở trên, chất làm việc trong MLHT phải là dung dịch trộn lẫn
từ hai chất thuần khiết khác nhau, hai chất này không tác dụng hóa học với nhau và
phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi ở cùng điều kiện áp suất. Hai chất trong
dung dịch, một chất đóng vai trò là tác nhân lạnh, chất còn lại đóng vai trò là chất
hấp thụ. Các nghiên cứu lý luận về nhiệt động cho thấy, nếu tất cả các quá trình đều
là thuận nghịch thì hiệu quả làm việc của MLHT hoàn toàn không phụ thuộc vào
loại dung dịch. Tuy nhiên, với các trƣờng hợp thực tế, hiệu quả làm việc của MLHT
phụ thuộc rất đáng kể vào loại dung dịch đƣợc chọn sử dụng trong hệ thống.
Các yêu cầu đối với dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ :

-

Tác nhân lạnh phải có tính hòa tan cao trong dung dich ở bình hấp thụ

-

Độ chênh lệch điểm sôi giữa tác nhân lạnh và chất hấp thụ phải lớn

-

Nhiệt lƣợng sinh ra trong quá trình hấp thụ phải nhỏ

-

Hỗn hợp tác nhân lạnh và chất hấp thụ phải có tính dẫn nhiệt cao và độ nhớt thấp

-

Không bị kết tủa hay hóa rắn trong máy lạnh

-

Phải có tính an toàn (không dễ cháy, dễ nổ)

-

Bền vững về mặt hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc

-

Phải trơ không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy

-

Cần phải rẻ tiền, dễ kiếm

-22-

-

Sản xuất, vận chuyển , bảo quản dễ dàng

-

Không phá hủy môi sinh, môi trƣờng
Về mặt lý thuyết, có khá nhiều loại dung dịch có thể dùng đƣợc trong MLHT.
Tuy nhiên trong thực tế ngƣời ta dùng phổ biến là dung dịch NH3-H2O và H2OLiBr.
Đối với dung dịch NH3-H2O, NH3 đóng vai trò tác nhân lạnh và H2O đóng vai
trò chất hấp thụ. Máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch NH3-H2O đƣợc sử dụng để
làm lạnh dƣới 00 do tác nhân lạnh có nhiệt độ hóa hơi rất thấp.
Trong dung dịch H2O-LiBr, H2O đóng vai trò tác nhân lạnh còn LiBr đóng vai
trò chất hấp thụ và dung dịch H2O-LiBr thƣờng sử dụng khi nhiệt độ cần làm lạnh
lớn hơn 00. Do vây, các MLHT trong kỹ thuật điều hòa không khí thƣờng sử dụng
loại dung dịch này.
Ƣu điểm chung của dung dịch NH3–H2O và H2O-LiBr là không gây ra các vấn
đề về môi trƣờng nhƣ phá hủy tầng Ozone và làm tăng nhiệt độ của bầu khí quyển.
Tuy nhiên, MLHT khi sử dụng dung dịch NH3-H2O cần chú ý đến vần đề rò rỉ NH3
vì hệ thống làm việc với áp suất cao và NH3 cũng có khả năng nhiễm độc cho ngƣời
hít phải. Bên cạnh đó, cần có biện pháp tinh chế tác nhân lạnh trƣớc khi đƣa vào
thiết bị ngƣng tụ vì một bộ phận hơi nƣớc vẫn có thể kéo theo làm loãng tác nhân
lạnh. Trong trƣờng hợp MLHT sử dụng dung dịch H2O-LiBr không cần biện pháp
tinh chế do hai chất này có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau song cần chú ý đến vấn
đề thẩm thấu không khí từ môi trƣờng vào hệ thống làm việc vì áp suất làm việc của
hệ thống rất thấp so với áp suất khí quyển. Ngoài ra, do dung dịch có khả năng bị
kết tủa nên phải vận hành hệ thống sao cho các biến đổi trạng thái không nằm quá
gần vùng có khả năng bị kết tủa.

2.1.5 Ƣu nhƣợc điểm của máy lạnh hấp thụ
Ƣu điểm:


-23-

-

Đây là loại máy lạnh sử dụng “máy nén nhiệt” nên nguồn năng lƣợng cấp cho máy
chủ yếu là nhiệt năng và chủ yếu là nguồn nhiệt không cao nên có thể sử dụng hợp
lý các nguồn năng lƣợng khác nhau nhƣ khí đốt, than củi.. hoặc nguồn nhiệt thải từ
các quá trình sản suất nhƣ khí thải, hơi nƣớc.. hay năng lƣợng mặt trời trong trƣờng
hợp này chi phí vận hành thấp. Đặc biệt MLHT có thể sử dụng ở những nơi không
có điện.

-

Máy lạnh hấp thụ là có rất ít chi tiết chuyển động, kết cấu chủ yếu là các thiết bị
trao đổi nhiệt và trao đổi chất, bộ phận chuyển động duy nhất là bơm dung dịch. Vì
vậy, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, máy làm việc ít ồn và
rung. Trong vòng tuần hoàn hoàn môi chất, không có dầu bôi trơn nên bề mặt các
thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăng nhƣ trong máy lạnh nén
hơi.

-

Công chất làm việc không gây tác hại đến môi trƣờng.

-

Giá thành sản phẩm lạnh rẻ.
Nhƣợc điểm:
Máy lạnh hấp thụ cũng có nhƣợc điểm là giá thành hiện nay còn rất đắt, cồng
kềnh, diện tích lắp đặt lớn hơn so với máy lạnh nén hơi. Lƣợng nƣớc làm mát tiêu
thụ cũng lớn hơn vì phải làm mát thêm bình hấp thụ. Thời gian khởi động chậm, tổn
thất khởi động lớn do lƣợng dung dịch chứa trong thiết bị lớn .
2.1.6 Một số loại máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr
2.1.6.1 Máy lạnh hấp thụ một cấp
Xét sơ đồ nhƣ hình 2.4 ta thấy, dƣới tác động của nguồn nhiệt cấp từ bên ngoài,
dung dịch H2O-LiBr trong bình phát sinh A sẽ sôi và bay hơi. Ở điều kiện áp suất
nhƣ nhau, do nƣớc có nhiệt độ sôi thấp hơn khá đáng kể so với litibromua nên trong
thực tế chỉ hơi nƣớc bay ra từ bình phát sinh.


-24-

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ một cấp
Hơi nƣớc khi bay ra khỏi bình phát sinh sẽ có trạng thái quá nhiệt. Tại bình
ngƣng tụ, hơi nƣớc quá nhiệt đến từ bình phát sinh sẽ nhả nhiệt cho nƣớc làm mát
để trở thành trạng thái lỏng sôi. Nƣớc ở trạng thái lỏng sôi sẽ đƣợc cho đi qua cơ
cấu giảm áp để đi vào bình bốc hơi C ở trạng thái hơi bão hòa ẩm. Tƣơng ứng với
điều này áp suất hơi nƣớc giảm từ Pk tại bình phát sinh và bình ngƣng tụ đến giá trị
Po trong bình bốc hơi và bình hấp thụ. Ở bình bốc hơi, hơi nƣớc ở trạng thái bão hòa
ẩm đến từ bình ngƣng sẽ nhận nhiệt từ nƣớc cần làm lạnh (chất tải lạnh) để sôi và
bay hơi. Khi ra khỏi bình bốc hơi, trạng thái hơi nƣớc đƣợc xem là hơi bão hòa khô
và hơi nƣớc đƣợc tiếp tục cho đi qua bình hấp thụ. Tại đây hơi nƣớc sẽ đƣợc hấp
thụ bởi dung dịch đậm đặc trở về từ bình phát sinh. Do quá trình hấp thụ phát sinh
nhiệt lƣợng cho nên cần phải rải nhiệt cho bình hấp thụ. Từ bình hấp thụ dung dịch
loãng đƣợc đƣợc bơm E đƣa trở lại bình phát sinh để bắt đầu chu trình mới.
Trong các ứng dụng về điều hòa không khí thì các giá trị Pk và Po là rất nhỏ so

với áp suất khí quyển vì vậy có thể xảy ra hiện tƣợng không khí bên ngoài xâm
nhập vào hệ thống. Thực sự tỷ số Pk/Po là khá lớn vào khoảng 10 lần, nhƣng hiệu số
Pk-Po thì rất nhỏ vì vậy trong trƣờng hợp này ngƣời ta sử dụng cơ cấu giảm áp đơn
giản. Đối với MLHT một cấp loại này cũng không nên cấp nhiệt bằng nguồn nhiệt


-25-

có nhiệt thế cao, lý do là các máy lạnh loại này không có khả năng khai thác hiệu
quả exergy của nguồn nhiệt.
Do áp suất làm việc trong hệ thống quá thấp nên các máy lạnh loại này cần
phải trang bị cơ cấu xả khí và để tăng độ tin cậy và đảm bảo độ chân không theo
yêu cầu máy lạnh loại này thƣờng có cấu tạo dạng một vỏ bọc hình trụ nằm ngang.
2.1.6.2 Máy lạnh hấp thu hai cấp

Hình 2.5 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ hai cấp
Trong sơ đồ hình 2.5 ta thấy có thêm bình AB, bình này đƣợc gọi là bình phát
sinh / ngƣng tụ. Về mặt cấu tạo, bình AB bao gồm một vỏ bình chứa dung dịch để
làm nhiệm vụ phát sinh bổ xung tác nhân lạnh, bên trong vỏ bình có chứa thiết bị
trao đổi nhiệt để làm ngƣng tụ lƣợng tác nhân lạnh đến từ bình phát sinh A. Khi cấp
nhiệt cho bình phát sinh A, một lƣợng hơi nƣớc ở trạng thái quá nhiệt sẽ bay ra khỏi
bình phát sinh A để đi vào bộ trao đổi nhiệt đặt trong bình AB. Do có một lƣợng hơi
nƣớc bay ra, nồng độ dung dịch rời bình A để đi vào phần vỏ bình AB lớn hơn nồng
độ dung dịch đi vào bình A từ bình hấp thụ D. Khi đi vào bộ trao đổi nhiệt đặt trong
bình AB, lƣợng hơi nƣớc đến từ bình A sẽ nhả nhiệt để thực hiện quá trình ngƣng