KỸ THUẬT LẠNH thực phẩm thủy sản

MỤC LỤC

i


CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU
I. Lịch sử phát triển ngành lạnh
Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh cách đây rất lâu:
* Các tranh vẽ trên tường trong các kim tự tháp Ai Cập cách đây khoảng
2500 năm đã mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm xốp cho nước bay hơi để làm
mát không khí.
* Cách đây khoảng 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn
muối vào nước hoặc tuyết để tạo nhiệt độ thấp hơn.
* Nhưng kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phải kể từ khi giáo sư Black tìm ra
ẩn nhiệt hóa hơi và ẩn nhiệt nóng chảy vào năm 1761 - 1764.
* Ở cuối thế kỷ XVIII từ phát hiện đầu tiên là trong điều kiện chân không
nước bay hơi ở nhiệt độ thấp. Vào năm 1834 bác sĩ Perkins (Anh) xây dựng được
máy lạnh đầu tiên với tác nhân lạnh là ete etylen làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất
khí quyển.
* Cuối thế kỷ XIX có hàng loạt các phát minh ra máy lạnh với những tác
nhân có áp suất trong chu trình kín cao hơn áp suất khí quyển:
+ Năm 1871 Tellier xây dựng máy lạnh với tác nhân ete metylen.
+ Năm 1872 Boil phát minh nguyên lý máy lạnh NH3.
+ Năm 1874 kỹ sư Linde (Đức) đã thiết kế được máy lạnh NH3, lúc này
việc chế tạo máy lạnh nén hơi mới thực sự phát triển rộng rãi trong hầu hết các
ngành kinh tế.
* Mốc quan trọng trong kỹ thuật lạnh là việc sản xuất và ứng dụng các freon
ở Mỹ vào năm 1930.
Ngày nay kỹ thuật hiện đại đang đi vào những đỉnh cao của khoa học kỹ
thuật hiện đại. Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày nay được mở rộng rất
nhiều và kỹ thuật đang tiến dần đến nhiệt độ không tuyệt đối.

Riêng kỹ thuật lạnh là nhu cầu thiết yếu để phát triển công nghiệp thực phẩm:
“Lạnh cần cho công nghiệp thực phẩm như điện và hơi nước cần cho công nghiệp
nặng vậy. Điện và hơi nước đã đẩy công nghiệp nặng tiến tới, thì lạnh sẽ làm cho
công nghiệp thực phẩm phát triển vượt bậc (Micoiang - 1935).
II. Ý nghĩa kinh tế của kỹ thuật lạnh
1. Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm
Theo một số thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong
1


công nghiệp thực phẩm như chế biến thịt cá, rau quả, công nghiệp thủy hải sản ...
các kho lạnh bảo quản, các kho lạnh chế biến phân phối, các máy lạnh thương
nghiệp, đến các tủ lạnh gia đình, các nhà máy sản xuất nước đá, máy lạnh lắp đặt
trên tàu thủy và các phương tiện vận chuyển, kể cả các ngành công nghiệp rượu
bia, nước giải khát, nước hoa quả, công nghiệp sữa, sản xuất aga - aga ....
2. Sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là một phương pháp sấy hiện đại hầu như không làm giảm lượng
của vật sấy lúc này vật được làm lạnh đông dưới -20oC và được sấy bằng cách hút
chân không. Vì giá thành cao do đó chỉ ứng dụng cho các sản phẩm quý hiếm như
những dược liệu từ hoa, cây, quả ... những sản phẩm y dược dễ biến đổi chất lượng do
tác động của nhiệt độ như máu, thuốc tiêm, hoóc môn ...
3. Công nghiệp hóa chất
* Ứng dụng quan trọng nhất là sự hóa lỏng khí như: Clo, NH3, CO2, HCl,
khí đốt, khí sinh học ...
* Nhờ kỹ thuật lạnh nên chủ động điều khiển tốc độ các phản ứng hóa học.
* Ứng dụng trong kỹ nghệ sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh ..
4. Điều tiết không khí
* Ngày nay không thể tách rời kỹ thuật điều tiết không khí với các ngành cơ
khí chính xác, kỹ thuật điện tử, vi điện tử, máy vi tính, kỹ thuật quang học ...
* Điều tiết không khí cũng đóng vai trò quan trọng trong các ngành công

nghiệp nhẹ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm như công nghiệp dệt, vải, sợi, thuốc
lá
* Trong công nghiệp chăn nuôi điều tiết để đạt tốc độ tăng trọng cao nhất.
* Điều tiết không khí công nghiệp và dân dụng nhằm tạo điều kiện cho con
người để sống và làm việc.
5. Siêu dẫn
Năm 1911 nhà Vật lý Kamerlingh (Hà Lan) phát hiện ra rằng khi giảm đến
một nhiệt độ rất thấp nào đó (nhiệt độ nhẩy), điện trở sẽ biến mất và kim loại trở
thành siêu dẫn. Ứng dụng hiện tượng này để tạo ra các nam châm cực mạnh trong
các máy gia tốc ở các nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, hoặc các đệm từ cho tàu
hỏa cao tốc ...
6. Sinh học Cryô
Kỹ thuật lạnh thâm độ (còn gọi kỹ thuật cryô) với nhiệt độ -80 – 196oC
được ứng dụng trong việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông ...

2


7. Thể dục thể thao
Tạo ra các sân trượt băng, đường đua trượt băng và trượt tuyết nhân tạo cho
các đại hội thể thao ngay cả khi nhiệt độ không khí cao.
8. Các ứng dụng khác
* Trong hàng không và du hành vũ trụ: tạo ra nhiệt độ thấp để kiểm tra
máy móc làm việc trong điều kiện tương tự.
* Trong khai thác mỏ, trong cơ khí, trong y
dược .
III. Kỹ thuật lạnh ở Việt Nam
Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế
ở nước ta, thực vật kỹ thuật đã xâm nhập vào hơn 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào
các ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, công nghiệp nhẹ, điều hòa không

khí ...
Nhưng nhược điểm chủ yếu của ngành lạnh nước ta hiện nay là quá nhỏ bé
non yếu và lạc hậu. Nước ta chỉ chế tạo được các loại máy NH3 loại nhỏ, chưa
chế tạo được các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy lạnh freon, các thiết
bị tự động... Và đặc điểm quan trọng khác là ngành lạnh ở ta bị tản mạn và phân tán,
không có cơ quan trung ương chủ trì nên không được đầu tư và phát triển đúng mức.
Các đơn vị sử dụng lạnh thường trang bị tự phát nên nhiều khi gây ra lãng phí.

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH
I. Các khái niệm và đại lượng cơ bản
1. Nhiệt
Theo định nghĩa thông thường, nhiệt đồng nghĩa với nóng. Đó là cảm giác mà
các giác quan của con người nhận biết được.
Nhiệt được xem là một dạng năng lượng, nó là một dạng biểu hiện của năng
lượng trong các quá trình truyền và biến đổi.
2. Lạnh
Lạnh cũng là một cảm giác của con người khi không có hay bị mất nhiệt hoàn
toàn hay một phần.
Hay nói cách khác, lạnh là trạng thái vật chất khi nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt
độ của môi trường xung quanh mà ta cảm nhận được trong điều kiện bình thường của
khí quyển. Người ta quy định lấy 20oC là ranh giới giữa nóng và lạnh
Có 3 mức độ lạnh
200C > T0C > Tdb : lạnh thường
Tdb > T0C > -100oC: lạnh đông
-1000C > T0C > -273oC : lạnh thâm độ
3. Nhiệt độ và đơn vị nhiệt độ
a. Nhiệt độ

Là mức độ nóng hay lạnh của một vật. Nó đặc trùn cho sự tác động năng lượng
mạnh hay yếu của nhiệt lên các giác quan của con người. Nhiệt độ cho phép chúng ta
nói rằng một vật nóng nhiều hơn hay ít hơn một vật khác.
b. Đơn vị của nhiệt độ
Thang nhiệt độ Celsius (ký hiệu oC): được sử dụng phổ nhất. Điểm 0 0C được
xác định là nhiệt độ đóng băng và 100 oC là nhiệt độ sôi của nước tinh khiết ở áp suất
khí quyển. Độ Celsius là 1/100 của nhiệt độ giữa điểm đóng băng và điểm sôi của
nước tinh khiết, vì vậy 0C còn gọi là thang nhiệt độ bách phân.
Thang nhiệt độ Kelvin (ký hiệu K): là đơn vị đo nhiệt độ trong hệ đơn vị quốc
tế SI. Thang nhiệt độ Kelvin còn gọi là thang nhiệt độ tuyệt đối hay thang nhiệt độ
động học. Người ta xác định rằng ở -273,15 oC mọi vật đều nguội lạnh, không có nhiệt.
Nhiệt độ này được lấy là 0 độ tuyệt đối (0 K). Quan hệ giữa 2 thang này có dạng:
T(K) = 0C + 273,15
4


Thang nhiệt độ Fahrenheit (ký hiệu 0F): là thang nhiệt độ sử dụng trong hệ đơn
vị Anh, Mỹ. Thang nhiệt độ này xác định trên cơ sở điểm đóng băng của nước là 32 0F
còn điểm sôi là 212oF
o

F = 1,8oC + 32

Thang nhiệt độ Rankin (ký hiệu oR): sử dụng trong hệ dơn vị Anh Mỹ.
o

R = oF + 460

4. Áp suất
a. Khái niệm

Áp suất là lực tác dụng của các phân tử chất khí lên một đơn vị diện tích bình
chứa nó, tác động mọi phương như nhau.
Áp suất khí quyển: là áp suất của không khí bao quanh trái đất tác dụng lên
các vật. Áp suất khí quyển tính ở mức bề mặt khí quyển, bằng áp suất của cột thủy
ngân cao 760 mm.
Áp suất tương đối: thông thường khi dùng áp kế để đo áp suất của bình, bên
ngoài áp kế là không khí. Vậy giá trị ghi trên áp kế là chênh lệch áp suất giữa bình và
không khí. Áp suất này được là áp suất tương đối.
Áp suất tuyệt đối: được tính từ giá trị 0 (chân không tuyệt đối). Áp suất tuyệt
đối có giá trị bằng tổng áp suất khí quyển và áp suất tương đối.
Áp suất chân không: là khái niệm chỉ áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển
(nhưng về phía áp suất giảm)
b. Đơn vị đo áp suất
Pascal là đơn vị đo chính thống theo hệ SI, viết tắt là Pa. Pa là áp suất thực hiện
bởi lực tác dụng 1 Newton phân bố đều lên diện tích m2 (1 Pa = 1 N/m2)
1 MPa = 106 Pa
1 bar = 105 Pa
1 KPa = 103 Pa
1 at = 1 kg/cm2
1 atm = 760 mmHg = 1,033 kg/cm2
5. Nhiệt lượng
a. Khái niệm chung
Trong kỹ thuật ta cần phải tính nhiệt lượng trong một quá trình nào đó khi nhiệt
độ thay đổi. Để hiểu rõ hơn chúng ta khảo sát thí nghiệm

5


toC
C lỏng - hơi

100
A

0

B

-40
Lấy khối lượng nước đá có nhiệt độ ban đầu là -40 oC, dùng đèn để nung và
nhiệt kế để khảo sát sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian.
Thời gian đầu nhiệt độ khối nước đá tăng nhanh từ -40 oC đến 0oC (đoạn OA),
giữ ở nhiệt độ 0oC thời gian khá lâu (AB) ở giai đoạn này nước đá tan chảy ở 0 oC. Ở
điểm B nước đá hoàn toàn biến thành thể lỏng và nhiệt độ bắt đầu tăng đến 100 oC
(BC). Sau đó nhiệt độ giữ ở 100oC, nước đá bắt đầu bốc hơi đến giọt cuối cùng (CD)
b. Nhiệt hiện
Ứng với đoạn OA và BC, nhiệt lượng mà khối nước nhận vào để thay đổi nhiệt
độ mà không thay đổi trạng thái thì nhiệt này được gọi là nhiệt hiện.
Nhiệt hiện là sự hấp thu nhiệt dưới dạng này biểu hiện qua sự nâng cao nhiệt độ
của vật nhận nhiệt và ngược lại khi vật tỏa nhiệt thì nhiệt độ của nó sẽ giảm đi. Nhiệt
nhận vào hay thải ra không làm thay đổi trạng thái vật lý của vật.
Công thức tính:
Q = mCp∆T = mCp(t2 – t1)
Trong đó :
Q : nhiệt hiện (KJ)
m : khối lượng (kg)
t1, t2 : nhiệt độ đầu và cuối (0C)
Với nước ở áp suất 0,98 bar
mOA (thể rắn) = 2,09 KJ/kg
mBC (thể lỏng) = 4,18 KJ/kg

c. Nhiệt ẩn
Ứng với đoạn AB, CD khối nước vẫn nhận nhiệt lượng để tan chảy, bốc hơi
nhưng ở nhiệt độ không thay đổi là 0 và 100 oC. Phần nhiệt lượng mà khối nước nhận
vào để thay đổi trạng thái mà không thay đổi nhiệt độ được gọi là nhiệt ẩn.

6


Nhiệt ẩn là sự hấp thu hay thải nhiệt của vật dưới dạng này được đặc trưng bởi
nhiệt độ không đổi và sự thay đổi trạng thái vật lý của nó (bay hơi khi sôi, ngưng tụ,
kết đông, chảy lỏng, thăng hoa...)
Công thức tính :
QH = m.r
Trong đó :
QH : nhiệt ẩn (KJ)
m : khối lượng (kg)
r : ẩn nhiệt (KJ/kg)
Với nước ở áp suất 0,98 bar
rAB (tan chảy, đông đặc) = 333,6 KJ/kg
rCD (bốc hơi, ngưng tụ) = 2257 KJ/kg
Lưu ý: nhiệt bốc hơi có vai trò rất quan trọng trong hệ thống lạnh do nhiệt
lượng làm lạnh phần lớn là do ẩn nhiệt bốc hơi của môi chất tạo nên.
d. Đơn vị đo nhiệt lượng
Joule (J): là công sinh ra khi có một lực là Newton thực hiện một quãng đường
1m.
Kilocalo (Kcal) là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1kg nước lên 1 oC
ở áp suất khí quyển.
BTU là nhiệt lượng cần thiết để 1 pound nước thay đổi 1oF (đơn vị Anh Mỹ)
1KJ = 1000J
1 Kcal = 4186,8 J = 4,1868 KJ

1 pound = 0,453 kg
1 BTU = 1054,35 J
6. Enthalpy
Enthalpy là thông số trạng thái của môi chất, là năng lượng toàn phần của môi
chất trong hệ thống hở được xác định bởi trạng thái nhiệt động của môi chất. Trong hệ
thống hở, không phải toàn bộ năng lượng mà môi chất nhận vào để làm tăng nội năng
mà còn dùng một phần để sinh công. Ký hiệu: H (J) hoặc h (KJ/Kg)
7. Entropy
Entropy là thông số trạng thái của môi chất, đặc trưng cho chiều trao đổi nhiệt
giữa môi chất và môi trường bên ngoài. Ký hiệu: s (KJ/kgK)

7


8. Sự biến đổi trạng thái của vật chất
Chảy lỏng

Rắn

Hóa hơi

Lỏng
Kết đông

Hơi
Ngưng tụ

Thăng hoa

Trạng thái của một chất (thể rắn, lỏng và hơi) phụ thuộc vào điều kiện bên

ngoài: nhiệt độ và áp suất. Khi các điều kiện đó thay đổi thì vật thể chuyển sang trạng
thái khác, sự biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của một vật thể đồng nhất
được gọi là sự biến đổi pha và sự biến đổi này diễn ra ở hiệt độ không đổi nó phụ
thuộc vào các điều kiện biến đổi và tính chất vật lý của các chất có kèm theo sự tỏa
nhiệt và hấp thu lượng nhiệt cần thiết để làm thay đổi mối liên kết giữa các phân tử.
Ở điều kiện bình thường, chúng ta thấy vật chất biến đổi từ trạng thái rắn đến
lỏng và đến hơi khi nhiệt độ tăng dần, nguyên tắc làm việc của hệ thống lạnh chủ yếu
dựa vào sự biến đổi pha từ lỏng sang hơi và ngược lại.
Ở áp suất khí quyển, khi cấp nhiệt để nước đạt 100 oC và biến thành hơi mãnh
liệt bởi những bọt khí xuất hiện trong nước hiện tượng này được gọi là sự bốc hơi.
Nhiệt độ bốc hơi được gọi là nhiệt độ bão hòa, áp suất bốc hơi được gọi là áp suất bão
hòa.
Hơi quá nhiệt: là hơi môi chất có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hòa (ở cùng áp
suất)
Lỏng quá lạnh: là môi chất lỏng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bão hòa (ở cùng
áp suất)
Nhiệt độ tới hạn: hóa lỏng môi chất bằng phương pháp nén phải được tiến hành
thấp hơn nhiệt độ nào đó, nếu môi chất có nhiệt độ lớn hơn giới hạn này thì không thể
hóa lỏng môi chất được dù có nén đến áp suất cực lớn, nhiệt độ đó được gọi là nhiệt độ
tới hạn.
Trạng thái

Nước

Môi chất 12

Tan chảy

0oC

-155oC

Sôi ở PA = 0,5 kg/cm2

80oC

-46oC

Sôi ở Pkq = 1,003 kg/cm2

100oC

-29,8oC

Sôi ở PA = 5 kg/cm2

151oC

15oC

Quan sát bảng ta thấy:
8


Ở áp suất khí quyển ta phải cung cấp nhiệt độ cho nước (nước nhận nhiệt
lượng) để đạt 1000C và bốc hơi. Trong môi chất 12 nhận nhiệt từ môi trường bốc hơi ở
-29,80C. Nếu môi chất bốc hơi trong phòng cách nhiệt thì nhiệt độ căn phòng có
khuynh hướng giảm đến -29,8oC (đây là hiện tượng xảy ra trong thiết bị bốc hơi của hệ
thống lạnh).
Nếu muốn điều chỉnh nhiệt độ bốc hơi, chúng ta có thể điều chỉnh áp suất tương

ứng. Trong hệ thống lạnh, áp suất bốc hơi được duy trì nhờ vào máy nén kết hợp với
hệ thống tiết lưu.

P bảo hòa

Bảo hòa (lỏng + hơi)

Lỏng quá lạnh

Nói cách khác đường bão hòa xác định trong điều
kiện
suất và nhiệt độ mà
Lỏng
quááplạnh
thể lỏng và thể hơi ở trạng thái cân bằng.
t bảo hòa

Đường bão hòa chia đồ thị ra làm 2 miền, mỗi miền tương ứng với trạng thái
duy nhất của vật chất. Ứng với áp suất đã cho, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ biến đổi pha
thì chỉ tồn tại pha hơi, do đó đường bên phải đường bão hòa là pha hơi (hơi quá nhiệt)
và bên trái là pha lỏng (lỏng quá lạnh). Các điểm nằm trên đường bão hòa ở hai trạng
thái (lỏng và hơi). Nếu vật chất nằm trên đường bão hòa mà ở thể lỏng thì ta gọi là
lỏng bão hòa, nếu toàn bộ ở thể hơi thì gọi là hơi bão hòa.

P
Pk
PB

lỏng

Pk

hơi

B
t

Xét hệ ở trạng tháit cân bằng nhiệt
tk 2 pha: lỏng và hơi bão hòa. Giới hạn trên của
B
đồ thị P-t là ứng với nhiệt độ tới hạn t k và áp suất Pk. Giới hạn dưới điểm B ứng với
điểm đông đặc của vật chất. Lúc này hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt không chỉ hai pha
như trước mà 3 pha: rắn, lỏng, hơi. Điểm B được gọi là điểm 3.
Ý nghĩa của điểm 3:
9


Điểm 3 ứng với áp suất bằng 4,58 mmHg và nhiệt độ là 0,01 0C. Từ điểm 3 nếu
tiếp tục nhả nhiệt thì đến một lúc toàn thể pha lỏng sẽ chuyển sang pha rắn, lúc này
trạng thái cân bằng chỉ còn 2 pha: rắn và hơi bão hòa được gọi là đường thăng hoa.
a. Quá trình hóa hơi
Là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, sự hóa hơi là khái niệm chung chỉ
sự bay hơi hoặc sự sôi. Sự bay hơi của một chất lỏng là sự tạo thành hơi trên bề mặt tự
do của nó. Sự bay hơi ở mọi nhiệt độ, tuy nhiên nó sẽ xảy ra mạnh hơn khi nhiệt độ
càng cao, bề mặt thoáng của chất lỏng càng lớn không khí khí uyển càng khô và
thoáng, áp suất thấp.
Qua trình sôi tuân theo những quy luật sau:
Dưới cùng một áp suất, chất lỏng luôn luôn bắt đầu sôi ở cùng một nhiệt độ.
Suốt quá trình sôi nhiệt độ giữ không đổi nếu áp suất không thay đổi.
Áp suất của hơi bảo hòa tạo thành bằng áp suất của chất lỏng.

Nếu muốn giảm nhiệt độ sôi thì phải giảm áp suất của chất lỏng sôi và ngược
lại.
b. Quá trình ngưng tụ
Là quá trình chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng. Để hóa lỏng hơi có
thêt thực hiện bằng hai cách:
Nén hơi đến áp suất bằng áp suất bảo hòa tương ứng với nhiệt độ quan sát
Làm lạnh hơi đến nhiệt độ bằng nhiệt độ bảo hòa tương ứng với áp suất của hơi
(đây chính là quá trình ngưng tụ xảy ra trong thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh).
c. Quá trình thăng hoa
Là quá trình chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi. Quá trình này chỉ xảy
ra đối với một số môi chất với áp suất không đổi và ở một nhiệt độ xác định
9. Truyền nhiệt
a. Khái niệm chung
Nhiệt có thể chuyển từ vật này sang vật khác bởi ba phương pháp: dẫn nhiệt,
đối lưu nhiệt, bức xạ nhiệt
Trong các thiết bị trao đổi nhiệt, sự trao đổi nhiệt giữa môi chất nóng và môi
chất lạnh càng hoàn hảo càng tốt. Để thực hiện đều đó, hệ số truyền nhiệt bởi dẫn nhiệt
và đối lưu nhiệt phải lớn
Để bảo vệ phòng lạnh chống nhiệt lượng từ bên ngoài xâm nhập vào, sự trao
đổi nhiệt qua vách phòng phải càng nhỏ càng tốt, muốn vậy ta phải dùng vật liệu có hệ
số dẫn nhiệt nhỏ (vật liệu cách nhiệt).
10


b. Dẫn nhiệt
Là sự truyền nhiệt từ phần này đến phần kia của vật bởi sư chuyển động của các
phân tử hoặc truyền nhiệt từ vật này sang vật khác khi có sự tiếp xúc trực tiếp
c. Đối lưu nhiệt
Nhiệt lượng trao đổi từ nơi này đến nơi khác do sự chuyển động của môi chất.
Môi chất có thể tự chuyển động do sự sai biệt trọng lượng riêng (đối lưu tự nhiên)

hoặc cưỡng bức.
d. Bức xạ nhiệt
Tia nhiệt rời khỏi mặt vật thể nóng bị hấp thụ bởi vật thể lạnh. Những mặt
phẳng bóng sáng thì phát sinh nhiều tia nhiệt hơn mặt phẳng tối, ghồ ghề. Ngược lại
mặt phẳng hấp thu nhiệt bức xạ càng lớn khi màu càng tối và ghồ ghề.
II. Các phương pháp làm lạnh
1. Làm lạnh bằng tuyết hoặc nước đá đóng băng tự nhiên
Về mùa đông những quốc gia ở vùng ôn đới có nhiệt độ ngoài trời rất thấp, có
thể đạt đến âm vài chục 0C, ngoài trời có tuyết nước ở các sông hồ đóng thành băng.
Về nguyên tắc có thể lấy băng hay tuyết này để bảo quản rau quả, thực phẩm mà
không tốn kém nhiều. Ở nước ta, chỉ có miền núi phía Bắc vào mùa đông mới có tuyết.
Do vậy việc sử dụng lạnh tự nhiên ở nước ta hầu như không có. Cần chú ý một điều
do tuyết trong tự nhiên thường bị nhiễm bẩn do đất, cát và các tạp chất khác khi sử
dụng phải lưu ý đến vệ sinh, đặc biệt để bảo quản thực phẩm để tránh gây hại cho
người tiêu dùng.
2. Làm lạnh nhân tạo
a. Khái niệm chung
Quá trình làm lạnh nhân tạo là quá trình thu nhiệt lượng của một vật cần làm
lạnh, làm cho nhiệt độ của vật đó hạ thấp xuống, thấp hơn nhiệt độ của môi trường
xung quanh. Khi sử dụng lạnh thiên nhiên sẽ không đáp ứng được các yêu cầu về nhiệt
độ cũng như về kỹ thuật, lúc đó làm lạnh nhân tạo là cần thiết. Hình dưới đây biểu
diễn sơ đồ làm lạnh nhân tạo.

T
Q

T0

11

Quá trình làm lạnh nhân tạo được thực hiện nhờ một chất trung gian gọi là môi
chất lạnh. Môi chất lạnh lỏng đi qua và tiếp tục sôi trong thiết bị gọi là thiết bị bốc hơi.
Bình này đặt trực tiếp trong buồng lạnh có một lớp cách nhiệt 2. Khi sôi trong bình
bốc hơi môi chất nhận một nhiệt lượng Q 0 làm cho nhiệt độ buồng lạnh giảm còn T0.
Sau đó môi chất mang nhiệt và nhả nhiệt cho môi trường bên ngoài có nhiệt độ T
(T>T0). Lượng nhiệt Q0 mà môi chất nhận được trong buồng lạnh phụ thuộc vào dòng
nhiệt Q từ môi trường bên ngoài có nhiệt độ T thâm nhập vào bên trong buông lạnh
qua lớp cách nhiệt. Dưới tác dụng của nhiệt môi chất luôn thay đổi trạng thái, đặc tính
thay đổi phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi chất.
Sự thay đổi trạng thái của môi chất kèm theo việc hấp thu hay nhả ra 1 lượng
hiệt, lượng nhiệt 1 kg môi chất hấp thu được gọi là năng suất lạnh riêng q0 (KJ/kg).
b. Các phương pháp sinh lạnh
Sinh lạnh bằng nước đá:
Trong các phương pháp sinh lạnh thì đơn giản nhất là làm lạnh bằng nước đá.
Cho nước đá vào môi trường làm lạnh, dưới tác dụng của nhiệt có trong thực phẩm
nước đá tan chảy và hấp thu một lượng nhiệt của môi trường làm cho nhiệt độ mooit
trường giảm xuống và khi nước đá tan chảy nó hấp thu lượng nhiệt là 335 kJ/kg. Khi
làm lạnh bằng nước đá thì nhiệt độ môi trường làm mát thấp nhất cũng chỉ đạt tới 0 0C
mà thôi (vì nước đá tan ở 0 oC ). Muốn đạt nhiệt độ thấp dưới 0 oC thì người ta cho
muối hòa tan vào nước đá. Khi cho muối hòa tan vào nước đá thì ngoài nhiệt lượng
cung cấp để làm tan nước đá cần thêm một lượng nhiệt để làm tan muối, do đó nhiệt
độ tan của hỗn hợp thấp hơn.
Nhiệt độ tan của hỗn hợp muối và nước đá phụ thuộc vào loại muối và nồng độ
của nó trong hỗn hợp.
Trong thực tê người ta dùng muối ăn trông với đá vụn, lượng muối trong hỗn
hợp tùy theo yêu cầu về nhiệt độ làm lạnh. Nồng độ muối càng cao thì nhiệt độ tan của
hỗn hợp càng thấp, nhưng đến một giới hạn nhất định thì nhiệt độ tan của hỗn hợp
không giảm nữa cho dug lượng đá sử dụng có tăng lên.
Sinh lạnh bằng nước đá khô (tuyết CO2):

12


Tuyết CO2 sản xuất từ nguyên liệu rẻ tiền khác nhua như lò hơi, khismor than,
khí trong công nghiệp lên men rượu, bia và thủy ngân…khí CO 2 thoát ra trong công
nghệ tổng hợp NH3, công nghệ chế biến dầu mỏ, tuwg lò sản xuất vôi…Đá kho bay
hơi thống qua trạng thái lỏng nên được ứng dụng thích hợp cho bảo quản nhiều loại
sản phẩm, dùng cả làm lạnh đông thực phẩm.
Làm lạnh bằng nước đá khô có thể đạt được nhiệt độ rất thấp. Làm nước đá khô
bằng cách nén khí CO2 đến áp suất cao, ngưng tụ khí CO 2 rồi cho tiết lưu đến áp suất
thấp hơn áp suất điểm 3, lúc đó CO 2 không còn ở dạng lỏng mà hóa thành thể cứng va
thể hơi. Nhiệt độ ở điểm 3 là -56,6C và áp suất 517,44.10 3 N/m2 (5,28 at). Ở áp suất
khí quyển, tuyết CO2 nhận nhiệt của môi trường xung quanh và thăng hoa. Nhiệt lượng
thăng hoa của 1kg nước đá khô ở áp suất khí quyển là 574 kJ với nhiệt độ -78,9 0C.
Trong thực tế muốn làm lạnh môi trường và giữ cho môi trường đó ở nhiệt độ
thấp không đổi cần phải có lượng lạnh khá lớn và lien tục trong thời gian dài. Trong
điều kiện như vậy việc làm lạnh nhờ các quá trình riêng biệt như làm tan nước đá,
thăng hoa nước đá khô…rất tốn kém.Nó chỉ tồn tại được khi có 1 lượng dự trữ khá
lớn. Để khắc phục tình trạng trên ta dùng máy lạnh.
Sinh lạnh bằng máy lạnh:
Máy lạnh có thể liên tục sinh ra 1 lượng lạnh mà chỉ cần lượng môi chất nhất
định. Lượng môi chất này thuần hoàn trong hệ thống máy lạnh và thực hiện quá trình
vòng, nó liên tục thay đổi trạng thái kèm theo việc thu nhiệt lượng của môi trường
được làm lạnh và truyền nhiệt lượng cho môi trường bên ngoài.
Trong quá trình đó thường ứng dụng sự sôi của môi chất ở nhiệt độ thấp trong
điều kiện áp suất khí quyển. Môi chất thường được dùng trong máy lạnh hiện nay là
khí CO2, CH3Cl, các loại freon…
Sinh lạnh bằng phương pháp tiết lưu các tác nhân
Tiết lưu là 1 quá trình không thuận nghịch của dòng chảy với sự giảm áp suất
khí quyển khi đi qua 1 lỗ hội tụ gọi là van tiết lưu và không có tác dụng của áp lực.

Bất kỳ vật cản nào hiện diện trên đường ống của dòng chảy đều là nguyên nhân
của sự tiết lưu khí và từ đó làm giảm áp suất. Độ giảm áp suất phụ thuộc vào đặc tính
của môi trường làm việc, trạng thái môi trường, mức độ hội tụ của ống dẫn khí cũng
như tốc độ dòng khí.
Sự tiết lưu thường kèm theo việc giảm hiệu suất của môi trường làm việc.
Nhưng đôi khi cũng cần phải tiết lưu, chẳng hạn trong việc điều chỉnh động cơ hơi
nước, trong máy lạnh, trong dụng cụ đo lường tốc độ dòng khí…
Khí khi đi qua lỗ sẽ tạo ra 1 sức cản nào đó cho dòng chảy, động năng và tốc độ
khí gia tăng ở tiết diện hẹp, kèm theo sự giảm nhiệt độ và áp suất.

13


Khi khí đi qua lỗ sẽ tiêu thụ 1 phần động năng biến thành công chongsolaij ma
sát và công này chuyển thành nhiệt. Kết quả là nhiệt độ khí thay đổi, có thể tăng lên
hoặc giảm xuống.
Tốc độ của khí tăng lên trong lỗ, còn ở bên ngoài lỗ khi mà khí đi qua khỏi
phần chắn của đường ống vạn tốc lại giảm va áp suất thì tăng nhưng khoogn dạt gia trị
ban đầu của nó.
Tóm lại tiết lưu là quá trình không thuận nghịch của dòng chảy làm tăng
entropy của môi trường làm việc và giảm hiệu suất.
III. Các giản đồ nhiệt
1. Giản đồ log p-h
s = const

lgP

v = const
t = const

h

Đường x = 0 và x = 1 gặp nhau ở điểm tới hạn K và chia giản đồ thành 3 vùng:
Vùng lỏng (quá lạnh) nằm phía bên trái đường x = 0
Vùng bảo hòa (lỏng – hơi) nằm ở giữa hái đường x = 0 và x = 1. Khi x = 0 môi
chất lỏng bảo hòa, x = 0 môi chất bõa hòa hơi.
Vùng hơi quá nhiệt nằm bên phải x = 1
Trục tung là áp suất, trục hoành là entahlpy, các đặc tuyến t, s, v = const được
bố trí thành từng họ đặc tuyến với dạng tương ứng như hình
Họ đường t = const gồm 3 đường gấp khúc trong vùng lỏng quá lạnh chúng gần
như thẳng đứng, trong vùng bảo hòa chúng song song với trục hoanh và trong vùng
quá nhiệt, chúng lại đi xuống khá dốc với mặt lồi quay lên trên.
Họ đường s = const là đường cong chạy từ bên trái phía đưới sang bên phải
phía trên với mặt lồi hướng lên trên.
Họ đường v = const cùng hướng với s nhưng ít dốc hơn.
Họ đường x = const xuất phát từ điểm K cho biết tỉ lệ khối lượng môi chất ở thể
hơi so với tổng khối lượng môi chất.
14


Giản đồ có thể chọn bất kỳ điểm nào làm gốc vì trong quá trình tính toán, chúng
ta sử dụng số liệu enthalpy, hiệu số entropy. Tuy nhiên chỉ nên tính toán, tra số liệu từ
1 giản đồ duy nhất để tránh sai số do gốc tọa độ khác nhau.
2. Giản đồ T-s
T
v = const
h = const

P = const

Đường x = 0 và x = 1 chia giản đồ T-s thành 3 vùng giống giản đồSlog p-h:
Họ đường p = const chia làm 3 phần: phía trái đường lỏng bảo hòa (x = 0), cũng
gần như trùng với đường x = 0. Vùng bảo hòa chúng song song với trục hoành và
trong vùng quá nhiệt, chúng dốc lên trên về tay phải.
Họ đường v = const là những đường cong dốc lên trên về tay phải xuất phát từ
điểm gốc 0 và xòe ra như hình rẽ quạt.
Họ đường h = const là những đường đốc xuống phía dưới về bên phải.
Họ đường x = const xuất phát từ điểm K cho biết tỉ lệ khối lượng môi chất ở thể
hơi so với tổng khối lượng môi chất.

CHƯƠNG 3. MÔI CHẤT LẠNH VÀ MÔI TRƯỜNG TRUYỀN LẠNH

15


I. Môi chất lạnh
1. Định nghĩa
Môi chất lạnh (tác nhân lạnh): là chất môi giới dùng trong chu trình máy lạnh
để thu nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường giải nhiệt có nhiệt
độ cao hơn.
Trong máy lạnh nén hơi, việc thu nhiệt của đối tượng cần làm lạnh nhờ vào sự
bốc hơi ở áp suất thấp và thải nhiệt cho môi trường giải nhiệt do sự ngưng tụ ở áp suất
cao, môi chất tuần hoàn trong hệ thống là nhờ vào máy nén.
2. Các tác nhân lạnh thường dùng, yêu cầu và lựa chọn
a. Các tác nhân lạnh thường dùng:
CFC: R11 (CCl3F); R12 (CCl2F2)
HFC: R22 (CHClF2)
Amoniac (NH3)
Các hydrocarbon (propane, ethane, ethylene...)
HFC gồm R-134a (CH2F-CH3)

Không khí, nước...
b. Lựa chọn tác nhân lạnh
•

Amoniac:
Được sử dụng trong các thiết bị lạnh thực phẩm

Ưu điểm:
Giá rẻ, COP cao (chi phí năng lượn thấp).
Các đặc điểm truyền và nhiệt động có lợi vì vật hệ số truyền nhiệt cao hơn
(thiết bị truyền hiệt nhỏ hơn và giá thấp hơn)
Dễ phát hiện khi rò rỉ và không tác động đến tầng ozone
Hạn chế: rất độc
•

Các Freon (tên thương mại của CFC):
Có tính đa dụng và giá rẻ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnh

Ưu điểm:
R11 sửu dụng chủ yếu trong máy làm lạnh nước công suất lớn, phục vụ hề
thống điều hòa trong khu cao ốc.
R12 phổ biến trong máy lạnh tủ đông gia đình, máy điều hòa tự động, máy điều
hòa trong các khu thương mại, bơm nhiệt.
16


R22 sử dụng trong hệ thống máy lạnh các khu công nghiệp lớn có khả năng
cạnh tranh với amoniac.
Hạn chế: Gây phá hủy tầng ozone.
•

Các môi chất thay thế

Hỗn hợp đồng sôi: là hỗn hợp không có sự trượt nhiệt độ khi bốc hơi và ngưng
tụ đẳng áp như R-500, R-502, R-507.
Hỗn hợp không đồng sôi: là hỗn hợp có sự trượt nhiệt độ khi bốc hơi và
ngưng tụ đẳng áp, được tạo thành từ các đơn chất có nhiệt độ bốc hơi chênh lệch 15K
trở lên như R401, R407.
c. Yêu cầu của tác nhân lạnh
Hai thông số quan trong để lựa chọn tác nhân lạnh: nhiệt độ môi trường tuyền
lạnh và nhiệt độ môi trường xung quanh.
Muốn sự truyền nhiệt với tốc độ thích hợp thì chênh lệch nhiệt độ giữa TNL và
môi trườn trao đổi nhiệt từ 5-10oC.
Trong chu trình lạnh, áp suất thấp nhất ở thiết bị bốc hơi cần cao hơn khí quyển
(tác nhân lạnh phải có áp suất bão hòa > 1atm).
Nhiệt độ của tác nhân lanh trong thiết bị ngưng tụ phụ thuộc vào môi trường
thải nhiệt làm mát bằng nước tác nhân lạnh có nhiệt độ thấp hơn (hay COP lớn hơn)
bằng không khí.
Nhiệt độ của TNL trong thiết bị ngưng tụ không nhỏ hơn nhiệt độ môi trường
làm lạnh (khoảng 20oC đối với tủ lạnh gia đình)
Áp suất baod hòa ở nhiệt độ này phải nhỏ hơn áp suất tới hạn.
Một số yêu cầu khác:
Không độc, không ăn mòn, không cháy, bền về mặt hóa học, ẩn nhiệt bốc hơi
cao và sẵn có với giá rẻ.
II. Môi trường truyền lạnh
1. Khái niệm
Trong chu trình lạnh gián tiếp môi chất lạnh đầu tiên làm lạnh một chất trung
gian gọi là môi trường truyền lạnh (chất tải lạnh), sau đó làm lạnh những vật cần làm
lạnh.
2. Các môi trường truyền lạnh

a. Không khí
Ưu điểm:
Luôn có sẵn, không tốn kém, được sử dụng phổ biến
17


Hạn chế:
Nhiệt dung riêng nhỏ (Ckk=1 KJ/KgoC) dẫn đến chi phí cho đường ống lớn
Độ ẩm thay đổi theo nhiệt độ dễ làm mất nước sản phẩm làm lạnh.
Hệ cấp nhiệt thay đổi theo vận tốc không khí.
b. Nước
Ưu điểm:
Là chất tải lạnh rẻ tiền và đáp ứng hầu hết các đặc tính của quá trình.
Nhược điểm
Nhiệt độ đông đặc cao (do đó chỉ làm chất tải lạnh nhiệt độ > 0oC
Ngoài ra còn dùng các dung dịch muối, các hợp chất hữu cơ để làm chất tải lạnh..
III. Ứng dụng các định luật của nhiệt động học
1. Định luật 1 của nhiệt động học
a. Cân bằng năng lượng
Sự thay đổi năng lượng (tăng hay giảm) của hệ thống trong suốt quá trình bằng
sự chênh lệch giữa tổng năng lượng cung cấp cho hệ thống và tổng năng lượng mất đi
trong quá trình làm việc.
Ein – Eout = ∆E system
Trong đó:
Ein : năng lượng vào hệ thống
Eout: năng lượng ra khỏi hệ thống
∆E system : năng lượng tích lũy trong hệ thống
∆E = ∆U + ∆KE + ∆PE
∆ U = m(u2 – u1)
∆KE =

1
m (v2 – v1)
2

∆PE = mgh (h2 – h1)
b. Ứng dụng
Áp dụng định luật 1 của nhiệt động học có thể giúp chúng ta có thể xác định
tính chất nhiệt của thực phẩm và năng suất làm lạnh thực phẩm và các tính toán liên
quan đến các quá trình nhiệt độ thấp.
2. Định luật 2 nhiệt động học
a. Giới thiệu
18


Dòng nhiệt di chuyển từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp khi đó
sự di chuyển này không cần thiết bị. Truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có
nhiệt độ cao thì quá trình này không tự xảy ra được phải cần thiết bị đặc biệt đó là máy
lạnh và bơm nhiệt.
b. Mục tiêu của máy lạnh và bơm nhiệt
Máy lạnh
Duy trì nhiệt độ thấp trong không gian lạnh bằng cách loại bỏ nhiệt và loại bỏ
nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn chỉ là một phần cần thiết trong hoạt động
không là mục đích.
Bơm nhiệt
Duy trì không gian có nhiệt độ cao, thực hiện bằng việc hấp thu nhiệt từ nguồn
có nhiệt độ thấp (nước hoặc không khí lạnh mùa đông) cung cấp nhiệt đến không gian
ấm hơn.
Môi
trường

ấm

Không
gian
ấm
QH

QH
Wnet, in

Wnet, in

HP

R
QL

QL

Không gian
lạnh

Môi trường
lạnh

c. Hiệu suất của máy lạnh và bơm nhiệt
Hiệu suất của máy lạnh:
QL

COPR = W

net ,in
Hiệu suất của bơm nhiệt:
QH

COPHP = W
net ,in

CHƯƠNG 4. CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG LẠNH

19


Một hệ thống lạnh cơ bản phải có:
Thiết bị chính: gồm máy nén lạnh, dàn ngưng tụ, tiết lưu, dàn bay hơi,
Thiết bị phụ: bình quá lạnh, bình trung gian, bình cao áp, bình tách lỏng, bình
tách dầu, bình chứa dầu, bình tách khí không ngưng, phin sấy lọc, van điện từ, ống
dẫn, quạt…công dụng của các thiết bị này như sau:
I. Các thiết bị chính của máy lạnh
1. Máy nén
Trong hệ thống lạnh, máy nén có công dụng:
Hút hơi từ TBBH về, nhằm duy trì 1 áp suất bay hơi không đổi Po trong TBBH.
Nén hơi lên áp suất cao, nhiệt độ cao PKTK đẩy vào TBNT.
Bảo đảm 1 lưu lượng môi chất tuần hoàn liên tục trong hệ thống lạnh, phù hợp
với phụ tải nhiệt của dàn bay hơi và dàn ngưng tụ.
Yêu cầu: Máy nén phải làm việc ổn định, có tuổi thọ và độ tin cậy cao, không ồn,
không rung động, rẻ tiền, có phụ tùng thay thế..
2. Thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để:
Giải nhiệt cho hơi môi chất ở áp suất, nhiệt độ cao, ngưng tụ thành lỏng cao áp.
Thải ra môi trường xung quanh 1 nhiệt lượng Q k mà hê thống lạnh đã lấy được

ở phòng lạnh.
Đôi khi trong thiết bị ngưng tụ cũng xảy ra sự quá lạnh lỏng môi chất, nó cũng
có nhiệm vụ như 1 bình chứa cao áp trong vài loại hệ thống lạnh tổ hợp.
3. Thiết bị bốc hơi
Là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh bằng quá
trình bốc hơi của môi chất. Quá trình sôi xảy ra ở nhiệt độ không đổi, nhiệt lượng lấy
đi là do sự bốc hơi của môi chất
4. Thiết bị tiết lưu
Van tiết lưu tự động đảm bảo nhiệt độ và áp suất bay hơi ở điều kiện tối ưu,
tranh cho máy nén không bị hút hơi ẩm
II. Các thiết bị phụ của máy lạnh
1. Bình tách dầu
Bình tách dầu có nhiệm vụ tách dầu cuốn theo hơi nén, không cho dầu đi vào
dàn ngưng mà dẫn dầu quay trở lại máy nén.
2. Bình chứa cao áp
20


Bình chứa cao áp thường đặt dưới bình ngưng dùng để chứa lỏng đã ngưng tụ
và giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ duy trì sự cấp lỏng liên tục
cho van tiết lưu.
3. Phin sấy lọc
Phin sấy và phin lọc có nhiệm vụ loại trừ các cặn bẩn cơ học và các tạp chất
hóa học đặc biệt là nước và axit ra khỏi vòng tuần hoàn môi chất lạnh. Phin sấy và
phin lọc được lắp cả trên đường lỏng và đường hơi của hệ thống lạnh.
4. Bình quá lạnh
Được sử dụng để làm quá lạnh lỏng amoniac xuống thấp hơn nhiệt độ nước
ngưng tụ trước khi đưa vào van tiết lưu. Mục đích của việc quá lỏng lạnh amoniac
trước van tiết lưu nhằm làm tăng năng suất lạnh nói chung của hệ thống lạnh.
5. Bình trung gian

Bình trung gian được sử dụng cho máy lạnh hai hay nhiều cấp. Bình trung gian
dùng để làm mát trung gian hơi môi chất sau cấp nén và để quá lạnh môi chất trước
khi vào van tiết lưu bằng cách bay hơi một phân môi chất lỏng dưới áp suất trung gian.
Ngoài ra bình trung gian còn đóng vai trò bình tách lỏng đảm bảo hơi hút về máy nén
cấp cao là hơi bão hòa khô trong trườn hợp làm mát trung gian hoàn toàn.
6. Bình tách lỏng
Được sử dụng trong máy lạnh amoniac cón nhiệm vụ tách môi chất khỏi hơi hút
về máy nén, đảm bảo hơi hút về máy nén ở trạng thái khô, tránh nguy cơ gây va đập
thủy lực ở máy nén.
7. Van điện từ
Là thiết bị tự động dùng để đóng, mở, chuyển đổi các đường ống dẫn môi chất
bằng tín hiệu điện.
8. Quạt
Trong kỹ thuật lạnh, người ta dùng quạt ly tâm và quạt hướng trục để tuần hoàn
không khí trong buồng lạnh, các dàn làm lạnh không khí, máy điều hòa nhiệt độ.

CHƯƠNG 5. CÁC CHU TRÌNH LẠNH

I. Chu trình máy lạnh nén hơi 1 cấp
21


Giản đồ T-s thể hiện sự truyền nhiệt bên trong các quá trình ngược
Miền bên dưới của đường quá trình 4-1 biểu diễn nhiệt độ do tác nhân lạnh hấp
thu trong thiết bị bốc hơi.
Miền bên dưới của đường quá trình 2-3 biểu diễn nhiệt độ do tác nhân lạn thải
ra ở thiết bị ngưng tụ.
Các quá trình của chu trình :
1–2 : nén đẳng entropy trong máy nén
2 3 : thải nhiệt đẳng áp trong thiết bị ngưng tụ

3–4 : tiết lưu trong thiết bị giãn nở
4–1: hấp thu nhiệt đẳng áp trong thiết bị bốc hơi
Các điểm trạng thái của tác nhân lạnh
Điểm 1: TNL đi vào máy nén là hơi bão hòa, được nén đẳng entropy đến áp
suất ngưng tụ.
Nhiệt độ tác nhân lạnh tăng lên trong quá trình nén đến khi vượt nhiệt độ môi
trường xung quanh và đến điểm 2: hơi quá nhiệt đi vào thiết bị ngưng tụ.
Điểm 3: tác nhân lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ ở trạng thái lỏng bảo hòa nhờ
thải nhiệt ra môi trường xung quanh, tác nhân lạnh ở điểm 3 được tiết lưu đến áp suất
bốc hơi nhờ van giản nở hoặc ống mao.
Điểm 4: đi vào thiết bị bốc hơi là hỗn hợp hơi có chất lượng thấp, hấp thu nhiệt
không gian lạnh và bốc hơi hoàn toàn.
Biểu diễn trên giản đồ P-h ta thấy 3 trong 4 quá trình là đoạn thẳng

22


Tính toán các thông số của chu trình
Nhiệt lượng tác nhân lạnh thu vào để bốc hơi (năng suất lạnh riêng)
qL =

QL
= h 1 – h4
m

Nhiệt lượng tác nhân lạnh thải ra môi trường (phụ tải nhiệt)
qH =

QH
= h2 – h 3

m

Công tiêu tốn cho máy nén (công nén riêng)
Win =

Win
= h 2 – h1
m

Vậy hiệu suất của máy lạnh và bơm nhiệt được tính theo công thức
COPR =
COPHP =

qL
Win
qH
Win

II. Chu trình máy lạnh nén hơi hai cấp
1. Chu trình 2 cấp 2 tiết lưu, làm mát trung gian không hoàn
a. Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết
Trong sơ đồ môi chất đi qua máy nén thấp áp và máy nén áp cao không bằng
nhau do có trích một phần hơi trung gian, hơi này tạo ra sau tiết lưu TL1. Hơi môi chất
với áp suất po, nhiệt độ T1 được nén ở máy nén thấp áp đến áp suất trung gian pTG.
Tiếp theo được làm mát đến điểm 3 ở thiết bị làm mát trung gian. Sau khi ra khỏi thiết
bị làm mát trung gian hơi môi chất được hỗn hợp với buồng hơi bão hòa khô sau van
tiết lưu TL1 ứng với thông số trạng thái 10 tạo thành hỗn hợp có thông số trạng thái 4.
Máy nén cao áp nén đến áp suất pk ứng với điểm 5. Hơi cao áp được đưa vào bộ
ngưng và ngưng tụ đến điểm 6. Lỏng tiết lưu qua tiết lưu 1 đến trạng thái 7. Phần hơi
α sinh ra sau van tiết lưu TL1 với trạng thái 10 được đưa trở lại đầu hút máy nén áp

23


cao; phần lỏng với trạng thái 9 đi tiếp qua van tiết lưu TL2 vào thiết bị bay hơi nhận
nhiệt qo đến thông số trạng thái 1 rồi về đầu hút máy nén thấp áp.

Chú thích:

TBNT: thiết bị ngưng tụ

MNTA: máy nén thấp áp

VTL1: van tiết lưu 1

MNCA: máy nén cao áp

VTL2: van tiết lưu 2

TBLM: thiết bị làm mát

TBBH: thiết bị bay hơi.

12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp;
23: quá trình làm mát ở thiết bị làm mát;
34 và 10-4 quá trình hoà trộn 2 dòng môi chất lạnh;
45: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp;
56: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ;
67: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1;
89: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2;

91: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi.
b. Tính toán chu trình:
Chu trình được tính toán cho 1kg môi chất đi qua thiết bị bay hơi .
24