TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


LÊ THỊ ĐẠT
NGUYỄN THANH HẢI

TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM
MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tp.Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM
MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:
Ths.Lê Văn Bạn

Sinh viên thực hiện:

Lê Thị Đạt
Nguyễn Thanh Hải

Tp.Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOGY


CALCULATING – DESIGNING - FABRICATING AND
TESTING ABSORPTIVE REFRIGERATOR
USING SOLAR ENERGY

Major: Heat and Refrigerating Engineering

Supervisor:
Ms. Le Van Ban

Students:
Le Thi Dat
Nguyen Thanh Hai

Ho Chi Minh, city
2008


CẢM TẠ

Trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp, chúng em đã
nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình, sự động viên to lớn từ gia đình, thầy cô và bạn bè.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Th.S Lê Văn Bạn đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và động viên chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cám ơn Ban chủ nhiệm khoa CK – CN trường Đại
học Nông Lâm TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi hoàn thành luận
văn này.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến quí thầy cô đã dạy dỗ chúng tôi trong
suốt thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình và quí báu từ thầy Th.S Phan
Thành Nhân và thầy Nguyễn Đức Khuyến đã cung cấp tài liệu phục vụ cho luận văn
chúng em
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình từ các thầy, các anh ở Trung tâm
Nhiệt lạnh và Trung tâm Năng lượng mặt trời trong quá trình chúng em chế tạo mô
hình.
Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, quí thầy cô và tất cả bạn bè đã
bằng nhiều hình thức giúp đỡ chúng em hoàn thành luận văn này.
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Đạt
Nguyễn Thanh Hải

i


TÓM TẮT
Đề tài: Tính toán - thiết kế - chế tạo - khảo nghiệm máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt
trời.
Thời gian và địa điểm thực hiện:
- Thời gian: Từ 01/04/2008 đến 11/08/2008.
- Địa điểm: Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm.

Kết quả:
 Kết quả tính toán
Qua kết quả tham khảo một số mô hình máy lạnh hấp thụ, đã tính toán được mô
hình MLHT sử dụng NLMT với cặp môi chất là than hoạt tính – methanol có các
thông số sau:
 Diện tích thu nhiệt 1m2
 Diện tích trao đổi nhiệt của dàn ngưng tụ F = 0,021 m2
 Thể thích methanol V = 7 lít
 Khối lượng than hoạt tính ma = 20 kgAC
 Năng suất lạnh Q0 = 95,83 W
 Kết quả khảo sát
Qua kết quả khảo nghiệm mô hình MLHT sử dụng NLMT với cặp môi chất than
hoạt tính – methanol bước đầu đã ghi nhận được một số kết quả sau:
- Lượng bức xạ trung bình thu được trong thời gian khảo sát là 588 W/m2, tại
Tp.HCM, vĩ độ 10047’ N, kinh độ 106042’E. Thời gian khảo sát từ 8h – 14h.
- Nhiệt độ trung bình của bề mặt bộ thu là 62,8 oC.
- Ở nhiệt độ bộ thu khoảng 550C đã thấy có xuất hiện methanol bốc ra khỏi bộ thu
và ngưng tụ ở dàn ngưng tụ để về bình chứa.
- Áp suất trung bình của bộ thu trong giai đoạn ngưng tụ khi nhận nhiệt mặt trời
là 11,5 kPa.
- Khi nạp tác nhân và vận hành mô hình lần đầu tiên đã có xuất hiện hiện tượng
thu nhiệt và sinh lạnh ở dàn bay hơi nhiệt độ khoảng 2 – 30C. Ở những lần vận hành
tiếp theo đã thấy methanol được hấp thụ vào than và ngưng tụ nhưng vẫn chưa sinh
lạnh.
ii


SUMMARY
Results
 Calculating results

In this thesis carry out rearched of adsorption refrigerator using solar energy.
Adsorbent - adsorbate pair were used in the system: Activated carbon - methanol.
Some of especification of the system as the following:
- Collector/generator/adsorber area 1m2
- Heat tranfer suface area of condenser F = 0,021 m2
- Methanol volume V = 7 L
- Activated carbon mass m = 20kg AC
- Refrigerating capicity Q0 = 95,83 W
 Testing results
Following the testing results of adsorption solar refrigerator are presented.
Adsorbent/adsorbate pair are used activated carbon/methanol. The first result are
recorded:
- Average globlal solar radiation 588 W/m2. Location: Tp.HCM city, latitude
10047’ N, longitude 106042’E, time: from 8 am to 2 pm.
- Average temperature of collector 62,8 oC.
- The temperature of collector about 55oC were changed in the level of methanol.
- Condensing pressure 11,5 kPa.
- After charging the adsorbent, the temperature of evaporator were reduced to 2 –
30C at once. In some next cycles, the temperature of evaporator weren’t reduced.
Although, methanol was sorbed by the activated carbon and the desorbed methanol
vapour flowed into the condenser coil as theory cycle.

iii


MỤC LỤC

Trang
Trang tựa

i

Cảm tạ

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

vi

Danh sách các ký hiệu

x

Danh sách các bảng và phụ lục

xiv

Danh sách các hình

xv

Chương 1. MỞ ĐẦU

1

1.1. Đặt vấn đề

1

1.2. Mục đích của đề tài

2

1.3. Phạm vi nghiên cứu

3

Chương 2. TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI
2.1. Tình hình sử dụng máy lạnh hấp thụ trong và ngoài nước

3
3

2.1.1. Ở nước ngoài

3

2.1.2. Ở trong nước

4

2.2. Nguyên lý làm việc chung của máy lạnh hấp thụ

4

2.3. Cặp môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ

6

2.3.1. Phân biệt chất hấp thụ và chất hấp phụ

6

2.3.2. Một số cặp môi chất thường dùng trong máy lạnh hấp thụ

6

2.3.3. Yêu cầu đối với cặp môi chất trong máy lạnh hấp thụ

9

2.3.4. Một số đặc điểm của 2 cặp môi chất thường được sử dụng trong

9

máy lạnh hấp thụ NH3-H2O và LiBr-H2O
2.4. Phân lọai máy lạnh hấp thụ

11

2.4.1. Máy lạnh hấp thụ NH3 - H2O Single Effect

11

2.4.2. Máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr

11

2.4.2.1. Máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr Single Effect

11

2.4.2.2. Máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr Double Effect

13

iv


2.5. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời
2.5.1. Năng lượng mặt trời và thiết bị thu năng lượng mặt trời

15
15

2.5.1.1. Năng lượng mặt trời

15

2.5.1.2. Các lợi điểm của việc sử dụng năng lượng mặt trời

15

2.5.1.3. Thiết bị thu năng lượng mặt trời

15

2.5.2. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam

16

2.5.3. Máy lạnh hấp thụ và hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời

16

2.5.3.1. Máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời

16

2.5.3.2. Máy lạnh hấp phụ năng lượng mặt trời

18

2.6. Lý thuyết tính toán máy lạnh hấp phụ năng lượng mặt trời
2.6.1. Tính toán cách nhiệt

18
18

2.6.1.1. Vật liệu cách nhiệt

18

2.6.1.2. Xác định bề dày cách nhiệt

19

2.6.1.3. Kiểm tra đọng sương trên bề dày cách nhiệt

20

2.6.2. Tính toán cân bằng nhiệt

20

2.6.2.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che

20

2.6.2.2. Dòng nhiệt thu từ nước để làm lạnh khuôn và đông đá

21

2.6.2.3. Dòng nhiệt do vận hành (mở cửa, lấy đá…)

21

2.6.3. Năng suất lạnh của hệ thống
2.6.4. Năng suất giải nhiệt của dàn ngưng tụ

21
21

2.6.5. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có cánh

20

2.6.6. Tính toán collector mặt trời

26

2.6.6.1. Tổn thất nhiệt của bộ thu

26

a) Tổn thất nhiệt ở mặt phía trên của collector

26

b) Tổn thất nhiệt ở mặt đáy

27

c) Tổn thất nhiệt ở hai mặt bên

27

2.6.6.2. Hiệu suất của bộ thu
Chương 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

27
29

3.1. Phương tiện nghiên cứu

29

3.2. Phương pháp nghiên cứu

29

3.3. Các bước thực hiện

30
v


Chương 4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

31

4.1. Chọn các dữ kiện thiết kế ban đầu

31

4.1.1. Chọn cặp môi chất làm việc trong máy lạnh hấp phụ

31

4.1.2. Các yêu cầu thiết kế ban đầu

31

4.1.3. Chọn mô hình và chu trình làm việc của máy lạnh hấp phụ năng

31

lượng mặt trời
4.2. Tính toán các thiết bị của máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời

34

công suất 5kg đá/ngày
4.2.1. Tính toán nhiệt của thiết bị bay hơi

34

4.2.1.1. Tính cách nhiệt cho dàn bay hơi

34

4.2.1.2. Tính toán cân bằng nhiệt của thiết bị bay hơi

36

4.2.2. Tính toán nhiệt của thiết bị ngưng tụ

38

4.2.3. Tính toán collector thu nhiệt mặt trời

42

4.3. Chọn các thiết bị phụ khác

49

4.3.1. Van tiết lưu

49

4.3.2. Van chặn

49

4.4. Trình tự chế tạo MLHT

50

4.4.1. Chế tạo bộ thu bức xạ mặt trời

50

4.4.2. Chế tạo thiết bị bay hơi

52

4.4.3. Chế tạo thiết bị ngưng tụ

52

4.4.4. Chế tạo bình chứa

52

4.5. Trình tự vận hành máy lạnh hấp thụ

53

4.6. Mô hình máy lạnh hấp thụ thử nghiệm

54

4.6.1. Mục đích thiết kế

54

4.6.2. Các bước tiến hành chế tạo mô hình MLHT thử nghiệm

54

4.6.2.1. Thiết bị thu nhiệt

54

4.6.2.2. Các thiết bị còn lại

55

4.6.3. Trình tự vận hành mô hình MLHT thử nghiệm

56

4.6.3.1. Làm kín và nạp tác nhân vào hệ thống

56

4.6.3.2. Vận hàn mô hình MLHT thự nghiệm

57

vi


Chương 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

58

5.1. Kết quả chế tạo mô hình

58

5.2. Phương pháp tiến hành lấy số liệu

58

5.3. Kết quả số liệu thu thập được và rút ra nhận xét

59

Chương 6. KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

70

PHỤ LỤC

72

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
MLHT

Máy lạnh hấp thụ

NLMT

Năng lượng mặt trời

A0

Tiết diện vào dàn ống

Amin

Tiết diên khe hẹp

b

hệ số làm việc theo thời gian

b’,c’

Kích thước của dàn ngưng tụ

Cp1

Nhiệt dung riêng của nước

Cp2

Nhiệt dung riêng của nước đá

Cp

Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất khí

dc

Đường kính cánh

d1

Đường kính trong của ống

d2

Đường kính ngòai của ống

dE

Đường kính tương đương

F1

Diện tích mặt trong ống không cánh

F2

Diện tích mặt ngoài ống có cánh

F0

Diện tích mặt ngoài ống không chứa cánh

Fc

Diện tích cánh

Fbh

Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi

F

Diện tích bề mặt của kết cấu bao che

kt

Hệ số truyền nhiệt thực nhiệt thực tế

ks

Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường không bị đọng sương

k

Hệ số truyền nhiệt qua vách phẳng

k’

hệ số lạnh tính tổn thất nhiệt của hệ thống và thiết bị

kF1

Hệ số truyền nhiệt qua vách có cánh ứng với diện tích mặt trong ống F1

kF2

Hệ số truyền nhiệt qua vách có cánh ứng với diện tích mặt ngoài làm cánh F2

Gk

Lưu lượng của chất khí ứng với 1m2 tiết diện khe hẹp

Gabs

Lượng năng lượng đến bề mặt hấp thụ

Gt,Gbt,Gdt Lượng tổng xạ, trực xạ và khuếch tán của mặt trời đến bề mặt nằm

nghiêng
viii


g

Gia tốc trọng trường

h

Chiều cao cánh

m

Năng suất nước đá yêu cầu

m’

Số ống trong 1 hàng

ma

Khối lượng than họat tính

Mmc

Lượng methanol cần cung cấp cho hệ thống

n

Tổng số ống

N

Số tấm phủ

Nlt

Công suất nén lý thuyết

Nu

Hệ số Nusselt

L

Chiều dài đoạn ống thẳng

L,W,H

Kích thước dài, ngang, dày của collector

t1

Nhiệt độ khí bên ngoài

t2

Nhiệt độ không khí bên trong

ts

Nhiệt độ đọng sương

tv

Nhiệt độ nước vào

tr

Nhiệt độ nước đá

t

Khỏang cách từ cánh đến cánh kia

TP

Nhiệt độ trung bình của bề mặt tấm hấp thụ

Ta

Nhiệt độ môi trường xung quanh

Pr

Tiêu chuẩn Prandtl của chất khí

Js

Hệ số

r

nhiệt ẩn đông đặc của nước đá

Re

Hệ số Renold

Rb,Rd

Hệ số của trực xạ và khuếch tán

Q

Tổng nhiệt cân bằng

Q1

Dòng nhiệt qua kết cấu bao che

Q2

Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình làm lạnh

Q3

Dòng nhiệt do thông gió

Q4

Dòng nhiệt do vận hành

Q5

Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp
ix


Q0

Năng suất lạnh của hệ thống

Qk

Năng suất giải nhiệt của dàn ngưng

Qv

Nhiệt truyền qua vách có cánh

qtop

Mật độ dòng nhiệt tổn thất ra môi trường ở mặt phía trên của collector

qb

Tổn thất nhiệt ở đáy

Ut

Hệ số tổn thất ở mặt phía trên của collector

Ub

Hệ số tổn thất nhiệt bề mặt đáy

s1,s2

Bước ống ngang và bước ống dọc

x0

Hệ số hấp thụ lớn nhất của than họat tính

VA

Thể tích ống chứa than

V

Thể tích methanol

z

Số hàng ống

w

Vận tốc gió



Hệ số tỏa nhiệt đối lưu do gió

1

Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tường cách nhiệt

2

Hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh

1c

Hệ số toả nhiệt của môi chất phía trong ống

2c

Hệ số tỏa nhiệt của môi chất phía ngoài ống được làm cánh

c

Hệ tỏa nhiệt tới từ bề mặt cánh tới môi chất

cn

Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt

i

Bề dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i

c

Chiều dày của cánh

cn

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt

i

Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i

c

Hệ số dẫn nhiệt của cánh

ttb

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

c

Hệ số làm cánh

s

Hiệu quả của cánh

c

Hiệu suất cánh



Tốc độ tại khe hẹp của cánh
x




Độ nhớt động học



Khối lượng riêng

P và g

Độ đen của bề mặt hấp thụ và tấm phủ

μ

Phần trăm methanol còn lại trong than hoạt tính

xi

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1

Một số cặp môi chất thường được dùng trong máy lạnh hấp thụ

6

Bảng 2.2

Tính chất vật lý và hóa học của methanol

8

Bảng 2.3

Một số đặc điểm của NH3 - H2O và H2O – LiBr

10

Bảng 4.1

Thông số kỹ thuật của MLHT năng lượng mặt trời

50

Bảng 5.1

Kết quả số liệu thu thập ngày 20/05/2008 và ngày 23/05/2008

59

Bảng 5.2

Bảng thu thập số liệu ngày 26/05/2008 và ngày 27/05/2008

60

Bảng 5.3

Bảng nhiệt độ và áp suất trung bình theo thời gian

61

Bảng 5.4

Kết quả số liệu thu thập từ ngày 24 – 26/07/2008 và ngày 05/08/2008

64

Bảng 5.5

Bảng số liệu trung bình của các thông số qua các ngày

65

Phụ lục 1

Tổng lượng bức xạ trung bình ngày các tháng trong năm và cả năm

72

Phụ lục 2

Số giờ nắng trong 12 tháng

72

Phụ lục 3

Hệ số truyền nhiệt k của vách ngòai phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh 73

Phụ lục 4

Hệ số toả nhiệt 1 và 

73

Phụ lục 5

Một số kích thước cơ bản của cánh tấm phẳng của dàn ống hay dùng

73

trong máy điều hòa hoặc máy lạnh
Phụ lục 6

Bảng thuộc tính của methanol ở thang nhiệt độ từ -500C  1100C

74

Phụ lục 7

Một số thuộc tính của tác nhân lạnh

75

Phụ lục 8

Mô hình MLHT ở một số nước

75

xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1

Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ

5

Hình 2.2

Máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O Single Effect

11

Hình 2.3

Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3 – LiBr Single Effect

12

Hình 2.4

Cấu tạo máy lạnh hấp thụ kiểu 1ống vỏ

13

Hình 2.5

Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr Double Effect

13

Hình 2.6

Mặt cắt của collector dạng tấm phẳng lọai cơ bản

16

Hình 2.7

Sơ đồ máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời gián đoạn làm vịêc

17

với dung dịch NH3 – H2O
Hình 2.8

Sơ đồ thực tế của máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời loại

18

gián đoạn
Hình 4.1

Sơ đồ máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời sử dụng

32

methanol – than hoạt tính
Hình 4.2

Các quá trình nhiệt của máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời

33

Hình 4.3

Cấu tạo dàn bay hơi sản xuất nước đá

36

Hình 4.4

Mặt cắt ngang của một ống đựng than

43

Hình 4.5

Mặt cắt ngang của collector thu nhiệt mặt trời

44

Hình 4.6

Mô hình máy lạnh hấp thụ sau khi tính toán

49

Hình 4.7

Cấu tạo bộ thu năng lượng mặt trời

51

Hình 4.8

Cấu tạo 1 ống của bộ thu năng lượng mặt trời

52

Hình 4.9

Cấu tạo của bình chứa methanol

53

Hình 4.10

Than được cho vào giữa hai ống

54

Hình 4.11

Ống khoan lỗ quấn lưới

54

Hình 4.12

Bộ thu bức xạ gồm 1 ống thu nhiệt

54

Hình 4.13

Dàn bay hơi

55

Hình 4.14

Bình chứa

55

Hình 4.15

Van tiết lưu

55

Hình 4.16

Nhiệt kế

55

Hình 4.17

Dàn ngưng tụ

55

Hình 4.18

Hút chân không hệ thống

56
xiii

Hình 4.19

Quá trình nạp methanol vào hệ thống

56

Hình 4.20

Mô hình MLHT thử nghiệm

57

Hình 5.1

Biểu đồ nhiệt độ - áp suất trung bình theo thời gian

61

Hình 5.2

Biểu đồ nhiệt độ trung bình bộ thu theo thời gian

61

Hình 5.3

Biểu đồ áp suất trung bình của bộ thu

63

Hình 5.4

Biểu đồ cường độ bức xạ và nhiệt độ trung bình qua các ngày

65

Hình 5.5

Biểu đồ nhiệt độ trung bình theo thời gian

67

xiv


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Tiết kiệm năng lượng là vấn đề quan trọng hàng đầu không chỉ ở Việt Nam mà
ngay cả các nước tiên tiến. Các nhà khoa học đã và đang tìm kiếm giải pháp cho vấn
đề này. Vì thế, trong kỹ thuật lạnh và kỹ thuật điều hòa không khí việc nghiên cứu và
không ngừng ứng dụng những công nghệ mới vào hệ thống điều hòa máy nén hơi
truyền thống hoặc các giải pháp tích hợp nhằm nâng cao hệ số COP, cũng như tận
dụng các nguồn nhiệt thải, hay năng lượng mặt trời để giảm bớt việc tiêu hao điện
năng.
Từ nhiều thập kỷ qua đến nay, máy lạnh có máy nén hơi cùng với các tác nhân
lạnh loại tổng hợp hóa học đã và đang chiếm tỷ trọng lớn trong tất cả các lĩnh vực có
liên quan đến kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí. Máy lạnh có máy nén hơi đã thống
trị kỹ thuật lạnh trong suốt một thời gian dài bởi vì so với các nguyên lý làm lạnh khác

thì nó tỏ ra hiệu quả hơn, tiện lợi và gọn nhẹ hơn nhiều.
Tuy nhiên trong những năm gần đây, chúng ta đang đứng trước thực trạng ô
nhiễm môi trường và nguồn năng lượng tự nhiên đang ngày càng cạn kiệt dần thì vấn
đề bảo vệ môi trường và sử dụng hiệu quả năng lượng là những vấn đề bức bách được
cả thế giới quan tâm. Điều đó thúc đẩy các nhà khoa học nhìn nhận đánh giá lại vấn đề
hiệu quả sử dụng năng lượng của máy lạnh nén hơi và những ảnh hưởng của tác nhân
lạnh được sử dụng trong máy lạnh nén hơi. Đặc biệt là vấn đề gây ra hiệu ứng nhà
kính và phá hủy tầng Ozone của bầu khí quyển trái đất.
Từ những lý do khách quan trên, thực tế đã có nhiều giải pháp được nghiên cứu
và ứng dụng nhằm tiết kiệm năng lượng áp dụng cho kỹ thuật lạnh và điều hòa không
khí. Trong đó, máy lạnh hấp thụ là một trong những giải pháp đang được áp dụng
nhằm thay thế cho hệ thống lạnh có máy nén hơi truyền thống. Với đặc điểm không
1


sinh ra khí nhà kính và có thể sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau như năng
lượng mặt trời, các nguồn nhiệt trích từ turbine, lò hơi… Máy lạnh hấp thụ đã và đang
là lựa chọn của các nước nói chung và Việt Nam nói riêng.
Do đó, việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng máy lạnh hấp thụ ở Việt Nam hiện
nay là một việc làm hết sức có ý nghĩa. Xuất phát từ thực tiễn, chúng em thực hiện đề
tài: “Tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng
mặt trời”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm một mô hình máy lạnh hấp thụ
năng lượng mặt trời kiểu làm việc gián đoạn.
1.3. Thời gian và địa điểm thực hiện
- Về địa điểm: tại xưởng cơ khí trường Đại học Nông Lâm TP.HCM
- Về thời gian: từ ngày 01/04/2008 đến ngày 15/08/2008.

2

Chương 2
TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI

2.1. Tình hình sử dụng máy lạnh hấp thụ trong và ngoài nước
2.1.1. Ở nước ngoài
Ở các nước đang phát triển, việc sử dụng lại các nguồn nhiệt thải sinh ra trong
quá trình sản xuất để cung cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ là một biện pháp bắt buộc
nhằm tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Trong nhiều dây chuyền công nghệ
và sản xuất như tổng hợp amoniac, sản xuất phân đạm, lọc hóa dầu, sản xuất sôđa và
các axít… tạo ra các bọt khí có nhiệt độ rất cao mà cần phải làm sạch sau đó. Các hỗn
hợp khí này có thể dùng làm nguồn nhiệt cho máy lạnh hấp thụ hoặc trong dây chuyền
sản xuất cồn tổng hợp có sinh ra nguồn nhiệt thải dưới dạng hơi có áp suất từ 2 đến 2,5
bar được sử dụng để làm lạnh bởi các máy lạnh hấp thụ có năng suất đạt đến 35.000
kW. Trong công nghiệp luyện kim, người ta thường sử dụng hơi nóng bay ra từ các lò
cao để làm lạnh động cơ máy cán thép. Ở các nước SNG thuộc khối xã hội chủ nghĩa
trước kia còn sử dụng nguồn nhiệt rẻ tiền (hơi nước) lấy từ các nhà máy nhiệt điện để
làm lạnh nước cung cấp cho các dây chuyền sản xuất hoặc xây dựng các trung tâm
nhiệt lạnh lớn để sưởi ấm thành phố vào mùa hè bằng nước lạnh được cung cấp từ các
nhà máy nhiệt điện với giá năng lượng rất rẻ…
Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng máy lạnh hấp thụ để điều hòa
không khí trong các nhà hàng, khách sạn, siêu thị hoặc xây dựng các kho đông lạnh…
ngày càng tăng cao nhất là các nước như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, và đặc biệt là Trung
Quốc. Điều này chứng tỏ sự vượt trội của máy lạnh hấp thụ trong lĩnh vực này như
giảm đáng kể công suất điện tiêu thụ và nhất là giá thành sản phẩm lạnh rẻ hơn nhiều
so với chạy bằng điện.

3

Ở một số nước với một số hãng trên thế giới sản xuất nhiều máy lạnh hấp thụ
như:
- Ở Mỹ có hãng Trane sản xuất nhiều máy lạnh hấp thụ có năng suất lạnh từ
350 đến 5780 kW.
- Ở Nhật có hãng Sanyo và một số hãng khác như Mitsubishi… có sản xuất
máy lạnh hấp thụ có năng suất lạnh từ 350 đến 5270 kW.
- Ở Cộng Hòa Liên Bang Nga có sản xuất nhiều máy lạnh hấp thụ do Viện
nghiên cứu máy lạnh thiết kế.
- Đặc biệt gần đây, Trung Quốc có hơn 20 công ty trên 10 địa phương đã sản
xuất rất nhiều loại máy lạnh hấp thụ có năng suất lạnh từ 230 đến 5630 kW. Và có lẽ
Trung Quốc là nước sử dụng máy lạnh hấp thụ trong điều hòa không khí nhiều nhất
trên thế giới.
2.1.2. Ở trong nước
Hiện nay, trong thực tế sản xuất và đời sống ở Việt Nam máy lạnh hấp thụ sử
dụng còn rất ít và việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sản xuất hầu như không có đơn vị
nào thực hiện. Có lẽ chúng ta chưa biết nhiều và chưa quen sử dụng loại máy lạnh hấp
thụ. Có thể kể một số nơi có đưa vào sử dụng máy lạnh hấp thụ như là:
- Nhà máy điện Hiệp Phước (TP.HCM) do Hồng Kông đầu tư có áp dụng máy
lạnh hấp thụ để điều hòa không khí trong các phân xưởng nhà máy với nguồn nhiệt sử
dụng là nhiệt thải trong quá trình sản xuất điện.
- Nhà máy dệt Thắng Lợi (TP.HCM) cũng được điều hòa không khí trong các
phân xưởng dệt bởi các máy lạnh hấp thụ H20 – LiBr.
- Công ty Vedan, nhà máy sấy gỗ Kaiser, nhà máy Toyota… cũng được điều
hòa không khí bằng máy lạnh hấp thụ H20 – LiBr .
2.2. Nguyên lý làm việc chung của máy lạnh hấp thụ (tài liệu [1])
Bình HT “hút” hơi sinh ra từ bình bay hơi BH, cho tiếp xúc với dung dịch loãng
từ van tiết lưu dung dịch đến. Do 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 nước làm
mát. Dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi. Ở đây nhờ nhiệt

độ cao, hơi môi chất sẽ bị tách ra khỏi dung dịch đậm đặc ở áp suất cao để đi vào thiết
bị ngưng tụ. Quá trình diễn ra ở thiết bị ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống như máy
4


lạnh nén hơi. Bình sinh hơi được gia nhiệt bằng hơi nước hoặc không khí nóng. Toàn
bộ các thiết bị phía trên của TL, TLdd và bơm có áp suất pk, các thiết bị phía dưới có áp
suất p0. Sau khi sinh hơi, dung dịch đậm đặc trở thành dung dịch loãng và qua van
TLdd trở về bình hấp thụ, khép kín vòng tuần hoàn dung dịch.

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý MLHT
 Các quá trình
1 – 2: quá trình nén được thực hiện nhờ một vòng tuần hoàn của dung dịch qua
các thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lưu dung dịch. Tập hợp các
thiết bị trên được gọi là máy nén nhiệt.
2 – 3: quá trình ngưng tụ. Hơi môi chất lạnh có áp suất cao và nhiệt độ cao qua
dàn ngưng tụ chuyển thành trạng thái lỏng.
3 – 4: quá trình tiết lưu.
4 – 1: quá trình bay hơi.
2.3. Cặp môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ
Trong máy lạnh hấp thụ, đi kèm với môi chất lạnh bao giờ cũng phải có một
chất hấp thụ, nên người ta thường gọi là cặp môi chất. Có 2 loại cặp môi chất: hấp thụ
(liên kết hóa học) và hấp phụ (liên kết cơ học).

5


2.3.1. Phân biệt chất hấp thụ và chất hấp phụ
- Chất hấp thụ: là chất mà trong quá trình làm việc thì các tính chất vật lý và
hóa học của nó có thể biến đổi. Thông thường các chất này ở thể lỏng.

- Chất hấp phụ: là chất mà trong quá trình làm việc thì các tính chất vật lý và
hóa học không bị biến đổi. Thông thường các chất này ở thể rắn.
2.3.2. Một số cặp môi chất thường được dùng trong máy lạnh hấp thụ (tài liệu [1])
Bảng 2.1. Một số cặp môi chất thường được dùng trong máy lạnh hấp thụ
Tác nhân lạnh
- Nước (H2O)

Chất hấp thụ hay chất hấp phụ
- LiBr (Lithium Bromide)
- LiCl (Lithium Chloride)
- Zeolite
- Silicagel

- Ammonia (NH3)

- Nước
- CaCl2 (Calcium Chloride)
- Than hoạt tính

- Methanol (CH3OH)

- Than hoạt tính

- Methylamine (CH3NH2)

- LiCl (Lithium Chloride)

- Lithium Bromide (LiBr):
+ Là một chất bột trắng có vị đắng, có độ pH trung bình, không cháy
+ Khá ổn định ở điều kiện bình thường

+ Có điểm nóng cháy và điểm sôi lần lượt là 5470C và 12650C
+ Là chất hút ẩm rất tốt
+ Có thể hòa tan trong nước, alcohol và glycol
+ Khối lượng mol là 86,84
- Lithium Chloride (CaCl2):
+ Là chất rắn có màu trắng, có vị đắng
+ Khối lượng riêng 2,07 g/cm3
+ Nhiệt độ nóng chảy 6050C, nhiệt độ sôi >13000C, hòa tan trong nước
63,7g/100ml (00C)
+ Tinh thể có hình lập phương, phân tử khối 42,39g/mol
6


+ LiCl ở trạng thái khô khi mỗi phân tử LiCl ngậm hai phân tử nước. Nó trở
thành dạng lỏng và tiếp tục hút ẩm.
+ LiCl có năng suất hấp thụ và giữ ẩm cao.
- Calcium Chloride (CaCl2): (tài liệu [4])
+ CaCl2 khan thường có dạng tinh thể và bột, khi hút ẩm nhiều CaCl2 trở
thành nhão. Hàm lượng hút ẩm của CaCl2 khoảng 250% khối lượng khô của nó.
+ Khi tan trong nước thì CaCl2 vẫn có khả năng hút ẩm. Độ ẩm tương đối trên
bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ mà thay đổi. Ví dụ như:
50C thì độ ẩm tương đối trên bề mặt dung dịch là 39,8%
100C thì độ ẩm tương đối trên bề mặt dung dịch là 38%
18,50C thì độ ẩm tương đối trên bề mặt dung dịch là 35%
200C thì độ ẩm tương đối trên bề mặt dung dịch là 32,3%
24,50C thì độ ẩm tương đối trên bề mặt dung dịch là 31%
+ Nhiệt độ hòa nguyên khá cao khoảng 250 - 2600C
- Than hoạt tính: (tài liệu [7])
+ Than hoạt tính (Activated Carbon) là loại than được xử lý từ nhiều nguồn
vật liệu như tro của vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa hoặc than đá. Những nguyên liệu này

được nung nóng từ từ trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng
các khí có tính ôxi hóa ở nhiệt độ cực cao khoảng 9000C. Quá trình này tạo nên những
lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất.
+ Than hoạt tính là một chất liệu xốp, có rất nhiều lỗ lớn nhỏ. Dưới kính hiển
vi điện tử, một hạt than trông giống như một tổ kiến. Vì thế, diện tích tiếp xúc bề mặt
của nó rất rộng (khoảng 500-2500 m2/g) để hấp thụ tạp chất.
+ Than hoạt tính có các dạng sau:
1. Dạng bột cám (Powered - PAC) đây là loại được chế tạo theo công
nghệ cũ, nay thường được sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy. Có một số nhà sản xuất
dùng loại này trộn với keo để đúc thành những ống than nhìn giống như dạng thứ 3
dưới đây.
2. Dạng hạt (Granulated - GAC) là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp
cho việc khử mùi. Tuy nhiên, nước thường có xu hướng chảy xuyên qua những
khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những lỗ nhỏ.
7


3. Dạng khối đặc (Extruded Solid Block – SB) là loại hiệu quả nhất để lọc
cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử màu và khử mùi clorine. Loại này được làm từ
nguyên một thỏi than, được ép định dạng dưới áp suất tới 800 tấn nên rất chắc chắn.
- Methanol (CH3OH): (tài liệu [6])
+ Methanol có công thức hóa học: CH3OH là chất lỏng không màu, trong suốt
và có mùi đặc trưng.
+ Đây là một loại rượu nhẹ nhất trong bảng xếp hạng rượu. Rượu không màu,
không mùi, và sẽ là một loại hóa chất độc nếu uống nhầm, có thể gây ra tử vong. Rượu
methanol tương đối có vị ngọt hơn nếu so sánh với rượu ethanol.
+ Tính chất vật lý và hóa học của methanol:
Đặc tính vật lý

Chất lỏng

Màu sắc

6 APHA

Mùi

Đặc trưng

Tỷ trọng

0,792

Điểm đông đặc

-97,5oC

Điểm sôi

64,8oC

Điểm chớp cháy

11oC

Lượng không bay hơi

0,001% khối lượng max

Hàm lượng nước

0,1% khối lượng max

Hàm lượng acid (acid acetic) 0,002% khối lượng max
Hàm lượng acetone

0,002% khối lượng max

Hàm lượng ethanol

10ppm max

Bảng 2.2. Tính chất vật lý và hóa học của methanol
2.3.3. Yêu cầu của cặp môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ
- Có tính chất nhiệt động tốt.
- Không độc hại, dễ cháy, dễ nổ.
- Không ăn mòn đối với vật liệu chế tạo máy.
- Phải rẻ tiền, dễ kiếm.
8