Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ cặp môi chất NH3 H2O đến hiệu quả làm lạnh của máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và khói thải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.11 MB, 97 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ĐÌNH KIÊN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ
NỒNG ĐỘ CẶP MÔI CHẤT NH3/H2O ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM
LẠNH CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ KHÓI THẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT
HÀ NỘI 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ĐÌNH KIÊN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ
NỒNG ĐỘ CẶP MÔI CHẤT NH3/H2O ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM
LẠNH CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ KHÓI THẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐẶNG TRẦN THỌ
HÀ NỘI 2017
LỜI CẢM
N
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến TS. Đặng Trần Thọ
đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng, quý báu cho nội dung
của luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Viện Khoa Học
và Công Nghệ Nhiệt – Lạnh, trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan tâm, giúp
đỡ em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường.
Thành cơng của luận văn cịn thể hiện sự biết ơn sâu sắc của tác giả đến những
người thân và bạn bè, đồng nghiệp đã hỗ trợ và động viên tác giả trong suốt thời
gian thực hiện luận văn này.
Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017
Học viên
Nguyễn Đình Kiên
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của tơi.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng tài liệu, thông tin được đăng tải
trên các tạp chí và các trang Wed theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Nếu sai, tơi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017
Học viên
Nguyễn Đình Kiên
iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM
N .......................................................................................................iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iv
MỤC LỤC.............................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT ................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.............................................................. xii
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................... xiv
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ ....................................... 1
1.1. Máy lạnh hấp thụ ........................................................................................... 1
1.1.1. Khái niệm, nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ .............................. 1
1.1.2. Phân loại về máy lạnh hấp thụ ................................................................. 2
1.1.2.1. Máy lạnh hấp thụ Nước/Bromualiti (H 2O/LiBr) ............................... 3
1.1.2.2. Máy lạnh hấp thụ amôniăc/nước (NH3/H2O) ................................... 7
1.1.2.3. Máy lạnh hấp thụ khuyết tán .......................................................... 10
1.1.2.4. Máy lạnh hấp thụ chu kỳ ................................................................ 12
1.1.3. Ưu nhược điểm của máy lạnh hấp thụ ................................................... 13
1.1.4. Các đặc trưng của máy lạnh hấp thụ ...................................................... 14
1.1.4.1. Môi chất lạnh sử dụng trong máy lạnh hấp thụ ............................... 14
1.1.4.2. Năng lượng sử dụng trong máy lạnh hấp thụ .................................. 15
1.1.4.3. Vật liệu chế tạo trong máy lạnh hấp thụ ......................................... 19
1.2. Các kết quả nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ .............................................. 21
1.2.1. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới ..................................................... 21
1.2.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam ...................................................... 23
1.3. Đối tượng và mục đích nghiên cứu .............................................................. 24
v
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 24
1.3.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 26
1.3.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 26
Chương 2. C
SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O ........ 28
2.1. Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp NH3/H2O ...................... 28
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................... 28
2.1.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................... 30
2.2. Cơ sở tính tốn chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .................................. 30
2.2.1. Phương trình tính tốn các thơng số vật lý của dung dịch NH3/H2O ...... 30
2.2.2. Xác định thông số trạng thái của môi chất tại các điểm nút trên chu trình
....................................................................................................................... 33
2.2.3. Xác định các dịng nhiệt của hệ thống và chu trình ............................... 37
Chương 3. ĐÁNH GIÁ CẢI TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ...................... 39
3.1. u cầu đối với mơ hình nghiên cứu thực nghiệm ....................................... 39
3.2. Giới thiệu mơ hình thực nghiệm .................................................................. 39
3.2.1. Bình sinh hơi, tháp tinh luyện và thiết bị ngưng tụ hồi lưu .................... 39
3.2.2. Bình hấp thụ .......................................................................................... 41
3.2.3. Thiết bị ngưng tụ ................................................................................... 42
3.2.4. Thiết bị bay hơi ..................................................................................... 44
3.2.5. Van tiết lưu ........................................................................................... 45
3.2.6. Buồng làm lạnh ..................................................................................... 46
3.2.7. Bơm dung dịch ...................................................................................... 47
3.3. Đánh giá mơ hình thực nghiệm .................................................................... 47
3.3.1. Tính kiểm tra chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .............................. 47
vi
3.3.1.1. Tính tốn kiểm tra thơng số tại các điểm nút của chu trình ............ 48
3.3.1.2. Tính tốn kiểm tra các dịng nhiệt .................................................. 49
3.3.2. Khảo sát, đánh giá mơ hình thực nghiệm ............................................... 52
3.4. Chế tạo và nâng cấp mơ hình ....................................................................... 53
3.4.1. Bình hấp thụ ......................................................................................... 53
3.4.2. Hệ thống nước giải nhiệt cho bình hấp thụ và thiết bị ngưng tụ ............. 55
3.4.3. Hệ thống nước gia nhiệt ........................................................................ 56
3.5. Vận hành thử nghiệm thiết bị....................................................................... 57
3.5.1. Mô hình thực nghiệm sau khi sửa chữa, nâng cấp .................................. 57
3.5.2. Dụng cụ đo các thông số thực nghiệm ................................................... 57
3.5.3. Phương pháp đo các thông số thực nghiệm ............................................ 58
3.5.4. Thử kín, hút chân khơng, nạp NH3/H2O và chạy thử hệ thống ............... 58
3.5.4.1. Vệ sinh hệ thống: ........................................................................... 59
3.5.4.2. Thử kín hệ thống: ........................................................................... 59
3.5.4.3. Hút chân khơng .............................................................................. 59
3.5.4.4. Nạp NH3/H2O ................................................................................ 59
3.5.4.5. Chạy thử hệ thống .......................................................................... 59
3.5.5. Kết quả chạy thử MLHT ở nồng độ 0,400 ............................................. 60
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ
MÔI CHẤT ĐẾN MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O ....................................... 62
4.1. Mục đích và giới hạn nghiên cứu thực nghiệm ............................................ 62
4.1.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ........................................................ 62
4.1.2. Giới hạn nghiên cứu thực nghiệm.......................................................... 62
4.1.3. Chế độ thực nghiệm .............................................................................. 62
vii
4.1.4. Quy trình vận hành thực nghiệm ........................................................... 63
4.2. Kết quả vận hành thực nghiệm .................................................................... 63
4.2.1. Chế độ vận hành thực nghiệm 01 .......................................................... 63
4.2.2. Chế độ vận hành thực nghiệm 02 .......................................................... 64
4.2.3. Chế độ vận hành thực nghiệm 03 .......................................................... 65
4.2.4. Chế độ vận hành thực nghiệm 04 .......................................................... 65
4.2.5. Chế độ vận hành thực nghiệm 05 .......................................................... 66
4.3. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ cặp môi chất NH3/H2O đến nhiệt độ bay hơi
........................................................................................................................... 67
4.4. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ cặp môi chất NH3/H2O đến tốc độ làm lạnh
........................................................................................................................... 69
4.5. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ cặp môi chất NH3/H2O đến hiệu quả làm
lạnh .................................................................................................................... 72
4.6. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ cặp môi chất NH3/H2O đến năng suất lạnh
........................................................................................................................... 74
Chương 5. TĨM TẮT VÀ KẾT LUẬN .............................................................. 78
5.1. Tóm tắt ........................................................................................................ 78
5.2. Kết luận....................................................................................................... 78
5.3. Kiến nghị..................................................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 81
viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Đơn vị
Ký hiệu
Tên đại lượng
Q
[W]
Phụ tải nhiệt
q
[W/m2]
Mật độ dòng nhiệt
t
[°C]
Nhiệt độ
T
[K]
Nhiệt độ tuyệt đối
P
[bar]
Áp suất
i
[kJ/kg]
Enthanlpi
C
[kJ/kg.K]
Nhiệt dung riêng
F
[m2]
Diện tích bề mặt
ξ
[kg/kg]
Nồng độ dung dịch
v
[m3/kg]
Thể tích riêng
ρ
[kg/m3]
Khối lượng riêng
λ
[W/m.K]
Hệ số dẫn nhiệt
μ
[Ns/m2]
Độ nhớt động lực học
ν
[m2/s]
Độ nhớt động học
K
[W/m2K]
Hệ số truyền nhiệt
α
[W/m2K]
Hệ số tỏa nhiệt
δ
[m]
Chiều dày
d,l
[m]
Đường kính, chiều dài ống
ω
[m/s]
Tốc độ
g
[m2/s]
Gia tốc trọng trường
ix
CÁC CHỈ SỐ
r
Trạng thái dung dịch đậm đặc
a
Trạng thái dung dịch lỗng
0
Trạng thái mơi chất lạnh ở nhiệt độ bay hơi
K
Trạng thái môi chất lạnh ở nhiệt độ ngưng tụ
h
Trạng thái dung dịch trong bình sinh hơi
A
Trạng thái dung dịch trong bình hấp thụ
w
Trạng thái mơi trường làm mát
H
Trạng thái nước gia nhiệt
1
Trạng thái đầu vào
2
Trạng thái đầu ra
gn
Gia nhiệt
sh
Sinh hơi
ht
Hấp thụ
bl
Buồng lạnh
x
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất của dung dịch NH3/H2O và H2O/ LiBr ................................... 15
Bảng 1.2. Một số loại nhiệt thải và nhiệt độ tương ứng. ......................................... 18
Bảng 1.3. Vật liệu kim loại ứng dụng trong kỹ thuật lạnh ..................................... 20
Bảng 3.1. Kích thước của bình sinh hơi, tháp tinh luyện và thiết bị ngưng tụ hồi lưu
.............................................................................................................................. 40
Bảng 3.2. Thơng số kích thước bình hấp thụ .......................................................... 42
Bảng 3.3. Kích thước thiết bị ngưng tụ .................................................................. 43
Bảng 3.4. Kích thước thiết bị bay hơi .................................................................... 44
Bảng 3.5. Kích thước buồng lạnh .......................................................................... 46
Bảng 3.6. Bảng tổng hợp các thơng số trạng thái của chu trình MLHT NH 3/H2O .. 48
Bảng 3.7. Bảng thống kê giá trị các phụ tải máy lạnh hấp thụ NH3/H2O ................ 51
Bảng 3.8. Bảng chi tiết thơng số cấu tạo bình hấp thụ ........................................... 54
Bảng 3.9. Áp suất thử kín ...................................................................................... 59
Bảng 3.10. Kết quả vận hành thử nghiệm MLHT ở nồng độ 0,400 ........................ 60
Bảng 4.1. Bảng các chế độ vận hành thực nghiệm. ................................................ 62
Bảng 4.2. Kết quả vận hành MLHT ở nồng độ 0,400 ............................................. 63
Bảng 4.3. Kết quả vận hành MLHT ở nồng độ 0,411 ............................................. 64
Bảng 4.4. Kết quả vận hành MLHT ở nồng độ 0,420 ............................................. 65
Bảng 4.5. Kết quả vận hành MLHT ở nồng độ 0,432 ............................................. 65
Bảng 4.6. Kết quả vận hành MLHT ở nồng độ 0,436 ............................................. 66
Bảng 4.7. Bảng tổng hợp nhiệt độ bay hơi [oC] của các chế độ .............................. 67
Bảng 4.8. Nhiệt độ buồng lạnh [oC] ở 5 chế độ thực nghiệm................................. 69
Bảng 4.9. Mức giảm nhiệt độ buồng lạnh [oC] ở các tỷ lệ nồng độ cặp môi chất khác
nhau theo thời gian ................................................................................................ 71
Bảng 4.10. Bảng tổng hợp COP của các chế độ vận hành ...................................... 72
Bảng 4.11. Bảng tổng hợp năng suất lạnh [kW] của thiết bị ở các chế độ vận hành 75
xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ .......................................................... 1
Hình 1.2. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong hai vỏ ............................... 4
Hình 1.3. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong một vỏ .............................. 6
Hình 1.4. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép cấp dịch nối tiếp ...................... 7
Hình 1.5. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp ............................................... 8
Hình 1.6. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp ............................................... 9
Hình 1.7. Máy lạnh hấp thụ khuyết tán .................................................................. 11
Hình 1.8. Máy lạnh hấp thụ chu kỳ ........................................................................ 12
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .......................................... 28
Hình 2.2. Đồ thị i-ξ của chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .............................. 29
Hình 3.1. Hình ảnh mơ hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử dụng năng lượng mặt
trời và khói thải ..................................................................................................... 39
Hình 3.2. Tổ hợp thiết bị bình sinh hơi, tháp tinh luyện và thiết bị ngưng tụ hồi lưu
.............................................................................................................................. 40
Hình 3.3. Bản vẽ và hình ảnh bình hấp thụ ............................................................ 42
Hình 3.4. Bản vẽ và hình ảnh thiết bị ngưng tụ ...................................................... 43
Hình 3.5. Bản vẽ và hình ảnh dàn bay hơi............................................................. 45
Hình 3.6. Bản vẽ và hình ảnh van tiết lưu tay ....................................................... 45
Hình 3.7. Bản vẽ buồng lạnh của MLHT ............................................................... 46
Hình 3.8. Bơm dung dịch...................................................................................... 47
Hình 3.9. Bản vẽ chế tạo và hình ảnh bình hấp thụ ................................................ 55
Hình 3.10. Mơ hình MLHT NH3/H2O .................................................................... 57
Hình 3.11. Cân nạp gas điện tử .............................................................................. 58
Hình 4.1. Biến thiên nhiệt độ bay hơi các chế độ theo thời gian ............................ 68
Hình 4.2. Nhiệt độ bay hơi thấp nhất của 5 chế độ thực nghiệm tại thời điểm 180
phút ....................................................................................................................... 68
Hình 4.3. Nhiệt độ buồng lạnh theo thời gian ........................................................ 70
Hình 4.4. Nhiệt độ buồng lạnh của 5 chế độ thực nghiệm tại thời điểm 120 phút ... 71
xii
Hình 4.5. Biến thiên COP của từng chế độ thực nghiệm theo thời gian .................. 73
Hình 4.6. COP của các chế độ thực nghiệm ở thời điểm 180 phút.......................... 74
Hình 4.7. Biến thiên năng suất lạnh của thiết bị theo thời gian ............................... 75
Hình 4.8. Năng suất lạnh của các chế độ có tỷ lệ nồng độ khác nhau ..................... 76
xiii
LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là quốc gia có bờ biển kéo dài hơn 3.260 km, có vùng biển rộng
lớn thuận lợi cho việc đánh bắt thủy hải sản. Trong lĩnh vực đánh bắt thủy sản hầu
hết các tàu thuyền đều tiêu thụ một khối lượng đá lạnh khá lớn để bảo quản thủy hải
sản. Tuy nhiên, việc có được đá lạnh cũng không phải dễ trong những tháng cao
điểm, hạn chế sử dụng điện. Mặt khác năng lượng tiêu hao để vận chuyển khối
lượng đá lạnh này trong một chuyến đánh bắt hải sản là không hề nhỏ và thời gian
bảo quản dùng đá lạnh cũng là giới hạn. Trong khí đó, năng lượng tự nhiên như:
năng lượng gió, nguồn nhiệt từ mặt trời ...vv ở trên biển là vô tận, năng lượng nhiệt
thải từ động cơ thì phải dùng nước biển để làm mát. Vì vậy, việc sử dụng năng
lượng mặt trời và khói thải để sản xuất đá lạnh là rất cần trong điều kiện hiện nay.
Từ đó chúng ta nhận thấy hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải và năng
lượng mặt trời có thể đáp ứng tốt các yêu cầu tận dụng nguồn nhiệt thải từ động cơ
và năng lượng mặt trời để làm lạnh là rất cần thiết. Giúp tận dụng tốt các nguồn
năng lượng từ khí thải và năng lượng mặt trời giảm chi phí vận hành, bảo vệ mơi
trường, nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng khả năng cạnh tranh trong đánh bắt
thủy sản.
Máy lạnh hấp thụ hoạt động hiệu quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ
nguồn gia nhiệt, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ giải nhiệt, tỉ lệ nồng độ của cặp môi
chất....vv. Tỷ lệ nồng độ của cặp môi chất lạnh là một trong những yếu tố quyết
định đến hiệu quả làm lạnh của hệ thống máy lạnh hấp thụ. Vì vậy, luận văn sẽ đi
sâu nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ cặp môi chất NH3/H2O đến hiệu quả
làm lạnh, thời gian làm lạnh, khả năng làm lạnh sâu và hiệu quả năng lượng của hệ
thống máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và khói thải.
Từ những cơ sở trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm
ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ cặp môi chất NH3/H2O đến hiệu quả làm lạnh của
máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và khói thải” để nghiên cứu, khảo
sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ môi chất đến đến thời gian làm lạnh, nhiệt độ làm lạnh,
hiệu quả làm lạnh.
xiv
Do hạn chế về mặt thời gian và năng lực nên chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉnh sửa của các thầy cơ và các
bạn để luận văn được hồn thiện hơn.
xv
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
1.1. Máy lạnh hấp thụ
1.1.1. Khái niệm, nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ
Máy lạnh hấp thụ là máy lạnh không dùng máy nén hơi mà dùng cụm “máy
nén nhiệt”, sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt độ (80 ÷ 150) [°C] để tách môi chất lạnh ra
khỏi hỗn hợp cặp môi chất hấp thụ trong hệ thống máy lạnh. Điểm khác nhau cơ
bản giữa MLHT và máy lạnh có máy nén hơi là năng lượng sử dụng và môi chất
lạnh làm việc trong hệ thống. [12]
Máy lạnh nén hơi sử dụng điện năng, trong khi đó năng lượng cấp vào cho
MLHT có dạng nhiệt năng. Nên MLHT thường sử dụng nguồn nhiệt năng rẻ tiền
dưới dạng nước nóng, hơi nước, năng lượng mặt trời, sản phẩm cháy của nhiên liệu
rắn, lỏng, khí...
Máy nén nhiệt bao gồm các thiết bị: thiết bị hấp thụ, thiết bị sinh hơi, bơm
dung dịch và van tiết lưu dung dịch. Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ được
QK
trình bày trên hình 1.1 [12]
2
3
SH
NT
TL
PK
BDD
TLDD
QH
P0
BH
QA
HT
1
Q0
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ
SH: Bình sinh hơi; BDD: Bơm dung dịch; HT: Bình hấp thụ; TL: tiết lưu
TLDD: Tiết lưu dung dịch; NT: Bình ngưng tụ; BH: Bình bay hơi
1
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
Trong MLHT có 2 vịng tuần hồn là vịng tuần hồn dung dịch và vịng tuần
hồn mơi chất lạnh.
- Vịng tuần hồn dung dịch: hơi môi chất từ thiết bị bay hơi được bình hấp
thụ hút về, tại bình hấp thụ dung dịch loãng từ van tiết lưu dung dịch hấp thụ hơi
mơi chất trở thành dung dịch đậm đặc. Q trình hấp thụ này phát sinh một lượng
nhiệt QA thải ra cho nước làm mát. Sau đó, dung dịch đậm đặc được bơm dung
dịch bơm lên bình sinh hơi. Tại bình sinh hơi, cấp một nhiệt lượng QH để môi chất
sôi và bay hơi, tách ra khỏi dung dịch đậm đặc để đi đến thiết bị ngưng tụ. Bình
sinh hơi được gia nhiệt bằng hơi nước hoặc khí nóng. Sau khi sinh hơi dung dịch
đậm đặc trở thành dung dịch loãng và qua van tiết lưu dung dịch trở về bình hấp
thụ, khép kín vịng tuần hồn dung dịch và chu trình cứ thế tiếp tục.
- Vịng tuần hồn mơi chất lạnh: hơi môi chất sau khi tách ra khỏi dung dịch
đậm đặc ở thiết bị sinh hơi đi đến thiết bị ngưng tụ. Tại đây, hơi môi chất nhả nhiệt
cho môi trường làm mát ngưng tụ lại thành lỏng cao áp. Sau đó, mơi chất lạnh sẽ đi
qua van tiết lưu, giảm áp suất rồi đi đến thiết bị bay hơi, nhận nhiệt của đối tượng
cần làm lạnh và hóa hơi. Hơi hạ áp tiếp tục đi vào bình hấp thụ, hấp thụ dung dịch
loãng thành dung dịch đậm đặc. Được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi. Tại
bình sinh hơi, nhờ nhiệt độ cao hơi môi chất được tách ra và đi đến thiết bị ngưng tụ
khép kín vịng tuần hồn mơi chất và chu trình cứ thế tiếp tục.
1.1.2. Phân loại về máy lạnh hấp thụ
Máy lạnh hấp thụ có nhiều loại và thường được phân ra theo những loại sau:
- Phân loại theo cặp môi chất sử dụng ta có:
+ Máy lạnh hấp thụ NH3/H2O;
+ Máy lạnh hấp thụ LiBr/H2O.
- Phân loại theo chu trình làm việc ta có:
+ MLHT chu trình tác dụng đơn (Single Effect);
+ MLHT chu trình tác dụng kép (Double Effect);
+ MLHT chu trình một cấp;
+ MLHT chu trình hai cấp;
2
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
+ MLHT chu kỳ;
+ MLHT khuếch tán.
Dưới đây là một số loại máy lạnh hấp thụ thường sử dụng:
1.1.2.1. Máy lạnh hấp thụ Nước/Bromualiti (H2O/LiBr)
Máy lạnh hấp thụ nước/bromualiti được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong kỹ
thuật điều hịa khơng khí. Trong đó, nước là mơi chất lạnh và bromualiti đóng vai
trò làm chất hấp thụ. Máy lạnh hấp thụ nước/bromualiti có các ưu nhược điểm như
sau:
- Ưu điểm:
+ Tỷ số áp suất nhỏ Pk/Po = 4, hiệu số áp suất thấp Pk - Po = 3,6 [kPa];
+ Không cần sử dụng thêm thiết bị tinh cất hơi mơi chất vì dung dịch
H2O/LiBr chỉ có hơi mơi chất lạnh là nước thốt ra;
+ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho bình sinh hơi cho phép thấp đến 80 [°C] do đó
có thể sử dụng các nguồn nhiệt thải rẻ tiền. Nếu có nguồn hơi nước có nhiệt độ cao,
đầu tiên có thể dùng chạy máy lạnh tuabin, sau đó mới dùng cho máy lạnh hấp thụ
H2O/LiBr.
- Nhược điểm:
+ Tính ăn mịn của dung dịch rất cao, gây han gỉ thiết bị;
+ Phải duy trì chân khơng trong thiết bị;
+ Nhiệt độ làm lạnh thấp nhất xuống 5 [°C] vì nước là mơi chất có nhiệt độ
đóng băng ở 0 [°C].
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr có một số loại sau:
a. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn (Single Effect)
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn (Single Effect) có ba vịng tuần
hồn: Tuần hồn mơi chất lạnh (nước), tuần hồn dung dịch, tuần hoàn nước làm
mát. Sơ đồ nguyên lý của loại này được trình bày trên hình 1.2 [4].
3
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
5
NT
N-íc lµm mát
Nguồn nhiệt
SH
1
BH
2
Chất
tải
lạnh
4
HN
N-ớc
làm
mát
HT
3
Bdd
Hỡnh 1.2. Mỏy lnh hp th H2O/LiBr c b trí trong hai vỏ
SH: Ngăn sinh hơi; HT: Ngăn hấp thụ; BH: Dàn bay hơi; HN:Hồi nhiệt,
NT: Dàn ngưng tụ; Bdd: Bơm dung dịch; 1,2: Vỏ bình; 3: Bơm mơi chất
4: Xi phơng; ----: Đường tuần hồn dung dịch; :Đường tuần hồn mơi chất.
Những thiết bị chính được bố trí trong hai bình trụ 1 và 2 để dễ dàng duy trì
chân khơng trong hệ thống. Bình 1 có áp suất ngưng tụ, nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt
độ gia nhiệt, tương ứng với nó là thiết bị ngưng tụ và thiết bị sinh hơi. Bình 2 có áp
suất bay hơi, nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ hấp thụ, tương ứng là thiết bị bay hơi và
thiết bị hấp thụ. Hai bình khơng cần bố trí thêm cách nhiệt vì chân khơng cao trong
thiết bị đã cách nhiệt lý tưởng.
Nguồn nhiệt (hơi nước, khói thải, năng lượng mặt trời có nhiệt độ từ 80 [°C]
đến 150 [°C] ) thơng qua thiết bị trao đổi nhiệt cấp nhiệt cho dung dịch H2O/LiBr
có nồng độ cao trong bình sinh hơi. Mơi chất lạnh là hơi nước sinh ra bay lên dàn
ngưng tụ ở phía trên, truyền nhiệt cho nước làm mát và ngưng tụ lại, dung dịch lúc
này trở thành dung dịch có nồng độ thấp và tiết lưu về thiết bị hấp thụ ở bình 2 qua
4
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
hệ thống vòi phun. Nước sau khi ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ sẽ tiết lưu qua
xiphông 4 để cân bằng áp suất rồi chảy về thiết bị bay hơi. Tại đây, nhờ áp suất
thấp, nước nhận nhiệt của chất tải lạnh sôi và bay hơi. Hơi nước sinh ra sẽ được
dung dịch có nồng độ thấp hấp thụ ở thiết bị hấp thụ. Nhiệt tỏa ra do hấp thụ sẽ
truyền cho nước làm mát. Chất tải lạnh sau khi được làm lạnh ở thiết bị bay hơi sẽ
được đưa đến nơi tiêu thụ.
Sau khi hấp thụ hơi nước, dung dịch trở thành dung dịch có nồng độ cao và
được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi. Ở đây, thiết bị hồi nhiệt bố trí để tận
dụng nhiệt từ dung dịch có nồng độ thấp ở nhiệt độ cao gia nhiệt cho dung dịch có
nồng độ cao ở nhiệt độ thấp trước khi vào bình sinh hơi.
Ngồi ra để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt tại thiết bị bay hơi, nước ngưng chảy
từ thiết bị ngưng tụ qua xiphông 4 được bơm tưới đều lên thiết bị trao đổi nhiệt với
chất tải lạnh (dạng ống xoắn). Nước làm mát tại bình hấp thụ và thiết bị ngưng tụ có
nhiệt độ khác nhau do đó người ta bố trí nhánh phụ của đường tuần hoàn nước làm
mát để cân bằng nhiệt độ.
Các chi tiết chuyển động (sử dụng điện năng) là bơm dung dịch và bơm môi
chất với yêu cầu độ kín lớn và chân khơng cao (vì mơi trường trong các bình địi hỏi
chân khơng cao). Ngồi ra cần bố trí thêm bơm chân khơng để loại trừ khí trơ,
khơng khí nhằm duy trì độ chân khơng cao.
Năng suất lạnh của máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr có thể điều chỉnh dễ dàng.
Khả năng giảm tới 10% năng suất lạnh tối đa bằng cách điều chỉnh nguồn nhiệt cấp
vào bình sinh hơi và nguồn nước làm mát hoặc trích một phần dung dịch có nồng độ
cao lẽ ra phải vào bình sinh hơi quay trở về bình hấp thụ (để làm tăng nhiệt độ dung
dịch ở bình hấp thụ). Có thể kết hợp cả hai phương pháp trên.
Hình 1.3 là sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr [4] được bố trí trong
một vỏ. Bình sinh hơi và ngưng tụ có áp suất cao được bố trí phía trên ngăn cách
với phía dưới bởi vách ngăn (vách ngăn có bố trí phần thốt nước ngưng tụ xuống
phía dưới). Bình hấp thụ và bay hơi có áp suất thấp bố trí phía dưới. Ở đây khơng
cần cách nhiệt do chân khơng cao.
5
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
Nguồn nhiệt
SH
NT
Nước làm mát
HE
BH
Chất tải lạnh
Bmc
HT
Nước làm mát
Bdd
Hình 1.3. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong một vỏ
SH: Bình sinh hơi; HT: Dàn hấp thụ; BH: Dàn bay hơi; NT: Dàn ngưng; HN:
Hồi nhiệt; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm môi chất.
b. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép (Double Effect)
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn có nhược điểm lớn là khi tăng
nhiệt độ nguồn nhiệt thì hệ số lạnh tăng không đáng kể COPmax = 0,76. Do đó, để
tận dụng hiệu suất của các nguồn nhiệt có nhiệt thế cao ta sử dụng sơ đồ tác dụng
kép. Sơ đồ này làm việc rất hiệu quả với phương pháp cấp nhiệt là khí đốt và đang
được sử dụng rộng rãi để làm lạnh nước (chất tải lạnh) cho điều hịa khơng khí.
Hình 1.4 giới thiệu một sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép
cấp dịch nối tiếp [4].
6
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
Hơi nước
Hơi nước
TG
NT
SH
Nước làm mát
Nguồn nhiệt
HN2
HN1
Nước làm mát
Chất tải lạnh
BH
HT
HE
Hình 1.4. Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép cấp dịch nối tiếp
SH: Bình sinh hơi; HT: Dàn hấp thụ; BH: Dàn bay hơi; NT: Dàn ngưng tụ
HN: Hồi nhiệt; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm mơi chất; TG: Bình trung gian
Máy lạnh hấp thụ tác dụng kép có nguyên tắc hoạt động chung như sau: hơi
nước (môi chất lạnh) được sinh ra và quá nhiệt nhờ nguồn nhiệt có nhiệt độ cao từ
bình sinh hơi (SH) đi vào ống xoắn tại bình trung gian (TG). Tại đây, hơi nước quá
nhiệt nhả nhiệt cho nước bên ngoài ống xoắn rồi sục thẳng vào bình ngưng tụ (NT)
và ngưng tụ hồn tồn tại đây. Nước trong bình trung gian (TG) được gia nhiệt sẽ
hóa hơi và đi vào bình ngưng tụ nhờ hệ thống giảm áp rồi ngưng tụ tại đây. Chính
phần hơi nước (môi chất lạnh) bổ sung này đã làm tăng hiệu suất nhiệt. Cách đặt tên
là tác dụng kép là do có 2 lần sinh hơi và 2 lần ngưng tụ (một lần ngưng tụ và sinh
hơi đồng thời tại bình trung gian).
1.1.2.2. Máy lạnh hấp thụ amơniăc/nước (NH3/H2O)
Với máy lạnh hấp thụ NH3/H2O, mơi chất lạnh là amơniăc cịn chất hấp thụ là
nước. Máy lạnh loại này được sử dụng trong kỹ thuật làm lạnh dưới 0 [°C] với ưu
điểm lớn là giá thành rẻ, kết cấu gọn nhẹ... Nhưng bên cạnh đó nó cũng có một số
nhược điểm như: Môi chất NH3 gây mùi khai, độc hại nếu bị rị rỉ ra ngồi, lượng
7
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
nước cuốn theo hơi NH3 rất lớn nên cần phải có thiết bị tinh luyện hơi NH3 trước
khi vào bình ngưng... Máy lạnh hấp thụ NH3/H2O có các loại sau:
a. Máy lạnh hấp thụ amôniăc/nước (NH3/H2O) một cấp
Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp được thể hiện trên
hình 1.5 [4].
Nước làm mát
NT
SH
Nguồn nhiệt
HN II
HN I
TLDD
Bdd
TL
HT
BH
Nước làm mát
Chất tải lạnh
Hình 1.5. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp
BH: Thiết bị bay hơi; HT: Bình hấp thụ; TLDD: Tiết lưu dung dịch; SH: Bình sinh hơi;
NT: Thiết bị ngưng tụ; TL: Van tiết lưu; HN I, HN II: Thiết bị hồi nhiệt I,II.
Nguyên lý hoạt động như sau: Nhiệt cấp vào bình sinh hơi SH (qua thiết bị
trao đổi nhiệt) làm cho môi chất NH3 phân ly ra khỏi dung dịch (có lẫn một phần
nhỏ H2O cuốn theo) đi đến thiết bị ngưng tụ NT.Tại thiết bị ngưng tụ, môi chất trao
đổi nhiệt với môi trường làm mát để ngưng tụ thành lỏng. Lỏng NH3 qua van tiết
lưu TL giảm áp suất đến thiết bị bay hơi BH. Ở thiết bị bay hơi, lỏng NH3 nhận
nhiệt của đối tượng cần làm lạnh sôi và bay hơi, rồi đưa về bình hấp thụ HT được
hấp thụ bởi dung dịch nồng độ thấp từ bình SH trở về. Sau đó, nhờ bơm dung dịch
bơm trở lại bình sinh hơi SH tiếp tục chu trình tuần hồn.
8
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
Trong máy lạnh hấp thụ NH3/H2O có bố trí thêm 2 thiết bị trao đổi nhiệt. Thiết
bị hồi nhiệt (HN I) có tác dụng quá lạnh cho môi chất lỏng trước khi lưu động qua
van tiết lưu vào bình bay hơi (BH). Thiết bị hồi nhiệt (HN II) có tác dụng quá nhiệt
cho dung dịch có nồng độ cao trước khi vào bình sinh hơi (SH). Vì sau quá trình
phân ly NH3 có lẫn hơi nước cuốn theo nên trong bình sinh hơi (SH) cần bố trí thiết
bị tinh luyện để tách hơi nước ra khỏi hơi NH3. Việc này được thực hiện bằng cách
bố trí thêm thiết bị ngưng tụ hồi lưu QD.
b. Máy lạnh hấp thụ amôniăc/nước (NH3/H2O) hai và nhiều cấp
Với máy lạnh hấp thụ, điều kiện vùng khử khí phải dương chỉ là điều kiện
nhiệt động để duy trì chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động, nếu các điều kiện dẫn
tới tỷ số nhiệt quá nhỏ thì người ta sử dụng máy lạnh hấp thụ hai hay nhiều cấp. Sơ
đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ 2 cấp được biểu diễn trên hình 1.6 [4].
NT
Q
K
SH C
Q HC
HN III
SH T
Q HT
HTC
HN II
Q AC
B DD
HN I
HT T
TL
BH
Q AT
B DDT
Hình 1.6. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp
BH: Thiết bị bay hơi; TLDD: Tiết lưu dung dịch; NT: Thiết bị ngưng tụ; TL:
Van tiết lưu; HN I, HN II, HN III: Thiết bị hồi nhiệt I,II,III; SH T, SHc: Bình sinh
hơi áp suất thấp, áp suất cao; HTT, HTc: Bình hấp thụ áp suất thấp, áp suất cao.
9
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
Chu trình gồm hai bình sinh hơi và hai bình hấp thụ tương ứng hai cấp áp suất
hạ áp và cao áp SHC, SHT và HTC, HTT. Hơi môi chất sinh ra ở bình sinh hơi cao áp
SHC được đưa vào dàn ngưng tụ thì hơi mơi chất sinh ra ở bình sinh hơi hạ áp SHT
được đưa vào bình hấp thụ cao áp HTC. Bình hấp thụ hạ áp HTT hấp thụ hơi mơi
chất đi ra từ bình bay hơi. Ba thiết bị hồi nhiệt HN I, HN II, HN III làm nhiệm vụ
trao đổi nhiệt. Cụ thể như sau: HN I nhằm quá lạnh cho lỏng từ dàn ngưng tụ trước
khi tiết lưu về bình bay hơi. HN II và HN III nhằm quá nhiệt cho dung dịch có nồng
độ cao trước khi vào bình sinh hơi.
Trường hợp có 1 chế độ bay hơi thì hơi mơi chất ra khỏi dàn ngưng tụ sẽ đi
thẳng tới HN I qua TL II rồi về bình bay hơi.
Trường hợp có 2 chế độ bay hơi thì cần hai van tiết lưu. Đầu tiên mơi chất có
nồng độ thấp qua van tiết lưu TL I vào bình trung gian có áp suất trung gian Ptg. Từ
đây một phần lỏng môi chất bay hơi ở bình trung gian với nhiệt độ cao đi thẳng tới
bình hấp thụ cao áp HTC. Phần lỏng cịn lại qua HN I và TL II rồi về bình bay hơi.
Ngồi ra, người ta cịn tách 1 phần lỏng từ bình trung gian TG đến bình sinh
hơi hạ áp thực hiện ngưng tụ hồi lưu tại đây.
Về áp suất, bình ngưng tụ NT và bình sinh hơi cao áp SHC có áp suất cao Pk.
Bình hấp thụ hạ áp và bình bay hơi có áp suất thấp Po. Các thiết bị như bình trung
gian TG, bình sinh hơi hạ áp SHT, bình hấp thụ cao áp có áp suất trung gian Ptg.
1.1.2.3. Máy lạnh hấp thụ khuyết tán
Máy lạnh hấp thụ khuyết tán là loại máy lạnh hấp thụ phải dùng một loại khí
trơ nạp vào hệ thống để cân bằng áp suất bay hơi với phần ngưng tụ và sinh hơi,
loại khí trơ người ta dùng là hyđrơ. Và sự tuần hoàn dung dịch trong hệ thống được
thực hiện bằng bơm xiphông do sự sai khác nhiệt độ dẫn đến chênh lệch khối lượng
riêng và độ chênh cột lỏng. Trong cùng áp suất và nhiệt độ, amơniăc có xu thế lắng
xuống cịn hyđrơ chuyển động lên do tỷ trọng khác nhau.
10
