Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của rung lắc đến hiệu quả làm lạnh của máy lạnh hấp thụ nh3 h2o sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.64 MB, 106 trang )
..
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ THỊ HOÀI GIANG
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA
RUNG LẮC ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM LẠNH CỦA MÁY
LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI VÀ NHIỆT 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
LÊ THỊ HOÀI GIANG
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA
RUNG LẮC ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM LẠNH CỦA MÁY
LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI VÀ NHIỆT THẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐẶNG TRẦN THỌ
HÀ NỘI 2017
LỜI CẢM ƠN
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 28 tháng 11 năm 2017
Học viên
Lê Thị Hoài Giang
i
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 28 tháng 11 năm 2017
Học viên
Lê Thị Hoài Giang
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU................................................................................. vi
CÁC CHỈ SỐ .......................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ .............................................................. ix
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ ........................................3
1.1 Máy lạnh hấp thụ .......................................................................................................... 3
1.1.1 Khái niệm, nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ....................................... 3
1.1.2 Phân loại máy lạnh hấp thụ ................................................................................. 4
1.1.3 Ưu nhược điểm của máy lạnh hấp thụ..............................................................15
1.1.4 Các đặc trưng của máy lạnh hấp thụ.................................................................16
1.2 Các kết quả nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ ....................................................... 23
1.2.1 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới ................................................................23
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam.................................................................25
1.3 Đối tượng và mục đích nghiên cứu .......................................................................... 26
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................26
1.3.2 Mục đích nghiên cứu .........................................................................................28
1.3.3 Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................28
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................28
2.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................. 28
2.1.1 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp NH3/H2O........................... 28
2.1.1.1 Sơ đồ nguyên lý .....................................................................................28
2.1.1.2 Nguyên lý làm việc................................................................................30
2.1.2 Cơ sở tính tốn chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O........................................ 31
2.1.2.1 Phương trình tính tốn các thơng số vật lý của dung dịch NH3/H2O .31
iii
2.1.2.2 Xác định thông số trạng thái của môi chất tại các điểm nút trên chu
trình
........................................................................................................................33
2.1.2.3 Xác định các dịng nhiệt của hệ thống và chu trình.............................37
2.2 Phương pháp nguyên cứu ............................................................................. 39
2.2.1 Dụng cụ đo các thông số thực nghiệm ................................................................. 39
2.2.3 Phương pháp đo các thông số thực nghiệm ......................................................... 41
Chương 3. ĐÁNH GIÁ, CẢI TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ......................42
3.1 u cầu đối với mơ hình nghiên cứu thực nghiệm ............................................... 42
3.2 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm .............................................................................. 42
3.2.1 Bình sinh hơi, tháp tinh luyện và thiết bị ngưng tụ hồi lưu ................................ 43
3.2.2 Bình hấp thụ .......................................................................................................44
3.2.3 Thiết bị ngưng tụ .................................................................................................... 45
3.2.4 Thiết bị bay hơi ....................................................................................................... 46
3.2.5 Van tiết lưu .............................................................................................................. 48
3.2.6 Buồng làm lạnh ....................................................................................................... 48
3.2.7 Bơm dung dịch........................................................................................................ 49
3.3 Đánh giá mơ hình thực nghiệm ................................................................................ 50
3.3.1 Tính kiểm tra chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .......................................50
3.3.2 Khảo sát, đánh giá mơ hình thực nghiệm .........................................................60
3.4 Chế tạo và nâng cấp mơ hình.................................................................................... 61
3.4.1 Hệ thống rung lắc ...............................................................................................61
3.4.2 Thiết kế hệ thống rung lắc .................................................................................63
3.4.3 Bình hấp thụ .......................................................................................................66
3.4.4 Hệ thống nước giải nhiệt cho bình hấp thụ và thiết bị ngưng tụ .....................68
3.4.5 Hệ thống nước gia nhiệt ....................................................................................69
3.5 Vận hành thử nghiệm mơ hình ................................................................................ 69
3.5.1 Mơ hình thực nghiệm sau khi sửa chữa, nâng cấp .............................................. 69
3.5.2 Quy trình vận hành mơ hình..............................................................................70
3.5.3 Vận hành thử nghiệm ở chế độ có biên độ A = 17,5[cm]; f=25[vòng/phút] .70
iv
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG LẮC
ĐẾN MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O ...............................................................72
4.1 Mục đích và giới hạn nghiên cứu thực nghiệm ..................................................... 72
4.1.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ....................................................................... 72
4.1.2 Giới hạn nghiên cứu thực nghiệm......................................................................... 72
4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ............................................................................. 72
4.2.1 Chế độ thực nghiệm ...........................................................................................72
4.2.2 Chế độ thực nghiệm 01......................................................................................73
4.2.3 Chế độ thực nghiệm 02......................................................................................73
4.2.4 Chế độ thực nghiệm 03......................................................................................74
4.2.5 Chế độ thực nghiệm 04......................................................................................74
4.2.6 Chế độ thực nghiệm 05......................................................................................75
4.2.7 Chế độ thực nghiệm 06......................................................................................76
4.3 Đánh giá ảnh hưởng của biên độ rung lắc đến nhiệt độ bay hơi ....................... 76
4.4 Đánh giá ảnh hưởng của biên độ rung lắc đến tốc độ làm lạnh ........................ 78
4.5 Đánh giá ảnh hưởng biên độ rung lắc đến COP ................................................... 80
4.6 Đánh giá ảnh hưởng của biên độ rung lắc đến năng suất lạnh của MLHT.... 82
4.7 Đánh giá ảnh hưởng của biên độ rung lắc đến hệ số hiệu quả năng lượng..... 85
4.8 Đánh giá chung ............................................................................................................ 87
Chương 5. TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN ................................................................89
5.1 Tóm tắt .......................................................................................................................... 89
5.2 Kết luận ......................................................................................................................... 90
5.3 Kiến nghị ....................................................................................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................92
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
Đơn vị
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]
Entanpi
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
vi
CÁC CHỈ SỐ
r
Trạng thái dung dịch nồng độ cao
a
Trạng tháidung dịch nồng độ thấp
0
Trạng thái môi 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
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tính chất của dung dịch NH3/H2O và H2O/ LiBr ......................................17
Bảng 1.2 Một số loại nhiệt thải và nhiệt độ tương ứng. ...........................................20
Bảng 1.3 Vật liệu kim loại ứng dụng trong kỹ thuật lạnh .........................................22
Bảng 3.1 Kích thước của bình sinh hơi, tháp tinh luyện và thiết bị ngưng tụ hồi lưu
...................................................................................................................................43
Bảng 3.2 Thơng số kích thước bình hấp thụ .............................................................45
Bảng 3.3 Kích thước thiết bị ngưng tụ ......................................................................46
Bảng 3.4 Kích thước thiết bị bay hơi ........................................................................47
Bảng 3.5 Kích thước buồng lạnh ..............................................................................49
Bảng 3.6 Bảng tổng hợp các thơng số trạng thái của chu trình MLHT NH3/H2O ...56
Bảng 3.7 Bảng thống kê giá trị các phụ tải máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .................59
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật hệ thống rung lắc .........................................................64
Bảng 3.9 Biên độ dao động của MLHT NH3/H2O ....................................................65
Bảng 3.10 Bảng chi tiết thơng số cấu tạo bình hấp thụ ............................................67
Bảng 3.11 Kết quả vận hành thử nghiệm ..................................................................70
Bảng 4.1 Biên độ rung lắc của MLHT NH3/H2O ......................................................72
Bảng 4.2 Các chế độ thực nghiệm ............................................................................72
Bảng 4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ 01 ...........................................73
Bảng 4.4 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ 02 ...........................................73
Bảng 4.5 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ 03 ...........................................74
Bảng 4.6 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ 04 ...........................................75
Bảng 4.7 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ 05 ...........................................75
Bảng 4.8 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ 06 ...........................................76
Bảng 4.9 Nhiệt độ bay hơi ở 6 chế độ thực nghiệm ..................................................76
Bảng 4.10 Nhiệt độ buồng lạnh ở 6 chế độ thực nghiệm ..........................................78
Bảng 4.11 Năng suất lạnh của MLHT ......................................................................82
Bảng 4.12 Tổng hợp EER ở các chế độ vận hành thực nghiệm ................................85
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ ...............................................................3
Hình 1.2 Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong hai vỏ .................................6
Hình 1.3 Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong một vỏ ................................8
Hình 1.4 Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép cấp dịch nối tiếp .......................9
Hình 1.5 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp ................................................10
Hình 1.6 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp .................................................11
Hình 1.7 Máy lạnh hấp thụ khuyết tán ......................................................................13
Hình 1.8 Máy lạnh hấp thụ chu kỳ ............................................................................14
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .............................................51
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 .........................................................................................................42
Hình 3.2 Tổ hợp thiết bị bình sinh hơi, tháp tinh luyện và thiết bị ngưng tụ hồi lưu
...................................................................................................................................43
Hình 3.3 Bản vẽ và hình ảnh bình hấp thụ................................................................45
Hình 3.4 Bản vẽ và hình ảnh thiết bị ngưng tụ .........................................................46
Hình 3.5 Bản vẽ và hình ảnh dàn bay hơi .................................................................47
Hình 3.6 Bản vẽ và hình ảnh van tiết lưu tay ............................................................48
Hình 3.7 Bản vẽ buồng lạnh của MLHT ...................................................................49
Hình 3.8 Bơm dung dịch ...........................................................................................50
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .............................................51
Hình 3.10 Hệ thống rung lắc theo phương án 1 .......................................................61
Hình 3.11 Hệ thống rung lắc theo phương án 2 .......................................................62
Hình 3.12 Hệ thống rung lắc theo phương án 3 .......................................................63
Hình 3.13 Bản vẽ chế tạo và hình ảnh khung đỡ MLHT NH3/H2O ..........................64
Hình 3.14 Cơ cấu truyền động của hệ thống rung lắc ..............................................65
Hình 3.15 Bản vẽ chế tạo bánh biên độ và tay biên..................................................66
ix
Hình 3.16 Bản vẽ chế tạo và hình ảnh bình hấp thụ .................................................67
Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ bay hơi ở 6 chế độ thực nghiệm ................................77
Hình 4.2 Nhiệt độ bay hơi của 6 chế độ thực nghiệm tại thời điểm 180 phút ..........77
Hình 4.3 Nhiệt độ buồng lạnh theo thời gian............................................................79
Hình 4.4 Nhiệt độ buồng lạnh của 6 chế độ thực nghiệm tại thời điểm 120 phút ....79
Hình 4.5 Biến thiên COP ở mỗi chế độ theo thời gian .............................................80
Hình 4.6 COP của 6 chế độ thực nghiệm ở thời điểm 180 phút ...............................81
Hình 4.7 COP tại biên độ A=17,5 [cm] ....................................................................81
Hình 4.8 Năng suất lạnh của MLHT .........................................................................83
Hình 4.9 Năng suất lạnh MLHT của 6 chế độ thực nghiệm ở thời điểm 180 phút ...83
Hình 4.10 Năng suất lạnh tại biên độ A = 17,5 [cm] ...............................................84
Hình 4.11 Biểu diễn giá trị EER tại các chế độ thực nghiệm ...................................85
Hình 4.12 EER tại 6 chế độ thực nghiệm ở thời điểm 180 phút ...............................86
Hình 4.13 EER tại biên độ A = 17,5 [cm] ................................................................86
x
LỜI NÓI ĐẦU
Các thiết bị trong kỹ thuật lạnh là những thiết bị tiêu thụ năng lượng rất lớn,
mà chủ yếu là năng lượng điện. Ngoài biển khơi, hải đảo hay ở vùng núi hẻo lánh
thì việc sử dụng điện năng rất hạn chế. Vì vậy, từ lâu các nhà khoa học trong và
ngoài nước đã nghiên cứu các nguồn năng lượng sẵn có, dồi dào, khơng gây ơi
nhiễm mơi trường phục vụ sinh hoạt cũng như để sản xuất điện năng như năng
lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời…
Một trong những hướng nghiên cứu ưu tiên hiện này là công nghệ làm lạnh
bằng máy lạnh hấp thụ (MLHT) ở cả thế giới và Việt Nam. Với cơng nghệ làm lạnh
này cần nguồn nhiệt có nhiệt độ từ 80°C đến 150°C nên có thể dùng được nhiều
nguồn nhiệt khác nhau như năng lượng mặt trời, nhiệt thừa, nhiệt thải… Vì vậy, ở
đâu có nguồn nhiệt thải liên tục và ổn định, thì giải pháp tận dụng nhiệt, nâng cao
hiệu suất của hệ thống bằng cách dùng MLHT ln được ưu tiên hàng đầu do có
triển vọng cao.
Đến nay, tổng số tàu cá trên tồn quốc có 111.000 tàu cá, sản lượng khai thác
đạt hơn 3 triệu tấn, trong đó giá trị kim ngạch xuất khẩu đạt 3,3 tỷ USD, chiếm hơn
43,4% trong tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản, tạo công ăn việc làm cho khoảng
650.000 lao động trực tiếp trên biển và hàng triệu lao động dịch vụ trên bờ. Điều
này cho thấy, ngành đánh bắt cá là 1 trong những ngành kinh tế mũi nhọn. Tuy
nhiên, các tàu cá chủ yếu sử dụng đá cây xay nhỏ để bảo quản sản phẩm. Nên chất
lượng hải sản sẽ không được đảm bảo, nguồn hải sản dễ bị nhiễm khuẩn và đặc biệt
trong thời tiết nắng nóng để duy trì đá lạnh và bảo quản hải sản hết sức khó khăn,
thời gian đi biển bị rút ngắn dưới 10 ngày để đảm bảo chất lượng. Vì vậy, nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử dụng năng lượng mặt trời và
nhiệt thải bảo quản hản sản trên các tàu thuyền là rất cần thiết.
Năm 2015 đã chế tạo mơ hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử dụng kết hợp
năng lượng mặt trời và nhiệt khói thải của tàu đánh cá. Khẳng định được việc sử
dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải để máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hoạt động là
1
khả thi. Trong luận văn này, tác giả sẽ nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của rung lắc
đến hiệu quả làm lạnh của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O.
Do hạn chế về thời gian và năng lực, nên chắc chắn trong luận văn 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.
2
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.
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
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 [12]
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
30
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: Tại bình hấp thụ (HT) hơi sinh ra từ thiết bị bay
hơi (BH) được “hút” về và cho tiếp xúc với dung dịch nồng độ thấp từ van tiết lưu
dung dịch đến. Do ở nhiệt độ thấp, dung dịch nồng độ thấp hấp thụ hơi môi chất để
trở thành dung dịch nồng độ cao. Nhiệt tỏa ra trong q trình hấp thụ thải cho mơi
trường làm mát. Dung dịch nồng độ cao được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi
(SH). Ở đây do điều kiện nhiệt độ cao, phần hơi môi chất sẽ bị tách ra khỏi dung
dịch nồng độ cao để đi vào thiết bị ngưng tụ còn dung dịch trở thành dung dịch
nồng độ thấp. Dung dịch nồng độ thấp được đưa qua van tiết lưu dung dịch để trở
lại bình hấp thụ. Tại bình hấp thụ, dung dịch nồng độ thấp được kết hợp trở lại với
hơi mơi chất hạ áp ở phía thiết bị bay hơi để trở thành dung dịch nồng độ cao, khép
kín vịng tuần hồn dung dịch và tiếp tục một chu trình mới. [12]
- Vịng tuần hồn mơi chất lạnh: Hơi môi chất sau khi tách ra khỏi dung dịch
nồng độ cao 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 nồng độ thấp thành dung dịch nồng độ cao. 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 máy lạnh hấp thụ
Máy lạnh hấp thụ có nhiều loại và thường được phân ra theo những loại sau:
- Phân loại theo cặp mơi 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);
30
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
+ MLHT chu trình tác dụng kép (Double Effect);
+ MLHT chu trình một cấp;
+ MLHT chu trình hai cấp;
+ MLHT chu kỳ;
+ MLHT khuếch tán.
Dưới đây là một số loại máy lạnh hấp thụ thường sử dụng:
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
trị 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 không 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 hồn nước làm
mát. Sơ đồ nguyên lý của loại này được trình bày trên hình 1.2
30
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 [12]
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
30
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
này trở thành dung dịch có nồng độ thấp và tiết lưu về thiết bị hấp thụ ở bình 2 qua
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 được bố trí trong
một vỏ. Bình sinh hơi và ngưng tụ có áp suất cao được bố trí phía trên ngăn cách
với phía dưới bởi vách ngăn (vách ngăn có bố trí phần thoát nước ngưng tụ xuống
30
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
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.
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 [12]
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 khơng 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.
30
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
Hình1.4 Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép cấp dịch nối tiếp [12]
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 lý 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
30
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
nhược điểm như: Môi chất NH3 gây mùi khai, độc hại nếu bị rị rỉ ra ngồi, lượng
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 amơniăc/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
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 [12]
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.
30
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). Sau q 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
NT
QK
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 [12]
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; SHT, SHc: Bình sinh hơi áp
suất thấp, áp suất cao; HTT, HTc: Bình hấp thụ áp suất thấp, áp suất cao.
30
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. 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.
Hình 1.7 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ khuếch tán, trong
MLHT khuếch tán có ba vịng tuần hồn.
30
Chương 1. Tổng quan về máy lạnh hấp thụ
5
7
qk
6
H2
4
q0
3
9
qA
∆H
q0
8
10
qB
2
11
12
qH
1
Hình 1.7 Máy lạnh hấp thụ khuyết tán [12]
1: Đèn; 2: Xi phơng; 3: Bình sinh hơi; 4: Ngưng tụ hồi lưu; 5: Dàn ngưng; 6: Bình
chứa H2; 7: Dàn bay hơi; 8: Tủ cách nhiệt; 9: Hồi nhiệt dòng hơi; 10: Dàn hấp thụ;
:
11: Bình chứa dung dịch; 12: Hồi nhiệt dung dịch lỏng.
Vịng tuần hồn thứ nhất là của mơi chất amơniăc. Mơi chất lạnh từ bình sinh
hơi vào dàn ngưng, ngưng tụ rồi chảy vào dàn bay hơi. Hơi NH3 sẽ khuếch tán vào
khí H2 từ áp suất riêng phần bằng không lên đến áp suất tương ứng với nhiệt độ
buồng lạnh sau đó theo khí H2 lắng dần về dàn hấp thụ vì hỗn hợp NH3+H2 nặng
hơn. Sau khi được hấp thụ NH3 dung dịch trở thành đậm đặc và được bơm xiphơng
bơm trở lại bình sinh hơi.
Vịng tuần hoàn dung dịch: Dung dịch nồng độ cao được bơm xiphơng bơm từ
dàn hấp thụ vào bình sinh hơi. Dung dịch sau khi sinh hơi amôniăc trở thành dung
dịch có nồng độ thấp. Do chênh lệch cột lỏng (áp suất) dung dịch có nồng độ thấp
tự chảy về dàn hấp thụ.
30
