Đồ án kỹ thuật điện " TỦ LẠNH DÂN DỤNG " potx

Tủ lạnh nén hơi có lốc kín trong đó bố trí máy nén và động cơ, môi chất làfreôn R12.. Giới thiệu Tủ lạnh nén hơi là tủ lạnh có lốc gồm máy nén và động cơ điện được hàn kín trong vỏ thép

Chương I:

ĐẠI CƯƠNG VỀ TỦ LẠNH DÂN DỤNG

I Giới thiệu.

Tủ lạnh gia đình dùng để bảo quản nhắn hạn các thực phẩm và thức ăn dể bị ôi thiu

hư hỏng hằng ngày trong gia đình Nó là mắc xích cuối cùng trong dây chuyền lạnh đểbảo quản sản phẩm ngay trước khi tiêu dùng Ngoài ra tủ lạnh còn dùng làm đá viên phục

vụ sinh hoạt hằng ngày

Từ những tủ lạnh đơn giản đầu tiên xuất hiện vào những năm 1926 do hang GeneralElectric Cooperation Monitor Top của Mỹ sản xuất, đến nay tủ lạnh đã có những bướctiến nhảy vọt về độ tin cậy, tuổi thọ, sự tiện nghi và hình thức thẩm mĩ

Hình 1-1: Giới thiệu một tủ lạnh gia đình với các ngăn để bảo quản lạnh khác nhau.

II Các đặc tính kỹ thuật của tủ lạnh.

Các đặc tính cơ bản của tủ lạnh bao gồm:

- Dung tích hữu ích của tủ gồm dung tích buồng lạnh và dung tích ngăn đông Dungtích hữu ích của tủ lạnh gia đình thường từ 40 đến 800 lít Tủ một buồng có thể có dung

tích đến 350l Tủ hai và ba buồng có dung tích từ 100 đến 800 lít Dung tích hữu ích

chiếm khoảng 0,8 đến 0,93 dung tích thực tế của tủ Ngăn kết đông thường chiếm từ 5 đến25% Dung tích hữu ích chiếm 0,3 đến 0,5 thể tích phủ bì của tủ nghĩa là phần võ cáchnhiệt và đặt máy chiếm tới 0,5 đến 0,7 thể tích tủ Khối lượng củ tủ tính theo dung tích tủkhoảng 0,24 đến 0,5kg/lít

- Kí hiệu sao (*) trên tủ đặc trưng cho nhiệt độ đạt được ở ngăn đông:

Một sao (*) tương ứng nhiệt độ ngăn đông -6oC

Hai sao (**)tương ứng nhiệt độ ngăn đông -12oC

Ba sao (***)tương ứng nhiệt độ ngăn đông -18oC

Và đôi khi có cả bốn sao (****) tương ứng với nhiệt độ -24oC Tuy nhiên khi đó nhiệt độbuồng lạnh vẫn trên 0oC và nhiệt độ buồng bảo quản rau quả vẫn đạt +7 đến +10oC phùhợp với chức năng bảo quản của từng ngăn.

- Kiểu tủ: một, hai, ba hoặc nhiều buồng, loại kê trên bàn hay gắn tường, loại kê trênsàn thường có lốc đặt dưới phía sau, loại gắn tường lốc đặt phía trên tủ có một số tủ đông

có cửa phía trên khi có thể gọi là thùng lạnh

- Loại tủ: ngày nay lưu hành tên thị trường chủ yếu có hai loại: tủ lạnh nén hơi và tủlạnh hấp thụ Tủ lạnh nén hơi có lốc kín trong đó bố trí máy nén và động cơ, môi chất làfreôn R12 Tủ lạnh hấp thụ là tủ không có lốc, môi chất là ammoniac/nước làm việc theophương pháp hấp thụ khuếch tán, ngoài khả năng dùng điện để chạy máy còn có thể dùngđèn dầu hỏa, đèn ga đề chạy máy

- Phương pháp xả đá: xả đá thủ công, xả đá bán tự động hoặc tự động dùng hơi nónghoặc dây điện trở

- Điện áp sử dụng 100, 110, 127, 200 hoặc 220V ; 50 hoặc 60Hz Thông thường ởViệt Nam tủ sử dụng điện áp 220V 50Hz nhưng một số tủ nhập từ Liên Xô cũ có loại127V 50Hz, nhập từ Nhật 100V 60Hz đôi khi 200V 60Hz

- Dòng điện định mức khi khởi động LRA (Locked Rotor Amperes) và khi chạy cótải FLA ( Full Load Amperes) [A]

- Ngoài các đặc tính cơ bản trên đôi khi khách hàng còn quan tâm đến các thông sốkhác của tủ như tủ có hoặc không có quạt dàn lạnh, cửa ngăn đông và đôi khi cả ngănlạnh có được sưởi chống dính do băng giá hay không ; nước sản xuất và nơi sản xuất ; lốcnằm hay lốc đứng ; kích thước phủ bì và khối lượng tủ

III Đặc trưng công suất động cơ và dung tích của tủ

Lốc tủ lạnh gia đình dung tích đến 250 lít thường có động cơ từ 1/12 mã lực (HP)đến 1/6 mã lực Bảng 1-1 giới thiệu đặc trưng công suất động cơ và dung tích tủ theohang Danfoss (Đan Mạch) Dung tích tủ và công suất động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư dung tích ngăn đông, nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, hiệu quả cách nhiệt võ tủ…Dung tích ngăn đông càng nhỏ, nhiệt độ bay hơi lớn, nhiệt độ ngưng tụ nhỏ và hiệu quảcách nhiệt tốt thì yêu cầu công suất động cơ nhỏ

Bảng 1-1: Đặc trưng công suất động cơ và dung tích tủ

Công suất động

cơ của lốc Dung tích tủ lạnh (lít)

Mã lực W

IV Đặc trưng nhiệt độ của tủ.

Các tủ lạnh một buồng có phân bố nhiệt độ như sau: Ở ngăn đông nhiệt độ đạt 6,

-12 hoặc -180C tùy theo số sao của tủ ( *, ** hoặc **** ) Ở buồng lạnh nhiệt độ từ 0 đến

50C và ở ngăn đựng rau quả từ 7 đến 100C Tuy nhiên nhiệt độ này còn thay đổi theo vịtrí núm thermostat cũng như theo nhiệt độ môi trường bên ngoài

0-4

4812

-10

-6-2

OFF OFF OFF OFF

xả đáX

ả đá

Hình 1-3: Biến thiên nhiệt độ buồng lạnh và ngăn đông khi tủ lạnh hoạt

động bình thường với chu kỳ xả đá

Hình 1-3: giới thiệu sự biến thiên nhiệt độ trong buồng lạnh và ngăn đông của tủlạnh ở vị trí thermostat theo thời gian

V Hệ số thời gian làm việc.

Tủ lạnh làm việc theo chu kỳ, khi nhiệt độ đủ thấp thermostat ( rơle nhiệt độ ) ngắtđiện tủ dừng, nhiệt độ trong tủ lạnh tăng dần và khi tăng quá mức cho phép thermostatđóng mạch cho máy làm việc lại Hệ số thời gian làm việc là tỉ số thời gian làm việc trênthời gian của cả chu kỳ làm việc và nghỉ

Ví dụ nếu tủ cứ làm việc 4,5 phút lại nghỉ 12 phút thì

Hệ số b theo các nhà thiết kế thông thường vào khoảng 0,5 đến 0,6 Hệ số b phụthuộc vào vị trí điều chỉnh núm thermostat và nhiệt độ môi trường bên ngoài Núm điềuchỉnh đến vị trí càng lạnh và nhiệt độ môi trường bên ngoài càng cao thì b càng lớn Nếunhiệt môi trường đạt 320C tủ có thể chạy liên tục Nếu khi đó núm thermostat đang ở sốlớn có thể điều chỉnh về số nhỏ hơn để tủ có thể được nghỉ chút ít



VI Chỉ tiêu tiêu thụ điện.

Điện năng tiêu thụ cho tủ lạnh phụ thuộc vào các yếu tố chính như sau:

 Nhiệt độ môi trường bên ngoài

 Vị trí vặn núm thermostat

 Công suất định mức của động cơ máy nén

 Hệ số thời gian làm việc

 Áp suất ngưng tụ và bay hơi

 Số lần mở cửa và thời gian để cửa mở

 Tổn hao qua biến thế và ổn áp nếu có

Nói chung tổn hao điện năng phụ thuộc vào tính năng kỷ thuật và đặc trưng vậnhành của tủ Tuy cùng tính năng kỷ thuật nhưng nếu vận hành sai, ví dụ dàn ngưng lý do

để gần bếp, do không thoáng khí, do ánh nắng chiếu vào hoặc dàn lạnh để thực phẩm quáchặt, băng tuyết đóng quá dày thì điện năng tiêu tốn hơn đáng kể Để giảm tổn hao quathiết biến thế và ổn áp cần bố trí thiết bị ngắt để biến thế và thiết bị cùng ngắt khi tủkhông làm việc

Hình 1-4 giới thiệu điện năng tiêu tốn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và vị trínúm thermostat cũng như nhiệt độ trong buồng lạnh

Với cùng nhiệt trong buồng lạnh là 40C nếu nhiệt độ bên ngoài là 200C phải điềuchỉnh núm vặn vào số 2, tiêu thụ điện năng khoảng 0,8 kWh/24h và nếu nhiệt độ bên

0

-4

041216

3025

20

kWh24hDien tieu thu

ngoài tăng lên đến 300C, phải điều chỉnh núm vặn đến số 6 và điện năng tiêu thụ lên đến1,7 kWh/24h.

Theo các số liệu của Mỹ, các tủ lạnh từ 100 đến 250 lít tiêu tốn điện năng khoảng0,4 đến 1,0 kWh/24h ở nhiệt độ môi trường 250C các tủ lạnh lớn từ 200 đến 300 lít ở nhiệt

độ môi trường 320C tiêu tốn từ 1,0 đến 2,0 kWh/24h

Chương 2

TỦ LẠNH NÉN HƠI

I Giới thiệu

Tủ lạnh nén hơi là tủ lạnh có lốc gồm máy nén và động cơ điện được hàn kín trong

vỏ thép hình trụ thẳng đứng, nằm ngang hoặc hình ô van…, môi chất là freôn R12 đôi khiR22 hoặc R502 đối với tủ lạnh đông Tủ lạnh nén hơi có những ưu điểm rõ ràng so vớicác tủ lạnh khác do đó được sử dụng rất rộng rãi và chiếm đa số về số lượng trên thịtrường

 Hệ số lạnh hơn nhiều so với tủ lạnh hấp thụ hoặc nhiệt điện

 Công suất lạnh ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường bên ngoài

 Độ tin cậy và tuổi thọ cao, tiêu tốn điện năng thấp

 Do tiếp thu được tiến bộ về khoa học và kỹ thuật, ngày nay tủ được tự động hóahoàn toàn và hầu như không gây tiếng ồn, dáp ứng được các đòi hỏi về ngoại nghi, hiệnđại hình thức và thẩm mĩ

II Cấu tạo tủ lạnh nén hơi.

1 Đặc điểm cấu tạo

1

2 3

Hình 2-1: Cấu tạo tủ lạnh CAPATOB Liên Xô ( cũ )

1- Vỏ cách nhiệt; 2- Cánh tủ; 3- Ngăn đông (có dàn bay hơi)

4- Giá để thực phẩm; 5- Hộp đựng rau quả; 6- Giá đựng chai lọ;

7- Dàn ngưng; 8- Phin sấy, lọc; 9- Lốc

9, 10- Bình tiêu âm11- Roto

12- Stato 13- Các tiếp điểm;

14- Ống hút 15- Ống nén 16- Ống nạp gas17- Dầu bôi trơn 18- Mối hàn

Một tủ lạnh bao giờ cũng có hai phần chính là hệ thống máy lạnh và vỏ cách nhiệt.Hai phần này được ghép với nhau sao cho gọn gàn và thuận tiện nhất

 Vỏ cách nhiệt: được làm bằng polyrethan hoặc polystirol Vỏ ngoài bằng tôn sơn

màu trắng sáng, bên trong là khung bằng nhựa, cửa tủ cũng được cách nhiệt Trong tủ có

bố trí các giá để đặt chai, lọ, trứng, bơ…

 Hệ thống máy lạnh: gồm máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, ống mao, phin sấy-lọc.

2 Các chi tiết của máy lạnh nén hơi

a) Máy nén.

Máy nén có nhiệm vụ hút hơi môi chất sinh ra ở dàn bay hơi để nén lên áp suất cao

và đẩy vào dàn ngưng tụ Máy nén do đó phải có năng suất hút phù hợp với tải nhiệt củadàn bay hơi và ngưng tụ Do yêu cầu tiện nghi máy nén phải có tuổi thọ và độ tin cậy cao,không rung, không ồn

Toàn bộ máy nén và động cơ được bố trí trên 4 lò xo chống rung để khi khởi động

và dừng thì rung động không truyền ra ngoài vỏ tủ Hơi hút về từ dàn bay hơi đi vào vỏlàm mát động cơ sau đó được hút vào xilanh, nén lên áp suất cao đẩy vào ống đẩy để dir angoài vỏ máy

Do máy nén làm việc theo dạng xung động, để giảm tiếng ồn, trên đường hút vàđường đẩy có bố trí hộp tiêu âm Khi làm việc máy nén cần được bôi trơn bằng dầu nhờn

có độ nhớt thích hợp Trên bề mặt trục khuỷu có bố trí rãnh xoắn và miệng hút dầu Khitrục quay, do lực ly tâm dầu được hút lên, đi theo rãnh xoắn vào các ổ đỡ, vào bạc tay

biên, chốt pittông rồi chảy tràn ra ngoài vào bề mặt xilanh, bôi trơn tất cả các bề mặt masát.

ra của mỗi chất lỏng ở xa đầu lốc nên không bị nhiệt thải ở đầu lốc làm cho nóng lên

c)

d)

Hình 2-2: Cấu tạo một số loại dàn ngưng tủ lạnh

a) Dàn ngưng ống xoắn nằm ngang ; b) Dàn ngưng ống xoắn thẳng đứng ; c) Dàn ngưng ống thép nằm ngang cánh bằng tấm liền dập khe gió ; d) Dàn ngưng ống

xoắn nằm ngang cố định lên tấm liền

a) b) c)

Hình 2-3: Một số dạng dàn bay hơi

a) Ống đứng ; b) Ống xoắn ; c) Ống xoắn có cánh tản nhiệt ; d) Ống tấm ;

e) Kiểu tấm (thép không rỉ) ; f) Kiểu tâm (nhôm)

Ngày nay, các dàn ngưng của các tủ lạnh hiện đại không còn đặc riêng ở phía sau tủnữa mà bố trí giấu vào cả 3 mặt tủ (mặt sau và 2 mặt bên) Khi tủ hoạt động ta sẽ thấytoàn bộ vỏ ngoài, nơi có bố trí dàn ngưng nóng lên Nhiệt được thải trực tiếp vào khôngkhí Dàn ngưng bố trí theo kiểu này được bảo vệ tốt hơn, không bị hư hỏng do vậnchuyển Tuy nhiên, cần phải bảo quản dàn thật tốt vì có hỏng hóc, rò rỉ thì rất sữa chữa.Các loại dàn ngưng loại cánh liền có dập khe gió (H2-2c) và không dập khe gió (H2-2d) ít thông dụng hơn Các ống xoắn có thể bằng thép hoặc bằng đồng Các tấm liền làmcánh có thể bằng tôn hoặc bằng nhôm Kết cấu kiểu này cần có sự tiếp xúc tốt giữa ống vàtấm Tủ zil còn sử dụng loại dàn ngưng tấm nhôm Chúng được gia công từ 2 tấm nhômcán dính vào nhau có bố trí rãnh cho môi chất ngưng tụ và khe gió để đối lưu không khítốt hơn

Dàn ngưng không khí cưỡng bức ít được sử dụng trong tủ lạnh gia đình mà phần lớnđược sử dụng trong tủ lạnh, quầy lạnh thương nghiệp, máy điều hòa không khí…

c) Dàn bay hơi.

Dàn bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh sôi và môi trường cần làmlạnh

Dàn bay hơi của tủ lạnh gia đình chia ra 2 loại chính: dàn bay hơi đối lưu không khí

tự nhiên (dàn tĩnh) và dàn bay hơi đối lưu không khí cưỡng bức (dàn quạt)

Dàn tĩnh đại bộ phận là dàn nhôm kiểu tấm có kênh (rãnh) cho môi chất lỏng sôi bêntrong (H2-3f) Dàn tấm nhôm gồm hai tấm được chế tạo như sau: nhôm tấm được làmsạch bề mặt một cách hết sức cẩn thận và trên một tấm người ta dùng thuốc màu vẽ hìnhcác rãnh môi chất theo yêu cầu Màu vẽ chống được sự khuyếch tán vào nhau của nhômkhi cán Do áp suất rất lớn, hai tấm nhôm dính liền lại trừ các rãnh đã vẽ bằng thuốc màu.Người ta đặt các tấm nhôm đã cán vào khuôn và bơm vào rãnh chất lỏng có áp suất lớn(từ 80 đến 100 at), rãnh sẽ nở ra, có hình dáng và chiều cao như yêu cầu Sau đó dàn đượclàm sạch uốn thành hộp phù hợp với ngăn đông, nối các đầu nối và phủ bề mặt để bảo vệ

Dàn nhôm kiểu tấm có ưu điễm rất lớn là rẻ tiền, tốn ít vật liệu, các rãnh môi chất cóthể thiết kế tỏa nhánh lớn dần theo thể tích khí sinh ra từ đầu dàn đến cuối dàn bay hơi.Công nghệ sản xuất phù hợp với việc chế tạo hàng loạt, dễ dàng tự động hóa dây chuyềnsản xuất.

Dàn bay hơi tấm nhôm có hệ số truyền nhiệt lớn nên gọn nhẹ, bố trí vào tủ dể dàng.Tuy nhiên dàn nhôm cũng có nhược điểm là dễ han gỉ, dể bị ăn mòn điện hóa đặc biệt vớimối hàn đồng nhôm giữa dàn bay hơi với ống mao cũng như với ống hút của máy nén, do

đó cần có biện pháp chống han gỉ không để hóa chất hoặc thực phẩm mặn trên dàn Cầnbảo vệ mối hàn đồng nhôm khô ráo đề tránh ăn mòn điện phân, phá hủy phần nhôm củamối hàn Nhôm bị cồn rượu ăn mòn nên không được tiêm methanol vào hệ thống đểchống ẩm

Ngoài dàn bay hơi tấm nhôm người ta còn sử dụng dàn bay hơi tấm thép không gỉ(H2-3e) Công nghệ chế tạo khác hẳn Hai tấm thép không gỉ được dập rãnh phù hợp sau

đó đặt lên nhau và hàn viền 4 mép chung quanh chỉ chừa hai đầu nối cho ống mao và ốnghút Giữa các rãnh có thể hàn dính hai tấm với nhau, sau đó có thể uốn thành hộp theo yêucầu cụ thể của ngăn tủ

Ở các loại tủ hiện đại, các dàn lạnh đều được bọc một lớp phủ bảo vệ bên ngoài mà

ta không thể nhìn thấy được các rãnh đi của môi chất

Các tủ lạnh dùng quạt gió lạnh thì dàn bay hơi dạng ống xoắn có cánh Ống xoắn cóthể bằng đồng hoặc bẳng nhôm, cánh bằng nhôm, bố trí sát vạch cách nhiệt phía sau ngaydưới quạt dàn lạnh Ngăn đông khi đó chỉ là một giá hoặc hộp kết cấu bẳng nhựa, đựngthực phẩm, có bố trí các kênh gió lạnh để quạt thổi gió lạnh vào

d) Ống mao.

Ống mao còn gọi là ống mao dầu hay kapile làm nhiệm vụ tiết lưu Ống mao đơngiản là một đoạn ống có đường kính rất nhỏ từ 0,6 đến 2 mm và chiều dài lớn từ 0,5 đến5m nối giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi

Ống mao có ưu điểm là không có chi tiết chuyển động nên làm việc phải đảm bảovới độ tin cậy cao, không cần bình chứa Sau khi máy nén ngừng làm việc 3 đến 5 phút,

áp suất sẽ cân bằng giữa hai bên hút và nén nên khởi động máy dể dàng

Nhược điểm của ống mao là dể tắc bẩn, tắc ẩm, khó xác định độ dài ống phù hợpcho hệ thống, không thay đổi đươc chế độ làm việc phù hợp với máy nén, dể bi bẹp, gẫy,

xì khi vận chuyển vì ống có đường kính quá nhỏ

Khi lắp đặc trong hệ thống lạnh, ống mao thường được quấn chung quanh hoặc bốtrí dọc theo ống hút để trao đổi nhiệt với hơi lạnh hút về máy nén làm nhiệm vụ của thiết

bị hồi nhiệt trong hệ thống freôn

Khi sửa lại hệ thống lạnh hoặc thay ống mao thường phải tính toán xác định lại chiều dài.Đây là công việc khó khăn và phức tạp phần lớn phải dựa vào kinh nghiệm

e) Phin sấy, phin lọc.

Phin sấy là một ống hình trụ vỏ bằng đồng tóp 2 đầu, trong bình chứa các chất hút

ẩm như silicagel zêolit để hút hết hơi ẩm (hơi nước) còn sót lại trong vòng tuần hoàn môichất lạnh

42

5

5

Hình 2-4: Phin sấy lọc của tủ lạnh

Vỏ ; 2- Lưới lọc ; 3- Khung đỡ lưới ;

4- Lưới chặn ; 5- Hạt hút ẩm

Do freôn R12 hoàn toàn không hòa tan trong nước, nên chỉ 15mg hơi nước còn sótlại trong hệ thống lạnh cũng đủ gây tắc ẩm cho tủ lạnh Lượng nước nhỏ bé đó đi theomôi chất đến cửa thoát của ống mao vào dàn bay hơi, bị giảm nhiệt độ đột ngột, đóngbăng lại và bịt kín cửa thoát của ống mao, không cho môi chất vào dàn bay hơi, dàn bayhơi mất lạnh

Phin lọc dùng để lọc cặn bẩn cơ học ra khỏi vòng tuần hoàn môi chất lạnh như cát,bụi, bùn, xỉ, vẩy hàn, mạt sắt, gỉ kim loại…tránh cho ống mao khỏi bị tắc bẩn và máy nénkhỏi bị cặn bẩn lọt vào các chi tiết chuyển động và bề mặt ma sát gây hỏng móc và trụctrặc

Trong tủ lạnh gia đình dùng phin sấy và phin lọc được kết hợp làm một được gọi làphin sấy lọc

Đầu phía trên của phin nối thông với dàn ngưng tụ và phía dưới nối với ống mao.Phía dưới lớp hạt hút ẩm là lưới đồng với một lớp nỉ hoặc dạ để ngăn các cặn bẩn tinh,ngoài ra còn để đề phòng các hạt hút ẩm tơi rả lọt vào làm tắc ống mao

23

56

Hình 2-5: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh tủ lạnh một buồng

1- Lốc ; 2- Ồng đẩy ; 3- Dàn ngưng ;

4- Phin sấy lọc ; 5- Ống mao ;

6- Dàn bay hơi ; 7- Ống hút

III Nguyên lý làm việc hệ thống lạnh của tủ lạnh.

1 Nguyên lý làm việc hệ thống lạnh của tủ lạnh một buồng.

Hệ thống lạnh tủ lạnh một buồng gồm lốc 1 (máy nén và động cơ), dàn ngưng tụ 3,phin sấy lọc 4, ống mao 5, dàn bay hơi 6, các thiết bị được nối với nhau bằng ống đẩy 2

và ống hút 7 Môi chất lạnh là freôn R12

Trong dàn bay hơi, môi chất lạnh sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp để thu nhiệt củamôi trường cần làm lạnh Hơi sinh ra ở dàn bay hơi được máy nén hút về, nén lên áp suấtcao và đẩy vào dàn ngưng tụ Ở dàn ngưng hơi nóng thải nhiệt cho môi trường và ngưnglại thành lỏng Lỏng chảy qua ống mao để vào dàn bay hơi Do tiết diện ống mao nhỏ nêngây ra hiệu ứng tiết lưu cho dòng chảy qua

Lỏng biến đổi từ trạng thái có áp suất cao và nhiệt độ cao xuống trạng thái có áp suất thấp

và nhiệt độ thấp