PHẦN 1: MÔI CHẤT LẠNH TRONG HỆ THỐNG LẠNH MÁY NÉN HƠI I. Giới thiệu về môi chất lạnh Môi chất lạnh (hay tác nhân lạnh, ga lạnh, chất làm lạnh; tiếng Anh: refrigerant) là một chất hoặc hỗn hợp các chất, thường là chất lỏng, được sử dụng trong bơm nhiệt và chu trình làm lạnh. Môi chất lạnh được sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn. Trong máy lạnh nén hơi, môi chất lạnh được tạo thành trong dàn bay hơi ở áp suất thấp, sau đó được máy nén hút về nén đến bình ngưng để ngưng thành lỏng và thực hiện chu trình lạnh trở lại. Những môi chất lạnh thường được sử dụng trong 150 năm qua:
Mục lục PHẦN 1: MÔI CHẤT LẠNH TRONG HỆ THỐNG LẠNH MÁY NÉN HƠI .2 I Giới thiệu môi chất lạnh II Phân loại môi chất lạnh .2 III Đọc ký hiệu môi chất lạnh .4 IV Những yêu cầu môi chất lạnh IV Một số môi chất lạnh thường sử dụng hệ thống lạnh máy nén PHẦN 2: DẦU BÔI TRƠN TRONG HỆ THỐNG LẠNH MÁY NÉN HƠI .10 I Giới thiệu dầu bôi trơn: 10 II Phân loại dầu bôi trơn: 10 III Yêu cầu lưu ý dầu bôi trơn 10 IV Các loại tạp chất có dầu bôi trơn 11 PHẦN 1: MÔI CHẤT LẠNH TRONG HỆ THỐNG LẠNH MÁY NÉN HƠI I Giới thiệu môi chất lạnh - Môi chất lạnh (hay tác nhân lạnh, ga lạnh, chất làm lạnh; tiếng Anh: refrigerant) chất hỗn hợp chất, thường chất lỏng, sử dụng bơm nhiệt chu trình làm lạnh - Mơi chất lạnh sử dụng chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt từ mơi trường có nhiệt độ thấp thải nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao - Trong máy lạnh nén hơi, môi chất lạnh tạo thành dàn bay áp suất thấp, sau máy nén hút nén đến bình ngưng để ngưng thành lỏng thực chu trình lạnh trở lại - Những mơi chất lạnh thường sử dụng 150 năm qua: Sự phá hủy môi sinh chất CFC - Năm 1950 phát suy giảm tầng ozon chưa rõ nguyên nhân - Năm 1975 khảng định môi chất lạnh freon CFC phá hủy tầng ozon khí gọi chung ODSS - Năm 1985 đời công ước viên - Năm 1987 Nghị định thư Montreal ODS - Năm 1990 Hội nghị quốc tế London ODS - Năm 1991 Hội nghị quốc tế Naiobi ODC - Năm 1992 Hội nghị quốc tế Caphenhagen vè ODS - Năm 1994 Việt Nam thức tham gia công ước Viên nghị định thư Montreal Cơ chế phá hủy ozon: Tại tầng bình lưu chất CFC hấp thụ phôton lượng co từ ánh sáng giải phóng clo tự Các Clo tự phá hủy O3 thành O2 oxy nguyên tử Thông qua chuỗi phản ứng tham gia xúc tác Clo tự phá hủy hàng chục ngàn đến hàng tram ngàng phân tử ozon Các freon phân tử chứa nguyên tử hydro cịn gọi HCFC phá hủy ozon so với CFC II Phân loại môi chất lạnh Môi chất lạnh phân loại dựa vào: - Thành phần hố học: Mơi chất lạnh vơ cơ: NH3 (R717), CO2 (R744), nước (R718), khơng khí (R729), Môi chất lạnh hữu cơ: hydroCarbons, haloCarbons, CFC, HFC, HCFC, HBFC, - Thành phần cấu tạo: Môi chất lạnh hỗn hợp: hỗn hợp tạo thành từ hai ba môi chất lạnh đơn chất, mục đích để tăng cường ưu điểm hạn chế nhược điểm môi chất thành phần Môi chất lạnh đơn chất: môi chất lạnh mà thành phần có chất định Các hỗn hợp đồng sôi: chất thành phần có nhiệt độ sơi khơng chênh q 10 độ K R500, R502… Các hỗn hợp khơng đồng sơi: chất thành phần có nhiệt độ sôi chênh 15 độ K R404A, R407C… - Nhiệt độ sơi áp suất bão hồ: Mơi chất lạnh có áp suất sơi cao: R744 Mơi chất lạnh có áp suất sơi trung bình: R123, R134 Mơi chất lạnh có áp suất sơi thấp: R717, R507 - Dựa vào tính cháy nổ: Nhóm I: Các loại môi chất lạnh không cháy, không nổ, khơng độc hại: R11, R12, R22, R134a, R404A… Nhóm II: Các loại mơi chất lạnh độc hại, cháy nổ, giới hạn cháy 3,5% nồng độ thể tích: R113, R160, R611, R717… Nhóm III: Các mơi chất lạnh dễ cháy nổ, nguy hiểm, giới hạn cháy 3,5% nồng độ thể tích, mức độ độc nhóm II : R290, R600, R601… - Dựa vào độ độc hại: (Giảm dần từ đến với thời gian gây tử vong chứa lượng khơng khí tăng dần) Độ độc 1: phút, 0,5 – 1%: SO2 Độ độc 2: 30 phút, 0,5 – 1%: NH3 Độ độc 3: 60 phút, 2,5 – 3%: CH3Cl Độ độc 4: 60 phút, 20 – 25%: F21, F142 Độ độc 5: 60 phút, 25 – 30%: F11, F22, CO2 Độ độc 6: 120 phút, 25 – 30%: F12, F114 III Đọc ký hiệu môi chất lạnh Các môi chất lạnh thường kí hiệu: Rxyz với R viết tắt refrigerant x, y, z chữ số Đối với môi chất lạnh freon: x – số nguyển tử carbon phân tử - y – số nguyên tử hydro phân tử + z – số nguyên tử flo phân tử Lưu ý: - Các dẫn xuất methane CH4 có x = khơng viết Ví dụ: R11, R12, - Các chất có đồng phân thêm chữ a, b sau chữ số Ví dụ: R134a - Các olefin có số trước chữ số Ví dụ: C2F4: R1114 Đối với hỗn hợp không đồng sôi: R4yz Ví dụ: R404A Đối với hỗn hợp đồng sơi: R5yz Ví dụ: R502 Đối với mơi chất lạnh vơ cơ: R7yz, với yz phân tử khối Ví dụ: R717 ammoniac, R718 nước, Các hỗn hợp không đồng sôi: hỗn hợp môi chất thành phần có nhiệt độ sơi cách 15 độ Hỗn hợp có nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ sơi thay đổi áp suất ngưng tụ áp suất sôi không đổi Các hỗn hợp đồng sôi: hỗn hợp thường có thành phần, mục đích để tăng cường ưu điểm hạn chế nhược điểm đơn chất Thường chất thành phần có nhiệt độ sơi chênh khơng 10 độ IV Những yêu cầu môi chất lạnh Về tính chất hố học - Bền vững mặt hoá học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc, khơng khó phân huỷ, khơng polymer hố - Phải trơ, khơng ăn mịn đường ống, vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầu bơi trơn, oxy ẩm - An tồn, khơng dễ cháy, nổ Về tính chất lý học - Áp suất ngưng tụ phải thấp Nếu áp suất ngưng tụ cao yêu cầu độ bền chi tiết máy nén lớn, vách thiết bị dày, dễ rò rỉ gây độc hại, tổn thất - Áp suất bay không nhỏ (>1 atm; lớn áp suất khí quyển) để hệ thống không bị chân không, tránh thâm nhập khơng khí bên ngồi vào hệ thống gây giảm suất lạnh - Nhiệt độ đông đặc phải thấp nhiệt độ bay nhiều - Nhiệt độ tới hạn phải cao nhiệt độ ngưng tụ nhiều - Ẩn nhiệt hoá hơi, nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt môi chấy lạnh phải lớn tốt Các số lớn, lượng môi chất tuần hoàn hệ thống nhỏ, suất lạnh riêng khối lượng lớn - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn tốt, máy nén thiết bị gọn nhẹ - Độ nhớt môi chất không lớn để giảm tổn thất đường ống cửa van không nhỏ, dễ gây rị rỉ - Mơi chất hồ tan dầu bơi trơn tốt khơng hồ tan, tăng khả bôi trơn hiệu truyền nhiệt - Không dẫn điện để sử dụng cho máy nén kín nửa kín - Mơi chất có khả hoà tan nước lớn tốt, tránh tượng tắc ẩm cho phận tiết lưu Tính chất sinh lý - Không độc hại với người động, thực vật sống, không gây phản ứng với quan hơ hấp, khơng tạo khí độc tiếp xúc với lửa vật liệu chế tạo máy - Cần có mùi đặc biệt để dễ dàng phát rị rỉ - Khơng làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phầm cần làm lạnh - Chỉ số GWP (tiềm làm nóng tồn cầu) ODP (tiềm phá huỷ ozone) thấp tốt Tính kinh tế - Giá thành thấp độ tinh khiết phải đảm bảo - Dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản IV Một số môi chất lạnh thường sử dụng hệ thống lạnh máy nén R717 – Ammoniac – NH3 a Tính chất: - NH3 chất khí khơng màu, có mùi khai hắc, cháy tạo lửa màu vàng - Nhiệt độ sôi áp suất khí quyển: -33,35 oC - Nhiệt độ đơng đặc: -77 oC - Nhiệt độ tới hạn: 135,3 oC - Áp suất tới hạn: 11,33 MPa - Nhiệt độ ngưng tụ: 32 oC - Áp suất tụ: 12 – 15 kg/cm3 - Khối lượng riêng (0 oC): 0.64kg/dm3 - Năng suất lạnh riêng khối lượng lớn - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn - Nhiệt độ cuối tầm nén cao - Độ nhớt nhỏ - Hệ số dẫn nhiệt lớn - Chỉ bị phân huỷ 260 oC - Không tác dụng với phi kim, kim loại (ngoại trừ Cu hợp kim Cu) - Hồ tan vơ tận nước - Khơng hồ tan dầu bơi trơn - Gây nổ với Hg - Khi có lửa NH3 gây cháy - Độc hại với người - Làm giảm chất lượng thực phẩm - Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản sản xuất - Có tính dẫn điện tốt - Ở nồng độ 0.007-0.1% thể tích khơng khí bắt đầu có hủy hoại quan hơ hấp Từ 0.2-0.3% gây mù mắt làm chết ngạt 30 phút b Phạm vi áp dụng: - Hệ thống lạnh nén dùng máy nén – cấp kho bảo quản, điều hồ khơng khí, - Có tính dẫn điện nên sử dụng cho máy nén hở - Không sử dụng cho máy lạnh công suất nhỏ - Dùng máy nén piston trục vít hở Freon Là dẫn xuất halogen hydroCarbon no, nguyên tử hydro thay phần hoàn toàn nguyên tử clo, brom, flo Công thức tổng quát: CnHxFyClzBru Với x + y + z + u = 2n + a R22 – F22 – CHClF2 Tính chất - Là chất khí khơng màu, có mùi thơm nhẹ, khơng độc dễ cháy - Nhiệt độ sơi áp suất khí quyển: -40,8 oC - Nhiệt độ đông đặc: -160 oC - Nhiệt độ tới hạn: 96,2 oC - Áp suất tới hạn: 4,99 MPa - Nhiệt độ ngưng tụ: 30 - 42 oC - Áp suất tụ: 1,3 – 1,6 MPa - Khối lượng riêng (0 oC): 1,285 kg/dm3 - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn - Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình - Độ nhớt lớn - Chỉ bị phân huỷ 550 oC - Không tác dụng với phi kim, kim làm trương phồng cao su, chất dẻo - Không tan nước - Ít hồ tan dầu bơi trơn - Có tính dẫn điện tốt dạng lỏng, không dẫn điện dạng khí Phạm vi áp dụng Được dùng hệ thống lạnh nén – cấp, kho bảo quản, sản xuất nước đá, điều hố khơng khí R290 – F290 – C3H8 – Propane Tính chất - Là môi chất thay cho R22 Là chất khí khơng màu, dễ cháy, nổ, khơng độc - Nhiệt độ sơi áp suất khí quyển: -42,1 oC - Nhiệt độ tới hạn: 96,7 oC - Áp suất tới hạn: 4,29 Mpa - Ở nhiệt độ bay -40 oC đến -50 oC, hệ thống sử dụng môi chất tiết kiệm lượng so với máy nén cấp sử dụng R717 Phạm vi áp dụng: R22 R134a Là loại môi chất lạnh thay cho môi chất dần bị loại bỏ R12 Cơng thức hóa: CH2F-CF3 Tính chất: - Nhiệt độ sơi: -26.1oC - Nhiệt độ tới hạn: 101.15oC - Áp suất tới hạn 4.06 MPa -Nhiệt độ đông đặc: -101oC -Nhiệt dung riêng lỏng sơi: 1.26 kJ/kg.K - Độ hịa tan nước 25oC: 2.2 g/kg - Hệ số dẫn nhiệt 25oC lỏng sôi: 0.0823 W/m.K bão hòa: 0.0143 W/m.K Cũng R12, R134a phù hợp với kim loại, hợp kim phi kim loại chế tạo máy (trừ Zn, Mg, Pb hợp kim nhôm với thành phần Mg > 2% khối lượng) R134a có số làm nóng địa cầu 90% R12 có nhiều đặc tính giống R12 + Không gây cháy nổ +Không độc hại, không ảnh hưởng xấu tới thể sống + Tương đối bền vững hóa nhiệt + Có tính chất tốt với kim loại chế tạo máy + Có tính chất nhiệt động vật lí phù hợp Ứng dụng: - Dùng làm môi chất lạnh tủ lạnh ô tô lạnh - Là môi chất lạnh tiêu chuẩn cơng nghiệp điều hịa khơng khí tủ ướp lạnh - Dùng máy nén nửa kín, trục vít tua-bin - Năm 2002 Nhật Bản 85% tủ lạnh dùng R134a R407C Là môi chất thay cho R22 (năng suất lạnh riêng thể tích hiệu suất lạnh tương đương R22) Tính chất: - Nhiệt độ sôi (0.1013 MPa): -43.8oC - Nhiệt độ tới hạn: 86.1oC - Áp suất tới hạn: 4.63 MPa - Độ trượt nhiệt độ: 7K - Bền vững hóa học, khơng ăn mòn vật liệu chế tạo máy giống R22 Ứng dụng: - Dùng làm mơi chất máy điều hịa nhiệt độ, máy lạnh kho lạnh R502 Là môi chất lạnh đồng sôi gồm 48.8% R22 51.2% R115 theo nồng độ khối lượng Do có thành phần R115 nên nhiều nhược điểm R22 cải thiện như: Nhiệt độ cuối tầm nén giảm, suất lạnh tăng 20%, hịa tan dầu tốt hơn, nhiệt độ sơi thấp R502 thường sử dung nhiệt độ lanh đông từ -20 đến -50oC R502 bị cấm thay bang R404a, R407, R507 R404A (R125/R143/R134a: 44/52/4%) Tính chất: - Nhiệt độ sôi: -46.6oC -Nhiệt độ tới hạn: 72.1oC - ODP=0, GWP=3260 - Áp suất tới hạn: 3.74 MPa - Không cháy độc hại so với R520 -Bền vừng háo học, khơng ăn mịn vật liệu chế tạo máy - Khơng hóa tan dầu khống, hịa tan dầu dầu P0 Ưu điếm: - Hỗn hợp tạo môi chất lạnh phù hợp với dạng máy lạnh đại - Hiệu suất cao - Độ tin cậy lớn ( an toàn, chất lượng tốt) Nhược điểm: - Có độ trượt nhiệt sơi hay ngưng - Nồng độ môi chất R404 thể lỏng thể không giống dẫn đến sai khác nồng độ hệ thống bị rò rỉ nạp không kỹ thuật Ứng dụng: - Sử dụng chủ yếu ứng dụng làm lạnh thương mại công nghiệp lớn: kho bảo quản lạnh, máy nước đá,… - Nguồn thay dài hạn cho R502 PHẦN 2: DẦU BÔI TRƠN TRONG HỆ THỐNG LẠNH MÁY NÉN HƠI I Giới thiệu dầu bôi trơn: Dầu bôi trơn sử dụng hệ thống lạnh để bôi trơn máy nén giúp hệ thống hoạt động trơn tru Bôi trơn giảm ma sát cách: - Tạo lớp màng bề mặt ma sát - Làm nguội trao đổi nhiệt II Phân loại dầu bôi trơn: - Dầu khống M: có nguồn gốc từ dầu thơ, phù hợp cho hệ thống lạnh dầu có gốc Naphten Hoà tan với CFC HCFC nhiệt độ thấp Khá phổ biến nhờ chất lượng, chi phí nguồn cung cấp - Dầu tổng hợp A: nguồn gốc từ khí thiên nhiên (chủ yếu gốc benzene alkyl), độ ổn định nhiệt cao, hoà tan tốt với CFC HCFC nhiệt độ thấp, dùng với R717 - Dầu hỗn hợp MA: độ ổn định cao sủi bọt máy nén dầu khoáng - Dầu tổng hợp P: gốc polyalphaolephin, độ ổn định nhiệt cao; sử dụng hệ thống có máy nén làm việc nhiệt độ cao, bền hệ thống có lẫn khơng khí, nhiệt độ đơng đặc thấp Ít hồ tan với HCFC nhiệt độ thấp - Dầu hỗn hợp MP: bị oxy hố, nhiệt độ đơng đặc thấp, phù hợp với hệ thống lạnh R717 - Dầu hỗn hợp AP: hoà tan tốt với CFC HCFC - Dầu tổng hợp E: gốc ester, hồ tan phần với mơi chất lạnh không chứa clo; hấp thụ nước tiếp xúc với khơng khí - Dầu tổng hợp G: gốc polyglycol, sử dụng cho hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh gốc hydrocarbon III Yêu cầu lưu ý dầu bơi trơn u cầu: - Tính chất hố lý ổn định - Khơng phản ứng hố học với mơi chất - Hồ tan tốt mơi chất, nhiên làm giảm độ nhớt dầu giảm khả bôi trơn, giảm hệ số lạnh mối chất Lưu ý: - Sử dụng loại dầu bôi trơn cho mơi chất lạnh, dùng sai làm kẹt máy nén - Nếu sử dụng dầu bôi trơn, máy nén không bôi trơn tốt - Sử dụng nhiều dầu bôi trơn làm giảm khả làm lạnh hệ thống - Khi thay phận hệ thống, cần phải bổ sung lượng dầu tương đương với lượng dầu phận cũ vào phận IV Các loại tạp chất có dầu bơi trơn a Chất bẩn từ bên ngồi - Có thể bị thổi qua khe xéc măng, dính vào lớp màng dầu bơi - Thâm nhập qua gioăng phốt hỏng - Làm tăng mài mòn b Các hạt mài mòn Từ thành phần động (nhơm, thép, chì, chrom, nickel, ) c Nước - Có thể thâm nhập bổ sung dầu - Khi động nguội, nước đọng - Thúc đẩy q trình tạo acid, gây ăn mịn d Nước làm mát - Xâm nhập qua phớt, xilanh rỗ, vết nứt xilanh, qua bơm - Glycol làm tắc đường dầu - Làm biến tính chất phụ gia - Tạo acid gây ăn mòn