Máy lạnh hấp thu
1Mở ĐầUKhi vận hành máy lạnh hấp thụ, có một điểm khác biệt hết sức quan trọng so với máy lạnh nén hơi là khởi động rất chậm. Điều này ảnh hởng rất lớn đến việc điều chỉnh phụ tải của máy bằng cách ngừng máy. Đề tài tập trung nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt và sự phân bố nhiệt độ trong quá trình khởi động của máy lạnh hấp thụ nhằm làm cơ sở cho việc tính toán, tìm các biện pháp giảm thời gian khởi động và đa ra chế độ vận hành tối u cho máy lạnh hấp thụ.Đề tài gồm 47 trang: mở đầu, 4 chơng nội dung và kết luận, trong đó có 07 biểu bảng, 18 hình vẽ và đồ thị, 12 tài liệu tham khảo.Chơng 1: Tổng QUAN về máy lạnh hấp thụ1.1. Chu trình lý thuyết Về cơ bản, máy lạnh hấp thụ cũng giống nh máy lạnh nén hơi, chỉ khác là thay máy nén hơi dùng điện bằng cụm máy nén nhiệt dùng nhiệt của nguồn gia nhiệt. Cụm máy nén nhiệt bao gồm: thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lu dung dịch.1.2. Ưu nhợc điểm của MLHTu điểm lớn nhất là sử dụng chủ yếu nguồn nhiệt năng có nhiệt độ không cao (80 ữ 150)0C để hoạt động. Vì thế, máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc sử dụng hợp lý các nguồn năng lợng khác nhau: năng l-ợng mặt trời, khói thải, hơi trích .Một u điểm nữa là có rất ít chi tiết chuyển động, bộ phận chuyển động duy nhất là bơm dung dịch. Vì vậy, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, máy làm việc ít ồn và rung. Trong vòng tuần hoàn môi chất, không có dầu bôi trơn nên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăng. 2 Góp phần vào việc bảo vệ tầng ôzôn khi thay thế máy lạnh nén hơi frêon trong lĩnh vực điều hoà không khí .Máy lạnh hấp thụ có nhợc điểm là giá thành hiện nay còn rất đắt, cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn hơn so với máy lạnh nén hơi. L-ợng nớc làm mát tiêu thụ cũng lớn hơn vì phải làm mát thêm bình hấp thụ. Thời gian khởi động chậm, tổn thất khởi động lớn do lợng dung dịch chứa trong thiết bị lớn. Đây chính là nhợc điểm cơ bản của máy lạnh hấp thụ mà đề tài tập trung nghiên cứu giải quyết.1.3. Môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụMáy lạnh hấp thụ hiện sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh là NH3/H2O và H2O/LiBr. Chơng 2: quá trình khởi động của máy lạnh hấp thụ2.1. Khảo sát luật biến thiên nhiệt độ của chất lỏng theo thời gian trong chế độ khởi động.Với các giả thiết khi nghiên cứu, đề tài đã xác định hàm phân bố nhiệt độ chất lỏng theo thời gian t() khi gia nhiệt:t() = ab - (ab - t0). exp(-a) = tm - (tm - t0). exp(-a)với: tm = ab= PPffCGFkFktCGtFktFk .22110222111++++ ở đây tm = lim t() là nhiệt độ khi ổn định của chất lỏng. 2.1.1 Khi gia nhiệt bằng chất lỏng hoặc khí nóng: Khi đó tm sẽ là nhiệt độ lớn nhất của chất lỏng đạt đợc khi ổn định, lúc và tf1> tm > tf2. Trong thực tế, nếu coi lúc nhiệt độ chất lỏng đạt t() = 95% tm là ổn định, thì thời gian đạt ổn định sẽ bằng: 30 = a1 ln)(00ttttmm = a1 (lnmmttt0+3) [coi ln(1 0,95)-1 3] 2.1.2 Khi gia nhiệt bằng bộ nung điệnKhi đó tm là nhiệt độ lớn nhất của chất lỏng đạt đợc khi ổn định. Thời gian đạt ổn định t() = 0,95 tm sẽ là:0 = PPCGFkCVCF .20++ [lnmmttt0 + 3]2.1.3 Nhận xét+ Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian có dạng hàm mũ: t() = tm (tm t0).exp(-a)+ Máy lạnh hấp thụ có độ trễ nhiệt rất lớn trong quá trình khởi động do lợng chất lỏng V chứa trong các thiết bị lớn.0 = ppCGFkFkCFCV 22110+++.(lnmmttt0 + 3)Muốn giảm 0, cần giảm V, giảm 0FC của thiết bị, tăng diện tích mặt trao đổi nhiệt F1 hoặc tăng công suất cấp nhiệt.2.2. Thí nghiệm trên máy lạnh hấp thụ DIDACTA T108/6D (ý) 0 0 t0 tf2 tm tf1 t () 0,95tm t t 0 tm tf2 t0 0 t () Hình 2.1: Quá trình gia nhiệt bằng khí hoặc chất lỏng nóng.Hình 2.2: Quá trình gia nhiệt môi chất bằng điện 42.2.1. Cấu trúc của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O T108/6D Tiến hành thí nghiệm đo khoảng thời gian để nhiệt độ phòng thay đổi 10C2.2.2. Kết quả đoHình 2.3: Cấu trúc của máyHình 3.4: Sơ đồ hệ thống thiết bị đo nhiệt độ 0510152025303540t,0C,s24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1Hình 3.5. Thời gian hạ nhiệt độ phòng lạnh 52.3. Nhận xétNgay sau khi khởi động, thời gian để ngăn lạnh giảm nhiệt độ đợc 10C là rất lâu vì phải mất thời gian để đun sôi dung dịch trong bình sinh hơi. Nhng sau khi nhiệt độ ngăn lạnh đạt đợc nhiệt độ 230C, qua giai đoạn khởi động, thì thời gian giảm nhanh, ổn định và sau đó từ từ tăng dần. Đó là do độ chênh nhiệt độ của ngăn lạnh và nhiệt độ bay hơi càng lúc càng giảm. Chơng 3: các biện pháp giảm thời gian khởi động CHO Máy Lạnh Hấp Thụ3.1. Biện pháp kết hợp với máy lạnh nén hơi. Đối với các hệ thống lạnh hoặc điều hòa lớn có thể dùng kết hợp máy lạnh hấp thụ vơí máy lạnh nén hơi. Do MLHT khởi động chậm, quá trình điều chỉnh giảm phụ tải tăng suất tiêu hao nhiệt, nên MLHT đáp ứng phụ tải nền, còn máy lạnh nén hơi hoạt động ở tải đỉnh nhọn.3.2. Biện pháp thay đổi thiết bị sinh hơi kiểu ngập sang kiểu tới. Thiết bị sinh hơi kiểu tới có u điểm cơ bản là thời gian lu lại của dung dịch và lợng dung dịch trong thiết bị nhỏ, nên khắc phục đợc nhợc điểm cơ bản của MLHT là độ trễ nhiệt lớn, khởi động chậm.Ngoài ra, thiết bị sinh hơi kiểu tới có hệ số truyền nhiệt lớn hơn so với chế độ sôi ngập, nên làm tăng đợc hiệu quả của chu trình.3.3. Nghiên cứu lý thuyết hiệu quả của thiết bị sinh hơi kiểu tới so với kiểu ngậpSo sánh kết quả của các công thức thực nghiệm tính cho hai quá trình bay hơi này. Khảo sát dung dịch LiBr, = 0,40, sôi ở ts = 900C+ Hệ số toả nhiệt của thiết bị hấp thụ kiểu tới: = 1,03 ( Re .Pr ./L)0,46 . /+ Hệ số toả nhiệt của quá trình sôi ngập khi sôi bọt 6Nu = 0,0871. 674,0' sTdq.156,0,". 371,02,2.adr. 35,0,2, da. (Pr,)-0,162 Kết quả xây dựng đợc đồ thị theo hình (2.1):Nhận xét: Khi độ chênh nhiệt độ với vách nhỏ thì hệ số toả nhiệt của dung dịch LiBr sôi trong TBSH kiểu tới lớn hơn so với trong TBSH kiểu ngập. Độ chênh nhiệt độ càng tăng thì hệ số toả nhiệt kiểu tới giảm nhẹ còn hệ số toả nhiệt kiểu ngập càng tăng mạnh. Khi đến một giá trị độ chênh nhiệt độ nhất định nào đó (ở điều kiện đang xét là khoảng 5,7K) thì có hiệu quả ngợc lại. 3.4. Nghiên cứu thực nghiệm về thiết bị sinh hơi kiểu tới 3.4.1. Mô hình thí nghiệm thiết bị sinh hơi P A 220V 6 kW P = 3 at B D E J C H G M G I F K t 6 kW I t P A 220V D B C E J P = 3 at H G F K a- Thiết bị sinh hơi kiểu ngậpb- Thiết bị sinh hơi kiểu tưới Hình 2.2: Sơ đồ thí nghiệm thiết bị sinh hơi020004000600080001000012000140001 2 3 4 5 6 7 8t, K, W/m2KHệ số toả nhiệt khi sôi kiểu tưới Hệ số toả nhiệt khi sôi ngậpHình 2.1: Hệ số toả nhiệt của thiết bị sinh hơi kiểu tưới và kiểu ngập theo công thức thực nghiệm 73.4.2. Thí nghiệm thay đổi lu lợng nớc tới trong thiết bị sinh hơi kiểu tớiKhảo sát khi nhiệt độ nớc gia nhiệt không đổi và bằng 1100C Kết quả đo lợng nớc ngng nh sau:A/ Thiết bị sinh hơi kiểu ngập: Bảng 2.3: Lợng nớc ngng thu đợc sau mỗi lần đoThời gian đo (ph) 2 5 10 15 20Lợng nớc ngng (g) 339 845 1.684 2.517 3.382Lu lợng nớc ngng: 168,8 [g/ph]B/ Thiết bị sinh hơi kiểu tới: Thay đổi lu lợng nớc tới, ta tính đợc: Bảng 2.4: Lu lợng nớc ngng G (g/ph) trong thiết bị kiểu tớiMật độ tới (g/ph) 30 40 50 60 70Lu lợng G (g/ph) 174,3 175,2 176,4 177,5 178,2So sánh với kiểu ngập (%) 103,3 103,8 104,5 105,2 105,6Hình 2.3: Mô hình thí nghiệm thiết bị sinh hơiG=520382.315517.210684.158452339++++16016517017518018520 30 40 50 60 70 80, l/phútG, g/phútThiết bị sinh hơi kiểu tưới Thiết bị sinh hơi kiểu ngậpHình 2.4: So sánh thiết bị sinh hơi kiểu tưới và ngậpHình 2.4: So sánh thiết bị sinh hơi kiểu tưới và ngập khi thay đổi lưu lượng nước tướikhi thay đổi lưu lượng nước tưới 8C/ Nhận xét: TBSH kiểu tới có hiệu quả cao hơn kiểu ngập và khi lu l-ợng tới càng tăng thì hiệu quả càng cao (tăng từ 3,3% 5,6%). Điều này phù hợp với lý thuyết, vì lu lợng tới tăng thì màng nớc càng chảy rối làm tăng quá trình bay hơi trên bề mặt màng nớc. Tuy nhiên, lu l-ợng tới cũng có giới hạn: tối thiểu phải đảm bảo thấm ớt toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt và tối đa, nếu quá sẽ trở thành sôi ngập.3.4.3. Thí nghiệm thay đổi nhiệt độ nớc gia nhiệt Khảo sát khi lu lợng nớc tới không đổi và bằng 50 lít/phTơng tự , ta tính đợc lu lợng nớc ngng trong 2 trờng hợp:Nhận xét: Khi độ chênh nhiệt độ của nguồn nớc nóng gia nhiệt với nhiệt độ sôi của nớc không lớn, thì TBSH kiểu tới sẽ có hiệu quả cao hơn so với TBSH kiểu ngập. Lúc đầu, khi độ chênh nhiệt độ càng tăng, thì hiệu quả càng cao (tăng từ 5,1% 6,1%), nhng khi tăng đến một giá trị nhất định thì lại có hiệu quả ngợc lại. Điều này cũng phù hợp với lý thuyết, vì khi độ chênh nhiệt độ của nguồn nớc nóng gia nhiệt với nhiệt độ sôi của nớc quá cao, thì khi tới, nớc không còn ở chế độ sôi trên bề mặt màng chất lỏng mà đã chuyển sang chế độ sôi 160165170175180185100 105 110 115 120 125 130tgn, KG, g/phútThiết bị sinh hơi kiểu ngập Thiết bị sinh hơi kiểu tướiHình 2.5: Lu lợng nớc ngng thu đợc khi thay đổi nhiệt độ nguồn gia nhiệt 9bọt, các bọt hơi sẽ tách chất lỏng ra khỏi bề mặt trao đổi nhiệt, tạo ra trên bề mặt vách các điểm khô, làm giảm hệ số toả nhiệt 3.5. Kết luận - Đối với nguồn gia nhiệt có nhiệt độ thấp, TBSH kiểu tới có hiệu quả truyền nhiệt cao hơn so với TBSH kiểu ngập. Trong phạm vi thí nghiệm, hiệu quả tăng đợc có thể đạt đến 9,5%. - Lu lợng tới càng tăng, nhiệt độ của chất lỏng gia nhiệt càng tăng (trong một phạm vi nhất định) thì hiệu quả càng cao. - Thiết bị sinh hơi kiểu tới còn có một u điểm nữa so với TBSH kiểu ngập là lợng dung dịch chứa trong TBSH ít nên giảm đáng kể thời gian khởi động - đun sôi lợng dung dịch chứa trong TBSH - khắc phục đợc nhợc điểm cơ bản của máy lạnh hấp thụ là khởi động chậm và tổn thất khởi động lớn.- Đối với nguồn gia nhiệt có nhiệt độ cao, thì kiểu tới lại có hiệu quả truyền nhiệt thấp hơn so với TBSH kiểu ngập do nó tạo ra chế độ sôi bọt. Ngoài ra, TBSH kiểu tới không áp dụng đợc cho máy lạnh hấp thụ NH3/H2O vì làm tăng lợng hơi nớc cuốn theo hơi amôniăc trong thiết bị sinh hơi.Chơng 4: Lập Chơng Trình Phần Mềm Thiết Kế, Tính Toán Các Thiết Bị TRAO Đổi Nhiệt Của Máy Lạnh Hấp Thụ H2O/LiBr Một Cấp Do khuôn khổ của đề tài, nên Luận án chỉ tập trung xây dựng phần mềm tính toán các thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr sử dụng nguồn gia nhiệt nhiệt độ thấp dùng trong lĩnh vực điều hoà không khí ở Việt Nam, nhằm giúp các nhà kỹ thuật có thể thiết kế hoặc kiểm tra MLHT một cách nhanh chóng và tiện lợi. 10Dựa trên cơ sở lý thuyết phần tính toán chu trình MLHT và các thiết bị trao đổi nhiệt, các công thức tính các thông số nhiệt vật lý của các cặp môi chất để xây dựng chơng trình tính toán. Phần mềm đợc viết bằng ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual Basic 6.0 .****************Kết Luận 1- Các kết quả đạt đợcĐề tài đã đi sâu nghiên cứu, phân tích lý thuyết và tiến hành thực nghiệm quá trình khởi động của máy lạnh hấp thụ. Do lợng dung dịch chứa trong thiết bị sinh hơi kiểu ngập nhiều nên thời gian đun sôi lợng dung dịch này lâu, vì vậy máy lạnh hấp thụ có nhợc điểm là khởi động chậm và tổn thất khởi động lớn.Ngoài các biện pháp khắc phục nhợc điểm này nh kết hợp với máy lạnh nén hơi: máy lạnh hấp thụ đáp ứng phụ tải nền, còn máy lạnh nén hơi hoạt động ở tải đỉnh nhọn, đề tài đã đa ra phơng án giảm thời gian khởi động của máy lạnh hấp thụ một cách hiệu quả: đó là dùng thiết bị sinh hơi kiểu tới đối với máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr dùng nguồn gia nhiệt nhiệt độ thấp thay cho kiểu ngập trong các máy lạnh thơng mại hiện nay. Đề tài cũng đã xây dựng đợc phần mềm tính toán các thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra hoặc thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh hấp thụ .2- Hớng phát triển của Đề tài:Nếu có điều kiện, đề tài sẽ nghiên cứu tiếp hoàn thiện thiết bị sinh hơi kiểu tới để có thể giảm tối đa thời gian khởi động của máy lạnh hấp thụ. . về máy lạnh hấp thụ1.1. Chu trình lý thuyết Về cơ bản, máy lạnh hấp thụ cũng giống nh máy lạnh nén hơi, chỉ khác là thay máy nén hơi dùng điện bằng cụm máy. Máy Lạnh Hấp Thụ3.1. Biện pháp kết hợp với máy lạnh nén hơi. Đối với các hệ thống lạnh hoặc điều hòa lớn có thể dùng kết hợp máy lạnh hấp thụ vơí máy lạnh