CHUONG 1 - Tổng quan về AC_50b614d1d344f57ac19428ef6f3eae85

Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Ơ TƠ -oOo 1.1 Giới thiệu tởng quan 1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điều hòa không khí Hệ thống điều hòa không khí có mặt khắp mọi nơi văn phòng làm việc, siêu thị … và đóng vai trò quan trọng không thể thiếu ô tô hiện Đặc biệt là các nước nhiệt đới đó có Việt Nam, sinh hoạt và làm việc môi trường mát mẻ hệ thống điều hòa không khí tạo là nhu cầu tất mọi người Mặt khác hệ thống còn có chức sưởi ấm, kiểm soát độ ẩm và lọc không khí khoang xe vào mùa đông lạnh giá Như vậy, hệ thống điều hòa không khí có thể chia thành hai phần chính: hệ thống làm lạnh và hệ thống sưởi Hệ thống sưởi sử dụng và điều tiết lượng nhiệt từ nguồn nhiệt hệ thống làm mát động hoặc sấy nóng các điện trở nhờ nguồn điện máy phát điện ô tô tạo Hệ thống làm lạnh là một quá trình phức tạp có lịch sử phát triển lâu dài và hầu hết các xe ô tô đều sử dụng hệ thống điều hòa không khí một hệ thống tiêu chuẩn bắt buộc kể từ năm 2010 Nhiều người không thể nhớ hệ thống điều hòa không khí sử dụng ô tô từ nào mà chỉ biết rằng lịch sử phát triển ô tô, hệ thống điều hòa không khí là một hệ thống tương đối và nó chỉ trang bị những xe đời sang trọng Qua nhiều giai đoạn phát triển, đến năm 1939 công ty ô tô Packard đã ứng dụng hệ thống điều hòa không khí ô tô Đó là khởi đầu cho việc ứng dụng các công nghệ cho ô tô, lúc này hệ thống chưa có các công tắc để điều chỉnh nhiệt độ và luồng không khí khoang xe thổi từ sau trước Qua thời kỳ đầu hệ thống còn nhiều sai xót và tiếp tục nghiên cứu cải thiện, đến 1969 phân nữa xe bán ở Mỹ đều trang bị hệ thống điều hòa không khí Và đến năm 2003, Susanna Robbins đã thống kê khoảng 98 đến 99 phần trăm xe ô tô ở Mỹ đều có lắp hệ thống điều hòa Không chỉ xe du lịch mà nó còn trang bị các cabin xe tải và container Một dấu hiệu cho thấy sự phổ biến và vai trò quan trọng hệ thống điều hòa không khí, hầu hết các xe có trang bị hệ thống này đều thiết kế mui kín là tiền đề cho sự thay đổi lớn thiết kế mang tính khí động học phù hợp và tốc độ tăng cao Tuy nhiên, trước ứng dụng ô tô Hệ thống điêu hòa không khí đã trải qua quá trình phát triển lâu dài và chủ yếu xuất phát từ nhu cầu làm mát sinh hoạt dân dụng Dưới là tóm tắt những cột mốc quan trọng q trình phát triển hệ thớng điều hòa khơng khí dân dụng trước ứng dụng rộng rãi ô tô -1758: John Hadly và Franklin phát hiện quá trình làm lạnh từ sự bay - 1820: Michel Faraday nén và hóa lỏng khí Amoniac - 1830: John Gorrie thổi không khí lạnh để làm mát bệnh nhân, ý tưởng khởi đầu cho nghiên cứu và chế tạo hệ thống làm lạnh - 1851: James Harrision đã chế tạo máy tạo băng - 1881: Hải quân Hoa kỳ đã chế tạo hệ thống dùng nước đá để làm mát cho tổng thống James Garfield - 1902: Willis Carrier đã chế tạo máy làm lạnh thế giới - 1902: Trung tâm giao dịch chứng khoáng New York cho lắp đặt hệ thống làm lạnh - 1906: Stuart Cramer đặt tên cho quá trình là “điều hòa không khí” - 1914 Charles Gates là người sở hữu máy điều hòa nhà riêng - 1928: Thomas Midgley, Jr chế tạo thành công chất sinh hàn Freon (CFC) - 1931: H.H Schultz và J.Q Sherman chế tạo máy điều hòa có kích thước nhỏ gọn - 1939 đến 1945: Ứng dụng công nghệ làm lạnh phục vụ chiến tranh thế giới lần thứ II - 1953: Hơn triệu máy điều hòa sử dụng toàn nước Mỹ - 1957: Heirich Krigar chế tạo thành công máy nén kiểu ly tâm - 1969 Neil Armstrong và Buzz Aldrin bộ mặt trăng với bộ quần áo có trang bị máy điều hòa - 1987: Liên hợp Quốc ban hành nghị định thư Montreal nhằm cắt giảm sử dụng CFC, bảo vệ và hồi phục tầng ozone - Đến nay, hầu hết các ô tô du lịch đều trng bị hệ thống điều hòa không khí với chất làm lạnh bắt buộc là R134a 1.1.2 Ứng dụng hệ thống điều hòa không khí ô tô Hệ thống điều hòa không khí ô tô là một thiết bị sử dụng để tạo không gian vi khí hậu thoải mái cho người lái xe và khách ngồi ô tô Hệ thống điều hòa không khí là thuật ngữ chung dùng để chỉ những thiết bị đảm bảo khơng khí khoang xe ở nhiệt đợ và độ ẩm thích hợp Khi nhiệt độ khoang xe cao, lượng nhiệt lấy để giảm nhiệt độ gọi là “sự làm lạnh” và ngược lại nhiệt độ khoang xe bị hạ thấp, nhiệt sẽ cung cấp thêm để tăng nhiệt độ gọi là “sưởi ấm” Mặt khác, nước thêm vào hay lấy khỏi không khí để đảm bảo độ ẩm khoang xe ở mức đợ phù hợp Vì lý này, thiết bị thực hiện việc điều hòa khơng khí sẽ gờm các cụm hệ thớng làm lạnh, hệ thống sưởi, hệ thống điều khiển nhiệt độ và đợ ẩm, hệ thớng thơng gió và hệ thớng này phải đảm bảo các chức chính sau: + Điều khiển nhiệt độ khoang xe + Điều khiển lưu lượng không khí + Điều khiển độ ẩm khơng khí + Lọc và khử đợc khơng khí 1.2 Những vần đề bản về nhiệt 1.2.1 Nhiệt Để định nghĩa một cách đơn giản, chúng ta xem “nhiệt” là lượng Sự ăn khớp các bánh răng, sự quay các bánh xe sẽ tạo ma sát và kết là sinh “nhiệt” Sự đốt cháy (lửa) phát nhiệt Sự nung nóng mặt trời phát nhiệt đến bề mặt trái đất Lượng nhiệt phù hợp sẽ tạo sự sống và sự thoải mái Nhưng nếu lượng nhiệt quá cao hoặc quá thấp sẽ gây sự khó chịu Điều khiển nhiệt độ có nghĩa là kiểm soát sự thoải mái, và hệ thống điều hòa không khí là một phương pháp điều khiển nhiệt Tất các chất đều có chứa nhiệt Một vài chất ta cảm thấy nóng chất đó ấm thân nhiệt chúng ta Khi một chất nào đó có nhiệt thấp thể chúng ta, ta nói rằng chất đó lạnh Lạnh đơn là sự nhiệt Các nhà khoa học nói rằng một phép đo gọi là “0 tuyệt đối” là điểm mà đó tất nhiệt loại bỏ hồn tồn khỏi đới tượng (sắp xỉ -273oC) Bất kỳ chất nào cao nhiệt độ “0 tụt đới” đều cịn tờn mợt lượng nhiệt định Điều hòa không khí là điều khiển nhiệt Nhiệt là một dạng lượng không thể bị phá hủy, có thể biến đổi sang dạng lượng khác Hệ thống điều hòa không khí sử dụng nhiệt và lượng từ động xe để lấy sức nóng không mong muốn bên khoang xe Một ví dụ về sự hoán đổi lượng là nung nóng chậu nước ngọn lửa Sức nóng từ ngọn lửa sẽ làm tăng nhiệt độ nước gây hiện tượng sôi nước Khí hay nước bay từ nước sôi có thể tạo chuyển động khí, đó là một dạng khác lượng Song song với khái niệm về sức nóng và lượng nhiệt cũng xuất hiện khái niệm độ lạnh Hình 1.1 Sự nung nóng mặt trời tỏa nhiệt đến bề mặt trái đất Nhiệt độ hoặc cường độ nhiệt đo bằng nhiệt kế Cường độ nhiệt quan trọng vì vùng nhiệt độ mà người cảm thầy thoải mái từ 21 - 270C (60 - 850F) Nếu nhiệt độ rơi vào khoảng hoặc vùng nhiệt độ này thì hành khách ngồi xe cảm thấy khó chịu Hình 1.2 Nhiệt kế và vùng nhiệt quan trọng Vùng nhiệt thoải mái người Điểm đóng băng nước Điểm sôi nước Nhiệt lượng đo bằng đơn vị J hoặc BTU Một khúc gỗ tiêu chuẩn có thể tạo lượng nhiệt 1051 J Để làm tăng nhiệt độ 1g nước lên 10C phải tiêu tốn số lượng bằng 4,2 J Một lít xăng tạo lượng nhiệt sắp xỉ 117 MJ(Million Jun) Nhiệt có thể chuyển thành động làm xe chuyển động Hình 1.3 Nhiệt gram = 0.0022 pound; 251 cal = BTU; 1055 J = BTU 170C = 62.60F 180C = 64.40F Nhiệt truyền xe nào? Hình 1.3 Các nuồn nhiệt truyền vào bên ô tô Khi lái xe hoặc đậu xe ánh nắng mặt trời, Nhiệt sẽ truyền vào khoang xe từ nhiều nguồn khác Những nguồn nhiệt gồm: + Không khí môi trường xung quanh; + Tia nắng mặt trời; + Nhiệt động cơ; + Nhiệt mặt đường; + Nhiệt từ hộp số; + Nhiệt ống xã… Tất chúng những nguồn nhiệt đa dạng khác làm tăng nhiệt đợ khơng khí khoang xe Lúc nhiệt đợ mơi trường cao (ví dụ 37oC vào ban ngày), nhiệt độ khoang xe đỗ ánh nắng mặt trời cửa sổ đóng kính có thể lên tới 65 – 70oC Độ ẩm là lượng nước hoặc nước có không khí Độ ẩm không khí có thể thay đổi từ dạng không khí khô 0% cho đến ẩm ướt 100% Không khí lạnh ẩm làm cho chúng ta có cảm giác lạnh so với không khí khô ở cùng nhiệt độ Không khí ẩm nóng làm chậm khả tự làm mát thể người qua chế bốc và chảy mồ hôi Cùng với nhiệt độ, độ ẩm quá mức làm cho người cảm thấy khó chịu Độ ẩm quá mức cũng làm tăng vi khuẩn hệ thống điều hòa không khí Hệ thống điều hòa không khí ô tô không chỉ làm lạnh khoang xe mà còn lấy lượng nước từ luồng không khí vào khoang xe hệ thống điều hòa không khí hoạt động 1.2.2 Sự trao đổi nhiệt Trao đổi nhiệt sự truyền dẫn nhiệt có sự chênh lệch nhiệt độ Lượng nhiệt quá trình trao đổi gọi nhiệt lượng mợt q trình biến thiên Quá trình trao đổi nhiệt diễn theo hướng chuyển nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Để làm mát khoang xe có nhiệt độ cao, giàn bay (giàn lạnh) tạo khu vực có không khí lạnh bên xe để truyền đến vùng không khí có nhiệt độ cao Khi không khí nóng truyền đến vùng lạnh này, nhiệt sẽ lấy và truyền không khí bên ngoài xe Cần phân biệt trao đổi nhiệt với cân bằng nhiệt, là quá trình trao đổi nhiệt giữa hai hoặc nhiều vật chất tới đạt một nhiệt độ chung Trao đổi nhiệt tồn ba hình thức: dẫn nhiệt, đới lưu và bức xạ nhiệt + Dẫn nhiệt (hay tán xạ nhiệt) sự truyền động giữa nguyên tử hay phân tử lân cận mà không kèm theo sự trao đổi phần tử vật chất Hình thức trao đởi nhiệt ln diễn từ vùng có mức lượng cao (có nhiệt đợ cao) đến vùng có mức lượng thấp (có nhiệt độ thấp) Sự truyền nhiệt kim loại thông qua sự chuyển động electron cũng là sự dẫn nhiệt Dẫn nhiệt là cách truyền nhiệt đơn giãn Ví dụ về sự dẫn nhiệt là nung nóng một đầu kim loại Nhiệt cung cấp ở một đầu kim loại sẽ di chuyển dọc kim loại đến đầu đối diện cho đến hai đầu có độ nóng bằng Một số vật liệu thép, đồng và nhôm có tính dẫn nhiệt tốt, một số vật liệu gỗ hoặc nhựa là chất dẫn nhiệt kém dùng làm chất cách nhiệt Hình 1.4 Sự dẫn nhiệt Nhiệt truyền từ đoạn giữa hai đầu mút Thanh kim loại Nuồn nhiệt Đầu kim loại còn nguội + Đối lưu nhiệt một dạng khác sự dẫn nhiệt, thực hiện nhờ sự chủn đợng chất lỏng hay chất khí giữa vùng có nhiệt đợ khác hoặc sự trùn nhiệt từ một hệ rắn sang một hệ lỏng (hoặc khí) và ngược lại Người ta phân biệt giữa đối lưu tự nhiên (dịng vật chất chủn đợng nhờ nợi chất lỏng, khí) đới lưu cưỡng bức (dịng chủn đợng ngoại lực tác dụng, ví dụ quạt, bơm v.v ) Đối lưu xảy nguồn nhiệt động truyền đến hệ thống làm lạnh Khi lượng tiềm ẩn nhiên liệu biến thành và nhiệt quá trình cháy động sẽ tỏa nhiệt môi trường Chất lỏng hệ thống làm mát bơm xuyên qua động và quá trình đối lưu sẽ truyền nhiệt động đến chất lỏng và đưa đến bộ làm mát (két nước) Các lá tản nhiệt sẽ lấy nhiệt chất lỏng bên bộ làm mát truyền đến và nó sẽ làm mát nhờ luồng không khí mát thổi qua Hình 1.5 Sự đối lưu + Bức xạ nhiệt một ví dụ khác sự truyền nhiệt Bức xạ nhiệt có thể truyền qua mọi loại vật chất cũng qua chân không Tất vật thể có nhiệt đợ lớn độ “0” tuyệt đối (0K - độ Kelvin) đều bị bức xạ nhiệt Trong bức xạ nhiệt, dòng nhiệt không chỉ truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh mà cịn theo chiều ngược lại Tuy nhiên, dịng nhiệt từ nóng sang lạnh ln ln lớn dòng nhiệt trùn từ lạnh sang nóng nên dịng nhiệt tởng hợp ln theo chiều từ nóng sang lạnh Hiểu theo mợt cách khác, sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ Hình 1.6 Điểm phát nhiệt Bức xạ nhiệt xảy các tia nhiệt truyền từ vị trí nào đó đến một nơi khác mà không làm nóng không khí hoặc kim loại tia nhiệt xuyên qua Một chiếc ô tô một ngày nắng dịu lạnh Nếu đóng kính cửa sổ cách ly nội thất xe với không khí bên ngoài, nội thất bên sẽ ấm không khí bên ngoài Điều này xảy vì ánh nắng mặt trời xuyên qua không khí và tia sáng sẽ truyền tới nội thất và ngoại thất xe Khi tia sáng này truyền tới bề nặt các chi tiết bên và bên ngoài xe, quang sẽ chuyển thành nhiệt làm ấm xe Không khí lạnh bên ngoài bị tia sáng xuyên qua chúng không bị nung nóng Trong thực tế, một hệ có thể bao gờm nhiều hình thức trao đởi nhiệt khác Ví dụ vật rắn hình thức chủ yếu dẫn nhiệt, nhiên cũng có thêm bức xạ nhiệt, chất lỏng hay khí có thêm đới lưu nhiệt Dịng nhiệt cịn phụ tḥc vào hình dạng vật thể Sự bức xạ nhiệt có thể xảy giữa mặt tiếp xúc, chủ yếu chân khơng Chất khí cũng có thể cho bức xạ nhiệt truyền qua 1.2.3 Các trạng thái của môi chất Các trạng thái vật chất thường tồn ở thể rắn, lỏng và thể khí Một chất rắn có thể là một khối nước đóng băng, cấp nhiệt vào khối băng nó sẽ chuyển sang trạng thái lỏng Nếu ta tiếp tục thêm nhiệt vào nước lỏng đến 1000C, nước thể lỏng sẽ chuyển thành thể Hình 1.7 Sự thay đổi trạng thái vật chất Khối băng- thể rắn Thể khí Thể lỏng Nguồn nhiệt Hệ thống điều hòa không khí hoạt động nhờ môi chất thể lỏng gọi là chất làm lạnh Chất làm lạnh hệ thống điều hòa không khí có chức thay đổi trạng thái từ lỏng sang khí và trở về thể lỏng qua các trạng thái biến đổi ẩn nhiệt Ẩn nhiệt là lượng nhiệt thêm vào hoặc lấy khỏi chất lỏng để làm nó thay đổi trạng thái gọi là ẩn nhiệt vì ta có thể đo lượng nhiệt đó bằng nhiệt kế Ví dụ nếu ta nung nóng 453 gam nước ở áp suất mực nước biển đến 100 0C, ta phải cấp trì cho nó nhiệt ít 993030J để chuyển chúng thành nước Khi ta trì lượng này cho nước, nhiệt độ nước cũng trì Nhiệt lượng thêm vào gọi là ẩn nhiệt, là nhiệt lượng cần thiết để thay đổi trạng thái một chất từ thể lỏng sang thể Hình 1.8 Sự thay đổi ẩn nhiệt Cấp nhiệt Lấy nhiệt Thể Thể rắn Thể lỏng a Sự bay (Ẩn nhiệt hóa hơi) Sự bay là thuật ngữ sử dụng có đủ nhiệt thêm vào chất lỏng để chuyển nó thành thể Ví dụ nước đun sôi Trong hệ thống điều hòa không khí, ẩn nhiệt hóa xảy bên bộ bay (giàn lạnh) Khi môi chất lạnh di chuyển qua giàn lạnh, nó sẽ hấp thụ nhiệt từ bên xe và bắt đầu sôi Khi nhiệt tiếp tục hấp thụ, môi chất lạnh thay đổi từ thể lỏng áp suất thấp sang thể áp suất thấp Sự chuyển trạng thái từ thể lỏng sang thể gọi là sự làm lạnh Trạng thái xảy van giãn nỡ hệ thống điều hòa không khí ô tô Hình 1.9 Sự ẩn nhiệt hóa Hấp thu nhiệt tạo 1gram nước Tách nhiệt tao gram nước nóng Các dạng hóa gồm:bay là quá trình hóa xảy bề mặt thoáng chất lỏng (xảy ở mọi áp suất và nhiệt độ); sôi là quá trình hóa xảy bề mặt thoáng và thể tích chất lỏng các bọt (chỉ xảy ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất đã cho) b Sự ngưng tụ (Ẩn nhiệt ngưng tụ) Thuật ngữ này dùng để mô tả ngược lại quá trình bay Nếu lấy đủ một lượng nhiệt một chất ở thể khỏi chất đó, thì sự thay đổi trạng thái xảy Môi chất ở thể sẽ chuyển sang thể lỏng Trong hệ thống điều hòa không khí, ẩn nhiệt ngưng tụ xảy bên bộ ngưng tụ (giàn nóng) Giàn nóng bị môi chất lạnh lấy nhiệt đưa vào không khí môi trường Vì môi chất lạnh làm nguội (mất nhiệt), nó sẽ ngưng tụ từ thể áp suất cao sang thể lỏng áp suất cao Sự chuyển trạng thái từ thể sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ Trạng thái này xảy giàn nóng hệ thống điều hòa không khí ô tô 10 + Công thay đổi thể tích, nhiệt lượng trao đổi: q= Δu + l12 ; Δu = CvdT =  l12 = q v2 v2 RT   v2      pdv  dv  RT ln  RT ln l12   v     v1  v1 v1  + Công kỹ thuật: p  p  lkt12 = l12 + Biến thiên entropi: ds     q RT  v2  dq  s   ln  R ln v2   R ln     T T T   v1   v1   Quá trình đẳng áp (Cn = Cp): + Phương trình quá trình đẳng áp: Cn = Cp  n  C C C C n p n v   p= const + Quan hệ giữa các thông số trạng thái: p = const  p2 = p1 n=0 T v T v 2 1 + Công thay đổi thể tích: v2  l12  pdv  pv2  v1 v1 + Công kỹ thuật: lkt12 = n.l12 = + Nhiệt lượng trao đổi: Q = G.Cp.(T2 – T1) + Biến thiên entropi:     s  C p ln T   C p ln v2     T1   v1  Quá trình đẳng tích (Cn = Cv): + Phương trình quá trình đẳng tích: C n  Cv  n  C C C C n p n v v = const 16   p  p  + Quan hệ giữa các thông số trạng thái: v = const  v2 = v1 n  T T p p  1 + Công thay đổi thể tích: v2  l12  pdv  v1 + Công kỹ thuật: p2 l12    vdp  v p1 p  p  + Nhiệt lượng trao đổi: Q = G.Cv.(T2 – T1) + Biến thiên entropi:     s  Cv ln T   Cv ln v2     T1   v1  Hình 1.13 Biểu diễn trình đa biến bất kỳ đồ thị p-v và T-s 1.2.6 Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ, áp suất và điểm sôi Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ, áp suất và điểm sôi về mặt lý thuyết thể hiện qua các quá trình nhiệt động môi chất và trình bày cụ thể học phần nhiệt kỹ thuật 17 Trong hệ thực tế, chúng ta nghiên cứu một hiện tượng vật lý mô tả mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thời điểm mà một chất lỏng bắt đầu bay hơi, thời điểm đó gọi là “điểm sôi” Và quy luật này thay đổi sau: “Nếu áp suất chất lỏng tăng, điểm sôi chất lỏng đó sẽ tăng và ngược lại, nếu áp suất tác dụng lên chất lỏng thấp thì điểm sơi nó sẽ thấp” Nói cách khác, nước chân không sẽ sôi ở nhiệt độ thấp 100oC ngược lại nước nồi áp suất hoặc nước hệ thống làm mát động sôi ở nhiệt độ cao 100oC Hình 1.14 Giá trị áp suất và điểm sôi bên két nước Như vậy để tăng hoặc giảm điểm sôi một chất, chúng ta phải tạo áp suất chất đó Tăng áp suất sẽ tăng điểm sôi Để giảm điểm sôi, ta phải giảm áp suất Ví dụ: Khi hệ thớng làm mát động bịt kín và đặt áp suất, điểm sôi nước sẽ lớn 100oC Nhưng nắp áp suất két nước mở ra, lập tức làm giảm điểm sôi nước Điểm sôi nước Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ mực nước biển (0C) mực nước biển (0C) 100 69.0 116.8 13.8 103.4 82.7 120.1 27.6 106.8 96.5 123.1 41.4 110.1 110.3 126.8 55.2 113.4 Bàng 1.1 Biểu đồ sôi nước thay đổi thay đổi lực tác dụng Khi so sánh với két nước ví dụ trên, chất sử dụng hệ thớng điều hịa khơng khí gọi mơi chất lạnh, nó cũng có điểm sôi ở nhiệt độ khác tùy thuộc vào áp suất 18 Hình 1.15 Nhiệt độ sôi khác môi chất khác Dầu bôi trơn; R134a; Nước; R12; Chất có cồn Nhiệt độ tuyệt đối 1.2.6 Quá trình làm lạnh Ta cảm thấy lạnh sau bơi một ngày nóng Điều đó nước thể đã lấy nhiệt bay khỏi thể Hình 1.16 Trạng thái bay có nhiệt độ cao (nóng) Một bình có khóa đặt hợp cách nhiệt tớt, bình chứa một loại chất lỏng dễ bay ở nhiệt đợ thường Khi mở khóa, chất lỏng bình sẽ lấy một lượng nhiệt 19 cần thiết từ không khí hợp để bay thành thể khí khỏi bình Lúc đó, nhiệt đợ khơng khí hộp sẽ giảm xuống thấp lúc trước khóa mở Cũng tương tự vậy, ta cảm thấy lạnh bôi cồn lên cánh tay, cồn lấy nhiệt từ cánh tay nó bay Hình 1.17 Cồn bay làm giảm nhiệt độ vùng da bị tiếp xúc Ta có thể ứng dụng hiện tượng tự nhiên này để chế tạo thiết bị làm lạnh bằng cách cho chất lỏng lấy nhiệt từ một vật nào đó chất lỏng bay Ta có thể làm lạnh một vật bằng cách này, phải thêm chất lỏng vào bình vì nó bay và môi chất sẽ hết Cách khơng hợp lý, vậy người ta chế tạo thiết bị làm lạnh hoạt động hiệu bằng phương pháp ngưng tụ khí thành dạng lỏng sau đó lại làm bay chất lỏng 1.2.7 Chu trình làm lạnh bản Hình 1.18 Chu trình làm lạnh bản Chất lỏng sẽ thu nhiệt thay đổi từ thể lỏng sang thể khí và chất lỏng sẽ tỏa nhiệt chuyển từ thể khí sang thể lỏng 20 Đối với hệ thống điều hòa không khí, để hoạt động hiệu môi chất lạnh phải sử dụng lặp lặp lại nhiều lần quá trình nêu Vì lý này, tất các hệ thống điều hòa không khí đều sử dụng cùng một chu trình nén, ngưng tụ, giãn nở và bay hệ kính Cùng một chất làm lạnh sử dụng để lấy nhiệt nơi cần làm mát cho chính nó và đưa nhiệt này đến một nơi khác  Môi chất đưa vào máy nén ở thể có áp suất thấp, nó nén lại và đẩy khỏi máy nén ở thể có áp suất cao  Dòng khí áp suất cao đưa đến bộ ngưng tụ (giàn nóng) Tại ngưng tụ thành thể lỏng và tỏa nhiệt không khí môi trường  Môi chất thể lỏng áp suất cao sau đó đưa đến van giãn nở (van tiết lưu) Van này hạn chế dòng chất lỏng qua nó và làm giảm áp suất xuống thấp nó rời khỏi van giãn nở  Dòng chất lỏng có áp suất thấp sau đó di chuyển đến bộ bay (giàn lạnh), nhiệt từ không khí môi trường bị chất lỏng hấp thụ và làm thay đổi trạng thái môi chất từ thể lỏng trở về thể  Ngay môi chất biến thành thể có áp suất thấp và nóng, môi chất di chuyển đến máy nén Tại chu trình lặp lại tiếp tục bắt đầu Chú ý rằng bốn giai đoạn chu trình phân chia thành hai nhánh áp suất cao và nhánh áp suất thấp Điều này có liên quan đến áp suất môi chất ở mỗi nhánh 1.2.7.1 Nhánh áp suất cao Môi chất lạnh R134a thể sẽ vào máy nén và nén môi chất dạng lên áp suất nhiệt độ cao Sau đó R134a thể sẽ luân chuyển với dầu bôi trơn đến giàn ngưng tụ Khi môi chất dạng ở áp suất nhiệt độ cao di chuyển qua giàn ngưng tụ, nhiệt sẽ lấy nhờ khơng khí mơi trường xung quanh mát thổi qua các đường ống giàn ngưng tụ môi chất sẽ ngưng tụ từ thể sang thể lỏng Khi môi chất ở thể lỏng có áp suất nhiệt đợ cao di chủn qua giàn ngưng tụ, qua bộ lọc hút ẩm xuyên qua van giãn nở (van tiết lưu) có đường kính lỗ định lượng nhỏ, môi chất cung cấp một lượng hạn chế chống lại sức nén máy nén 21 Hình 1.19 Nhánh áp suất cao 1.2.7.2 Nhánh áp suất thấp Sức hút từ máy nén hút R134a thể lỏng có áp suất nhiệt độ cao qua lỗ định lượng van giãn nỡ và vào nhánh áp suất thấp hệ thớng điều hịa khơng khí Lúc này mơi chất R134a có áp suất nhiệt đợ thấp sẽ bay hơi, nhiệt từ khoang xe thổi qua bề mặt giàn lạnh sẽ bị hấp thụ nhiệt nhờ môi chất lúc này có nhiệt độ lạnh R134a sau đó di chuyển qua giàn bay vào máy nén Chu trình điều hịa khơng khí bắt đầu lặp lại R134a thể máy nén hút và nén nhiều trạng thái áp suất khác Hình 1.20 Nhánh áp suất thấp Sự truyền nhiệt diễn R134a nhánh áp suất thấp lạnh có khả hấp thụ lượng nhiệt lớn từ khơng khí xuyên qua giàn lạnh R134a nhánh áp suất cao ln nóng trở nên mát có không khí môi trường xung quanh thổi xuyên qua giàn nóng hấp thụ nhiệt môi chất 22 Hình 1.21 Chu trình khép kính hệ thống điều hòa không khí bản 1.3 Môi chất lạnh và dầu bôi trơn máy nén 1.3.1 Môi chất lạnh Hệ thống điều hòa không khí ô tô hiện sử dụng môi chất lạnh là R134a Những xe ô tô trước sử dụng môi chất R12 để làm lạnh, hiện R12 không còn sản xuất nữa Ký hiệu R hai loại hóa chất này đều phù hợp các hệ thống làm lạnh vì chúng có điểm sôi thấp Mặc dù có nhiều điểm tương đồng R12 và R134a lại có sức ảnh hưởng đến môi trường khác 1.3.1.1 Khái niệm Môi chất chất trao đổi nhiệt tuần hồn Nó nhận nhiệt bay và giải phóng nhiệt hố lỏng, tuỳ theo áp suất nhiệt đợ mà mơi chất có thể ở trạng thái lỏng, hoặc khí 1.3.1.2 Đặc tính của mơi chất lạnh Môi chất lạnh dùng các hệ thống làm lạnh có nhiều loại NH3, R12, R22, R134a,… với những đặc tính lý hóa đặc trưng riêng Hiện hệ thống điều hòa không khí ô tô chỉ sử dụng môi chất R134a, môi chất R12 đã bị cấm sử dụng và không còn sản xuất nữa vì gây thủng tầng ozone bầu khí quyển Tổng quan về môi chất lạnh và Freon Freon sản phẩm hình thành từ dãy hydro carbon no CnH2n+2 bằng cách thay thế nguyên tử hydro bằng nguyên tử Flo (F), Clo (Cl) và Brom (Br) Mã hóa các freon sau: CnHmFpClqBrk + R(n-1)(m+1)pBrk (số nguyên tử Cl tính theo cơng thức: q= (2n+2)-(m+p+k)) n=1 n-1=0 ký hiệu người ta bỏ sớ đi, chỉ cịn R(m+1)pBrk 23 Ví dụ: Mơi chất lạnh CFC R12  CF2Cl2 Môi chất lạnh HCFC R22  CHF2Cl; R142  C2H3F2Cl; Môi chất lạnh HFC R134a  C2H2F4 Ký hiệu R4xy hỗn hợp không đồng sơi Ví dụ R404a (R125/R143a/R134a tỷ lệ 44/52/4) Ký hiệu R5xy hỡn hợp đờng sơi; Ví dụ R507 (R125/R143a tỷ lệ 50/50) Ký hiệu R7xy môi chất vô cơ, xy là phân tử lượng mơi chất; Ví dụ: NH3 có phân tử lượng 17  ký hiệu R717; CO2 có phân tử lượng 44 ký hiệu R744 a Tính chất của R12 (CF2Cl2 Diclodiflomentan) Hệ thống điều hòa không khí ô tô hiện sử dụng môi chất làm lạnh bắt buộc là R-134a Đối với những xe trước đây, môi chất sử dụng hệ thống là R-12, môi chất này hiện không phép sử dụng Chữ R ký hiệu hai loại môi chất sử dụng hệ thống làm lạnh cho biết chúng có điểm sôi thấp Chúng có nhiều điểm tương đồng sự ảnh hưởng đến tác động môi trường R-12 và R-134a lại khác R-12 là tên chung chỉ hợp chất Dichlorodifluoromethane -12 CFC-12 Nó gồm nguyên tử Carbon (số 2) liên kết với nguyên tử Flo (số 1) và nguyên tử Clo (số 3) xung quanh, CFC-12 có công thức hóa học là CCl2F2 R-12 là chất làm lạnh phù hợp vì khả hấp thụ nhiệt lớn Công thức hóa học: R12 mơi chất có đợ hồn thiện nhiệt đợng cao, NH3 mợt ít, từng dùng rợng rãi cho máy lạnh cấp, bị hạn chế tiến tới cấm sử dụng thành phần hóa học có Cl phá hủy tầng ozone rị rỉ Mơi chất CFC-12 (R-12) đã sử dụng điều hoà ô tô tới tận năm 1995 Tuy nhiên R-12 có thể phá huỷ tầng ozone nó bay vào tầng không khí Việc phá huỷ tầng ozone sẽ làm tăng lượng bức xạ tia cực tím từ mặt trời đến trái đất gây bệnh ung thư da và huỷ hoại môi trường, là một vấn đề có tính toàn cầu Vì vậy cần phải thay thế hoặc sửa chữa các chi tiết hệ thống điều hoà phải thu hồi lại môi chất Nếu môi chất thu hồi một cách chính xác bằng máy phục hồi môi chất thì môi chất sẽ không giảm các tính chất nó tái sử dụng 24 CFC (R-12) sử dụng một thời gian sau đó bị hạn chế bị cấm hoàn toàn vào năm 1995, 1996 Hình 1.14 biểu diễn lượng CFC sinh trình cấm sử dụng Hình 1.13 Cơ chế phá hủy tầng ozone Hình 1.14 Chức tầng Ozone Các tính chất về nhiệt đợng Nhiệt đợ sơi ở áp suất khí quyển thấp: p = at; t = -29,8oC Ở nhiệt độ môi trường áp suất ngưng tụ vừa phải: t = 400C; p = 9,5 at Nhiệt độ tới hạn tương đối cao: tth = 112,040C; pth = 41,96 at Nhiệt độ đông đặc điểm pha thấp: tđđ = -1550C Nhiệt ẩn hóa tương đới lớn, ví dụ t= -150C r = 159.55 kJ/kg Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải 25 ... nước biển (0C) mực nước biển (0C) 10 0 69.0 11 6.8 13 .8 10 3.4 82.7 12 0 .1 27.6 10 6.8 96.5 12 3 .1 41. 4 11 0 .1 110 .3 12 6.8 55.2 11 3.4 Bàng 1. 1 Biểu đồ sôi nước thay đổi thay đổi lực tác dụng...   1? ??  k ? ?1 k + Công thay đổi thể tích: q= Δu + l12  l12 = q – Δu = – Cv(T2 – T1) C v  R  k ? ?1 l 12  R RT  T     1? ?? T T2 k ? ?1 k   T  + Công kỹ thuật: lkt12 = k.l12 +... động môi trường R -1 2 và R -1 3 4a lại khác R -1 2 là tên chung chỉ hợp chất Dichlorodifluoromethane -1 2 CFC -1 2 Nó gồm nguyên tử Carbon (số 2) liên kết với nguyên tử Flo (số 1) và nguyên tử