5.1. Khái niệm:
5.1.1. Chu trình máy lạnh nén hơi: 1. Chu trình một cấp amoniac (Hình 7.35)
Hình 7.35. Chu trình một cấp amoniac
a) Sơ ựồ: MN. Máy nén; NT. Bình ngưng tụ; TL. Van tiết lưu; BH. Bình bay hơi b) Chu trình biểu diễn trên ựồ thị T-s; c) Chu trình biểu diễn trên ựồ thị lgp-h b) Chu trình biểu diễn trên ựồ thị T-s; c) Chu trình biểu diễn trên ựồ thị lgp-h
- Hình 7.35a : Sơ ựồ thiết bị ựơn giản của chu trình máy lạnh một cấp ựược sử dụng cho môi chất NH3.
- Hình 7.35b : Chu trình biểu diễn trên ựồ thị T - S - Hình 7.35c : Chu trình biểu diễn trên ựồ thị Logp - h.
a/ Nguyên lý hoạt ựộng:
Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi ựược máy nén hút về và nén lên áp suất cao vào bình ngưng tụ. Ở bình ngưng hơi môi chất thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao ựi qua van tiết lưu vào bình bay hơi. Tại bình bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt ựộ thấp thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi ựược hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn của môi chất ựược khép kắn.
b. Sự thay ựổi trạng thái môi chất trong chu trình:
1Ỗ -1 : Quá nhiệt hơi hút.
1 - 2 : Nén ựoạn nhiệt từ áp suất thấp po lên áp suất cao Pk, và S1 = S2.
2 - 2' : Làm mát ựẳng áp hơi môi chất từ trạng thái qúa nhiệt xuống trạng thái bão hòa.
2' - 3' :: Ngưng tụ môi chất ựẳng áp và ựẳng nhiệt. 3' - 3 : Quá lạnh môi chất lỏng ựẳng áp.
3 - 4 : Quá trình tiết lưu ựẳng antapi ở van tiết lưu h3 = h4 .
4 - 1' : Quá trình bay hơi ựẳng áp và ựẳng nhiệt po = const, t0 = const . 2. Chu trình hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn: (hình 7.36)
Hình 7.36. Chu trình hai cấp nén bình trung gian có ống xoắn BH- Bình bay hơi; NHA- Máy nén hạ áp; NCA- Máy nén cao áp
NT- Bình ngưng tụ; TL1,TL2- Van tiết lưu 1 và 2;BTG- Bình trung gian 1. Nguyên lý hoạt ựộng:
Hơi môi chất lạnh hình thành ở bình bay hơi (BH) ựược máy nén hạ áp (NHA) hút vào và nén từ trạng thái 1 có áp suất po và nhiệt ựộ t0 lên trạng thái 2 có áp suất trung gian Ptg và nhiệt ựộ t2, sau ựó vào bình trung gian BTG, hơi ựược làm mát xuống trạng thái bão hoà (làm mát hoàn toàn). Hơi ở trạng thái 3 ựược máy nén cao áp NCA hút và nén lên trạng thái 4 có áp suất ngưng tụ pk và nhiệt ựộ cao t4, rồi ựược ựẩy vào thiết bị ngưng tụ , tại ựây hơi thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng cao áp, một phần lỏng ựi qua van tiết lưu VTL1 vào bình trung gian nhằm làm mát hơi nóng ở trạng thái 2 xuống trạng thái hơi bão hòa 3, còn phần lỏng chắnh ựược làm quá lạnh trong ống xoắn của bình trung gian và sau ựó qua van tiết lưu VTL 2 vào bình bay hơi. Tại ựây lớp môi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường. Hơi hình thành ựược máy nén hạ áp hút về. Như vậy vòng tuần hoàn của môi chất lạnh ựã khép kắn.
Khi δ = O K P P > 9 thì dùng cấp 2, 3 cấp . PK : Áp suất ngưng tụ
PO : Áp suất bay hơi b. Các quá trình của chu trình:
1 - 2 : Nén ựoạn nhiệt cấp hạ áp từ po lên ptg.
2 - 3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống ựường hơi bão hoà x = 1 3 - 4 : Nén ựoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk
4 - 5 : Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong bình ngưng 5 - 7 : Tiết lưu từ áp suất pk vào bình trung gian
5 - 6 : Quá lạnh lỏng ựẳng áp trong bình trung gian 6 - 10 : Tiết lưu từ áp suất Pk xuống po.
10 - 1' : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh. 5.1.2 Thiết bị trao ựổi nhiệt của hệ thống lạnh: 1/ Nhiệm vụ :
Thiết bị trao ựổi nhiệt của máy lạnh theo chức năng có thể chia ra làm hai nhóm: thiết bị chắnh và thiết bị phụ
Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị trao ựổi nhiệt là truyền nhiệt từ một chất này cho một chất khác thông qua bề mặt ngăn cách hoặc bằng cách tiếp xúc trực tiếp .
Các loại bình ngưng và dàn bay hơi là những thiết bị trao ựổi nhiệt bắt buộc phải có trong máy lạnh, nên chúng là những thiết bị chắnh
2/ Thiết bị ngưng tụ a) đặc ựiểm :
Thiết bị ngưng tụ là thiết bị ựể biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt ựộ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng. Hơi ựi vào thiết bị là hơi quá nhiệt cho nên trước tiên nó phải ựược làm lạnh ựến nhiệt ựộ bảo hòa, rồi ựến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài ựộ trước khi ra khỏi bình ngưng.
b) Yêu cầu ựối với thiết bị:
Nhanh chóng tách tác nhân lạnh ựã ngưng tụ ra khỏi bề mặt truyền nhiệt. Tách không khắ và các loại khắ không ngưng tốt.
Tách dầu ra khỏi bình ngưng NH3
Làm sạch cáu bẩn về phắa nước giải nhiệt hoặc không khắ giải nhiệt như bùn ựất, canxi, bụi, sét rỉ...
c) Phân loại thiết bị ngưng tụ:
Dựa vào môi trường giữ nhiệt mà phân thành
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước (giải nhiệt bằng nước ).
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khắ (giải nhiệt bằng không khắ) - Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp (giải nhiệt bằng nước và không khắ
Trong các hệ thống lạnh trung bình và lớn thường sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc kiểu kết hợp .
Nước làm mát có thể sử dụng một lần hoặc tuần hoàn 3/ Thiết bị bay hơi :
a. đặc ựiểm :
Thiết bị bay hơi là thiết bị trao ựổi nhiệt mà tại ựó lỏng tác nhân sau khi qua van tiết lưu sẽ thực hiện quá trình bay hơi ựể thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Môi trường có thể là không khắ hoặc lỏng
b. Phân loại thiết bị bay hơi:
- Dựa vào tắnh chất của môi truờng làm lạnh:
+ Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng ( nước, dung dịch nước muối, dung dịch rượu ..)
+ Thiết bị bay hơi làm lạnh không kh. Trong loại này thường chia thành hai nhóm: dàn lạnh ựông không khắ ựối lưu tự nhiên (dàn lạnh tĩnh) và dàn lạnh không khắ ựối lưu cưỡng bức (dàn lạnh quạt).
- Dựa theo mức ựộ choán chổ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị:
+ Thiết bị bay hơi kiểu ngập mỗi chất lạnh lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt trao ựổi nhiệt (thường là loại cấp lỏng từ dưới lên)
+ Thiết bị bay hơi kiểu không ngập: mỗi chất lạnh lỏng không bao phủ toàn bộ bề mặt trao ựổi nhiệt. Một phần bề mặt trao ựổi nhiệt dùng ựể quá nhiệt hơi hút về máy nén (thường là loại cấp lỏng từ trên từ dưới xuống lên)
5.2. Thiết bị ngưng tụ
5.2.1. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước: 1/Thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang NH3
đây là loại thiết bị ngưng tụ ựược sử dụng phổ biến hiện nay cho các hệ thống lạnh năng xuất vừa và lớn
Hình 7.37. Bình ngưng ống vỏ nằm ngang
1- Van an toàn 6 - Xả không khắ của nước 2- đường cân bằng 7- đường nước ra
3- Cửa NH3 vào 8 - đường nước vào 4- Áp kế 9- Xã nước
5- Van xã khắ không ngưng 10- Cửa lỏng NH3 ra b) Nguyên tắc làm việc:
Hơi môi chất sau khi nén cao áp ựược ựưa vào phần trên của bình ngưng qua ựường ống (3) vào ựầy không gian các ống tỏa nhiệt cho nước làm mát trong ống và ngưng tụ lại. Môi chất lỏng ngưng tụ lại ựược khống chế ở chiều cao cột lỏng khoảng 15 ọ 20% ựường kắnh trong thiết bị. Lỏng ựược lấy ra ở dưới ở dưới bình ngưng (10) ựi vào bình chứa hoặc trạm tiết lưu.
Bình ngưng có nắp 2 ựầu, các ống nước ra và vào (7 và 8) ựược hàn vào nắp trong nắp có các tấm chắn ựể tạo số hành trình cần thiết cho nước chảy.
Ống trong bình ngưng NH3 là ống thép dạng thẳng hoặc dạng chữ U (khi ựó bình chỉ có 1 nắp), sử dụng ống thép tròn không có cánh vì hệ số tỏa nhiệt phắa trong ống và hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của NH3 gần bằng nhau. Các ống thép có Φ 25x3mm
* Ưu ựiểm:
- Thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn
- Hệ số truyền nhiệt cao (k = 800 + 1000w/m20k) - Ít tốn kim loại, ắt tốn diện tắch lắp ựặt
2/ Thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang freon a) Cấu tạo (hình7.38)
Hình 7.38. Thiết bị ngưng tự kiểu ống vỏ nằm ngang 1 - Vỏ thiết bị 5 - Bầu gom lỏng 2 - Mặt sàng 6 - Van xã 3- Nắp 7 - Van an toàn 4- Ống trao ựổi nhiệt
b) Nguyên tắc:
Thiết bị ngưng tụ freon khác so với bình ngưng ống vỏ NH3 như sau: - Ống truyền nhiệt có thể bằng thép hoặc bằng ựồng
- Ống ựược tạo cánh về phắa tác nhân lạnh vì hệ số toả nhiệt khi ngưng cuả freon nhỏ hơn hệ số tỏa nhiệt của nước khá nhiều .
- Do dầu hòa tan của mỗi chất nên không có bầu gom dầu và van xã dầu