Vùng 1: CO2 ở thể khí Vùng 2: CO2 ở thể rắn
Vùng 3: CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (supercritical fluid) khi cả nhiệt độ và áp suất bằng hoặc lớn hơn điểm tới hạn 31oC và 73,8 bar. Trong trạng thái này, CO2 có cả hai tính chất của chất khí và chất lỏng.
Sơ đồ vùng chuyển pha không bị giới hạn bởi nhiệt độ tới hạn vì nhiệt lượng tỏa ra thông qua sự trượt nhiệt độ. Thiết bị ngưng tụ trong chu trình chuyển pha được thay thế
bằng thiết bị làm mát khí vì không có quá trình ngưng tụ diễn ra mà thay vào đó là quá trình làm mát khí. Lướt nhiệt độ này là lợi thế đặc biệt là trong các ứng dụng như sưởi ấm nước và sưởi ấm không khí (ví dụ: quy trình sấy khô) vì hiệu quả liên quan. Phạm
vi nhiệt độ trong đó làm lạnh R744 có thể hoạt động trong hoạt động chuyển hóa là cao nhất khi so sánh với các chất làm lạnh đối lưu khác, tức là -50°C đến 120°C. Nhược
điểm duy nhất với chu kỳ chuyển tiếp cho R744 là áp suất cao. Áp suất tới hạn của R744 là 73,7 bar.
Nếu R744 được vận hành thông qua chu kỳ chuyển pha, thì áp suất cao của nó sẽ ở trên 73,7 bar, khá cao. Điều này đòi hỏi một thiết kế thiết bị có thể xử lý một áp lực cao như vậy. Áp suất cao có những ưu điểm riêng (ví dụ: thiết bị và thiết kế nhỏ gọn) và nhược điểm (thiết bị tốn kém và các vấn đề an toàn). Tuy nhiên, với những tiến bộ công nghệ hiện nay, áp lực này không phải là mối quan tâm lớn.
2.3.2. Ưu, nhược điểm của CO2
* Ưu điểm:
Có sẵn ở khắp mọi nơi, không phụ thuộc vào nguồn cung cấp đặc quyền nào, giá thành sản xuất thấp, không yêu cầu tái chế.
Tính chất vật lý của CO2 được đánh giá cao thuận lợi cho việc làm mát, có năng
suất lạnh riêng cao.
Có khả năng tương thích và kết hợp tốt với các loại dầu bôi trơn.
Có độ chênh áp thấp trong đường ống làm việc và trên thiết bị trao đổi nhiệt. Ví dụ sự tác động của đường hút dài và đường lỏng rất nhỏ.
Ít độc và không bắt lửa.
Không gây ăn mòn với tất cả các loại vật liệu.
* Nhược điểm:
Hệ thống có nguy cơ rò rỉ cao. Do đó thiết kế của các hệ thống R744 có cấu tạo phức tạp dẫn đến giá thành khá cao.
Các thiết bị trong hệ thống cần được kiểm định an toàn thường xuyên do chúng phải làm việc ở áp lực cao.
2.4. Ứng dụng của CO2 trong công nghiệp lạnh
R744 trong lĩnh vực điều hòa không khí đã trở thành tâm điểm của các nghiên cứu bởi cả các tổ chức nghiên cứu và ngành công nghiệp vì nhu cầu cao cho và các yêu cầu cho các lựa chọn thay thế HFC. Hàng năm, nhu cầu mua máy lạnh dân dụng hơn 40 triệu bộ, các sản phẩm thúc đẩy tăng thị trường hơn dự kiến. Mối quan tâm về môi trường trong ứng dụng này là nhiều hơn tập trung vào các tác động gián tiếp của khí thải do sử dụng năng lượng, hơn về tác động trực tiếp của rò rỉ môi chất lạnh. Do đó, vấn đề đạt hiệu quả năng lượng là hết sức quan trọng. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy các kết quả đầy hứa hẹn với việc áp dụng R744 trong hệ thống điều hòa không khí. Các thiết bị với chất làm lạnh một chiều đang hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả hơn so với máy lạnh hai chiều.
2.5 Công thức tính toán liên quan
Mối tương quan giữa lưu lượng gió và tốc độ gió:
Lưu lượng thể tích:
V = v.F ( m3/s) Lưu lượng khối lượng
G = .V ( kg/s)
Trong đó: F là diện tích mặt cắt ngang của quạt: F = r2 , m2
là khối lượng riêng của môi chất, kg/m3 v tốc độ quạt m/s
Trong quá trình thực nghiệm này tất các các thông số như F, giữ nguyên vận tốc gió thay đổi nên ta xem như việc thay đổi lưu lượng là thay đổi vận tốc gió trong quá trình thực nghiệm.
Công thức nhiệt động học:
Công nén đoạn nhiệt:
Năng suất giải nhiệt tại thiết bị ngưng tụ: Năng suất lạnh tại thiết bị bay hơi:
CHƯƠNG 3 : THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM
Trong nghiên cứu này, nhóm sử dụng là một hệ thống lạnh hoàn chỉnh đầy đủ các thiết bị hiện đại để vận hành và đo lường. Hệ thống sử dụng môi chất CO2 - một môi chất mới đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới đã và đang quan tâm nghiên cứu. Hệ thống sử dụng một thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi và một dàn bay hơi kênh mini. Thực nghiệm được tiến hành đo đạt từ nhiều phương pháp: dùng cảm biến nhiệt độ loại thường, thiết bị đo nhiệt độ loại extech, cảm biến nhiệt độ micro, cảm biến lưu lượng, cảm biến áp suất.
3.1. Thiết kế mô hình và hệ thống thực nghiệm3.1.1. Thiết kế mô hình 3.1.1. Thiết kế mô hình
Nghiên cứu được thực nghiệm dựa trên hai mô hình thiết bị bay hơi là dàn bay hơi kênh Mini. Kích thước mô hình được thể hiện như bảng 3.1. Dàn bay hơi có cấu tạo từ các ống dẹp bằng nhôm có các kênh nhỏ bên trong để dẫn môi chất bên trong với kích thước khác nhau, dàn cũng có các cánh đều chế tạo bằng nhôm được thể hiện như Hình 3.1. Dàn lạnh đã được thử nghiệm với phương pháp kiểm tra thủy lực không làm hỏng hoặc biến dạng ở áp suất 90 bar. Bảng 3.1 tóm tắt thông số kỹ thuật cuả các dàn bay hơi.
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật dàn bay hơi Mini
Thông số
Kích thước thiết bị (mm) Diện tích truyền nhiệt (m2) Công suất lạnh (kW) Số ống bên trong dàn Số kênh bên trong ống Đường kính kênh (mm) Số dãy cánh nhôm tản nhiệt Kích thước cánh nhôm (mm) Số pass ống