Để nhận được nhiệt độ thấp ngoài máy lạnh nhiều cấp người ta còn sử dụng máy lạnh ghép tầng. Trong cuộc chạy đua hóa lỏng các đơn khí của không khí máy lạnh ghép tầng được sử dụng với số tầng là 4.
Máy lạnh ghép tầng là hệ thống máy lạnh có nhiều tầng. Mỗi tầng là một hệ thống máy lạnh hoàn chỉnh. Thiết bị bay hơi của tầng trên là thiết bị ngưng tụ của tầng dưới tiếp theo.
4.10.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:
Hình 4.12: Máy lạnh ghép tầng.
Sơ đồ trên là sơ đồ máy lạnh 2 tầng. Chu trình tầng trên 11, 21, 31, 41 và chu trình tầng dưới là 12, 22, 32, 42. Thiết bị bay hơi của tầng trên đồng thời là thiết bị ngưng tụ của tầng dưới.
4.10.2 Tính toán chu trình:
Ta có tk2 > to1. Tính toán riêng cho từng tầng, tính toán cho cả hệ (). tk1 xác định theo tw.
to2 xác định theo tf.
tk2 và to1 nếu không có phụ tải lạnh trung gian thì xác định định hướng theo công thức sau: tk1 - to1 = tk2 – to2.
Các trình tự tính toán tương tự cho máy lạnh 1 cấp.
Điều kiện để máy lạnh ghép tầng làm việc ổ định là: Qo1 = Qk2; nghĩa là công suất lạnh của tầng trên bằng nhiệt lượng ngưng tụ của tầng dưới khi bỏ qua các tổn thất nhiệt.
4.10.3 Nhận xét:
1) Do các tầng vận hành độc lập nên môi chất ở các tầng có thể khác nhau.
2) Môi chất tầng dưới có nhiệt độ đông đặc nhỏ hơn nhiều so với môi chất tầng trên. 3) Ở mỗi tầng có thể sử dụng máy lạnh nhiều cấp.
4) Nếu 2 hệ thống lạnh gồm môt hệ có nhiều cấp và 1 hệ có nhiêu tầng (mỗi tầng là 1 máy lạnh 1 cấp) thì máy lạnh ghép tầng đạt độ lạnh sâu hơn.
5) Khi thông số ở một tầng nào đó bị sai lệch thì các tầng khác đều bị ảnh hưởng. Ví lý do này mà máy lạnh ghép tầng rất khó tự động hóa. Vì vậy máy lạnh ghép tầng chỉ dùng rất hạn chế, khi không thể dùng máy lạnh nhiều cấp.
CHƯƠNG 5
MÁY LẠNH HẤP THỤ & MÁY LẠNH EJECTOR 5.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG:
Máy lạnh hấp thụ thuộc nhóm các máy lạnh sử dụng nhiệt năng. Môi chất của máy lạnh hấp thụ là dung dịch của 2 đơn chất. Các đơn chất này sôi ở những nhiệt độ khác nhau khi ở cùng áp suất. Đơn chất có nhiệt độ sôi thấp hơn là môi chất làm lạnh, đơn chất còn lại là chất hấp thụ. Dung dịch được sử dụng thông dụng nhất để làm lạnh là hỗn hợp H2O + NH3, H2O + LiBr. Hỗn hợp H2O-NH3 có môi chất làm lạnh là NH3, chất hấp thụ là H2O. Hỗn hợp LiBr-H2O có môi chất làm lạnh là H2O, chất hấp thụ là LiBr.
Máy lạnh hấp thụ H2O-NH3 được sử dụng để làm lạnh ở giải nhiệt độ 0 đến -70oC. Máy lạnh hấp thụ BrLi-H2O được sử dụng để làm lạnh nước đến +4oC.
Hình 5.1: Đồ thị t- quá trình sôi của hỗn hợp
Chúng ta chỉ nghiên cứu máy lạnh hấp thụ H2O-NH3 một cấp.
Quá trình sôi của hỗn hợp ở áp suất không đổi (Hình 5.1) như sau: nhiệt độ sôi của hỗn hợp phụ thuộc vào thành phần khối lượng của các đơn chất. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ tăng lên nếu tăng thành phần khối lượng của đơn chất có nhiệt độ sôi cao. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp phụ thuộc vào thành phần khối lượng các đơn chất được biểu diển trên đồ thị t - vớí là thành phần khối lượng của chất hấp thụ.Nhiệt độ tA bằng nhiệt độ sôi của môi chất làm lạnh ở áp suất hỗn hợp, nhiệt độ tB bằng nhiệt độ sôi của chất hấp thụ ở áp suất hỗn hợp.
Ví dụ NH3-H2O có tA=-33,4oC ; tB= 100oC nếu áp suất của hỗn hợp là 1 bar. Thành phần của pha hơi khác thành phần của pha lỏng vì môi chất làm lạnh dễ bay hơi nên môi chất làm lạnh bay hơi trước, bay hơi dễ dàng hơn. Do đó thành phần môi chất làm lạnh ở pha hơi cao hơn thành phần môi chất làm lạnh ở pha lỏng. Đường liền nét biểu diễn thành phần của hỗn hợp ở pha lỏng bắt đầu sôi. Đường đứt nét biểu diển pha hơi bão hoà khô tương ứng. Phần giữa 2 đường biểu thị vùng hơi bão hoà ẩm của hỗn hợp. Quá trình ngưng tụ xảy ra ngược lại. Như vậy trong quá trình sôi, thành phần của môi chất làm lạnh tăng lên ở pha hơi, thành phần chất hấp thụ tăng lên ở pha lỏng. Nếu pha hơi được làm ngưng tụ lại và tiếp tục cho đun sôi thì ta sẽ được pha hơi sau có thành phần môi chất làm lạnh cao hơn nữa.
Máy lạnh hấp thụ có 2 loại: máy lạnh hấp thụ làm việc liên tục và máy lạnh hấp thụ làm việc theo chu kỳ. Chúng ta chỉ nghiên cứu máy lạnh hấp thụ làm việc liên tục.
Ngày nay, người ta đã đưa vào sử dụng máy lạnh hấp thụ có năng suất lạnh đến 10MW. Máy lạnh hấp thụ có thể sử dụng các nguồn nhiệt dư thừa bỏ đi như khói của tuabin khí, các cụm máy phát Diesel, khói thải các lò nung, lò luyện gang thép, ... Máy lạnh hấp thụ có thể sử dụng các nhiên liệu rẻ tiền và có thể dùng ở các nơi không có điện. Máy lạnh hấp thụ không có các bộ phận chuyển động cơ khí nên không có tiếng ồn, không bị bào mòn cơ khí nên tuổi thọ lớn.