1. Sơ đồ 1 cấp nộn đơn giản
a. Chu trỡnh Carnot ngươc chiều
Chu trỡnh Carnot là chu trỡnh gồm 2 quỏ trỡnh đoạn nhiệt và 2 quỏ trỡnh đẳng nhiệt xen kẽ.
Trờn đụ thị T - s nú đơn giản là một hỡnh chữ nhật như đứng về mặt thiết bị nú lại phức tạp hơn cỏc chu trỡnh khỏc cho cú thờm mỏy dĩn nở
Chu trỡnh carnot ngược chiều
a) Sơ đồ thiết bị ; b) Chu trỡnh biểu diễn trờn đồ thị T – s
MN - Mỏy nộn; MDN –Mỏy dĩn nở; NT –Bỡnh ngưng tụ; BH –Bỡnh bay hơi Quỏ trỡnh 1 - 2 là quỏ trỡnh nộn đoạn nhiệt hơi hỳt.Để điểm 2 nằm đỳng trờn đường hơi bĩo hồ khơ, điểm 1 phải nằm trong vựnh hơi ẩm. Đặc điểm của quỏ trỡnh nộn đoạn nhiệt làS1 = S2.
Quỏ trỡnh 2 - 3 là quỏ trỡnh ngưng tụ đẳng nhiệt T2= T3 và đẳng ỏp P2 = P3 = Pk Điểm 3 nằm trờn đường bảo hồ lỏng.
Quỏ trỡnh 3-4 là q trỡnh dĩn nở đoạn nhiệt cú sinhngoại cơng. Đặc điểm q trỡnh là S4 = S3.
Quỏ trỡnh 4-1 là quỏ trỡnh bay hơi đẳng nhiệt T4 = T1 để sinh lạnh ở nhiệt độ thấp và ỏp suất thấp, quỏ trỡnh này quỏ trỡnh trỡnh đẳng ỏp.
Điểm quan trọng nhất của chu trỡnh Carnot ngược chiều là hệ số lạnh đạt cực đại, khơng một chu trỡnh nào khỏc cú thể đạt được nờn chu trỡnh Carnot ngược chiều được coi là nhu trỡnh lý tưởng và hệ số lạnh của chu trỡnh được sử dụng để so sỏnh đỏnh giỏ độ hồn thiện của cỏc chu trỡnh khỏc.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
Hệ số lạnh của chu trỡnh Carnot ký hiệu là εc và được xỏc định như sau : εc =
=
Ưu, nhược điểm của chu trỡnh Carnot :
- Cụng nộn nhỏ do nhiệt độ cuối tầm nộn thỏp (T2 = Tk) - Quỏ trỡnh dĩn nở trong mỏy dĩn nở sinh cơng hữu ớch ;
- Hệ số lạnh là lớn nhất so với cỏc chu trỡnh khỏc ở cựng điều kiện làm việc. - Trạng thỏi 1 của hơi hỳt nằm trong vựng hơi ẩm cần phải điều chỉnhsao cho điểm 2 cuối tầm nộn phải rơi đỳng vào đường hơi bĩo hịa khơ. Điều này khơng thể thực hiện trong thực tế, hơn nữa lỏng và hơi phõn bố khụng đều nờn mỏy nộnrất dễ bị va đập thủy lực (hỳt phải lỏng), gõy hư hỏng mỏy nộn.
- Mỏy dĩn nở cú ưu điểm là sinh ngoại cơng cú ớch nhưng khi vận hành thực tế, mỏy dĩn nở rất cồng kềnh, làm tăng đỏng kể chi phớ đầu tư ban đầu mà cụng thu được khụng đỏng kể.
Đú cũng là 2 nhược điểm về vận hành chủ yếu của chutrỡnh Carnot. Chớnh vỡ vậy, chu trỡnh Carnot khụng được sử dụng trong thực tế.
b. Chu trỡnh khơ
Định nghĩa : Chu trỡnh khơ là chu trỡnh cú hơi hỳt về mỏy nộn là hơi bĩo hũa khụ.
Cỏc q trỡnh của chu trỡnh khơ là:
1 - 2: Quỏ trỡnh nộn hơiđoạn nhiệt (s1 = s2 hoặc ∆s = 0) từ ỏp suất bay hơi và nhiệt độ bay hơi lờn ỏp suất ngưng tụ và nhiệt độ T2 > Tk'. Quỏ trỡnh này tiến hành trong vựng hơi quỏ nhiệt.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
2 –3: Quỏ trỡnh làm mỏt và ngưng tụ và ngưng tụ hơi mụi chất đẳng ỏp. Thải nhiệt cho nước hoặc khơng khớ làm mỏt.
3 - 4: Quỏ trỡnh tiết lưu đẳng entanpy từ ỏp suấtngưng tụ và nhiệt độ ngưng tụ cuống ỏp suất bay hơi và nhiệt độ bay hơi.
4 - 1: Quỏ trỡnh bay hơi đẳng ỏp và đẳng nhiệt để thu nhiệt của mơi trường lạnh đõy chớnh là quỏ trỡnh làmsạch mà ta muốn thực hiện.
Chu trỡnh khơ chủ yếu sử dụng cho mơi chất amoniắcvới cỏc lý do sau :
- Nhiệt độ cuối tầm nộn của amoniắc rất cao. Để hạn chế bớt nhiệt độ này, cần phải cho mỏy nộn hỳt hơi bĩo hịa. Để đảm bảo mỏy nộn khơng hỳt phải lỏng, phải bố trớ bỡnh tỏch lỏng trờn đường hơi hỳt về mỏy nộn. Lỏng cuốn theo sẽ bị tỏch ra và đưa quay trở lại dàn bay hơi.
c. Sơ đồ quỏ nhiệt hơi hỳt, quỏ lạnh lỏng và hồi nhiệt
*: Chu trỡnh qỳa lạnh, qỳa nhiệt
Định nghĩa : Chu trỡnh quỏ lạnh và quỏ nhiệt và chu trỡnh cú nhiệt độ lỏng vào vàn tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ (nằm trong vựng lỏng quỏ lạnh ) và hơi hỳt về mỏy nộn lớn hơn nhiệt độ bay hơi (nằm trong vựng quỏ nhiệt).
Nguyờn nhõn quỏ lạnh cú thể do :
Cú bố trớ thờm thiết bị quỏ lỏng sau thiết bị ngưng tụ,
Được quỏ lạnh lỏng ngay trong thiết bị ngưng tụ vỡ thiết bị ngưng tụ thuộc kiểu trao đổi nhiệt ngược dũng.
Do tỏa nhiệt ra mụi trường trờn đường từ bỡnh ngưng tụ đến van tiết lưu Nguyờn nhõn quỏ nhiệt cú thể do:
Sử dụng van tiết lưu nhiệt để điều chỉnh sự quỏ nhiệt hơi hỳt, Do tải nhiệt lớn và thiếu lỏng cấp cho dàn bay hơi.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
QL –Thiết bị qỳa lạnh lỏng; TLN – Van tiết lưu nhiệt Độ quỏ nhiệt hơi hỳt : ∆tqn = t1 – t1’ = t1 – t0
Độ quỏ lạnh lỏng: ∆tql = t3 – t3 = tk – t3 So sỏnh với chu trỡnh khơ ta thấy :
- Do cú độ quỏ nhiệt nờn cơng nộn riờng lớn lờn chỳtớt, năng suất hỳt giảm chỳt ớt do thể tớch riờng v1 tăng lờn. Cơng nộn riờng l = h2 – h1.
- Do cú độ quỏ lạnh lỏng nờn năng suấtlạnh riờng tăng 1 khoảng ∆q0 = h3’ – h4 = h3’ – h3
Năng suất lạnh riờng : q0 = h1’ – h4
Nếu nhiệt độ buồng lạnh cao hơn t1 trong trường hợp dựng van tiết lưu nhiệt và trường hợp thiết bị bay hơi là dàn trao đổi nhiệt ngược sịng cú thể tớnh :
q0 = h1 – h4
Cỏc hệ thống lạnh amoniắc vận hành theo chu trỡnh khơn nhưng trong thực tế để đảm bảo khụng bị cuốn lỏng vào mỏy nộn và do tổn thất lạnh trờn đường hỳt nờn nhiệt độ hỳt thường cao hơn nhiệt độ sụi từ 5 đến 8oC. Nhiệt độ lỏng vàovan tiết lưu do tỏa nhiệt ra mụi trường nờn cũng thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ 2 – 5oC. Như vậychu trỡnh khơh đĩ lệch sang chu trỡnh quỏ lạnh và quỏ nhiệt. Chu trỡnh này cũng chủ yếu sử dụng cho mụi chất NH3.
*: Chu trỡnh hồi nhiệt
Định nghĩa: Chu trỡnh hồi nhiệt là chu trỡnh cú thiết bị trao đổi nhiệt trong giữa mụi chất lỏng núng (trước khi vào van tiết lưu) và hơi lạnh trước khi hỳt về mỏy nộn.
Chu trỡnh hồi nhiệt biểu diễn trờn đồ thị lgp – h gần giống như chu trỡnh quỏ lạnh quỏ nhiệt.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
Hai Chu trỡnh cú khỏc biệt cơ bản như sau:
- Ơ chu trỡnh quỏ lạnh quỏ nhiệt, độ quỏ lạnh và quỏ nhiệt khụng phụ thuộc vào nhau và cú cỏc giỏ trị bất kỳ.
- Ở chu trỡnh hồi nhiệt, lượng nhiệt do hơi lạnh thu vào đỳng lượng nhiệt do lỏng núng thải ra, do đú ∆h3’3 = ∆h11’ trong đú ∆h3’3 = h3’– h3 và ∆h11’= h1– h1’
Cỏc quỏ trỡnh cơ bản của chu trỡnh hồi nhiệt
1 – 2: Quỏ trỡnh nộn đoạn nhiệt s = const hay s1= s2
2 – 3: Ngưng tụ trong dàn ngưng tụ, đẳng ỏp , hay đẳng nhiệt 3’ – 3: Quỏ lạnh lỏng trong quỏ trỡnh hồi nhiệt
3 – 4: Tiết lưu đẳng entanpy h = const hay h3 = h4
4 – 1’: Bay hơi đẳng ỏp, đẳng nhiệt thu nhiệt mụi trường lạnh trong dàn bay hơi.
1’ – 1: Quỏ nhiệt hơi hỳt trong thiết bị hồi nhiệt.
Ghi nhớ: Chu trỡnh hồi nhiệt chỉ sử dụng cho cỏc mụi chất freụn như R12, R22, R502, R134a. Với cỏc mụi chất này chu trỡnh hồi nhiệt tỏ ra cú hiệu suất lạnh cao hơn, hệ số lạnh cao hơn hồi nhiệt NH3 cho hiệu suất lạnh kộm hơn, hệ số lạnh kộm hơn chu trỡnh khơ.