5.4.1 Các khái niệm chung:
Máy lạnh ejector thuộc loại máy lạnh sử dụng nhiệt năng. Cấu tạo máy lạnh có thể phân tích thành 2 chu trình: chu trình thuận sinh cơng, chu trình ngược tiêu thụ cơng mà chu trình thuận sinh ra. Các hệ số sử dung năng lượng của máy lạnh ejector thấp hơn so với máy lạnh piston do các tổn thất không thuận nghịch rất lớn ở thiết bị ejector. Ngoại trừ bơm nước còn tất cả các bộ phận khác của hệ thống đều khơng có bộ phạn chuyển động cơ học, cấu trúc đơn giản dễ vận hành, vốn đầu tư ban đầu ít, thời gian làm việc các thiết bị lớn, khối lượng bé, kích thước phủ bì nhỏ, có thể để ngồi trời khơng cần bao che, có thể sử dụng các nguồn nhiệt lượng có thế năng nhỏ nên thực tế kỹ thuật máy lạnh ejector vẫn được sử dụng.
Các môi chất làm lạnh ở máy lạnh ejector có thể dùng H2O, NH3, Freon, song thực tế chỉ sử dụng máy lạnh ejector hơi nước.
Chúng ta chỉ nghiên cứu máy lạnh ejector hơi nước 1 cấp loại ngưng tụ bề mặt; không nghiên cứu loại pha dịng.
5.4.2 Sơ đồ:
Hình 5.8: Máy lạnh ejector hơi nước.
LH – lò hơi; E1, E2, E3 – ejector 1, 2, 3; BN1,BN2, BN3 – bình ngưng 1, 2, 3; VTL1, 2, 3 - van
tiết lưu 1, 2, 3; B1, B2 – bơm 1, 2; PTL – phụ tải lạnh; TBBH – thiết bị bay hơi; SV – van chặn
(Stop Valve).
5.4.3 Chu trình:
Hình 5.9: Thiết bị ejector.
A. Ống tăng tốc Lavan; B. Buồng thu hơi; C. Buồng hỗn hợp; D. Ống tăng áp.
Hình 5.10: Thay đổi vận tốc của các dịng mơi chất dọc theo ejector.
Hơi nước từ lò hơi LH đi vào thiết bị ejectơ E1 (hình 5.8) thực hiện q trình dãn nở, năng lượng của dịng biến thành động năng, luồng hơi đi ra khỏi ống tăng tốc Lavan A có vận tốc lớn, hút luồng hơi môi chất vào buồng hỗn hợp B, hỗn hợp đi vào ống hỗn hợp C rồi tới ống tăng áp D và động năng biến thành thế năng. Tiếp theo hỗn hợp đi vào bình ngưng BN1 ( ph > pk > po). Hơi ngưng tụ được đưa trở về lị hơi LH và thơng qua van phao điều chỉnh mức lỏng ở thiết bị bay hơi bằng bơm B1. Để cấp lạnh cho các phụ tải lạnh được thuận tiện ta sử dụng bơm B2 bơm nước lạnh đi (nhằm tránh hiện tượng sôi ở các dàn của phụ tải lạnh), do đó phải dùng van tiết lưu VTL1. Nhiệt độ nước ở thiết bị bay hơi to > 0oC, thông thường t = 4 5oC. Do đó áp suất ở thiết bị bay hơi po < 1 bar, nhỏ hơn áp suất khí quyễn. Để tránh khí khơng ngưng tích tụ ở bình ngưng BN1 người ta sử dụng 2 ejector phụ E2, E3 tương ứng với 2 bình ngưng là BN2, BN3. Áp suất làm việc ở các bình ngưng như sau: pBN1 < pBN2 < pBN3; pBN3 > p = B (B - áp suất khí quyển). Nước ngưng tụ ở BN2, BN3 được đưa về BN1 nhờ các van tiết lưu VTL2, VTL3.
Hình 5.9 và hình 5.10 thể hiện các bộ phận cấu thành ejector và biến đổi vận tốc dọc theo ejector.
5.4.4 Đồ thị:
Hình 5.11: Đồ thị T-s máy lạnh ejector.
1 - Hơi bão hồ sau lị hơi; 2 - Thơng số trạng thái sau vịi phun Lavan; 3 - Hơi bão hoà ở thiết bị bay hơi; 4 - Thơng số trạng thái khơng khí ở buồng hỗn hợp; 5 - Thông số trạng thái sau E1, trước BN1; 6 - Thông số trạng thái lỏng ở BN1; 7 - Thông số trạng thái sau van phao tiết lưu ở thiết bị bay hơi; 8 - Thông số trạng thái trong LH; 9 - Thông số trạng thái lỏng ở BH; 10&11 - Thơng số trạng thái để phân tích.
1-11 - Quá trình giản nở đoạn nhiệt trong ống Lavan; 24 & 34: Các quá trình hỗn hợp 2 dịng hơi; 45: Q trình tăng áp ở ống tăng áp.
Chu trình máy lạnh ejector được phân tích làm 2 chu trình như sau: Chu trình thuận: 1-11-6-8-1
Chu trình nghịch: 3-10-6-7-3.
5.4.5 Tính tốn chu trình:
Tính tốn máy lạnh ejector thơng thường dựa vào các đồ thị và các bảng cho sẵn theo các kết quả thực nghiệm, phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo, đặc tính làm việc của thiết bị ejector. Chúng ta chỉ đưa ra công thức sau:
Nguồn nhiệt cấp vào: - Ở lò hơi LH: Qh
- Ở thiết bị bay hơi TBBH: Qo Nguồn nhiệt nhả ra ở bình ngưng BN: Qk
Hệ số nhiệt của hệ thống: t = Qo/Qh = (14 18)%
CHƯƠNG 6:
MÁY LẠNH NHIỆT ĐỘ THẤP (MÁY LẠNH CRYO) 6.1 KHÁI NIỆM MÁY LẠNH CRYO
Lạnh cryo là làm lạnh đến nhiệt độ To -120OK. Trong thực tế kỹ thuật lạnh cryo là hóa lỏng khơng khí và các đơn khí của khơng khí như ơxy O2, nitơ N2, hiđrơ H2, điơxít cácbon CO2, acgơng Ar2, xênơng Xe2, kríptơng Kr2.
Năm 1877 CO2, O2, N2 đã được hóa lỏng bằng máy lạnh piston 4 tầng.
Năm 1898 H2 đã được hóa lỏng nhờ làm quá lạnh trước van tiết lưu bằng N2 lỏng bay hơi. Năm 1908 thu được He2 lỏng nhờ làm quá lạnh trước van tiết lưu bằng H2 lỏng bay hơi. Nhiệt độ sôi của các chất khí ở áp suất khí quyển lấy theo bảng sau:
Chất khí Ts, oK Chất khí Ts, oK Ơxy O2 Khơng khí Nitơ N2 90,2 80 77,4 Nêôn Ne2 Hiđrô H2 Heli He2 27,5 20,4 4,2 Ứng dụng lạnh cryo trong thực tế rất lớn:
1. Luyện kim: khơng khí đẩy vào các lị luyện gang, luyện thép,được làm giàu ôxy tới 35 40, làm giảm khối lượng than, tăng năng suất và chất lượng gang thép.
2. Cơng nghệ hóa học: sử dụng nitơ sạch (nitơ kỹ thuật) để sản xuất amôniac, làm phân đạm, axít nitríc; ơxy dùng làm chất xúc tác trong một số phản ứng.
3. Cơ khí: sử dụng ơxy trong việc hàn, cắt kim loại; ắcgông cho hàn cao áp.
4. Điện: khí trơ dùng để nạp vào các bóng đèn thắp sáng. He2 lỏng dùng trong kỹ thuật siêu dẫn.
5. Kỹ thuật tên lửa, tàu vũ trụ: sử dụng ôxy và hiđrô dạng lỏng.
6. Y tế: dùng nitơ lỏng bay hơi để bảo quản các phôi, máu khơ, các dược liệu q hiếm.
Thời gian đầu phát triển kỹ thật lạnh cryo người ta sử dụng máy nén lạnh piston nhiều cấp và nhiều tầng rất phức tạp, chủ yếu thực hiện ở các phịng thí nghiệm. Năm 1939 chế tạo thành cơng turbine dãn nở với hiệu suất cao, đạt 82%. Các máy lạnh cryo ngày nay sử dụng máy nén là piston hoặc turbine (công suất lớn), máy dãn nở piston hoặc turbine kết hợp với van tiết lưu, sử dụng các thiết bị hồi nhiệt hồn thiện, q trình phân chia đơn khí được thực hiện ở các tháp chưng cất.