3.3.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết.
Chu trình lý thuyết (Hình 3.2): hơi bão hịa ẩm hạ áp với thơng số trạng thái 1 (To, po) được hút vào máy nén I, nén đoạn nhiệt, đẳng entropy, đưa áp suất và nhiệt độ môi chất lên pk, Tk ứng với thông số trạng thái 2, tiêu tốn ngoại công lmn. Với thông số trạng thái 2 môi chất đi vào thiết bị ngưng tụ II, và được ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả nhiệt lượng qk. Với thơng số trạng thái 3 môi chất đi vào máy dãn nở III, dãn nở đoạn nhiệt, đẳng entropy theo quá trình 3-4, sinh ngoại cơng lmdn. Với thông số trạng thái 4 môi chất đi vào thiết bị bay hơi, nhận nhiệt lượng qo đẳng áp, đẳng nhiệt theo q trình 4-1. Mơi chất với thơng số trạng thái 1 đi vào máy nén. Chu trình cứ thế tiếp diễn.
Hình 3.2: Máy lạnh làm việc vùng 2 pha.
I - Máy nén; II - Thiết bị ngưng tụ; III - Máy dãn nở.; IV - Thiết bị bay hơi..
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp; 3-4: quá trình dãn nở đẳng entropy; 4-1: quá trình bay hơi đẳng áp;
3.3.2 Tính tốn các thơng số của chu trình.
1) Cơng nén: lmn = h2 - h1.
2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3 = dt(s11234s4s1) trên đồ thị T-s. 3) Công dãn nở: lmdn = h3 - h4.
4) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4 = dt(s114s4s1) trên đồ thị T-s. 5) Cơng cấp cho chu trình: l = lmn - lmdn = qk - qo = dt(12341) trên đồ thị T-s.
6) Hệ số làm lạnh: 2 3 1 4 4 1 o h h h h h h l q
3.3.3 So sánh với chu trình Carnot.
Chu trình được thực hiện bởi 2 đường đẳng nhiệt và 2 đường đẳng entropy. Thực tế các chu trình nhả nhiệt, nhận nhiệt đều có độ chênh nhiệt độ (nhiệt độ nguồn nóng nhỏ hơn Tk; nhiệt độ nguồn lạnh lớn hơn To). Các q trình là khơng thuận nghịch: s2>s1; s3>s4). Do đó chu trình thực vẫn có hệ số làm lạnh nhỏ hơn hệ số làm lạnh của chu trình Carnot.
3.3.4 Các nhận xét:
Chu trình máy lạnh này là lý tưởng song hiện nay không thực hiện được do các trở ngại kỹ thuật:
1) Đối với máy nén khi làm việc ở vùng 2 pha khi nén lên áp suất cao, nhiệt độ lớn, các hạt lỏng mơi chất nhận nhiệt hóa hơi đột ngột, làm áp suất tăng dạng xung gây thủy kích máy nén, phá hỏng máy nén nhanh chóng. Do đó các máy nén thực làm việc ở vùng hơi bão hịa khơ và q nhiệt.
2) Các chất lỏng thực tế coi như khơng chịu nén. Do dó cơng dãn nở thu được không đáng kể. Mặt khác máy dãn nở làm việc vùng 2 pha có độ ẩm cao cũng bị hỏng nhanh chóng. Chế tạo máy dãn nở làm việc vùng 2 pha rất tốn kém. Do đó các máy lạnh thơng thường khơng dùng máy dãn nở mà chỉ dùng van tiết lưu. Các máy lạnh cryo hóa lỏng khơng khí bắt buộc phải sử dụng máy dãn nở để khởi động hệ thống và bù tổn thất nhiệt, song cũng chỉ làm việc ở vùng có độ khơ tương đối lớn (x 0,5 0,7).