Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
1.2. Các kết quả nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ
Máy lạnh hấp thụ chu kỳ H2O/H2SO4 do Lesli phát minh năm 1810 và máy lạnh liên tục NH3/H2O do Carre phát minh năm 1850. Với chặng đường phát triển gần 200 năm, ngày nay các loại máy lạnh hấp thụ khác nhau đã được hoàn chỉnh và sử dụng có hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới nhất là ở Nga, Nhật, Mỹ và Trung Quốc... Dưới đây sẽ là các công trình nghiên cứu trên thế giới:
- Craig Christy, Dave Fusco and Reza Toossi, ứng dụng máy lạnh hấp thụ để điều hòa không khí trên xe hơi và tàu thủy chở container. Trong công trình này các tác giả đã nghiên cứu thực nghiệm về hiệu quả của máy lạnh hấp thụ làm lạnh trên các tàu chở container và điều hòa không khí trên xe hơi. Các nguồn nhiệt được chú trọng là khói thải của xe hơi hay của động cơ tàu thủy. Các tác giả đã đưa ra các phương án thiết kế và chế tạo thành công các model với các công suất lạnh 6000 [Btu/h]; 18000 [Btu/h] và 25000 [Btu/h] với chỉ số làm lạnh COP = 1,99. Công trình nghiên cứu này đã được một
22
số hãng chế tạo xe hơi, tàu thủy chở container áp dụng để sản xuất theo đơn đặt hàng của khách hàng từ năm 2002 theo [13].
- Jorge E. Gonzalez, Ph.D Associate Professor and Chairperson [18], nghiên cứu máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời. Trong công trình này các tác giả đi sâu nghiên cứu hiệu quả làm việc của máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời ứng dụng cho việc điều hòa không khí. Kết quả của công trình là đưa ra sơ đồ tối ưu kết nối giữa collector năng lượng mặt trời và hệ thống điều hòa hấp thụ để hiệu quả làm lạnh là cao nhất. Công trình này cũng đã được ứng dụng trong các ngôi nhà xanh tại Chicago từ những năm 2005.
- V Mittal, KS Kasana, NS Thakur [20], máy lạnh hấp thụ điều hòa không khí sử dụng năng lượng mặt trời. Trong công trình này các tác giả đã nghiên cứu về hiệu quả máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời. So sánh hiệu suất của các máy lạnh NH3/H2O và H2O/LiBr và đưa ra các phương án thiết kế chế tạo, cụ thể:
Chỉ số COP của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O nhỏ hơn 15% - 20% khi sử dụng năng lượng mặt trời để cấp nhiệt. Máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời tác dụng kép thì có chỉ số COP cao hơn nhưng khả năng tích trữ lạnh lại không hiệu quả bằng loại tác dụng đơn.
- Fernandez –Seara và cộng sự [19] chứng minh khả năng của MLHT sử dụng NH3/H2O để cung cấp cho hệ thống lạnh trên tàu sử dụng hệ thống thu hồi nhiệt thải của động cơ trên tàu. Trong đó dầu tổng hợp được sử dụng như chất tải nhiệt, năng lượng nhiệt thu hồi từ động cơ khí thải là 16,6 [kW] và công suất lạnh của hệ thống là 8,33 [kW]. Đối với những tàu cá được trang bị động cơ diesel bốn thì với công suất từ 700 [kW] đến 1200 [kW] có sức chứa bảo quản từ 80÷150 [m3], cần công suất làm lạnh từ 5÷10 [kW] với nhiệt độ bảo quản là 0 [°C] và nhiệt độ bay hơi là -10[°C]. Nếu lượng nhiệt lớn có thể thu hồi từ động cơ này được sử dụng trong hệ thống MLHT phục vụ nhu cầu làm lạnh nêu trên.
- 03/2014, Francisco Taboas và cộng sự [21] đã công bố phân tích so sánh chu trình MLHT sử dụng hỗn hợp 3 chất NH3/(LiNO3+ H2O ) và NH3/H2O cho tàu cá và kết luận: MLHT sử dụng NH3/(LiNO3 + H2O) và hỗn hợp chất lỏng NH3/LiNO3
23
có giá trị COP cao hơn so với MLHT sử dụng NH3/H2O. Độ chênh lệch COP càng cao hơn khi vận hành ở nhiệt độ sinh hơi thấp. Nếu nhiệt độ kích hoạt được đặt tới 85 [°C], nhiệt độ bay hơi nhỏ nhất có thể đạt được là -18,8 [°C] cho chu kỳ dùng NH3/LiNO3, -17,5 [°C] cho chu kỳ dùng NH3/(LiNO3 +H2O) và -13,7 [°C] cho chu kỳ dùng NH3/H2O ở nhiệt độ ngưng tụ của 25 [°C]. Ngoài ra, cũng chứng minh được MLHT dùng NH3/(LiNO3 + H2O) có thể hoạt động mà không cần cột chưng cất và trong trường hợp này lượng nước trong dòng môi chất lạnh vào thiết bị bay hơi là dưới 1,5% theo khối lượng ở điều kiện hoạt động đã lựa chọn.
1.2.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ như:
Năm 2002 đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thực nghiệm mẫu máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời với cặp môi chất là than hoạt tính và methanol
"của PGS.TS Hoàng Dương Hùng [6], trường đại học bách khoa Đà Nẵng và đồng tác giả Trần Ngọc Lân, Sở khoa học công nghệ Quảng Trị. Với công trình nghiên cứu này, hai tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công máy lạnh hấp thụ dùng sản xuất nước đá hoạt động bằng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, thiết bị có nhược điểm lớn là chỉ có thể làm lạnh gián đoạn, công suất nhỏ, chi phí cao nên chưa thể ứng dụng vào thực tế.
Tháng 10/2004 đề tài "Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ, thiết kế chế tạo một số thiết bị lạnh sử dụng nguồn năng lượng rẻ tiền tại địa phương để phục vụ sản xuất và đời sống" của PGS.TS Trần Thanh Kỳ [6] thuộc trường đại học bách khoa TP.HCM. Với đề tài này, PGS.TS Trần Thanh Kỳ đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy lạnh hấp thụ NH3/H2O dùng để sản xuất nước đá, sử dụng than cám (hoặc các phế phẩm như trấu, mùn cưa...) làm chất đốt hoạt động. Thiết bị thích hợp ứng dụng cho các vùng thiếu điện và có sẵn các nguồn chất đốt trên. Tuy nhiên, hệ thống có kích thước lớn, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí bảo dưỡng lớn, hệ số làm lạnh thấp... Đến nay, hệ thống này vẫn chưa được ứng dụng trong thực tế. Cùng năm này, tác giả Lê Chí Hiệp đã khảo sát và đưa ra các thông số làm việc của MLHT H2O/LiBr loại một cấp trong điều kiện khí hậu của các tỉnh phía Nam.
24
Năm 2011 tác giả Võ Kiến Quốc, Lê Chí Hiệp [5] đã nghiên cứu MLHT NH3/H2O gián đoạn, sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất nước đá.
Năm 2012 KS Đặng Thế Hùng dưới sự hướng dẫn của TS Đặng Trần Thọ đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm MLHT NH3/H2O sử dụng năng lượng mặt trời và nguồn nhiệt từ khói thải động cơ với công suất lạnh 2,63 [kW]. Tuy nhiên, thiết bị còn đơn giản, chưa có các chi tiết linh hoạt để hỗ trợ cho việc vận hành, vật liệu chế tạo chưa phù hợp nên tuổi thọ thiết bị ngắn.
Năm 2015 đề tài "Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải" của KS Hoàng Mai Hồng dưới sự hướng dẫn của TS Đặng Trần Thọ [3] đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm MLHT NH3/H2O công suất lạnh 1,5[kW] có khả năng làm lạnh sâu ở nhiệt độ bay hơi -15[°C]. Mô hình hoạt động ổn định, máy lạnh hấp thụ được chế tạo từ vật liệu chống ăn mòn, hệ thống được kết cấu dưới dạng các mô đun độc lập, kết nối ổn định và thuận tiện cho việc tháo lắp, sửa chữa…cho thấy mô hình thực nghiệm phù hợp tiến hành những nghiên cứu thực nghiệm sâu hơn về MLHT để từng bước đưa MLHT NH3/H2O vào sử dụng trong thực tế.