Tìm hiểu sâu về Chu trình máy lạnh nén hơi 1 cấp

Bài viết liên quan

1. Cơ sở hình thành
Khảo sát một không gian được cách nhiệt, bên trong có một bình chứa môi chất cho phép lỏng môi chất bay hơi ra môi trường xung quanh qua lỗ thoát (Hình a). Khi môi chất bay hơi sẽ nhận nhiệt của môi trường xung quanh, làm cho nhiệt độ môi trường bên trong không gian giảm xuống. Để nhiệt độ trong không gian ổn định thì nhiệt độ bề mặt bình phải ổn định hay nhiệt độ bay hơi của môi chất phải ổn định, muốn vậy cần phải duy trì áp suất bay hơi trong bình.

Để thực hiện điều này người ta sử dụng bơm hút môi chất với công suất tương ứng để duy trì áp suất môi chất trong bình (Hình b). Trong quá trình làm việc môi chất liên tục bay hơi ra môi trường bên ngoài vì vậy lượng môi chất trong bình giảm xuống, để áp suất bay hơi trong bình ổn định cần phải cấp lỏng môi chất bổ sung ổn định vào bình (Hình c).

Mặt khác, trong quá trình làm việc môi chất liên tục được cấp vào bình và được bơm ra môi trường bên ngoài, do đó không kinh tế vì vậy cần phải đưa môi chất trở lại bình chứa. Để thực hiện điều này, người ta cho hơi sau khi ra khỏi bơm sẽ được đưa đến thiết bị gọi là thiết bị ngưng tụ, tại đó hơi môi chất sẽ được làm mát và ngưng tụ thành lỏng. Tuy nhiên lỏng môi chất này ở áp suất cao hơn áp suất trong bình, nếu đưa ngay vào bình thì áp suất bên trong bình có xu hướng tăng sau mỗi vòng tuần hoàn, vì vậy trước khi đưa lỏng môi chất trở lại bình cần phải giảm áp suất xuống, bằng áp suất trong bình.

Bằng cách bố trí một thiết bị giảm áp ngay sau thiết bị ngưng tụ (Hình d).
Vậy khi khép kín sơ đồ ta có sơ đồ chu trình máy lạnh nén hơi

Nguyên lý làm việc
Hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi, được bơm (máy nén) hút về nén lên thành hơi có áp suất cao. Sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp, rồi tiếp tục đi qua thiết bị giảm áp, giảm áp xuống áp suất bay hơi. Sau đó đi vào bình bay hơi (thiết bị bay hơi) nhận nhiệt của đối
tượng cần làm lạnh, sôi hóa hơi, hơi ra khỏi bình bay hơi (thiết bị bay hơi) lại được bơm (máy nén) hút về. Chu trình cứ thế tiếp diễn.


2. Các chu trình làm việc cơ bản của máy lạnh nén hơi 1 cấp
2.1 Chu trình khô
a. Định nghĩa
Chu trình khô là chu trình có hơi hút về máy nén là hơi bão hoà khô.
b.Sơ đồ và nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc
Hơi sau thiết bị bay hơi là hơi bão hòa khô trạng thái (1), được máy nén hút về, nén đoạn nhiệt (s=const) lên thành hơi có nhiệt độ cao, áp suất cao trạng thái (2), sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp trạng thái (3), sau đó đi qua thiết bị tiết lưu, tiết lưu giảm áp giảm nhiệt đạt trạng thái (4). Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, sôi hóa hơi, hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi lại được máy nén hút về .Chu trình cứ thế tiếp diễn.


c.Đồ thị và tính toán chu trình
Xác định các điểm nút
Điểm 1: Giao điểm đường p=p0 và đường x=1 hoặc giao điểm đường t=t0 và đường x=1
Điểm 2: Giao điểm đường p=pk và
đường s=s1 hoặc giao điểm đường t=tk và đường s=s1
Điểm 3: Giao điểm đường p=pk và
đường x=0 hoặc giao điểm đường t=tk và đường x=0
Điểm 4: Giao điểm đường p=p0 và
đường h=h3 hoặc giao điểm đường
t=t0 và h=h3

Tính toán chu trình
Công nén riêng
l = h2 - h1 (kJ/kg) (4.1)
Năng suất lạnh riêng
qo = h1- h4 (kJ/kg) (4.2)
Phụ tải nhiệt TBNT
qk = h2 -h3= l + qo(kJ/kg) (4.3)
Hệ số lạnh

Ví dụ 4.1 : Cho một máy lạnh làm việc theo chu trình khô biết :
Môi chất sử dụng : R22
Nhiệt độ ngưng tụ : tk=450C
Nhiệt độ bay hơi : t0=-50C
a.Vẽ sơ đồ nguyên lý và biểu diễn các quá trình trên đồ thị lgp-h.
b.Tính công nén riêng l, năng suất lạnh riêng q0, phụ tải nhiệt tại thiết bị ngưng tụ qkhệ số làm lạnh ε. 
Giải:

Công nén riêng: l = h2 - h1=35,52(kJ/kg)
Năng suất lạnh riêng: qo = h1- h4=146,6(kJ/kg)
Phụ tải nhiệt TBNT: qk = h2 -h3=182,1(kJ/kg)
Hệ số lạnh : ε=q0/l=4,125  

2.2 Chu trình quá lạnh, quá nhiệt
a.Định nghĩa
Chu trình quá lạnh, quá nhiệt là chu trình có quá lạnh lỏng trước khi tiết lưu và quá nhiệt hơi trước khi hút về máy nén

Các nguyên nhân quá lạnh, quá nhiệt
* Nguyên nhân quá lạnh
- Có bố trí thiết bị quá lạnh lỏng sau thiết bị ngưng tụ.
- Lỏng môi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ hay trên đoạn đường ống từ thiết bị ngưng tụ đến thiết bị tiết lưu.
* Nguyên nhân quá nhiệt
- Do quá nhiệt ngay trong thiết bị bay hơi, quá nhiệt khi đi qua thiết bị tiết lưu.
- Do quá nhiệt trên đoạn đường ống từ thiết bị bay hơi đến máy nén.

b.Sơ đồ và nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc
Hơi sau thiết bị bay hơi ở trạng thái (6), được quá nhiệt đến trạng thái (1) sau đó được máy nén hút về, nén đoạn nhiệt (s=const) lên thành hơi có nhiệt độ cao áp suất cao trạng thái (2), rồi tiếp tục đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng cao áp trạng thái (3). Sau đó lỏng môi chất được quá lạnh đạt trạng thái (4), rồi tiếp tục đi qua thiết bị tiết lưu, tiết lưu giảm áp, giảm nhiệt đạt trạng thái (5). Sau đó môi chất tiếp tục đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, sôi hóa hơi, hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi ở trạng thái (6), được quá nhiệt đến trạng thái (1) lại được máy nén hút về .Chu trình cứ thế tiếp diễn.

c. Đồ thị và tính toán chu trình
Xác định các điểm nútĐiểm 6: Giao điểm đường p=p0 và x=1
hoặc giao điểm đường t=t0 và x=1
Điểm 1: Giao điểm đường p=p0và t=t0+Δtqn
Điểm 2: Giao điểm đường p=pk và s= s1hoặc giao điểm đường t=tk và s= s1
Điểm 3: Giao điểm đường p=pk và x=0
hoặc giao điểm đường t=tk và x=0
Điểm 4 : Giao điểm đường p=pk và
đường t=tk-Δtql
Điểm 5: Giao điểm đường p=p0 và h=h4hoặc giao điểm đường t=t0 và h=h4

Tính toán chu trình
Công nén riêng
l = h2 - h1 (kJ/kg) (4.6)
Năng suất lạnh riêng
qo = h6- h5 (kJ/kg) (4.7)
Năng suất lạnh riêng thể tích
qov = qo/v1 (4.8)
Phụ tải nhiệt TBNT

qk = h2 -h3 (kJ/kg) (4.9)
Tỷ số nén: 

Hệ số lạnh

Ví dụ 4.2: Cho một máy lạnh làm việc theo chu trình quá lạnh, quá nhiệt biết :
Môi chất sử dụng : R717
Nhiệt độ ngưng tụ : tk=450C
Nhiệt độ bay hơi : t0=-100C
Độ quá nhiệt, quá lạnh: Δtqn=10, Δtql=5
a.Vẽ sơ đồ nguyên lý và biểu diễn các quá trình trên đồ thị lgp-h.
b.Tính công nén riêng l, năng suất lạnh riêng q0, phụ tải nhiệt tại thiết bị ngưng tụ qkhệ số làm lạnh ε, tỷ số nén π.

Bài giải:  

Công nén riêng: l = h2 - h1=284(kJ/kg)
Năng suất lạnh riêng: qo = h1- h4=1060,3(kJ/kg)
Phụ tải nhiệt TBNT: qk = h2 -h3=1344,5(kJ/kg)
Hệ số lạnh : ε=q0/l=3,7335
Tỷ số nén : π=6,145

2.3 Chu trình hồi nhiệt
a.Định nghĩa
Chu trình hồi nhiệt là chu trình có thiết bị trao đổi nhiệt giữa lỏng môi chất trước khi tiết lưu và hơi môi chất trước khi hút về máy nén.

b.Sơ đồ và nguyên lý làm việc:

Nguyên lý làm việc
Hơi sau thiết bị bay hơi ở trạng thái (6), đi qua thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt lỏng cao áp trước khi tiết lưu, được quá nhiêt đạt trạng thái điểm (1) sau đó được máy nén hút về, nén đoạn nhiệt (s=const) lên thành hơi có nhiệt độ cao, áp suất cao trạng thái (2), rồi tiếp tục đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng cao áp trạng thái (3). Sau đó đi vào thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt cho hơi trước khi hút về máy nén và được quá lạnh đạt trạng thái (4).Rồi tiếp tục đi qua thiết bị tiết lưu, tiết lưu giảm áp, giảm nhiệt đạt trạng thái (5).
Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, sôi hóa hơi, hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi trạng thái (6) đi qua thiết bị hồi nhiệt được quá nhiệt lại được máy nén hút về .Chu trình cứ thế tiếp  diễn.

c.Đồ thị và tính toán chu trình
Xác định các điểm nút

Điểm 6: Giao điểm đường p=p0 và x=1 hoặc giao điểm đường t=t0 và x=1
Điểm 1: Giao điểm đường p=p0 và t=t0+Δtqn hoặc giao điểm đường P=P0 và h1=h6+(h3-h4)
Điểm 2: Giao điểm đường p=pk và s=s1 hoặc giao điểm đường t=tk và s=s1
Điểm 3: Giao điểm đường p=pk và x=0 hoặc giao điểm đường t=tk và x=0
Điểm 4 : Giao điểm đường p=pk và h4=h3-(h1-h6) hoặc giao điểm đường p=pk và t=tk-Δtql
Điểm 5: Giao điểm đường p=p0 và h=h4 hoặc giao điểm giửa đường t=t0 và h=h4

Tính toán chu trình
Công nén riêng
l = h2 - h1 (kJ/kg) (4.12)

Năng suất lạnh riêng
qo = h6- h5 (kJ/kg) (4.13)
Năng suất lạnh riêng thể tích
qov = qo/v1 (4.14)
Phụ tải nhiệt tại TBNT
qk = h2 -h3 (kJ/kg) (4.15)
Tỷ số nén:

Hệ số lạnh


Ví dụ 4.3: Cho một máy lạnh làm việc theo chu trình hồi nhiệt biết :
Môi chất sử dụng : R22
Nhiệt độ ngưng tụ : tk=400C
Nhiệt độ bay hơi : t0=-150C
Độ quá nhiệt Δtqn=100C
a.Vẽ sơ đồ nguyên lý và biểu diễn các quá trình trên đồ thị lgp-h.
b.Tính công nén riêng l, năng suất lạnh riêng q0, phụ tải nhiệt tại thiết bị ngưng tụ qkhệ số làm lạnh ε, tỷ số nén π.



Công nén riêng: l = h2 - h1=43,81(kJ/kg)
Năng suất lạnh riêng: qo = h1- h4=156,1(kJ/kg)
Phụ tải nhiệt TBNT: qk = h2 -h3=199,9(kJ/kg)
Hệ số lạnh : ε=q0/l=3,563
Tỷ số nén : π=5,1824

Ví dụ 4.4: Cho một máy lạnh làm việc theo chu trình hồi nhiệt biết :
Môi chất sử dụng : R22
Nhiệt độ ngưng tụ : tk=400C
Nhiệt độ bay hơi : t0=-150C
Độ quá lạnh Δtq1=50C
a.Vẽ sơ đồ nguyên lý và biểu diễn các quá trình trên đồ thị lgp-h.
b.Tính công nén riêng l, năng suất lạnh riêng q0, phụ tải nhiệt tại thiết bị ngưng tụ qkhệ số làm lạnh ε, tỷ số nén π.

Công nén riêng: l = h2 - h1=43,73(kJ/kg)
Năng suất lạnh riêng: qo = h1- h4=155,9(kJ/kg)
Phụ tải nhiệt TBNT: qk = h2 -h3=199,6(kJ/kg)
Hệ số lạnh : ε=q0/l=3,565
Tỷ số nén : π=5,1824

Chia sẻ bài viết