Nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả làm lạnh của máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và khí thải

nghiên cứu hiệu quả làm việc của máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời ứng dụng cho việ ều hòa không khí.. Máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời tác dụng kép thì có ch số OP o

- NGUYỄN TRẦN QUỲNH

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆU QUẢ LÀM LẠNH CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ KHÍ THẢI

Hà Nội – Năm 2014

Tác giả Lu n văn

Nguyễn Trần Quỳnh

ỜI

T x n m o n y l n tr n n n ứu củ r n t ới sự ớn

n ủ t ầy o TS ặn Trần T

ể o n t n Lu n văn n y t sử ụn t l ệu tron mụ t

l ệu t m k ảo n o r k n sử ụn ất ứ t l ệu n o k m k n ợ

Tác giả Lu n văn

Nguyễn Trần Quỳnh

MỤC LỤC

HƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 1

1.1.1 Khái niệm máy lạnh hấp thụ 1

1 1 2 Ưu n ợ ểm của máy lạnh hấp thụ 1

1 1 3 ặ tr n ản của máy lạnh hấp thụ 2

1.1.4 Phân loại máy lạnh hấp thụ 3

1.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 9

1.2.1 Kết quả nghiên cứu trên thế giới 9

1.2.2 Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam 12

1.3 ỨNG DỤNG CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ 15

1.3.1 Ứng dụng của máy lạnh hấp thụ 15

1.3.2 Ứng dụn tron lĩn vự k t n t thủy sản 15

1.4 GIỚI HẠN VÀ MỤ Í H NGHIÊN ỨU 16

HƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ 18

2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ 18

2.1.1 Chu trình tuần hoàn của môi chất lạnh 19

2.1.2 Chu trình tuần hoàn của dung dịch trong máy nén nhiệt 20

2 1 3 P n tr n n ằng nhiệt của máy lạnh hấp thụ 20

2.2 CẶP MÔI CHẤT DÙNG TRONG MÁY LẠNH HẤP THỤ 21

2.2.1 Tổng quát 21

2.2.2 Phân loại 21

2.2.3 Yêu cầu ối với cặp môi chất 21

2.2.4 Giới thiệu các cặp môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ 22

2.3 NGUỒN NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG MÁY LẠNH HẤP THỤ 25

2 3 1 Năn l ợng mặt trời 25

2.3 2 Năn l ợng tái tạo 29

2.4 VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY LẠNH HẤP THỤ 33

2.4.1 V t liệu kim loại 33

2.4.2 V t liệu phi kim loại 35

2 5 Ơ SỞ TÍNH TOÁN CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O 36

2 5 1 P n tr n tín to n t n số v t lý của dung dịch NH3/H2O 38

2 5 2 sở tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 41

2.6 GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ MỘT CẤP 48 HƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 50

3.1 MỤ Í H VÀ YÊU ẦU CỦA MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 50

3.1.1 Mụ í x y ựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm 50

3.1.2 Yêu cầu ối với mô hình thực nghiệm 51

3.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O CÔNG SUẤT 9000BTU/H 51

3 2 1 n s n 53

3.2.2 Bình hấp thụ 54

3 2 3 D n n n tụ 56

3 2 4 D n y 57

3 2 5 uồn lạn 58

3 2 6 V n t ết l u 58

3 2 7 m un ị 59

3 2 8 ộ ấp nhiệt ằn năn l ợn mặt trờ 60

3 2 9 ộ n ệt ằn k ó t ả 61

3.3 KIỂM TRA ÁNH GIÁ VÀ ẢI TẠO NÂNG CẤP MÔ HÌNH THÍ

NGHIỆM MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/H2O 62

3 3 1 K ểm tr n m n m y lạn ấp t ụ NH3/H2O 62

3.3.2 Cải tạo, nâng cấp mô hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 64

3.4 ÁNH GIÁ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SAU KHI CẢI TẠO 68

HƯƠNG 4 NGHIÊN ỨU THỰC NGHIỆM 70

4.1 MỤ Í H VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 70

4.1.1 Mụ í n n ứu thực nghiệm 70

4.1.2 Giới hạn nghiên cứu thực nghiệm 70

4.2 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 71

4.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 73

4.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆU QUẢ LÀM LẠNH CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ 94

4.2.1 Sự phụ thuộc của nhiệt ộ buồng lạnh vào t lệ môi chất 94

4.2.2 Sự phụ thuộc của nhiệt ộ nguồn gia nhiệt vào chế ộ cấp nhiệt 95

4.2.3 Sự p ụ t uộ ủ n ệt ộ uồn lạn v o ế ộ ấp n ệt 96

HƯƠNG 5 TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 98

5.1 TÓM TẮT 98

5.2 KẾT LUẬN 99

5.3 KIẾN NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU GẠCH CHÂN

DANH MỤC HÌNH VẼ, Ồ THỊ

H n 1 1 S ồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp 5

H n 1 2 S ồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp 7

H n 2 1 S ồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ 18

H n 2 2 S ồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NLMT NH3/H2O 26

H n 2 3 S ồ nguyên lý máy lạnh hấp phụ sử dụng NLMT 28

H n 2 4 S ồ máy lạnh hấp thụ sử dụng các nguồn nhiệt kết hợp 29

H n 2 5 S ồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất NH3/H2O 36

H n 2 6 ồ thị i – ξ ủa dung dịch NH3/H2O 42

Hình 2.7 Giá trị giới hạn của máy lạnh hấp thụ một cấp tr n ồ thị lgp – 1/T 49

Hình 3.1 Mô hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử dụn năn l ợng mặt trời kết hợp nhiệt thải 52

H n 3 2 n s n 53

Hình 3.3 Bình hấp thụ 55

Hình 3.4a Buồng lạnh nhìn từ bên ngoài 58

Hình 3.4b Buồng lạnh nhìn từ bên trong 58

Hình 3.5 Tiết l u m ất lạnh 59

Hình 3.6 Thiết bị tiết l u un ịch 59

H n 3 7 m un ịch 60

Hình 3.8 Cấu tạo thiết bị gia nhiệt o n ớc bằn năn l ợng mặt trời 61

Hình 3.9 Cấu tạo bộ m n ớc bằng khói thải 62

Hình 3.10 Ống xo n gia nhiệt 65

H n 3 11 n s n 65

Hình 3.12 Bình hấp thụ 66

H n 3 13 D n n n tụ 67 Hình 3.14 Van tiết l u 67

H n 4 1 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 1 74

H n 4 2 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 1 75

H n 4 3 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 2 77

H n 4 4 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 2 78

H n 4 5 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 3 80

H n 4 6 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 3 81

H n 4 7 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 4 83

H n 4 8 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 4 84

H n 4 9 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 5 86

H n 4 1 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 5 87

H n 4 11 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 6 89

H n 4 12 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 6 90

H n 4 13 ến t n n ệt ộ uồn lạn t o t ờ n tron ế ộ v n n 7 92

H n 4 14 ến t n n ệt ộ n ệt n n n ấp t ụ s n t o t ờ n tron ế ộ v n n 7 93

H n 4 15 Sự p ụ t uộ ủ n ệt ộ uồn lạn v o nồn ộ un ị NH3 94

H n 4 16 Sự p ụ t uộ ủ n ệt ộ n ệt v o ế ộ ấp n ệt 95

H n 4 17 Sự p ụ t uộ ủ n ệt ộ uồn lạn v o ế ộ ấp n ệt 96

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Danh mục một số cặp môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ 22

Bảng 2.2 Một số loại nhiệt thải và nhiệt ộ t n ứng 30

Bảng 2.3 V t liệu kim loại ứng dụng trong kỹ thu t lạnh 33

ản 2 4 G ớ ạn n ệt ộ ứn ụn ủ một số loạ v t l ệu k m loạ 35

ản 4 1 T n số ế ộ v n n t ự n ệm 71

ản 4 2 Kết quả t ự n ệm k v n n ở ế ộ 1 73

ản 4 3 Kết quả o t ự n ệm k v n n ở ế ộ 2 76

ản 4 4 Kết quả o t ự n ệm k v n n ở ế ộ 3 79

ản 4 5 Kết quả o t ự n ệm k v n n ở ế ộ 4 82

ản 4 6 Kết quả o t ự n ệm k v n n ở ế ộ 5 85

ản 4 7 Kết quả o t ự n ệm k v n n ở ế ộ 6 88

ản 4 8 Kết quả o t ự n ệm k v n n ở ế ộ 7 91

HƯ G 1 TỔ G QU

1.1 TỔ G QU VỀ ÁY Ạ H HẤP THỤ

1.1.1 Khái niệm máy lạnh hấp thụ

Máy lạnh hấp thụ là máy lạn k n ùn m y nén ạy bằn ện n máy lạn t n t ờng mà dùng cụm “m y nén n ệt” sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt ộ thấp ể phân ly môi chất lạnh ra kh i hỗn hợp cặp môi chất hấp thụ tạo

t n qu tr n l u ộng của môi chất lạnh trong hệ thống máy lạnh Quá trình nén

ợc thực hiện nhờ một vòng tuần hoàn của dung dịch qua các thiết bị hấp thụ m dung dịch, thiết bị s n v t ết l u un ịch

Máy lạnh hấp thụ giữ một vai trò quan tr ng trong kỹ thu t lạnh Máy lạnh hấp thụ chu kỳ H2O/H2SO4 o L sl p t m n năm 181 v m y lạnh hấp thụ liên tục NH3/H2O o rré p t m n năm 185 Với chặn ờng phát triển n 2 năm n y n y loại máy lạn k n u ợc hoàn ch nh và sử dụng có hiệu quả ở nhiều n ớc trên thế giới nhất là ở Nga, Nh t, Mỹ và Trung Quố …

1.1.2 Ưu nhược điểm của máy lạnh hấp thụ

Ưu ểm lớn nhất của máy lạnh hấp thụ là không cần ện năn oặ năn

mà ch sử dụng nguồn nhiệt năn ó n ệt ộ không cao (80÷150oC) thông qua chất tải nhiệt l k í ốt n ớc hoặ n ớ nón ể hoạt ộng Chính vì thế, máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc sử dụng nhiệt năn t ừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền

Máy lạnh hấp thụ còn có khả năn ồn p t ( o n r t on) ện lạnh hoặc nhiệt lạnh trung tâm, cung cấp ồng thờ ện năn n ệt năn v lạn (n ớc lạnh),

tr n ợc sự tăn ục bộ không khí, khi sử dụng các loạ m y ều hòa nhiệt ộ hiện n y tron t ị

Máy lạnh hấp thụ rất n ản, kết cấu chủ yếu là các thiết bị tr o ổi nhiệt và

tr o ổi chất, chế tạo dễ dàng, bộ ph n chuyển ộng duy nhất l m un ịch

ũn v v y, máy lạnh hấp thụ v n n n ản; sửa chữa bảo ỡng dễ dàng, máy làm việc ít ồn và rung Trong vòng tuần hoàn môi chất không có dầu tr n

nên bề mặt các thiết bị tr o ổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăn n m y lạn nén NH3

Mặt khác, các cặp môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ không phải là freon cho nên không gây ra sự phá hủy tầng ozone Tron k ó v ệc tìm các môi chất lạn lý t ởng nhằm thay thế các môi chất freon dùng cho máy lạn nén n gặp nhiều k ó k ăn V v y, việc nghiên cứu và sử dụng máy lạnh hấp thụ thay cho máy lạn nén tron kĩ t u t ều k n k í ó ý n ĩ rất lớn

N ợ ểm của máy lạnh hấp thụ là cồng kềnh, diện tích l p ặt lớn n so với máy lạn nén L ợn n ớc làm mát yêu cầu ũn lớn n v p ải làm mát thêm bình hấp thụ Tuy n n tron ều kiện Việt Nam, máy lạnh hấp thụ là rất phù hợp

1.1.3 ác đặc trưng cơ bản của máy lạnh hấp thụ

1.1.3.1 Đặc trưng về nguyên lý hoạt động của máy lạnh hấp thụ

ểm k n u ản giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạn ó m y nén ó

là quá trình nén môi chất lạnh từ áp suất thấp s u n y l n p suất o tr ớc

n n n tụ

Nguyên t c hoạt ộng của máy nén nhiệt chính là một vòng tuần hoàn của dung dịch qua các thiết bị hấp thụ m un ịch, thiết bị s n v t ết l u un dịch Cụm máy nén nhiệt trong máy lạnh hấp thụ bao gồm: thiết bị hấp thụ m dung dị n s n v t ết l u un ịch

1.1.3.2 Đặc trưng về môi chất sử dụng trong máy lạnh hấp thụ

Máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất thay vì sử dụng một môi chất n trong máy lạnh nén ó loại cặp môi chất ợc sử dụng trong máy lạnh hấp thụ:

- Hấp thụ: Môi chất lạnh và chất hấp thụ có liên kết hóa h c với nhau Ví dụ:

H2O/ CaCl2; NH3/n ớc; H2O/S l l…

- Hấp phụ: Môi chất lạnh và chất hấp thụ có liên kết c với nhau Ví dụ:

N ớc/zeolit

1.1.3.3 Đặc trưng về năng lượng sử dụng trong máy lạnh hấp thụ

Trong máy lạnh hấp thụ, chi tiết sử dụn năn l ợn ện duy nhất l m dung dị Do ó năn l ợng cấp cho máy lạnh hấp thụ chủ yếu ể gia nhiệt cho

n s n un ấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ có thể lấy từ rất nhiều nguồn khác nhau Ở y tron ều kiện kinh tế xã hộ v ều kiện ịa lý ở Việt Nam ta chú tr n ến hai nguồn năn l ợn l năn l ợng mặt trờ v năn l ợng tái tạo

1.1.3.4 Đặc trưng về vật liệu chế tạo máy lạnh hấp thụ

Do máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất khi v n hành nên v t liệu sử dụng trong chế tạo phả x m xét kĩ l ỡn ể phù hợp với từng cặp môi chất ợc sử dụng Ví dụ n :

ối với cặp môi chất NH3/H2O k n ăn m n k m loạ n ế tạo máy

n n ăn m n ồng và các hợp kim củ ồng nên không sử dụn ồng và các hợp kim củ ồng trong hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất NH3/H2O ợc Sử dụn ợc kim loạ n v ồng thau phốt pho

ối với cặp môi chất H2O/L r tín ăn m n ủa dung dịch rất cao, gây han g thiết bị cho nên v t liệu chế tạo máy lạnh hấp thụ cần ặc biệt l u ý ến những v t liệu tr n ợc sự ăn m n K v n hành cần thêm các chất phụ gia nhằm bảo vệ thiết bị

ối với cặp môi chất H2O/S l l ít ó tín ăn m n v các tính chất ảnh ởng xấu tới v t liệu chế tạo máy lạnh nên có thể dùng các v t liệu chế tạo t ờng dùng trong ngành lạnh mà không cần các yêu cầu ặc biệt gì

1.1.4 Phân loại máy lạnh hấp thụ

1.1.4.1 Máy lạnh hấp thụ Nước/Bromualiti (H 2 O/LiBr)

Máy lạn ấp t ụ n ớ / romu l t ợ sử ụn rộn r ặ ệt l tron kỹ

t u t ều k n k í tron ó n ớ l m ất lạn v romu l t l ất ấp

t ụ M y lạn n ớ / romu l t ó u n ợ ểm ín n s u:

a Máy lạnh hấp thụ H 2 O/LiBr tác dụng đơn (Single Effect)

M y lạn ấp t ụ H2O/L r t ụn n (S n l Eff t) ó v n tuần

o n: tuần o n m ất lạn (n ớ ) tuần o n un ị v tuần o n n ớ l m mát

b Máy lạnh hấp thụ H 2 O/LiBr tác dụng kép (Double Effect)

N ợ ểm lớn n ất ủ m y lạn ấp t ụ H2O/L r t ụn n l k tăn

n ệt ộ n uồn n ệt t OP tăn ần n k n n kể OPmax= 76 Do ó ể

t n ụn ệu suất ủ n uồn n ệt ó n ệt t ế o t sử ụn s ồ t ụn kép S ồ n y l m v ệ rất ệu quả vớ p n p p ấp n ệt l k í ốt v n

ợ sử ụn rộn r ể l m lạn n ớ ( ất tả lạn ) o ều k n k í

1.1.4.2 Máy lạnh hấp thụ Amoniắc/Nước (NH 3 /H 2 O)

M y lạn ấp t ụ NH3/H2O ó n ợ ểm l m ất NH3 gây mùi khai và

ộ ạ nếu ị r r r n o N o r o l ợn n ớ uốn t o NH3 rất lớn n n ần

p ả ó t ết ị t n luyện NH3 tr ớ k v o n n n Tuy n n u ểm rất lớn ủ loạ n y l t n t ấp n n n o ứn ụn ể sản xuất n ớ t

m y lạn ấp t ụ NH3/H2O v n ó tr ển v n ứn ụn rộn r tron ệ t ốn ều

k n k í M y lạn ấp t ụ NH3/H2O ó loạ s u:

a M¸y l¹nh hÊp thô Amoniac/N-íc (NH3/H2O) mét cÊp

S ồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O liên tục một cấp ợc trình bày trên hình 1.1

7

12 6

10

Nuoc lam mat

HN2

Q D

Chat tai lanh 3

HN1

N uy n lý l m v ệ ủ m y lạn ấp t ụ NH3/H2O một ấp n s u:

N ệt ấp v o n s n (SH) qu t ết ị tr o ổ n ệt tạo t n qu tr n

p n l m ất H y r k n (SH) l NH3 ( ó l n một p ần n H2O)

l u ộn tớ n n n tụ (NT) tạ y m ất n n tụ t n l ng có áp suất o L n o p NH3 qu v n t ết l u (TL) ảm p suất rồ l u ộn tớ n

y ( H) Tạ y l n ạ p n n n ệt ủ m tr ờn ần l m lạn ó

rồ l u ộn tớ n ấp t ụ (HT) Tạ n ấp t ụ NH3 ợ ấp t ụ ở dun ị ó nồn ộ t ấp từ n (SH) trở về v t ếp tụ u tr n tuần o n mớ Tron m y lạn ấp t ụ NH3/H2O ó ố trí t m t ết ị tr o ổ n ệt

S ồ n uy n lý ủ m y lạn ấp t ụ NH3/H2O hai ấp ợ ểu ễn trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH 3 /H 2 O hai cấp

Chú thích:

SH C : Bình sinh hơi cao áp; SH T : Bình sinh hơi hạ áp; HT C : Bình hấp thụ cao áp; HT T : Bình hấp thụ hạ áp; BH: Bình bay hơi; NT: Bình ngưng tụ;

TL ddC : van tiết lưu dung dịch cao áp , TL ddT : Van tiết lưu dung dịch hạ áp;

TL 1 ,TL 2 : Van tiết lưu môi chất; HN 1 , HN 2 ,HN 3 : Thiết bị hồi nhiệt; B ddC : Bơm dung dịch cao áp; B ddT : Bơm dung dịch hạ áp; TG: Bình trung gian

Q HT 1

4 2

Q k

9 8 7 12 6

10

Nuoc lam mat

TL ddC

B ddC SH

HT C

Q A

Nguon nhiet

Q HC

9 8 7 12

10

Nuoc lam mat

Trong t ự tế ó loạ m y lạn ấp t ụ k uế t n: m y lạn ấp t ụ

k uế t n n suất lớn v m y lạn ấp t ụ k uế t n n suất n y n

l tủ lạn ấp t ụ n

N y n y loạ m y lạn ấp t ụ k uế t n n suất lớn ùn tron n

n ệp k n n ứn ụn n ều m ủ yếu l tủ lạn ấp t ụ n vớ n suất n

Sự r ờ ủ loạ m y lạn ấp t ụ k uế t n n ằm ả quyết to n: ế tạo m y lạn ấp t ụ k n ó t ết uyển ộn ể t ự ện v ệ n y t p ả

Y u ầu ố vớ loạ k í tr t m v o l p ả ó k ố l ợn r n ở ùn ều

k ện n ệt ộ p suất n ẹ n m ất lạn y ộ n lệ về tỷ tr n l k lớn

1.2 KẾT QUẢ GHIÊ ỨU VỀ ÁY Ạ H HẤP THỤ

1.2.1 Kết quả nghiên cứu trên thế giới

Trong suốt nử ầu thế kỷ XX, nhiều nghiên cứu thực nghiệm của các nhà khoa h c ở nhiều n ớc trên thế giớ m n lại những kết quả n n n ển hình là công trình của nhà khoa h c n ời Ý Guido Maiuri [28] và hai nhà khoa h c

n ời Thụy ển Baltzar von Platen, Carl Munters [29] về tủ lạnh sử dụng chu trình máy lạnh hấp thụ năm 1920 Tại Mỹ trong nhữn năm 194 m y lạnh hấp thụ

H2O/LiBr vớ n ớ ợc xem là môi chất lạn ợ vào sử dụng [30] Máy lạnh loại này hoạt ộn tr n sở chu kỳ Carre biến ổ v ợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thu t ều hòa không khí Ngày nay, các loại máy lạnh hấp thụ khác nhau ngày càng hoàn ch nh và chiếm một t tr n n kể trong hệ thống máy làm lạnh ở

n ớc phát triển nhất là ở Mỹ, Nh t, Nga và Trung Quố D ớ y l tổng quan

về một số công trình nghiên cứu này:

- Trong [24], Craig Christy, Dave Fusco và Reza Toossi trình bày ứng dụng máy lạnh hấp thụ ể ều k n k í tr n x v tàu thủy chở container Trong công trình này các tác giả n n ứu thực nghiệm về hiệu quả của máy lạnh hấp thụ làm lạnh trên các tàu chở ont n r v ều k n k í tr n x Các nguồn nhiệt ợc chú tr ng là khói thải củ x y ủ ộng t u t ủy Các tác giả r p n n t ết kế và chế tạo thành công các model với các công suất lạnh 6000BTU/h, 18000BTU/h và 25000BTU/h với ch số làm lạnh COP = 1,99 Công trình nghiên cứu n y ợc một số hãng chế tạo x t u thủy chở container áp dụn ể sản xuất t o n ặt hàng của khách hàng từ năm

2002

- Trong [25], Jorge E González và Chairperson trình bày nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời Trong công trình này các tác giả s u

nghiên cứu hiệu quả làm việc của máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời ứng dụng cho việ ều hòa không khí Kết quả củ n tr n l r s ồ tố u kết nối giữ oll tor năn l ợng mặt trời và hệ thốn ều hòa hấp thụ ể hiệu quả làm lạnh là cao nhất Công trình n y ũn ợc ứng dụng trong các ngôi nhà xanh tại Chicago từ nhữn năm 2 5

- Trong [26], V.Mittal Assistant Professor trình bày về máy lạnh hấp thụ ều hòa không khí sử dụn năn l ợng mặt trờ Tron n tr n n y t n n cứu về hiệu quả máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời So sánh hiệu suất của các máy lạnh NH3/H2O và H2O/L r v r p n n t ết kế chế tạo,

cụ thể: Ch số COP của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O nh n 15% - 20% khi sử dụn năn l ợng mặt trờ ể cấp nhiệt Máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời tác dụng kép thì có ch số OP o n n n k ả năn tí trữ lạnh lại không hiệu quả bằng loại tác dụn n

-Trong [27], Hiroshi Takamatsu, Hikaru Yamashiro, Nobuo Takata, Hiroshi Honda trình bày nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ cấp nhiệt bằng khói thả ộn Tron ề tài này các tác giả nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn nhiệt từ

ốt nhiên liệu n ầu xăn Kết quả củ n tr n ợc ứng dụng ể chế tạo máy lạnh hấp thụ có công suất lớn sử dụng bảo quản lạn ều hòa không khí trong các tòa nhà lớn, siêu thị k u n

- Trong [31], Fernandez-Seara trình bày khả năn ứng dụng của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử dụng hệ thống thu hồi nhiệt thải củ ộn tr n t u thủy Trong

ó ầu tổng hợp ợc sử dụn n ất l ng truyền nhiệt năn l ợng nhiệt thu hồi

từ ộn k í xả là 16,6kW và công suất làm lạnh của hệ thống là 8,33kW Các tác giả tổng kết: ối với những tàu cá dung tích từ 80-150m3 ợc trang bị ộn diesel bốn thì với công suất từ 7 ến 1200kW sẽ có thể thu hồ ợc một l ợng lớn năn l ợng nhiệt thải bằng chất l ng và sử dụng trong hệ thống máy lạnh hấp thụ phục vụ các nhu cầu làm lạnh của các tàu cá từ 5-10kW với nhiệt ộ bảo quản là

0oC và nhiệt ộ y l -10oC

- Trong [32], J.Peranic, A.Bozunovic và B.Pavkovic trình bày thiết kế và so sánh hệ thống máy lạn nén ùn NH3 và máy lạnh hấp thụ dùng NH3/H2O chạy bằng nhiệt thu hồi từ khí thả ộn sử dụng ở tàu có kích t ớc trung bình Các tác giả kết lu n khí thải từ ộn ó n ệt ộ 400ºC và chiếm khoảng 30% tổng nhiệt ầu vào của nhiên liệu trong khi nhiệt ra cùng vớ n ớc làm mát là 28%, khảo sát một ộn s l 7 kW t năn l ợng nhiệt phát thải là 425kW

N v y, nhiệt thải có thể ợc thu hồi và sử dụng trong máy lạnh hấp thụ ể tăn

hiệu suất năn l ợng so với sử dụn u tr n nén

- Gần y C.A.Oronel, A.Amaris, M.Vallès và M.Bourouis [33,34] thực hiện nghiên cứu thực nghiệm quá trình hấp thụ và quá trình giải hấp thụ của cặp

NH3/LiNO3 và NH3/(LiNO3 + H2O) trong bộ tr o ổi nhiệt dạng tấm Tron ề tài này, các tác giả cải thiện n kể quá trình hấp thụ và giải hấp thụ của cặp ba chất so với cặp hai chất Vì v y, thiết bị làm lạnh hấp thụ cho tàu cá có thể ợc chế tạo bằng cách sử dụng tấm tr o ổi nhiệt trong tất cả các thiết bị nhiệt, giảm kích

t ớc máy làm lạn v l ợng môi chất lạnh cần nạp

- Trong [35], Francisco Táboas và cộng sự n ố phân tích so sánh chu trình máy lạnh hấp thụ sử dụng hỗn hợp ba chất NH3/(LiNO3+H2O ) và NH3/H2O cho tàu cá và kết lu n: máy lạnh hấp thụ sử dụng NH3/(LiNO3 + H2O) và hỗn hợp chất l ng NH3/LiNO3 có giá trị COP o n so với máy lạnh hấp thụ sử dụng

NH3/H2O ộ chênh lệ OP n o n k hệ thống v n hành ở nhiệt ộ sinh

t ấp Nếu nhiệt ộ gia nhiệt ạt tới 85ºC, nhiệt ộ y ó t ể ạt ợc là 18,8ºC cho chu kỳ dùng NH3/LiNO3, -17,5ºC cho chu kỳ dùng NH3/(LiNO3 +H2O)

-và -13,7oC cho chu kỳ dùng NH3/H2O ở nhiệt ộ n n tụ 25ºC Ngoài ra, ũn chứn m n ợc máy lạnh hấp thụ dùng NH3/(LiNO3 + H2O) có thể hoạt ộng mà không cần cột n ất, l ợn n ớc trong dòng môi chất lạnh vào thiết bị y

l ới 1,5% theo khố l ợng ở ều kiện hoạt ộng lựa ch n…

Nhìn chung, máy lạnh hấp thụ ợc nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi ở

n ớc trên thế giới Các loại máy lạnh hấp thụ NH3/H2O t ờn ợc sản xuất

n ế t o n ặt hàng của xí nghiệp công nghiệp có nhu cầu ể sử dụng nhiệt thải có công suất rất lớn, có thể lên tới 30.000 kW Còn các loại máy lạnh hấp thụ romu l t t ợc sản xuất hàng loạt có công suất từ v trăm ến vài ngàn

k low tt ợc sử dụng rất nhiều trong các hệ thốn ều hòa không khí Các nghiên cứu ũn t p trun t m p n n ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn năn l ợng mặt trời hoặc nhiệt thải từ ộn ể làm lạnh bảo quản trên các tàu thuyền n t thủy sản n n o p í ầu t n ầu n o n n t ực

sự ợc phổ biến rộng rãi

1.2.2 Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt N m ó n tr n n n ứu lý thuyết và thực nghiệm về máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn nhiệt cấp l năn l ợng mặt trời, dầu, than, củi v chế tạo ợc các máy lạnh hấp thụ chu kỳ dùng môi chất NH3/H2O D ớ y x n giới thiệu một số công trình nghiên cứu ợc công bố:

- Trong [10], Trần Thanh Kì trình bày chi tiết về quy trình lựa ch n sở lý thuyết ể chế tạo các thiết bị chính trong máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thả n :

n s n n ấp thụ, dàn lạnh, dàn nón m un ị l sử dụng nhiệt thải Vớ ề tài này, tác giả n n ứu và chế tạo thành công máy lạnh hấp thụ NH3/H2O ùn ể sản xuất n ớ sử dụng than cám (hoặc các phế phẩm

k n trấu mùn ) l m ất ốt hoạt ộng Thiết bị thích hợp ứng dụng cho các vùng thiếu ện và có sẵn các nguồn chất ốt trên Máy này có thể sản xuất

n ớ y v n ớ v n với tố ộ nhanh ch với 04 giờ, trong khi với công nghệ ũ n ện nay việc này kéo dài trong 20 giờ, giá thành sản xuất n ớ cũng rẻ n so với sử dụn ện Ưu ểm của hệ thống là t n dụn ợc nguồn chất ốt sẵn ó ể hoạt ộng, thời gian chi phí sản xuất n ớ ít Tuy n n ệ thống lạ ó n ợ ểm l kí t ớc lớn p í ầu t n ầu và chi phí bảo ỡng lớn, hệ số làm lạnh thấp, việ ốt than cám, tạo r k í ộc ến nay, hệ thống này v n ợc ứng dụng trong thực tế

- Trong [11], Lê Chí Hiệp và Võ Kiến Quốc trình bày các kết quả nghiên cứu máy lạnh hấp thụ NH3/H2O loạ n oạn cấp nhiệt bằng collector mặt trời dạng ống – cánh, ứng dụn tron ều kiện thời tiết của TP Hồ Chí Minh ể sản xuất

n ớ Kết quả cho thấy có thể sản xuất trung bình khoảng 1 6 ến 2 5k /m2collector/ngày Việc mô ph ng hệ thốn ũn ợc các tác giả thực hiện nhằm khảo sát tố ộ diễn ra củ qu tr n ồng thời có thể dự o n ợc sản l ợng

n ớ t o từng vùng thời tiết khác nhau ở các thờ ểm k n u tron năm

Mô hình thực nghiệm sản xuất ợ n ớ tuy n n k ố l ợn n ớc tín trên một n vị diện tích collector v n còn thấp so vớ m n n oạn

- Trong [14], Ho n D n Hùn Trần Ng c Lân trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thực nghiệm m u máy lạnh hấp phụ sử dụng năn l ợng mặt trời với cặp môi chất là than hoạt tính và methanol Với công trình nghiên cứu này, các tác giả n n ứu chế tạo thành công máy lạnh hấp phụ dùng sản xuất

n ớ oạt ộng bằn năn l ợng mặt trời Máy lạnh hấp phụ n y ó u ểm là kết cấu g n nhẹ, hoạt ộng bằn năn l ợng mặt trời nên gần n k n tốn chi phí

o năn l ợng hoạt ộng Tuy nhiên, thiết bị lạ ó n ợ ểm lớn là ch có thể làm lạn n oạn, công suất nh , chi phí o ũn t ể ứng dụng vào thực tế

- Trong [15], Lê Xuân Hòa trình bày nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ

NH3/H2O k n m sử dụn năn l ợng mặt trời Máy lạnh hấp thụ loại này làm việc theo chu kỳ tron ó ở oạn ầu oll tor năn l ợng mặt trời làm việc

- Trong [16], ặng Trần Th và ặng Thế Hùng trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm máy lạnh hấp thụ dùng cặp môi chất

NH3/H2O, sử dụng nguồn nhiệt khói thải kết hợp vớ năn l ợng mặt trời Trong công trình nghiên cứu này, các tác giả ế tạo thành công máy lạnh hấp thụ

NH3/H2O có công suất 9000BTU/h, nhiệt ộ buồng lạnh bảo quản ạt 2oC Tuy nhiên, v t liệu chế tạo thiết bị lựa ch n p ù ợp nên trong quá trình v n hành

ị dung dị mon ăn m n n n ũn p ụn ợc vào thực tế…

N v y có thể thấy, thời gian gần y ở Việt Nam máy lạnh hấp thụ ũn

ợc quan tâm nghiên cứu nhằm p ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao về lạnh tron ều kiện nguồn năn l ợng truyền thống ngày càng hạn chế Tuy nhiên số

l ợng các công trình nghiên cứu n ều, các máy lạnh hấp thụ ợc chế tạo chủ yếu với mụ í t í n ệm, nghiên cứu chứ ó một n vị nào có khả năn chế tạo máy lạnh hấp thụ với mụ í t n mại y l sự thua thiệt của chúng

ta so vớ n ớc trên thế giới

1.3 Ứ G DỤ G Ủ ÁY Ạ H HẤP THỤ

1.3.1 Ứng dụng của máy lạnh hấp thụ

N nó ở trên, máy lạnh hấp thụ có thể làm việc nếu chúng ta cung cấp cho chúng một nguồn nhiệt Nguồn nhiệt có thể l n ớ n ớc nóng, khí nóng

và hỗn hợp k í t ải ra từ công nghiệp Nguồn nhiệt thải này rất lớn, chiếm ến

60 – 70% tổn năn l ợng tiêu hao cho sản xuất Nếu nguồn nhiệt này buộc phải thải b t sẽ rất lãng phí và gây ô nhiễm m tr ờng Trong rất nhiều dây chuyền sản xuất nhất là trong công nghiệp hóa chất, sản sinh rất nhiều nhiệt ồng thờ ũn cần làm lạnh nhân tạo các sản phẩm Nguồn nhiệt thả ó nếu ợc sử dụng trong các máy lạnh hấp thụ ể làm lạnh cho chính sản phẩm của mình thì sẽ không gì tốt bằng, vì vừa tiết kiệm năn l ợng lại vừa bảo vệ m tr ờng Cho nên trong các dây chuyền sản xuất này việc áp dụng máy lạnh hấp thụ n l một việc b t buộc phải

có Các nguồn nhiệt thải này có nhiệt ộ rất o l n ến n n n ộ rất dễ sử dụng trong các nhu cầu về nón ũn n lạn n n một phần rất lớn có nhiệt ộ

t n ối thấp từ 70 ến 130oC rất khó sử dụng Máy lạnh hấp thụ cho phép sử dụng rất tốt các nguồn nhiệt này không nhữn ể làm lạnh sản phẩm ều hòa

k n k í m tr ờng sống và làm việc của xí nghiệp, mà còn có thể biến ổi các nguồn nhiệt từ nhiệt ộ thấp thành nhiệt ộ o ể sử dụng tốt trong các nhu cầu khác về nhiệt

Ngoài nhiệt thải ra chúng ta còn có thể sử dụng nguyên liệu n t n ầu và

k í ốt bằn ốt trực tiếp trong các máy lạnh hấp thụ hoặ t n qu l ể thu nh n nhiệt Loại máy lạnh hấp thụ brômualiti (LiBr + H2O) cho phép áp dụng hai cấp bố ó ệu quả sử dụng nhiệt rất lớn và giá thành sản phẩm lạnh th m chí rẻ n m y lạnh chạy bằn ện o n n ợc sử dụng rất nhiều trong các

hệ thốn ều hòa không khí

1.3.2 Ứng dụng trong lĩnh vực khai thác, đánh bắt thủy sản

Việt Nam là một quốc gia ven biển vớ n 3 26 km ờ ển v 2 tr ệu t mặt n ớ ợ n l quố u ó về ạn s n v t n uy n t ủy

sản N n t ủy sản ó vị trí ặ ệt qu n tr n tron ến l ợ p t tr ển k n tế

- x ộ V ệt N m, trong n ữn năm qu sản xuất t ủy sản ạt ợ n ữn t n tựu n kể

T o số l ệu t ốn k ủ Tổn ụ T ủy sản [21] năm 2 11 tổn sản l ợn

t ủy sản ạt tr n 5 2 tr ệu tấn (tăn ấp 5 1 lần so vớ năm 199 n qu n tăn

8 49%/năm ); sản l ợn k t t ủy sản ạt tr n 2 2 tr ệu tấn (tăn ấp 3,1 lần so

vớ năm 199 n qu n tăn 5 83%/năm) H n t ủy sản V ệt N m ó mặt ở

tr n 164 quố v vùn l n t ổ tr n t ế ớ K m n ạ xuất k ẩu năm 2 11 ạt

tr n 6 11 tỷ USD (tăn ấp 29 8 lần so năm 199 n qu n tăn 18 5%/năm)

T ủy sản lu n tron top ầu mặt n xuất k ẩu ủ ất n ớ v ữ vữn vị trí top 1 n ớ xuất k ẩu t ủy sản n ầu t ế ớ

Theo Cục Khai thác và bảo vệ nguồn lợi thủy sản [21], năm 2 11 ả n ớ ó

tr n 126 4 n n t u t uyền n loạ vớ tổn n suất 4 4 tr ệu V (t u

t uyền tăn 7 % n suất tăn 175% so vớ năm 2 1) Tron ó n óm t u n suất bé n 2 V tăn 9 1% năm n óm t u ó n suất từ 2 -9 V tăn n

qu n 1 8% năm ; n óm t u ó n suất lớn n 9 V tăn n qu n 13% năm

y l n óm tăn o n ất t ể ện xu ớn p t tr ển k t r k x p ù

ợp ủ tr n k t x ờ ủ ản v N n ớ

ể thực hiện ợc chủ tr n ó v ệ ảm bảo o t u n t xa bờ

tự chủ ợc khâu bảo quản lạnh sau thu hoạch là một yêu cầu hết sức cần thiết Với

ều kiện ịa hình khai thác trên biển dồi dào về năn l ợng mặt trời cùng việc

l ợng nhiệt thải từ ộn t u t uyền là rất lớn, ớng ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời hoặc nhiệt từ khói thả ộn l một p n n mang lại hiệu quả cao, cần nghiên cứu một cách nghiêm túc

1.4 GIỚI HẠ VÀ Ụ Í H GHIÊ ỨU

Máy lạnh hấp thụ là một lĩn vực khoa h c kỹ thu t rất rộng lớn bao gồm nhiều chủng loại máy với nhiều mục tiêu làm lạnh khác nhau, tuy nhiên trong phạm

vi của lu n văn n y t ả sẽ t p trung nghiên cứu về hiệu quả làm lạnh của máy

lạnh hấp thụ môi chất NH3/H2O sử dụn năn l ợng mặt trời và khói thải từ ộng

ằn p n p p t ực nghiệm

Dựa trên các kết quả nghiên cứu, phân tích nêu ở trên và mô hình thí nghiệm máy lạnh hấp thụ có sẵn [18], tác giả sẽ tiến hành nghiên cứu ản ởng của t lệ cặp môi chất NH3/H2O, ản ởng củ ều kiện v n n ến hiệu quả làm lạnh của máy lạnh hấp thụ sử dụn năn l ợng mặt trời và khói thả ũn n cải tạo một số thiết bị của mô hình nhằm nâng cao hiệu quả làm lạnh Bên cạn ó

sẽ n về khả năn ứng dụng máy lạnh hấp thụ ể làm lạnh bảo quản trên tàu thuyền n t cá xa bờ

CHƯ G 2 Ý THUYẾT TÍNH TOÁN ÁY Ạ H HẤP THỤ

2.1 GUYÊ Ý À VIỆ Ủ ÁY Ạ H HẤP THỤ

Máy lạnh hấp thụ là máy lạn k n ùn m y nén ạy bằn ện n máy lạn t n t ờng mà dùng cụm “m y nén n ệt” sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt ộ thấp ể phân ly môi chất lạnh ra kh i hỗn hợp cặp môi chất hấp thụ tạo

t n qu tr n l u ộng của môi chất lạnh trong hệ thống máy lạnh ũn ống

n m y lạnh sử dụn m y nén m y lạnh hấp thụ bao gồm qu tr n n n

tụ 2 – 3, tiết l u 3 – 4 y 4 – 1, nén 1 – 2 Tuy nhiên, quá trình nén 1 – 2 ợc thực hiện nhờ “m y nén n ệt” Cụm “m y nén n ệt” tron m y lạnh hấp thụ bao gồm: Thiết bị hấp thụ m un ị n s n v v n t ết l u un ịch S

ồ nguyên lý hoạt ộng của máy lạnh hấp thụ ợc thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ

Q O

Q A

Q H

1 4

2 3

Q k

p k

p o

Nguyên lý hoạt ộng của máy lạnh hấp thụ n s u:

Dung dịch có nồn ộ cao ở bình hấp thụ ợ m un ị m v o n

s n tạ y ới tác dụng của nguồn nhiệt cấp xảy r qu tr n p n l m chất Sau quá trình phân li, dung dịch giảm nồng ộ v l u ộng trở lại bình hấp thụ qua thiết bị tiết l u un ị n m ất l u ộng tới thiết bị n n tụ Tại

y m ất truyền nhiệt o m tr ờn l m m t v n n tụ thành môi chất

l ng có áp suất cao, l n o p l u ộng qua thiết bị tiết l u ảm áp suất rồ l u ộng tới thiết bị y Ở thiết bị y m ất l ng nh n nhiệt của môi

tr ờng cần làm lạn y l u ộng về bình hấp thụ Ở bình hấp thụ m chất ợc hấp thụ vào dung dịch rồi tiếp tục một vòng tuần hoàn mới [18]

Chu trình hoạt ộng của máy lạnh hấp thụ bao gồm hai chu trình tuần hoàn: Chu trình tuần hoàn của môi chất lạnh và chu trình tuần hoàn của dung dịch trong máy nén nhiệt

2.1.1 Chu trình tuần hoàn của môi chất lạnh

Bình hấp thụ HT “ út” m chất sinh ra từ thiết bị y H tại áp suất

p0, nhiệt ộ t0, cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ thiết bị tiết l u un ịch TLdd

ến Do nhiệt ộ y t ấp, dung dịch loãng hấp thụ m ất trở thành dung

dị m ặc Nhiệt t a ra trong quá trình hấp thụ QA ( y n n tụ môi chất) ợc thả o n ớc làm mát Dung dị m ặ ợ m un ịch Bdd m l n t ết

bị s n Tạ y n ờ nhiệt ộ cao tk, áp suất cao pk (do thiết bị y ợc gia nhiệt một l ợng QH bởi thiết bị gia nhiệt bằng n ớc hoặc khí nóng) môi chất

2.1.2 Chu trình tuần hoàn của dung dịch trong máy nén nhiệt

Dung dịch loãng có tại thiết bị hấp thụ hấp thụ m ất từ thiết bị y

ến trở thành dung dị m ặc ở áp suất p0, nhiệt ộ t0 Dung dị m ặ ợc

m un ị m l n t ết bị hấp thụ Tạ y n ờ nhiệt ộ cao tk môi chất lạnh

y un ị m ặc trở thành dung dịch loãng và qua thiết bị tiết l u un dịch trở về thiết bị hấp thụ

2.1.3 Phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh hấp thụ

qk + qA = q0 + qH + qB (2.1) Tron ó:

qk: [kJ/k ] năn suất nhiệt riêng

q0: [kJ/k ] năn suất lạnh riêng

qA: [kJ/kg], nhiệt hấp thụ riêng

qB: [kJ/kg], nhiệt riêng tiêu tốn o m un ịch

qH: [kJ/kg], nhiệt riêng tiêu tốn o qu tr n s n

Hệ số nhiệt của máy lạnh hấp thụ:

qq

2.2 ẶP ÔI HẤT DÙ G TR G ÁY Ạ H HẤP THỤ

2.2.1 Tổng quát

N tr n y ất làm việc trong máy lạnh hấp thụ phải là dung dị ợc trộn l n từ hai chất thuần khiết khác nhau, hai chất này phải không tác dụng hóa h c với nhau và phải có nhiệt ộ sôi khá cách biệt khi ở ùn ều kiện áp suất Các nghiên cứu lý lu n về nhiệt ộng cho thấy, nếu tất cả qu tr n ều là thu n nghịch thì hiệu quả làm việc của máy lạnh hấp thụ hoàn toàn không phụ thuộc vào loại dung dịch Tuy nhiên vớ tr ờng hợp thực tế, hiệu quả làm việc của máy lạnh hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào loại dung dị ợc ch n sử dụng trong hệ thống Cặp môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ bao gồm môi chất lạnh và chất hấp thụ kèm tạo thành dung dịch tuần hoàn trong máy nén nhiệt

2.2.2 Phân loại

Có hai loại cặp môi chất:

- Hấp thụ: Môi chất lạnh và chất hấp thụ có liên kết hóa h c với nhau Ví dụ:

H2O/ CaCl2; NH3/n ớc; H2O/S l l …

- Hấp thụ: Môi chất lạnh và chất hấp thụ có liên kết c với nhau Ví dụ:

n ớc/zeolit

2.2.3 Yêu cầu đối với cặp môi chất

Yêu cầu chung: Tính chất nhiệt ộng tốt k n ộc hại, khó b t lửa và dễ nổ,

k n ăn m n ối với v t liệu chế tạo máy, rẻ tiền, dễ kiếm …

N o r n ó ặ ểm r n n s u:

- Chất ợc viết tr ớc là môi chất lạnh, phải có nhiệt ộ sôi thấp n ất hấp thụ ợc viết sau ở tron ùn ều kiện áp suất Nói chung, càng xa nhau càng tốt ể môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị s n k n l n chất hấp thụ

N n p ải hòa tan hoàn toàn vào nhau

- Nhiệt dung riêng của dung dịch phả é ặc biệt với máy lạnh hấp thụ chu

kỳ ể tổn thất nhiệt cho việc khở ộng máy nh

2.2.4 Giới thiệu các cặp môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ

Cặp môi chất H2O/ H2SO4 ó ý n ĩ lịch sử khi Lesli sử dụng lần ầu tiên

v o năm 181 tại Pari Một số cặp môi chất có chất hấp thụ l ng khác nh sử dụng môi chất lạn fr on R21 R22 ít ó ý n ĩ t ực tiễn

Chất hấp thụ r n n l2 và hấp phụ z ol t ó u ểm là không cần thiết bị tinh cất n n ũn ợc sử dụng rất hạn chế N ờ t n n n ứu các cặp môi chất NH3/CaCl2, H2O/SiO2, NH3/MgCl2… ùn o m y lạnh hấp thụ chu

kỳ sử dụn năn l ợng mặt trờ v năn l ợng phế thải

Trong bảng 2.1 giới thiệu một số cặp môi chất có thể sử dụng trong máy lạnh hấp thụ:

Bảng 2.1 Danh mục một số cặp môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ

Hiện nay, các máy lạnh hấp thụ sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh là

H2O/LiBr và NH3/H2O ớ y t ến hành phân tích một số ặ ểm của hai loại môi chất này

2.2.4.1 Cặp môi chất H 2 O/LiBr

Theo [2], cặp môi chất H2O/L r ó u ểm chính là ở thiết bị s n ầu

n ó n ớc bốc lên, không cần có thiết bị tinh luyện m ất nên thiết bị

n ản Nhiệt ộ gia nhiệt của cặp môi chất H2O/LiBr cho phép thấp ến 80oC nên các nguồn nhiệt thải công nghiệp có nhiệt ộ 80 ÷ 90oC là có thể sử dụn ể chạy máy N o r ối với cặp môi chất n y n ời ta có thể sử dụng nguồn năn

l ợng mặt trời qua bộ thu phẳng, không cần có bộ gia nhiệt phụ thêm

N ợ ểm của cặp môi chất H2O/LiBr là nhiệt ộ thấp nhất của thiết bị bay

2.2.4.2 Cặp môi chất NH 3 /H 2 O

Theo [22], amoniac (NH3) là môi chất ó ộ hoàn thiện nhiệt ộng cao nhất so với tất cả các môi chất ợc sử dụng trong kỹ thu t lạn tron ùn ều kiện làm việc thì NH3 có hệ số làm lạnh cao nhất Tác nhân lạnh NH3 có nhiệt ộ sôi ở áp suất khí quyển thấp (khoảng -33,4oC), ở nhiệt ộ m tr ờng áp suất n n tụ vừa phải (khoảng 16at ở 40oC), nhiệt ẩn ó v p suất làm việc cao, nhiệt ộ n

ặ v ộ nhớt thấp nên rất phù hợp cho nhu cầu làm lạn ới 0o

N ợ ểm củ nó l ộc hạ ăn m n ồng và các hợp kim củ ồng Nhiệt dung riêng củ n ớc và amoniac lớn o ó k n ó lợi về nhiệt cho các máy lạnh hấp thụ có chu kỳ, vì tổn thất nhiệt cho việc nâng và hạ nhiệt ộ toàn hệ thống khi

t y ổi chu kỳ khá lớn

Trong thiết bị s n ặp môi chất n y ó n ợ ểm ản l l ợn

n ớc cuốn t o mon rất lớn o ó tron m y lạnh hấp thụ NH3/H2O phải bố trí bộ ph n tr n ất ể tinh luyện mon tr ớ k v o n

n n N ệt ộ phân hủy của hỗn hợp mon v n ớc thấp nên không thể sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt ộ o ể gia nhiệt, tr ờng nhiệt ộ nguồn nhiệt không nên quá 160o Do l ợn n ớc cuốn theo nhiều nên nhiệt ộ gia nhiệt cho dung

dị t ờng không quá 120o ể tr n n n tụ hồ l u qu n ều ( n ớc l n với mon ến thiết bị sẽ n n tụ tạ y v trở về thiết bị s n ứ không tiếp

tụ qu t ết bị tiết l u) v t ết bị tinh cất quá cồng kềnh

Qu p n tí ặ ểm về tính chất nhiệt ộng, tính chất hóa h c và tính kinh tế n tr n t t ấy rằng cặp môi chất NH3/H2O có các tính chất p ứn ợc khả năn ứng dụng trong máy lạnh hấp thụ ùn ể làm lạnh bảo quản trên tàu thuyền n t cá xa bờ

2.3 GUỒ Ă G ƯỢ G SỬ DỤ G TR G ÁY Ạ H HẤP THỤ

Cung cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ có thể lấy từ rất nhiều nguồn khác nhau

Ở y tron ều kiện kinh tế xã hộ v ều kiện ịa lý ở Việt Nam ta chú tr ng

ến hai nguồn năn l ợn l năn l ợng mặt trờ v năn l ợng tái tạo

2.3.1 ăng lượng mặt trời

Các nguồn năn l ợng mới vừa sạch, thân thiện vớ m tr ờng lại có nguồn

dự trữ lớn n năn l ợng mặt trờ n n y n ợc ứng dụng nhiều trong các lĩn vực củ ời sống So với các ứng dụng khác, việc sử dụn năn l ợng mặt trời

ể làm lạn nó un v ều hòa không khí nói riêng rất hấp d n vì có sự ồng biến giữa nhu cầu sử dụng lạn v ờn ộ bức xạ mặt trời nh n ợc Tuy nhiên

o ải quyết tốt các mâu thu n giữa giá thành và hiệu quả mang lại, cho nên trong một thời gian dài việc ứng dụn năn l ợng mặt trờ ể làm lạn v ều hòa không khí v n ợc ứng dụng nhiều trong thực tế Mặc dù v y, bằng các nỗ lực không ngừng của các nhà nghiên cứu, việc ứng dụn năn l ợng mặt trờ ể làm lạn v ều hòa không khí càng ngày càng chứng t tính cấp thiết và khả thi, nhất

là ở các n ớ ó ều kiện thiên nhiên thu n lợ n V ệt Nam Ngoài ra do các yêu cầu về tiết kiệm năn l ợng và bảo vệ m tr ờng, việc sử dụn năn l ợng mặt trời trong kỹ thu t ều hòa không khí hiện n l một tron ớn u t n ợc khuyến khích phát triển

Việt N m l n ớc có tiềm năn về năn l ợng mặt trời, trải dài từ vĩ ộ 8o3 ’

B ến 23o22’ c, nằm trong khu vự ó ờn ộ bức xạ mặt trờ t n ối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm2 năm (4 2 – 7,3GJ/m2 năm) o ó v ệc

sử dụng năn l ợng mặt trời ở n ớc ta sẽ m lại hiệu quả kinh tế lớn Ở các t nh phía Nam, số giờ n ng trung bình là 6,5 giờ/ngày; ở phía B c có thấp n n n

ũn ạt khoảng 5 giờ/n y; ờn ộ tổn l ợng bức xạ trung bình trong khoảng 5,2 kWh/m2 ngày [18] Nhu cầu về năn l ợng ở một số vùng hẻo l n n m ền núi, hả ảo v n t ể p ứng liên tụ ợc Trong hoàn cản n v y, năn

l ợng mặt trời t rõ u ểm

Với việc các bộ t u năn l ợng mặt trờ n ần ợ v o sử dụng rộng rãi thì việc sử dụng trực tiếp nguồn nhiệt năn n y ể phục vụ cho việ ều hòa không khí phục vụ nhu cầu thiết yếu củ on n ời trở nên rất ó ý n ĩ

ể làm lạn v ều hòa không khí bằn năn l ợng mặt trời, ta có thể có một

số p n n rất khác nhau về mặt nguyên lý, cụ thể là:

- Làm lạnh theo kiểu hấp thụ: P n n n y sử dụng trực tiếp nhiệt l ợng

nh n ợc từ các tia bức xạ mặt trờ ể phát sinh lạnh Cặp môi chất bao gồm môi chất lạnh và chất hấp thụ Chất hấp thụ là chất mà trong quá trình làm việc thì các tính chất v t lý và hóa h c của nó có thể bị biến ổ T n t ờng các chất này ở thể l ng Trong thực tế hiện n y n ờ t t ờng sử dụng hai cặp môi chất là NH3 /H2O và H2O/LiBr

Với cặp môi chất NH3/H2O t n t ờng các máy lạnh hấp thụ năn l ợng mặt trờ ợc thiết kể ể sản xuất n ớ oặ ể bảo quản thực phẩm, thuốc men

ở vùng sâu vùng xa Với thiết kế n y s ồ n oạn t ờn ợ u t n o ế tạo n ản, giá thành rẻ và là một tron p n n tí trữ năn l ợng mang tính khả thi cao S ồ thực tế của loạ n y ợc trình bày trong hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NLMT NH 3 /H 2 O

Chú thích:

1: Collector; 2,4,7: Van chặn; 3: Bình chứa; 5: Van tiết lưu; 6: Dàn bay hơi

1

32

4567

Ở s ồ này, collector tấm phẳn ảm nh n vai trò n s n tron oạn thứ nhất và bình hấp thụ ở oạn thứ hai

Ban ngày, khi có n ng collector 1 sẽ ảm nh n v tr n s n Tron oạn n y n ời v n hành phải mở v n 2 ón v n 4 v 7 D ớ t ộng của các tia bức xạ mặt trời, dung dịch trong collector 1 sẽ s v y T n n lạnh bay ra từ collector 1 sẽ ợc tích trữ trong bình chứ 3 K k n n ủ n ng,

n ời v n hành phả ón v n 2 ể bảo to n l ợng tác nhân lạn tí trữ ợc ồng thời phải mở các kết cấu bao che và cách nhiệt củ oll tor 1 ể chuẩn bị tiến hành quá trình hấp thụ tác nhân lạn n ợc trở lạ v o oll tor V o n m van 4 và 7 cần phả ợc mở r k ó t n n lạnh sẽ từ bình chứa 3, qua van tiết l u 5 v o n y 6 ể về collector 1

- Làm lạnh theo kiểu hấp phụ:

Khác với cặp môi chất trong máy lạnh hấp thụ, cặp môi chất trong máy lạnh hấp phụ k n t y ổi tính chất hóa h c khi hoạt ộn T n t ờng chất hấp phụ là chất r n n t n oạt tính còn môi chất lạnh là chất l ng n t nol

H n 2 3 tr n y s ồ nguyên lý máy lạnh hấp phụ cấp nhiệt bằn năn

l ợng mặt trờ Tron s ồ này, collector có thể chứa các chất làm việc ở thể r n

n z ol t s l l t n oạt tính hoặc CaCl2 Máy lạnh hấp phụ sử dụn năn

l ợng mặt trờ t ờng làm việc theo kiểu n oạn

Vào ban ngày ta phải mở van chặn ón v n t ết l u Tron oạn này,

ớ t ộng của các tia bức xạ mặt trời, tác nhân lạnh sẽ bố k i chất hấp phụ v ợ n n tụ trong thiết bị n n tụ và chứa tại bình chứa Vào cuối giai oạn tích trữ tác nhân lạnh, van chặn n n ợ ón lại

V o n m xảy ra quá trình làm lạnh, khi nhiệt ộ của hệ thống giảm, chất hấp phụ làm nhiệm vụ hấp phụ môi chất lạnh, áp suất trong hệ thống giảm xuống, khi áp suất ạt ến áp suất y t mở van tiết l u M ất lạnh sẽ ợc tiết

l u v o t ết bị y t u n ệt sản phẩm v y m ất ợc chất hấp

phụ hấp phụ hết Tron oạn này cần ú ý ể thiết bị hấp phụ ợc giải nhiệt

dễ dàng, vì hấp phụ là quá trình sinh nhiệt

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp phụ sử dụng NLMT

- Làm lạnh theo kiểu hấp thụ khuếch tán:

Máy lạnh hấp thụ khuếch tán sử dụn năn l ợng mặt trời có công suất nh và hoạt ộn t o s ồ liên tụ T n t ờng chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ khuếch tán là dung dịch NH3/H2O

S ồ nguyên lý của loạ n y ợ tr n y tr n n 1 9 Tron s ồ này

n ời ta không sử dụn m un ị t y v o ó n ời ta có thể sử dụng hydrogen làm chất ệm (k í tr ) ể tạo ra sự cân bằng áp suất giữa bên cao áp và bên thấp áp

- Làm lạnh kết hợp năn l ợng mặt trời với các nguồn năn l ợng khác:

H n 2 4 tr n y s ồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ ợc cấp nhiệt kết hợp

ợc nghiên cứu bởi các nhà khoa h c ở châu Âu với mụ í sử dụng kết hợp năn l ợng mặt trời và các nguồn nhiệt khác (chủ yếu là nhiệt thải thu hồi) Trong

s ồ trên Bộ t u năn l ợng mặt trời và Bộ gia nhiệt ó v tr n n u ất tải nhiệt ở y l n ớc lạnh và tuần hoàn trong chu trình cấp nhiệt o m

Hình 2.4 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ sử dụng các nguồn nhiệt kết hợp

2.3.2 ăng lượng tái tạo

Nhiệt thả l năn l ợng ở dạng nhiệt năn ợc thải b r n o m tr ờng sau một quá trình sử dụn năn l ợng bất kì Theo nguồn gốc phát sinh có thể chia nhiệt thải ra làm 2 loại:

+ Loại thứ nhất bao gồm tất cả các nguồn nhiệt thải phát sinh từ các quá trình sản xuất trong công nghiệp Chủng loại của các nguồn nhiệt n y k ạng, thông

t ờn l n ớ nón n ớc, không khí nóng và khói thải

+ Loại thứ hai là các thành phần nhiệt thả o ộn n ệt thải ra môi

tr ờng trong quá trình làm việc hoặc nhiệt l ợng do các chất ùn ể l m m t ộng

v t n p ần khí khác mang ra

Việc khai thác và t n dụng các nguồn nhiệt thải có thể ợc thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp Nếu nguồn nhiệt thả ảm bảo ợ ộ trong sạ v k n y ăn mòn thì ta có thể sử dụng trực tiếp T n t ờn n ờ t t ờng sử dụng gián tiếp các nguồn nhiệt thải qua trung gian là bộ tr o ổi nhiệt

Thung chua nuoc

MLHT

Bo gia nhiet

Thap giai nhiet

Thiet bi trao doi nhiet

Bo thu

NL

M T