thiết kế và chế tạo hệ thống thí nghiệm cho thiết bị ngưng tụ kênh micro dùng môi chất r134a

Sau quá trình nghiên cứu những bài báo khoa học về các thí nghiệm với thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro của các nhà khoa học để học hỏi cách xây dựng hệ thống thí nghiệm và kết hợp với

L ỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bộ môn Công nghệ

Kỹ thuật Nhiệt của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM đã chỉ dẫn chúng tôi

tận tình trong suốt thời gian học tập tại trường Những kiến thức Thầy Cô đã truyền đạt là nền tảng cơ sở, là hành trang và định hướng nghề nghiệp cho sự phát triển sau này Chính nhờ sự nghiên cứu miệt mài của Thầy Cô từ lý thuyết đến thực nghiệm và

những kinh nghiệm tích luỹ sau nhiều năm giảng dạy nhằm truyền đạt lại những gì tinh tuý nhất cho thế hệ sau đã giúp chúng tôi biết trân trọng hơn những gì tiếp thu được sau bốn năm đại học

Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Đoàn Minh Hùng đã giúp

chúng tôi định hướng đề tài, đưa ra những hướng dẫn kịp thời và giải đáp các thắc mắc

để chúng tôi có thể hoàn thành đồ án này Tuy đã cố gắng trong suốt quá trình thực

hiện đồ án nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong ý kiến đóng góp từ quý Thầy Cô cũng như các bạn sinh viên để kết quả của đồ án này được hoàn thiện hơn

Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 24 tháng 7 năm 2017

TM nhóm (Sinh viên)

PHAN MINH TRÍ

TÓM T ẮT

Ngày nay, nền công nghệ khoa học kỹ thuật đã có những bước phát triển rất đáng

kể nhằm đáp ứng nhu cầu của con người, phục vụ đời sống chúng ta ngày càng tốt hơn Một công nghệ mới ra đời và được chú trọng nghiên cứu trong thời gian qua là công nghệ micro Được đánh giá là một trong những lĩnh vực khoa học công nghệ quan trọng nhất trong thế kỷ 21, công nghệ này là chìa khóa tạo ra các ngành công nghiệp mới, các sản phẩm công nghệ cao thông qua những nghiên cứu mang tính đột phá Gắn liền với công nghệ này là thiết bị micro đang được nghiên cứu và ứng dụng

rộng rãi trong cuộc sống hiện đại góp phần vào việc tăng hiệu quả công việc, giảm chi phí đầu tư, tiết kiệm nguyên vật liệu, dễ dàng vận hành và quan trọng hơn hết là diện tích mặt bằng lắp đặt nhỏ gọn cho phù hợp với nền kinh tế, với tốc độ đô thị hóa ngày càng cao của mỗi quốc gia trên thế giới

Sau quá trình nghiên cứu những bài báo khoa học về các thí nghiệm với thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro của các nhà khoa học để học hỏi cách xây dựng hệ thống thí nghiệm và kết hợp với các kiến thức được học ở đại học, nhóm chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm thiết bị ngưng

t ụ kênh micro dùng môi chất lạnh R134a có thể sử dụng để phục vụ công việc

nghiên cứu các loại thiết bị ngưng tụ

Trong đề tài này chúng tôi đã tiến hành tính toán, thiết kế và chế tạo một hệ

thống thí nghiệm thiết bị ngưng tụ và thông qua quá trình thực nghiệm đánh giá các thông số đạt được để đề xuất phạm vi hoạt động của hệ thống thí nghiệm

M ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 2

1.3 Mục đích của đề tài 13

1.4 Giới hạn đề tài 13

1.5 Phương pháp nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 Cơ sở lựa chọn thiết bị cho hệ thống 14

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 14

2.1.2 Cơ sở tính toán hệ thống 15

2.2 Lựa chọn máy nén và các thiết bị phụ 19

2.3 Lắp đặt hệ thống 29

2.3.1 Đề xuất mô hình 3D 29

2.3.2 Tiến hành lắp đặt hệ thống 30

2.4 Lắp đặt hệ thống điện điều khiển 33

2.4.1 Sơ đồ mạch động lực 33

2.4.2 Sơ đồ mạch điều khiển 34

2.4.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điện 35

2.5 Quy trình vận hành 35

2.5.1 Quy trình vận hành ở chế độ I 36

2.5.2 Quy trình vận hành ở chế độ II 37

2.5.3 Quy trình vận hành ở chế độ III 38

CHƯƠNG 3 THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM 40

3.1 Xác định các thông số để đánh giá phạm vi hoạt động của hệ thống 40

3.2 Bảng số liệu thực nghiệm 40

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 41

4.1 Đánh giá kết quả 41

4.2 Đề nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC 50

Phụ lục 1 1 – Thông số vận hành ở chế độ I 50

Phụ lục 1 2 – Thông số vận hành ở chế độ II 57

Phụ lục 1 3 – Thông số vận hành ở chế độ III 59

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH M ỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1 – Độ tăng COP ứng với từng độ quá lạnh 2

Hình 1 2 – Độ tăng COP khi có hồi nhiệt và khi không có hồi nhiệt 3

Hình 1 3 – Các mô hình được sử dụng trong thí nghiệm của Long Huang 6

Hình 1 4 – Mô phỏng vị trí ống đầu vào 9

Hình 2 1 – Đồ thị lgp - h của chu trình lý thuyết 14

Hình 2 2 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 14

Hình 2 3 – Máy nén được sử dụng trong hệ thống 19

Hình 2 4 – Thi ết bị ngưng tụ 20

Hình 2 5 – Thiết bị bay hơi 21

Hình 2 6 – Van tiết lưu tay 22

Hình 2 7 – Bình ch ứa cao áp 23

Hình 2 8 – Phin lọc 24

Hình 2 9 – Kính xem gas 24

Hình 2 10 – Van ch ặn tay ở thiết bị ngưng tụ thường và 2 van chặn để kết nối với mô hình thí nghiệm 25

Hình 2 11 – Đồng hồ áp suất 26

Hình 2 12 – CB 27

Hình 2 13 – Relay trung gian 27

Hình 2 14 – Công tác xoay 28

Hình 2 15 – Đèn báo 28

Hình 2 16 – Hình ảnh mô phỏng 3D cách bố trí các thiết bị trong hệ thống 29

Hình 2 17 – M ột số hình ảnh khi thực hiện đồ án 30

Hình 2 18 - Mặt trước của mô hình 31

Hình 2 19 - Mặt sau của mô hình 31

Hình 2 20 - Hai m ặt bên của mô hình 32

Hình 2 21 – Bên trong ngăn 2 32

Hình 2 22 – Bên trong ngăn 1 33

Hình 2 23 – Sơ đồ mạch động lực 33

Hình 2 25 – T ủ điện điều khiển sau khi lắp đặt xong 34 Hình 2 26 – Thiết bị ngưng tụ micro được sử dụng trong thí nghiệm 36 Hình 4 1 – Sự thay đổi áp suất ứng với từng chế độ vận hành 41 Hình 4 2 – Độ quá lạnh ứng của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống ứng với từng chế độ vận hành 42 Hình 4 3 – Độ quá nhiệt của thiết bị bay hơi ứng với từng chế độ hoạt động 42 Hình 4 4 – Chu trình th ực tế có quá lạnh quá nhiệt 43 Hình 4 5 – Mô hình thí nghiệm được đề xuất đối với thiết bị thí nghiệm giải nhiệt

b ằng nước 44

DANH M ỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 – Bảng áp suất p = a - 1 16

Bảng 2 2 – Bảng áp suất p = a + 1 17

B ảng 2 3 – Bảng áp suất p = a 17

Bảng 2 4 – Bảng thống kê thông số các điểm nút của chu trình 17

Bảng 2 5 – Thông số các điểm nút của chu trình 18

Bảng 2 6 – Thông số máy nén KULTHORN AZ 0411Y 19

Bảng 2 7 – Kế hoạch thực hiện đồ án 30

B ảng 4 1 – Thông số của chu trình thực tế 43

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Các ngành kỹ thuật đang đóng vai trò chủ chốt trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa của nước ta hiện nay Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghệ Kỹ thuật Nhiệt cũng đang từng bước cải thiện để đáp ứng các nhu cầu trong công nghiệp cũng như đời sống Một trong những vấn đề được các nhà nghiên cứu để tâm nhất hiện nay đó là làm sao để nâng cao hiệu suất của hệ thống mà vẫn giữ nguyên

hoặc thu nhỏ được kích thước của các thiết bị trong hệ thống Các thiết bị giải nhiệt như thiết bị ngưng tụ điều hoà hoặc thiết bị ngưng tụ của các hệ thống lạnh thông dụng là một trong những thiết bị được đòi hỏi có kích thước nhỏ gọn để thuận tiện cho việc lắp đặt

nhất là đối với những nơi có mặt bằng nhỏ hẹp như chung cư, các toà nhà cao tầng, Bên

cạnh những yêu cầu về kích thước thì những yêu cầu về hiệu suất của thiết bị, giá thành đầu tư chế tạo cũng đòi hỏi phải có sự nghiên cứu cải tiến để có thể đáp ứng được nhu

cầu sử dụng ngày càng tăng của các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ

Nắm bắt được những yêu cầu đó, các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất của thiết bị theo nhiều cách thức khác nhau Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện để có thể thu gọn được kích thước của thiết bị mà vẫn có hiệu

quả tốt, chi phí chế tạo, lắp đặt hợp lý

Trong những năm đầu của thế kỷ 21, công nghệ micro được rất nhiều nhà khoa học chú trọng nghiên cứu và đã được áp dụng vào những bộ trao đổi nhiệt của các hệ thống công nghệ thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau và kết quả thu được ngày càng khả quan như

khả năng trao đổi nhiệt tăng lên, kích thước của những bộ trao đổi nhiệt giảm xuống, hiệu

suất truyền nhiệt ngày càng được cải thiện Đây là tiền đề cho việc phát triển những bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn có hiệu suất cao đáp ứng được yêu cầu của các lĩnh vực công nghệ

kỹ thuật

Nhận thức được sự quan trọng của việc phát triển công nghệ micro, nhóm chúng tôi quyết định tìm hiểu và nghiên cứu tính toán thiết kế một hệ thống để thí nghiệm thiết bị ngưng tụ kênh micro Từ đó, nhóm sẽ đề xuất được phạm vi hoạt động của hệ thống giúp người sử dụng hệ thống lựa chọn các hình thức và thiết bị để thí nghiệm cho phù hợp

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về sự vận hành cũng như sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế và một vài yếu tố khác đến thiết bị ngưng tụ, đặc biệt là thiết bị ngưng tụ kênh micro

Goker và cộng sự [1] đã xây dựng mô hình thí nghiệm một thiết bị ngưng tụ kênh

micro dùng môi chất R134a để nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số như lưu lượng khối lượng không khí giải nhiệt, chiều cao cánh tản nhiệt, độ nghiêng cánh tản nhiệt và đường kính ống tới hệ số phát sinh entropy và chiều dài của thiết bị trao đổi nhiệt Với lưu lượng khối lượng không khí giải nhiệt là 0,08 kg/s và chiều dài cánh tản nhiệt là 1,3 mm sẽ đạt được hệ số phát sinh entropy tối ưu nhất Đường kính ống tối ưu được xác định là 500 μm và chiều dài thiết bị sẽ càng nhỏ khi lưu lượng khối lượng không khí giải nhiệt càng lớn

Gustavo Pottker và cộng sự [2] giới thiệu một nghiên cứu lý thuyết về sự ảnh

hưởng của độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ kênh micro tới hiệu suất của những hệ

thống sử dụng hơi nén Nghiên cứu chỉ ra rằng khi độ quá lạnh tăng thì COP tăng đến một giá trị lớn nhất đến khi độ chênh enthalpy giữa đầu vào và đầu ra của thiết bị bay hơi

nhỏ hơn độ tăng công nén riêng của chu trình thì COP bắt đầu giảm Với nhiệt độ ngưng

tụ 35oC và nhiệt độ bay hơi 27oC cả 4 môi chất được thí nghiệm (R1234yf, R410A, R134a, R717) đều đạt COP cao nhất tại độ quá lạnh xấp xỉ 9o

C Qua nghiên cứu này, có

thể thấy các môi chất có nhiệt ẩn hoá hơi nhỏ thì có lợi hơn khi độ quá lạnh tăng Kết quả nghiên cứu được chỉ ra bằng đồ thị dưới đây

Gustavo Pottker và c ộng sự [3] giới thiệu một nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh

hưởng của độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ của một hệ thống điều hoà không khí dùng môi chất R134a và R1234yf dưới những điều kiện vận hành giống nhau Các nhà nghiên

cứu sử dụng một hệ thống điều hoà không khí có lắp đặt bộ hồi nhiệt, qua đó nghiên cứu

sự tăng giảm của giá trị COP khi thay đổi độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ Qua các

kết quả từ thực nghiệm, có thể thấy đối với hệ thống có lắp bộ hồi nhiệt thì độ tăng COP khi tăng độ quá lạnh không lớn bằng hệ thống không lắp bộ hồi nhiệt Kết luận được rút

ra từ đồ thị dưới đây

Hình 1 2 – Độ tăng COP khi có hồi nhiệt và khi không có hồi nhiệt

Đối với hệ thống có sử dụng hồi nhiệt tuy COP cao hơn (từ 1,93 đến 2,11) nhưng độ tăng lại không cao bằng hệ thống không có hồi nhiệt (chỉ tăng 9% so với 18% của hệ

thống không có hồi nhiệt) Từ đó có thể kết luận rằng hệ thống có sử dụng hồi nhiệt làm giảm độ tăng COP của hệ thống Ngoài ra cả hai hệ thống có hồi nhiệt và không có hồi nhiệt đều giảm được tổn thất tiết lưu và sẽ có lợi hơn khi sử dụng hồi nhiệt đối với hệ thống dùng môi chất R1234yf

Đánh giá sự ngưng tụ của kênh micro và đặc điểm trong mô phỏng số hoá Xiu-Wei Yin cùng c ộng sự [4] đã trình bày quá trình phát triển của mô hình số hoá thiết bị ngưng

tụ dựa trên phương pháp thể tích hữu hạn, xem xét tổng quan sự ảnh hưởng của nhiệt độ

và vận tốc của không khí đến hiệu suất Kết quả được xác nhận với 45 điểm kiểm tra trong phòng thí nghiệm bao gồm thí nghiệm với 1 thiết bị ngưng tụ và 2 thiết bị ngưng tụ ghép đôi Dòng không khí không đồng nhất có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất thông

qua sự phân bố không đồng đều lưu lượng môi chất trong các đường ống của thiết bị ngưng tụ Đối với thí nghiệm sử dụng 1 thiết bị ngưng tụ, dòng không khí không đồng

nhất có ảnh hưởng 1,5% đến sự truyền nhiệt, 6,8% sự chênh lệch áp suất và 12,5% lượng môi chất nạp Đối với thí nghiệm 2 thiết bị ngưng tụ ghép đôi, dòng không khí không hoà trộn trong khoảng không gian giữa 2 thiết bị làm giảm 0,5% năng suất tổng, làm tăng 9,7% độ chênh lệch áp suất đối với dòng không khí không đồng nhất đi vào thiết bị thứ nhất Kết quả còn cho thấy dòng không khí không đồng nhất có ảnh hưởng lớn hơn đối

với thí nghiệm 2 thiết bị ghép đôi Tỷ lệ tối ưu đối với số ống trong mỗi pass cũng được

đề xuất thông qua nghiên cứu này Đối với hệ thống lắp đặt 1 thiết bị ngưng tụ, tỷ lệ số ống là 2,5:1với 2 pass và 4:2:1 với 3 pass Đối với hệ thống có 2 thiết bị ngưng tụ ghép đôi, nếu thiết bị thứ 2 chỉ có 1 pass đơn và thiết bị thứ nhất có 2 pass thì tỷ lệ được đề

xuất là 2:1 đối với thiết bị thứ nhất

Để tối ưu được kích thước thiết bị ngưng tụ kênh micro dạng ống uốn ziczac dùng môi chất R209, Liang-Liang Shao cùng cộng sự [5] đã đưa ra một mô hình số hoá về

loại thiết bị ngưng tụ này, các kết quả tính toán cho thấy phù hợp với kết quả thực nghiệm Qua phân tích các kết quả đạt được cho thấy số lượng pass uốn cong, số lượng đường ống trong thiết bị và độ dài ống góp đầu vào là những thông số thiết kế cơ bản đối

với năng suất của thiết bị, độ chênh áp suất của môi chất và lượng môi chất nạp vào hệ thống Ít pass uốn cong hơn nghĩa là phải tăng số lượng đường ống của thiết bị và làm

ngắn lại ống góp đầu vào của thiết bị, do đó năng suất thấp, độ chênh áp suất thấp, lượng môi chất nạp thấp và ngược lại Nghiên cứu chứng minh được năng suất thiết bị sẽ cao hơn khi dòng không khí giải nhiệt cho thiết bị được phân bố đồng nhất, đồng thời khi thiết kế hoặc lắp đặt hệ thống phải hạn chế sự chiếm diện tích của các luồng không khí có tốc độ thấp trên bề mặt thiết bị vì điều này làm giảm 20% hiệu suất

Jun Li cùng c ộng sự [6] đã giới thiệu sự bay hơi của dòng chảy 2 pha trong bình

ngưng tụ và thảo luận về ứng dụng của nó Các nhà nghiên cứu cố gắng tăng hiệu suất truyền nhiệt chung bằng cách sử dụng hệ số truyền nhiệt lớn từ phía dòng hơi Nhóm nghiên cứu giải thích lợi ích của việc tách riêng 2 pha hơi và lỏng và lý do làm tăng hiệu suất của bình ngưng tụ Các nghiên cứu được thực hiện trên 1 bình ngưng tụ kín kênh micro sử dụng môi chất R134a Nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ trong quá trình ngưng tụ

thoát ra thấp hơn 1,3K so với bình ngưng tụ thông thường, áp suất ngưng tụ giảm trong khoảng 2%

Jun Li cùng c ộng sự [7] trình bày các kết quả của một nghiên cứu thực nghiệm để

xác định sự ảnh hưởng của việc tách hơi và lỏng trong ống góp đầu vào của bộ ngưng tụ kênh micro cho một hệ thống điều hoà không khí di động (Mobile Air Coditioning) Môi

chất sử dụng trong hệ thống là R134a Trong kiểm tra về mức độ trao đổi nhiệt họ nhận thấy rằng ở cùng nhiệt độ nước vào và nước ra, thiết bị ngưng tụ có sự tách hai pha hơi-

lỏng có tốc độ dòng chảy thấp hơn từ 1,6% đến 7,4% so với bình ngưng tụ thông thường đồng thời làm giảm nhiệt độ của môi chất rời thiết bị với cùng tốc độ dòng chảy COP giữa hai hệ thống được so sánh với cùng độ quá nhiệt, quá lạnh và năng suất làm lạnh Hệ

thống có thiết bị ngưng tụ tách hai pha hơi-lỏng có COP cao hơn 6,6%

Các thông số kích thước của thiết bị cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến

sự vận hành của thiết bị, vấn đề này được Zhang Huiyong và cộng sự [8] tìm hiểu thông qua việc nghiên cứu một mô hình lý thuyết về thiết bị ngưng tụ kênh micro cho hệ thống

lạnh dân dụng nhằm tìm được thông số thiết kế tối ưu cho thiết bị với số lượng và chiều dài đường ống khác nhau Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng chiều dài đường ống tỷ lệ nghịch với số lượng và đường kính ống, và việc sử dụng thiết bị ngưng tụ kênh micro giúp giảm giá thành chế tạo thiết bị

Ebrahim Al-Hajri và c ộng sự [9] đã nghiên cứu sự truyền nhiệt và sự chênh lệch

áp suất đối với sự ngưng tụ của một thiết bị ngưng tụ kênh micro có tỷ lệ kích thước lớn dùng môi chất R134a và R245fa Kích thước của thiết bị ngưng tụ được xác định như sau: rộng 0,4 mm, cao 2,8 mm và dài 190 mm Sự ảnh hưởng của tốc độ lưu lượng khối lượng, nhiệt độ bão hoà và độ quá nhiệt đã được phân tích Kết quả cho thấy:

• Hệ số truyền nhiệt và sự chênh lệch áp suất giảm xuống khi nhiệt độ bão hoà tăng lên

• Tăng lưu lượng khối lượng làm tăng hệ số truyền nhiệt và sự giảm áp suất

• Hệ số truyền nhiệt có một ít ảnh hưởng đến độ quá nhiệt, trong khi đó độ giảm áp suất không có ảnh hưởng nào đáng kể

• Môi chất R245fa có hệ số truyền nhiệt cao hơn 25% so với R134a ở cùng điều kiện

vận hành

• Sự giảm áp suất của R245fa cao hơn 100% so với R134a ở cùng điều kiện vận hành

Long Huang cùng c ộng sự [10] đã phát triển một mô hình mới của những thiết bị

ngưng tụ kênh micro với cấu trúc hình học đa dạng Mô hình này đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu về các thông số hình học như loại cánh, chiều của cánh, cấu trúc hình học của đường ống, hình dạng cổng vào, và vị trí của những đường ống và cánh Các nhà nghiên cứu đã xác nhận mô hình mới với dữ liệu thực nghiệm từ 8 nguồn khác nhau, 8 lưu chất khác nhau và với 18 cấu trúc hình học của các bộ trao đổi nhiệt kênh micro Sự sai khác tuyệt đối với sự truyền nhiệt là 2,7% và với sự chênh áp suất là 28% Các mô hình của các thiết bị ngưng tụ kênh micro được sử dụng trong thí nghiệm trên thể hiện ở Hình 3 a) Mô hình thử nghiệm tiêu chuẩn 1

b) Mô hình thử nghiệm 2 (có thay đổi hình dạng)

c) Mô hình thử nghiệm 3 (ghép đôi) d) Mô hình thử nghiệm 4

Bo Xu và c ộng sự [11] thực hiện một nghiên cứu dựa trên thực nghiệm và mô hình

số hoá về một thiết bị ngưng tụ kênh micro trong một hệ thống lạnh dân dụng Kết quả nghiên cứu cho thấy khi giảm đường kính trong của đầu vào thiết bị (từ 6 mm đến 4 mm) thì lượng môi chất trong thiết bị ngưng tụ giảm (từ 6,9% đến 45,5%) và hầu như không làm giảm hiệu suất của hệ thống, và với cách bố trí dòng môi chất trong thiết bị kiểu thuận dòng (để không khí có nhiệt độ thấp tiếp xúc với môi chất có nhiệt độ thấp trước) thì sẽ làm giảm phần lỏng môi chất trong thiết bị và làm giảm lượng môi chất nạp

Sự ngưng tụ của môi chất trong thiết bị ngưng tụ kênh micro được J.S Hu và cộng

sự [12] nghiên cứu bằng thực nghiệm Trong 5 hình thái ngưng tụ đạt được qua thí

nghiệm, các nhà nghiên cứu khẳng định sự ngưng tụ với hình thái sủi bọt chậm chiếm đa

số trong thiết bị ngưng tụ kênh micro Từ các kết quả thí nghiệm, có thể thấy ở cùng một

hệ số Reynold thì thiết bị ngưng tụ kênh micro với kích thước đường kính ống nhỏ hơn

có hệ số truyền nhiệt cao hơn Sự chênh lệch áp suất trong thiết bị ngưng tụ kênh micro cũng cao hơn do sự mất mát trong quá trình chuyển đổi pha So với hệ thống macro, hệ

số truyền nhiệt trong hệ thống micro cao hơn và hệ số ma sát cũng thấp hơn, điều này tạo

tiền đề tốt cho sự phát triển của các hệ thống micro

Để tối ưu hoá hiệu suất của thiết bị ngưng tụ kênh micro mà không thay đổi kích

thước của nó Mohammad và cộng sự [13] đã tiến hành thí nghiệm mô phỏng hoạt động

của một thiết bị ngưng tụ kênh micro và so sánh kết quả thu được với thông số đo đạc từ

một mô hình thực nghiệm Kết quả thu được cho thấy sự tương đồng giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm chứng tỏ sự chính xác của mô phỏng là khá cao Qua nghiên cứu, người ta nhận thấy khi tăng đường kính ống từ giá trị nhỏ nhất tới lớn nhất sẽ gây giảm tỷ

lệ truyền nhiệt xuống khoảng 8% và sự chênh lệch áp suất cũng giảm 94% Ngoài ra các thông số khác liên quan đến thiết kế của thiết bị ngưng tụ kênh micro như hình dáng cánh

tản nhiệt, góc nghiêng của cánh, không có sự ảnh hưởng đáng kể nào đến các thông số khác của thiết bị

Nghiên cứu sử dụng mô hình toán học động học nghiên cứu về thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí của Xing Xue và cộng sự [14] đã chỉ ra tầm quan trọng của thiết

bị ngưng tụ trong sự hoạt động của hệ thống đồng thời khẳng định thiết bị ngưng tụ luôn

hoạt động với điều kiện thay đổi liên tục Các điều kiện được nghiên cứu bao gồm sự thay đổi tốc độ máy nén, nhiệt độ không khí đầu vào, lưu lượng không khí đầu vào; đồng

thời các thông số trạng thái đều được biểu hiện dưới dạng hàm của nhiệt độ Với một hoặc nhiều điều kiện vận hành thay đổi kéo theo các thông số khác thay đổi: a) Khi tốc

độ máy nén tăng làm lượng môi chất chứa trong đường ống tăng dẫn đến áp suất ngưng

tụ tăng, b) Nhiệt độ không khí giải nhiệt tăng làm tăng áp suất ngưng tụ do sự trao đổi nhiệt giảm, c) Khi tốc độ của dòng không khí giải nhiệt tăng thì áp suất ngưng tụ giảm do

sự truyền nhiệt tăng lên

Tiếp tục nghiên cứu về các thông số hình học và kích thước của thiết bị ngưng tụ

kênh micro, Santiago và c ộng sự [15] thực hiện một nghiên cứu về mô hình số hoá của

thiết bị ngưng tụ kênh micro Các thông số thiết kế được đề cập đến trong nghiên cứu bao gồm số lượng pass về phía môi chất, tỷ lệ kích thước của thiết bị và sự ảnh hưởng của các cánh Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng số pass của thiết bị làm tăng hiệu quả truyền nhiệt và sự chênh lệch áp suất, tỷ lệ kích thước tối ưu cũng được đề xuất với tỷ số L/H nên nhỏ hơn 1 (L – Chiều dài bộ trao đổi nhiệt kênh micro, H – Chiều cao bộ trao đổi nhiệt kênh micro)

Bằng cách kết hợp giữa mô hình thực nghiệm và phân tích số hoá, H El Mghari và

cộng sự [16] đã nghiên cứu về sự truyền nhiệt khi ngưng tụ của một kênh micro đơn dưới các dòng nhiệt biến đổi Từ các kết quả đạt được, các nhà nghiên cứu nhận thấy với dòng nhiệt lớn thì hệ số truyền nhiệt cao hơn và độ dài màng ngưng sẽ ngắn hơn

Với mong muốn giảm lượng môi chất nạp vào hệ thống và thu nhỏ kích thước hệ

thống, Pega và cộng sự [17] đã nghiên cứu một mô hình thực nghiệm sử dụng 2 loại thiết

bị ngưng tụ kênh micro bao gồm loại có nhiều ống thẳng lắp song song (đường kính ống 0,7 mm) và loại ống uốn cong ziczac (đường kính ống 4,06 mm) Khi so sánh lượng môi

chất nạp vào hệ thống, các nhà nghiên cứu nhận thấy với thiết bị ngưng tụ kênh micro có nhiều ống thẳng lắp song song thì lượng môi chất nạp nào ít hơn 53% so với loại có ống

uốn cong ziczac, và lượng môi chất nạp vào là 18 g/kW so với 100 g/kW như những hệ

thống khác Thiết bị ngưng tụ kênh micro với nhiều ống thẳng có hệ số truyền nhiệt cao hơn từ 60% đến 80% so với thiết bị ngưng tụ micro có ống uống cong zic-zắc Và với thể tích nhỏ của kênh micro nhưng vẫn đảm bảo cùng một diện tích bề mặt thì kích thước của

cả hệ thống sẽ được thu nhỏ lại

Liang và c ộng sự [18] đã giới thiệu một thiết bị ngưng tụ kênh micro dùng cho hệ

này được cải tiến thêm ở đầu vào của thiết bị một trung tâm phân chia môi chất để đảm bảo lượng môi chất đồng nhất có thể đi vào pass tiếp theo Kết quả cho thấy năng suất

lạnh gia tăng 9,6% và tốc độ môi chất tăng 13,34% nếu so sánh với thiết bị ngưng tụ hàng ống thẳng song song bình thường

Mohammad Hassan Shojaeefard cùng cộng sự [19] đã xây dựng một phương

pháp kết hợp để dự đoán sự phân bố lưu lượng môi chất dựa trên sự mô phỏng động lực học chất lỏng cho phân tích 3D (giải quyết các vấn đề bên trong các ống góp đầu vào của thiết bị ngưng tụ) và phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề về lưu lượng môi chất trong các đường ống của thiết bị ngưng tụ Kết hợp với mô hình thực tế sử dụng thiết bị ngưng tụ kênh micro gồm 4 pass, các nhà nghiên cứu chia nhỏ mỗi đường ống trong mỗi pass làm 210 phần tử và nghiên cứu các đặc tính môi chất trong từng phần tử

Bằng cách sử dụng phương pháp kết hợp này, những ảnh hưởng của một vài thông số hình học đến sự phân bố sai lưu lượng môi chất như độ nhô ra của đầu các đường ống trong ống góp đầu vào, vị trí gắn ống đầu vào của thiết bị ngưng tụ, đường kính ống đầu vào thiết bị ngưng tụ đã được nghiên cứu Đối với độ nhô ra của đầu các đường ống trong ống góp đầu vào, khi tăng độ nhô này từ ¼ đến ¾ kích thước đường kính ống thì làm tăng sự chênh áp suất lên 14% và làm giảm năng suất thiết bị xuống 3,9% Đối với vị trí

gắn ống đầu vào của thiết bị ngưng tụ, từ kết quả đạt được có thể kết luận càng gắn ở gần đỉnh của ống góp đầu vào thì năng suất thiết bị càng lớn

Hình 1 4 – Mô ph ỏng vị trí ống đầu vào

Đối với đường kính ống đầu vào, khi thay đổi từ 8 đến 12 mm thì độ giảm áp suất

giảm 1 kPa và năng suất tăng lên 126 W Khi so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực

tế thì sự sai khác về độ giảm áp suất, năng suất ngưng tụ, nhiệt độ môi chất ở đầu ra của

thiết bị không đáng kế (lần lượt là 2,8%; 4,1%; 3%) cho thấy độ chính xác của thiết bị Những kết quả đạt được có thể giúp các nhà thiết kế giảm thiểu sự ảnh hưởng của sự phân bố sai lưu lượng môi chất đến hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt

Bằng việc mô phỏng số hoá, Hicham và cộng sự [20] đã sử dụng nhiều công thức

để tính toán truyền nhiệt khi ngưng tụ và tìm ra công thức của Dobson [21] và Koyama [22] là gần với thực tế nhất Kết quả đạt được áp dụng cho nhiều thiết bị ngưng tụ kênh micro với nhiều kiểu hình dáng, nhiều tỷ lệ kích thước, và nhiều thông số hơi đầu vào Khi giảm đường kính ống của thiết bị từ 250 μm xuống 80 μm thì giảm độ dày của màng ngưng và tăng hệ số truyền nhiệt lên khoảng 39% với cùng lưu lượng khối lượng

Hasan và cộng sự [23] đã đánh giá sự ảnh hưởng của hình dáng kích thước đến đặc

tính truyền nhiệt và dòng chảy lưu chất của bộ trao đổi nhiệt kênh micro ngược chiều

Kết quả cho thấy rằng với cùng thể tích bộ trao đổi nhiệt, khi tăng số lượng kênh sẽ làm giảm hiệu suất và tổn thất áp suất, kênh có biên dạng hình tròn cho kết quả hiệu suất tổng

thể (nhiệt động và thủy lực) cao nhất

Bằng phương pháp mô phỏng số, Mohammed cùng cộng sự [24] cũng đã nghiên

cứu ảnh hưởng của hình dạng kênh đến sự thay đổi hiệu suất nhiệt và dòng chảy của bộ trao đổi nhiệt micro Đối với bộ tản nhiệt micro thì có 3 hình dạng khác nhau là zigzag, curvy, step được so sánh với bộ tản nhiệt có kênh thẳng và gợn sóng (wavy) Hiệu suất

bộ tản nhiệt kênh micro được đánh giá dựa trên thông số nhiệt độ, hệ số truyền nhiệt, tổn

thất áp suất, hệ số ma sát, ứng suất trượt trên thành kênh Kết quả là trong cùng một mặt cắt ngang, kênh micro có hình dạng zigzag cho hệ số truyền nhiệt lớn nhất, tiếp đến là kênh curvy Tuy nhiên, sự sụt áp trong bộ tản nhiệt kênh micro cao hơn kênh thẳng và

gợn sóng (wavy) Bộ tản nhiệt kênh micro dạng zigzag có trị số tổn thất áp suất, hệ số ma sát và ứng suất trượt thành kênh cao nhất

Kittipong Sakamatapana và c ộng sự [25] đã chế tạo hệ thống thí nghiệm đa kênh,

với 14 kênh với đường kính thủy lực 1,1 mm, và 8 kênh với đường kính thủy lực 1,2 mm được thiết kế như một thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng, với lưu lượng môi

chất lạnh từ 340 đến 680 kg/m2, lưu lượng nhiệt 15,20 và 25 kW/m2

và nhiệt độ bão hòa

35 - 45°C Kết quả cho thấy hệ số truyền nhiệt trung bình tăng với sự gia tăng chất lượng hơi, thông lượng khối lượng và dòng nhiệt, nhưng giảm khi nhiệt độ bão hòa tăng

Sira Saisorna và c ộng sự [26] cũng đã làm thí nghiệm để tìm hiểu về sự truyền

nhiệt của dòng hơi chảy trong các kênh micro ngang và dọc khi sử dụng môi chất R134a

Kết quả cũng chỉ ra rằng sự chuyển đổi chế độ dòng chảy và hệ số truyền nhiệt thường

phụ thuộc vào hướng dòng chảy trong điều kiện thí nghiệm nhất định Ngoài ra, việc so sánh giữa dữ liệu thực nghiệm và các dự đoán được đề xuất cho dòng chảy quy mô lớn

hoặc luồng vi lượng được trình bày trong nghiên cứu này Từ các dữ liệu cũng cho thấy rằng hệ số truyền nhiệt dòng chảy thằng đứng cao hơn dòng chảy nằm ngang

S Yildiz và c ộng sự đã [27] nghiên cứu sự truyền nhiệt trong quá trình ngưng tụ

hơi nước của R134a bên trong một ống vây nhỏ có hướng ống khác nhau Nghiên cứu này cho thấy sự truyền nhiệt xảy ra trong quá trình ngưng tụ hơi lạnh của môi chất R134a trong một ống vây nhỏ nghiêng (đường kính 0,008m và dài 0,5m) Các thí nghiệm được

thực hiện ở áp suất hệ thống là 0,74 MPa và góc nghiêng 30°, 38°, 45°, 60° và 90° so với chiều ngang Các thí nghiệm chỉ ra góc nghiêng có ảnh hưởng đáng kể đến việc truyền nhiệt trong quá trình ngưng tụ hồi lưu Hệ số truyền nhiệt lớn nhất đã được tìm thấy ở góc nghiêng 30° Tại sự sắp xếp này, sự truyền nhiệt tăng lên 2,45 so với trường hợp thẳng đứng So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy việc truyền nhiệt trong ống vây nhỏ gấp 2,2 lần so với ống đồng, và tốt hơn 1,34 lần so với ống hình chữ nhật phẳng

ở độ nghiêng 30°

G Goss Jr và c ộng sự [28] đã nghiên cứu về sự truyền nhiệt trong quá trình ngưng

tụ R134a bên trong 8 bộ thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro song song Trong nghiên cứu này, hệ số truyền nhiệt cục bộ được khảo sát thực nghiệm trong quá trình ngưng tụ đối lưu của R134a bên trong 8 micro tròn (đường kính D = 0.77 mm) Các điều kiện đo bao

gồm áp suất, chất lượng hơi, thông lượng nhiệt và khối lượng dao động tương ứng từ 7,3 đến 9,7 bar; 0,55 đến 1, 17 đến 53 kW m-2, và 230 đến 445 kg m-2

s-1 Kết quả cho thấy

vận tốc và chất lượng hơi có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số truyền nhiệt

Yang Zoua và [29] cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của dầu lên sự phân bố R134a trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro với đầu ống góp thẳng đứng Bài báo này trình bày dòng chảy của môi chất R134a và dầu (PAG 46) lên phía trên của bộ trao đổi nhiệt kênh micro (so với R134a và R410A thuần túy) và ảnh hưởng của nó đến sự phân bố

Hỗn hợp được đưa vào đầu ống góp thông qua năm ống ở đáy và thoát ra khỏi năm ống ở đầu ống góp cho biết dòng chảy trong kiểu bơm nhiệt của bộ phận gia cố ngoài trời trong

các hệ thống đảo chiều Chất lượng dao động từ 0,2 đến 0,8 và tốc độ dòng chảy từ 1,5 đến 4,5 kg/h trên mỗi ống Tốc độ tuần hoàn dầu (OCR) dao động từ 0% đến 4,7%

Zhaogang Qi [30] cũng đã nghiên cứu thí nghiệm về hiệu suất của thiết bị ngưng tụ

điều hòa không khí dân dụng/thương mại Các bài kiểm tra được thực hiện trong một

cho thấy sự ngưng tụ R410A có lượng chất thải nhiệt cao hơn tụ R22 và R407C lần lượt tương ứng là 15,6 ~ 26,3% và 12,3 ~ 22,7% Trong khi đó máy cô đặc R407C có hiệu

nhỏ hơn dưới 50% điều kiện tải Từ các kết quả, sự ngưng tụ nhiệt của thiết bị ngưng tụ được giữ ở mức không thay đổi khi vận tốc không khí tăng từ 2,56 m/s đến 3,10 m/s bởi

micro một pass có thể được áp dụng trong điều hòa không khí dân dụng/thương mại, để

José M Corberán và c ộng sự [31] đã mô hình hoá các thiết bị bay hơi và ngưng tụ

ống vây làm việc với R134A Một mô hình mô phỏng máy tính cho các tấm trao đổi nhiệt ống vây đã được phát triển, có khả năng tiên đoán sự truyền nhiệt của thiết bị bay hơi

thực hiện ở thiết bị bay hơi và ngưng tụ của một bộ điều hòa không khí nhỏ, cho phép đánh giá chất lượng giả thiết của mô hình và nghiên cứu về mối tương quan giữa hệ số truyền nhiệt trong thiết bị bay hơi và ngưng tụ với sự giảm áp suất do ma sát, trong số yêu cầu được đề cập nhiều nhất trong các tài liệu kỹ thuật, nhất trí với kết quả thực nghiệm

1.3 Mục đích của đề tài

Đề tài này tập trung nghiên cứu tính toán các thông số thiết kế để lựa chọn các thiết

bị cho hệ thống, sau đó tiến hành lắp đặt và chạy thực nghiệm để thu thập số liệu Từ các

số liệu thực nghiệm thu thập được chúng tôi có thể đưa ra đề xuất phạm vi hoạt động của

hệ thống

1.4 Gi ới hạn đề tài

Các số liệu thu được từ thực nghiệm cho thấy phạm vi hoạt động của hệ thống bị

giới hạn do dòng điện làm việc của máy nén

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Tống quan các nghiên cứu liên quan

- Tính toán các thông số để lựa chọn các thiết bị trong hệ thống thí nghiệm

- Đề xuất mô hình thí nghiệm

- Lắp đặt hệ thống để chạy thực nghiệm lấy thông số

- Thông qua các số liệu thực nghiệmđể đề xuất phạm vi hoạt động của hệ thống

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lựa chọn thiết bị cho hệ thống

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Sử dụng đồ thị lgp – h để thể hiện chu trình lý thuyết của hệ thống thí nghiệm

Hình 2 1 – Đồ thị lgp - h của chu trình lý thuyết

1 – 2: Quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy

2 – 3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng enthalpy

4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp

5 – Điểm thuộc vùng lỏng bão hoà có áp suất p odùng để tính toán các điểm nút khác

Sơ đồ hệ thống được đề xuất như sau:

Hình 2 2 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

1 – Máy nén; 2 – Thiết bị ngưng tụ; 3 – Thiết bị thí nghiệm; 4 – Bình chứa cao áp;

Hơi quá nhiệt với áp suất cao sau khi được nén ra khỏi máy nén đi đến thiết bị ngưng tụ (ở đây sử dụng hai loại thiết bị ngưng tụ là thiết bị ngưng tụ ống đồng cánh nhôm truyền thống và thiết bị ngưng tụ ống đồng cánh nhôm kích thước micro) và toả nhiệt cho môi trường xung quanh để ngưng tụ thành lỏng cao áp Lỏng cao áp sau đó đi tới bình chứa cao áp, một lượng lớn lỏng cao áp được trữ lại tại đây Sau đó lỏng cao áp

tiếp tục đi tới dàn bay hơi, trước khi vào dàn bay hơi lỏng cao áp qua van tiết lưu tay và

áp suất môi chất được hạ xuống áp suất bay hơi đồng thời chuyển thành dạng vừa lỏng

vừa hơi Hỗn hợp lỏng và hơi môi chất này đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của không khí xung quanh, bay hơi và được hút về lại máy nén tiếp tục chu trình

2.1.2 Cơ sở tính toán hệ thống

Đối với một hệ thống lạnh thì bốn thiết bị không thể thiếu là máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, van tiết lưu Tính toán thiết kế hệ thống nghĩa là tính toán công suất thiết bị để từ đó đưa ra các số liệu cơ bản cho việc chọn lựa các thiết bị đó

Để tính toán các thông số của chu trình ta cần xác định trước 2 giá trị cơ bản là nhiệt độ ngưng tụ t k và nhiệt độ bay hơi t o Từ hai giá trị này ta bắt đầu tra bảng hơi bão hoà và hơi quá nhiệt của môi chất R134a để xác định thông số các điểm nút của chu trình

 Tr ạng thái điểm nút 1

Trạng thái 1 là điểm nằm trên đường hơi bão hoà khô nên ta tra bảng Tính chất

nhi ệt động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t o đã xác định và tra được các thông số bao gồm áp suất ngưng tụ p 1 = p o, nhiệt độ t 1 , enthalpy h 1 và entropy s 1

 Trạng thái điểm nút 5

Trạng thái 5 là điểm nằm trên đường lỏng bão hoà nên ta tra bảng Tính chất nhiệt

động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t ođã xác định và tra được các thông

số bao gồm p5 = p 1, nhiệt độ t5 , enthalpy h 5 và entropy s 5

 Tr ạng thái điểm nút 3

Trạng thái 3 là điểm nằm trên đường lỏng bão hoà nên ta tra bảng Tính chất nhiệt

động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t 3 = t k , p 3 = p k đã xác định và tra

được các thông số bao gồm enthalpy h 3 và entropy s 3

 Trạng thái điểm nút 4

Trạng thái 4 là điểm nằm trong vùng hơi bão hoà ẩm và có áp suất bằng áp suất bay

hơi p 4 = p o nên nhiệt độ điểm 4, t 4 = t 5 = t 1 Muốn tìm giá trị enthalpy điểm 4 cần biết độ

khô x 4 Quá trình 3 – 4 là quá trình tiết lưu đẳng enthalpy nên h 3 = h 4, ta tính độ khô của điểm 4 theo công thức sau:

4 5 4

Trạng thái 2 nằm ở vùng hơi quá nhiệt nên các giá trị như nhiệt độ t2 , enthalpy h 2 và

entropy s 2 phải tra ở bảng Tính chất nhiệt động của hơi quá nhiệt R134a [32]

Với giá trị p k đã tìm được ta tra bảng hơi quá nhiệt với giá trị áp suất như vậy và

dựa vào dữ kiện s 2 = s 1để tìm ra giá trị nhiệt độ và enthalpy của điểm 2

Trong trường hợp không tim được giá trị áp suất ngưng tụ p k trong bảng hơi quá nhiệt ta cần sử dụng phép nội suy để tìm điểm 2

Giả sử p k = a nhưng trong bảng hơi quá nhiệt chỉ có giá trị áp suất thấp hơn hoặc cao hơn giá trị a thì ta chọn 2 bảng số liệu với áp suất bằng a – 1 và a + 1 để tính các giá trị nhiệt độ và enthalpy trên và dưới rồi từ đó nội suy để tính ra t2 và h 2 cần tìm

Vậy ta đã tính toán xong thông số các điểm nút của chu trình

Ta thống kê lại các thông số vào bảng để tiện truy xuất dữ liệu khi cần thiết

Bảng 2 4 – Bảng thống kê thông số các điểm nút của chu trình

Sau khi đã có các thông số ta tiến hành tính toán các giá trị sau để tìm các thông số thiết kế cho các thiết bị của hệ thống

 Công nén riêng cấp cho máy nén (kJ/kg):

Q G q

Sau khi đã xác định được các công thức cần thiết, ta tiến hành tính toán các thông số của chu trình

Chọn nhiệt độ ngưng tụ t k = 50oC và nhiệt độ bay hơi t o = 5oC

Bảng 2 5 – Thông số các điểm nút của chu trình

Chu trình được tính cho 1 kg môi chất lạnh đi qua thiết bị bay hơi

Công riêng cấp cho máy nén (kJ/kg):

Từ các thông số đã tính toán ở trên chúng tôi tiến hành lựa chọn các thiết bị cho hệ thống

2.2 Lựa chọn máy nén và các thiết bị phụ

 Ch ọn máy nén

Chúng tôi lựa chọn công suất điện của máy nén vào khoảng 1/4 Hp, ứng với công suất điện này chúng tôi chọn máy nén của hãng KULTHORN với model máy AZ 0411Y

Hình 2 3 – Máy nén được sử dụng trong hệ thống

Thông số kỹ thuật của máy nén lạnh KULTHORN AZ 0411Y

Bảng 2 6 – Thông số máy nén KULTHORN AZ 0411Y

Điện áp

(V)

Tần số (Hz)

Dòng làm việc (A)

Môi chất Công suất lạnh Công suất tiêu thụ

Vậy ta có thể tính được lưu lượng khối lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén trong một đơn vị thời gian theo công thức (2.12):

chọn thiết bị ngưng tụ thường qua các bước sau:

• Chọn kiểu thiết bị, dự đoán chế độ làm việc: phụ thuộc vào công suất của hệ

thống, phương pháp giải nhiệt, diện tích lắp đặt thiết bị,

• Xác định tải nhiệt Q k (kW) của thiết bị ngưng tụ:

k

Trong đó:

G – Lưu lượng khối lượng qua thiết bị, kg/s

h 2 , h 3 – Enthalpy đầu vào và đầu ra thiết bị ngưng tụ, kJ/kg

Dựa vào việc tính toán các điểm nút của chu trình ta có thể xác định được tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ

157 195 0 00215 0 338

Q = × =q G , × , = , (kW) Vậy với Qk = 338 W, để giải nhiệt môi chất đạt chất lượng tốt, nhóm chúng tôi lựa

chọn 2 thiết bị ngưng tụ ống đồng cánh nhôm có công suất 185 W ghép đôi hoạt động song song với nhau tương đương công suất 370 W phù hợp với Q kđã tính ở trên

 Chọn thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian và

hiệu quả làm lạnh Chính vì vậy mà phải chọn thiết bị bay hơi có công suất phù hợp với

hệ thống Với Qo bằng với công suất lạnh của máy nén (do lưu lượng môi chất qua các thiết bị là như nhau) nên Q o = 280 W Trong mô hình thí nghiệm này, nhóm chúng tôi lựa

chọn thiết bị bay hơi kiểu ống đồng cánh nhôm có công suất 185 W và dùng quạt công suất 40 W để tạo sự đối lưu cưỡng bức không khí qua dàn, như vậy có thể đáp ứng được công suất yêu cầu

Hình 2 5 – Thiết bị bay hơi

 Ch ọn van tiết lưu

Van tiết lưu đảm nhận nhiệm vụ quan trọng trong hệ thống lạnh, được sử dụng để điều chỉnh lỏng vào thiết bị bay hơi Tuỳ từng mục đích sử dụng và công suất mà người

ta chọn tiết lưu tay hoặc tiết lưu tự động (van tiết lưu tự động có hai loại, cân bằng trong

hoặc cân bằng ngoài)

Với mô hình hướng đến mục tiêu phục vụ cho công việc nghiên cứu nên nhóm chúng tôi sử dụng van tiết lưu tay để có thể dễ dàng điều chỉnh theo ý muốn của người sử dụng Van tiết lưu tay được chọn là van tiết lưu hai đầu nối rắc co với đường ống 6 mm

Hình 2 6 – Van ti ết lưu tay

Sức chứa của bình chứa cao áp cấp lỏng từ dưới được tính bằng công thức sau [33]:

Trong hệ thống này, đường kính ống đồng trong thiết bị bay hơi có tiết diện d = 10

mm và độ dài đường ống L = 2200 mm nên V BH có thể tính như sau:

các chi tiết chuyển động và dễ xảy ra sự cố khi vận hành Để tránh trường hợp này người

ta dùng phin lọc bẩn đặt trên đường hơi và đường lỏng

Trong hệ thống này nhóm chúng tôi đặt phin lọc trên đường lỏng sau bình chứa cao

áp để bảo vệ tiết lưu không bị nghẹt

Hình 2 8 – Phin lọc

 Kính xem gas

Kính xem gas dùng để quan sát sự chuyển động của môi chất trong đường ống, ngoài ra qua màu sắc của gas có thể nhận biết hệ thống có lẫn ẩm hay không (gas lạnh lẫn

ẩm sẽ có màu vàng) Kính xem gas thường được lắp đặt sau phin lọc để người vận hành

có thể nhận biết phin lọc có bị tắc hay không và thay thế nếu cần thiết Kính xem gas là

loại 2 đầu nối rắc co với đường ống 6 mm

Hình 2 9 – Kính xem gas

lạnh dùng môi chất NH3 không thể dùng ống đồng vì NH3ăn mòn đồng

Vì công suất hệ thống khá nhỏ nên nhóm chúng tôi sử dụng hai loại ống đồng có đường kính 6 mm và 10 mm

 Các thiết bị phụ

 Đồng hồ áp suất

Để kiểm tra sự hoạt động của hệ thống và ghi nhận nhật ký vận hành chúng tôi dùng hai đồng hồ thấp áp và cao áp để đo áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ Phải lựa chọn đúng đồng hồ cho từng loại môi chất lạnh

Hình 2 11 – Đồng hồ áp suất

 Các thi ết bị điện điều khiển

Để hệ thống hoạt động cần điều khiển các thiết bị như máy nén, quạt thiết bị ngưng

tụ, quạt dàn bay hơi Các công tác điều khiển này được thực hiện thông qua các thiết bị điện điều khiển

- Cầu dao (CB)

CB được sử dụng để đóng ngắt các mạch điện và bảo vệ thiết bị trong trường hợp quá tải CB đóng ngắt không thường xuyên, cấu tạo CB gồm hệ thống các tiếp điểm có

bộ phận dập hồ quang, bộ phận tự động cắt mạch để bảo vệ quá tải và ngắn mạch Bộ

phận cắt mạch điện bằng tác động điện từ theo dòng cực đại, khi dòng vượt quá trị số cho phép CB sẽ cắt mạch điện để bảo vệ thiết bị Chúng tôi chọn sử dụng CB của hãng NOVIP, điện áp định mức 220 V và dòng định mức 10 A

Hình 2 12 – CB

- Relay trung gian

Relay trung gian được sử dụng để đóng ngắt các mạch điện Khi có dòng điện chạy qua relay, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện

và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của relay Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế

Relay có 2 mạch hoạt động độc lập Một mạch là để điều khiển cuộn dây của relay: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển relay ở trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được relay hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của relay

Chọn relay của hãng OMRON, loại 8 chân, tải trở: 5 A, 240 VAC/ 5 A, 28 VDC, tải cảm ứng: 5 A, 240 VAC/5 A, 28 VDC

Hình 2 13 – Relay trung gian