Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
7 Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

7 Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN NHIỆT



_ Năng suất lạnh riêng khối lượng nhỏ (q0), phù hợp với cơng suất điều

hòa nhỏ và rất nhỏ, năng suất lạnh riêng thể tích (qv) nhỏ nên hệ thống cồng kềnh.

R12 không dẫn điện nên rất an tồn cho máy nén kín và nửa kín, hồ tan dầu hồn

tồn, tḥn lợi với q trình bơi trơn, khơng hoà tan trong nước gây tắc ẩm cho

bộ phận tiết lưu, có tính rửa cặn bẩn, cát bụi, gỉ sắt.. nên phải bố trí phin sấy lọc.

R12 khơng ăn mòn kim loại đen, màu và phi kim, không gây cháy nổ, không độc,

không làm biến chất sản phẩm, là môi chất lạnh hiện đại, dễ kiếm, vận chuyển,

chuyên chở dễ dàng nhưng đắt, phá huỷ tầng ôzôn nên bị cấm sản xuất từ 1996.

Freon 22: R22 - Có cơng thức CHClF2.

_ Là chất khí khơng màu, có mùi thơm rất nhẹ. Nếu làm mát bằng nước ở

nhiệt độ ngưng tụ 300 C áp suất ngưng tụ là 1,19MPa (12kg/cm2) làm mát bằng

khơng khí ở nhiệt độ ngưng tụ 420C áp suất ngưng tụ là 1,6MPa (gần bằng 16,5

kg/cm2).

_ Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển là – 40,80C nên áp suất bay hơi thưòng

lớn hơn áp suất khí quyển.

_ R22 không dẫn điện ở thể hơi nhưng dẫn điện ở thể lỏng, nên tuyệt đối

không được để lỏng lọt về động cơ máy nén nửa kín và kín, tất cả tính chất về

điện của R22 đều kém hơn của R12 đặc biệt khi có ẩm các chỉ số này giảm đi

nhanh chóng.

_ R22 được sử dụng nhiều đặc biệt trong các hệ thống điều hòa khơng khí.

Mức độ phá huỷ tầng ôzôn của R22 nhỏ nhưng lại gây hiện tượng hiệu ứng lồng

kính làm nhiệt độ trái đất tăng lên. Từ 1/1/1995 các hệ thống R22 có lượng nạp

lớn hơn 5kg sẽ bị cấm và đến cuối thế kỷ R22 cũng bị cấm sản xuất.

Freon 134a: R134a - Công thức CF3CH2F.

_ Là ga lạnh thay thế cho R12, có các tính chất gần giống với R12, khơng

cháy nổ, khơng ăn mòn với phần lớn kim loại, được dùng trong tủ lạnh gia đình,

điều hòa ơ tơ v.v.... Tuy nhiên R134a có tác dụng làm nóng trái đất nên hiện nay

quan niệm sử dụng R134a chưa thống nhất.

Freon 143a: R143a - Cơng thức CF3CH3.

_ Khơng độc khơng ăn mòn phần lớn các vật liệu, nhưng dễ cháy nổ. R143a

thường dùng trong các hỗn hợp (R507, R404A)

Freon 410A: R410A.

_ Là hỗn hợp của hai Freon không đồng sôi, gồm 50% R32 và 50% R125.

Đây là môi chất đang được sử dụng phổ biến trong các máy điều hòa nhiệt độ

hiện nay vì mơi chất này khơng phá hủy tầng ozon. Khi sử dụng môi chất này cần

chú ý: Áp suất ngưng của R410A lớn hơn khoảng 1,6 lần so với R22 nên ống

đồng cần dày hơn để không bị nổ. R410A khơng cháy, khơng độc hại, bền vững

hóa học và khơng ăn mòn phần lớn các vật liệu.



28



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



2.8.2. Máy nén lạnh

2.8.2.1. Máy nén piston



Hình 2.8.2.1a Máy nén piston



_ Máy nén piston,còn được gọi là máy nén xoay chiều ( Reciprocating

compressor), dùng piston và xi lanh để tạo ra lực nén giống như động cơ đốt

trong hay bơm piston. Chuyển động qua lại của piston dựa vào ngoại lực nén môi

chất lạnh bên trong xi lanh. Máy nén piston có chi phí ban đầu thấp và đơn giản,

dễ thiết kế lắp đặt. Chúng có cơng suất đầu ra lớn và có thể có đạt được áp suất

cao. Tuy nhiên, máy nén piston có chi phí bảo trì cao, tiềm ẩn vấn đề về rung

động và không được thiết kế để chạy liên tục ở cơng suất tải đầy.



Hình 2.8.2.1b Chu trình máy nén piston



2.8.2.2. Máy nén trục quay



29



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



Hình 2.8.2.2a Máy nén trục quay



_ Máy nén trục quay có 2 phần tử quay ăn khớp như bánh răng, môi chất

lạnh được nén ở giữa chúng. Những máy nén này rất hiệu quả bởi vì hoạt động

hút và nén mơi chất lạnh diễn ra đồng thời. Chúng có rất ít bộ phận di chuyển, tốc

độ quay thấp, chi phí ban đầu và bảo trì thấp và thích nghi tốt vơi môi trường dơ

bẩn.Tuy nhiên, chúng bị giới hạn bởi lưu lượng môi chất lạnh và áp suất thấp hơn

các loại máy nén khác.



Hình 2.8.2.2b Bánh răng máy nén trục quay



2.8.2.3. Máy nén trục vít

_ Máy nén trục vít dùng một cặp roto xoắn ốc hoặc trục vít ăn khớp với

nhau để nén môi chất lạnh giữa chúng. Chúng có thể tao ra áp suất cao với lượng

mơi chất nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng hơn máy nén piston. Máy nén trục vít cần

ít đến trung bình chi phí đầu tư ban đầu cũng như là bảo trì và ít bộ phận chuyển

động. Tuy nhiên, máy nén trục vít gặp khó khăn ở những mơi trường hoạt động

ơ nhiễm, tốc độ quay cao và vòng đời kỳ vọng thấp hơn các thiết kế khác.



30



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



Hình 2.8.2.3 Các trục vít ăn khớp



2.8.2.4. Máy nén xoắn ốc



Hình 2.8.2.4a Máy nén xoắn ốc



_ Máy nén xoắn ốc dùng 2 đĩa xoắn ốc lồng vào nhau để nén môi chất lạnh.

Đĩa ở trên cố định trong khi đĩa ở dưới di chuyển theo quỹ đạo. Máy nén xoắn ốc

hoạt động rất yên tĩnh, các bộ phân hoạt động một cách trơn tru và hiệu suất cao

nhất trong các loại máy nén. Chúng cũng rất linh hoạt trong việc xử lý mơi chất

ở dạng lỏng. Tuy nhiên, ở thiết kế kín, máy nén xoắn ốc không thể dễ dàng sửa

chữa, chúng không thể quay ở cả 2 chiều. Máy nén xoắn ốc chủ yếu được sử dụng

trong hệ thống điều hòa khơng khí ơtơ và lạnh thương mại.



Hình 2.8.2.4b Đĩa xoắn ốc

31



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



2.8.2.5. Máy nén ly tâm



Hình 2.8.2.5a Máy nén ly tâm



_ Máy nén ly tâm dùng hoạt động quay bánh cánh quạt để tạo ra lực ly tâm

lên mơi chất lạnh bên trong buồng nén (hình xoắn ốc). Không như những thiết kế

khác, máy nén ly tâm không hoạt động dựa trên nguyên lý thể tích mà đã cố định

lưu lượng buồng. Máy nén ly tâm thích hợp để nén môi chất với lưu lượng lớn và

áp suất thấp. Lực nén được tạo ra bởi bánh cánh quạt thì nhỏ cho nên hệ thống

dùng máy nén ly tâm thường sử dụng 2 hay nhiều cấp (nhiều bánh cánh quạt)

trong chuỗi để tạo ra lực nén cao. Máy nén ly tâm thỏa mãn thiết kế đơn giản, ít

bộ phận chuyển động và hiệu quả năng lượng khi hoạt động ở chế độ đa cấp.



Hình 2.8.2.5b Cánh xốy ly tâm



2.9. Ứng dụng của bơm nhiệt:

Bơm nhiệt được sử dụng các nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp như:

_ Cơng nghiệp sấy và hút ẩm.

_ Các quá trình thu hồi nhiệt thải.

_ Gia nhiệt nước hoặc khơng khí.

_ Cơng nghiệp chưng cất, tách chất.

_ Công nghiệp thực phẩm chủ yếu để tẩy rửa, tiệt trùng.

_ Công nghiệp vải sợi, gỗ, bột và giấy.

_ Tẩy rửa, mạ kim loại sơn sấy trong kỹ tḥt điện và chế tạo.

32



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



_ Cơng nghiệp hóa học như bay hơi, cơ đặc, ...

_ Điều tiết khơng khí tiện nghi cơng nghiệp, nơng nghiệp, các cơng trình

cơng cộng như y tế, văn hóa, thể thao.



2.10. Một số bơm nhiệt gia nhiệt nước nóng trong gia đình:

_ Bơm nhiệt dùng để gia nhiệt cho nước nóng bao gồm rất nhiều dòng sản

phẩm, cụ thể như: Máy nước nóng dùng cho gia đình, nhà ở, chung cư … ; máy

nước nóng thương mại; máy điều hòa khơng khí + nước nóng dùng cho các cơng

trình.….



2.11. Khả năng ứng dụng của bơm nhiệt trong công nghệ chế biến

thực phẩm:

2.11.1 Sản xuất nước nóng phục vụ cho sản xuất



Hình 2.11.1 Ứng dụng bơm nhiệt trong sản xuất nước nóng



2.11.2 Trong công nghệ sản xuất bia, đường, sữa, nước giải khát có ga,

cô đặc, chưng cất, sấy…

2.11.2.1. Công nghệ sản xuất bia

_ Nấu dịch đường.

_ Cung cấp nước nóng sơ book cho nồi hơi. (lấy nước su làm mát thiết bị

ngưng tụ).

_ Kết hợp với làm lạnh: làm lạnh dịch đường, tank lên men bia, bảo quản

bia.

2.11.2.2. Sản xuất đường

_ Làm lạnh để điều hòa khơng khí.

_ Dùng nhiệt để: cơ đặc, đun nấu đường.



33



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



2.11.2.3. Cơng nghệ chế biến sữa

_ Nguồn lạnh : bảo quản sữa chua, làm lạnh và bảo quản dung dịch sữa

tươi.

tbq  4  60 C .



_ Nguồn nóng: thanh trùng paster ở nhiệt độ 750C.

2.11.2.4. Cơng nghệ sản xuất nước khống có gas (CO2)

_ Nguồn lạnh: để làm lạnh dung dịch từ nhiệt độ ban đầu xuống tới 2  40 C

sau đó châm CO2, giúp CO2 dễ hấp thụ, đồng thời để điều hòa khơng khí cho phân

xưởng.

_ Nguồn nóng : dùng để thanh trùng, rửa chai lọ làm vệ sinh.

2.11.2.5. Công nghệ sản xuất rượu, cồn, dầu ăn

_ Nguồn nóng: thực hiện quá trình chưng, gia nhiệt cho dung dịch trước

khi vào công đoạn sản xuất.

_ Nguồn lạnh: thực hiện quá trình ngưng tụ.

Ví dụ: Ứng dụng trong cơ đặc.



Hình 2.11.2.5a ứng dụng bơm nhiệt trong sản cô đặc ở áp sấu chân không



_ Nhiệt độ sôi trong nồi cô đặc t s  45  550 C . Do đó thực hiện cô đặc chân

không là phù hợp.

Ưu điểm: sử dụng cả nguồn lạnh và nguồn nóng.

_ Sơ đồ trên có thể được dùng để sấy dung dịch.

_ Nếu khơng phải cơ đặc chân khơng có thể dùng để làm nóng dung dịch.



34



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



Hình 2.11.2.5b ứng dụng bơm nhiệt trong cơ đặc



2.11.2.6. Trong chưng cất



Hình 2.11.2.6 ứng dụng bơm nhiệt trong chưng cất



_ Nhiệt độ sôi của trong nồi chưng



50  550 C



thích hợp cho chưng chân



khơng. Nếu t s  550 C thì thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt để làm nóng dung dịch

tương tự phần cơ đặc.



35



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



2.11.2.7. Trong kỹ thuật sấy (sấy lạnh)

6



SV

1



5



4

3



9



10



15

8



15



14

2



SV



13



SV



3



12



SV



11



2



4



7



1

Hình 6 : ứng dụng bơm nhiệt trong kỹ thuật sấy



1. Máy nén

2. Dàn nóng

3. Dàn lạnh

4. Van tiết lưu tự động

5. Mắt ga

6. Phin lọc ẩm

7. Bình chứa cao áp

8. Bình tách lỏng



9. Giá đỡ nguyên liệu

10. Buồng sấy

11,12,13. Dàn ngưng phụ

14. Máng hứng nước

15. Quạt gió

Van chặn

SV

Cuộn dây van điện từ



2.11.2.8. Trong thiết bị ổn nhiệt (tủ ổn nhiệt)



Hình 2.11.2.8 Ứng dụng bơm nhiệt trong thiết bị ổn nhiệt

36



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



CHƯƠNG 3

THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ

ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BƠM NHIỆT

3.1. Phương trình cân bằng nhiệt của bơm nhiệt

_ Theo định luật nhiệt động 2, phương trình có dạng: qk = qo

_ Hiệu quả của chu trình được tính bằng hệ số bơm nhiệt ϕ:



ϕ=1+



Q0

L



+l



=1+ε



_ Các thông số đặc trưng của bơm nhiệt: ϕ, qk,



l, pk.



3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay

hơi đến các thông số đặc trưng của bơm nhiệt

3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ tk

_ Các thông số hoạt động: to= 10oC, tk = 30 - 50oC, ∆tqn = 5oC, ∆tql = 5oC,

môi chất là R12, R22, R502, R134a, R404a, R407C.

Công thức sử dụng bao gồm:

Q



= 1 + 𝑙0 = 1 + ε

_ Năng suất lạnh riêng của chu trình: qo = i1’ – i4 (kJ/kg)

_ Năng suất nhiệt ngưng tụ riêng: qk = i2 – i3 (kJ/kg)

_ Công nén riêng: l = i2 – i1 (kJ/kg)

q

_ Hệ số lạnh của chu trình:

ε= l0

_ Hệ số nhiệt (hệ số bơm nhiệt): ϕ



Tổng hợp kết quả thể hiện như sau:

Môi chất/nhiệt độ

30

35



40



45



50



𝑻𝒌



R12



11,25



9,34



7,97



6,94



6,12



R22



11,06



9,18



7,82



6,80



6,0



R502



10,38



8,92



7,54



6,49



5,65



R134a



11,20



9,28



7,89



6,84



6,01



R404a



10,67



8,72



7,30



6,21



5,32



R407c



10,98



9,07



7,69



6,64



5,80



Bảng 3.2.1a Hệ số nhiệt ϕ của các mơi chất theo nhiệt độ ngưng tụ

37



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



Môi chất/nhiệt độ

𝑻𝒌



30



35



40



45



50



R12



13006



15388



17700



19943



22117



R22



17954



21307



24583



27784



30911



R502



12509



14753



16916



19000



21010



R134a



16713



19730



22642



25452



28159



R404a



14307



16839



19266



21591



23817



R407c



19211



22720



26122



29419



32614



Bảng 3.2.1b Công nén l của các môi chất theo nhiệt độ ngưng tụ



3.2.2. Ảnh hưởng của to

Trong nội dung nghiên cứu, chọn tk= 50oC, t0 = 10oC, ∆tqn = 5oC, ∆tql =

5oC. Kết quả tổng hợp như sau:

Môi chất/nhiệt độ To



-10



-5



0



5



10



R12



4,83



5,39



6,08



6,94



8,04



R22



4,76



5,30



5,97



6,80



7,88



R502



4,48



5,01



5,67



6,49



7,55



R134a



4,74



5,29



5,98



6,84



7,95



R404a



4,26



4,77



5,41



6,21



7,24



R407c



4,62



5,15



5,81



6,64



7,70



Bảng 3.2.2a Hệ số bơm nhiệt ϕ của môi chất theo nhiệt độ bay hơi



Môi chất/nhiệt độ To



-10



-5



0



5



10



R12



29146 25952 22887



19943



17111



R22



41307 36576 32073



27784



23696



R502



28052 24900 21885



19000



16239



R134a



37337 33207 29248



25452



21807



R404a



31845 28281 24865



21591



18451



R407c



43390 38526 33873



29419



25153



Bảng 3.2.2b Hệ số công nén l của mơi chất theo nhiệt độ bay hơi

38



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

7 Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×