MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT ....................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................... ix
DANH MỤC MỘT SỐ CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TỪ KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NÀY ............................................................................................................ xi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. xii
Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. Tổng quan máy lạnh hấp thụ ......................................................................1
1.1.1. Khái niệm, nguyên lý làm việc và phân loại máy lạnh hấp thụ ..........1
1.1.2. Đặc trưng cơ bản của máy lạnh hấp thụ ............................................14
1.2. Tổng quan nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ .............................................25
1.2.1. Kết quả nghiên cứu trên thế giới .......................................................25
1.2.2. Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................30
1.3. Đối tượng, mục đích và phạm vi nghiên cứu ...........................................31
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................31
1.3.2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu ......................................................34
Chương 2. CƠ SỞ TÍNH MÁY LẠNH HẤP THỤ MỘT CẤP NH3/H2O ...............35
2.1. Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp NH3/H2O .................35
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................35
2.1.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................37
2.2. Cơ sở tính các thông số trạng thái của dung dịch NH3/H2O ....................37
2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch ................................................................37
2.2.2. Áp suất dung dịch ..............................................................................38
2.2.3. Enthalpy của dung dịch lỏng và hơi ..................................................38
2.2.4. Nồng độ của hơi bay ra từ dung dịch NH3/H2O ................................39
2.2.5. Nhiệt dung riêng của dung dịch .........................................................39
2.2.6. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ...........................................................39

i

5.1. Tóm tắt ......................................................................................................88

ii


5.2. Kết luận .....................................................................................................90
5.3. Kiến nghị ..................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................92
PHỤ LỤC ..................................................................................................................97

iii


LỜI CẢM ƠN
Bản luận văn này được thực hiện trong thời gian từ tháng 10/2012 đến tháng
10/2015, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Đặng Trần Thọ, giảng viên trường
ĐHBK Hà Nội.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Trần Thọ đã giúp đỡ em hoàn thành bản
luận văn. Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo trong
trường đã quan tâm giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường.
Tác giả luận văn

Hoàng Mai Hồng

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải

T : Nhiệt độ tuyệt đối, K

k : Thông số của môi chất lạnh ở nhiệt

P : Áp suất, bar

độ ngưng tụ

i : Entanpi, kJ/kg

h : Thông số của dung dịch trong bình

r : Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg

sinh hơi

C : Nhiệt dung riêng, kJ/(kgK)

A : Thông số của dung dịch trong bình

Ρ : Khối lượng riêng, kg/m3

hấp thụ

v : Thể tích riêng, m3/kg

w : Thông số của môi trường làm mát

λ : Hệ số dẫn nhiệt, W/mK


d : Đường kính của ống, m

ht: Hấp thụ

l : Chiều dài ống, m

bl: Buồng lạnh

ω : Tốc độ, m/s
g : Gia tốc trọng trường, m/s2

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Cặp môi chất sử dụng trong máy lạnh hấp thụ .........................................15
Bảng 1.2. Một số loại nhiệt thải và mức nhiệt độ tương ứng....................................21
Bảng 1.3. Một số kim loại sử dụng trong kỹ thuật lạnh ............................................24
Bảng 1.4. Số liệu về các tàu cá lắp máy có công suất lớn hơn 50HP. ......................32
Bảng 3.1. Các thông số trạng thái của chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O. .........54
Bảng 3.2. Bảng thống kê giá trị các phụ tải máy lạnh hấp thụ NH3/H2O. ................56
Bảng 3.3. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị ngưng tụ...............................................57
Bảng 3.4. Bảng kết quả tính toán thiết bị ngưng tụ ..................................................58
Bảng 3.5. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị bay hơi .................................................59
Bảng 3.6. Bảng kết quả tính toán thiết bị bay hơi .....................................................59
Bảng 3.7. Bảng số liệu ban đầu của bình hấp thụ .....................................................60
Bảng 3.8. Bảng kết quả tính toán bình hấp thụ .........................................................61
Bảng 3.9. Bảng số liệu ban đầu của bình sinh hơi ....................................................62
Bảng 3.10. Bảng số liệu ban đầu của thiết bị ngưng tụ hồi lưu ................................63
Bảng 3.11. Bảng kết quả tính toán bình sinh hơi. .....................................................63

Hình 1.4. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 1 .............................8
Hình 1.5. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 2 ..............................8
Hình 1.6. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 3 ..............................9
Hình 1.7. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp...............................................10
Hình 1.8. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp ................................................12
Hình 1.9. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ khuếch tán ..........................................................13
Hình 1.10. Máy lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời loại gián đoạn NH3/H2O...........18
Hình 1.11. Sơ đồ máy lạnh hấp phụ năng lượng mặt trời loại gián đoạn. ................19
Hình 1.12. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ sử dụng các nguồn nhiệt kết hợp......................20
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O ...........................................35
Hình 2.2. Đồ thị i-ξ của các quá trình trong chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .36
Hình 4.1. Cơ cấu rung lắc của mô hình .....................................................................73
Hình 4.2. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng khói thải trong
điều kiện tĩnh. ............................................................................................................75
Hình 4.3. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng khói thải trong
điều kiện rung lắc. .....................................................................................................77
Hình 4.4. So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng khói thải
trong điều kiện tĩnh và rung lắc.................................................................................77
Hình 4.5. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng năng lượng mặt
trời trong điều kiện tĩnh. ............................................................................................79
Hình 4.6. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng năng lượng mặt
trời trong điều kiện rung lắc. .....................................................................................80

ix


Hình 4.7. So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng năng
lượng mặt trời trong điều kiện tĩnh và rung lắc. .......................................................81
Hình 4.8. Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt bằng nguồn nhiệt đồng
phát trong điều kiện tĩnh. ..........................................................................................83

nguồn nhiệt khác nhau như năng lượng mặt trời, nhiệt thừa, nhiệt thải, … Vì vậy, ở
đâu có nguồn nhiệt thải liên tục và ổn định, thì giải pháp tận dụng nhiệt thừa, nâng
cao hiệu suất của hệ thống bằng cách dùng MLHT để tận dụng luôn được ưu tiên
hàng đầu do có triển vọng cao.
Mặt khác, kinh tế biển là một trong những ngành mũi nhọn, có tiềm năng
phát triển của Việt Nam, xu thế tất yếu là tiến ra biển lớn để tìm kiếm, khai thác.
Bởi vậy phải có chiến lược phù hợp nhằm bảo đảm cho những con tàu đủ sức ra
khơi xa, neo đậu dài ngày trên biển để khai thác hải sản và bảo vệ vững chắc biển,
đảo của Tổ quốc. Có thể nói ngư dân hiện nay gặp phải khó khăn nhất khi đánh bắt
xa bờ (hàng nghìn km) với thời gian đi biển dài ngày là nguồn năng lượng để chạy
tàu và bảo quản hải sản đã đánh bắt. Phương pháp thông dụng hiện có là ướp đá
lạnh. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng nước đá không cao, hơn nữa lượng nhiên liệu
cung cấp để vận chuyển đá trên tàu khá lớn, nên xu hướng chuyển sang sử dụng hệ
thống lạnh trên tàu để sản xuất đá và phục vụ các nhu cầu lạnh khác. Thực tế ta
thấy, trên tàu có thể sử dụng các nguồn nhiệt như: nguồn nhiệt thải từ động cơ có
nhiệt độ cao và liên tục, kết hợp với nguồn nhiệt của mặt trời là những nguồn nhiệt

xii


có thể tận dụng để sử dụng cho MLHT. Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế một hệ
thống lạnh sử dụng được nguồn nhiệt thải trên tàu phục vụ cho nhu cầu làm lạnh là
rất cần thiết.
Với cơ sở trên, tác giả của luận văn đã lựa chọn hướng nghiên cứu lý thuyết
và thực nghiệm ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt
thải trên các phương tiện đánh bắt xa bờ. Cụ thể, tác giả đã tập trung nghiên cứu
thiết kế và chế tạo mô hình MLHT sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải làm
việc được trong điều kiện có rung lắc. Mô hình đã được chế tạo thành công và thực
hiện được các chế độ thực nghiệm cơ bản về MLHT. Kết quả cho thấy thiết bị đã
hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu đề ra.

Trong MLHT có 2 vòng tuần hoàn chính là vòng tuần hoàn dung dịch và vòng
tuần hoàn môi chất lạnh.
- Vòng tuần hoàn dung dịch: Tại bình hấp thụ (HT) hơi sinh ra từ thiết bị bay
hơi (BH) được “hút” về và cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu dung
dịch đến. Do ở nhiệt độ thấp, dung dịch loãng hấp thụ hơi môi chất để trở thành
dung dịch đậm đặc. Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ thải cho môi trường làm

1


Chương 1. Tổng quan
mát. Dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi (SH). Ở đây do
điều kiện nhiệt độ cao, phần hơi môi chất sẽ bị tách ra khỏi dung dịch đậm đặc để đi
vào thiết bị ngưng tụ còn dung dịch trở thành dung dịch loãng. Dung dịch loãng
được đưa qua van tiết lưu dung dịch để trở lại bình hấp thụ. Tại bình hấp thụ dung
dịch loãng được kết hợp trở lại với hơi môi chất hạ áp ở phía thiết bị bay hơi để trở
thành dung dịch đậm đặc, khép kín vòng tuần hoàn dung dịch, và lại tiếp tục một
chu trình mới.
Qk

3

2

SH

NT

TL


2


Chương 1. Tổng quan
về bình hấp thụ để kết hợp với dung dịch loãng ở bình hấp thụ (HT) của máy nén
nhiệt. Qua máy nén nhiệt hơi môi chất lại được tách ra ở thiết bị sinh hơi (SH) với
trạng thái hơi cao áp để đưa trở lại thiết bị ngưng tụ khép kín vòng tuần hoàn môi
chất và tiếp tục một chu trình mới.
1.1.1.3. Phân loại
Máy lạnh hấp thụ có nhiều loại và thường được phân ra theo những loại sau:
- Phân loại theo cặp môi chất sử dụng ta có:
+ Máy lạnh hấp thụ NH3/H2O
+ Máy lạnh hấp thụ LiBr/H2O
- Phân loại theo chu trình làm việc ta có:
+ MLHT chu trình tác dụng đơn (Single Effect)
+ MLHT chu trình tác dụng kép (Double Effect)
+ MLHT chu trình một cấp
+ MLHT chu trình hai cấp
+ MLHT chu kỳ
+ MLHT khuếch tán
Dưới đây là một số loại máy lạnh hấp thụ thường sử dụng
a . Máy lạnh hấp thụ Nước/Bromualiti (H2O/LiBr)
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong kĩ thuật
điều hòa không khí, nhiệt độ sôi khoảng 7 oC. Trong đó, nước là môi chất lạnh và
bromualiti là chất hấp thụ. Máy có những đặc điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Tỷ số áp suất nhỏ Pk/Po  4, hiệu số áp suất thấp Pk - Po = 3,6 kPa.
+ Không cần thiết bị tinh cất hơi môi chất vì từ dung dịch H2O/LiBr chỉ có
hơi môi chất lạnh là nước thoát ra.
+ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho bình sinh hơi cho phép thấp đến 80 oC do đó

tụ ở dàn ngưng sẽ tiết lưu qua xi phông 4 để cân bằng áp suất rồi chảy về dàn bay
hơi. Tại đây, nhờ áp suất thấp, nước bay hơi sinh lạnh. Hơi nước sinh ra sẽ được
dung dịch loãng hấp thụ ở bộ phận hấp thụ. Nhiệt tỏa ra do hấp thụ (hay ngưng tụ
tại áp suất thấp) sẽ thải cho nước làm mát. Lạnh ở dàn bay hơi sẽ được chất tải lạnh
là nước đưa đến nơi tiêu thụ.
Sau khi hấp thụ hơi nước, dung dịch trở thành đậm đặc và được bơm dung dịch
bơm lên bình sinh hơi. Ở đây hồi nhiệt bố trí để tận dụng nhiệt từ dung dịch loãng

4


Chương 1. Tổng quan
5
NT
Chất tải lạnh
Nguồn nhiệt
HT

1
BH

2
Chất tải
lạnh

4

Nước làm
mát


bình hấp thụ). Có thể kết hợp cả hai phương pháp trên.
Hình 1.3 là sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr được bố trí trong một vỏ. Bình
sinh hơi và ngưng tụ có áp suất cao được bố trí phía trên ngăn cách với phía dưới
bởi vách ngăn (vách ngăn có bố trí phần thoát nước ngưng tụ xuống phía dưới. Bình
hấp thụ và bay hơi có áp suất thấp bố trí phía dưới. Cách bố trí này cũng đòi hỏi
chân không cao.
Nguồn nhiệt
NT

SH

Nước làm mát

Chất tải lạnh
HN

BH
Bmc
Nước làm mát

HT

Bdd
Hình 1.3. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí trong 1 vỏ
SH: Sinh hơi; HT: Hấp thụ; NT: Dàn ngưng;BH: Dàn bay hơi; HN: Hồi
nhiệt; Bdd: Bơm dung dịch; Bmc: Bơm môi chất
* Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép (Double Effect)
Với máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn đã giới thiệu ở trên có nhược điểm
là khi tăng nhiệt độ nguồn nhiệt thì COP gần như tăng không đáng kể, COPmax≤
0,76. Do đó, để tận dụng hiệu suất của các nguồn nhiệt có nhiệt thế cao ta sử dụng

+ Nhiệt độ tại bình sinh hơi SH là tk. Nhiệt độ trong bình trung gian TG và
bình ngưng tụ NT là ttg < tk. Tuy nhiên nhiệt độ trong ống xoắn tH ≈ ttg + 5 K. Nhiệt
độ tại bình bay hơi BH và hấp thụ HT thấp nhất to < ttg.

7


Chương 1. Tổng quan
Hơi nước
NT

Hơi nước
TG

3

2

SH

8

9

Nước làm mát
HN2

7
4


3

2
8 Bdd

SH
9

Nước làm mát
HN2

7
4

6

Nguồn nhiệt
1

HN1

Chất tải lạnh

Nước làm mát
HT

BH
5

Bdd

Nước làm mát

2
HN1

7
4

SH

HN2

9

Nguồn nhiệt
1

6

Chất tải lạnh

Nước làm mát
BH

HT
5

Bdd

Hình 1.6. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại 3

2

Nguồn nhiệt Q
H

12
7

6

HN2
8
TLdd

3
TL

9

Bdd

BH
4
Q0
Chất
tải
lạnh

QA
Nước

kiện dẫn tới tỷ số nhiệt quá nhỏ thì người ta sử dụng máy lạnh hấp thụ hai hay nhiều
cấp.
Hình 1.8 là sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp. Chu trình gồm hai bình
sinh hơi và hai bình hấp thụ tương ứng hai cấp áp suất hạ áp và cao áp SHC, SHT và
HTC, HTT. Hơi môi chất sinh ra ở bình sinh ơi cao áp SHC được đưa vào dàn ngưng
tụ thì hơi môi chất sinh ra ở bình sinh hơi hạ áp SHT được đưa vào bình hấp thụ cao
áp HTC. Bình hấp thụ hạ áp HTT hấp thụ hơi môi chất đi ra từ bình bay hơi. Ba thiết
bị hội nhiệt HN1, HN2, HN3 làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt. Cụ thể như sau: HN1
nhằm quá lạnh cho lỏng từ dàn ngưng tụ trước khi tiết lưu về bình bay hơi. HN2 và
HN3 nhằm quá nhiệt cho dung dịch đậm đặc trước khi vào bình sinh hơi.

11


Chương 1. Tổng quan
Qk

TL1

1

NT
SH
Nguồn nhiệt

TG
QHC

12


HN1

8

TL dd

QA
Nước
làm
B ddT mát

HTC
10

BH
4
QO

Q AT
Nước
làm
mát

HTT
10

Hình 1.8. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp
Trường hợp có 1 chế độ bay hơi thì hơi môi chất ra khỏi dàn ngưng tụ sẽ đi
thẳng tới HN1 qua TL2 rồi về bình bay hơi.
Trường hợp có 2 chế độ bay hơi thì cần hai van tiết lưu. Đầu tiên môi chất loãng