Máy lạnh hấp thụ: sơ đồ nguyên lý, phân loại, ưu – nhược điểm

Máy lạnh hấp thụ thuộc nhóm các máy lạnh sử dụng nhiệt năng, sẽ hấp thụ nhiệt từ các nguồn nhiệt như ánh sáng mặt trời, nhiệt năng thừa từ các nhà máy, chung cư… để làm nhiên liệu hoạt động. Cấu tạo của nó như thế nào, ưu điểm và nhược điểm ra sao thì hãy theo dõi phần chia sẻ dưới đây của chúng tôi nhé.

Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ

Máy lạnh hấp thụ H₂O-NH₃

Hơi bão hoà ẩm NH₃ ra khỏi van tiết lưu ở áp suất thấp p₁ đi vào buồng lạnh I, ở đây NH₃ nhận nhiệt q₂ của vật cần làm lạnh p₁ = const biến thành hơi bão hoà khô. Hơi bão hoà khô NH₃ ra khỏi buồng lạnh đi vào bình hấp thụ II. Ở đây được H₂O hấp thụ tạo nên dung dịch NH₃ – H₂O ở áp suất p₁. Vì phản ứng hấp thụ NH₃ – H₂O toả nhiệt q_h, nên để tăng khả năng hấp thụ người ta phải lấy nhiệt đó đi (làm mát bình hấp thụ). Sau đó dung dịch NH₃ – H₂O được bơm III đưa đến bình sinh hơi IV ở áp suất p₂ lớn hơn p₁.

Trong quá trình hấp thụ, nồng độ của NH₃ trong dung dịch ở bình hấp thụ tăng và đưa dung dịch có nồng độ nhỏ hơn ở bình sinh hơi qua van V xuống bình hấp thụ để làm giảm nồng độ ở bình hấp thụ và tăng khả năng hấp thụ.

Cần phải cấp nhiệt qc cho bình sinh hơi IV (nhiệt có thể lấy từ hơi nước, than, năng lượng mặt trời..) ở áp suất p₂ , ở đây do nhiệt độ sôi của NH₃ nhỏ hơn của H₂O nhiều nên NH₃ bốc thành hơi bão hoà khô ở p₂ và đi vào bình ngưng.

Hơi NH₃ đi vào bình ngưng VI và ngưng tụ ở p₂ = const nhả nhiệt p₁ cho nước hoặc không khí làm mát, biến thành chất lỏng.

Chất lỏng NH₃ ở p₂ và nhiệt độ sôi tương ứng ts₂, qua van tiết lưu VII biến thành hơi bão hòa ẩm ở áp suất p₁ và nhiệt độ sôi ts₁ nhỏ hơn và đi vào buồng lạnh.

Hiện nay máy lạnh hấp thụ còn được dùng ở những nơi có nguồn nhiệt dư thừa (khí thải, năng lượng mặt trời,…).

Dưới đây là sơ đồ hoàn chỉnh máy lạnh hấp thụ với cặp môi chất NH₃ – H₂O

Cũng giống hệ thống lạnh nén hơi, trong hệ thống lạnh hấp thụ người ta cũng lắp thêm thiết bị hồi nhiệt I để làm quá lạnh môi chất lỏng trước khi tiết lưu để tăng năng suất lạnh. Thiết bị hồi nhiệt II dùng để thu hồi nhiệt của dung dịch loãng (dung dịch nghèo NH₃ ) để làm nóng dung dịch đậm đặc (dung dịch giàu NH₃) được bơm từ bình hấp thụ lên.

Hơi môi chất NH₃ ra khỏi bình phản hấp thụ trước khi đến thiết bị ngưng tụ được đi qua thiết bị tinh luyện, mục đích tách hơi nước ra khỏi NH₃ và như vậy có thể xem NH₃ đi vào thiết bị ngưng tụ là nguyên chất.

Máy lạnh hấp thụ BrLi-H₂O

A: Chất hấp thụ, C: Bình ngưng, E: Thiết bị bay hơi, G: Máy phát điện, P: Bơm dung dịch, SHX: hồi nhiệt, ER: van tiết lưu, ES: van tiết lưu

Khi cung cấp nguồn nhiệt Q_g cho bình phản hấp thụ (bình sinh hơi) G để gia nhiệt cho dung dịch đậm đặc môi chất lạnh (H₂O) đến khoảng 80^oC. Hơi nước sinh ra bay lên dàn ngưng tụ C nhả nhiệt cho môi trường (nước) và ngưng tụ. Dung dịch đậm đặc khi mất nước trở thành dung dịch loãng và được đưa trở lại bình hấp thụ A và cần phải được giảm áp. Do vậy, trước khi vào bình hấp thụ, dung dịch loãng phải đi qua van tiết lưu ES.

Nước sau khi ngưng tụ ở dàn ngưng sẽ được đi qua van tiết lưu ER và phun vào dàn bay hơi E. Do áp suất ở đây rất thấp nước bay hơi và sinh lạnh. Hơi nước được tạo ra ở dàn bay hơi sẽ được dung dịch loãng hấp thụ ở bình hấp thụ. Lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ Q_a sẽ được nước làm mát lấy đi. Lạnh sinh ra ở dàn bay hơi Q_e sẽ được chất tải lạnh (cũng là nước) đưa đến nơi tiêu dùng.

Dung dịch đậm đặc sau quá trình hấp thụ sẽ được bơm P bơm lên bình phản hấp thụ. Dung dịch loãng chảy từ bình phản hấp thụ trở lại bình hấp thụ. Hồi nhiệt SHX dùng để nâng cao hiệu suất nhiệt. Tại đây dung dịch loãng được làm nguội đi và dung dịch đậm đặc được làm nóng lên.

Những thiết bị chuyển động ở đây chỉ có bơm dung dịch và bơm môi chất. Những bơm này có yêu cầu về độ kín và chân không cao. Ngoài ra, người ta cần phải bố trí bơm chân không đặc biệt để loại trừ khí trơ hoặc không khí ra khỏi hệ thống.

Máy lạnh hấp thụ khuếch tán

Nhưng ngày nay nói đến loại máy lạnh hấp thụ khuếch tán người ta thường nghĩ đến tủ lạnh hấp thụ gia đình, với công suất lạnh nhỏ.

1- Đèn ; 2 – Xi phông ; 3 – Bình sinh hơi; 4 – Ngưng tụ hồi lưu ; 5 – Dàn ngưng ; 6 – Bình chứa H2; 7 – Dàn bay hơi; 8 – Tủ cách nhiệt; 9 – Hồi nhiệt dòng hơi; 10 – Dàn hấp thụ ; 11 – Bình chứa dung dịch ; 12 – Hồi nhiệt dung dịch lỏng.

a – Bình sinh hơi và bơm xi phông đã cách nhiệt b – Bình chứa hydro ; c – Dàn ngưng (nằm sau miếng gỗ); d – Dàn bay hơi; e – Dàn hấp thụ ; f – Bình chứa.

2 hình trên mô tả sơ đồ nguyên lý và hình dạng bên ngoài máy lạnh hấp thụ khuếch tán. Trong máy lạnh hấp thụ khuếch tán có ba vòng tuần hoàn.

• Vòng tuần hoàn thứ nhất là của môi chất lạnh amoniac. Môi chất lạnh từ bình sinh hơi vào dàn ngưng, ngưng tụ rồi chảy vào dàn bay hơi hay còn gọi là dàn khuếch tán. Hơi NH₃ sẽ khuếch tán vào khí H₂ từ áp suất riêng phần băng không lên đến áp suất tương ứng với nhiệt độ buồng lạnh sau đó theo khí H₂ lắng dần về dàn hấp thụ vì hỗn hợp NH₃ + H₂ nặng hơn. Sau khi được hấp thụ NH₃ dung dịch trở thành đậm đặc và được bơm xiphông bơm trở lại bình sinh hơi.
• Vòng tuần hoàn thứ 2 là của dung dịch. Vòng tuần hoàn này cũng giống như ở máy lạnh hấp thụ bình thường. Dung dịch đậm đặc được bơm xi phông bơm từ dàn hấp thụ vào bình sinh hơi. Dung dịch sau khi sinh hơi amoniac, trở thành dung dịch loãng. Do chênh lệch cột lỏng dung dịch loãng tự chảy về dàn hấp thụ.
• Vòng tuần hoàn thứ ba là của hiđro. Khí hydro trong dàn khuếch tán theo hơi NH₃ lắng về dàn hấp thụ. Hơi NH₃ được dung dịch hấp thụ dần. Hỗn hợp càng ít hơi NH₃ càng nhẹ. Dòng hỗn hợp chuyển động dần lên đỉnh dàn hấp thụ. Khi hết hơi NH₃, hyđrô chuyển động trở lại dàn bay hơi. Bình chứa hydro dùng để cân bằng áp suất khi nhiệt độ bên ngoài thay đổi.

Trong máy lạnh hấp thụ khuếch tán có bố trí hai thiết bị hồi nhiệt, một giữa NH₃, H₂ vào và ra khỏi dàn bay hơi, một cho dung dịch loãng và dung dịch đậm đặc vào và ra khỏi bình sinh hơi. Bơm xi phông làm việc theo nguyên tắc thay đổi tỷ trọng. Dung dịch được đốt nóng sinh ra những bọt hơi nhỏ, bọt hơi có tác dụng kéo theo cả lỏng chảy vào bình sinh hơi.

Máy lạnh hấp thụ chu kỳ

Máy lạnh hấp thụ chu kỳ là loại máy lạnh đơn giản làm việc gián đoạn. Do nhược điểm là hệ số nhiệt nhỏ, khó tự động hoá, máy lạnh hấp thụ chu kỳ hầu như không được ứng dụng ngoài mục đích kết hợp với năng lượng mặt trời hoặc nhiệt thải công nghiệp.

a) Chu kỳ đốt nóng ; 1 – Sinh hơi; 2 – Ngưng tụ ; 3 – Nước làm mát; 5 – Đèn cồn.
b) Chu kỳ làm lạnh : 1 – Hấp thụ ; 2 – Bay hơi; 3 – Nước làm mát; 4 – Buồng lạnh.

Hình mô tả thiết bị lạnh chu kỳ của Carre (Pháp) chế tạo vào giữa thế kỷ 19 dùng cặp môi chất amoniac và nước. Thiết bị gồm 2 bình chứa nối thông với nhau bằng 1 đường ống như hình vẽ. Bình 1 chứa dung dịch đậm đặc, làm nhiệm vụ của bình sinh hơi và hấp thụ còn bình 2 là ngưng tụ và bay hơi. Ở chu kỳ đốt nóng, bình 1 (sinh hơi) được gia nhiệt bằng đèn còn bình 2 (ngưng tụ) được làm mát bằng nước.

Hơi amoniac sinh ra ở bình 1 được ngưng tụ lại ở bình 2. Trong hệ thống có áp suất ngưng tụ. Đến chu kỳ làm lạnh, toàn bộ thiết bị được quay ngược lại. Bình 1 làm mát bằng nước và trở thành bình hấp thụ, bình 2 trở thành bình bay hơi và đặt vào buồng cần làm mát để thu nhiệt của môi trường hay chất tải lạnh. Nhờ có ống nối bố trí sâu xuống giữa bình nên khi lật ngược lại amoniac lỏng không thoát về bình hấp thụ được mà chỉ có hơi amoniac thoát về.

Do cách bố trí đầu ống phía bình 1 nên hơi dễ dàng đi vào bình ngưng tụ ở chu kỳ đốt nóng và lại sục qua dung dịch ở chu kỳ làm lạnh, làm tăng tốc độ hấp thụ lên rất nhiều.

Ưu, nhược điểm

Ưu

• Không cần điện năng hoặc cơ năng mà chỉ sử dụng nguồn nhiệt năng có nhiệt độ không cao (80- 150°C) để hoạt động.
• Một ưu điểm khác là khả năng đồng phát (cogeneration) điện lạnh hoặc nhiệt lạnh trung tâm, cung cấp đồng thời điện năng, nhiệt năng và lạnh (nước lạnh), tránh được sự gia tăng cục bộ không khí, khi sử dụng các loại máy điều hòa nhiệt độ hiện nay trong các đô thị.
• Máy lạnh hấp thụ rất đơn giản, kết cấu chủ yếu là các thiết bị trao đổi nhiệt và trao đổi chất, chế tạo dễ dàng, bộ phận chuyển động duy nhất là bơm dung dịch.
• Vận hành đơn giản ; sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng, máy làm việc ít ồn và rung.
• Phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhất là về các mặt chế tạo và vận hành đơn giản, không cần điện năng mà có thể dùng than, củi để chạy máy, cho nên việc nghiên cứu thiết kế chế tạo và ứng dụng nó ở Việt Nam là một việc làm hết sức có ý nghĩa

Nhược

Cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn hơn so với máy lạnh nén hơi.