Thermodynamic chap 7

1. 1
CHƯƠNG 7
CHU TRÌNH MÁY LẠNH
1. Khái niệm chung
2. Chu trình cơ bản (chu trình khô)
3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt
độ bay hơi trên hiệu quả của chu trình
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

2. 2
1. Khái niệm chung
The transfer of heat from a low-temperature region to a
high-temperature one requires special devices called
refrigerators.
Refrigerators and heat pumps are essentially the same
devices; they differ in their objectives only.
The simple vapor-compression refrigeration cycle is the most widely used refrigeration
cycle, and it is adequate for most refrigeration applications: refrigerators, air
conditioning systems and heat pumps
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

3. 3
Nguyên lý hệ thống lạnh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

4. 4
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU HCM
Lecturer: Dr. Phan Thanh Nhan
Air conditoning - private houses Air conditioning for buildings (chiller, VRV, VAV...)
❖ SOME APPLYCATIONS of Refrigeration Systems
Household refrigerator Industrial refrigeration applications Vending machines

5. 5
Chất tải lạnh
(Cooling load substance)
- Nước
- Không khí
- Nước muối và các lưu chất cần làm lạnh
khác…
Tác nhân lạnh
(primary refrigerants)
- Freon R12, R22, R134a, R502, R32, R410a,
R1234yf, R1234ze…
- NH3, CO2, SO2, HCs … …
Máy lạnh và bơm nhiệt
Chất tải lạnh
Tác nhân lạnh +
Thiết bị chính +
Thiết bị chính
- Thiết bị bay hơi
- Thiết bị ngưng tụ
- Máy nén
- Tiết lưu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

6. 6
Refrigerants Natural : CO2, SO2, NH3, HC (hydrocarbon)
Artificial:
+ CFC: Chlorofluorocarbon: R11, R12, R113, R114, R115
+ HCFC: hydrochloroflourocarbon: R22, R123
+ HFC: hydrofluorocarbon: R134a, R404a, R407C, R410a
+ HFO: hydrofluoroolefin: R1234ze, R1234yf
Refrigerants: halogenated compound: R XYZ
X + 1: the number of Carbon atoms
Y – 1: the number of Hydrogen atoms
Z: the number of Fluorine atoms
The balance indicates the number of Chlorine atoms
Only 2 digits indicates that the value of X is zero
Ex: R22
X = 0 => C = 0 + 1 = 1
Y = 2 => H = 2 – 1 = 1
Z = 2 => F = 2
The balance Cl = 4 – (H + F) = 1
Chemical formula of R22: CHClF2
Similarly:
Chemical formula of R134a = C2H2F4
Chemical formula of R12 = CCl2F2
Inorganic refrigerants:
These are designated by number 7
followed by the molecular weight
of Refrigerant
Ex:
Ammonia NH3: R 717
Carbon dioxide CO2: R 744
Water H2O: R 718
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

7. 7
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

8. 8
Refrigerants Natural : CO2, SO2, NH3, HC (hydrocarbon)
Artificial:
+ CFC: Chlorofluorocarbon: R11, R12, R113, R114, R115
+ HCFC: hydrochloroflourocarbon: R22, R123
+ HFC: hydrofluorocarbon: R134a, R404a, R407C, R410a
+ HFO: hydrofluoroolefin: R1234ze, R1234yf
Refrigerants: halogenated compound: R XYZ
X + 1: the number of Carbon atoms
Y – 1: the number of Hydrogen atoms
Z: the number of Fluorine atoms
The balance indicates the number of Chlorine atoms
Only 2 digits indicates that the value of X is zero
Ex: R22
X = 0 => C = 0 + 1 = 1
Y = 2 => H = 2 – 1 = 1
Z = 2 => F = 2
The balance Cl = 4 – (H + F) = 1
Chemical formula of R22: CHClF2
Similarly:
Chemical formula of R134a = C2H2F4
Chemical formula of R12 = CCl2F2
Inorganic refrigerants:
These are designated by number 7
followed by the molecular weight
of Refrigerant
Ex:
Ammonia NH3: R 717
Carbon dioxide CO2: R 744
Water H2O: R 718
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

9. 9
Main components on refrigeration cycle
Evaporator (Thiết bị bay hơi )
Absorb heat to change the phase from
saturated mixture to saturated vapor
Condenser (Thiết bị ngưng tụ )
Release heat to change the phase from
supperheated vapor to saturated liquid
Compressor (máy nén)
Compress refrigerant from low
pressure to high pressure
Expansion valve (van tiết lưu)
Throttling refrigerant from high
pressure to low pressure
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

10. 10
2. Chu trình khô
evaporator
condenser
compressor
Throttling
valve
nén Ngưng tụ Tiết lưu Hóa hơi
1 → 2 2 → 3 3 → 4 4 → 1
s1 = s2 p2 = p3 i3 = i4 p1 = p4, t1 = t4
q12 = 0 │q23│= i2 – i3 q34 = 0 q41= i1 – i4
│ws12│= i2 – i1 ws23 = 0 ws34 = 0 ws41 = 0
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén: s2 = s1
2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp trong thiết bị ngưng tụ p2 = p3 = pk
3-4: quá trình tiết lưu: i4 = i3
4-1: quá trình hóa hơi đẳng áp trong thiết bị bay hơi: p4 = p1 = po
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

11. 11
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN
Nhiệt lượng nhận vào của thiết bị bay hơi
Nhiệt lượng nhả ra của thiết bị ngưng tụ
Công cung cấp cho máy nén
Hệ số làm lạnh
Qo = GR. (i1 – i4)
Qk = GR. (i2 – i3)
W = GR. (i2 – i1)
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén: s2 = s1
2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp trong thiết bị ngưng tụ
p2 = p3 = pk
3-4: quá trình tiết lưu: i4 = i3
4-1: quá trình hóa hơi đẳng áp trong thiết bị bay hơi:
p4 = p1 = po
logp
i

12. 12
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

13. 13
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU HCM
Lecturer: Dr. Phan Thanh Nhan
3. Effect of evaporation and condensation temperature on
refrigeration cycle performance
Effect of evaporation temperature
Effect of condensation temperature

14. 14
Ví dụ 1:
Khảo sát chu trình máy lạnh 1 cấp làm việc với tác nhân lạnh
R22. Biết áp suất trong dàn bay hơi po = 4 bar, nhiệt độ ngưng
tụ tk = 42oC (tương ứng với pk ≈ 16 bar) và hơi trước khi vào
máy nén là hơi bão hòa khô, hãy:
• Xác định entanpi tại các điểm 1, 2, 3, 4.
• Biễu diễn chu trình lạnh trên đồ thị T-s
• Xác định năng suất lạnh Qo (kW) của dàn lạnh và công suất
(kW) của máy nén nếu biết dàn ngưng tụ được giải nhiệt bằng
nước với lưu lượng nước giải nhiệt Gn = 5 kg/s và chênh lệch
nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra bình ngưng là 5oC.
(Cho nhiệt dung riêng của nước cpn = 4,186 kJ/kg.độ)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

15. tác nhân lạnh R22.
dàn bay hơi po = 4 bar,
nhiệt độ ngưng tụ tk = 42oC (pk ≈ 16 bar)
Điểm 1:
p1 = po = 4bar
x1 = 1
i1 = ?
s1 = ?
Điểm 2:
p2 = pk = 16bar
s2 = s1
i2 = ?
Điểm 3: i3 = ?
p3 = p2 = pk = 16bar
x3 = 0
Điểm 4:
i4 = i3
p4 = p1 = po = 4bar

16. 16
Ví dụ 2: Một máy lạnh sử dụng môi chất R22 với thông số hoạt
động của chu trình như sau:
• Áp suất ngưng tụ: 18 bar; Nhiệt độ bay hơi: 00C
• Độ quá lạnh = 40C; Độ quá nhiệt = 50C
• Công suất máy nén: 15kW
Xác định entanpi tại các điểm đặc trưng
a) Xác định hệ số làm lạnh của chu trình
b) Bình ngưng tụ được giải nhiệt bằng nước với lưu lượng nước giải
nhiệt Gn = 5 kg/s, nhiệt độ nước giải nhiệt vào bình ngưng là 250C. Xác
định nhiệt độ nước sau khi ra khỏi bình ngưng, biết nhiệt dung riêng của
nước cp = 4,18 kJ/kgK
Dàn lạnh làm lạnh không khí với không khí ẩm thổi vào dàn có nhiệt
độ 320C và ẩm độ 80%. Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh
là 170C. Xác định lưu lượng không khí thổi qua dàn lạnh, và lượng nước
tách ra từ quá trình làm lạnh không khí
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN

17. 17
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU HCM
Lecturer: Dr. Phan Thanh Nhan

18. 18
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU HCM
Lecturer: Dr. Phan Thanh Nhan

19. 19
HẾT CHƯƠNG 7
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN