Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh trong tủ lạnh, điều hòa. Tìm hiểu cấu tạo của một tủ lạnh đơn giản, các đại lượng và định luật cơ bản trong kỹ thuật lạnh.

1. Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

1.1 Đại lương cơ bản

– Độ ẩm không khí

+ Độ ẩm tuyệt đối (Absolute Humidity)

Là trọng lượng thực của hơi nước trong một feet khối không khí. Trọng lượng thực của hơi nước trong không khi tương đối nhỏ. Do đó người ta thường tính bằng số “hạt nước” (grains) trong mỗi pound không khí.

Ta có các quan hệ giữa các đơn vị như sau:

1grains = 60 mg

2,2 pound = 1 kg

1 feet = 0.3048 m

+ Độ ẩm tương đối: (Relative Humidity)

Độ ẩm tương đối là tỉ lệ phần trăm của độ ẩm tuyệt đối so với độ ẩm tối đa mà không khí có thể chứa ở cùng nhiệt độ. Trong thực tế người ta thường dùng độ ẩm tương đối để tính toán và khống chế trong các hệ thống điều hòa không khí.

Ẩm độ tương đối % = (Ẩm độ tuyệt đối x 100)/Ẩm độ tối đa

– Phân biệt hai thuật ngữ Hơi và Khí

+ Hơi (Vapor) là trạng thái có thể ngưng tụ lại thành thể lõng dễ dàng khi có sự thay đổi nhỏ về áp suất hay nhiệt độ. Và luôn ngưng tụ với điều kiện thông thường bên ngoài. Một chất ở thể hơi rất gần với thể lỏng tuy vẫn là hơi.

+ Khí (Gas) những chất ở thể khí tồn tại trong điều kiện ở bên ngoài. Muốn thay đổi thể khí ra thể lỏng phải dùng thiết bị đặc biệt để tạo nên thay đổi lớn về áp suất. Một chất khí có thể nói là xa trạng thái lỏng và không thể thay đổi được dưới dạng điều kiện thông thường.

– Sự bay hơi:

 Là phương pháp làm vật chất từ thể lỏng chuyển sang thể hơi. Sự thay đổi này không thấy được và chỉ xảy ra ở trên bề mặt chất lỏng dưới điều kiện thông thường. Sự bay hơi là một dạng bốc hơi, làm cho năng lượng nhiệt của vật thể bị lấy đi. Do đó sự bay hơi chính là một phương pháp làm lạnh

1.2 Nguyên lý làm lạnh cơ bản

– Định luật 1:

Theo lý thuyết không có vật thể nào có thể gọi là lạnh nếu chưa đạt 273,16 độ C hay 0 độ K. Như vật bất kỳ vật thể nào ở nhiệt độ đó đều được xem là nóng. Từ 0K trở xuống mới được xem là lạnh.

Phương pháp làm lạnh là rút bớt sức nóng từ bất cứ một vật thể nào (dù lỏng, rắn hay hơi)

– Định luật 2:

Năng lượng nhiệt luôn có khuynh hướng di chuyển từ nơi nhiệt độ cao hơn đến nơi nhiệt độ thấp hơn.

Sự làm lạnh có nghĩa là giảm bớt sức nóng hay di chuyển sức nóng. Di chuyển sức nóng được thể hiện dưới 2 nguyên tắc:

+ Trao đổi nhiệt giữa hai chất có nhiệt độ khác nhau. Áp dụng tạo ra ống hoán nhiệt của tủ lạnh, máy lạnh.

+ Giữ sức nóng của một vật thể không cho truyền qua vật thể khác. Nguyên tắc được áp dụng để tạo ra bộ phận cách nhiệt của tủ lạnh, máy lạnh.

Do vậy, việc làm lạnh chỉ có thể thực hiện ở một khoảng không được bao bọc kín. Các thiết bị làm lạnh phải có chất cách nhiệt bao bọc xung quanh và đóng kín, cách ly với môi trường bên ngoài.

– Định luật 3

+ Khi một chất chuyển từ thể lỏng thành hơi thì sẽ hút đi một lượng nhiệt. Và năng lượng nhiệt này sẽ theo thể hơi mà di chuyển.

2. Cấu tạo của hệ thống làm lạnh trong máy lạnh, điều hòa

Hệ thống lạnh gồm các bộ phận chính như sau

Cấu tạo của hệ thống làm lạnh trong máy lạnh, điều hòa

+ Máy nén:  Nén môi chất lên áp suất cao, nhiệt độ cao.

+ Van tiết lưu: chỉ có ở các máy có năng suất lớn, được dùng để giảm áp suất và nhiệt độ từ dàn nóng đến dàn lạnh. Ở máy công suất nhỏ được thay bằng cáp tiết lưu.

+ Quạt gió dàn nóng: giải nhiệt cho môi chất ở dàn nóng.

+ Dàn lạnh (dàn bay hơi):  Môi chất lạnh ở nhiệt độ thấp sẽ trao đổi nhiệt với chất cần làm lạnh.

+ Bộ lọc khô (phin sấy lọc): loại bỏ cặn bẩn hay tạp chất không mong muốn.

+ Dàn nóng (dàn ngưng tụ): làm giảm nhiệt độ môi chất.

+ Ngoài ra còn có bầu tách lỏng được dùng để ngăn không cho gas lỏng đi vào máy nén để tránh gây va đập thuỷ lực làm hỏng máy nén.

Môi chất được vận chuyển trong hệ thống (gọi chung là gas) là CFC, HFC, HC,… Một số máy lạnh sử dụng dung môi là nước, nhưng nước lại không dễ chuyển trạng thái ở điều kiện môi trường ta đang sống nên khá tốn điện.

3. Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh

Hệ thống làm lạnh hoạt động theo nguyên lý như sau:

Khi máy nén hoạt động sẽ hút hơi gas thông qua bầu tách lỏng về cửa hút máy nén và được nén lên áp suất cao nhiệt độ cao. Tiếp theo ở dàn ngưng tụ thường là các ống đồng hoặc nhôm mà gas lạnh đi trong đó gas bắt đầu giảm nhiệt độ do được giải nhiệt từ môi trường và sẽ bắt đầu hoá lỏng.

Nhiệt độ phụ thuộc vào khả năng làm mát của dàn, nhiệt độ không khí thấp, không khí lưu thông tốt thì nhiệt độ ngưng càng thấp và hệ thống làm việc càng hiệu quả.

Gas hoá lỏng đi qua phin sấy lọc sẽ loại bỏ những cặn bẩn hay tạp chất không mong muốn do máy nén hoạt động lâu sinh ra cặn. Tiếp theo gas lỏng sẽ đi qua cáp tiết lưu, cáp tiết lưu này dùng ống đồng có kích thước nhỏ nhầm tạo sự trên lệch áp suất giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi.

Vì gas được tiết lưu nên lượng gas vào dàn bay hơi với áp suất cao sẽ bay hơi ngay tại vị trí tiết lưu ở dàn bay hơi và thu nhiệt. Sau đó gas sẽ chuyển sang áp suất thấp, nhiệt độ thấp ở đây xảy ra sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài. Tiếp theo gas lạnh qua bầu tách lỏng được hút trở lại máy nén thực hiện chu kỳ tiếp theo, chu trình làm việc khép kín.

Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh

(Nguồn: https://www.oto-hui.com/diendan/threads/cau-tao-cua-he-thong-dieu-hoa-khong-khi-tren-o-to.117362/)

4. Động cơ máy nén

Hầu hết động cơ máy nén (hay còn gọi là block – cục nóng) trong các hệ thống làm lạnh đều là loại động cơ cảm ứng. Thiết bị lạnh dân dụng (tủ lạnh, máy điều hòa không khí …) dùng động cơ cảm ứng một pha. Thiết bị lạnh công nghiệp thường có công suất lớn nên dùng động cơ cảm ứng ba pha.

>>> Xem thêm: Động cơ không đồng bộ 3 pha là gì?

Máy nén là động cơ cảm ứng một pha, vì các cực từ roto và stato cùng dấu nên sẽ ở trạng thái cân bằng. Để roto quay được phải có một tác động làm các cực từ lệch về một phía (ví dụ dùng tay xoay trục roto). Sau đó do lực đẩy của các điện cực cùng dấu, roto sẽ tiếp tục quay theo chiều đã quay.

Trong kỹ thuật điện người ta tạo từ trường quay khởi động động cơ một pha bằng cách tạo dòng điện lệch pha giữa hai cuộn dây. Có các loại khởi động động cơ cảm ứng 1 pha như sau:

4.1 Động cơ cảm ứng khởi động dùng dây quấn

Trên stator sẽ được bố trí hai cuộn dây: dây chính và cuộn dây khởi động. Hai cuộn dây có tiết diện dây quấn và số vòng dây khác nhau nên điện trở và điện cảm khác nhau. Khi động cơ đạt gần tốc độ định mức (khoảng 2/3 tốc độ định mức) thì ngắt cuộn dây khởi động.

Động cơ cảm ứng khởi động dùng dây quấn

4.2 Động cơ cảm ứng khởi động dùng tụ

Tụ khởi động là tụ hóa C2, tụ thường trực là tụ dầu C1 có điện dung nhỏ hơn. Đầu tiên nhờ có hai tụ C1 và C1 song song nhau nên dòng điện vào dây khởi động có trị số lớn, sẽ làm moment khởi động lớn. Khi roto quay tăng tốc độ gần đạt tốc độ định mức mở tiếp điểm ngắt tụ C2 khỏi mạch. Dòng điện tiêu thụ của động cơ được giảm xuống. Tụ C1 vẫn được duy trì trong mạch nên moment quay không đổi và làm tăng hệ số công suất của động cơ.

Động cơ cảm ứng khởi động dùng tụ

5. Sơ đồ nguyên lý tủ lạnh cơ bản

Hình bên dưới là sơ đồ nguyên lý của tủ lạnh trực tiếp đơn giản (tủ lạnh đông tuyết).

Sơ đồ nguyên lý tủ lạnh trực tiếp đơn giản

Đèn chiếu sáng trong tủ kết nối với một công tắc cửa tủ. Ngược lại khi đóng cửa thì công tắc mở ra đèn tắt, khi mở cửa đèn sáng.

Máy nén có ba dây ra, dây chung C có bộ phận bảo vệ quá tải OL, nối ra một dây nguồn. Dây nguồn thứ hai sẽ qua công tắc điều khiển nhiệt độ và rơ le khởi động để nối với dây chạy R và dây khởi động S của máy nén.

Khi được cấp nguồn và công tắc điều khiển nhiệt độ đang đóng thì dòng điện qua cuộn dây chạy R lớn, qua cuộn dây của rơ le. Rơ le tác động nên cuộn khởi động được cấp điện. Nhờ có hiện tượng lệch pha động cơ quay và hoạt động. Khi máy nén hoạt động ổn định, dòng điện qua cuộn chạy giảm xuống, không đủ lực hút nên tiếp điểm rơ le mở ra.

Khi tủ đạt đến nhiệt độ đặt trước công tắc điều khiển nhiệt độ mở ra để ngắt máy nén.

>>> Xem thêm:

15 sơ đồ mạch điện hay dùng khởi động từ

Máy lạnh, điều hòa inverter là gì

Tài liệu tham khảo:

Sửa chửa thiết bị điện tử dân dụng – Nguyễn Tấn Phước, Lê Văn Bằng

[button color=”orange” size=”medium” link=”http://bblink.com/DVAxOB” icon=”” target=”false”]Download giáo trình PDF, Máy điện [/button]