›
›

Đồ án Thiết kế và xây dựng hệ thống máy nước uống nóng-Lạnh công suất 1KW sử dụng nước đã xử lí nguồn điện 220V-50hz

pdf 71 trang huongle 1610
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế và xây dựng hệ thống máy nước uống nóng-Lạnh công suất 1KW sử dụng nước đã xử lí nguồn điện 220V-50hz", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_va_xay_dung_he_thong_may_nuoc_uong_nong_lanh.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và xây dựng hệ thống máy nước uống nóng-Lạnh công suất 1KW sử dụng nước đã xử lí nguồn điện 220V-50hz

  1. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. KỸ THUẬT LẠNH 3 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG 3 1.2. MÁY LẠNH 7 1.2.1. Khái niệm về máy lạnh 7 1.2.2. Hiệu suất và công suất của máy lạnh. 7 1.2.3. Giới hạn của máy lạnh. 8 1.2.4. Làm khô không khí. 8 1.2.5. Các phƣơng pháp làm lạnh. 11 1.2.6. Bay hơi, khuếch tán. 11 1.2.7. Hòa trộn lạnh. 12 1.2.8. Phƣơng pháp giãn nở có sinh ngoại công. 12 1.2.9. Dùng tiết lƣu. 13 1.2.10. Dùng hiệu ứng điện nhiệt. 15 1.2.11. Bay hơi chất lỏng. 17 1.2.12 Môi chất lạnh. 17 1.2.13 Chất tải lạnh. 24 1.2.14. Các đơn vị đo lƣờng. 30 1.3. MÁY LẠNH SỬ DỤNG INVERTER 31 1.3.1. Inverter : 31 1.3.2 Non-Inverter : 33 CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG MÁY NƢỚC UỐNG NÓNG – LẠNH 34 2.1. KHÁI NIỆM MÁY NƢỚC UÔNG HAI CHẾ ĐỘ 34 2.1.1 Đặt vấn đề 34 2.1.2 Phƣơng thức tạo nhiệt độ để đun sôi nƣớc ở vòi nóng. 34 2.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐUN NÓNG VÀ LÀM LẠNH NƢỚC UỐNG 35 CHƢƠNG 3. MÁY ĐUN NƢỚC UỐNG NÓNG – LẠNH PHỤC VỤ GIA ĐÌNH VÀ CÔNG SỞ 38 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 38 3.2. MÁY LÀM LẠNH, CÁC THIẾT BỊ LẠNH TRONG HỆ THỐNG. 38 3.2.1. Máy nén. 38 3.2.2.Dàn ngƣng tụ. 40
  2. 3.2.3. Bình chứa lọc/hút ẩm. 41 3.2.4. Van tiết lƣu màng. 42 3.2.5. Dàn bay hơi. 44 3.2.6. Bình tách lỏng. 46 3.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LẠNH 47 3.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐUN NÓNG NƢỚC 49 3.4.1 Đun nóng bằng hơi nƣớc bão hòa 49 3.4.2 Đun nóng bằng dòng điện 53 3.4.3. Hệ thống máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy 54 3.5. HỆ THỐNG MÁY UỐNG NƢỚC NÓNG LẠNH SỬ DỤNG NGUỒN NƢỚC ĐÃ QUA XỬ LÝ 58 3.6. THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY NƢỚC UỐNG NÓNG - LẠNH CÔNG SUẤT 1KW, ĐIỆN ÁP 220V, TẦN SỐ 50Hz. 62 3.6.1. Đặt vấn đề 62 3.6.2. Mô hình đề xuất 63 3.6.3. Tính toán lựa chọn thiết bị 64 3.6.4. Thuyết minh hoạt động 66 KẾT LUẬN 68 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
  3. LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sản xuất thực phẩm, các hệ thống máy móc công nghiệp đang ngày càng chiếm vai trò then chốt trong việc làm giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động. Đối với đời sống thƣờng nhật, việc sử dụng các loại máy móc để cải thiện chất lƣợng cuộc sống là một điều tất yếu. Trong hoàn cảnh nƣớc ta hiện nay, nhu cầu đối với các loại máy công nghiệp là hết sức đa dạng. Tuy nhiên, lâu nay thị trƣờng này vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nƣớc ngoài với rất nhiều ƣu thế về công nghệ và kinh nghiệm, việc sản xuất máy móc trong nƣớc thƣờng không đáp ứng tốt về mặt chất lƣợng và năng suất mặc dù vẫn có ƣu thế về giá thành. Vì vậy, đòi hỏi bức bách đối với lớp kỹ sƣ trẻ hiện nay là phải thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã đạt đƣợc của những đàn anh đi trƣớc và mạnh dạn áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhất của thế giới vào việc thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu cầu của sản xuất và đời sống. Tại các gia đình, công sở và trƣờng học “máy nƣớc uống nƣớc nóng - lạnh” đã và đang dần thay thế các loại vật dụng chứa nƣớc uống khác. Sử dụng các bình nƣớc lọc sẵn của các hãng tuy chất lƣợng có đảm bảo nhƣng chi phí, giá thành sẽ khá cao so với mặt bằng chung kinh tế hiện nay vì nƣớc ta còn đang phát triển, việc đun nƣớc khá bất tiện và đun nhiều sẽ sử dụng không hết, để lâu nƣớc uống sẽ không đảm bảo vệ sinh, không thích hợp cho cho những nơi nhƣ công sở nhất là trƣờng học. Việc thiết kế các loại máy công nghiệp rất phức tạp và chắc chắn không tránh khỏi sai sót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên nƣớc ta vẫn còn thấp so với các nƣớc, nhƣng hy vọng rằng với sự dìu dắt của các thầy cô và sự nỗ lực tự thân của các sinh viên trẻ, trong tƣơng lai gần chúng ta sẽ tự sản xuất đƣợc những loại máy đáp ứng đƣợc đòi hỏi của thị trƣờng. 1
  4. Sau thời gian học tập tại trƣờng, đƣợc sự chỉ bảo hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành Điện tự động công nghiệp trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ đƣợc vốn kiến thức nhất định. Đƣợc sự đồng ý của nhà trƣờng và thầy cô giáo trong khoa em đƣợc giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và xây dựng hệ thống máy nƣớc uống nóng - lạnh công suất 1KW sử dụng nƣớc đã xử lí nguồn điện 220V – 50hz”. Đồ án tốt nghiệp của em gồm ba chƣơng: - Chƣơng 1: Kỹ Thuật Lạnh. - Chƣơng 2: Hệ thống máy uống nƣớc nóng - lạnh. - Chƣơng 3: Máy đun nƣớc uống nóng lạnh phục vụ gia đình và công sở. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, các thầy cô giáo trong ngành Điện tự động công nghiệp trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua. Hải Phòng, ngày 5 tháng 7 năm 2014 Sinh viên thực hiện: Tống Xuân Hà 2
  5. CHƢƠNG 1. KỸ THUẬT LẠNH 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh Từ xa xƣa loài ngƣời đã biết sử dụng lạnh trong đời sống: để làm nguội một vật nóng ngƣời ta đƣa nó tiếp xúc với vật lạnh. Ở những nơi mùa đông có băng tuyết thì vào mùa đông ngƣời ta sản xuất nƣớc đá cây ngoài trời, sau đó đƣa nƣớc đá cây vào hầm tích trữ lại, vào mùa hè ngƣời ta sử dụng lƣợng lạnh do nƣớc đá cây nhả ra để bảo quản rau quả, thịt cá thu hoạch đƣợc để dành cho mùa đông. Ở thế kỷ 17 nhà vật lý ngƣời Anh là Bôi và nhà vật lý ngƣời Đức là Gerike đã phát hiện: ở áp suất chân không nhiệt độ bay hơi của nƣớc thấp hơn ở áp suất khí quyển. Trên cơ sở này năm 1810 nhà bác học ngƣời Anh đã chế tạo ra máy lạnh sản xuất nƣớc đá. Năm 1834 bác sỹ Perkin ngƣời Anh đã đƣa máy lạnh dùng môi chất êtylen C2H2 vào ứng dụng. Khi một nhà bác học ở viện hàn lâm Pháp trình bày phƣơng pháp bảo quản thịt bằng làm lạnh thì công nghệ lạnh mới thực sự phát triển. Các môi chất lạnh ban đầu đƣợc sử dụng là không khí, êtylen C2H2, ôxit cacbon CO2, ôxít sulfuric SO2, peôxit nitơ NO2 Về sau môi chất lạnh tìm đƣợc là amoniac NH3. Những năm 30, 40 của thế kỷ 19 ngƣời ta tìm ra các freon, là các dẫn xuất từ dãy hydro cacbon no.Năm 1862 máy lạnh hấp thụ ra đời. Năm 1874 kỹ sƣ Linde ngƣời Đức chế tạo ra máy nén lạnh đầu tiên tƣơng đối hoàn chỉnh. Sang thế kỷ 20 các cơ sở nhiệt động của máy lạnh đã tƣơng đối hoàn thiện. Máy lạnh hiệu ứng Peltie, hiệu ứng từ trƣờng ra đời. Công cuộc chạy 3
  6. đua làm lạnh về 0 K vẫn tiếp diễn.Kỹ thuật lạnh đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành trong công nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; trong sản xuất sữa, bia, nƣớc ngọt đồ hộp Nƣớc đá dùng rộng rãi trong ăn uống, bảo quản sơ bộ cá đánh bắt ở biển.Trong công nghiệp: ngành luyện kim hóa lỏng không khí thu ôxy cấp cho các lò luyện gang (36 - 38% ôxy), lò luyện thép và hàn cắt kim loại (tới 96 - 99% ôxy); hóa lỏng rồi chƣng cất không khí thu các đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe để nạp vào bóng đèn điện. Sử dụng lạnh cryo trong siêu dẫn. Trong nông nghiệp: hóa lỏng không khí thu nitơ làm phân đạm. Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản các phôi, dùng lạnh trong mổ xẻ để giảm bớt chảy máu. Trong quốc phòng: dùng ôxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ. Trƣớc khi tên lửa khai hỏa ngƣời ta cho ôxy lỏng có nhiệt độ dạng khí -180oC ra khỏi bình chứa nên ta thấy phần ống phóng ở đuôi có băng và hơi nƣớc ngƣng tụ mù mịt, sau ít giây mới thấy lửa phụt ra, khi tên lửa bay phần đuôi vẫn đóng băng. Điều hòa không khí cho nhà ở, nhà công cộng, các xí nghiệp công nghiệp, các phƣơng tiện giao thông.Ngày nay ngƣời ta đã chế tạo đƣợc nhiều loại máy nén khác nhau có công suất lạnh cho 1máy nén tới 1000MCal/h với động cơ điện tới 400kW. 1.1.2 Ý nghĩa kinh tế của kỹ thuật lạnh: a. Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm: Theo một số thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nhƣ chế biến thịt cá, rau quả, công nghiệp thủy hải sản, các kho lạnh bảo quản, các kho lạnh chế biến phân phối, các máy lạnh thƣơng nghiệp, đến các tủ lạnh gia đình, các nhà máy sản xuất nƣớc đá, máy lạnh lắp đặt trên tàu thủy và các phƣơng tiện vận chuyển, kể cả các ngành công nghiệp rƣợu bia, nƣớc giải khát, nƣớc hoa quả, công nghiệp sữa, sản xuất aga - aga 4
  7. b. Sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa là một phƣơng pháp sấy hiện đại hầu nhƣ không làm giảm lƣợng của vật sấy, lúc này vật đƣợc làm lạnh đông nhanh dƣới -200C và đƣợc sấy bằng cách hút chân không. Vì giá thành cao do đó chỉ ứng dụng cho các sản phẩm quý hiếm nhƣ những dƣợc liệu từ hoa, cây, quả những sản phẩm y dƣợc dễ biến đổi chất lƣợng do tác động của nhiệt độ nhƣ máu, thuốc tiêm, hoóc môn. c. Công nghiệp hóa chất: * Ứng dụng quan trọng nhất là sự hóa lỏng khí nhƣ: Clo, NH3, CO2, HCl, khí đốt, khí sinh học * Nhờ kỹ thuật lạnh nên chủ động điều khiển tốc độ các phản ứng hóa học. * Ứng dụng trong kỹ nghệ sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh d. Điều tiết không khí: * Ngày nay không thể tách rời kỹ thuật điều tiết không khí với các ngành cơ khí chính xác, kỹ thuật điện tử, vi điện tử, máy vi tính, kỹ thuật quang học * Điều tiết không khí cũng đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp nhẹ nhằm đảm bảo chất lƣợng sản phẩm nhƣ công nghiệp dệt, vải, sợi, thuốc lá * Trong công nghiệp chăn nuôi điều tiết để đạt tốc độ tăng trọng cao nhất. * Điều tiết không khí công nghiệp và dân dụng nhằm tạo điều kiện cho con ngƣời để sống và làm việc. 5
  8. e. Siêu dẫn: Năm 1911 nhà Vật lý Kamerlingh (Hà Lan) phát hiện ra rằng khi giảm đến một nhiệt độ rất thấp nào đó (nhiệt độ nhẩy), điện trở sẽ biến mất và kim loại trở thành siêu dẫn. Ứng dụng hiện tƣợng này để tạo ra các nam châm cực mạnh trong các máy gia tốc ở các nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, hoặc các đệm từ cho tàu hỏa cao tốc f. Sinh học Cryô: Kỹ thuật lạnh thâm độ (còn gọi kỹ thuật cryô) với nhiệt độ -80 đến 196oC đƣợc ứng dụng trong việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông g. Thể dục thể thao: Tạo ra các sân trƣợt băng, đƣờng đua trƣợt băng và trƣợt tuyết nhân tạo cho các đại hội thể thao ngay cả khi nhiệt độ không khí cao. h. Các ứng dụng khác: * Trong hàng không và du hành vũ trụ: tạo ra nhiệt độ thấp để kiểm tra máy móc làm việc trong điều kiện tƣơng tự. * Trong khai thác mỏ, trong cơ khí, trong y dƣợc 1.1.3 Kỹ thuật lạnh ở Vịêt Nam: Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế ở nƣớc ta, thực vật kỹ thuật đã xâm nhập vào hơn 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào các ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, công nghiệp nhẹ, điều hòa không khí Nhƣng nhƣợc điểm chủ yếu của ngành lạnh nƣớc ta hiện nay là quá nhỏ bé non yếu và lạc hậu. Nƣớc ta chỉ chế tạo đƣợc các loại máy NH3 loại nhỏ, chƣa chế tạo đƣợc các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy lạnh freon, các thiết bị tự động. 6
  9. Và đặc điểm quan trọng khác là ngành lạnh ở ta bị tản mạn và phân tán, không có cơ quan trung ƣơng chủ trì nên không đƣợc đầu tƣ và phát triển đúng mức. Các đơn vị sử dụng lạnh thƣờng trang bị tự phát nên nhiều khi gây ra lãng phí. 1.2. MÁY LẠNH 1.2.1. Khái niệm về máy lạnh Máy điều hòa nhiệt độ còn gọi là máy lạnh là một thiết bị truyền nhiệt. Nó truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp (nguồn nhiệt) đến nơi có nhiệt độ cao (nơi thoát nhiệt) ngƣợc lại với sự truyền nhiệt của tự nhiên.Ở những vùng khí hậu nóng ẩm quanh năm nhƣ miền Nam Việt Nam thì máy điều hòa nhiệt độ (máy lạnh) chỉ bơm nhiệt theo một chiều duy nhất là từ trong nhà ra ngoài trời, nên thƣờng gọi là máy lạnh. Ở miền Bắc Việt Nam, máy điều hòa nhiệt độ bơm nhiệt theo hai chiều mùa hè thì truyền nhiệt từ trong nhà ra ngoài trời thu hơi ẩm vào, mùa đông truyền nhiệt từ ngoài trời vào trong nhà đẩy hơi nóng ra ngoài. 1.2.2. Hiệu suất và công suất của máy lạnh. Công suất của máy máy lạnh thƣờng đƣợc ghi theo đơn vị Btu/h. British thermal unit (Btu hay BTU): năng lƣợng cần thiết để 1 pound (454g) nƣớc tăng lên 10F.1BTU ~ 1055J = 0,29Wh Máy lạnh nhỏ nhất thƣờng thấy ở Việt Nam có công suất 9.000Btu/h (≈2,6375KW). Ở các nƣớc khác có bán máy lạnh nhỏ hơn (khoảng 4.000- 5.000Btu/h vừa đủ dùng cho 1 phòng khoảng 45m³ hay 15m²). Có lẽ ghi theo Btu/h thì có con số 9.000 đẹp hơn số 2,6375KW nên nhà sản xuất chỉ ghi theo Btu/h. Một đơn vị khác liên quan đến máy lạnh là ton of refrigeration (tấn lạnh); đó là lƣợng nhiệt làm tan một short ton (907KG) nƣớc đá chia cho số giây trong một ngày, một tấn lạnh tƣơng đƣơng 12.000Btu/h. 7
  10. Số Btu/h đó là công suất truyền nhiệt giữa hai phần của máy ĐHNĐ chứ không phải công suất tiêu thụ điện của máy. Công suất tiêu thụ điện của máy ĐHNĐ 9.000Btu/h khoảng 0,97KW; tức là hiệu suất của máy khoảng 2,72 lần. Máy tốt hơn-ít hao điện hơn thì hiệu suất có thể lên đến hơn 3 lần. Máy (có công suất) lớn hơn thƣờng có hiệu suất cao hơn. Thật ngạc nhiên là nhiều ngƣời (kể cả ở các nƣớc Đông Nam Á và Mỹ) dùng đơn vị ngựa để chỉ công suất máy lạnh, một ngựa tƣơng đƣơng 9.000Btu/h (sic); mặc dù không có gì cho thấy sự liên quan giữa 1 HP và 9.000Btu/h và 0,97KW. 1.2.3. Giới hạn của máy lạnh. Danh từ LẠNH biểu diễn một trạng thái nào đó của vật chất khi nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt độ môi trƣờng xung quanh. Vậy giới hạn nào đó của nhiệt độ môi trƣờng xung quanh để phân biệt giữa NÓNG và LẠNH của vật chất. Vấn đề này chƣa đƣợc thống nhất trên thế giới, song hiện nay nhiều nƣớc vẫn lấy nhiệt độ thích hợp bình thƣờng là +20°C - +24°C làm giới hạn. Nhƣ vậy thừa nhận LẠNH biểu diễn trạng thái vật chất có nhiệt độ dƣới +20°C . Trong kỹ thuật lạnh phân biệt nhƣ sau: * Lạnh thƣờng: tđb < t° < +20°C * Lạnh đông: - 100°C < t° < tđb * Lạnh thâm độ: -272,999985°C < t° < - 100°C 1.2.4. Làm khô không khí. Trong điều kiện không khí nóng ẩm của Việt Nam, máy hút ẩm có ý nghĩa kinh tế rất lớn cả trong các ngành kinh tế, đời sống tiện nghi và cả điều hòa không khí. 8
  11. Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo máy hút ẩm Chú thích: 1. Quạt hƣớng ; 2. trụcDàn ngƣng tụ ; 3. Dàn bay hơi ; 4. Máy nén ; 5. Phin sấy lọc ; 6. Tiết lƣu ; 7. Chậu chứa nƣớc. Máy hút ẩm thực chất là một máy lạnh nhƣng các thiết bị đƣợc sắp xếp một cách đặc biệt thứ tự theo hƣớng không khí vào đầu tiên là dàn bay hơi rồi đến dàn ngƣng, quạt gió và máy nén, phía trên và phía dƣới có vỏ bao che. Dƣới dàn bay hơi có khay hứng nƣớc ngƣng và bình hoặc chậu chứa nƣớc ngƣng. Phía trƣớc và phía sau có bố trí cửa gió để không khí đƣợc hút qua. Không khí ở trạng thái A có độ ẩm 1 lớn. Khi vào dàn bay hơi không khí đƣợc làm lạnh tới điểm bão hòa và một phần ẩm d = d1 - d2 ngƣng tụ lại trên bề mặt lạnh của dàn, không khí ẩm đã đƣợc khử ẩm trạng thái B đi vào dàn ngƣng tụ, đƣợc sƣởi nóng đẳng dung ẩm lên trạng thái C có ( 2 < 1). Nhiệt độ t2 lớn hơn nhiệt độ t1 chút ít. Nhƣ vậy không khí đã đƣợc khử ẩm. Máy hút ẩm làm việc ở nhiệt độ 20 - 10 °C đƣợc sử dụng nhƣ một bộ phận máy điều hòa không khí. Ngày nay ngƣời ta sử dụng máy hút ẩm ở nhiệt độ cao hơn 30 - 80°C vào công nghiệp sấy ở nhiệt độ thấp, sấy ở nhiệt độ thấp đã mang lại hiệu quả to lớn trong lĩnh vực sấy nông sản, thực phẩm, phim ảnh 9
  12. Nhiệt độ sấy giảm làm cho chất lƣợng sản phẩm tăng đáng kể. Tuy nhiệt độ sấy giảm nhƣng thời gian sấy không tăng. Nhiều trƣờng hợp thời gian sấy giảm xuống còn l/3.Năng lƣợng tiêu thụ đôi khi chỉ bằng 1/5 so với phƣơng pháp sấy cổ điển bằng dầu hoặc hơi đốt. Máy hút ẩm là một khối hoàn chỉnh, có vỏ bao che, có đƣờng gió vào và ra. Toàn bộ máy đƣợc đặt trên giá có các bánh xe nên việc di chuyển dễ dàng. Hình 1.2 : Chế độ làm việc của máy hút ẩm Sự biến đổi nhiệt độ và độ ẩm của máy nhƣ sau: Không khí vào có nhiệt độ 45°C, khi qua đàn bay hơi đƣợc làm lạnh xuống dƣới điểm bão hòa (t = 25°C), vào dàn ngƣng đƣợc sƣởi ấm lên 49°c. không khí vào có độ ẩm là75%, trong dàn lạnh đạt độ ẩm 100%, một phần ngƣng tụ lại rơi xuống khay, không khí qua dàn ngƣng tụ độ ẩm tụt xuống 55% và khi ra khỏi máy hút ẩm xuống 52% và đƣợc thổi vào phòng sấy. Độ khô của sản phẩm có thể xác định dể dàng qua lƣợng nƣớc ngƣng tụ đƣợc. 10
  13. Các thiết bị trong máy hút ẩm: Máy hút ẩm chính là máy lạnh nên các thiết bị của nó cũng giống nhƣ các máy ỉạnh gồm máy nén, dàn ngừng tụ, dàn bay hơi, phin sấy lọc, van tiết lƣu (ống mao) van chặn. 1.2.5. Các phƣơng pháp làm lạnh. Từ lâu con ngƣời đã biết lợi dụng thiên nhiên để thỏa mãn một phần nhu cầu về lạnh. Ở các nƣớc ôn đới ngƣời ta trử băng đá, còn ở các nƣớc nhiệt đới ngƣời cổ đại biết sử dụng các hang động có mạch nƣớc ngầm nhịêt độ thấp để bảo quản thực phẩm và lƣơng thực. Làm lạnh nhân tạo là các quá trình làm lạnh nhờ một phƣơng tiện hoặc thiết bị do con ngƣời tạo ra. 1.2.6. Bay hơi, khuếch tán. Một thí dụ điển hình là nƣớc bay hơi khuếch tán vào không khí: khi phun nƣớc liên tục vào không khí có cùng nhiệt độ, nƣớc sẽ bay hơi khuếch tán vào không khí và trạng thái không khí sẽ biến đổi theo đƣờng đẳng entanpi: Hình 1.3 : Đồ thị h – x của không khí ẩm Chú thích: - t1: nhiệt độ khô (đọc trên nhiêt kế khô) - t2: nhiệt độ ƣớt (đọc trên nhiêt kế bầu ƣớt) - ts: nhiệt độ đọng sƣơng 11
  14. Từ hình 1.3 ta thấy rằng : Từ điểm 1 là trạng thái ban đầu của không khí đến điểm 2, độ ẩm tăng từ 1 đến max = 100%, nhiệt độ giảm từ t1 đến t2. Ở vùng nóng và khô có thể sử dụng phƣơng pháp này để điều hòa nhiệt độ. Ở nƣớc ta khí hậu nóng và ẩm nên ứng dụng không hiệu quả, trừ những ngày nắng gió tây. Ứng dụng khác trong kỹ thuật là máy lạnh hấp phụ khuếch tán: ở giàn bay hơi, NH3 lỏng bay hơi khuếch tán vào khí Hydro, là chất khí dùng cân bằng áp suất cho hệ thống lạnh 1.2.7. Hòa trộn lạnh. Cách đây 2000 năm, ngƣời Trung Quốc và Ấn Độ đã biết làm lạnh bằng cách hòa trộn muối và nƣớc theo những tỷ lệ nhất định. Quá trình hòa tan luôn kèm theo quá trình thu nhiệt, hiệu ứng lạnh phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ điểm cùng tinh của hỗn hợp. Ví dụ: + Hòa trộn 31g NaNO3 và 31 g NH4Cl với 100g nƣớc ở t1 = 10°C thì hỗn hợp sẽ giảm đến nhiệt độ t2 = -12°C. + Hòa trộn 200g CaCl2 với 100g nƣớc đá vụn, nhiệt độ sẽ giảm từ t1 = 0°C xuống t2 = -42°C. Nhƣợc điểm phƣơng pháp này là giá thành muối cao và phần lớn muối có tính ăn mòn mạnh. 1.2.8. Phƣơng pháp giãn nở có sinh ngoại công. Các máy lạnh làm vịêc theo nguyên lý giãn nở khi có sinh ngoại công gọi là MÁY LẠNH KHÍ NÉN. Phạm vi ứng dụng rất rộng lớn từ máy điều tiết không khí cho đến các máy sản xuất Nitơ, Oxy lỏng, máy hóa lỏng không khí và khí đốt 12
  15. * Nguyên tắc làm việc: Môi chất lạnh là không khí hoặc một chất khí bất kỳ, không biến đổi pha trong chu trình. Khí đƣợc nén đoạn nhiệt s1 = const từ trạng thái 1 lên trạng thái 2. Ở bình làm mát (BLM) không khí thải nhiệt cho môi trƣờng ở áp suất p2 = const đến trạng thái 3, sau đó đƣợc giãn nở đoạn nhiệt s3 = const xuống trạng thái 4 có nhiệt độ thấp và áp suất thấp. Trong phòng lạnh không khí thu nhiệt của môi trƣờng ở áp suất p4 = const và nóng dần lên điểm 1, khép kín vòng tuần hoàn. Nhƣ vậy chu trình máy lạnh nén khí gồm hai quá trình nén và giản nỡ đoạn nhiệt, với quá trình thu và thải nhiệt o đẳng áp nhƣng không đẳng nhiệt. Nhiệt độ t đạt đƣợc phụ thuộc vào t3, p1, p2 và số mũ đoạn nhiệt k. Công của chu trình bằng diện tích 1235 * Sơ đồ làm việc : Hình 1.4 : Nguyên tắc làm việc của máy lạnh nén khí Chú thích : ( a.Chu trình lạnh. b. Tru trình lạnh biểu diễn trên đồ thị T – s ) 1.2.9. Dùng tiết lƣu. Có thể giãn nở khí không sinh ngoại công bằng cách tiết lƣu khí qua cơ cấu tiết lƣu từu áp suất cao p1 xuống áp suất thấp p2, không có trao đổi nhiệt với môi trƣờng bên ngoài và entanpi không đổi. 13
  16. Hình 1.5 : Tiết lƣu không sinh ngoại công của một dòng lƣu chất Năm 1852 Jun - Tomson nêu lên quan hệ gữa sự thay đổi áp suất và nhiệt độ qua quá trình tiết lƣu nhƣ sau: dT 1 V = α và α = V T (1.1) dp Cp T i p Đối với khi lý tƣởng vì : RT V R V nên T = T = V (1.2) P T p P Do đó: α = 0: nhiệt độ không thay đổi sau tiết lƣu. Đối với khí thực xảy ra 3 trƣờng hợp, gọi là hịêu ứng Jun - Tomson: * α > 0: nhiệt độ giảm sau tiết lƣu * α = 0: nhiệt độ không đổi * α < 0: nhiệt độ tăng sau tiết lƣu. Ở nhiệt độ môi trƣờng, chỉ trừ Heli và Hydro có nhiệt độ tăng sau tiết lƣu, còn hầu hết các khí và hơi sau khi tiết lƣu đều có nhiệt độ giảm, đặc biệt khi tiết lƣu hơi ẩm hoặc lỏng. Trong máy lạnh nén hơi, hấp thụ và ejectơ, ngƣời ta sử dụng các thiết bị tiết lƣu đơn giản, gọn nhẹ thay cho máy giãn nở rất cồng kềnh phức tạp. 14
  17. 1.2.10. Dùng hiệu ứng điện nhiệt. Năm 1821 Seebeck (Đức) phát hiện rằng: trong một vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau, nếu đốt nóng một đầu nối và làm lạnh đầu kia thì sẽ xuất hiện một dòng điện một chiều trong dây dẫn. Đến năm 1837 Pentier phát hiện ra hiện tựơng ngƣợc lại: khi cho một dòng điện một chiều đi qua vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau thì một đầu nối sẽ nóng lên và đầu kia lạnh đi. Hiệu ứng Pentier đƣợc gọi là hiện tƣợng nhiệt điện và đƣợc ứng dụng trong đo đạc nhiệt độ và cả trong kỹ thuật lạnh. Để đạt đƣợc độ chênh lệch nhiệt độ lớn, ngƣời ta phải sử dụng các cặp nhiệt điện thích hợp gồm các chất bán dẫn đặc biệt của Bismut, Antimon, Selen và các phụ gia. * Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Hình 1.6 : Cặp nhiệt điện Chú thích: 1 : Đồng thanh phía nóng 2, 3 :Cặp kim loại bán dẫn khác tính 4 : Đồng thanh phía lạnh 5, 6 :cánh tản nhiệt 15
  18. Nhiệt lƣợng mất ra Q0 tỉ lệ với cƣờng độ dòng điện và thời gian: Với: P - hệ số Pentier, phụ thuộv vào tính chất vật lý của vật liệu pin nhiệt điện làm bằng hai chất bán dẫn 1 và 2 nối tiếp nhau bằng các lá đồng Các pin có thể nối tiếp thành nhiều bộ (hình 1.6). Khi cho dòng điện một chiều đi qua, thì trên một đầu sẽ mất điện Q0 và bị lạnh đi đến to, còn đầu kia thì đƣợc cung cấp nhiệt Qn và sẽ nóng lên đến tn. Hiệu nhiệt độ có thể đạt đến 60oK. Máy lạnh nhiệt điện đƣợc sử dụng khá rộng rãi nhƣng năng suất lại nhỏ (30 - 100W). * Nhược điểm: + Hệ số lạnh thấp, tiêu tốn điện lớn + Giá thành cao Ví dụ: Dùng hỗn hợp 2 muối NaCl/CaCl2 với tỉ lệ 1/1 làm lạnh đông sản phẩm ở t° = -38°C (≈ t°ơtecti hỗn hợp) sản phẩm không bị thấm muối NaCL chỉ bị thấm muối CaCl2. Vấn đề ở đây là ta thay muối thứ 2 (CaCl2) bằng 1 chất khác cho phép có thể thấm vào thực phẩm mà không gây tác hại gì hoặc có khi còn có lợi nữa. Qua nhiều thí nghiệm ngƣời ta thấy dùng đƣợc hỗn hợp NaCl/glyxerin thì đạt yêu cầu hơn, vì glyxerin thấm vào sản phẩm thì càng tăng độ ngọt thực phẩm (chỉ dùng cho rau quả) *Ưu điểm: + Không gây tiếng ồn, không có chi tiết chuyển động + Gọn nhẹ, chắc chắn, dễ mang xách, không cần môi chất. + Chỉ cần điện một chiều, thuận tiện cho du lịch và nông thôn. + Chỉ cần thay đổi chiều dấu điện là chuyển đƣợc từ tủ lạnh sang tủ nóng và ngƣợc lại 16
  19. 1.2.11. Bay hơi chất lỏng. Các môi chất lỏng dùng trong máy lạnh nén hơi, hấp thụ và ejectơ là NH3, nƣớc và các freon đều thực hiện quá trình thu nhiệt ở môi trƣờng lạnh bằng quá trình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, đồng thời thải nhiệt ra môi trƣờng bằng quá trình ngƣng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao. Quá trình bay hơi chất lỏng bao giờ cũng gắn với quá trình thu nhiệt. Vì ẩn nhiệt bay hơi của chất lỏng bao giờ cũng lớn hơn rất nhiều ẩn nhiệt hóa rắn nên hiệu ứng lạnh lớn hơn. Chất lỏng bay hơi đóng vai trò là môi chất lạnh và chất tải lạnh quan trọng trong kỹ thuật lạnh. Trong đó Nitơ lỏng đƣợc sử dụng trong kỹ thuật lạnh thâm độ (Cryô), nhiều trƣờng hợp Nitơ lỏng vừa là môi chất lạnh vừa là chất bảo đảm vì Nitơ là loại khí trơ có tác dụng kìm hãm các quá trình sinh hóa trong sản phẩm. 1.2.12 Môi chất lạnh. * Định nghĩa: Tác nhân lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngƣợc chiều để thu nhiệt của môi trƣờng có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trƣờng có nhiệt độ cao hơn.Tác nhân lạnh tuần hòan đƣợc trong hệ thống nhờ quá trình nén. * Ở máy lạnh nén khí, môi chất lạnh không thay đổi trạng thái, luôn ở thể khí. * Ở máy lạnh nén hơi, môi chất lạnh thu nhiệt của môi trƣờng xung quanh trong thời gian nó biến đổi trạng thái. * Yêu cầu: Do những đặc điểm của chu trình ngƣợc, hệ thống thiết bị lạnh, điều kiện vận hành nên tác nhân lạnh cần có các yêu cầu sau đây: 17
  20. a. Tính chất hóa học: * Bền về mặt hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không đƣợc phân hủy hay polyme hóa. * Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, không tạo phản ứng với dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm. * An toàn, khó cháy và khó nổ. b. Tính chất lý học: * Áp suất ngƣng tụ không đƣợc quá cao, vì lúc đó độ bền chi tiết yêu cầu lớn, dễ rò rỉ tác nhân. * Áp suất không đƣợc quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống không bị chân không. * Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều: tđđ > tnt. + Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ mà trên đó trạng thái khí không thể chuyển thành trạng thái lỏng đƣợc dù có tăng áp suất. Ví dụ: tth (NH3) = 132, 9°C ; tth (CO2) = 31°C; tth (R12) = 112°C. + Nhiệt độ đông đặc: tại đó vật thể chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. *Ẩn nhiệt hóa hơi và nhiệt dung (c) càng lớn, càng tốt vì lúc này lƣợng môi chất hoàn toàn trong hệ thống càng nhỏ, năng suất lạnh riêng khối lƣợng càng lớn. * Năng suất lạnh riêng theo thể tích qv càng lớn càng tốt, vì lúc này máy nén và các thiết bị sẽ gọn nhẹ. * Độ nhớt động học càng nhỏ càng tốt, nhằm giảm tổn thất áp suất trên đƣờng ống và các van. * Hệ số dẫn nhiệt (λ) và hệ số tỏa nhiệt (α) càng lớn càng tốt. 18
  21. * Mội chất hòa tan dầu hoàn toàn có ƣu điểm hơn so với loại không hòa tan hoặc hòa tan hạn chế, vì quá trình bôi trơn sẽ tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt không bị một lớp trở nhiệt do dầu bao phủ, nhƣng có nhƣợc điểm là làm tăng nhiệt độ bay hơi và làm giảm độ nhớt của dầu. * Khả năng hòa tan nƣớc của môi chất càng lớn càng tốt, để tránh tắc ẩm cho bộ phận tiết lƣu. * Môi chất không đƣợc dẫn điện, để có thể sử dụng cho máy nén khí và nữa kín. c. Tính chất sinh lý: * Không độc hại đối với ngƣời và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp, không tạo các khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn và vật lịêu chế tạo. * Cần có mùi để dễ phát hịên rò rỉ, có thể pha thêm chất có mùi vào nhƣng không ảnh hƣởng đến chu trình. * Không ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng sản phẩm bảo quản khi bị rò rỉ. d. Tính kinh tế: * Rẻ tiền * Dễ kiếm, nghĩa là môi chất đƣợc sản xuất công nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. 3. Một số tác nhân điển hình: a. Môi chất vô cơ: * Ký hiệu: vì công thức hóa học của các môi chất vô cơ đơn giản nên ít khi sử dụng ký hiệu. Tuy nhiên quy định nhƣ sau: R7 - (hai chữ số ghi tròn phân tử lƣợng của chất) Ví dụ: NH3 : R717; H2O : R718; Không khí: R729 Các chất có cùng phân tử lƣợng phải có dấu hiệu riêng phân biệt 19
  22. Ví dụ: CO2, R744, N2O, R744A * Môi chất điển hình NH3: Máy lạnh NH3 đƣợc ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm. + Ƣu điểm: - Nhiệt độ bay hơi thấp nhất đạt đƣợc t° = - 67°C. - Có ẩn nhiệt hóa hơi lớn: r = 313, 8 Kcal/Kg ở t° = -15°C - Rẻ, nhiều - Về kỹ thuật dễ phát hiện rò rỉ. - NH3 hòa tan hoàn toàn trong nƣớc nên nếu có ẩm và nƣớc lọt vào hệ thống thiết bị và đƣờng ống cũng không xảy ra tắt ống do nƣớc đóng băng. + Nhƣợc điểm: - Độc: nồng độ NH3 trong không khí > 0, 5% thể tích, với thời gian 30 phút sẽ gây chết ngƣời. - Dễ gây nổ: thành phần hỗn hợp nổ trong không khí là 16 - 25%V. - Có tác dụng làm rỉ đồng - Nếu bị rò rỉ NH3 bị hấp phụ vào sản phẩm, gây nên mùi khó chịu và làm tăng độ pH của bề mặt sản phẩm, dễ cho vi sinh vật phát triển. - Không hòa tan dầu b. Môi chất hữu cơ: * Các freon (F, R): + Định nghĩa: Freon là các dẫn xuất halogen của các cacbua hydo no nhƣ: metan, etan, propan Các hợp chất này lần đầu tiên đƣợc nghiên cứu và thí nghiệm vào năm 1882. + Ký hiệu và tên gọi freon: F_ abc Với : a = số nguyên tử C - 1 20
  23. b = số nguyên tử H + 1 c = số nguyên tử F Ví dụ: - Dẫn xuất của CH4 : + CFCl3 ký hiệu là F_11 + CF2Cl2 ký hiệu là F_12 + CFH2Cl ký hiệu là F_31 - Dẫn xuất của C2H6 : + C2F3Cl3 ký hiệu là F_113 + C2H5Cl ký hiệu là F_160 - Dẫn xuất của C3H8 : + C3H6Cl2 ký hiệu là F_160 Nếu trong công thức các nguyên tử Clo đƣợc thay thế bằng các nguyên tử Brôm thì ta viết chữ B sau ký hiệu trên và thêm một chỉ số bằng số nguyên tử Brôm. Ví dụ: + CF3Cl Ký hiệu là F_13 + CF3Br ký hiệu F_13B1 + Ưu điểm: - Ít độc - Không mùi hoặc có mùi thơm nhẹ - Không (hay ít) gây nổ + Nhƣợc điểm: - Ẩn nhịêt hóa hơi bé - Freon không hòa tan trong nƣớc, nên dễ có hiện tƣợng nút đá. 21
  24. - Hỗn hợp của các freon với không khí thì không độc, không nguy hiểm (trừ khi quá đặc thì gây ngạt), nhƣng các sản phẩm phân hủy của chúng khi có ngọn lửa thì rất nguy hiểm vì tạo khí độc là fosgen (OCCl2). - Các freon hòa tan hoàn toàn trong dầu, do đó làm tăng nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngƣng tự của tác nhân. Khi tăng lƣợng dầu trong tác nhân thì sẽ giảm lƣợng tác nhân làm việc trong hệ thống, do đó làm giảm năng suất lạnh của “1kg biểu kiến tác nhân lạnh” (1kg biểu kiến tác nhân lạnh là lƣợng hỗn hợp tác nhân lạnh và dầu máy, nƣớc bằng 1kg), đồng thời sẽ làm tăng độ nhớt dung dịch so với tác nhân tinh khiết nên hệ số cấp nhiệt (α) cũng giảm. Tuy nhiên dầu hòa tan hoàn toàn vào tác nhân lại có ƣu điểm là không tạo ra các màng dầu ở bề mặt thiết bị truyền nhiệ, do đó không làm giảm hiệu suất truyền nhiệt. - Nhƣợc điểm lớn nhất của freon là thủ phạm phá hủy tầng ozon và gây hiệu ứng lồng kính làm nóng trái đất. * Tầng ôzon và sự suy thoái: Tầng ôzon là tầng khí quyển có độ dày chừng 40 km, cách bề mặt trái đất từ 10 - 50 km. Tầng ôzon đƣợc coi là lá chắn của trái đất, chống các tia cực tím có hại của mặt trời (làm cháy da và gây ra các bệnh ung thƣ da ). Năm 1950 (Paul Crutzen - Đức) đã phát hiện ra sự suy thoái của tầng ôzon, nhƣng mãi đến năm 1974 (Powland và Molina - Mỹ) mới phát hiện ra thủ phạm là các chất freon có chứa Clo, và ba giáo sƣ đã đƣợc giải thƣởng Nobel hóa học vào năm 1995. Freon tuy nặng hơn không khí, nhƣng sau nhiều năm nó cũng đến đƣợc tầng bình lƣu, dƣới tác dụng ánh sáng mặt trời chúng phân hủy các nguyên tử Clo. Clo tác dụng nhƣ một chất xúc tác phá hủy phân tử ôzon (O3 → O2). Do Clo tồn tại rất lâu trong khí quyển nên khả năng phá hủy ozon rất lớn, ƣớc tính rằng cứ 1 nguyên tử Clo có thể phá hủy tới 100.000 phân tử ozon. 22
  25. * Hịệu ứng lồng kính: Nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất khoảng 15°C, nhiệt độ này đƣợc thiết lập nhờ hiệu ứng lồng kính cân bằng do khí Cacbonic và hơi nƣớc ở trạng thái cân bằng sinh thái trong tầng khí quyển tạo ra. Chúng để cho các tia năng lƣợng mặt trời có sóng ngắn đi qua một cách dễ dàng, nhƣng lại phản xạ lại những tia năng lƣợng sóng dài phát ra từ trái đất, làm nóng trái đất. Hiệu ứng lồng kính: lồng kính là một hộp thu năng lƣợng mặt trời, đáy và xung quanh làm bằng vật liệu cách nhiệt, bên trong đặt tấm thu năng lƣợng sơn màu đen, bên trên đặt tấm kính trắng. Ánh nắng mặt trời có bƣớc sóng rất ngắn xuyên quan tấm kính một cách dễ dàng và đƣợc tấm thu hấp thụ năng lƣợng. Do nhiệt độ không cao, nên tấm hấp thụ màu đen chỉ phát ra các tia bức xạ năng lƣợng sóng dài. Các lớp kính trắng lại có tính chất phản xạ hầu hết các tia bức xạ dài, do đó lồng kính có khả năng bẫy các tia năng lƣợng mặt trời để biến thành nhiệt sử dụng cho mục đích sƣởi ấm, đun nƣớc, sấy Ở trạng thái cân bằng sinh thái, lựơng CO2 và hơi nƣớc có trong khí quyển vừa đủ để giải nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất khoảng 15°C. Nhƣng trong quá trình công nghiệp hóa, trạng thái cân bằng bị con ngƣời tác động, ngoài lƣợng CO2 thải ra từ các nhà máy nhiệt điện và cơ sở công nghiệp ngày càng lớn, vì nhiều freon có hiệu ứng lồng kính lớn gấp 5000 - 7000 lần CO2. Dẫn đến trạng thái cân bằng sinh thái bị phá vỡ, trái đất nóng dần lên, dẫn đến hậu quả khó lƣờng là băng giá vĩnh cửu ở hai cực trái đất tan ra, nƣớc biển dâng lên thu hẹp diện tích canh tác, thời tiết thay đổi, thiên tai hoành hành + Môi chất lạnh bị cấm: R11, R12, R13, R502 + Môi chất lạnh quá độ: R22, R401A/B, R401 A/B + Môi chất lạnh cho tƣơng lai là các chất không chứa Clo nhƣ: R134A, R507, R23, R717 23
  26. * Các hỗn hợp đồng sôi: là các hỗn hợp có 2 hoặc 3 thành phần, nhằm mục đích để tăng cƣờng các ƣu điểm, và thƣờng các chất thành phần có nhiệt độ sôi không chênh nhau quá 10oK. Ví dụ: R500 = 73, 8% R12 và 26, 2% R152a (Kg/Kg) R502 = 48, 8% R22 và 51, 2% R115 (Kg/Kg) 1.2.13 Chất tải lạnh. A. Định nghĩa: Những chất đã đựơc hạ nhiệt độ khi đi qua thiết bị bay hơi của hệ thống máy lạnh và đƣợc đƣa đi làm lạnh vật khác gọi là chất tải lạnh. B. Yêu cầu: a. Tính chất hóa học: * Không ăn mòn phá hủy máy móc, thiết bị * Không cháy, không gây nổ. * Bền ở điều kiện làm việc b. Tính chất lý học: * Điểm đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi yêu cầu nhiều. * Nhiệt độ sôi phải đủ cao để không bị bay hơi tổn thất vào môi trƣờng. * Hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt, vì chất tải lạnh cần có tính chất trao đổi nhiệt tốt và khả năng trữ lạnh lớn. * Độ nhớt và khối lƣợng riêng càng nhỏ càng tốt. c. Tính chất sinh lý: * Không làm mất màu, mùi, vị của sản phẩm * Không độc hại đối với cơ thể sống d. Tính kinh tế: * Rẻ tiền * Dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản 24
  27. C. Chất tải lạnh điển hình a. Môi trƣờng khí : Không khí, CO2, hỗn hợp nitơ + hydrô . * Ở đây không khí là môi trƣờng dùng phổ biến nhất vì - Rẻ tiền đâu cũng có nhiều. - Dễ vận chuyển vào tận các nơi cần làm lạnh. - Không khí không độc. - Không khí dễ điều chỉnh vận tốc, lƣu lƣợng. * Tuy nhiên chất tải lạnh bằng không khí cũng có những nhƣợc điểm sau. - Hệ số cấp nhiệt α bé : α = 6 - 8 Kcal/m2h°C Nếu tăng tốc độ chuyển động của không khí thì α tăng .Khi v≥ 10 m/s thì hầu nhƣ không tăng khả năng truyền lạnh. Cho nên lúc này tăng vận tốc tức thêm quạt, tốn điện không lợi về mặt năng lƣợng . - Khi tăng vận tốc không khí thì tăng qúa trình ôxy hoá các sản phẩm làm lạnh, bảo quản lạnh. Tăng v còn kéo theo tăng cƣờng qúa trình bay hơi ẩm từ bề mặt sản phẩm, gây tổn thất khối lƣợng tăng, làm cho rau quả, hoa chóng héo, chóng hỏng. - Tinh khiết về phƣơng diện tách hỗn hợp, khó làm sạch tách VSV và nhất là khó tách mùi hôi thối (thƣờng muốn tẩy mùi phải dùng ozôn) Các môi trƣờng khí tải lạnh khác nhƣ N2, cũng có các ƣu nhƣợc điểm riêng, với mục đích điều hòa không khí thì không dùng các môi trƣờng tải lạnh này, chỉ dùng trong 1 số trƣờng hợp lạnh phục vụ kỹ thuật sản xuất ở các Xí nghiệp hoá chất, dƣợc phẩm. Đnág chú ý là các môi trƣờng này khôgn có oxy nên không gây hiện tƣợng oxy hóa sản phẩm, và vì đắt tiền nên chúng phải dùng trong hệ thống kín. 25
  28. b. Môi trƣờng tải lạnh nóng: thƣờng dùng nƣớc, nƣớc muối. a. Ưu điểm: - Có hệ số cấp nhiệt α lớn : α = 200 ÷ 400 Kcal/m/s Trƣờng hợp chất lỏng chuyển động với v = 5m/s thì hệ số cấp nhiệt α = 40000Kcal/m2h°C. Do vậy làm lạnh trong môi trƣờng lỏng rất nhanh, điều này có ý nghĩa quan trọng không những về mặt kinh tế là rút ngắn thời gian sản xuất mà còn đảm bảo đƣợc phẩm chất của sản phẩm vì phần lớn các sản phẩm chỉ có làm lạnh nhanh thì mới tốt, giữ đƣợc nhiều tính chất ban đầu. - Dùng môi trƣờng lỏng thì tránh đƣợc sự hao hụt khối lƣợng, tránh đƣợc hiện tƣợng oxy hóa sản phẩm. b. Nhược điểm. - Một số sản phẩm không cho phép thấm ƣớt nên không thể dùng môi trƣờng lỏng để làm lạnh đƣợc . - Bẩn thỉu, ẩm ƣớt, dễ bị meo mốc, rỉ và chóng hỏng thiết bị. - Nƣớc muối thấm vào sản phẩm làm lạnh dẫn đến ảnh hƣởng phẩm chất của sản phẩm.Về màu sắc thì trong muối có ít hợp chất Na. NaCl có màu xanh da trời. Trong nƣớc hỗn hợp này cho phản ứng kiềm (Na. NaCl. NaOH) pH = 8 ÷ 8, 3 nên nó làm trung hòa axit trong sản phẩm làm cho VSV dễ xâm nhập và phát triển. Do đó tốt nhất ngƣời ta phải làm lạnh và làm lạnh đông sản phẩm đã đƣợc bọc gói, kỹ bằng nilon, giấy chống thấm ƣớt (phƣơng pháp khristodulo). - Môi trƣờng nƣớc muối là môi trƣờng thích hợp cho loại VSV ƣa mặn (chịu đƣợc áp suất thẩm thấu cao). VSV này làm nứt (xẻ dọc) các phần tử Protit, làm cho protit có khả năng hút muối mặn thêm, qúa trình này có hiệu quả nhất trong giai đoạn chín hóa học, vì lúc ấy protit có nhiều nhóm axit amin tự do và ở nhiệt độ thấp hơn nitơ trong nhóm – NH2 thì hoá trị 3 chuyển sang hóa trị 5 liên kết với muối. 26
  29. Lúc này protit trở nên háo nƣớc. Đặc điểm này đƣợc ứng dụng trong kỹ thuật muối cá ở nhiệt độ thấp. - Muối ăn (NaCl) luôn luôn có chứa các hợp chất muối khác nhƣ CaCl2, MgCl2, KCl CaCl2 liên kết với protit và axit béo tạo thành albaminat canxi không hòa tan, làm tăng độ cứng của sản phẩm, giảm mức độ tiêu hóa của sản phẩm. Ion Mg++ sinh ra vị đắng và làm sản phẩm bị cứng KCl tích tụ ở thực phẩm và gây bệnh viêm cổ cho ngƣời ăn phải nó (chính là do K+) - Dung dịch NaCl khi bị bẩn rất khó làm sạch. - Dùng môi trƣờng lỏng để tải lạnh có thể gặp nguy hiểm vì chất tải lạnh đóng băng trong đƣờng ống gây nổ vỡ ống và thiết bị (hệ thống kín). Ví dụ: Dùng chất tải lạnh có nồng độ NaCl là 1 thì t°đb của nó là -13°C, nếu để t°<13°C thì xảy ra qúa trình đóng băng . * Khắc phục: - Để khắc phục hiện tƣợng ăn mòn thiết bị khi dung dịch nƣớc muối ngƣời ta bổ sung vào chất chống ăn mòn. - Đối với dung dịch NaCl thì dùng: 1m3 dung dịch pha 3, 2 kg Na2 Cr2O7.2H2O (có thêm 0, 27 kg NaOH cho 1kg Na2Cr2O7 tác dụng nhƣ trên), mỗi năm 1 lần thêm ½ lƣợng ban đầu Na2Cr2O7 và NaOH hay có thể dùng 1, 6 kg Na2HPO4.12H2O cho 1ml dung dịch NaCl (hàng tháng) - Đối với CaCl2 nguyên chất thì ăn mòn kém: Trong thực tế không có CaCl2 tinh khiết nên thêm chất chống ăn mòn nhƣ sau: 1m3 dung dịch CaCl2 thì dùng 1, 6 kg Na2Cr2O7 (có thêm 0, 27 kg NaOH cho 1 kg Na2Cr2O7 để chuyển bicromat thành trung tính Na2Cr2O4 ). Trƣớc đó phải trung hòa dung dịch đến pH = 7. Mỗi năm 1 lần phải thêm lƣợng Na2Cr2O7 và NaOH ban đầu. 27
  30. - Để khắc phục hiện tƣợng đóng băng thì ta chọn nhiệt độ chất tải lạnh lỏng sao cho có khoảng nhiệt độ dự tính theo qui chuẩn nhiều nƣớc cho phép nhƣ sau: + Nhiệt độ nƣớc muối thấp hơn nhiệt độ yêu cầu trong chừng 5 ÷ 7°C + Nhiệt độ bốc hơi tác nhân lạnh thấp hơn nhiệt độ nƣớc muối. - Nhiệt độ đóng băng của nƣớc múôi thấp hơn nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh 5 ÷ 8°C - Để khắc phục hiện tƣợng thấm muối vào sản phẩm khi ƣớp lạnh ngƣời ta dung 1 hỗn hợp muối chớ không dùng riêng 1 thứ muối. Năm 1910 ở Paris ông Zurosinacv đã thí nghiệm và kết luận : “Hiện tƣợng thấm muối chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ ơtecni”. Kết luận này đã bác bỏ thuyết cho rằng qúa trình khuếch tán (trong đó có sự thấm muối) chỉ do sự chênh lệch nồng độ. Ta biết rằng sự khuếch tán tỉ lệ với ΔC nhƣng điều đó chỉ phù hợp với t° > t°ơtecti ở t°< t°ơtecti thì sự khuếch tán xảy ra chủ yếu phụ thuộc vào lực đẩy và lực hút giữa các phần tử trong dung dịch. Ví dụ: Dùng hỗn hợp 2 muối NaCl/CaCl2 với tỉ lệ 1/1 làm lạnh đông sản phẩm ở t° = -38°C (≈ t°ơtecti hỗn hợp) sản phẩm không bị thấm muối NaCL chỉ bị thấm muối CaCl2. Vấn đề ở đây là ta thay muối thứ 2 (CaCl2) bằng 1 chất khác cho phép có thể thấm vào thực phẩm mà không gây tác hại gì hoặc có khi còn có lợi nữa. Qua nhiều thí nghiệm ngƣời ta thấy dùng đƣợc hỗn hợp NaCl/glyxerin thì đạt yêu cầu hơn, vì glyxerin thấm vào sản phẩm thì càng tăng độ ngọt thực phẩm (chỉ dùng cho rau quả) c. Chất tải lạnh rắn: Thƣờng dùng là đá ƣớt, đá khô, ơtecti cứng a. Đá ướt: (nƣớc đá) gồm có nƣớc đá thiên thiên và nƣớc đá nhân tạo. 28
  31. * Đá thiên nhiên: Là nƣớc qua qúa trình hình thành và sản xuất nó đều dựa vào lạnh của thiên nhiên. Tuyết cũng là đá thiên nhiên. * Nƣớc đá nhân tạo: Đƣợc sản xuất ở dạng khối (cây 10, 20, 25, 50kg) dạng viên (φ 30 ÷ 100 mm, cao 40 ÷ 100nm) dạng vảy, bột nhƣ tuyết Đá khối khi dùng phải nghiền nhỏ để làm lạnh đông nhanh, dạng viên thì có thể dùng ngay, dạng dùng để ƣớp và trộn vào bột thịt nghiền trong sản xuất dăm bông, xúc xích, bánh kẹo (cho phép tạo độ ẩm của sản phẩm ) Nói chung nƣớc đá đều đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ thấp (t° = -7 ÷ 8°C) khi bảo quản chúng cần nhiệt độ -2 ÷ -4°C. Tan ra cho t° = 0°C Ẩn nhiệt tan chảy của băng đá là 72 Kcal (80 Kcal/kg) còn tuyết có ẩn nhiệt tan tuỳ vào độ xốp (tuyết cũ hay mới) Đá thiên nhiên thì rẻ tiền nhƣng thƣòng chỉ làm lạnh gián tiếp vì bẩn, nhiều VSV. Đối với dùng ƣớp lạnh thực phẩm trực tiếp vào đá ăn thì cần phải đạt tiêu chuẩn không quá 100 vi khẩun và hoàn toàn không có coli. Trong sản xuất ngƣời ta phải dùng nƣớc sạch đã sát trùng, dùng hóa chất NaClO, Ca(OCl)2, NaNO, NaNO3. Các muối hơi, khí hơi là chất tự nó sát trùng. Nó có tác dụng biến tính protit của VSV. Nó có sát trùng gián tiếp bằng cách tạo thành những nguyên tử oxy có năng lực oxy hoá mạnh. Thì nồng độ trung bình của clo hoạt động tồn tại trong nƣớc cho phép không quá 50 ÷ 80 mg/lít. Nếu nhiều muối hơi và nhiều khí Clo thì nƣớc đá sẽ có mùi không thích hợp dùng cho thực phẩm. b/ Đá khô (tuyết cacbonic) Đá khô bay hơi không qua trạng thái lỏng (thăng hoa) nên đƣợc ứng dụng thích hợp cho bảo quản nhiều loại sản phẩm cả việc dùng làm lạnh đông thực phẩm. Điểm cân bằng 3 trạng thái R-K-L (điểm 3) là p = 5, 28 ata, t° = -56, 6°C.Nếu P < 5, 28 ata và t < - 56, 6°C thì CO2 chuyển trực tiếp rắn . Chính vì 29
  32. vậy ở điều kiện ngoài khí quyền ( p ?? tuyết CO2 thăng hoa. Nhiệt độ đạt đƣợc khi thăng hoa là -79°C, ẩn nhiệt thăng hoa (bay hơi) r = 137 Kcal /kg. Dùng đá khô bảo quản thực phẩm tốt, nhƣng xuất đá khô phức tạp và đắt hơn sản xuất đá ƣớt nhiều (gấp 10 lần) c. ơtecti cứng . Dùng hỗn hợp lạnh đông của 2, 3 muối đúng theo thành phần ơtecti để có nhiệt độ tan chảy thấp. Dung dịch các muối ấy cho vào các thùng kim loại, đem làm lạnh đông, sau đó xếp vào phòng bảo quản sản phẩm. 1.2.14. Các đơn vị đo lƣờng. - Chiều dài : 1 inch = 0, 0254 m 1 feet =0, 3048 m - Khối lƣợng : 1 lb (pound) = 0, 4536 kg 1 ton (uskg)= 2240 lb = 1010 kg . 1ton (us short ) = 2000 lb = 907 kg. - Áp suất : 1kg/cm2 = 1 at = 0, 981 bar 1bar = 100.000 N/m2 1mmH2O = 1 kg/m2 = 9, 81 N/m2 =0, 098 mbar 1mmHg = 1, 332 mbar 1Pa = 1N/m2 = 0, 01 mbar - Công nhiệt lƣợng : 1KWh= 3600 kJ 1kGn = 9, 81 J 1kcal = 4, 187 kJ 1BTU= 1, 055 kJ 30
  33. - Công suất dòng nhiệt : 1kGm/s = 9, 81 N= 9.81 J/s 1HP= 745, 5 N 1kcal/h = 1, 163 N 1BTU/h = 0, 293 W 1USRT ( tấn lạnh Mỹ ) = 12000 BTU/h = 3516 W - Nhiệt độ : ToC = ( T0F - 32)*5/9 ToK = 273, 15 + To 1.3. MÁY LẠNH SỬ DỤNG INVERTER. 1.3.1. Inverter : Các máy lạnh đời mới có mạch điện inverter, để điều chỉnh giảm đƣợc công suất, chỉ tạo cảm giác dễ chịu cho ngƣời dùng chứ không tiết kiệm điện hơn loại máy thƣờng nhƣ vẫn đƣợc quảng cáo. Nhờ giảm đƣợc công suất nên khi đã đạt đến nhiệt độ đã chọn trƣớc, máy lạnh inverter sẽ tự giảm công suất sao cho lƣợng nhiệt bơm ra ngoài đúng bằng lƣợng nhiệt truyền vào phòng và sinh ra trong phòng, nhƣ vậy nhiệt độ trong phòng sẽ không thay đổi, rất dễ chịu cho ngƣời dùng. Còn loại máy lạnh thƣờng sẽ ngƣng bơm khi đã đạt đến nhiệt độ đã chọn, và lƣợng nhiệt bên ngoài truyền vào phòng cũng nhƣ sinh ra trong phòng sẽ làm nhiệt độ trong phòng tăng lên từ từ; khi nhiệt độ tăng cao hơn nhiệt độ đã chọn 1 độ, máy lạnh sẽ bắt đầu bơm nhiệt trở lại với công suất cố định của nó; vậy là nhiệt độ trong phòng sẽ lên xuống đều đặn quanh nhiệt độ đã chọn. Mặc dù nhiệt độ trong phòng chỉ thay đổi có 1 độ, nhƣng những ngƣời nhạy cảm cũng sẽ cảm thấy không dễ chịu lắm. 31
  34. Sau : a.Ƣu điểm: – hiệt độ . Về khoản tiết kiệm điện này nếu so sánh với số tiền thanh toán hằng tháng chỉ bằng 1/3 so với dòng Non-Inverter thông thƣờng. nhiệt độ đƣợc đặt chúng ta dùng . (plasma), . Rất thích hợp cho ngƣời dùng nhạy cảm về nhiệt độ và cho những bé sơ sinh (nhiệt độ an toàn cho bé ở mức 28-29*C luôn luôn chính xác) cho phép chạy ở mức 120-125% công suất khi phòng chƣa đủ lạnh trong vòng 45-1h . Sau khi đủ lạnh thì sẽ giảm ở mức 50-75% công suất tùy theo bộ biến tầng kiểm soát. b.Khuyết điểm: - 5% . Cho nên khi lắp đặt Inverter phải xác định đƣợc điện áp nguồn phải ở mức ổn định (có thể gắn ổn áp nếu cần thiết) , 32
  35. . . - , . Do đó đòi hỏi chế độ bảo trì liên tục, định kì nhiều lần trong năm. Không cho phép chạy trong phòng có điều kiện quá tải so với công suất máy. 1.3.2 Non-Inverter : , do đó nếu đặt nhiệt độ là 16o hay 24o , 1 1 Capa cho FANMotor. a.Ƣu điểm: Chạy rất bền bỉ cho phép chạy quá tải ở thời gian cao hơn so với linh kiện, hỏng hóc rất dễ nhận biết, sửa chữa bảo trì cũng dễ nốt g y. b.Khuyết điểm: PowerFul. 1 . Ví dụ - , . 33
  36. CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG MÁY NƢỚC UỐNG NÓNG – LẠNH 2.1. KHÁI NIỆM MÁY NƢỚC UÔNG HAI CHẾ ĐỘ 2.1.1 Đặt vấn đề Trong đời sống sinh hoạt hiện nay từ các gia đình đến công sở thƣờng trang bị một máy uống nƣớc nóng - lạnh để cung cấp nƣớc uống cho các thành viên trong gia đình hoặc nhân viên trong công sở. Máy nƣớc uống nóng - lạnh thƣờng đƣợc thiết kế trong cùng một khối, hình thức và kiểu dáng cũng nhƣ tính năng kĩ thuật rất đa dạng. Nhìn chung là các loại máy uống nƣớc nóng - lạnh của các hãng khác nhau có thể khác về kiểu dáng nhƣng đều cùng chung một nguyên lý, đều trên cở sở tích hợp hai hệ thống riêng biệt : - Hệ đun nóng để tạo ra nƣớc nóng - Hệ làm lạnh để tạo ra nƣớc mát Hai hệ nóng lạnh hoàn toàn đối lập nhau về công năng và nguyên lý, trong đó hệ đun nóng khá đơn giản và không phức tạp nhƣ hệ làm mát. 2.1.2 Phƣơng thức tạo nhiệt độ để đun sôi nƣớc ở vòi nóng. Để đun nƣớc nóng trong máy ngƣời ta sử dụng hệ thống điện trở để tạo nhiệt.Nƣớc từ sau bộ lọc đƣợc đƣa vào bình đun. Điện trở đƣợc cấp nguồn và đun già nhiệt cho nƣớc. Việc giữ nhiệt độ đun nhờ một rơle nhiệt độ khống chế theo một giá trị tự đặt trƣớc. Khi nhiệt độ giảm thì rơle đóng điện cấp nhiệt, khi nhiệt độ đến ngƣỡng thì rơle tác động cắt điện. Việc khống chế mức nƣớc cũng đƣợc giám sát tự động để tránh cho nƣớc trong bình đun quá cạn hoặc quá cao, luôn giữ nƣớc trong phạm vi cho phép. 34
  37. 2.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐUN NÓNG VÀ LÀM LẠNH NƢỚC UỐNG A. Các thiết bị trong hệ thống a. Phần làm lạnh Máy nén: Là loại máy nén kín cơ cấu nén là piston, công suất từ 1/6 -1/10HP. Nguồn điện sử dụng 1 phase, điện áp có thể 110V hoặc 220V. Dàn bay hơi: Sử dụng dàn bay hơi làm lạnh trực tiếp và đƣợc quấn xung quanh bầu chứa nƣớc uống làm bằng inox và đƣợc bọc một lớp cách nhiệt. Dàn ngƣng tụ: Sử dụng dàn ngƣng tụ làm mát bằng không khí đối tự nhiên hoặc đối lƣu cƣỡng bức (quạt). b.Phần làm nóng Gồm một dây nung nóng, công suất khoảng 150W, đặt trong bầu chứa nƣớc nóng làm bằng inox. Xung quanh bầu nóng đƣợc bọc một lớp cách nhiệt. Dây nung nóng đƣợc cách điện tốt. c.Các thiết hị cưng cấp và xử lý nước Bộ lọc thô: có thể làm bằng chỉ, mùn, vôi, nƣớc đƣợc đi qua bộ phận này để lọc cặn bẩn. Đèn cực tím: dùng để diệt khuẩn nguồn nƣớc, đƣợc chứa trong ống thủy tinh và đƣợc đặt % frong một ống inox. Bầu chứa nƣớc lạnh và nƣớc nóng: đƣợc làm bằng inox, xung quanh đƣợc bọc một lớp cách nhiệt để làm giảm tổn thất nhiệt. Van xả nƣớc: dùng để đƣa nguồn nƣớc đã xử lý ra ngƣời sử dụng. Ngoài ra, đối với nguồn nƣớc có áp lực yếu, ngƣời ta có thể lắp thêm bơm phụ để đƣa nƣớc vào các bầu chứa. 35
  38. Trong thực tế có hai loại máy nƣớc uống nóng lạnh (có thể chỉ có nƣớc lạnh). Nếu các máy sử dụng nguồn nƣớc là nƣớc đã xử lý xong thì không cần các thiết bị xử lý nƣớc. *Nguyên lý hoạt động Cây nƣớc nóng lạnh làm nóng và lạnh nƣớc phù hợp với nhu cầu sinh hoạt của con ngƣời, vòi nóng của cây nƣớc đun sôi nƣớc máy, ở nhiệt độ khoảng 90-94 ° C (201 ° F) (gần sôi), vòi lạnh cho nƣớc lanh ở nhiệt độ 10-15 độ. Có loại cây nƣớc cao cấp còn có khả năng lọc nƣớc . Cây nƣớc nóng lạnh trở nên phổ biến vào những năm 1970. Công ty In Sink Erator mua lại các Precision H & H nhà sản xuất của cây nƣớc đầu tiên năm 1973. Bình nóng của Cây nƣớc nóng lạnh đun nóng/làm lạnh một lƣợng nhỏ có trong bình nƣớc nên nóng/lạnh rất nhanh. Bình chứa nƣớc nóng nhỏ, không mất nhiều không gian, do vậy không tốn nhiều điện năng khi đun nóng, đồng thời cũng không lãng phí điện để nƣớc giữ nóng/lạnh, phù hợp để chúng ta có thể có ngay 1 vài cốc nƣớc nóng ngay sau vài phút, sau đó nếu sử dụng gần hết lƣợng nƣớc nóng/lạnh này thì cần thời gian nhƣ vậy để tiếp tục làm nóng/lạnh nƣớc mới. Nƣớc đƣợc lấy từ bình nƣớc tinh khiết hoặc vòi nƣớc trực tiếp từ nguồn nƣớc công cộng, sau khi đƣợc làm nóng, lạnh đến nhiệt độ thích hợp (do các cảm biến nhiệt độ gắn bên trong máy) tự động dừng quá trình làm nóng lạnh và giữ nóng/lạnh duy trì ở nhiệt độ này. Cơ chế Hoạt động Hầu hết các loại cây nƣớc nóng lạnh, bên trong có một thùng cách nhiệt nhỏ giữ nƣớc trong các bể chứa ở nhiệt độ thích hợp. Khi xử lý đƣợc nhấn vòi nóng lạnh, một lƣợng nƣớc chảy ra phục vụ cho ngƣời sử dụng, một lƣợng nƣớc chƣa làm nóng/lạnh sẽ chảy vào khoang làm nóng, lạnh bên trong cây nƣớc và chiếm chỗ các nƣớc đã chảy ra từ vòi. Lƣợng Nƣớc này sau đó đƣợc 36
  39. nung nóng lên tới khoảng 90 ° C (với bình nóng), làm lạnh khoảng 10-15độ là đã sẵn sàng để sử dụng cho mục đích nhƣ giải khát, phà nƣớc, trà, cafe sau đó. Các cây nƣớc có công suất làm nóng 750 W nóng có thể cung cấp lên đến 50-60 ly nƣớc mỗi giờ ở nhiệt độ ở nhiệt độ này. Một số loại đƣợc trang bị một hệ thống lọc để loại bỏ chất gây ô nhiễm khác nhau, và có thể pha chế nóng hoặc lạnh nƣớc lọc. Nâng cao hệ thống lọc làm giảm vị clo, mùi, trầm tích, ký sinh trùng nguy hiểm và động vật nguyên sinh nhƣ Cryptosporidium, hóa chất độc hại, kim loại nặng nhƣ chì và các khoáng chất nguy hiểm (công nghệ máy lọc nƣớc RO hiện nay). 37
  40. CHƢƠNG 3. MÁY ĐUN NƢỚC UỐNG NÓNG – LẠNH PHỤC VỤ GIA ĐÌNH VÀ CÔNG SỞ 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay máy đun nƣớc nóng lạnh đƣợc thiết kế với nhiều mức công suất khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng, cũng chính vì vậy công suất của mỗi máy cũng lớn nhỏ khác nhau. Trên thực tế có hại loại máy uống nƣớc nóng lạnh đƣợc cũng cấp trên thị trƣờng, đó là : - Máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc đã xử lí. - Máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy. Tùy theo mức độ và tùy theo thị hiếu mỗi hãng thì thiết kế với các kiểu dáng công nghiệp khác nhau và cũng với các chất lƣợng khác nhau. Một trong những vấn đề đƣợc quan tâm nhất đó là chất lƣợng đầu ra của nƣớc. Điều này đƣợc “Ủy ban an toàn vệ sinh” kiểm nghiệm và cho pháp xuất xƣởng. 3.2. MÁY LÀM LẠNH, CÁC THIẾT BỊ LẠNH TRONG HỆ THỐNG. Hệ thống lạnh là một hệ thống hoạt động áp suất khép kín, bao gồm các bộ phận chính sau đây: máy nén, dàn ngƣng tụ, dàn bay hơi, bình lọc/ hút ẩm, van tiết lƣu, bình tách lỏng, mắt gas.Sau đây là chi tiết từng bộ phận. 3.2.1. Máy nén. Máy nén sử dụng trong máy uống nƣớc nóng lạnh là loại máy nén kín. Môi chất lạnh có thể dùng là R12 R502 hoặc R134a. 38
  41. Làm việc hiệu quả trong điều kiện tốc độ thay đổi.Máy nén điều hòa nhiệt độ sử dụng tất cả các loại máy nén, có thể là máy nén piston hoặc nhiều xylanh. Loại máy nén hay dùng là máy nén piston dọc trục. Nhiệm vụ: Cũng nhƣ trong các hệ thông lạnh khác, máy nén có nhiệm vụ hút hơi môi chất lạnh thấp áp, sau đó nén hơi môi chất lạnh thành hơi quá nhiệt cao áp cố áp suất và nhiệt độ cao. Máy nén sử dụng trong máy lạnh có nhiều loại khác nhau nhƣ: Kiểu đĩa chéo, kiểu trục khuỷu, kiểu cánh gạt xuyên. Kiểu trục khuỷu: Loại máy nén này thƣờng đƣợc đặt đứng. Biến đổi chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston. Kiểu đĩa chéo: Các piston đƣợc đặt trên một đĩa chéo, khi một phía piston ở hành trình nén thì phía kia là hành trình hút. Kiểu cánh gạt xuyên: Mỗi cánh gạt của máy nén cánh gạt xuyên đƣợc chế tạo liền với cánh đốì diện của nó, có 2 cặp cánh gạt nhƣ vậy, mỗi cặp đạt vuông góc với nhau trong khe của rotor. Khi rotor quay, cánh gạt dịch chuyển theo phƣơng hƣớng kính trong khi 2 đầu nó trƣợt trên mặt trong của xi lanh. Các máy dùng trong điều hòa nhiệt độ phải có những chi tiết nhƣ cụm bịt kín cổ trục, vòng bi, clăpê có độ tin cậy cao, ít hƣ hỏng. Các van hút và van đẩy có bố trí các đƣờng để lắp áp kế hoặc để thao tác khi sửa chữa. Cấu tạo bên trong của một máy nén piston dọc trục gồm: Bánh đai trên khớp nôi điện từ dùng để lấy truyền động từ động cơ. Khi không có dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây bộ ly hợp, khi đó bánh đai quay trơn (piston không cuyển động). Khi có dòng điện chạy qua cuộn ly hợp từ, khớp nối làm việc kéo máy quay nhờ kết cấu đặt biệt của vòng bi đũa nên đĩa cam quay theo 39
  42. và lật đi lật lại đẩy piston tịnh tiến qua lại, thực hiện quá trình nén và hút môi chất, tuy nhiên là các thanh nổi đặc biệt có khớp ở 2 cầu 2 đầu gắn lên piston và đĩa cam hoạt động. Vì máy nén hở nên phải có cụm bịt kín cổ trục để môi chất không bị rò rỉ.Trên máy nén có lắp 2 van hút và đẩy có các đầu nối cho áp kế về các đầu nối cho công việc sửa chữa và bảo dƣỡng. 3.2.2.Dàn ngƣng tụ. Hình 3.1 : Cấu tạo dàn ngƣng tụ Dàn ngƣng tụ đƣợc cấu tạo bằng một ống kim loại (nhôm) dài và đƣợc uống thành nhiều hình chữ u nối tiếp nhau xuyên qua các cách tản nhiệt bằng nhôm mỏng nhằm mục đích tăng diện tích trao đổi nhiệt cho thiết bị ngƣng tụ. Hai đầu của đƣờng ống của dàn ngƣng tụ đƣợc bố trí hai co nối để lắp các ống dẫn môi chất vào và ra. Bộ ngƣng tụ đƣợc lắp trƣớc đầu xe, phía trƣớc thùng nƣớc giải nhiệt động cơ. Nhiệm vụ của dàn ngƣng tụ cũng nhƣ trong các hệ thống lạnh khác là giải nhiệt cho hơi môi chất quá nhiệt cao áp do máy nén nén lên và giúp môi chất ngƣng tụ thành lỏng cao áp. Dàn ngƣng tụ đƣợc làm mát nhờ một quạt hƣớng trục đƣợc bố trí phía trong dàn ngƣng, và chế độ gió làm mát ở trạng thái hút. 40
  43. 3.2.3. Bình chứa lọc/hút ẩm. Hình 3.2 : Cấu tạo bình chứa lọc /hút ẩm Chú thích: 1: Từ Dàn ngƣng tới 2: Lƣới lọc 3: Chất khử ẩm 4: Ống lấy lỏng đã đƣợc lọc 5: Đến Van Tiết lƣu 6: Kính quan sát gas (Mắt Gas) Do tốc độ máy nén luôn thay đổi theo tốc độ động cơ nên cần phải có dự trữ mồi chât cho hệ thống nhằm tránh hiện tƣợng tiết lƣu hơi làm giảm năng suất lạnh của hệ thống. 41
  44. Phin sấy lọc, mắt ga đƣợc lắp chung trong bình chứa. Dung tích của bình chứa không lớn, khoảng 450g đến 680g R12 dự trữ. Để hút ẩm và axít cho hệ thống, trong bình đƣợc chứa có các chất hút ẩm (hạt sillicagel đối với R12 và XH7, XH9 đối vđi R134a). Các lƣới thép có kèm theo lƣới đệm bằng bông thủy tinh làm nhiệm vụ của phin lọc (lọc cặn, bẩn cơ học). Mắt gas thƣờng đƣợc bồ' trí trên đƣờng dẫn lỏng đến các van tiết lƣu hoặc ngay trên đỉnh bình chứa. Trên mắt gas thƣờng có chỉ thị màu để nhận biết tình trạng môi chất trong hệ thống. Nhƣ vậy, nhìn vào màu và tình trạng chuyển động của dòng môi chất trong mắt gas có thể dể dàng đánh gía đƣợc khối lƣợng và chất lƣợng của môi chất trong hệ thống. Bình chứa, lọc / hút ẩm đƣợc làm bằng sắt hoặc nhôm và có bố trí các đầu côn để nối ống dẫn môi chất. Trong một số trƣờng hợp, trên bầu lọc, hút ẩm có lắp công tắc áp lực cao, nhằm hạn chế áp suất đẩy quá cao khi tăng tốc độ động cơ xe. 3.2.4. Van tiết lƣu màng. Van tiết lƣu hay còn đƣợc gọi là van giãn nở. Có nhiệm vụ tự điều chỉnh lƣu lƣợng môi chất lạnh vào dàn bay hơi khi tải lạnh thay đổi, và làm cho áp suất, nhiệt độ môi chất lạnh lỏng cao áp giảm xuống đến áp suất và nhiệt độ bay hơi. Van tiết lƣu màng có hai loại: Van tiết lƣu màng cân bằng trong và Van tiết lƣu màng cân bằng ngoài. 42
  45. Hình 3.3 : Cấu tạo van tiết lƣu màng Chú thích: A: Van tiết lƣu màng cân bằng trong. B : Van tiết lƣu màng cân bằng ngoài 1: Lò xo van 2: Van 3 : Ống cân bằng ngoài 4: Màng tác động 5 : Chốt đẩy 6 : Lỗ vào có lƣới lọc 7 : Đầu cảm biến nhiệt 8 : Ống mao dẫn 9 : Lỗ ra 43
  46. * Cách lắp đặt van tiết lưu màng cân bằng trong và cân bằng ngoài Hình 3.4 : Cách lắp đặt van tiết lƣu màng Khi tải lạnh lớn, nhiệt độ hơi môi chất hút về máy nén tăng, làm cho nhiệt độ và áp suất ở đầu cảm biến nhiệt tăng làm cho cửa van đƣợc mở rộng, lúc này môi chất qua dàn bay hơi nhiều quá trình làm lạnh sẽ nhanh. Ngƣợc lại, khi tải lạnh giảm, nhiệt độ hơi môi chất hút về máy nén giảm, làm cho nhiệt độ và áp suất ở đầu cảm biến nhiệt thấp làm cho cửa van bị thu hẹp, lúc này môi chất qua dàn bay hơi ít quá trình làm lạnh sẽ giảm. 3.2.5. Dàn bay hơi. Dàn bay hơi còn đƣợc gọi là dàn lạnh: đƣợc cấu tạo tƣơng tự nhƣ dàn ngƣng tụ có cánh tản nhiệt bằng nhôm, và các ống trao đổi nhiệt cũng đƣợc làm bằng nhôm. Nhiệm vụ của dàn bay hơi trong máy lạnh cũng tƣơng tự nhƣ trong máy lạnh và tủ lạnh. Có nhiệm vụ nhận nhiệt của không gian cần làm lạnh, làm môi chất lạnh lỏng sôi và chuyển đổi từ pha lỏng sang pha hơi trƣớc khi máy nén hút về. 44
  47. Dàn bay hơi đƣợc đặt trong.một cái hộp có đƣờng gío vào và ra xuyên qua dàn. Dàn bay hơi trao đổi nhiệt với môi trƣờng cần làm lạnh nhờ quạt li tâm. Để tránh thất thoát nhiệt sau khi tiết lƣu nên van tiết lƣu và bộ phận chống đóng băng dàn bay hơi cũng đƣợc đặt trong hộp này. Toàn bộ hộp dàn bay hơi đƣợc đặt bên trong xe. Đối với các loại xe lớn còn có thêm các ống dẫn gió để đƣa không khí lạnh đến nơi cần điều hòa. Hộp dàn bay hơi đƣợc đƣa ra ngoài bằng hai đƣờng ống và có các đầu côn để lắp các ống dẫn môi chất. Hình 3.5 : Cấu tạo dàn bay hơi 45
  48. Hình 3.6 : Hộp dàn bay hơi 3.2.6. Bình tách lỏng. Bình tách lỏng còn đƣợc gọi là bầu về. Đƣợc bố trí trên đƣờng hút về máy nén, nhằm hạn chế lỏng môi chất từ dàn bay hơi về máy nén gây va đập thủy lực làm hƣ hỏng máy nén. Hoặc trong các hệ thống lạnh bố trí hệ thống tiết lƣu cố định (ống mao).Bính tách lỏng đƣợc làm bằng sắt hoặc bằng nhôm. Trên bình tách lỏng thƣờng bố trí các công tắc áp lực thấp nhằm khống chế áp suất hút của hệ thông không quá thấp, và chống bám tuyết dàn bay hơi. 46
  49. Hình 3.7 : Cấu tạo bình tách lỏng 3.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LẠNH Hình 3.8 : Sơ đồ hệ thống lạnh 47
  50. Chú thích : 1. Máy nén ; 2. Dàn ngƣng tụ ; 3. Quạt giải nhiệt giàn ngƣng; 4. Bình lọc hút ẩm ; 5. Van tiết lƣu ; 6. Dàn bay hơi ; 7. Đƣờng ống hút ; 8. Đƣờng ống đẩy ; 9. Bình tiêu âm ; 11. Bình sấy khô nối tiếp ; 12. không khí lạnh ; 13. Quạt dàn bay hơi ; 15. Buli và ly hợp điện tử ; 16. Không khí nóng. Hình 3.9 : Sơ đồ hệ thống lạnh sử dụng van tiết lƣu nhiệt, không có bình tách lỏng Hình 3.10 : Sơ đồ hệ thống lạnh sử dụng van tiết lƣu nhiệt, có bình tách lỏng 48
  51. 3.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐUN NÓNG NƢỚC 3.4.1 Đun nóng bằng hơi nƣớc bão hòa A. Đun nóng bằng hơi nƣớc trực tiếp a.Thiết bị loại sục cho hơi nƣớc sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần đun nóng. Hơi nƣớc ngƣng tụ và cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nƣớc ngƣng tạo thành lại trộn lẫn với chất lỏng. Hình 3.11 : Thiết bị đun nóng loại sục Chú thích : 1 : thùng chứa 2 : Ống hơi 3 : Van 4 : Van Phụ 5 : Van một chiều. 49
  52. b. Thiết bị loại sủi bọt Vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng Hình 3.12 : Thiết bị đun nóng loại sủi bọt Chú thích : 1 : Bể chứa 2 : Ống sủi bọt c.Thiết bị loại không phát ra tiếng động Để tránh tiếng động, ngƣời ta dùng thiết bị đun nóng không có tiếng động. Loại này có lắp thêm một cái loa 2 ở đầu ống dẫn hơi. Hình 3.13 : Thiết bị đun nóng không phát tiếng động Chú thích : 1. Bể Chứa ; 2. Loa hỗn hợp ; 3 Ống dẫn hơi 50
  53. *Nhƣợc điểm của phƣơng pháp đun nóng bằng hơi nƣớc trực tiếp : Đƣa thêm một lƣợng nƣớc ngƣng tụ vào trong chất lỏng cần đun nóng. Chỉ dùng trong các trƣờng hợp cho phép pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xảy ra giữa chất lỏng và nƣớc. B. Đun nóng bằng hơi nƣớc gián tiếp. Dùng để đun nóng các chất lỏng không đƣợc phép trộn lẫn với nƣớc, không đƣợc phép pha loãng v .v.Giữa hơi và chất lỏng có một tƣờng ngăn cách. Nhiệt từ hơi truyền qua tƣờng để cấp cho chất lỏng Thiết bị có vỏ bọc ngoài, loại ống xoắn, loại ống chùm v.v Hơi nƣớc sau khi cấp nhiệt cho chất lỏng qua tƣờng thì ngƣng tụ lại thành nƣớc ngƣng, chảy ra khỏi thiết bị theo một đƣờng ống riêng. Thƣờng dùng hơi nƣớc bão hào để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn và ẩn nhiệt ngƣng tụ cao. Dùng hơi nƣớc quá nhiệt không lợi vì hệ số cấp nhiệt thấp và lƣợng nhiệt quá nhiệt không lớn lắm. Thông thƣờng ngƣòi ta cho hơi vào thiết bị từ phía trên để nƣớc ngƣng có thể chảy xuống dễ dàng. Khi đun nóng bằng hơi nƣớc gián tiếp thì cần phải tháo nƣớc ngƣng ra một cách liên tục để thiết bị trao đổi nhiệt làm việc bình thƣờng. *Yêu cầu đối với thiết bị tháo nước: chỉ cho nƣớc ngƣng ra mà không cho hơi ra khỏi thiết bị.Thƣờng dùng các loại thiết bị riêng cho việc tháo nƣớc ngƣng: - Thiết bị tháo nƣớc ngƣng làm việc liên tục - Thiết bị tháo nƣớc ngƣng làm việc gián đoạn - Thiết bị tháo nƣớc ngƣng làm việc ở áp suất cao - Thiết bị tháo nƣớc ngƣng làm việc ở áp suất thấp 51
  54. a. Thiết bị tháo nƣớc ngƣng loại phao kín Khi đun nóng bằng hơi nƣớc gián tiếp thì cần phải tháo nƣớc ngƣng ra một cách liên tục để thiết bị trao đổi nhiệt làm việc bình thƣờng. - Đƣợc dùng trong trƣờng hợp áp suất hơi trong thiết bị lớn hơn 10 at - Nếu nhƣ lƣợng nƣớc ngƣng từ thiết bị trao đổi nhiệt chảy ra với lƣu lƣợng không đổi thì phao chỉ nằm tại một vị trí và liên tục tháo nƣớc ngƣng mà không cho hơi đi ra. Hình 3.14 : thiết bị tháo nƣớc ngƣng loại phao kín Chú thích : 1- ống dân hơi; 2- tấm chắn; 3- phao;4- đòn bẩy; 5- van; 6- cửa tháo nƣớc ngƣng; 7- tay quay; 8- van xả khí không ngƣng tụ b. Thiết bị tháo nƣớc ngƣng loại phao hở - Loại phao hở làm việc gián đoạn - Ƣu điểm : theo quá rình thải nƣớc gián đoạn có thể kiểm tra sự làm việc của thiết bị, những phần chịu lực ma sát của nó không va chạm vào vỏ.v. v. . . 52
  55. Hình 3.15 : thiết bị tháo nƣớc ngƣng loại phao kín Chú thích : 1- vỏ; 2- phao hớ (cốc); 3- cán phao; 4- ống để dẫn nƣớc ngƣng ; 5- van ; 6- van 1 chiều; 7- van tháo khí. 3.4.2 Đun nóng bằng dòng điện *Nhược điểm: - Thiết bị phức tạp - Giá thành cao *Ưu điểm: - Có thể tạo đƣợc nhiệt độ cao (tới 3200oĐộ C) mà các phƣơng pháp khác không thực hiện đƣợc - Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng và chính xác - Hiệu suất cao, có thể đạt đến 95% điện tiêu hao. 53
  56. 3.4.3. Hệ thống máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy a. Sơ đồ hệ thống máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy Hình 3.17: Sơ đồ hệ thống máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy. Chú thích : 1. Máy nén; 2. Bộ lọc thô; 3. Điện trở nung; 4. Máng hứng nƣớc thừa; 5. Van xả nƣớc 6. Bầu chứa nƣớc; 7. Dàn bay hơi; 8. Lớp cách nhiệt; 9. Ống mao; 10. Phin lọc;11. Dàn ngƣng tụ;12. Quạt làm mát dàn ngƣng; 13. Ống inox; 14. Đèn cực tím;15. Ống thủy tinh. Hình (3.17) trình bày cấu trúc của hệ thống nƣớc uống nóng - lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy. Từ hình vẽ ta thấy rằng về cấu trúc thì có hai phần rõ rệt.Trong đó phần đun nƣớc nóng đơn giản hơn bao gồm một bình đun nƣớc và một điện trở đun nƣớc, phần làm lạnh phức tạp hơn, bao gồm một máy nén, một giàn bay hơi, một giàn ngƣng tụ, quạt làm mát giàn ngƣng. Vì hệ thống sử dụng nƣớc máy cho nên ngƣời ta cần phải có một phần xử lí, đó là có bộ lọc thô có bình với bình có đèn cực tím để khử vi khuẩn. 54
  57. *Nguyên lí hoạt động : Từ hình vẽ (3.17) ta thấy rằng nƣớc từ nguồn cấp đi qua bộ lọc thô (2) rồi vào bình thủy tinh (15) ở đây nƣớc đƣợc đèn cực tím (14) diệt khuẩn.Sau khi đã diệt khuẩn thì chảy về 2 phía: *Phía nóng: Tại bình nƣớc nóng thì nƣớc đƣợc dây điện trở (3) đun nóng.Nhiệt độ đun phụ thuộc vào giá trị đặt của ngƣời sử dụng. Việc điều chỉnh nhiệt độ hoàn toàn tự động do rơ le nhiệt điều khiển.Khi nhiệt độ đến ngƣỡng trên thì rơle sẽ tác động mở cắt nguồn đƣa vào điện trở đun. Khi sử dụng thì nhiệt độ trong bình đun giảm xuống thì rơle lại đóng lại, cấp nguồn để đun nƣớc nóng lên. Việc lấy nƣớc ra thì ngƣời ta sẽ tác động vào van và nƣớc nóng sẽ đƣợc chảy ra ngoài. Để tránh nƣớc rơi vãi ra ngoài nơi đặt máy, ngƣời ta thƣờng thiết kế một cái khay có đƣờng dẫn ra lối thoát nƣớc. *Phía lạnh: Nƣớc từ đèn cực tím đƣợc chuyển từ gian bay hơi, ở đó thì dàn bay hơi sẽ trao đổi nhiệt và làm lạnh nƣớc đi, nhiệt độ cũng đƣợc đặt theo yêu cầu sử dụng của con ngƣời, và nó cũng tự động điều chỉnh khi nhiệt độ quá lạnh hoặc quá nóng so với ngƣỡng đặt. 55
  58. b. Sơ đồ mạch điện máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy. Hình 3.18 : Sơ đồ mạch điện máy uống nƣớc nóng - lạnh sử dụng nguồn nƣớc máy Chú thích : Dl.Đèn báo chế độ lạnh; cc. Cấu chì; Kl. Công tắc chế độ lạnh; TH1.Bộ điều chỉnh nhiệt độ bầu lạnh; OCR. Bảo vệ quá tải máy nén; MN. Máy nén; PTC. Rơle khởi động; Q. Quạt dàn ngƣng tụ; RN1.RN2. Rơle nhiệt khống chế nhiệt độ bầu nóng; TH2. Bộ điều chỉnh nhiệt độ bầu nóng ; R. Điện trở nung nóng; TF. Tăngphô; DT. Đèn cực tím; K2. Công tắc chế độ nóng. *Hoạt động của sơ đồ: Khi đóng công tắc (K1) thì đèn (D1) sáng, động cơ máy nén (MN) hoạt động đồng thời, quạt gió (Q) cũng đƣợc khởi động. Máy nén đƣợc khởi động qua rơle khởi động (PTC), nhiệm vụ của rơle này là cải thiện quá trình khởi động cho động cơ tránh động cơ gây quá dòng cũng nhƣ gây sự sụt áp cho lƣới điện. 56
  59. Việc điều khiển nhiệt độ bầu lạnh đƣợc thực hiện bằng rơle điều chỉnh nhiệt độ (TH1), rơle này ở thiết kế ngƣời ta cũng có nhiều ngƣỡng đặt giúp cho ngƣời vận hành chọn lựa tùy thích theo yêu cầu làm mát. Để bảo vệ cho động cơ thì ngƣời ta có sử dụng Rơle quá tải (OCR).Nếu nhƣ trong quá trình vận hành động cơ bị quá tải thì rơle này sẽ hoạt động tách động cơ này ra khỏi lƣới. Vì động cơ là động cơ một pha cho nên ở đây ngƣời ta sử dụng biện pháp khởi động cuộn dây phụ vì vậy đặc tính động cơ có nhiều ƣu điểm và hệ số cos không thấp.Quạt gió (Q) cũng là động cơ một pha tuy nhiên vì công suất nhỏ cho nên vấn đề kĩ thuật cũng không phải giải quyết nhiều. Ngƣời ta kiểm tra việc hoạt động của phía làm mát nƣớc lạnh thông qua đèn (D1), với phía nƣớc nóng, khi cần sử dụng ngƣời ta đóng công tắc (K2)( Trong nhiều trƣờng hợp thì ngƣời ta dùng chung (K1) và (K2) hay nói cách khác là nối cơ khí với nhau hai công tắc này), trong trƣờng hợp đó thì hệ thống luôn hoạt động cả hai.Khi (K2) đƣợc đóng lại thì đèn (D2) sáng báo cho ngƣời sử dụng biết nƣớc đã bắt đầu đƣợc đun. Lúc đó dòng điện thông qua rơle nhiệt (TH2) vào điện trở đun (R). Khi nhiệt độ đun đạt giá trị ngƣỡng trên (100 oC) chẳng hạn thì (TH2) sẽ mở ra khi sử dụng nƣớc, khi nhiệt độ giảm xuống thì (TH2) lại đóng, lại tiếp tục đun. Đèn cực tím thì đƣợc khởi động qua cuộn chấn lƣu (TF), đèn này hoạt động ngay sau khi giắc nguồn của hệ thống đƣợc cắm vào lƣới. Đèn cực tím có tuổi thọ không cao, vì vậy trong quá trình khai thác ngƣời ta luôn phải kiểm tra khả năng hoạt động của nó. Nếu đèn cực tím hỏng thì quá trình không thực hiện đƣợc và ngƣời sử dụng nƣớc lạnh có nhuy cơ không đảm bảo vệ sinh nƣớc uống. 57
  60. Trong phần đun nƣớc nóng ngƣời ta thƣờng có rơle nhiệt (RN1), (RN2) mắc vào làm nhiệm vụ điều nhiệt cho (TH2) 3.5. HỆ THỐNG MÁY UỐNG NƢỚC NÓNG LẠNH SỬ DỤNG NGUỒN NƢỚC ĐÃ QUA XỬ LÝ a. Sơ đồ hệ thống máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc đã qua xử lí. Hình 3.19: Sơ đồ hệ thống máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn đã qua xử lí Chú thích: 1. Máy nén; 2. Quạt dàn ngƣng tụ; 3. Phin lọc; 4. ống mao; 5. Lớp cách nhiệt;6 Dàn bay hơi; 7. Bầu chứa nƣớc lạnh; 8. Điện trở nung nóng. Hình (3.19) trình bày cấu trúc của hệ thống nƣớc uống nóng - lạnh sử dụng nguồn nƣớc đã qua xử lí. 58
  61. Từ hình vẽ ta thấy rằng về cấu trúc thì có hai phần rõ rệt.Trong đó phần đun nƣớc nóng đơn giản hơn bao gồm một bình đun nƣớc và một điện trở đun nƣớc, phần làm lạnh phức tạp hơn, bao gồm một máy nén, một giàn bay hơi, một giàn ngƣng tụ, quạt làm mát giàn ngƣng. *Nguyên lí hoạt động : Nƣớc từ bình nƣớc đã qua xử lí chảy về hai phía: *Phía nóng: Tại bình nƣớc nóng thì nƣớc đƣợc dây điện trở (3) đun nóng. Nhiệt độ đun phụ thuộc vào giá trị đặt của ngƣời sử dụng. Việc điều chỉnh nhiệt độ hoàn toàn tự động do rơle nhiệt điều khiển. Khi nhiệt độ đến ngƣỡng trên thì rơle sẽ tác động mở cắt nguồn đƣa vào điện trở đun. Khi sử dụng thì nhiệt độ trong bình đun giảm xuống thì rơle lại đóng lại, cấp nguồn để đun nƣớc nóng lên. Việc lấy nƣớc ra thì ngƣời ta sẽ tác động vào van và nƣớc nóng sẽ đƣợc chảy ra ngoài. Để tránh nƣớc rơi vãi ra ngoài nơi đặt máy, ngƣời ta thƣờng thiết kế một cái khay có đƣờng dẫn ra lối thoát nƣớc. *Phía lạnh: Dàn bay hơi sẽ trao đổi nhiệt và làm lạnh nƣớc đi, nhiệt độ cũng đƣợc đặt theo yêu cầu sử dụng của con ngƣời, và nó cũng tự động điều chỉnh khi nhiệt độ quá lạnh hoặc quá nóng so với ngƣỡng đặt. 59
  62. b. Sơ đồ mạch điện máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc đã qua xử lí. Hình 3.20 : Sơ đồ mạch điện máy uống nƣớc nóng lạnh sử dụng nguồn nƣớc đã qua xử lí Chú thích : Dl. Đèn báo chế độ lạnh; cc. cầu chì; Kl. Công tắc chế độ lạnh;TH1.Bộ điều chỉnh nhiệt độ bầu lạnh; OCR. Bảo vệ quá tải máy nén;MN. Máy nén; PTC. Relay khởi động; Q. Quạt dàn ngƣng tụ; RN1, RN2. Rơle nhiệt khống chế nhiệt độ bầu nóng;TH2. Bộ điều chỉnh nhiệt độ bầu nóng; R. Điện trở nung nóng; K2. Công tắc chế độ nóng. *Hoạt động của sơ đồ: Khi đóng công tắc (K1) thì đèn (D1) sáng, động cơ máy nén (MN) hoạt động đồng thời, quạt gió (Q) cũng đƣợc khởi động. Máy nén đƣợc khởi động qua rơle khởi động (PTC), nhiệm vụ của rơle này là cải thiện quá trình khởi động cho động cơ tránh động cơ gây quá dòng cũng nhƣ gây sự sụt áp cho lƣới điện. Việc điều khiển nhiệt độ bầu lạnh đƣợc thực hiện bằng rơle điều chỉnh nhiệt độ (TH1), rơle này ở thiết kế ngƣời ta cũng có nhiều 60
  63. ngƣỡng đặt giúp cho ngƣời vận hành chọn lựa tùy thích theo yêu cầu làm mát. Để bảo vệ cho động cơ thì ngƣời ta có sử dụng Rơle quá tải (OCR). Nếu nhƣ trong quá trình vận hành động cơ bị quá tải thì rơle này sẽ hoạt động tách động cơ này ra khỏi lƣới. Vì động cơ là động cơ một pha cho nên ở đây ngƣời ta sử dụng biện pháp khởi động cuộn dây phụ vì vậy đặc tính động cơ có nhiều ƣu điểm và hệ số cos không thấp. Quạt gió (Q) cũng là động cơ một pha tuy nhiên vì công suất nhỏ cho nên vấn đề kĩ thuật cũng không phải giải quyết nhiều. Ngƣời ta kiểm tra việc hoạt động của phía làm mát nƣớc lạnh thông qua đèn (D1), với phía nƣớc nóng, khi cần sử dụng ngƣời ta đóng công tắc (K2)( Trong nhiều trƣờng hợp thì ngƣời ta dùng chung (K1) và (K2) hay nói cách khác là nối cơ khí với nhau hai công tắc này), trong trƣờng hợp đó thì hệ thống luôn hoạt động cả hai. Khi (K2) đƣợc đóng lại thì đèn (D2) sáng báo cho ngƣời sử dụng biết nƣớc đã bắt đầu đƣợc đun. Lúc đó dòng điện thông qua rơle nhiệt (TH2) vào điện trở đun (R). Khi nhiệt độ đun đạt giá trị ngƣỡng trên (100 oC) chẳng hạn thì (TH2) sẽ mở ra khi sử dụng nƣớc, khi nhiệt độ giảm xuống thì (TH2) lại đóng, lại tiếp tục đun. Trong phần đun nƣớc nóng ngƣời ta thƣờng có rơle nhiệt (RN1), (RN2) mắc vào làm nhiệm vụ điều nhiệt cho (TH2). 61
  64. 3.6. THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY NƢỚC UỐNG NÓNG - LẠNH CÔNG SUẤT 1KW, ĐIỆN ÁP 220V, TẦN SỐ 50Hz 3.6.1. Đặt vấn đề. Từ những phân tích máy nƣớc uống nóng - lạnh sử dụng nguồn nƣớc đã đƣợc xử lí (Sử dụng bình nƣớc đóng chai), xuất phát từ thực tế và theo nhƣ một số máy nƣớc uống nóng - lạnh của các hãng có trên thị trƣờng Việt Nam. Em thấy rằng mô hình mà các hãng lựa chọn khá giống nhau về nguyên lí, trong đó máy đƣợc phân làm hai hệ thống độc lập: - Hệ thống nƣớc nóng: sử dụng điện trở đốt nóng để tạo nhiệt, điều khiển việc đun tự động qua các sensor nhiệt độ - Hệ thống nƣớc lạnh: sử dụng máy nén với các dàn nóng và lạnh theo nguyên lý làm lạnh của các tủ bảo quản thức ăn. Việc điều khiển tự động cũng dựa trên các cảm biến nhiệt độ. - Bình lƣu trữ để đun nóng và làm lạnh nƣớc thiết kế với việc cung cấp nƣớc liên tục, vì vậy thể tích của mỗi bình tích trữ là 1000ml. 62
  65. 3.6.2. Mô hình đề xuất Hình 3.21: Sơ đồ đề xuất máy nƣớc uống nóng lạnh Giới thiệu thiết bị: SW1 SW2: Công tắc đóng mở bằng tay o o t 1, t 2: Sensor nhiệt độ thấp o o t 3, t 4: Sensor nhiệt độ cao WL1, WL2: Đèn hiệu trắng cho hệ làm mát nƣớc R1, R2 : Rơle điện từ M: Động cơ Không Đồng Bộ một pha lai máy nén F: Động cơ Không Đồng Bộ một pha lai quạt gió PR: Điện trở đun nƣớc nóng OCR: Rơle quá tải loại nhiệt 63
  66. 3.6.3. Tính toán lựa chọn thiết bị a. Lựa chọn máy nén Động cơ không đồng bộ một pha SM - 450, (Hàn Quốc). Với các thông số và đại lƣợng: Pđm = 450W Uđm = 220V fđm = 50Hz Khởi động bằng cuộn dây phụ (tụ điện) Dòng định mức: Iđm = 2,5 A b. Lựa chọn quạt gió Động cơ không đồng bộ một pha SM - 55, (Hàn Quốc). Pđm = 55W Uđm = 220V fđm = 50Hz Khởi động bằng cuộn dây phụ (tụ điện) Dòng định mức: Iđm = 0,3 A 64
  67. c. Lựa chọn điện trở đun nƣớc Chọn loại điện trở đun trực tiếp (nhúng trực tiếp trong nƣớc loại 250 Liên Bang Nga). P = 250W U = 220V I = 1.2 A. d. Lựa chọn đèn hiệu Sử dụng đèn LED trắng Hình 3.22: Đèn LED với điện trở phụ R e. Lựa chọn Rơle trung gian điện tử (R1, R2) Chọn Rơle RY - 15 (Nhật Bản). Điện áp: U = 220V Dòng tiếp điểm: I = 15 A Số tiếp điểm: 04 cặp (thƣờng đóng và thƣờng mở) f. Các loại cảm biến t1, t2: Chọn các loại cảm biến công chất sử dụng cho tủ lạnh (điều chỉnh đƣợc) to = - 20 ÷ 25oC: Có sử dụng hai thang độ (Set and Diff) t3, t4 : Loại cảm biến công chất to = 70 ÷ 150oC: Có sử dụng hai thang độ (Set and Diff) 65
  68. g. Công tắc SW1,SW2. Chọn loại công tắc khuỷu 220V – 25W h. Cầu Chì F. Chọn: Uđm = 220V Iđm = 5A i. Chọn dây dẫn. Chọn dây nối đơn , S = 1mm2 j. Chọn các trụ đầu dây Loại nhiều trụ 220V – 5A 3.6.4. Thuyết minh hoạt động Hai hệ đƣợc thiết kế điều khiển độc lập thông qua hai công tắc SW1 và SW2 Khi bật SW1 - đèn WL1 sáng báo hiệu hệ sẵn sàng hoạt động. Do nhiệt độ nƣớc đang cao nên cả hai tiếp điểm cảm biến t1 và t2 đều đóng vì vậy rơle R1 có điện hoạt động. o o Hình 3.23: Vùng làm việc của t 1 và t 2. 66
  69. Tiếp điểm R11 đóng - động cơ máy nén đƣợc khởi động - hệ bắt đầu làm mát nƣớc. Tiếp điểm R12 đóng - động cơ quạt gió F quay. o Khi nƣớc đƣợc làm mát đến ngƣỡng đặt thì tiếp điểm t 2 mở ra - động cơ o M dừng. Động cơ chi hoạt động lại khi t 1 đóng lại. Cứ nhƣ vậy hệ thống hoạt o o động dƣới sự điều khiển của rơle nhiệt t 1 và t 2. Khi bật SW2 đèn WL2 sáng báo hiệu hệ đƣợc cấp điện. R2 có điện do hai tiếp điểm đóng - nƣớc đƣợc hâm. o o Khi nƣớc nóng đến nhiệt độ đặt t 4 mở ra – PR mất điện do trƣớc đó t 3 o mở rồi nên nhiệt độ trong bình phải giảm đến khi t 3 đóng lại (theo giá trị đặt). o o Hình 3.24: Vùng làm việc của t 3 và t 4 Nếu động cơ bị quá tải thì OCR tác động bảo vệ. Nếu xảy ra ngắn mạch trong hệ thì cầu chì F tác động bảo vệ. 67
  70. KẾT LUẬN Sau một thòi gian tìm tòi, tham khảo tài liệu, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là giảng viên hƣớng dẫn chính PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, đến nay đồ án của em đã cơ bản hoàn thành. Thông qua quá trình làm đồ án “Thiết kế và xây dựng hệ thống máy nƣớc uống nóng - lạnh công suất 1KW sử dụng nƣớc đã xử lí nguồn điện 220V – 50hz”, em đã đi sâu vào nghiên cứu và nhận ra rằng đây là một đồ án rất thực tế, qua đây giúp em đã nâng cao kiến thức chuyên ngành rất nhiều, đồng thời nó cũng đã khắng định đƣợc tầm quan trọng của ngƣời kỹ sƣ, đảm bảo đƣợc cả hai tiêu chí là yêu cầu kỳ thuật và chi phí cho sản xuất là thấp nhất. Trong bản đồ án em đã phân tích những đặc điểm, khả năng cũng nhƣ ƣu nhƣợc điểm của hệ thống và đã thực hiện đƣợc các vấn đề sau: - Khái niệm về máy nƣớc uống nóng lạnh - Trình bày nguyên lí làm lạnh của hệ thống - Trình bày nguyên tắc làm nóng của hệ thống - Thiết kế kỹ thuật và lựa chọn thiết bị cho hệ thống uống nƣớc nóng lạnh phục vụ gia đình và công sở. Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành ảm ơn ! Hải Phòng, ngày 5 tháng 7 năm 2014 Sinh viên thực hiện: Tống Xuân Hà 68
  71. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng, Lê Thanh Phong, Trần Hữu Hƣng (2009).Tự động điều chỉnh các quá trình nhiệt - lạnh. Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh. [2]. Nguyễn Đức Lợi (2000). Tự động hóa hệ thống lạnh. Nhà xuất bản Giáo Dục, Hà Nội. [3]. Schreider Electric (2001). Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 69