CHƯƠNG 8. CHU TRÌNH LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH VÀ BƠM NHIỆT
Chu trình ngược chiều là chu trình của máy lạnh và bơm nhiệt, trong đó thực hiện quá trình chuyển nhiệt năng từ nguồn có nhiệt độ thấp đến nguồn có nhiệt độ cao dưới tác dụng của năng lượng bên ngoài (công, nhiệt, ...). Trên các đồ thị trạng thái, đường biểu diễn chu trình ngược chiều có chiều ngược chiều kim đồng hồ.
Tuỳ theo mục đích sử dụng ta chia chu trình ngược chiều thành:
- Chu trình máy lạnh (sử dụng nhiệt lấy từ nguồn lạnh q2)
- Chu trình bơm nhiệt(sử dụng nhiệt nhả cho nguồn nóng q1 để đốt nóng, sấy,...)
Tuy nhiên về sơ đồ nguyên lý, cấu tạo thiết bị và chu trình của chúng hoàn toàn giống nhau, chỉ khác ở khoảng nhiệt độ làm việc T1 của nguồn nóng và T2 của nguồn lạnh. Với máy lạnh T1 là nhiệt độ của môi trường (không khí, nước làm mát), T2 là nhiệt độ cần làm lạnh. Với bơm nhiệt T1 là nhiệt độ cần cho quá trình đốt nóng, T2 là nhiệt độ môi trường. Thông thường người ta chế tạo một loại gọi là máy biến nhiệt tổng hợp trong đó sử dụng nhiệt q1 (cho đốt nóng) và q2 (cho làm lạnh). Sau đây chúng ta sẽ xem xét sơ qua các phương pháp làm lạnh.
8.1. Các phương pháp làm lạnh
Muốn làm lạnh một vật ta phải lấy nhiệt của vật đó ở nhiệt độ thấp để nhiệt độ của vật giảm đến nhiệt độ yêu cầu. Đó là nguyên tắc chung của phương pháp làm lạnh sẽ được trình bày dưới đây:
8.1.1. Sử dụng sự giãn nở của chất khí
Chúng ta đã biết nhiệt độ của chất khí luôn tỷ lệ thuận với áp suất của nó. Nếu ta thực hiện quá trình giảm áp suất (giãn nở) sẽ kéo theo sự giảm nhiệt độ, sau đó sẽ thực hiện quá trình nhận nhiệt của vật ở nhiệt độ thấp này. Đây chính là chu trình máy lạnh không khí (môi chất là không khí).
8.1.2. Sử dụng hiệu ứng tiết lưu đoạn nhiệt Juole-Thomson
Chúng ta đã biết khi chất khí hoặc hơi ở nhiệt độ ban đầu nhỏ hơn nhiệt độ chuyển biến pha hơi (ở cùng áp suất), qua tiết lưu nhiệt độ của khí hoặc hơi giảm. Đây chính là nguyên lý của máy lạnh hoá lỏng các khí.
8.1.3. Sử dụng hiệu ứng nhiệt-điện (hiệu ứng J-Peltier)
Hiệu ứng nói rằng: có dòng điện chạy qua mạch gồm hai dây kim loại hàn hai đầu với nhau thì một đầu mối hàn toả nhiệt, đầu kia hấp thụ nhiệt. Sử dụng sự hấp thụ nhiệt của một đầu mối hàn ở nhiệt độ thấp để lấy nhiệt của vật cần làm lạnh là nguyên lý của chu trình máy lạnh điện-nhiệt.
8.1.4. Sử dụng nhiệt chuyển biến pha ở nhiệt độ thấp
Ta biết rằng áp suất của chất lỏng khi qua van tiết lưu sẽ giảm, điều này kéo theo nhiệt độ sôi tương ứng giảm. Dùng môi chất nhận nhiệt của vật cần làm lạnh để bốc hơi ở nhiệt độ thấp này là nguyên lý của máy lạnh thông thường (máy lạnh có máy nén, máy lạnh hấp thụ).
Người ta cũng có thể sử dụng nhiệt nóng chảy hoặc thăng hoa trong quá trình biến từ pha rắn sang pha lỏng hoặc từ pha rắn sang pha hơi của một số chất ở nhiệt độ thấp.
