Máy nén lạnh là một thiết bị quan trọng đáp ứng cho việc điều hòa không khí,làm lạnh cho các công trình và thiết bị ở quy mô lớn.Chúng nén môi chất lạnh ở áp suất thấp lên áp suất cao,nhiệt độ cao,bên cạnh đó còn loại bỏ hơi khỏi dàn bay hơi. Phần lớn máy nén lạnh (máy nén môi chất lạnh) thường có kích thước lớn,đóng vai trò như là trái tim của hệ thông HVAC ( heating,ventilating and air conditioning). Các máy nén lạnh là thiết bị cơ khí có kích thước lớn,tuy nhiên những máy nén này được thiết kế đặc biệt cho hệ thống điều hòa không khí và không cung đáp ứng chức năng cung cấp nhiệt hay thông gió.
Chu trình máy nén – Chu trình lạnh
Máy nén lạnh làm việc bằng cách lấy gas lạnh ở áp suất thấp ở đầu vào và nén nó như một cái máy ép. Những cách nén khác nhau sẽ cho ra những loại máy nén khác nhau. Qúa trình nén này tạo ra môi chất lạnh ở nhiệt độ cao,áp suất cao.
Dưới đây là sơ đồ trình bày chu trình của một hệ thống lạnh cơ bản :
Từ A-D bao gồm nhiều thiết bị khác nhau. Số 1-5 chỉ ra nhiều trạng thái vật lý của dòng môi chất lạnh di chuyển trong hệ thống.
Trạng thái 1 là khi môi chất lạnh di chuyển qua dàn bay hơi (D), nơi không khí nóng trao đổi nhiệt với môi chất lạnh và chuyển hóa chúng thành hơi.
Trạng thái 2 là sau khi môi chất lạnh sau khi di chuyển qua máy nén (A),nơi áp suất và nhiệt độ của nó được tăng lên đến mức hơi quá nhiệt
Trạng thái 3 và 4 là khi môi chất di chuyển qua dàn ngưng tụ (B),nơi nó được trao đổi nhiệt với môi trường và ngưng tụ thành lỏng
Trạng thái 5 là sau khi môi chất di chuyển qua van tiết lưu (C),nơi giảm áp suất của môi chất lạnh. Nó sẽ hạ nhiệt độ của môi chất và sau đó sẽ biến môi chất lỏng thành hỗn hợp lỏng/hơi (hơi bão hòa ẩm)
Sơ đồ nhiệt độ-entropy và áp suất-entapy là 2 sơ đồ thường được sử dụng để xây dựng và mô tả những hệ thống lạnh này. Chúng xác định được những đặc tính của các môi chất ở các trạng thái khác nhau trong hệ thống
Sơ đồ nhiệt độ-entropy của chu trình lạnh cơ bản
Sơ đồ áp suất-entapy của chu trình lạnh cơ bản
Phân loại máy nén
Có nhiều loại máy nén khác nhau thường được dụng cho hoạt động làm lạnh và điều hòa không khí. Ví dụ như các loại bơm,tất cả các”bơm nhiệt” có thể ban đầu được phân loại như là bơm thể tích hoặc bơm ly tâm.Máy nén thể tích có buồng giảm lưu lượng trong suốt quá trình nén,trong khí máy nén ly tâm có buồng lưu lượng cố định. Video sau sẽ giải thích một cách trực quan hơn
Bên cạch sự phân biệt này, sự khác nhau của mỗi loại máy nén dựa trên đặc trưng cơ học của chúng. Năm loại máy nén chính là piston, rotary, trục vít, xoắn ốc và ly tâm
Máy nén piston, còn được gọi là máy nén xoay chiều (Reciprocating compressor), dùng piston và xylanh để tạo ra lực nén giống như động cơ đốt trong hay bơm piston. Chuyển động qua lại của piston dựa vào ngoại lực nén môi chất lạnh bên trong xylanh.Máy nén piston có chi phí ban đầu thấp và đơn giản,dễ thiết kế lắp đặt. Chúng có công suất đầu ra lớn và có thể có đạt được áp suất cao. Tuy nhiên,máy nén piston có chi phí bảo trì cao,tiềm ẩn vấn đề về rung động và khôngđược thiết kế để chạy liên tục ở công suất tải đầy.
Chu trình máy nén piston
Máy nén Rotary:
Máy nén rotary có 2 phần tử quay ăn khớp như bánh răng,môi chất lạnh được nén ở giữa chúng. Những máy nén này rất hiệu quả bởi vì hoạt động hút và nén môi chất lạnh diễn ra đồng thời. Chúng có rất ít bộ phận di chuyển,tốc độ quay thấp,chi phí ban đầu và bảo trì thấp và thích nghi tốt vơi môi trường dơ bẩn.Tuy nhiên,chúng bị giới hạn bởi lưu lượng môi chất lạnh và áp suất thấp hơn các loại máy nén khác
Chu trình máy nén rotary
Máy nén trục vít
Máy nén trục vít dùng một cặp roto xoắn ốc hoặc trục vít ăn khớp với nhau để nén môi chất lạnh giữa chúng. Chúng có thể tao ra áp suất cao với lượng môi chất nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng hơn máy nén piston. Máy nén trục vít cần ít đến trung bình chi phí đầu tư ban đầu cũng như là bảo trì và ít bộ phận chuyển động.Tuy nhiên,máy nén trục vít gặp khó khăn ở những môi trường hoạt động ô nhiễm, tốc độ quay cao và vòng đời kỳ vọng thấp hơn các thiết kế khác
Máy nén xoắn ốc:
Máy nén xoắn ốc dùng 2 đĩa xoắn ốc lồng vào nhau để nén môi chất lạnh.Đĩa ở trên cố định trong khi đĩa ở dưới di chuyển theo quỹ đạo.Máy nén xoắn ốc hoạt động rất yên tĩnh,các bộ phân hoạt động một cách trơn tru và hiệu suất cao nhất trong các loại máy nén.Chúng cũng rất linh hoạt trong việc xử lý môi chất ở dạng lỏng.Tuy nhiên,ở thiết kế kín,máy nén xoắn ốc không thể dễ dàng được sửa chữa,chúng không thể quay ở cả 2 chiều.Máy nén xoắn ốc chủ yếu được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô và lạnh thương mại.
Máy nén lý tâm:
Máy nén ly tâm dùng hoạt động quay bánh cánh quạt để tạo ra lực ly tâm lên môi chất lạnh bên trong buồng nén (hình xoắn ốc).Không như những thiết kế khác,máy nén ly tâm không hoạt động dựa trên nguyên lý thể tích mà đã cố định lưu lượng buồng.Máy nén ly tâm thích hợp để nén môi chất với lưu lượng lớn và áp suất thấp.Lực nén được tạo ra bởi bánh cánh quạt thì nhỏ cho nên hệ thống dùng máy nén ly tâm thường sử dụng 2 hay nhiều cấp (nhiều bánh cánh quạt) trong chuỗi để tạo ra lực nén cao.Máy nén ly tâm thỏa mãn thiết kế đơn giản,ít bộ phận chuyển động và hiệu quả năng lượng khi hoạt động ở chế độ đa cấp
Môi chất lạnh:
Thông thường,máy nén được thiết kế để làm việc với một loại môi chất lạnh đặc thù.Để chọn một máy nén cần xem xét môi chất lạnh mong muốn để đáp ứng cho nhu cầu của bản thân.Môi chất lạnh được đặt tên như R-12 hay R-134a hiệp hội nhiệt,lạnh và điều hòa không khí Mỹ (ASHRAE).Môi chất lý tưởng là môi chất có các tính chất nhiệt động thuận lợi và trơ về mặt hóa học (không ăn mòn),thân thiện với môi trường và an toàn (không độc,không cháy).Môi chất thích hợp nên có điểm sôi thấp hơn một ít so với nhiệt độ mong muốn,nhiệt độ bay hơi cao,tỷ trọng lỏng vừa phải,tỷ trọng khí cao,và nhiệt độ tới hạn cao
