Giáo trình Hệ thống máy và thiết bị lạnh - Chương 1: Vai trò các hệ thống lạnh trong nền kinh tế quốc dân

nén lạnh. 
1.2.11 ứng dụng khác 
 1.2.11.1 Các phòng thử nghiệm 
 1. Thử nghiệm thiết bị giao thông 
 Nhiều thiết bị giao thông đòi hỏi tiến hành thử nghiệm 
trong các phòng đặc biệt với các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm có thể thay 
đổi theo yêu cầu thử nghiệm. 
 Ví dụ như phòng thí nghiệm toa tàu hỏa. 
 Nhiệt độ của phòng thử nghiệm phải tương ứng với điều kiện 
khí hậu khắc nghiệt nhất bên ngoài trời ở Việt Nam là 0 đến +60oC và 
cho các tàu quốc tế từ -40 đến +50oC. Ngoài ra trong phòng còn có thể 
tạo ra các điều kiện mưa gió để thử nghiệm độ kín và khả năng hoạt 
động của các cửa sổ, cửa ra vào và các thiết bị khác trên tàu trong mọi 
điều kiện thời tiết. Đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao bên ngoài 
 42
phải thử nghiệm tình trạng hoạt động của hệ thống lạnh, điều hoà trên 
tàu. 
 Các thử nghiệm các phương tiện giao thông khác trên bộ bao 
gồm thử nghiệm tính chất khí động ở tốc độ cao, các đặc tính của 
động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao nhất và thấp nhất ngoài trời. Nhiệt 
độ phòng có thể điều chỉnh giữa +70oC và -50oC, tốc độ không khí đạt 
200 km/h (ngang tốc độ ôtô). Phòng thử nghiệm cần có hệ thống làm 
lạnh công suất lớn, nhằm thải nhiệt qua kết cấu bao che, nhiệt do động 
cơ ôtô gây ra và nhiệt do quạt tuần hoàn gió tỏa ra. Để tạo ra lưu 
lượng không khí lớn tuần hoàn với tốc độ lớn cần có quạt công suất rất 
lớn nên nhiệt thải ra từ động cơ quạt rất cao. Công suất quạt có thể 
lên tới vài ngàn kW. 
 Để tuần hoàn không khí người ta sử dụng quạt trục vít, đường 
kính đạt đến 10m hoặc lớn hơn. Trở lực dòng chảy không vượt quá 
25mbar. Đối với các ôtô lạnh cần phải nghiên cứu sự truyền nhiệt 
qua vách cách nhiệt và các cửa cách nhiệt ở các tốc độ khác nhau và 
nhiệt độ khác nhau. 
 Đối với việc thiết kế, chế tạo máy bay việc thử nghiệm các tải 
cơ và nhiệt hoặc tải động và tĩnh là rất cần thiết. Máy bay đặc biệt 
máy bay siêu âm chịu tải nhiệt rất lớn bởi vì nhiệt độ bề mặt máy bay 
thay đổi rất nhanh. Khi cất cánh giả sử máy bay có nhiệt độ bằng nhiệt 
độ môi trường là 30oC, nhưng chỉ sau vài phút nhiệt độ bề mặt do ma 
sát với không khí có thể lên tới 150oC. Khi hạ cánh nhiệt độ thay đổi 
ngược lại. Bởi vì nhiệt độ trong máy bay thay đổi chậm, thậm chí 
không thay đổi do được điều hoà không khí, hiệu nhiệt độ lớn đó tạo 
ra các ứng lực thay đổi. Các ứng lực này là nguyên nhân gây ra hiện 
tượng mỏi của vật liệu chế tạo. Đối với máy bay vận tải dân dụng tuổi 
thọ đòi hỏi cao hơn nhiều so với máy bay quân sự. 
 Để thử nghiệm sự vận hành của máy bay Concorde Anh và 
Pháp đã xây dựng một phòng thử nghiệm thay đổi nhiệt độ. ở đây có 
thể tiến hành cả thí nghiệm cơ học và nhiệt học trong đó nhiệt độ 
không khí có thể điều chỉnh từ 150oC đến -35oC. Thiết bị lạnh bao 
gồm một phần là máy nén piston, công suất 3.800 kW ở nhiệt độ bay 
hơi -1oC và nhiệt độ ngưng tụ +35oC, một phần là máy nén ly tâm với 
công suất lạnh 4.200 kW ở nhiệt độ bay hơi -62oC trong đó amôniắc là 
 43
môi chất lạnh đồng thời là chất tích lạnh. Để làm nóng nhanh không 
khí người ta sử dụng một calorife cho nước nóng 180oC chảy qua. 
 Các vệ tinh nhân tạo bay trên quỹ đạo cũng chịu tác động rất 
lớn của nhiệt độ. Ban đêm, nhiệt độ xuống -170oC và ban ngày nhiệt 
độ lên tới 100oC. Để thử nghiệm khả năng chịu nhiệt độ thay đổi của 
vệ tinh người ta xây dựng phòng thử nghiệm vũ trụ, trong đó các điều 
kiện làm việc của vệ tinh được mô phỏng. Do yêu cầu chân không cao 
trong phòng thí nghiệm nên không có thành phần đối lưu và dẫn nhiệt. 
Việc nâng và hạ nhiệt độ vệ tinh được thực hiện bằng bức xạ nhiệt. 
 2. Động cơ và các dụng cụ 
 Rất nhiều thiết bị kỹ thuật muốn đưa ra sản xuất hàng loạt, các 
nhà sản xuất cần phải tiến hành thử nghiệm trong những điều kiện khí 
hậu khắc nhiệt nhất mà thiết bị có thể chịu đựng trên thực tế. Muốn 
vậy cần có hệ thống làm lạnh và sưởi để có thể thay đổi nhiệt độ 
phòng một cách tuỳ ý theo các điều kiện thử nghiệm 
 - Để thử nghiệm các động cơ ôtô và đặc biệt động cơ máy bay 
làm việc trong các điều kiện khác nhau người ta xây dựng các phòng 
thử nghiệm mô phỏng điều kiện khí hậu thực tế mà ôtô có khả năng 
phải chịu đựng trên thực tế. Phòng thử nghiệm này có khoảng nhiệt độ 
có thể thay đổi trong khoảng từ -50oC đến 70oC tương đương nhiệt độ 
vùng Bắc cực hay trên sa mạc và ở áp suất khác nhau. 
 Đối với ôtô áp suất thay đổi không đáng kể có thể bỏ qua. 
Đối với động cơ máy bay áp suất làm việc thay đổi đáng kể, tuỳ 
thuộc vào độ cao. ở độ cao ngang mực nước biển áp suất khí quyển là 
760mmHg, ở độ cao 20 km áp suất chỉ còn 41mmHg, ở độ cao 25km 
áp suất 19mmHg. 
 - Trong phòng thí nghiệm quang học và cơ khí chính xác cần 
mô phỏng các điều kiện khí hậu ở đó chúng sẽ làm việc. Nhiệt độ có 
thể điều chỉnh trong khoảng từ -65oC đến +80oC và có thể điều chỉnh 
bằng chương trình. ở phạm vi nhiệt độ trên 0oC độ ẩm tương đối phải 
điều chỉnh được từ 40% đến 100%. 
 - Các dụng cụ ngắt điện đặc biệt cho điện cao thế cũng cần thử 
nghiệm ngay ở nơi sản xuất với các điều kiện nhiệt độ từ -50oC đến 
 44
50oC kể cả trong điều kiện bị đóng băng. Tổn thất điện hoá của các 
đường dây cao thế cũng cần được nghiên cứu và thử nghiệm. 
 3. Công nghệ lai tạo giống thực vật 
 Trong kỹ thuật sinh học lai tạo giống phục vụ ngành nông, lâm 
nghiệp, yêu cầu thực tế đặt ra là cần lai tạo ra những giống cây có khả 
năng chịu đựng điều kiện khí hậu khắc nghiệt để có thể gieo trồng ở 
những vùng khí hậu nhất định. Có những giống đòi hỏi chịu đựng 
nhiệt độ cao, không khí khô hạn, có giống đòi hỏi phải chịu đựng khí 
hậu lạnh, ẩm ướt. 
 ở một số viện nghiên cứu và lai tạo giống thực vật người ta đã 
xây dựng các phòng thử nghiệm, đó là các nhà kính ở trong đó người 
ta trồng các loài thực vật thử nghiệm, nhiệt độ không khí có thể điều 
chỉnh được. Những phòng thí nghiệm đó người ta gọi là phytotron. 
Các thông số khí hậu có thể điều chỉnh được trong các phòng này là 
nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2, cường độ chiếu sáng vv... Điều kiện 
chiếu sáng được mô phỏng như ngày và đêm. 
 1.2.11.2 Làm mát động cơ và máy phát 
Nhiệt độ môi trường càng cao, khối lượng không khí được hút vào 
động cơ đốt trong càng nhỏ do đó công suất động cơ giảm. Bằng cách 
làm lạnh không khí cấp cho động cơ người ta có thể nâng công suất 
động cơ lên cao hơn. 
 Không khí cấp cho động cơ diesel có thể làm lạnh trực tiếp nhờ 
chu trình nén khí hoặc gián tiếp nhờ môi chất lạnh sôi. 
 Trên hình 1-7 giới thiệu hệ thống thiết bị làm mát không khí 
cấp cho động cơ diezen. Không khí được nén qua máy nén ly tâm 1 và 
đưa vào làm mát sơ bộ bằng nước ở thiết bị trao đổi nhiệt 3, sau đó 
làm mát bằng môi chất lạnh sôi ở bình bay hơi 4 rồi cấp vào động cơ 
diezen. Máy lạnh có máy nén ly tâm 6, bình ngưng làm mát 7, van tiết 
lưu 5 và bình bay hơi 4. Để truyền động cho máy nén người ta dùng 
động cơ tua bin 8 làm việc nhờ vòng tuần hoàn hơi frêôn. Để truyền 
 45
động cho máy nén ly tâm 1 người ta dùng động cơ tua bin 2 chạy bằng 
khí thải từ động cơ diezen. 
 Những cuộn dây của các máy phát điện lớn thường được làm 
mát bằng nước hoặc bằng khí hyđrô. Với cường độ làm mát cao phải 
nhờ đến môi chất lạnh sôi, ví dụ frêôn vv... Nhiệt độ sôi tối ưu được 
xác định nhờ tính toán kinh tế nếu không công suất tiêu tốn cho máy 
lạnh lớn hơn công suất có ít thu được từ máy phát. 
I- động cơ diesel; II- HT động lực cho máy lạnh; III- HT cấp khí và làm 
lạnh 
1- Máy nén ly tâm; 2- Tua bin; 3- Làm mát không khí bằng nước; 4- Làm 
mát không khí bằng frêôn; 5- Van tiết lưu; 6- Máy lạnh ly tâm; 7- Bình 
ngưng; 8- Tua bin khí frêôn; 9- Bình chứa frêôn; 10- Bơm frêôn; 11- Bình 
ngưng của hệ sinh công nhờ frêôn 
Hình 1-7: Làm mát không khí cấp cho động cơ diesel 
 1.2.11.3 Xử lý lạnh các sản phẩm khác nhau 
1. Ngũ cốc và thực vật 
 Nhiều loại ngũ cốc vào dịp đông xuân trong quá trình phát triển 
đòi hỏi một thời kỳ giá lạnh ngay sau khi nảy mầm. Tuy nhiên nếu bị 
đóng băng hoặc đợt giá lạnh khắc nghiệt thì mầm có thể bị chết. Để 
tránh thời tiết bất lợi có thể làm thiệt hại mùa màng có thể xử lý lạnh 
 46
nhân tạo. Quá trình xử lý lạnh nhân tạo phải tuỳ thuộc vào giống và 
loại ngũ cốc. Có những loại không cần xử lý lạnh. 
 Bằng cách xử lý lạnh của giống hoa tuylip người ta có thể làm 
cho hoa nở sớm hơn. Hiệu quả cũng tuỳ thuộc vào loài và giống hoa. 
Đối với một số loài hoa khác việc xử lý lạnh được coi là nhân tố thúc 
đẩy sự phát triển của hoa. 
 Các gốc hồng nếu được bảo quản ở 0 đến 0,5oC và độ ẩm 98% 
sẽ có giấc ngủ đông và không bị sương giá làm hỏng. Các nhánh cẩm 
chướng tách từ gốc mẹ có thể bảo quản trong cactông hơn 6 tháng ở 
nhiệt độ 0,5oC. 
 2. Bảo quản hoa 
 Hoa cắt được chia làm ba giai đoạn: 
 a. Giai đoạn phát triển trên gốc hoa mẹ. 
 b. Giai đoạn vận chuyển và đem bán. 
 c. Giai đoạn cắm hoa ở trong nhà của khách hàng. 
Giai đoạn b) tiến hành trong thời gian càng ngắn càng tốt và bảo quản 
trong điều kiện để các nụ hoa không được nở ra. Thời gian cắt thích 
hợp rất quan trọng đối với vấn đề trên. 
 ở nhiệt độ càng thấp cường độ thở của hoa càng giảm và thời 
gian hoa tươi càng dài. Đối với rất nhiều giống hoa có nhiệt độ giới 
hạn nếu bảo quản dưới nhiệt độ đó khi lấy ra khỏi buồng lạnh hoa 
không thể nở được nữa. Ví dụ hoa phong lan không thể bảo quản dưới 
7÷10oC, ngược lại hoa tím có thể bảo quản đến 3oC và hoa hồng từ 
0÷1oC. Bảo quản hoa thuỷ tiên và hoa cẩm chướng ở 1 đến 2oC là tốt 
nhất và thời gian bảo quản khoảng 10 ngày. 
 Hoa vùng California của Mỹ tỏ ta thích hợp nhất với nhiệt độ 
từ 0,5 đến 4oC. Đáng lưu ý là thời gian vận chuyển trên máy bay 
không chiếm quá 30% thời gian từ nơi trồng hoa phía Tây đến chợ hoa 
ở phía Đông nước Mỹ. Trên máy bay hoa được bảo quản ở nhiệt độ 
10 đến 21oC. Tuy nhiên đây là các kết quả thử nghiệm của nước 
ngoài, các số liệu này có thể chưa chắc đã phù hợp ở Việt Nam vì các 
điều kiện khí hậu, đất đai, thổ nhưỡng, chăm sóc, loài hoa có khác 
nhau. 
 47
* * * 
 48