Chất lạnh trong hệ thống kho lạnh

Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh hay gas lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén.

Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, sự thải nhiệt cho môi trường có nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao, sự tăng áp của quá trình nén hơi và giảm áp.

Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh cần đáp ứng các yêu cầu sau:

1. Tính chất hoá học

– Môi chất cần bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân huỷ, không được polyme hoá.

– Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm.

– An toàn, không dễ cháy dễ nổ.

2. Tính chất lý học

– Áp suất ngưng tụ không được quá cao, nếu áp suất ngưng tụ quá cao độ bền chi tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dày, dễ rò rỉ môi chất.

– Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống không bị chân không, dễ rò lọt không khí vào hệ thống.

– Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều.

– Nhiệt ẩn hoá hơi (r) và nhiệt dung riêng (c) của môi chất lỏng càng lớn càng tốt. Nhiệt ẩn hoá hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống càng nhỏ, năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn.

– Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt, máy nén và thiết bị càng gọn.

– Độ nhớt động học càng nhỏ càng tốt, để giảm tổn thất áp suất trên đường ống và cửa van.

– Hệ số dẫn nhiệt và hệ số toả nhiệt càng lớn càng tốt vì thiết bị trao đổi nhiệt gọn hơn.

– Môi chất hoà tan dầu hoàn toàn có ưu điểm hơn so với loại môi chất không hoà tan hoặc hoà tan một phần vì quá trình bôi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt không bị một lớp trở nhiệt do dầu bao phủ, tuy cũng có nhược điểm làm tăng nhiệt độ bay hơi, làm giảm độ nhớt của dầu.

– Khả năng hoà tan nước của hệ thống càng lớn càng tốt để tránh tắc ẩm ở bộ phận tiết lưu.

– Không được dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín.

3. Tính chất sinh lý

– Môi chất không độc hại đối với người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp, không tạo lớp khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn và vật liệu chế tạo máy.

– Môi chất cần phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện khi bị rò rỉ. Có thể pha thêm chất có mùi vào môi chất lạnh nếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh.

– Môi chất không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản.

4. Tính kinh tế

– Giá thành phải hạ tuy độ tinh khiết phải đạt yêu cầu.

– Dễ kiếm, nghĩa là môi chất được sản xuất công nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng.

Không có môi chất lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các nhu cầu đã nêu trên, ta chỉ có thể tìm được một môi chất đáp ứng ít hay nhiều những yêu cầu đó mà thôi. Tuỳ từng trường hợp ứng dụng có thể chọn loại môi chất này hoặc môi chất kia sao cho ưu điểm được phát huy cao nhất và nhược điểm được hạn chế đến mức thấp nhất.

Tôi quyết định chọn môi chất lạnh sử dụng là NH3. Amoniac có nhiệt ẩn hoá hơi lớn thích hợp cho hệ thống lạnh có công suất lớn do lượng môi chất tuần hoàn nhỏ, lượng nạp nhỏ, máy nén và các thiết bị gọn, rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng, nước ta sản xuất được. Mặt khác amoniac là môi chất không gây ảnh hưởng đến tầng ozôn và hiệu ứng nhà kính như frêôn. Đây là môi chất của hiện tại và tương lai.

Hiện nay, hệ thống lạnh cho kho bảo quản thường sử dụng môi chất freon 22 và môi chất NH3. Do yêu cầu về mặt môi trường: phá hủy tầng ozôn, gây hiệu ứng nhà kính.Môi chất freon 22 chỉ là môi chất quá độ và dần sẽ được thay thế bằng môi chất khác. Vì vậy tôi quyết định chọn môi chất ammoniac cho hệ thống lạnh đang thiết kế.

Nhờ có các tính chất nhiệt động quý báu nên ammoniac tuy độc hại nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi.