Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tủ lạnh
Tủ lạnh gia đình là thiết bị hạ thấp nhiệt độ trong tủ để bảo quản thức ăn, thực phẩm, thuốc men, rau quả hoặc làm nước đá trong gia đình.
Chất làm lạnh trong tủ giữ vai trò quan trọng và là phương tiện vận chuyển để tải nhiệt ở trong tủ ra bên ngoài tủ. Dịch vụ Fix chuyên sửa tủ lạnh tại nhà chia sẻ cho bạn một số thông tin về cơ cấu và nguyên lý hoạt động của chúng.
Cấu tạo của tủ lạnh
Hệ thống lạnh của tủ lạnh phải có hai phần trao đổi nhiệt: bộ phận thu nhiệt trong tủ (dàn lạnh) và bộ phận toả nhiệt ở bên ngoài tủ (dàn nóng).
Vỏ tủ lạnh được chế tạo thành hai lớp, giữa hai lớp có đệm chất cách nhiệt để hạn chế trao đổi nhiệt giữa trong và ngoài tủ.
Theo nguyên tắc thu nhiệt và toả nhiệt, tủ lạnh chia thành 3 loại:
- Loại nén khí,
- Loại hấp thụ
- Loại cặp nhiệt điện
Nguyên lý hoạt động của tủ lạnh
Dùng hai chất bán dẫn: một chất bán dẫn có tính dẫn điện là điện tử (-) và một chất bán dẫn có tính dẫn điện là lỗ trống (+), chúng được nối với nhau bằng thanh đồng (hình 2-1), chúng tạo thành cặp nhiệt điện. Nếu cho dòng điện đi từ tấm bán dẫn (-) sang tấm bán dẫn (+) thì đầu nối giữa hai tấm bán dẫn hấp thụ nhiệt (lạnh đi), còn đầu kia toả nhiệt. Lượng nhiệt mà đầu lạnh hấp thụ được Qt được xác định theo công thức:
Qt = (U1 – U2)IT1 (3-1)
Trong đó: U1, U2 – hệ số Peltier
I – cường độ dòng điện đi qua cặp nhiệt điện
T1 – nhiệt độ đầu lạnh.
Áp dụng hiện tượng này, có thể ghép nhiều cặp bán dẫn khác loại với nhau, đưa tất cả các đầu lạnh về một phía (dàn lạnh), các đầu nóng về một phía (dàn nóng) để chế tạo thành tủ lạnh.
Ưu điểm: không gây tiếng ồn, gọn nhẹ, dễ mang xách vận chuyển, không có môi chất lạnh, có thể chuyển từ tủ lạnh sang tủ nóng dễ dàng (thay đổi cách đấu điện), tiện lợi cho du lịch vì dùng điện ăcquy.
Nhược điểm: hệ số lạnh thấp, tiêu tốn điện năng cao, giá thành cao, không có khả năng trữ lạnh.
Các máy lạnh (tủ lạnh) nhiệt điện và hấp thụ còn ít được sử dụng ở nước ta.
- Dàn bay hơi
- Quạt dàn bay hơi
- Gioăng cửa cao su
- Bộ nhiệt phá băng
- Điều chỉnh nhiệt độ
- Máng chứa ẩm ướt
- Núm điều chỉnh thời gian tan băng
- Dàn ngưng
- Lốc máy
- Quạt dàn ngưng
- Đường môi chất lỏng
Hoạt động của hệ thống làm lạnh
Trong dàn bay hơi 1, môi chất lạnh lỏng sôi ở áp suất thấp (từ 0 đến 1 at – áp suất dư) và nhiệt độ thấp (từ -29 đến -130C) để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh, sau đó được máy nén 2 hút về và nén lên áp suất cao đẩy vào dàn ngưng tụ 3. Tuỳ theo nhiệt độ môi trường, áp suất ngưng tụ có thể từ 7 đến 11 at, tương ứng với nhiệt độ ngưng tụ là 330C đến 500C. Nhiệt độ ngưng tụ thường lớn hơn nhiệt độ không khí bên ngoài từ 15 đến 170C trong điều kiện dàn ngưng không có quạt gió.
Ở dàn ngưng, môi chất thải nhiệt cho không khí làm mát và ngưng tụ lại, sau đó đi qua ống mao (van tiết lưu) để trở lại dàn bay hơi, thực hiện vòng tuần hoàn kín: nén – hoá lỏng – bay hơi.
Vì ống mao có tiết diện rất nhỏ và chiều dài lớn nên có khả năng duy trì sự chênh lệch áp suất cần thiết giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi, giống như van tiết lưu. Lượng môi chất lỏng phun qua ống mao cũng phù hợp với năng suất nén của máy nén.
Môi chất lạnh và dầu bôi trơn
Tủ lạnh gia đình thường dùng khí freôn 12 (R12) – CCl2F2. R12 là khí không màu, có mùi thơm rất nhẹ, không độc ở nồng độ thấp. R12 chỉ độc khi nồng độ trong không khí lớn hơn 20% thể tích. Ở áp suất khí quyển 1 at, R12 sôi ở nhiệt độ -29,80C và đông thành đá ở -1550C.
R12 hầu như không tác dụng với bất kì một kim loại nào, không dẫn điện, khả năng rò rỉ qua các lỗ nhỏ trong kim loại cao hơn không khí nhiều. R12 có khả năng hoà tan các hợp chất hữu cơ và nhiều loại sơn, do đó dây quấn động cơ điện phải dùng loại sơn cách điện đặc biệt, không hoà tan trong R12.
R12 không hoà tan trong nước, lượng nước cho phép trong tủ lạnh gia đình không quá 0,0006% theo khối lượng.
Ở điều kiện bình thường, R12 không độc, không ảnh hưởng gì tới chất lượng thực phẩm, nhưng ở nhiệt độ cao hơn 4000C, R12 tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa sẽ bị phân huỷ thành hydrôclorua và hydrôflorua rất độc.
R12 hoá lỏng và dầu bôi trơn hoà tan vào nhau không có giới hạn, nhưng hơi R12 và dầu bôi trơn hoà tan vào nhau có giới hạn. Khi R12 hoà tan trong dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu giảm xuống. Khi áp suất và nhiệt độ giảm thì độ hoà tan của hơi R12 trong dầu tăng.
Dầu bôi trơn trong máy nén và động cơ của tủ lạnh gia đình không thể thay thế, bổ xung định kì được. Dầu bôi trơn làm việc trong điều kiện R12 hoà tan nên phải thoả mãn các yêu cầu đặc biệt: độ ổn định và độ nhớt cao, độ ẩm thấp, nhiệt độ đông đặc độ làm đục thấp. Độ ổn định của dầu bôi trơn là khả năng chống ôxy hoá của dầu, đây là yêu cầu đặc biệt quan trọng.
Dầu bôi trơn khô hút ẩm mạnh và dễ dàng hấp thụ nước trong không khí, do đó khi bảo quản, vận chuyển dầu phải chứa trong thùng kín. Trước khi cho dầu vào tủ lạnh cần phải sấy dầu và kiểm tra kĩ đúng loại dầu sử dụng.
Máy nén của tủ lạnh gia đình
a) Nhiệm vụ của máy nén
Hút hết môi chất lạnh tạo ra ở dàn bay hơi, đồng thời duy trì áp suất cần thiết cho sự bay hơi ở nhiệt độ thấp.
Nén môi chất ở trạng thái hơi từ áp suất bay hơi tới áp suất ngưng tụ và đẩy vào dàn ngưng.
Phải đủ năng suất, khối lượng, lưu lượng môi chất qua máy nén, phù hợp với tải nhiệt của dàn bay hơi và dàn ngưng tụ.
b) Yêu cầu của máy nén
Làm việc chắc chắn, ổn định, có tuổi thọ caovà độ tin cậy cao, có khả năng sản xuất hàng loạt.
Hiệu suất làm việc cao.
Khi làm việc không rung, không ồn.
c) Phân loại máy nén
Máy nén tủ lạnh gia đình chủ yếu là loại máy nén pittông 1 hoặc 2 xilanh. Ngoài ra còn máy nén rôto nhưng chủ yếu sử dụng trong máy điều hoà nhiệt độ, hiếm thấy trong tủ lạnh gia đình.
d) Nguyên lý làm việc
Máy nén pittông dùng cơ cấu tay quay thanh truyền biến chuyển động quay của động cơ điện thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pittông.
Sơ đồ máy nén pittông có cơ cấu tay quay thanh truyền.
Máy nén pittông làm việc như sau: Pittông chuyển động lên xuống trong xilanh. Khi pittông di chuyển từ trên xuống dưới, áp suất trong khoang hút giảm, clapê hút tự động mở ra do chênh lệch áp suất, máy nén thực hiện quá trình hút. Khi pittông đạt điểm chết dưới, quá trình hút kết thúc, pittông đổi hướng chuyển động lên trên thực hiện quá trình nén. Khi áp suất trong xilanh cao hơn áp suất trong khoang đẩy, clapê đẩy tự động mở ra cho môi chất đi vào khoang đẩy. Quá trình đẩy hơi môi chất kết thúc khi xilanh đạt điểm chết trên.
Quá trình hút và nén lại lặp lại.
Ưu điểm: của máy nén kiểu pittông: công nghệ gia công đơn giản, dễ bôi trơn, có thể đạt tỉ số nén pittông n = Pk/P0 ≈ 10 với một cấp nén, trong đó Pk là áp suất trên dàn ngưng, P0 là áp suất sau ống mao dẫn (dàn bay hơi).
Nhược điểm: của máy nén pittông: có nhiều chi tiết và cặp ma sát nên dễ bị mài mòn.
Máy nén pittông ứng dụng rộng rãi trong tủ lạnh gia đình và cả máy lạnh có công suất lớn.
- Xi lanh
- Clapê hút
- Tấm phẳng đặt van
- Clapê đẩy
- Nắp xilanh
- Píttông
- Chốt
- Thanh truyền
- Khuỷu
- Gối đỡ trục
Dàn ngưng
Dàn ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt giữa một bên là môi chất lạnh ngưng tụ và một bên là môi trường làm mát (nước hoặc không khí).
Thải nhiệt của môi chất ra ngoài môi trường xung quanh. Lượng nhiệt thải qua dàn ngưng đúng bằng nhiệt lượng mà dàn bay hơi thu ở trong tủ (để làm lạnh) cộng với điện năng tiêu tốn cho máy nén.
Dàn bay hơi
Dàn bay hơi được lắp sau ống mao hoặc van tiết lưu (theo chiều chuyển động của môi chất lạnh) và trước máy nén trong hệ thống lạnh.
Trong tủ lạnh, dàn bay hơi được lắp ở phía trên bên trong tủ (hình 2-2) và được sử dụng như một ngăn bảo quản lạnh đông thực phẩm và để làm nước đá.
Cấu tạo: Dàn bay hơi phổ biến là kiểu tấm có bố trí các rãnh cho môi chất lạnh tuần hoàn. Không khí bên ngoài đối lưu tự nhiên, vật liệu là thép không gỉ hoặc nhôm. Dàn bay hơi kiểu tấm bằng nhôm được chế tạo giống như dàn ngưng kiểu tấm bằng nhôm.
Một số hư hỏng của dàn bay hơi và cách khắc phục
Dàn bay hưoi bị thủng, xì. Phát hiện chỗ thủng, xì bằng cách tìm vết dầu loang, bằng xà phòng (khi tủ không chạy) hoặc phải tháo dàn ra để bơm khí đến 10 ÷ 12at và nhúng vào bể nước.
Nguyên nhân: có thể do dùng các vật sắc như dao, tuốc nơ vit để lấy đá và thực phẩm đông lạnh trên dàn, do dàn bị han gỉ từ bên ngoài hoặc từ bên trong.
Phương pháp khắc phục:
Dùng keo êpôxi hai thành phần phủ lên chỗ bị thủng, hàn lại bằng hàn hơi.
Khi dùng keo êpôxi phải đánh sạch bề mặt, hoà trộn cẩn thận hai thành phần keo rồi phủ lên vị trí thủng, sau đó có thể kiểm tra bằng khí nén. Phương pháp dùng keo đơn giản, không làm hỏng lớp phủ bảo vệ của các vị trí xung quanh.
Phương pháp hàn có độ bền cao nhưng ngọn lửa hàn làm cháy lớp bảo vệ bề mặt trên dàn nhôm, gây nội lực do dãn nở nhiệt không đều, dễ làm dàn thủng lại.
