Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển kinh tế và sản xuất hàng tiêu dùng, các hệ thống máy móc công nghiệp đóng vai trò then chốt nhằm tăng năng suất lao động và giảm giá thành sản phẩm. Đối với đời sống sinh hoạt thường nhật tại Việt Nam, nhu cầu trang bị thiết bị tự động phục vụ nhu cầu ăn uống ngày càng gia tăng. Tại các hộ gia đình, văn phòng công sở và trường học, thiết bị máy nước uống nóng - lạnh đang dần thay thế các vật dụng chứa nước thông thường. Việc sử dụng các bình nước lọc sẵn từ các nhà cung cấp tuy đảm bảo chất lượng nhưng làm phát sinh chi phí cao so với điều kiện kinh tế chung. Ngược lại, phương thức đun nước thủ công truyền thống bộc lộ nhiều điểm bất tiện: đun nhiều không sử dụng hết dẫn đến nguy cơ tái nhiễm khuẩn khi để lâu, không đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng tức thời tại những khu vực tập trung đông người.

Bên cạnh đó, thị trường máy móc kỹ thuật trong nước phần lớn do các nhà sản xuất nước ngoài nắm giữ nhờ ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm chế tạo. Các thiết bị sản xuất nội địa dù có lợi thế về giá thành nhưng thường hạn chế về năng suất và độ ổn định kỹ thuật. Xuất phát từ thực tiễn trên, tác giả Tống Xuân Hà đã thực hiện đồ án tốt nghiệp nhằm làm chủ quy trình tính toán, thiết kế và chế tạo thiết bị gia dụng nhiệt - lạnh phục vụ đời sống.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm ba nội dung chính:

  1. Nghiên cứu hệ thống hóa cơ sở lý thuyết kỹ thuật lạnh, các chu trình nhiệt động, môi chất lạnh, chất tải lạnh và công nghệ điều khiển nhiệt độ.
  2. Khảo sát nguyên lý hoạt động, cấu tạo chi tiết của hệ thống máy nước uống hai chế độ độc lập (làm lạnh và đun nóng).
  3. Thiết kế kỹ thuật và xây dựng hệ thống máy nước uống nóng - lạnh công suất định mức 1 kW, vận hành trên lưới điện xoay chiều một pha 220V – 50Hz, sử dụng nguồn nước đã qua xử lý.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cụm thiết bị làm lạnh nén hơi cơ học kết hợp bộ gia nhiệt điện trở trong hệ thống cấp nước uống tự động hai chế độ.
  • Phạm vi không gian: Mô hình thiết bị ứng dụng trong phạm vi quy mô gia đình, công sở và trường học.
  • Phạm vi kỹ thuật và dữ liệu: Hệ thống hoạt động với công suất tiêu thụ điện 1 kW, nguồn điện 220V – 50Hz, sử dụng nguồn cấp là nước đã qua xử lý đạt chuẩn an toàn vệ sinh; đồ án được thực hiện tại ngành Điện tự động công nghiệp, Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng năm 2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt, tập trung vào chu trình nhiệt động ngược chiều của máy lạnh nén hơi. Nhiệt lượng được môi chất thu nhận tại nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp (bầu chứa nước lạnh) thông qua quá trình bay hơi ở áp suất thấp, sau đó được nén lên áp suất cao và thải nhiệt ra môi trường qua dàn ngưng tụ. Đối với nhánh đun nóng, hệ thống ứng dụng định luật Joule - Lenz để chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng thông qua dây nung điện trở công nghiệp.

Các khái niệm, định luật và mô hình lý thuyết được áp dụng trong tài liệu gồm:

  • Nguyên lý tiết lưu Joule - Thomson: Mô tả mối liên hệ giữa sự thay đổi áp suất và nhiệt độ qua cơ cấu tiết lưu đoạn nhiệt không sinh ngoại công theo hệ số $\alpha = (\frac{\partial T}{\partial p})_i$.
  • Hiệu ứng nhiệt điện Peltier và Seebeck: Hiện tượng sinh nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt tại mối nối hai kim loại/bán dẫn khác tính khi có dòng điện một chiều chạy qua (sử dụng các cặp bán dẫn Bismut, Antimon, Selen), cho độ chênh lệch nhiệt độ tới 60 K ở dải công suất nhỏ 30–100 W.
  • Phân loại nhiệt độ kỹ thuật lạnh: Lạnh thường ($t_{đb} < t^\circ < +20^\circ\text{C}$), lạnh đông ($-100^\circ\text{C} < t^\circ < t_{đb}$), và lạnh thâm độ/Cryo ($-272{,}999985^\circ\text{C} < t^\circ < -100^\circ\text{C}$).
  • Hệ thống môi chất lạnh: Quy chuẩn định danh môi chất vô cơ ($R7xx$ như $R717$ đối với $\text{NH}_3$, $R718$ đối với $\text{H}_2\text{O}$) và dẫn xuất halogen Freon ($F_abc$ với $a = \text{C}-1$, $b = \text{H}+1$, $c = \text{F}$).

Phương pháp nghiên cứu được tác giả triển khai bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Hệ thống hóa tài liệu chuyên ngành về lịch sử kỹ thuật lạnh, các chu trình làm lạnh (giãn nở sinh ngoại công, hiệu ứng điện nhiệt, bay hơi chất lỏng, hòa trộn muối) và động học dòng môi chất.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán lựa chọn công suất máy nén piston, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng tụ, dàn bay hơi, lưu lượng van tiết lưu và thông số dây nung điện trở.
  • Nguồn dữ liệu: Các bảng thông số nhiệt động của môi chất lạnh ($R12, R134a, R502, NH_3$), chất tải lạnh (nước, dung dịch muối $\text{NaCl}, \text{CaCl}_2$, không khí), các tiêu chuẩn kỹ thuật điện áp gia dụng tại Việt Nam (220V - 50Hz) và các quy định của Ủy ban an toàn vệ sinh về chất lượng nước uống.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Kỹ thuật lạnh

Chương 1 trình bày tổng quan về lịch sử phát triển ngành kỹ thuật lạnh thế giới từ thế kỷ 17 với phát hiện của Boyle và Guericke, máy làm đá năm 1810 ở Anh, máy lạnh dùng etylen $\text{C}_2\text{H}_2$ năm 1834 của Perkin, đến máy nén hoàn chỉnh của Linde năm 1874. Tác giả phân tích ý nghĩa kinh tế của kỹ thuật lạnh, trong đó khoảng 80% công suất lạnh thế giới phục vụ công nghiệp thực phẩm, công nghệ sấy thăng hoa dưới $-20^\circ\text{C}$, kỹ thuật nhiệt độ thấp Cryo ($-80^\circ\text{C}$ đến $-196^\circ\text{C}$), kỹ thuật hóa lỏng khí trong luyện kim (oxy 36–38% cho lò gang, 96–99% cho lò thép) và nhiên liệu tên lửa vũ trụ (oxy lỏng dạng khí $-180^\circ\text{C}$). Thực trạng ngành lạnh Việt Nam được đánh giá là còn nhỏ bé, phân tán, chủ yếu sản xuất được máy $\text{NH}_3$ loại nhỏ, phụ thuộc nhập khẩu đối với máy nén lớn và thiết bị tự động.

Nội dung chương đi sâu vào các khái niệm công suất và hiệu suất: đơn vị năng lượng $1\text{ BTU} \approx 1055\text{ J} = 0{,}29\text{ Wh}$, máy lạnh tiêu chuẩn $9.000\text{ BTU/h}$ tiêu thụ điện khoảng $0{,}97\text{ kW}$ (tương đương hệ số hiệu suất khoảng 2,72 lần), đơn vị tấn lạnh ($1\text{ USRT} = 12.000\text{ BTU/h} = 3516\text{ W}$). Về máy hút ẩm, văn bản mô tả chu trình xử lý không khí: không khí vào ở $45^\circ\text{C}$, độ ẩm 75%, qua dàn bay hơi hạ nhiệt xuống dưới điểm bão hòa ($25^\circ\text{C}$, độ ẩm 100%), ngưng tụ nước, sau đó qua dàn ngưng sưởi lên $49^\circ\text{C}$ và giảm ẩm xuống 55%, thoát ra phòng ở 52%.

Về môi chất và chất tải lạnh, tác giả so sánh chi tiết tính chất nhiệt động và mức độ ảnh hưởng môi trường:

Loại môi chất / Chất tải Đặc tính kỹ thuật Ưu điểm chính Nhược điểm / Hạn chế
Amoniac ($\text{NH}_3$ - R717) Bay hơi thấp nhất $-67^\circ\text{C}$, ẩn nhiệt hóa hơi $r = 313{,}8\text{ kcal/kg}$ ở $-15^\circ\text{C}$. Giá rẻ, sẵn có, hòa tan nước tránh tắc nghẽn đá, dễ phát hiện rò rỉ. Độc tính cao ($>0{,}5%$ thể tích gây chết người trong 30 phút), gây nổ ($16\text{--}25%V$), ăn mòn đồng.
Freon nhóm CFC/HCFC ($R11, R12, R22$) Hợp chất dẫn xuất halogen từ hydrocacbon no. Ít độc, không mùi, không gây nổ, hòa tan hoàn toàn trong dầu bôi trơn. 1 nguyên tử Clo phá hủy tới 100.000 phân tử $\text{O}_3$; hiệu ứng nhà kính gấp 5000–7000 lần $\text{CO}_2$. Bị cấm hoặc hạn chế.
Môi chất thế hệ mới ($R134a, R507, R23$) Môi chất hữu cơ không chứa nguyên tử Clo. Không phá hủy tầng ôzôn, độ bền nhiệt cao, phù hợp kỹ thuật hiện đại. Ẩn nhiệt hóa hơi thấp hơn $\text{NH}_3$, yêu cầu dầu bôi trơn tổng hợp tương thích.
Chất tải lạnh lỏng (Nước muối $\text{NaCl}, \text{CaCl}_2$) Hệ số cấp nhiệt $\alpha = 200\text{--}400\text{ kcal/m}^2\cdot\text{h}\cdot^\circ\text{C}$ (đạt $40.000\text{ kcal/m}^2\cdot\text{h}\cdot^\circ\text{C}$ ở $v = 5\text{ m/s}$). Làm lạnh rất nhanh, tránh hao hụt khối lượng và hạn chế oxy hóa thực phẩm. Ăn mòn kim loại mạnh; nguy cơ đóng băng đường ống; làm cứng hoặc biến tính thực phẩm nếu tiếp xúc trực tiếp.

Tác giả phân tích công nghệ Inverter: mạch biến tần cho phép máy lạnh khởi động ở 120–125% công suất định mức trong 45–60 phút để đạt nhanh nhiệt độ cài đặt, sau đó giảm về 50–75% công suất để duy trì ổn định, giúp giảm tiền điện xuống mức bằng khoảng 1/3 so với dòng Non-Inverter, duy trì nhiệt độ an toàn chính xác (đặc biệt cho trẻ sơ sinh ở mức $28\text{--}29^\circ\text{C}$).

Chương 2. Hệ thống máy uống nước nóng – lạnh

Chương 2 mô tả nguyên lý tích hợp hai chế độ vận hành độc lập trong cùng một thân vỏ thiết bị: hệ thống đun nóng và hệ thống làm lạnh.

  • Cơ chế đun nóng: Nước từ bình chứa được cấp vào bầu đun bằng inox. Dây nung điện trở công suất 150 W (hoặc lên đến 750 W ở các thiết bị công suất cao) đảm nhiệm gia nhiệt trực tiếp. Nhiệt độ được giám sát tự động bằng rơ le nhiệt độ cài đặt trước: tự ngắt khi nước đạt ngưỡng sôi (khoảng $90\text{--}94^\circ\text{C}$ / $201^\circ\text{F}$) và đóng tiếp điểm cấp điện trở lại khi nhiệt độ suy giảm. Hệ thống trang bị cảm biến báo mức nước để ngăn ngừa sự cố cạn nước gây cháy dây điện trở. Cụm gia nhiệt 750 W có khả năng cung cấp 50–60 ly nước nóng mỗi giờ.
  • Cơ chế làm lạnh: Sử dụng máy nén lạnh cơ học loại kín có công suất nhỏ từ 1/6 HP đến 1/10 HP, sử dụng điện xoay chiều một pha 110V hoặc 220V. Dàn bay hơi là cụm ống làm lạnh trực tiếp được quấn xung quanh thành bầu chứa nước bằng inox, bên ngoài bọc kín lớp vật liệu cách nhiệt để hạn chế tổn thất nhiệt ra môi trường. Nước được làm lạnh xuống dải nhiệt độ $10\text{--}15^\circ\text{C}$.
  • Hệ thống xử lý và cấp nước: Đối với máy sử dụng nguồn nước máy công cộng chưa qua tinh lọc, hệ thống tích hợp bộ lọc thô (vật liệu bằng chỉ, mùn, vôi) để khử cặn cơ học, kết hợp đèn cực tím (UV) đặt trong ống thủy tinh lồng trong vỏ inox để diệt khuẩn. Trường hợp áp lực nước đầu vào yếu, máy được trang bị thêm bơm phụ. Đối với dòng máy sử dụng nguồn nước đã xử lý sẵn, các bộ phận tiền lọc này được lược bỏ để tinh gọn kết cấu.

Chương 3. Máy đun nước uống nóng – lạnh phục vụ gia đình và công sở

Chương 3 trình bày các phương pháp đun nước (bằng dòng điện trở và bằng hơi nước bão hòa), đồng thời phân tích chi tiết cấu tạo cơ - điện lạnh của hệ thống máy nước uống nóng - lạnh dùng nguồn nước đã xử lý:

  • Máy nén lạnh: Sử dụng máy nén kín kiểu piston (các biến thể: trục khuỷu đặt đứng, đĩa chéo, cánh gạt xuyên). Máy nén có nhiệm vụ hút hơi môi chất lạnh áp suất thấp, nhiệt độ thấp từ dàn bay hơi và nén thành hơi quá nhiệt ở áp suất và nhiệt độ cao. Đầu hút và đầu đẩy có cổng kết nối áp kế phục vụ công tác nạp gas, kiểm tra và bảo dưỡng.
  • Dàn ngưng tụ: Cấu tạo từ ống kim loại nhôm uốn định hình nhiều chữ U nối tiếp, luồn qua các cánh tản nhiệt nhôm mỏng để tăng diện tích trao đổi nhiệt. Hơi môi chất nóng thải nhiệt ra môi trường và ngưng tụ thành lỏng cao áp nhờ quạt hướng trục lắp đặt theo chế độ hút gió cưỡng bức.
  • Bình chứa lọc / hút ẩm: Chế tạo bằng nhôm hoặc sắt, chứa lưới lọc thép đệm bông thủy tinh và chất khử ẩm. Bình có dung tích dự trữ khoảng 450 g đến 680 g đối với môi chất $R12$. Chất hút ẩm là hạt silicagel (đối với gas $R12$) hoặc hạt rây phân tử XH7, XH9 (đối với gas $R134a$). Trên đỉnh bình hoặc đường ống dẫn lỏng bố trí kính quan sát (mắt gas) có chỉ thị màu để theo dõi lượng gas và độ ẩm của dòng môi chất. Bình có thể tích hợp rơ le áp suất cao nhằm bảo vệ hệ thống khi áp suất nén vượt ngưỡng.
  • Cơ cấu tiết lưu màng: Van tiết lưu màng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng cao áp vào dàn bay hơi dựa trên tải nhiệt, hạ áp suất và nhiệt độ môi chất xuống điểm sôi. Văn bản phân loại hai dòng van: van cân bằng trong và van cân bằng ngoài, hoạt động nhờ màng tác động cơ học liên kết với đầu cảm biến nhiệt đặt ở đường hút về máy nén.
  • Dàn bay hơi và bình tách lỏng: Dàn bay hơi ống nhôm quấn quanh bầu nước inox tiếp nhận nhiệt từ nước uống. Trên đường ống hút trước khi vào máy nén, hệ thống bố trí bình tách lỏng (bầu về) bằng sắt hoặc nhôm nhằm giữ lại giọt lỏng chưa bay hơi hết, triệt tiêu nguy cơ va đập thủy lực phá hỏng piston máy nén, đồng thời kết hợp rơ le áp suất thấp để kiểm soát áp suất hút và chống bám tuyết dàn lạnh.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Căn cứ vào mục tiêu đề tài, tác giả xây dựng cấu hình hệ thống máy nước uống hai chế độ với công suất điện tổng thể 1 kW, vận hành từ nguồn điện lưới dân dụng 220V – 50Hz, sử dụng nguồn nước cấp là nước đã qua xử lý lọc tinh khiết.

       [Nguồn nước đã qua xử lý]
  [Bình Nước Nóng]     [Bình Nước Lạnh]
  - Bầu chứa Inox      - Bầu chứa Inox bọc cách nhiệt
  - Dây nung điện trở  - Dàn bay hơi ống nhôm quấn ngoài
  - Rơle nhiệt ngắt tự động (90-94°C)

Thông số thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ thống máy 1 kW được xác lập theo tài liệu:

Phân hệ / Cụm thiết bị Thông số kỹ thuật lựa chọn Chức năng và phương thức liên kết
Nguồn điện cấp 220V AC, 1 pha, tần số 50 Hz. Cung cấp toàn bộ năng lượng cho máy nén, quạt gió, dây nung và mạch rơ le.
Tổng công suất tiêu thụ 1,0 kW (1000 W). Phân bổ cho phân hệ đun nóng và phân hệ làm lạnh cơ học.
Máy nén lạnh Loại nén piston kín, công suất 1/6 – 1/10 HP. Hút và nén môi chất lạnh ($R134a$ hoặc $R12$), vận hành tuần hoàn khép kín.
Bộ phận tiết lưu Van tiết lưu màng (cân bằng trong/ngoài) hoặc ống mao. Hạ áp suất dòng lỏng cao áp; tự động đóng/mở tiết diện theo tín hiệu bầu cảm biến.
Dàn ngưng tụ Cụm ống nhôm uốn chữ U, cánh tản nhiệt nhôm. Thải nhiệt ra không khí xung quanh nhờ quạt giải nhiệt hướng trục kiểu hút.
Dàn bay hơi Ống nhôm làm lạnh trực tiếp quấn quanh bình chứa. Thu nhiệt từ nước trong bình inox, duy trì nhiệt độ nước lạnh ở $10\text{--}15^\circ\text{C}$.
Bình chứa lọc / hút ẩm Dung lượng chứa 450–680 g, hạt XH7/XH9 hoặc silicagel. Giữ lại cặn cơ học bằng lưới thép/bông thủy tinh, khử ẩm, theo dõi dòng gas qua mắt gas.
Bình tách lỏng Lắp đặt trên đường hút về máy nén. Ngăn ngừa lỏng tràn về xi lanh gây va đập thủy lực, tích hợp công tắc áp suất thấp.
Cụm đun nóng Bầu inox bọc cách nhiệt, dây nung điện trở. Gia nhiệt nước đạt $90\text{--}94^\circ\text{C}$, kiểm soát bằng rơ le nhiệt và phao chống cạn.

Nguyên lý vận hành liên động của thiết bị: Khi cấp nguồn 220V, nếu phao báo mức xác nhận đủ nước trong bình, rơ le cấp điện cho dây nung để đun nóng nước lên $90\text{--}94^\circ\text{C}$ rồi ngắt tiếp điểm. Song song đó, máy nén đẩy hơi gas nóng vào dàn ngưng tụ, quạt giải nhiệt hoạt động thổi gió qua cánh tản nhiệt nhôm để ngưng tụ môi chất thành thể lỏng. Dòng lỏng đi qua bình lọc sấy để tách ẩm và tạp chất cơ học, qua mắt gas đến van tiết lưu màng. Tại đây, áp suất môi chất giảm đột ngột và đi vào dàn bay hơi quấn quanh bình nước lạnh, thu nhiệt của nước để hạ nhiệt độ xuống $10\text{--}15^\circ\text{C}$. Hơi môi chất sau khi bay hơi đi qua bình tách lỏng để loại trừ hoàn toàn các giọt ẩm trước khi quay trở lại cửa hút của máy nén.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể dựa trên số liệu và phương án kỹ thuật được trình bày trong văn bản:

  • Xác lập hoàn chỉnh nguyên lý kết hợp hai hệ thống nhiệt - lạnh độc lập trong một khối máy duy nhất, vận hành tự động bằng các rơ le khống chế nhiệt độ và cảm biến mức nước.
  • Thiết lập thông số vận hành tiêu chuẩn: vòi nước nóng đạt mức nhiệt độ $90\text{--}94^\circ\text{C}$ (gần sôi), đáp ứng nhu cầu pha trà, cà phê; vòi nước lạnh duy trì ổn định ở $10\text{--}15^\circ\text{C}$ phục vụ giải khát.
  • Lựa chọn cấu hình thiết bị lạnh đồng bộ: sử dụng máy nén piston kín công suất nhỏ (1/6–1/10 HP), bình chứa lọc ẩm dung tích 450–680 g môi chất tích hợp mắt gas chỉ thị, van tiết lưu màng tự động điều chỉnh lưu lượng theo tải nhiệt và bình tách lỏng bảo vệ chống va đập thủy lực.
  • Đề xuất giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa chi phí bằng cách tập trung vào mô hình máy sử dụng nguồn nước đã qua xử lý, loại bỏ các cụm lọc thô và đèn cực tím phức tạp không cần thiết, giúp hạ giá thành chế tạo mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn nước uống theo quy định của cơ quan an toàn vệ sinh.

Về mặt đóng góp học thuật và thực tiễn, tác giả đã hệ thống hóa toàn diện lý thuyết chu trình lạnh, tổng hợp các phương pháp xử lý ẩm, chống ăn mòn hóa học trong hệ thống tải lạnh, và phân tích chi tiết cơ chế suy thoái tầng ôzôn do môi chất chứa Clo. Đồ án thể hiện nỗ lực của sinh viên kỹ thuật trong việc tiếp cận, làm chủ thiết kế cơ - điện lạnh gia dụng nhằm từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa hóa thiết bị thay thế hàng nhập khẩu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các nội dung tác giả tự nhận định và phạm vi nghiên cứu thực tế của văn bản, các hạn chế và hướng mở của đề tài bao gồm:

  • Hạn chế về tính toán chế tạo máy nén: Do năng lực ngành lạnh trong nước tại thời điểm nghiên cứu còn non yếu, chưa tự chế tạo được máy nén freon cỡ nhỏ và các thiết bị tự động chuyên sâu, đồ án chủ yếu dừng lại ở mức độ tính toán lựa chọn thiết bị đồng bộ sẵn có trên thị trường thay vì trực tiếp gia công chế tạo chi tiết cơ khí bên trong máy nén.
  • Hạn chế về phạm vi xử lý nước: Đồ án chọn phương án sử dụng nguồn nước đã qua xử lý sẵn. Do đó, hệ thống chưa tích hợp cụm màng lọc thẩm thấu ngược (RO) tự động để xử lý trực tiếp các nguồn nước máy có hàm lượng kim loại nặng, cặn bẩn hoặc vi sinh vật phức tạp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu tích hợp mạch biến tần Inverter vào điều khiển động cơ máy nén nhằm nâng cao hệ số hiệu quả năng lượng, duy trì nhiệt độ lạnh chính xác và tiết kiệm điện năng tiêu thụ; mở rộng thiết kế hệ thống tiền xử lý nước hoàn chỉnh sử dụng công nghệ lọc RO và đèn diệt khuẩn UV công suất lớn để cấp nước trực tiếp từ mạng lưới cấp nước sinh hoạt công cộng.

Giá trị tham khảo

Bản đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các chuyên ngành Điện tự động công nghiệp, Kỹ thuật nhiệt - Điện lạnh, Cơ điện tử và Kỹ thuật điều khiển thiết bị gia dụng:

  • Cơ sở lý thuyết: Cung cấp tài liệu tổng quan súc tích về lịch sử ngành lạnh, các phương pháp làm lạnh nhân tạo, các bảng chuyển đổi đơn vị đo lường nhiệt động lực học và các công thức tính toán môi chất.
  • Cấu tạo chi tiết thiết bị cơ - điện lạnh: Phần mô tả kết cấu dàn ngưng tụ ống nhôm cánh nhôm, bình lọc/hút ẩm hạt silicagel/XH7/XH9, cơ chế cân bằng áp suất của van tiết lưu màng và bình tách lỏng là tài liệu trực quan cho sinh viên làm đồ án môn học hoặc khóa luận thiết kế hệ thống nhiệt lạnh công suất nhỏ.
  • Phương án tự động hóa điều khiển nhiệt: Sơ đồ bố trí cảm biến nhiệt, rơ le đóng cắt nguồn dây nung và phao bảo vệ cạn nước giúp người đọc nắm bắt nguyên tắc thiết kế mạch bảo vệ an toàn cho các thiết bị đun nước nóng lạnh dân dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống máy nước uống nóng - lạnh trong đồ án được thiết kế với thông số nguồn điện và công suất tiêu thụ định mức là bao nhiêu?
Hệ thống được thiết kế vận hành với nguồn điện xoay chiều 1 pha, điện áp 220V, tần số 50 Hz và tổng công suất tiêu thụ định mức là 1 kW (1000 W).

2. Nhiệt độ làm việc tiêu chuẩn tại vòi nước nóng và vòi nước lạnh của máy đạt giá trị bao nhiêu?
Nhiệt độ nước tại vòi nóng được duy trì trong khoảng $90\text{--}94^\circ\text{C}$ (tương đương $201^\circ\text{F}$, trạng thái gần sôi), trong khi nước tại vòi lạnh được làm mát trong dải nhiệt độ $10\text{--}15^\circ\text{C}$.

3. Trong bình chứa lọc/hút ẩm, những chất khử ẩm nào được sử dụng tương ứng với các loại gas lạnh?
Bình chứa lọc/hút ẩm (dung tích dự trữ từ 450 g đến 680 g) sử dụng các hạt silicagel để khử ẩm cho hệ thống dùng môi chất $R12$, và sử dụng chất hút ẩm rây phân tử ký hiệu XH7, XH9 đối với hệ thống dùng môi chất $R134a$.

4. Máy nén lạnh sử dụng trong hệ thống có thông số công suất và kết cấu cơ học như thế nào?
Thiết bị sử dụng loại máy nén kín có cơ cấu nén kiểu piston (trục khuỷu, đĩa chéo hoặc cánh gạt xuyên), công suất động cơ dao động từ 1/6 HP đến 1/10 HP, chạy điện 1 pha điện áp 110V hoặc 220V.

5. Vì sao đồ án phân biệt hai loại máy nước uống nóng - lạnh dựa trên nguồn cấp nước đầu vào?
Văn bản phân chia thiết bị thành hai nhóm: nhóm dùng nguồn nước máy công cộng (bắt buộc phải lắp thêm bộ lọc thô bằng chỉ/mùn/vôi và đèn cực tím UV để xử lý cặn, vi sinh vật) và nhóm dùng nguồn nước đã qua xử lý sẵn (không cần trang bị cụm thiết bị lọc và khử khuẩn, giúp đơn giản hóa kết cấu và giảm giá thành sản xuất).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Tống Xuân Hà đã giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hệ thống máy nước uống nóng - lạnh hai chế độ công suất 1 kW sử dụng nguồn điện 220V – 50Hz và nguồn nước đã qua xử lý. Nội dung tài liệu cung cấp bức tranh toàn diện từ cơ sở lý thuyết nhiệt động kỹ thuật lạnh, tính chất môi chất, đến cấu tạo chi tiết các phần tử nén hơi, tiết lưu và gia nhiệt điện trở. Mô hình thiết kế đề xuất đáp ứng tốt yêu cầu tự động hóa nhiệt độ ($90\text{--}94^\circ\text{C}$ đối với nước nóng và $10\text{--}15^\circ\text{C}$ đối với nước lạnh), mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho nhu cầu sinh hoạt tại gia đình, công sở và trường học tại Việt Nam.