Giáo trình Mô đun Vật liệu điện lạnh - Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

ự có mặt của nhóm dễ bay hơi trong 
dầu. Yêu cầu nhiệt độ bốc cháy của dầu khoáng là 160 ÷ 1800C trở lên. 
- Tính axit của dầu lạnh phải thấp để tránh ăn mòn chi tiết, các hàm lượng 
lưu huỳnh tự do, các chất cặn như hắc ín phải nhỏ vì chúng là các thành phần cơ 
bản làm biến chất, lão hóa và tạo bùn của dầu. 
- Hàm lượng nước và tính hút ẩm của dầu: Nước hòa tan ít trong dầu, tuy 
nhiên dầu lạnh có tính hút ẩm. Tính hút ẩm tăng khi nhiệt độ tăng. Nước có thể 
hòa tan trong dầu khoáng. Tốc độ hút ẩm của dầu phụ thuộc vào từng loại dầu. 
- Sức căng bề mặt của dầu ảnh hưởng đến chất lượng bôi trơn và chống 
mài mòn của chúng. Sức căng bề mặt của dầu phụ thuộc vào nhiệt độ, loại dầu, 
độ hòa tan, loại môi chất lạnh và quyết định độ nhớt của dầu. 
- Điểm anilin: là nhiệt độ tới hạn của sự hòa tan dầu vào anilin để tạo ra 
dung dịch đồng nhất. Điểm anilin dùng để định hướng đánh giá tính ổn định và 
sự hòa tan dầu trong môi chất lạnh. 
- Màu sắc của dầu rất sáng hoặc có màu gián sáng. Căn cứ vào màu sắc có 
thể đánh giá được chất lượng dầu. Màu của dầu càng tốt chứng tỏ hàm lượng 
hắc ín trong dầu cao. 
- Hình dạng của dầu đặc trưng cho sự trong suốt hay không trong suốt khi 
quan sát qua một chiều dày dầu nhất định. Dầu lạnh phải có độ trong suốt cao. 
- Nhiệt dung riêng của các loại dầu lạnh nằm trong khoảng 1,6 ÷ 2,2 
kJ/kgK 
- Độ dẫn điện: Đối với các máy lạnh kiểu kín và nửa kín, vì động cơ được 
bố trí nằm trong vỏ máy nén nên dầu có độ cách điện cao, điện áp xuyên thủng 
lớn để đảm bảo động cơ làm việc an toàn. 
- Độ dẫn nhiệt: hệ số dẫn nhiệt của dầu tương đối nhỏ, nằm trong khoảng 
0,1 ÷ 0,16W/mK. Trong hệ thống lạnh, hệ số dần nhiệt càng lớn càng thuận lợi 
cho các quá trình trao đổi nhiệt. 
2. VẬT LIỆU CÁCH ẨM HÚT ẨM: 
* Mục tiêu: 
 - Trình bày được tính chất và công dụng của các loại vật liệu cách ẩm, hút 
ẩm; 
 - Nhận biết được các loại vật liệu cách ẩm, hút ẩm; sử dụng đúng trong 
các trường hợp cụ thể. 
- Nghiêm túc tìm hiểu về các đặc tính của các vật liệu để sử dụng đúng 
mục đích. 
2.1. Vật liệu cách ẩm 
2.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu cách ẩm: 
 33
 - Do có hiện tượng ngưng đọng ẩm trong vách cách nhiệt lạnh nên phải có 
các lớp cách hơi ẩm để tăng trở ẩm cho vật liệu, trường hợp vật liệu không đủ độ 
trở thấm ẩm. 
 - Vật liệu cách ẩm cần có các yêu cầu sau đây: 
 + Có trở ẩm lớn hoặc có hệ số thấm ẩm nhỏ. 
 + Không ngậm nước. 
+ Phải bền nhiệt, không bị cứng, giòn, lão hóa ở nhiệt độ thấp và bị mềm 
hoặc nóng chảy ở nhiệt độ cao. 
 + Không có mùi lạ, không độc, không ảnh hưởng tới sản phẩm bảo quản. 
+ Không gây ăn mòn và tác dụng hóa học với các vật liệu cách nhiệt và 
xây dựng. 
 + Phải rẻ tiền và dễ kiếm. 
2.1.2. Một số vật liệu cách ẩm thông dụng: 
 - Vật liệu cách ẩm hiện nay chủ yếu là bitum. Trong kỹ thuật sử dụng 3-4 
mác bitum NH-3, BH-4, BH-5 và BH-5K (Liên xô cũ). Hệ số dẫn nhiệt từ 
0,3.0,35W/mK. 
 - Ngoài bitum, một số vật liệu khác cũng được sử dụng để ngăn ẩm như 
giấy nhôm, màng polyetylen, màng PVC, giấy dầu,. (bảng 10). Trong các 
buồng lạnh lắp ghép, các tấm lợp bằng tôn được sử dụng làm vỏ tấm cách nhiệt 
polyutheran đồng thời làm tấm cách ẩm. 
Bảng 10. Một số vật liệu cách ẩm 
Vật liệu cách ẩm Hệ số khuếch tán g/(mhMPa) 
Giấy nhôm 0,0054 
Bitum 0,86 
Hydrozol 11,38 
Pergamin 1,20 
Màng Polyetylen 0,0018 
Giấy dầu 1,35 
Bảng 11. Đặc tính kỹ thuật của một số mác Bitum 
Đặc tính 
Mác Bitum 
BH – 3 BH – 4 BH – 5 BH – 5K 
Nhiệt độ nóng chảy, 0C 45 70 90 90 
Nhiệt độ bắt cháy, 0C 200 230 230 230 
Khối lượng riêng, kg/m3 1000 1000 1000 1000 
2.1.3. Các phương pháp cách ẩm: 
 Nói chung có 5 phương pháp chống nhiễm ẩm cho cách nhiệt như sau: 
 - Sử dụng các lớp cách ẩm cùng với cách nhiệt. 
 - Nâng cao hệ số trở ẩm của vật liệu cách nhiệt. 
 34
 - Sử dụng các lớp vữa có độ khuếch tán ẩm lớp phía trong phòng lạnh. 
 - Tạo áp suất dương trong phòng lạnh, qua đó có thể tạo ra một dòng 
không khí đi qua vách ngược chiều với độ giáng phân áp suất hơi nước. 
 - Tác động nhân tạo vào áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt lạnh của 
vách cách nhiệt. 
Tuy nhiên chỉ có ba phương pháp đầu tiên là có ý nghĩa thực tiễn hơn cả. 
Hình 2.3. Biến thiên áp suất và nhiệt độ trong vách 
 Hình 2.3. biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ tx, áp suất riêng hơi nước px và 
áp suất hơi nước bão hòa px’’ phụ thuộc vào độ dày x của vách cách nhiệt; tx, px 
và px” được xác định qua độ chênh nhiệt độ hai bên vách và các thông số vật lý 
của vách cũng như môi trường hai bên vách; tx và px là các đường thẳng (hàm 
tuyến tính) và px” là hàm mũ. 
 Có hai trường hợp có thể xảy ra: 
 Trường hợp 1: Hai đường px và px” không cắt nhau, px nằm dưới px”, trong 
vách cách nhiệt không có vùng ngưng đọng ẩm. 
 Trường hợp 2: hai đường px và px” cắt nhau ở hai điểm. Trong vách cách 
nhiệt xảy ra hiện tượng ngưng đọng ẩm do áp suất riêng phần px cao hơn áp suất 
bão hòa px”. Đường áp suất hơi thực nằm giữa hai đường px tính toán và áp suất 
bão hòa px” (đường liền trên hình 1) 
 Để tránh hiện tượng đọng sương trong vách cách nhiệt phải áp dụng các 
biện pháp để đẩy đường px xuống dưới không cắt đường px” hoặc để lượng ẩm 
khuếch tán từ phía nóng vào vách nhỏ hơn lượng ẩm khuếch tán từ vách vào 
phòng lạnh. 
2.2. Vật liệu hút ẩm: 
2.2.1. Nhiệm vụ của vật liệu hút ẩm: 
 35
* Trong các hệ thống lạnh amoniac và Freon, ẩm (nước) lẫn trong vòng 
tuần hoàn môi chất lạnh có nhiều tác hại nghiêm trọng như: 
 - Tác dụng với dầu bôi trơn tạo ra các axit vô cơ, các keo dầu và bùn, làm 
lão hóa dầu. 
 - Kết hợp với môi chất lạnh tạo ra các khí lạ, axit do phân hủy môi chất và 
thủy phân, cản trở trao đổi nhiệt. 
 - Kết hợp với vật liệu chế tạo máy, cặn bẩn kim loại vô cơ và hữu cơ tạo 
ra các liên kết oxy hóa, ăn mòn và phá hủy các chi tiết máy và thiết bị. 
 - Do hòa tan hoàn toàn trong môi chất (NH3) nên làm tăng nhiệt độ bay 
hơi, giảm năng suất lạnh, tiêu tốn năng lượng cao hơn. 
 - Do không hòa tan trong môi chất (freon) nên gây tắc ẩm cho tiết lưu. 
 * Do tác hại của hơi ẩm trong hệ thống lạnh nên người ta đã đề ra nhiều 
biện pháp loại trừ sự có mặt ẩm trong vòng tuần hoàn môi chất lạnh như: 
 - Sấy khô nghiêm ngặt các chi tiết máy và thiết bị trước khi lắp ráp mới 
hoặc sau khi bảo dưỡng, sửa chữa. 
 - Hạn chế độ ẩm tối thiểu trong môi chất lạnh, đối với ammoniac không 
vượt quá 0,2% khối lượng, đối với Freon công nghiệp không vượt quá 25 phần 
triệu, đối với Frêon nạp tủ lạnh và máy lạnh kín không quá 6 phần triệu khối 
lượng. 
- Sấy chân không nhiều giờ trước khi nạp gas và hệ thống lạnh. 
- Sử dụng phin sấy lắp trên vòng tuần hoàn môi chất đường lỏng và đường 
hơi. Phin sấy đường lỏng lắp trước bộ phận tiết lưu và phin sấy đường hơi 
thường lắp sau dàn bay hơi theo chiều chuyển động của môi chất lạnh. 
 Tóm lại, vật liệu hút ẩm trong hệ thống lạnh có các nhiệm vụ chính sau: 
 - Hút ẩm và giữ lạ các axit, các chất lạ có hại sinh ra trong quá trình vận 
hành máy lạnh, “sấy khô” môi chất lạnh, loại trừ tác hại của ẩm trong hệ thống 
lạnh có thể gây ra cho dầu bôi trơn và chi tiết máy cũng như thiết bị. 
 - Chống tắc ẩm trong hệ thống lạnh Frêon. 
2.2.2. Yêu cầu đối với vật liệu hút ẩm: 
 Bảng 12 giới thiệu một số vật liệu hút ẩm dựa trên ba nguyên tắc hút ẩm 
đã nêu, khả năng và phạm vi ứng dụng của nó trong kỹ thuật lạnh. 
Bảng 12. Phân loại vật liệu hút ẩm 
STT 
Nguyên tắc 
hút ẩm 
Ký hiệu hút ẩm 
Thành phần hóa học 
Phạm vi ứng dụng 
Ghi chú 
1 
Hấp phụ 
(Liên kết cơ 
học) 
Silicagel SiO2 
Đất sét hoạt tính Al2O3 
Rây phân tử, zêolit 
(Silicat nhôm kali, 
natri và canxi) 
Nói chung sử dụng được cho tất 
cả các loại môi chất lạnh, đặt 
trên đường lỏng và đường hơi. 
 36
2 
Hấp thụ 
(Tạo tinh 
thể ngậm 
nước và các 
hyđrat) 
Sunphat canxi CaSO4 
Clorua canxi CaCl2 
Perclorat manhê 
Mg(ClO4)2 
Hạn chế sử dụng. Ví dụ CaCl2 
không thích hợp với môi chất 
lạnh, đặc biệt không đặt ở 
đường lỏng, chỉ có CaSO4 còn 
có thể ứng dụng được. 
3 
Phản ứng 
hóa học 
(Tạo các 
axit và 
bazơ) 
Ôxit canxi CaO (vôi 
sống) 
Oxyt bari BaO 
Pentôxit phốt pho 
P2O5 
Về nguyên tắc chỉ dùng trên 
đường hơi, P2O5 không thích 
hợp cho NH3 cả trên đường hơi. 
Tuy hiệu quả hút ẩm rất tốt song 
do các chất hóa học tạo ra 
không nên sử dụng trong hệ 
thống lạnh. 
Căn cứ vào chức năng của vật liệu hút ẩm trong hệ thống lạnh, các vật 
liệu hút ẩm phải đáp ứng các yêu cầu sau: 
 - Có khả năng hút ẩm cao tính theo lượng ẩm hút được trên một đơn vị 
khối lượng ngay ở áp suất riêng hơi nước thấp. 
 - Có khả năng hút được các loại axit và khí lạ có hại sinh ra trong quá 
trình vận hành hệ thống lạnh. 
 - Khả năng hút ẩm và các sản phẩm có hại không phụ thuộc vào nhiệt độ 
trong phạm vi nhiệt độ vận hành. 
 - Có khả năng tái sinh dễ dàng nhờ nhiệt hoặc hóa chất. 
 - Không tác dụng với môi chất lạnh, dầu bôi trơn, ẩm và các sản phẩm 
phụ cũng như vật liệu chế tạo máy vô cơ và hữu cơ tạo ra các chất có hại khác. 
 - Không làm chất xúc tác cho các phản ứng có hại trong hệ thống lạnh. 
 - Có hình dạng cố định, không bị tơi rã cuốn theo môi chất lạnh làm tắc 
bộ phận tiết lưu và các đường ống. 
 - Rẻ tiền, dễ kiếm. 
 Trong thực tế không có vật liệu hút ẩm lý tưởng. Người ta phải chọn các 
vật liệu hút ẩm cho từng trường hợp ứng dụng để phát huy được các ưu điểm và 
hạn chế được các nhược điểm của chúng. 
 * Tác dụng hút ẩm dựa trên ba nguyên tắc sau: 
 + Liên kết cơ học với ẩm gọi là quá trình hấp phụ ẩm. 
 + Liên kết hóa học với hơi nước tạo ra các tinh thể ngậm nước hoặc các 
hyđrat gọi là quá trình hấp thụ. 
 + Phản ứng hóa học với nước tạo ra các chất mới. 
2.2.3. Một số vật liệu hút ẩm thường dùng trong kỹ thuật lạnh: 
a. Zelôit silicat: 
 - Zelôit dùng trong hệ thống lạnh có công thức Na12(AlO2)12(SiO2)12, kí 
hiệu là 4A hay A4 dùng cho môi chất freon R12 và R22. Hiện nay người ta có 
thể chế tạo được các loại zelôit có diện tích bề mặt lớn đến 800m2/g với kích 
 37
thước lỗ 
0
4 A . Khi thay thế Na bằng Kali (K) hoặc canxi (Ca) có thể chế tạo được 
zeolit đường kính lỗ từ 
0
3 A đến 
0
9 A 
 - Zelôit có khả năng hấp phụ ẩm rất tốt và ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, 
vì vậy nó được dùng nhiều để hút ẩm trong các hệ thống lạnh frêon. Khả năng 
hấp phụ của nó lớn gấp 5 lần sillicagel. Các phin sấy zelôit có thể đặt ngay cạnh 
máy nén, dàn ngưng hay bình chứa cao áp mà không sợ nhiệt độ cao. 
 - Về nguyên tắc, khi đã bão hòa zelôit có thể được tái sinh phục hồi khả 
năng hút ẩm bằng cách gia nhiệt tới nhiệt độ 450 – 5000C. Tuy nhiên, thực tế là 
các zelôit đã làm việc trong hệ thống lạnh thường đã bị nhiễm bẩn và dầu nên 
việc tái sinh là ít hiệu quả. Vì vậy, nói chung không nên tái sinh phin sấy cũ mà 
nên thay mới khi cần. 
b. Silicagel SiO2: 
 - Cùng với zelôit, silicagel là chất rắn hấp phụ ẩm có thể dùng cho các hệ 
thống lạnh frêon. Silicagel là SiO2 ở dạng xốp không định hình, kích thước lỗ 
không cố định, diện tích riêng bề mặt khoảng 500m2/g. 
 - Khả năng hấp phụ của silicagel giảm ngay từ khi nhiệt độ tăng đến 40 – 
500C. Vì thế không bố trí phin sấy silicagel gần các thiết bị có nhiệt độ cao như 
máy nén, dàn ngưng hay bình chứa cao áp. Khả năng hấp phụ của silicagel có 
thể được tái sinh nếu sấy nó ở nhiệt độ 120 đến 2000C trong vòng 12 giờ. Tuy 
vậy, cũng như đối với zelôit, hiệu quả tái sinh silicagel rất hạn chế, nên thay 
phin sấy mới khi cần thiết. 
c. Một số vật liệu hút ẩm khác: 
 - Đất sét hoạt tính cũng có cấu trúc tương tự, có khả năng hút ẩm, các loại 
axit, bazơ và các chất lạ hình thành trong quá trình vận hành máy lạnh như CO2, 
NH3, SO2, H2S và hydrocacbon. Hiện nay người ta đang nghiên cứu để sử dụng 
đất sét hoạt tính làm chất chống ẩm trong hệ thống lạnh. 
 - Các chất lỏng hấp thụ ẩm thực tế như sunfat canxi CaSO4, clorua canxi 
CaCl2 hoặc perelorat magiê Mg(ClO4)2 không được sử dụng để hút ẩm trong các 
hệ thống lạnh vì nhiều nhược điểm do tính chất cơ, hóa, lý của nó. Nếu sử dụng 
không được bố trí trên đường lỏng. 
 - Các chất có phản ứng hóa học với nước tuy có hiệu quả khử ẩm rất cao, 
nhưng vì khi tác dụng hóa học chúng lại tạo ra các chất mới khác nên thực tế 
không thể dùng trong các hệ thống lạnh được. Các vật liệu hút ẩm loại này như: 
vôi sống (CaO), oxitbari, penoxit phốt pho P2O5 bố trí trong hệ thống lạnh có thể 
tạo ra các loại axit và bazơ gây ăn mòn thiết bị, làm lão hóa và phá hủy dầu bôi 
trơn, phá hủy sơn cách điện làm chập mạch cuộn dây trong các máy nén kín và 
nửa kín, 
* Câu hỏi và bài tập: 
* Câu hỏi: 
1. Đặc điểm, yêu cầu của các vật liệu sử dụng trong các máy và thiết bị lạnh? 
 38
2. Quan hệ giữa tính chất của các vật liệu kim loại dung trong các máy và thiết 
bị với tính chất hoá lý của môi chất và dầu bôi trơn? từ đó rút ra kết luận gì khi 
sử dụng? 
3. các vật liệu phi kim loại chủ yếu có thể dung trong các hệ thống máy và thiết 
bị lạnh? Tính chất của chúng thay đổi như thế nào theo nhiêt độ, trong môi 
trường dầu và môi chất lạnh? 
4. Các vật liệu cách nhiệt thường được sử dụng ở đâu trong hệ thống máy và 
thiết bị lạnh? Đặc điểm và những yêu cầu kỹ thuật chính? 
5. Kể tên và nêu vắn tắt tính chất của các vật liệu cách nhiệt hay được sử dụng 
trong các máy và hệ thống lạnh 
6. Vật liệu hút ẩm dùng trong kỹ thuật lạnh có mấy loại chính? Tính chất và 
công nghệ sử dụng zeôlit và sillicagen? 
7. Đặc điểm và yêu cầu của dầu bôi trơn máy lạnh? 
8. Các loại dầu, tính chất và phạm vi ứng dụng của nó trong các hệ thống máy 
lạnh? 
* Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: Nhận biết vật liệu kỹ thuật lạnh 
Giáo viên: 
 - Chia lớp thành nhiều nhóm, mỗi nhóm từ (5 ÷ 7) học sinh 
 - Chuẩn bị các mẫu vật liệu kỹ thuật lạnh: vật liệu kim loại và phi kim, 
vật liệu cách nhiệt, vật liệu hút ẩm và một số loại dầu bôi trơn thông dụng. 
- Hướng dẫn học sinh phân biệt và nhận biết được các loại vật liệu kỹ 
thuật lạnh: 
+ Nhận biết vật liệu kim loại và phi kim 
 + Nhận biết vật liệu cách nhiệt cơ bản: polyutheran và polystyrol 
 + Phân biệt được các loại dầu bôi trơn 
+ Nhận biết các loại vật liệu hút ẩm và cách ẩm, phân biệt vật liệu zêolit 
và sillicagen. 
* Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: 
Mục tiêu Nội dung Điểm 
Kiến thức - Trả lời đầy đủ 8 câu hỏi; 4 
Kỹ năng 
- Nhận dạng đúng vật liệu kim loại, phi kim loại, vật liệu 
cách nhiệt, hút ẩm, dầu bôi trơn thông dụng, hút ẩm, 
cách ẩm, zêôlit, sillicagen 
5 
Thái độ 
- Nộp bài tập đúng hạn (1 tuần về nhà), vở bài tập 
nghiêm túc, sạch sẽ 
1 
Tổng 10 
 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] PGS.TS Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương (1998), 
Vật liệu kỹ thuật nhiệt và kỹ thuật lạnh, Nhà xuất bản Giáo Dục. 
[2] Nguyễn Xuân Phú, Hồ Xuân Thanh, (2001), Vật liệu kỹ thuật điện, NXB 
Khoa học và kỹ thuật. 
[3] Nguyễn Đình Thắng (2006), Vật liệu kỹ thuật điện, NXB Khoa học và kỹ 
thuật, Hà Nội. 
[4] Nguyễn Đình Thắng (2004), Giáo trình vật liệu điện, Nhà xuất bản Giáo 
Dục.