Quá trình làm việc của hệ thống máy lạnh chuyển tiếp (cascade)

Hệ thống máy lạnh chuyển tiếp (cascade) được thiết kế để đạt nhiệt độ rất thấp, sử dụng hai chu trình làm lạnh riêng biệt kết hợp với nhau. Hệ thống này thường áp dụng trong công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực hóa lỏng không khí và khí đốt, nơi yêu cầu nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh có thể xuống dưới -100°C.

1. Chu trình sử dụng một môi chất lạnh

Giới hạn sử dụng: Khi nhiệt độ bay hơi đòi hỏi rất thấp, chẳng hạn dưới -70°C, các môi chất lạnh thông thường như NH3 không còn phù hợp, do nhiệt độ đóng băng của NH3 ở -77,9°C. Vì vậy, cần đến các môi chất có nhiệt độ đóng băng thấp hơn như R23 (-163°C), propan (-187,1°C), hoặc etan (-183,2°C).

Vấn đề nén lạnh: Với các môi chất có nhiệt độ đóng băng thấp, nếu chỉ sử dụng một chu trình đơn giản, nhiệt độ tới hạn và áp suất trong máy sẽ gây khó khăn cho hệ thống, với chênh lệch áp suất lớn (ΔP) giữa ngưng tụ và bốc hơi. Áp suất chân không thấp dễ gây lọt không khí vào hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu suất làm lạnh và độ bền của máy nén.

2. Chu trình sử dụng 2 hoặc 3 môi chất lạnh

Trong trường hợp này thường có hai chu trình song song nhau, chu trình trên (tầng trên) dùng để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ K của tầng dưới.

Máy lạnh chuyển tiếp:
Máy lạnh chuyển tiếp

a) Sơ đồ nguyên lý làm việc
b) Chu trình làm việc biểu diễn trên đồ thị IgP – I.
c) d) chu trình làm việc của máy lạnh chuyển tiếp dùng một môi chất lạnh, biểu diễn trên đồ thị t – s, biểu diễn trên đồ thị IgP – I.

Cấu hình: Hệ thống máy lạnh chuyển tiếp thường sử dụng hai chu trình song song, với chu trình “trên” đảm nhận việc giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ của chu trình “dưới.”

  • Chu trình trên: Dùng các môi chất có áp suất không quá lớn, như NH3, R22. Chu trình này có chức năng chủ yếu là giải nhiệt cho chu trình dưới.
  • Chu trình dưới: Sử dụng các môi chất có áp suất cao và nhiệt độ đóng băng thấp như R13, R23, cung cấp nhiệt cho chu trình trên và lạnh cho quá trình làm mát chính.

Phân chia chênh lệch áp suất:

  • Ở tầng trên: ΔP1 = Pk – Po1 (chênh lệch áp suất giữa thiết bị ngưng tụ và điểm bốc hơi của chu trình trên).
  • Ở tầng dưới: ΔP2 = Po1 – Po2 (chênh lệch áp suất giữa điểm bốc hơi và ngưng tụ của chu trình dưới).

3. Thiết bị bốc hơi – ngưng tụ (L – K)

Trong hệ thống cascade, không sử dụng bình làm mát trung gian mà thay vào đó là thiết bị bốc hơi – ngưng tụ L – K. Tại đây, môi chất lạnh của tầng trên sẽ bay hơi ở áp suất Po1, đồng thời môi chất lạnh ở tầng dưới ngưng tụ cũng ở áp suất Po1 cộng thêm ΔPo.

4. Ứng dụng trong máy Cascade

Hai môi chất khác nhau: Hệ thống cascade thường sử dụng với hai môi chất khác nhau để giảm áp suất trong từng cấp máy so với máy nén lạnh một cấp, phổ biến nhất là ở các hệ thống máy lạnh dùng freon.

Một môi chất cho cả hai tầng: Một số hệ thống có thể dùng một loại môi chất cho cả hai tầng để đơn giản hóa việc thiết kế và vận hành, tuy nhiên điều này có thể làm giảm hiệu quả so với việc sử dụng hai môi chất riêng biệt.

Biểu diễn chu trình làm việc

  • Sơ đồ nguyên lý: Biểu diễn sơ đồ nguyên lý của hệ thống cho thấy các chu trình làm việc của môi chất lạnh qua các thiết bị nén, ngưng tụ, và bay hơi.
  • Đồ thị IgP – i và t – s: Chu trình làm việc được mô tả chi tiết trên các đồ thị áp suất-enthalpy (IgP – i) và nhiệt độ-entropy (t – s), giúp minh họa quá trình biến đổi trạng thái của môi chất lạnh trong hệ thống cascade.

*Nguồn tham khảo: Kỹ thuật lạnh thực phẩm – Nguyễn Xuân Phương; Máy và thiết bị lạnh – Trần Danh Giang 

Chia sẻ

Quá trình làm việc của hệ thống máy lạnh chuyển tiếp (cascade)

hoặc copy link

Mục lục

kho lạnh Bách Khoa Cảm ơn Quý khách đã quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi. Đội ngũ tư vấn của công ty sẽ liên hệ đến Quý khách trong 24h tới

Thông tin liên hệ

Gửi