Giới thiệu hệ thống lạnh không dùng bơm: đặc điểm, nguyên lý

Hệ thống lạnh không dùng bơm là một công nghệ làm lạnh độc đáo, khác biệt so với các hệ thống truyền thống thường sử dụng máy nén và bơm. Trong hệ thống này, việc tuần hoàn chất lạnh không phụ thuộc vào áp lực cơ học mà dựa vào các nguyên lý vật lý khác như trọng lực, mao dẫn hoặc sự chênh lệch nhiệt độ.

Đặc điểm

Không sử dụng máy nén: Đây là điểm khác biệt lớn nhất so với các hệ thống lạnh thông thường. Thay vì sử dụng máy nén để tăng áp suất chất lạnh, hệ thống này tận dụng các lực tự nhiên để tạo ra sự tuần hoàn.

Tận dụng các lực tự nhiên:

• Trọng lực: Chất lạnh di chuyển từ vị trí cao xuống vị trí thấp dưới tác động của trọng lực.
• Mao dẫn: Các ống mao dẫn nhỏ giúp chất lạnh di chuyển lên cao, chống lại trọng lực.
• Sự bay hơi và ngưng tụ: Quá trình chuyển thể của chất lạnh từ thể lỏng sang thể khí và ngược lại tạo ra sự chênh lệch áp suất, thúc đẩy dòng chảy.
• Sự thay đổi mật độ: Sự thay đổi mật độ của chất lạnh do nhiệt độ và áp suất khác nhau cũng góp phần tạo ra lực đẩy.

Nguyên lý hoạt động

Ở hệ thống lạnh không dùng bơm chảy trực tiếp này (hình 1) môi chất lạnh lỏng đưa vào dàn lạnh qua trạm tiết lưu, dựa vào chênh lệch áp suất giữa áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi. Để đảm bảo làm việc ổn định và an toàn cho máy nén lạnh, số lượng môi chất lạnh lỏng đưa vào dàn lạnh phải tương ứng với số lượng lỏng bốc hơi ở trong đó, tức hệ số luân lưu môi chất lạnh n = G_i/G_h = 1.

Đưa lượng môi chất lạnh lỏng vào theo điều kiện này rất khó, nhất là các trường hợp chế độ làm việc không ổn định ở phòng lạnh. Không tránh khỏi những tính trạng đưa môi chất lạnh lỏng vào dàn lạnh của một phòng hay một nhóm phòng với các van mở chưa đủ cho nên lượng môi chất lạnh lỏng trong các dàn lạnh chưa đủ, do đó hơi từ dàn lạnh ra là hơi quá nhiệt và truyền lạnh của thiết bị giảm, nên nhiệt độ không khí ở phòng lạnh tăng lên.

1. Máy nén lạnh; 2. Bầu tách dầu; 3. Thiết bị ngưng tụ; 4. Van tiết lưu; 5. Bầu tách lỏng; 6. Dàn lạnh

Trường hợp mở van tiết lưu quá lớn và lượng môi chất lạnh lỏng vào nhiều:

G_i > G_h, trong dàn lạnh tích tụ nhiều lượng, lỏng thừa dẫn tới hành trình ẩm ở máy nén lạnh và gây hư máy do va đập thủy lực. Hệ thống lạnh trực tiếp không bơm dùng trong các trường hợp nhiều nhất bị làm lạnh nhưng với lượng môi chất lòng đưa vào ít. Thường dùng hệ thống này ở các trạm lạnh nhỏ và ở những phòng lạnh lẻ tẻ và người ta trang bị hệ thống với van tiết lưu tự động.

Hệ thống lạnh trực tiếp không bơm với bầu tách lỏng trên cao (hình 2) môi chất lạnh lỏng đưa vào dàn lạnh, dưới áp lực của cột lỏng từ mức lỏng ở bầu tách lỏng (đặt cao hơn tất cả mức lỏng ở các dàn lạnh) đến mức lỏng ở dàn lạnh cao nhất. Môi chất lạnh từ van tiết lưu về bầu tách lỏng, ở đây: hơi tách ra và được hút về máy nén lạnh, còn lỏng thì đi vào các dàn lạnh trong phòng.

Trong các dàn lạnh, môi chất lạnh lỏng sôi và hơi ẩm hoặc hỗn hợp hơi – lỏng đi vào bầu tách lỏng. Từ bầu tách lỏng, hơi được hút về máy nén lạnh phần lỏng còn lại được tuần hoàn vào dàn lạnh. Tuần hoàn môi chất lạnh lỏng thực hiện bởi chênh lệch áp suất của cột lỏng

1. Máy nén lạnh; 2. Bầu tách dầu; 3. Thiết bị ngưng tụ; 4. Van tiết lưu; 5. Bầu tách lỏng; 6. Dàn lạnh; 7. Van tiết lưu tự động.

ΔP_t = (p_l – p_h)H

Với:

• H – chiều cao cột lỏng;
• P_l – khối lượng riêng của môi chất lỏng;
• P_h – khối lượng riêng của hỗn hợp hơi – lỏng ở dàn lạnh và ở ống hút về bầu tách lòng.

1, 2. Dàn lạnh; 3. Bầu tách lỏng; 4. Bình chứa an toàn. Hệ đường ống

I. Ống hơi đến máy nén lạnh; II. Ống lỏng từ tế bào ngưng tụ; III. Hơi NH₃ nóng từ bầu tách dầu tới; IV Đưa NH₃ lỏng về bình chứa thu hồi; V. Đưa dầu về bình tập trung dầu; VI. Xả NH₃ từ các van an toàn.

Khi tăng nhiệt tải ở dàn lạnh thì ΔP_t cũng tăng, đồng thời lượng môi chất lạnh bốc hơi cũng tăng theo. Hiện nay, hệ thống lạnh với bầu tách lỏng dùng cho các kho lạnh tới 600T. Môi chất lạnh thường là amoniac (NH₃). Ở hệ thống với bầu tách lỏng đặt trên cao. Cung cấp NH₃ lỏng qua van tiết lưu tự động dựa vào độ quá nhiệt của hơi NH₃ ở đường ống hút từ bầu tách lỏng về máy nén. Để phòng ngừa lỏng dư tràn từ bầu tách lỏng, người ta lắp nối tiếp 2 bình chứa an toàn (hình 3). Bằng biện pháp này tránh được sự cố ngập máy nén.

1, 2. Dàn lạnh; 3 Bầu tách lỏng; 4. Bình chứa an toan; / Ký hiệu hệ đường ống như ở hình 3

Có thể dùng phương án đặt bầu tách lỏng ở dưới thấp trong phòng máy, trên đường hút hơi từ dàn lạnh về (hình 4). Ở đây cung cấp NH3 lỏng cũng qua van tiết lưu tự động. Trong hệ thống này cũng có hai bình chứa an toàn nối song song từ ống tràn của bầu tách lỏng.