Khái niệm cơ bản về các thiết bị nhiệt – điện lạnh

Các thiết bị điều khiển tự động hóa trong hệ thống lạnh đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình vận hành. Chúng giúp đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy và an toàn. Dưới đây là các chức năng chính:

• Cảm biến: Đo nhiệt độ, áp suất, và mức chất lỏng để hệ thống duy trì hiệu suất ổn định.
• Bộ điều khiển: Xử lý tín hiệu từ cảm biến để điều chỉnh các thông số vận hành phù hợp.
• Van điện từ: Điều khiển luồng chất lỏng trong hệ thống lạnh.
• Relay: Kích hoạt hoặc ngắt kết nối các thành phần khi cần thiết.

Ngoài việc đảm bảo hoạt động hiệu quả, các thiết bị điều khiển tự động còn bảo vệ hệ thống trước các sự cố như áp suất cao, rò rỉ môi chất lạnh, hay nguy cơ cháy nổ. Hệ thống giám sát này giúp phát hiện và xử lý các tình huống khẩn cấp, ngăn ngừa hư hỏng thiết bị và đảm bảo an toàn.

Thiết bị của hệ thống lạnh

Thiết bị chính

• Máy nén: Tăng áp suất môi chất lạnh.
• Thiết bị ngưng tụ (dàn ngưng, dàn nóng): Làm mát và ngưng tụ môi chất từ thể khí sang lỏng.
• Thiết bị bay hơi (dàn lạnh): Hấp thụ nhiệt để làm lạnh không khí hoặc chất lỏng.
• Van tiết lưu: Giảm áp suất và điều chỉnh dòng môi chất vào thiết bị bay hơi.

Thiết bị phụ

• Bình tách dầu: Tách dầu ra khỏi môi chất lạnh.
• Bình chứa cao áp: Chứa môi chất sau quá trình ngưng tụ.
• Thiết bị làm mát trung gian (bình trung gian): Giúp hạ nhiệt độ trong hệ thống nén hai cấp.
• Bình hồi nhiệt: Tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt.
• Bình chứa thấp áp, bình tách lỏng: Chứa và tách môi chất lạnh dạng lỏng khỏi khí để ngăn ngập lỏng vào máy nén.
• Bình tập trung dầu, bình tuần hoàn: Tập trung dầu từ môi chất lạnh và đưa về máy nén.
• Thiết bị xả khí không ngưng: Loại bỏ khí không ngưng tụ ra khỏi hệ thống.

Vai trò của hệ thống điều khiển

Các hệ thống lạnh thường làm việc với môi chất có tính chất nguy hiểm, như khả năng gây cháy nổ hoặc ảnh hưởng xấu đến môi trường. Do đó, thiết bị điều khiển phải đảm bảo giám sát liên tục và phát hiện các sự cố như quá áp, mất môi chất, hay rò rỉ, từ đó tự động điều chỉnh hoặc ngắt hệ thống để bảo vệ các thiết bị và con người.

Các thiết bị chính trong hệ thống điều khiển tự động

Để hệ thống lạnh hoạt động an toàn và tin cậy, việc trang bị các thiết bị tự động điều khiển, bảo vệ và điều chỉnh là điều cần thiết. Những thiết bị này giúp duy trì ổn định các thông số hoạt động và bảo vệ hệ thống khi có sự cố xảy ra. Các thông số như áp suất, nhiệt độ, dòng điện, mức chất lỏng… thường thay đổi theo thời gian, do đó việc điều chỉnh kịp thời là yếu tố quyết định để hệ thống vận hành tối ưu và an toàn.

Thiết bị truyền động điện cho máy nén:

• Cầu dao, CB (Circuit Breaker): Bảo vệ hệ thống khỏi sự cố ngắn mạch hoặc quá tải điện.
• Cầu chì (Fuse): Ngắt dòng điện khi có dòng quá tải.
• Aptomat (MCB/RCCB): Thiết bị tự động ngắt mạch khi phát hiện sự cố quá dòng hoặc rò điện.
• Khởi động từ (Contactor): Đóng/ngắt nguồn điện cho các thiết bị như máy nén hoặc quạt.
• Công tắc tơ (Contactor): Điều khiển đóng/mở mạch điện chính của hệ thống.

Thiết bị điều khiển truyền động điện:

• Relay trung gian: Điều khiển gián tiếp các thiết bị lớn hoặc kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống.
• Relay thời gian: Đặt thời gian trễ cho các hoạt động đóng/mở của hệ thống.
• Relay nhiệt: Bảo vệ máy nén và động cơ khỏi sự cố quá nhiệt.
• Relay điện từ: Kích hoạt hoặc ngắt dòng điện theo tín hiệu điều khiển.

Thiết bị điều khiển – bảo vệ sự cố:

• Relay áp lực: Bao gồm relay áp lực thấp, áp lực cao, relay hiệu áp lực dầu, và relay áp lực nước để giám sát và điều chỉnh áp suất trong hệ thống.
• Van điện từ (Solenoid valve): Điều khiển dòng chảy của môi chất lạnh theo tín hiệu điều khiển.
• Công tắc phao: Điều khiển mức lỏng, đảm bảo không có tình trạng thiếu hoặc ngập lỏng.
• Relay tốc độ: Giám sát và điều chỉnh tốc độ của các quạt và máy nén.
• Cảm biến áp suất: Đo và giám sát áp suất trong các thiết bị ngưng tụ và bay hơi.
• Cảm biến nhiệt độ: Bao gồm thermostatics, thermistors để đo và kiểm soát nhiệt độ.
• Cảm biến dòng điện: Đo dòng điện của hệ thống để phát hiện sự cố quá tải.
• Cảm biến điện áp: Kiểm tra mức điện áp cung cấp cho hệ thống.
• Cảm biến mức lỏng: Đo lượng môi chất trong các bình chứa.
• Cảm biến độ ẩm: Đo độ ẩm môi trường hoặc độ ẩm bên trong hệ thống.
• Cảm biến độ pH, nồng độ, khối lượng, gia tốc, vận tốc, từ trường: Giám sát các thông số môi trường và hoạt động của hệ thống.

Ngoài các thiết bị trên, hiện nay còn dùng các thiết bị điều khiển tự động thông minh để điều khiển- đo lường các thông số – bảo vệ sự cố của hệ thống lạnh được chế tạo sẵn như:

• Các vi mạch được chế tạo sẵn nhu: vi xử lý (Microprocessor) vi điều khiển (Micro- controller), vi mạch biến đổi A/D (analog/digital), vi mạch biến đổi D/A (digital/analog),…v.v
• Các mô đun điều khiển bằng phương pháp lập trình, đó chính là các PLC (do các hãng Simen, Trane, Misumitshi, Toshiba, LG, Sony … chế tạo sẵn ).
• Các card giao tiếp với máy tính với các cổng nối tiếp, song song, chẳng hạn như : cổng nối tiếp RS-232 : C0M1, C0M2, C0M3, C0M4 của máy tính cổng máy in, cổng USB.
• Các Môđun vi xử lý có các chương trình nạp sẵn (tùy theo yêu cầu của người sử dụng và mục đích yêu cầu công nghệ)…

Do tính đa dạng và nhiều chủng loại của các thiết bị điều khiển. Do đó, không thể nghiên cứu cụ thể chi tiết từng loại được, mà ở chương này chỉ nghiên cứu một số các thiết bị điều khiển có tính chất tổng quát mà thôi. Các thiết bị này chúng được phổ biến có bán rộng rãi trên thị trường.

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng