Máy lạnh Ejector/phun hơi: cấu tạo, nguyên lý, ưu – nhược điểm

Năm 1956 Nhà bác học người Nga gốc Do Thái Badin Két đã chỉ ra khả năng dùng Ejector để có được áp suất bay hơi thấp (độ chân không cao) lên 0,002Mpa, ở áp suất này R12 sẽ đạt nhiệt độ sôi là -100^oC.

Khác với máy nén piston hệ số làm việc của Ejector ở vùng áp suất thấp không giảm đi, đó là ưu điểm cơ bản của Ejector, mặt khác Ejector còn đóng vai trò là một máy nén khí ở áp suất thấp tương đồng với máy nén piston

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Ejector cấu tạo gồm 3 bộ phận: lễ hẹp, buồng hút và buồng khuếch tán.

Hơi nước cao áp đi qua lỗ hẹp (gọi là hơi làm việc) với lưu lượng M_pkg/s, qua phần thắt nhỏ của lỗ hẹp hơi chuyển động với vận tốc bằng tốc độ âm thanh (khoảng 300m/s). Do sự tăng tốc của hơi làm việc áp suất động học trong buồng hút giảm xuống, nhờ vậy mà hơi môi chất lạnh từ dàn bay hơi sẽ được hút về mới lưu lượng M_xkg/s.

Sơ đồ nguyên lý

Ở phần thắt lại của buồng khuếch tán, các dòng hơi: hơi làm việc và hơi môi chất lạnh hỗn hợp với nhau. Tốc độ chuyển động của dòng hơi làm việc giảm xuống, còn hơi môi chất lạnh tăng lên. Ở phần đầu của buồng khuếch tán tốc độ của dòng hỗn hợp cũng đạt xấp xỉ bằng tốc độ âm thanh. Sau đó ở phần dãn nở của buồng khuếch tán tốc độ hỗn hợp giảm xuống và tương ứng áp suất tăng lên.

Sự giảm tốc độ chuyển động của hơi trong buồng khuếch tán là do áp suất khi ra lớn hơn áp suất đi vào.

Hoạt động của hệ thống

Nước từ Chilled water (thiết bị chứa nước lạnh để phục cho điều hòa không khí) được đi qua van tiết lưu hạ áp suất xuống đến áp suất bay hơi vào thiết bị phun hơi và từ đây phun vào bình bị bay hơi (bình bên trái của sơ đồ trên). Nhiệt độ nước phun vào lớn hơn nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất của thiết bị bay hơi và do đó một phần (0,3 – 1%) được hóa hơi thu nhiệt từ nước, nhờ vậy nước được làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa. Hơi nước được cuốn theo trong Ejector và từ đây đi vào bình ngưng để ngưng tụ, nước ngưng tụ được dẫn qua van tiết lưu đổ vào bình bay hơi. Nước lạnh được bơm, bơm đến Chilled water để đến nơi tiêu thụ lạnh.

Để tạo chân không trong bình ngưng, người ta dùng bơm hút không khí ra ở phía trên bình ngưng để tách không khí không ngưng ra.

Một phần nước trong bình ngưng được bơm đến bình sinh hơi để sinh hơi áp suất cao, hơi này dùng để phun vào buồng hỗn hợp của Ejector.

Chu trình lý thuyết

Chu trình lý thuyết của máy lạnh ejector được trình bày trên đồ thị T- s và h- s

Hơi sơ cấp được sinh ra trong thiết bị sinh hơi giãn nở đoạn nhiệt trong ống tăng tốc của ejector đến áp suất p_o trong thiết bị bay hơi (quá trình 1 – 2). Trong buồng hỗn hợp của ejector, hơi sơ cấp (2) hỗn hợp với hơi sinh ra trong thiết bị bay hơi (9).

Hỗn hợp (3) được nén đoạn nhiệt trong ống khuếch tán của ejector (3 – 4) đến áp suất ngưng tụ p_k và tiếp tục quá trình ngưng tụ (4 – 5). Nước ngưng tạo thành một phần được nén theo quá trình (5 – 6) và đi vào bình sinh hơi, ở đó nó được làm nóng tới nhiệt độ bão hoà (6 – 7) rồi tiếp tục quá trình sinh hơi (7 – 1).

Phần nước ngưng còn lại được tiết lưu (5 – 8) đến áp suất p_o và tiếp tục quá trình bay hơi (8 – 9). Có thể xem quá trình làm việc như vậy gồm 2 chu trình xảy ra đồng thời theo 2 chiều ngược nhau : chu trình thuận 1-11-5-6-7-1 và chu trình ngược 9-10-5-8-9.

Ưu, nhược điểm máy lạnh Ejector

Ưu

• Không độc hại và gây cháy nổ mà nhiệt hoá hơi lại lớn (ở 0°c nhiệt hóa hơi r – 2500 kJ/kg).
• Cho phép sử dụng hơi nước làm chất công tác sơ cấp cho ejector.
• Máy lạnh ejector được sử dụng thích hợp để điều hoà không khí vì không cần nhiệt độ làm lạnh thấp, ở những nơi có nguồn năng lượng thứ cấp lớn như các xí nghiệp công nghiệp nhẹ và thực phẩm, trên tàu thuỷ, …
• Có khả năng dùng hơi nước ở thông số thấp của mạng nhiệt trong thiết bị điều hòa không khí sẽ làm tăng lượng điện năng sinh ra trong máy phát tuabin trích hơi.
• Trong công nghiệp hoá học và thực phẩm, máy lạnh ejector dùng để sản xuất nước lạnh, hoặc phục vụ công nghệ đồ hộp rau quả.

Nhược

• Với môi chất lạnh là nước lại cần phải duy trì áp suất làm việc rất thấp và thể tích lớn (ở 0°c, áp suất hoá hơi 0,00608 bar, thể tích riêng của hơi là 1211 m³/kg).
• Hiệu quả năng lượng của nó nói chung thấp do có tổn thất năng lượng khá lớn trong ejector,
• Phải duy trì độ chân không cao trong thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ.