Chọn phương pháp cấp dịch dàn lạnh khi thiết kế hệ thống lạnh

Lựa chọn phương pháp cấp dịch cho dàn lạnh có ý nghĩa rất quan trọng đến hiệu quả làm việc, khả năng thu hồi dầu.

Có các phương pháp cấp dịch chủ yếu sau: 

• Cấp dịch bằng tiết lưu trực tiếp 
• Cấp dịch kiểu ngập dịch từ bình giữ mức 
• Cấp dịch bằng bơm dịch.

Phương pháp cấp dịch tiết lưu trực tiếp 

Phương pháp cấp dịch tiết lưu trực tiếp là phương pháp cấp dịch mà môi chất sau tiết lưu đi trực tiếp vào dàn lạnh không qua bất cứ khâu trung gian nào. 

Môi chất lạnh sau tiết lưu đi trực tiếp vào dàn lạnh không qua các khâu trung gian nên tổn thất nhiệt thấp. Đây là phương pháp đơn giản, không đòi hỏi phải có các thiết bị khác đi kèm, chi phí đầu tư thấp. 

Phương pháp tiết lưu trực tiếp có thể sử dụng van tiết lưu tay và van tiết lưu tự động. Nhưng van tiết lưu tay chỉ nên sử dụng tiết lưu trực tiếp cho các hệ thống có chế độ nhiệt ổn định lâu dài. Đối với các hệ thống hoạt động không ổn định, phụ tải luôn biến động không nên sử dụng van tiết lưu tay, vì có thể gây ngập dịch khi phụ tải giảm, nhiệt độ buồng lạnh thấp. 

Tuy nhiên, để điều chỉnh lưu lượng hợp lý theo phụ tải thực tế, chỉ nên sử dụng van tiết lưu tự động và công suất của van phải tương ứng với phụ tải của hệ thống. Trong trường hợp sử dụng van tiết lưu tay hoặc sử dụng van tiết lưu tự động nhưng có công suất lớn hơn sẽ rất nguy hiểm khi phụ tải nhiệt bên ngoài thay đổi. Khi phụ tải nhiệt giảm, rất dễ gây ra ngập lỏng.

1- Dàn lạnh; 2- Quạt dàn lạnh; 3- Cụm van tiết lưu; 4- Xả nước ngưng 

Phương pháp tiết lưu trực tiếp thường được sử dụng cho các dàn lạnh nhỏ, phụ tải nhiệt không lớn, ví dụ như hệ thống lạnh máy điều hoà, kho lạnh thương nghiệp, kho bảo quản, kho chờ đông vv… 

Đối với các hệ thống công suất lớn, phương pháp này tỏ ra hiệu quả thấp, trong nhiều trường hợp dàn lạnh thiếu môi chất trầm trọng làm cho thời gian làm lạnh tăng lên đáng kể, đặc biệt ở cuối dàn lạnh. Mặt khác do môi chất ở trong dàn lạnh chủ yếu ở thể hơi nên hiệu quả trao đổi nhiệt không cao, đối với hệ thống làm lạnh nhanh người ta ít sử dụng kiểu cấp dịch này. 

Cấp dịch kiểu ngập lỏng từ bình giữ mức

Phương pháp cấp dịch kiểu ngập lỏng từ bình giữ mức được sử dụng cho các thiết bị bay hơi đòi hỏi lưu lượng môi chất và phụ tải nhiệt lớn, thời gian làm lạnh tương đối nhanh.

Thiết bị bay hơi trong hệ thống lạnh cấp dịch kiểu ngập lỏng luôn luôn chứa ngập lỏng bão hoà. Dịch lỏng được cấp trực tiếp từ bình giữ mức xuống nhờ cột áp thuỷ tĩnh. Để đảm bảo cung cấp dịch lỏng đầy đủ cho dàn lạnh, mức dịch tối thiểu trong bình giữ mức luôn được duy trì. Do trong dàn lạnh luôn luôn ngập dịch lỏng nên hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn so với hơi bão hoà khi tiết lưu trực tiếp, giảm đáng kể thời gian làm lạnh.

Tuy nhiên, phương pháp này có một số nhược điểm:

• Phải trang bị thêm bình giữ mức và các thiết bị khác đi kèm (van phao, van an toàn, đồng hồ áp suất, van chặn vv..) nên chi phí đầu tư tăng lên đáng kể. 
• Lượng môi chất sử dụng trong hệ thống tăng do trong quá trình hoạt động một lượng lớn đã tích tụ tại bình giữ mức. 
• Chuyển động của môi chất trong dàn bay hơi là chuyển động đối lưu tự nhiên, nhờ cột áp thuỷ tĩnh nên tốc độ khá thấp. Tốc độ đó phụ thuộc vào tốc độ hoá hơi của môi chất trong dàn lạnh. Nếu tốc độ hoá hơi chậm thì kéo theo tốc độ luân chuyển chậm. Do tốc độ môi chất bên trong dàn lạnh chậm nên hiệu quả trao đổi nhiệt cũng không thực sự cao và thời gian làm lạnh vẫn còn dài. 
• Đối với hệ thống đòi hỏi thời gian làm lạnh ngắn như các hệ thống cấp đông nhanh phương pháp này không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 
• Vòng tuần hoàn môi chất giữa dàn lạnh và bình giữa mức là riêng biệt so với hệ thống, hầu như không chịu tác động của máy nén mà chỉ phụ thuộc tốc độ hoá hơi ở dàn lạnh, nên rất khó can thiệp để thay đổi tốc độ. Nếu tốc độ làm lạnh chậm thì vòng luân chuyển cũng chậm theo.

1- Dàn lạnh, 2- Bình giữ mức

Phương pháp cấp dịch kiểu ngập lỏng thường sử dụng cho các hệ thống sau đây :

• Máy đá cây và máy đá vảy.
• Tủ cấp đông tiếp xúc (thời gian làm lạnh 4-5 giờ/mẻ)
• Thiết bị làm lạnh nước chế biến và điều hoà không khí trong các nhà máy chế biến thực phẩm
• Một số thiết bị cấp đông I.Q.F

Mặc dù bên trong dàn lạnh là môi chất lỏng, nhưng do tốc độ chuyển động chậm nên trong các hệ thống làm lạnh nhanh hoặc siêu tốc phương pháp cấp dịch từ bình giữ mức không đảm bảo yêu cầu nên người ta bắt buộc sử dụng phương pháp đối lưu cưỡng bức nhờ bơm. 

Cấp dịch bằng bơm cấp dịch

Để tăng tốc độ chuyển động của dịch lỏng tuần hoàn trong dàn lạnh, nâng cao hiệu quả giải nhiệt, giảm thời gian làm lạnh, người ta sử dụng phương pháp cấp dịch bằng bơm. Phương pháp này được sử dụng dụng trong các thiết bị cấp đông lạnh nhanh. Sở dĩ cấp dịch bằng bơm thì hiệu quả trao đổi nhiệt rất cao và thời gian làm lạnh giảm là vì 2 lý do sau :

• Môi chất trong dàn lạnh ở trạng thái lỏng có nhiệt rất thấp.
• Môi chất lỏng chuyển động cưỡng bức với tốc độ lớn.

Tuy nhiên sử dụng bơm cấp dịch cho dàn lạnh có nhược điểm chỉ có một lượng lỏng khi qua dàn lạnh sẽ hoá hơi, một lượng lớn sau dàn lạnh không kịp hoá hơi nên khả năng ngập lỏng rất lớn nếu hút trực tiếp về máy nén ngay. Trong trường hợp này bắt buộc phải có bình chứa hạ áp. Bình chứa hạ áp có chức năng vừa là nơi chứa lỏng cho bơm cấp dịch hoạt động ổn định vừa là thiết bị để tách lỏng và hơi sau dàn lạnh.