Các phương pháp làm lạnh trong kho lạnh

Hiện nay, trong kho lạnh phổ biến hai phương pháp làm lạnh chính là:

Phương pháp làm lạnh trực tiếp

Khái niệm

Làm lạnh buồng trực tiếp là phương pháp làm lạnh trong đó dàn bay hơi được đặt trực tiếp trong buồng lạnh. Môi chất lạnh lỏng (chẳng hạn như Freon hoặc amoniac) sẽ sôi và thu nhiệt từ không khí trong buồng lạnh, làm giảm nhiệt độ không khí để bảo quản sản phẩm.

Dàn bay hơi có thể sử dụng phương pháp đối lưu không khí tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt gió để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt.

Nguyên lý hoạt động

Quy trình làm lạnh trực tiếp diễn ra như sau:

1. Máy nén hút môi chất lạnh dạng hơi từ dàn bay hơi về, sau đó nén lên áp suất cao và đẩy vào thiết bị ngưng tụ.
2. Bình ngưng (thiết bị ngưng tụ) làm lạnh môi chất dưới dạng hơi, chuyển thành dạng lỏng.
3. Van tiết lưu làm giảm áp suất của môi chất lạnh lỏng trước khi cho vào dàn bay hơi.
4. Dàn bay hơi đặt trực tiếp trong buồng lạnh để thu nhiệt từ không khí, làm lạnh buồng đến nhiệt độ yêu cầu.

Trong quá trình này, nhiệt độ sôi của môi chất lạnh thường thấp hơn nhiệt độ buồng khoảng 10°C. Môi chất lạnh sôi, hấp thụ nhiệt từ không khí trong buồng, sau đó trở về máy nén để tiếp tục chu kỳ.

1. Máy nén; 2. Bình ngưng; 3. Van tiết lưu; 4. Dàn bay hơi

Ưu điểm

• Thiết bị đơn giản: Không cần hệ thống vòng tuần hoàn phụ, giúp giảm chi phí và phức tạp.
• Kinh tế và bền bỉ hơn: Hạn chế tiếp xúc với nước muối – chất gây han gỉ và ăn mòn.
• Tổn thất năng lượng thấp: Hiệu nhiệt độ giữa buồng lạnh và dàn bay hơi nhỏ hơn so với hệ thống gián tiếp qua nước muối.
• Thời gian khởi động nhanh: Buồng lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu nhanh chóng.
• Dễ dàng kiểm soát nhiệt độ: Có thể giám sát qua nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, xác định dễ dàng bằng áp kế đầu hút của máy nén.
• Điều chỉnh nhiệt độ linh hoạt: Điều chỉnh bằng cách đóng/mở máy nén, đặc biệt hiệu quả cho các máy nén nhỏ và trung bình.

Nhược điểm

• Khả năng rò rỉ môi chất: Với hệ thống trung tâm phục vụ nhiều khu vực, lượng môi chất lớn và nguy cơ rò rỉ cao, khó xác định vị trí rò rỉ.
• Tổn thất áp suất: Khó khăn khi cấp lỏng cho các dàn bay hơi xa.
• Hồi dầu gặp khó khăn: Đặc biệt khi dàn lạnh đặt xa hoặc thấp hơn máy nén, làm tăng nguy cơ máy nén hoạt động không ổn định.
• Khả năng phân phối môi chất không đều: Khi có quá nhiều dàn lạnh, lượng môi chất phân phối đến từng dàn không đồng đều, dễ dẫn đến “hành trình ẩm” gây nguy hiểm cho máy nén.
• Khả năng trữ lạnh kém: Khi ngừng máy, dàn lạnh cũng mất lạnh nhanh chóng.

Ứng dụng

Do những hạn chế của nó, hệ thống làm lạnh trực tiếp thường được sử dụng cho các trường hợp làm lạnh cục bộ, nơi số lượng người tiêu thụ lạnh không nhiều. Hệ thống này cũng thường được tự động hóa để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả, bao gồm tự động điều khiển, điều chỉnh nhiệt độ buồng và bảo vệ theo chế độ làm việc của máy nén.

Phương pháp làm lạnh gián tiếp

Khái niệm

Làm lạnh gián tiếp là quá trình làm lạnh buồng bằng các dàn nước muối lạnh. Trong đó, thiết bị bay hơi được đặt ngoài buồng lạnh. Môi chất lạnh sôi tại thiết bị bay hơi để làm lạnh nước muối. Sau đó, nước muối lạnh được bơm tuần hoàn đến các dàn lạnh trong buồng để làm lạnh không khí bên trong buồng.

Sau khi trao đổi nhiệt với không khí trong buồng, nước muối nóng lên và được đưa trở lại thiết bị bay hơi để làm lạnh xuống nhiệt độ ban đầu, duy trì vòng tuần hoàn liên tục.

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống làm lạnh gián tiếp bao gồm hai vòng tuần hoàn riêng biệt:

Vòng tuần hoàn môi chất lạnh:

• Môi chất lạnh dạng hơi được máy nén nén lên áp suất cao, sau đó đẩy vào bình ngưng.
• Tại bình ngưng, môi chất lạnh ngưng tụ thành dạng lỏng sau khi trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh.
• Môi chất lạnh lỏng tiếp tục đi qua van tiết lưu để giảm áp suất và nhiệt độ, rồi vào bình bay hơi.
• Tại bình bay hơi, môi chất lạnh lỏng sẽ sôi, hấp thụ nhiệt từ nước muối và làm lạnh nước muối xuống nhiệt độ yêu cầu.

Vòng tuần hoàn nước muối (chất tải lạnh):

• Nước muối được làm lạnh trong bình bay hơi, sau đó bơm tuần hoàn để lưu thông qua các dàn lạnh trong buồng.
• Tại dàn lạnh, nước muối trao đổi nhiệt với không khí trong buồng, hấp thụ nhiệt và làm lạnh không khí.
• Sau khi trao đổi nhiệt, nước muối nóng lên và được bơm trở lại bình bay hơi để tiếp tục chu trình làm lạnh.

Các thành phần của hệ thống

1. Máy nén: Tạo ra áp suất cao để đẩy môi chất lạnh qua hệ thống.
2. Bình ngưng: Là nơi môi chất lạnh dạng hơi được ngưng tụ thành dạng lỏng sau khi trao đổi nhiệt.
3. Bình bay hơi: Thiết bị cho phép môi chất lạnh lỏng sôi và hấp thụ nhiệt từ nước muối.
4. Van tiết lưu: Giảm áp suất và nhiệt độ của môi chất lạnh trước khi vào bình bay hơi.
5. Bơm nước muối: Lưu thông nước muối qua các dàn lạnh và bình bay hơi để duy trì vòng tuần hoàn.
6. Dàn lạnh nước muối: Các dàn lạnh bố trí trong buồng để làm lạnh không khí thông qua quá trình đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức.
7. Bình giãn nở: Giúp cân bằng thể tích nước muối khi giãn nở do nhiệt, đảm bảo bơm hoạt động ổn định.

Chất tải lạnh sử dụng

Nước muối: Tùy thuộc vào nhiệt độ làm lạnh yêu cầu, sẽ sử dụng các loại nước muối khác nhau:

• Với nhiệt độ bay hơi trên 5°C: Nước có thể sử dụng làm chất tải lạnh.
• Nhiệt độ bay hơi đến -18°C: Sử dụng dung dịch muối NaCl.
• Nhiệt độ bay hơi đến -45°C: Sử dụng dung dịch muối CaCl2.

Trong hệ thống điều hòa không khí: Thường sử dụng nước làm chất tải lạnh để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Ưu điểm

• An toàn cao: Chất tải lạnh là nước muối không cháy nổ, không gây độc hại và không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm được bảo quản. Hệ thống ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của môi chất lạnh độc hại (như Amoniac) với sản phẩm.
• Cấu tạo đơn giản: Máy lạnh có cấu tạo gọn gàng hơn nhờ việc giảm bớt chiều dài đường ống dẫn môi chất lạnh. Hệ thống được lắp ráp thành tổ hợp hoàn chỉnh tại nhà máy nên có độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng.
• Dễ dàng lắp đặt và bảo dưỡng: Việc lắp đặt, nạp gas, thử bền, và vận hành hệ thống đơn giản hơn. Việc thay thế hoặc sửa chữa dàn lạnh cũng dễ thực hiện.
• Khả năng trữ lạnh cao: Nước muối có khả năng trữ lạnh tốt, nên ngay cả khi máy dừng hoạt động, buồng lạnh vẫn duy trì được nhiệt độ trong thời gian dài.

Nhược điểm

• Hiệu suất làm lạnh thấp hơn: Do độ chênh lệch nhiệt độ giữa môi chất lạnh và buồng lạnh lớn hơn (so với làm lạnh trực tiếp), năng suất làm lạnh của hệ thống sẽ bị giảm.
• Hệ thống cồng kềnh hơn: Hệ thống phải thêm một vòng tuần hoàn nước muối, bao gồm bơm, bình giãn nở và các đường ống dẫn, dẫn đến sự phức tạp trong cấu trúc.
• Ăn mòn thiết bị: Nước muối có tính ăn mòn, đặc biệt khi tiếp xúc với không khí, có thể gây hỏng hóc cho thiết bị và yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên hơn.
• Tốn năng lượng bổ sung: Việc bơm và khuấy nước muối cần năng lượng bổ sung, làm tăng chi phí vận hành.

Ứng dụng

Hệ thống điều hòa không khí trung tâm: Được ứng dụng rộng rãi để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc làm lạnh không khí.

Làm lạnh thực phẩm và đồ uống: Đặc biệt khi sử dụng các môi chất lạnh độc hại, hệ thống gián tiếp giúp ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm bảo quản.

Kho lạnh lớn: Đối với các kho lạnh công nghiệp, nơi có nhiều điểm làm lạnh cần quản lý, hệ thống gián tiếp cho phép điều chỉnh và phân phối nhiệt hiệu quả hơn.