Quá trình làm việc của máy lạnh chuyển tiếp tương đương 3 cấp

Máy lạnh chuyển tiếp tương đương ba cấp nén gồm hai tầng: tầng trên và tầng dưới

Tầng trên

a)     sơ đồ nguyên lý làm việc;
b)     chu trình làm việc biểu diễn trên đồ thị t – s

Tầng trên là hệ thống nén lạnh hai cấp, thường dùng môi chất lạnh R₂₂.  Tầng dưới là hệ thống nén lạnh một cấp, thường dùng môi chất lạnh R₁₃ (t_đb = 180^oC).

Tầng trên nhằm giải quyết “nước” ngưng tụ cho tầng dưới, nhưng lại không thể dùng nước lạnh để giải nhiệt ngưng tụ được, mà thay bằng nước muối lạnh thì hiệu quả kinh tế cũng không cao.

Chu trình làm việc của tầng trên như sau: dịch R₂₂ sau tiết lưu 3 (điểm 17) vào thiết bị bốc hơi – ngưng tụ L₁– K₁ để bốc hơi giải nhiệt ngưng tụ của R₁₃. Hơi bão hoà (điểm 18) qua thiết bị trao đổi nhiệt 3 thành hơi quá nhiệt (điểm 9) và được máy nén B hút về để nén đến trạng thái quá nhiệt 10. Hơi trung áp này vào bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt.

Trong bình trung gian, hơi tạo thành sau tiết lưu 2 (điểm 15) trộn với hơi trung áp thành hỗn hợp hơi có trạng thái 19′. Hỗn hợp hơi quá nhiệt này được làm nguội bằng dịch R₂₂ sau tiết lưu 1 đến trạng thái 11 rồi mới về máy nén C nén tới trạng thái cao áp 12, vào thiết bị ngưng tụ K₁ của tầng trên. Thiết bị K₁ giải nhiệt bằng nước. Dịch R₂₂ sau khi ngưng tụ (điểm 13) chia làm hai phần. 

Phần nhỏ qua tiết lưu 1 vào bình trung gian để hạ nhiệt độ làm nguội lượng hơi trung áp tới trạng thái 11 để về máy nén C. Phần chính của dịch R₂₂ còn lại qua trao đổi nhiệt 3 (điểm 14) rồi lại chia thành hai đường: đường phụ qua tiết lưu 2 (điểm 15) để vào bình trung gian (điểm 19) nhằm làm quá lạnh đường dịch chính của R₂₂ đi trong ống xoắn ở bình trung gian từ trạng thái 14 xuống tới 16 trước khi vào tiết lưu 3. 

Sau tiết lưu 3 lượng R₂₂ với trạng thái điểm 17 mới vào thiết bị bốc hơi ngưng tụ L₁– K₂; để bốc hơi – giải nhiệt ngưng tụ của R₁₃ cho tầng dưới.

Tầng dưới

Ở tầng dưới máy nén A hút R₁₃; từ trạng thái hơi quá nhiệt (điểm 3) nén đến trạng thái điểm 4, qua trao đổi nhiệt 2 để làm nguội hơi quá nhiệt tới (điểm 5), sau đó vào thiết bị bốc hơi – ngưng tụ L₁– K₂ để ngưng tụ thành dịch R13 (điểm 6). Giải nhiệt ngưng tụ của hơi R₁₃ bằng ẩn nhiệt bốc hơi của dịch R₂₂ trong thiết bị bốc hơi – ngưng tụ L₁– K₂ là thiết bị chung cho cả 2 tầng và là thiết bị trao đổi nhiệt chính giữa hai tầng của hệ thống máy lạnh chuyển tiếp. 

Dịch R₁₃, sau ngưng tụ, tiếp tục làm quá lạnh ở trao đổi nhiệt 1 quá trình 6-7 rồi mới qua tiết lưu 4 (quá trình tiết lưu 7 – 8) và bốc hơi sinh lạnh ở thiết bị bốc hơi L₂ với P₀₃, t₀₃ rất thấp của lĩnh vực làm lạnh thâm độ – lĩnh vực dưới -100^oC.

Hơi R₁₃ tạo thành ở trạng thái bão hoà khô từ điểm 1 qua trao đổi nhiệt 1 đạt tới hơi quá nhiệt điểm 2 và qua tiếp trao đổi nhiệt 2 để đạt tới độ quá nhiệt điểm 3 trước khi máy nén A hút về để tiếp tục chu trình nén lạnh của tầng dưới.

Trong kỹ thuật làm lạnh thâm độ và kỳ nghệ hóa lỏng các khí, tùy điều kiện kỹ thuật và đặc điểm nhiệt động của các môi chất mà người ta lắp ghép hệ thống lạnh chuyển tiếp tương đương ba cấp nén, nhưng tầng trên là hệ thống nén lạnh 1 cấp, với tầng dưới là hệ thống nén lạnh hai cấp hoặc lắp ghép thành hệ thống lạnh chuyển tiếp tương đương bốn cấp nén, gồm tầng trên, tầng dưới nếu là hệ thống nén lạnh hai cấp với 2, 3 hoặc nhiều môi chất khác nhau.