Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi: cấu tạo, nguyên lý, ưu nhược

Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi là một phần của thiết bị trao đổi nhiệt hiệu suất cao ra đời dựa trên việc ứng dụng công nghệ trao đổi nhiệt ưu việt trên thế giới. Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi sử dụng nước và khí làm môi chất lạnh.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Cấu tạo

Dàn ngưng gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép áp lực C₂₀. Kích cỡ ống thường được sử dụng là Φ38×3,5; Φ49×3,5 và Φ57×3,5. 

Toàn bộ cụm ống được đặt trên khung thép U vững chắc, phía dưới là bể nước tuần hoàn để giải nhiệt, phía trên là dàn phun nước, bộ chắn nước và quạt hút gió. Để chống ăn mòn, các ống trao đổi nhiệt được nhúng kẽm nóng bề mặt bên ngoài.

Toàn bộ phía ngoài dàn ống và cụm dàn phun đều có vỏ bao che bằng tôn tráng kẽm. 

1- ống trao đổi nhiệt; 2- Dàn phun nước; 3- Lồng quạt; 4- Mô tơ quạt; 5- Bộ chắn nước; 6-ống gas vào; 7-ống góp; 8-ống cân bằng; 9-Đồng hồ áp suất; 10- ống lỏng ra; 11- Bơm nước; 12-Máng hứng nước; 13- Xả đáy bể nước; 14- Xả tràn 

Nguyên lý làm việc

Hơi môi chất đi vào ống góp hơi ở phía trên vào dàn ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ rồi chảy về bình chứa cao áp ở phía dưới. Thiết bị được làm mát nhờ hệ thống nước phun từ các vòi phun được phân bố đều ở ngay phía trên cụm ống trao đổi nhiệt. 

Nước sau khi trao đổi nhiệt với môi chất lạnh, nóng lên và được giải nhiệt nhờ không khí chuyển động ngược lại từ dưới lên, do vậy nhiệt độ của nước hầu như không đổi. 

Toàn bộ nhiệt Q_k của môi chất đã được không khí mang thải ra ngoài. Không khí chuyển động cưỡng bức nhờ các quạt đặt phía trên hoặc phía dưới. Đặt quạt phía dưới (quạt thổi), thì trong quá trình làm việc không sợ quạt bị nước làm ướt, trong khi đặt phía trên (quạt hút) dễ bị nước cuốn theo làm ướt và giảm tuổi thọ. 

Sau khi tuần hoàn khoảng 2/3 dàn ống trao đổi nhiệt, một phần lớn gas đã được hóa lỏng, để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt cần tách lượng lỏng này trước, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt phía sau cho lượng hơi chưa ngưng còn lại. Vì vậy ở vị trí này người ta bố trí ống góp lỏng trung gian, để gom dịch lỏng cho chảy thẳng về ống góp lỏng phía dưới và trực tiếp ra bình chứa, phần hơi còn lại tiếp tục luân chuyển theo 1/3 cụm ống còn lại. 

Lưu ý:

• Trong quá trình trao đổi nhiệt một lượng khá lớn nước bốc hơi và bị cuốn theo không khí, do vậy phải thường xuyên cấp nước bổ sung cho bể. 
• Trong quá trình sử dụng cần lưu ý, các mũi phun có kích thước nhỏ nên dễ bị tắc bẩn. Khi một số mũi bị tắc thì một số vùng của cụm ống trao đổi nhiệt không được làm mát tốt, hiệu quả trao đổi nhiệt giảm rõ rệt, áp suất ngưng tụ sẽ lớn bất thường. Vì vậy phải luôn luôn kiểm tra, vệ sinh hoặc thay thế các vòi phun bị hỏng. 
• Tương tự bình ngưng, mặt ngoài các cụm ống trao đổi nhiệt sau một thời gian làm việc cũng có hiện tượng bám bẩn, ăn mòn nên phải định kỳ vệ sinh và sửa chữa thay thế. 

Ưu điểm và nhược điểm 

Ưu điểm 

• Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất của nó có thể thiết kế đạt rất lớn mà không bị hạn chế vì bất cứ lý do gì. 
• So với các thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ bay hơi ít tiêu tốn nước hơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn. 
• Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an toàn. 
• Dễ dàng chế tạo, vận hành và sửa chữa. 

Nhược điểm

• Do năng suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao vật liệu khá lớn. 
• Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí, đó là môi trường ăn mòn mạnh, nên chóng bị hỏng. Do đó bắt buộc phải nhúng kẽm nóng để chống ăn mòn. 
• Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng và thay đổi theo mùa trong năm. 
• Chỉ thích hợp lắp đặt ngoài trời, trong quá trình làm việc, khu vực nền và không gian xung quanh thường bị ẩm ướt, vì vậy cần lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn các công trình.