Thiết bị ngưng tụ trong máy lạnh nén hơi
Nhiệm vụ
Ngưng tụ là một quá trình tỏa nhiệt, do đó, thiết bị cần được làm mát liên tục để duy trì hiệu quả. Nếu không có sự làm mát liên tục, quá trình ngưng tụ sẽ bị gián đoạn, khiến hơi môi chất không thể chuyển sang trạng thái lỏng như mong muốn.
Phân loại thiết bị ngưng tụ
Có nhiều căn cứ để phân loại. Ở đây dựa vào môi trường làm mát có thể phân loại thiết bị ngưng tụ thành 4 nhóm sau:
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước – không khí (thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi)
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng môi chất sôi hay các sản phẩm công nghệ.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước
Bình ngưng tụ kiểu ống chùm có vỏ bọc nằm ngang
Đây là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong hệ thống lạnh có năng suất vừa và lớn (khoảng từ 1,5 đến 3,500W).
Hơi môi chất từ máy nén được đưa vào phần trên của bình ngưng và điền đầy không gian giữa các ống, tỏa nhiệt cho nước làm mát đi trong ống và ngưng tụ lại. Môi chất lỏng ngưng tụ được khống chế ở chiều cao cột lỏng khoảng 50 đến 70 mm với bình ngưng loại vừa và 100mm với bình ngưng loại lớn (khoảng 15 đến 20% đường kính trong). Môi chất lỏng được lấy ra từ phía dưới bình ngưng và dẫn vào bình chứa cao áp hoặc trạm tiết lưu.
Bình ngưng có nắp ở hai đầu, các ống dẫn nước vào, ra được gắn vào mặt bích, trong nắp có tấm chắn chia dòng tạo số hành trình cần thiết của nước chảy.
Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Loại 1: Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống kiểu xoắn ốc
Loại 2: Thiết bị ngưng tụ thùng vỏ bọc ống
Thiết bị ngưng tụ kiểu xối/tưới nước
Dàn ngưng tụ kiểu tưới bao gồm cụm ống trao đổi nhiệt bằng thép nhúng kẽm nóng để trần, không có lớp vỏ bảo vệ. Cụm ống này có nhiều ống góp ở hai đầu, phía trên là một máng phân phối nước hoặc dàn ống phun để phun nước xuống. Dàn thường được lắp đặt ngay trên bể chứa nước, nơi nước được bơm từ bể lên máng phân phối trên cùng.
Máng phân phối nước, làm bằng thép và có nhiều lỗ hoặc dạng răng cưa, cho phép nước chảy tự do qua các lỗ và xối lên dàn ống. Nước sau khi làm mát gas sẽ được không khí đối lưu tự nhiên giải nhiệt trực tiếp trên dàn, giúp hạ nhiệt độ nước. Để tăng cường hiệu quả giải nhiệt, có thể đặt lưới hoặc các tấm tre đan ở phía trên bể.
Gas quá nhiệt đi vào dàn từ phía trên, ngưng tụ dần và chảy ra ống góp lỏng phía dưới, sau đó được dẫn ra bình chứa cao áp. Dàn ngưng tụ được trang bị van an toàn, đồng hồ áp suất và van xả khí không ngưng ở trên cùng, để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Các ống trích lỏng trung gian cũng được lắp đặt để tối ưu bề mặt trao đổi nhiệt, giúp tăng hiệu quả làm mát.
Trong quá trình hoạt động, cần chú ý những vấn đề sau:
- Bề mặt dàn có thể bị bám bẩn và ăn mòn, cần vệ sinh định kỳ.
- Cặn bẩn tích tụ trong bể nước, đòi hỏi xả bỏ và vệ sinh thường xuyên.
- Các lỗ phun nước dễ bị tắc, cần kiểm tra và làm sạch.
- Nhiệt độ nước trong bể có thể tăng cao, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt; do đó, cần thường xuyên xả bớt nước nóng và bổ sung nước mới có nhiệt độ thấp hơn.
Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi
Để giảm lượng nước làm mát bổ sung cho thiết bị ngưng tụ, người ta chế tạo thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi. Ở đây không khí được chuyển động cưỡng bức. Toàn bộ nhiệt do môi chất toả ra được truyền cho nước bay hơi, vì vậy nhiệt độ của nước ở đầu vào và đầu ra thực tế không thay đổi. Không khí bên ngoài được quạt hút vào thiết bị và sau đó thải ra môi trường.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí
Phân loại
Thiết bị ngưng tụ kiểu này có thể làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên hay cưỡng bức.
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên: chủ yếu dùng trong tủ lạnh và trong các máy lạnh thương nghiệp cỡ nhỏ
- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu cưỡng: được sử dụng cho hệ thống lạnh công suất vừa và lớn. Đặc biệt hệ thống lạnh dùng môi chất freon phục vụ cho điều hoà và nhu cầu dân dụng, công nghiệp.
Ưu điểm
- Không sử dụng nước nên chi phí vận hành giảm. Điều này rất phù hợp ở những nơi thiếu nước như khu vực thành phố và khu dân cư đông đúc.
- Không sử dụng hệ thống bơm, tháp giải nhiệt, vừa tốn kém lại gây ẩm ướt khu vực nhà xưởng. Dàn ngưng không khí ít gây ảnh hưởng đến xung quanh và có thể lắp đặt ở nhiều vị trí trong công trình như treo tường, đặt trên nóc nhà vv . . .
- Hệ thống sử dụng dàn ngưng không khí có trang thiết bị đơn giản hơn và dễ sử dụng.
- So với các thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước, dàn ngưng không khí ít hư hỏng và ít bị ăn mòn.
Nhược điểm
- Mật độ dòng nhiệt thấp, nên kết cấu khá cồng kềnh và chỉ thích hợp cho hệ thống công suất nhỏ và trung bình.
- Hiệu quả giải nhiệt phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu. Những ngày nhiệt độ cao áp suất ngưng tụ lên rất cao.
Ví dụ, hệ thống sử dụng R22, ở miền Trung, những ngày hè nhiệt độ không khí ngoài trời có thể đạt 40oC, tương ứng nhiệt độ ngưng tụ có thể đạt 48oC, áp suất ngưng tụ tương ứng là 18,5bar, bằng giá trị đặt của rơ le áp suất cao. Nếu trong những ngày này không có những biện pháp đặc biệt thì hệ thống không thể hoạt động được do rơ le bảo vệ áp suất cao (HP) tác động. Đối với dàn ngưng trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên hiệu quả còn thấp nữa.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng môi chất sôi
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng môi chất sôi là một công nghệ trao đổi nhiệt tiên tiến, phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp. Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên việc làm bay hơi một chất lỏng có điểm sôi thấp (gọi là môi chất sôi) để hấp thụ nhiệt từ nguồn nhiệt khác, từ đó làm giảm nhiệt độ của nguồn nhiệt.
Quá trình này hiệu quả vì khi môi chất sôi chuyển từ trạng thái lỏng sang khí, nó hấp thụ một lượng lớn nhiệt, giúp giảm nhanh nhiệt độ của môi trường xung quanh. Công nghệ này thường được ứng dụng trong các hệ thống làm lạnh, điều hòa không khí, và trong quá trình sản xuất công nghiệp yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ.
