Thiết bị ngưng tụ trong máy lạnh nén hơi: nhiệm vụ, phân loại

Thiết bị ngưng tụ là một thành phần không thể thiếu trong chu trình làm lạnh của máy lạnh nén hơi. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi môi chất lạnh từ trạng thái hơi trở lại trạng thái lỏng.

Nhiệm vụ

Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt, có nhiệm vụ chuyển hơi môi chất có áp suất và nhiệt độ cao sau khi nén được làm mát bằng không khí, nước hay các chất lỏng có nhiệt độ thấp khác để ngưng tụ thành lỏng. Quá trình ngưng tụ là quá trình tỏa nhiệt, vì vậy nếu không được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ sẽ dừng lại và mục đích biến hơi môi chất thành lỏng cũng không thể thực hiện được.

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). 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 gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép nhúng kẽm nóng để trần, không có vỏ bao che, có rất nhiều ống góp ở hai đầu. Phía trên dàn là một máng phân phối nước hoặc dàn ống phun, phun nước xuống. Dàn ống thường được đặt ngay phía trên một bể chứa nước. Nước được bơm từ bể lên máng phân phối nước trên cùng.

Máng phân phối nước được làm bằng thép và có đục rất nhiều lỗ hoặc có dạng răng cưa. Nước sẽ chảy tự do theo các lỗ và xối lên dàn ống trao đổi nhiệt. Nước sau khi trao đổi nhiệt được không khí đối lưu tự nhiên giải nhiệt trực tiếp ngay trên dàn. Để tăng cường giải nhiệt cho nước ở nắp bể người ta đặt lưới hoặc các tấm tre đan.

Gas quá nhiệt đi vào dàn ống từ phía trên, ngưng tụ dần và chảy ra ống góp lỏng phía dưới, sau đó được dẫn ra bình chứa cao áp. Ở trên cùng của dàn ngưng có lắp đặt van an toàn, đồng hồ áp suất và van xả khí không ngưng.

Dàn ngưng tụ kiểu tưới cũng có các ống trích lỏng trung gian để giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt phía dưới, tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

Trong quá trình hoạt động cần lưu ý các hư hỏng có thể xảy ra đối với dàn ngưng kiểu tưới như sau:

• Hiện tượng bám bẩn và ăn mòn bề mặt.
• Cặn bẩn đọng lại trong bể nước cần xả bỏ và vệ sinh bể thường xuyên.
• Các lỗ phun bị tắc bẩn cần phải kiểm tra và vệ sinh.
• Nhiệt độ nước trong bể tăng cao, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt, nên luôn luôn xả bỏ một phần và bổ sung nước mới 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, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý làm bay hơi một chất lỏng có điểm sôi thấp (môi chất sôi) để hấp thụ nhiệt từ một nguồn nhiệt khác, từ đó làm giảm nhiệt độ của nguồn nhiệt này.