Tìm hiểu bình làm mát trung gian

Thiết bị làm mát trung gian (Intercooler) chỉ có trong hệ thống lạnh hai cấp nén trở lên, vị trí của nó trong hệ thống lạnh làm nằm giữa máy nén cấp 1 và máy nén cấp 2, giữa máy nén cấp 2 và cấp 3, …v.v. Dùng để làm mát trung gian giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh nhiều cấp nén.

Thiết bị làm mát trung gian trong các hệ thống lạnh gồm có 3 dạng chủ yếu sau:

• Bình trung gian kiểu đặt đứng có ống xoắn ruột gà sử dụng cho máy lạnh NH₃ và freon
• Bình trung gian nằm ngang sử dụng cho Freon
• Bình trung gian kiểu tấm bản.

Nhiệm vụ của bình làm mát trung gian

Quá trình làm mát hơi môi chất quá nhiệt từ máy nén hạ áp là một phần quan trọng trong hệ thống lạnh, nhằm giảm công nén và tiết kiệm năng lượng. Dưới đây là tóm tắt về các quá trình này:

Làm mát hoàn toàn hơi môi chất quá nhiệt

• Quá trình: Hơi môi chất quá nhiệt từ máy nén được làm mát tại dàn ngưng trong điều kiện đẳng áp (Ptg = const). Quá trình này giúp chuyển đổi trạng thái từ hơi quá nhiệt (t2, Ptg) sang trạng thái bão hòa khô (x = 1, Ptg).
• Thiết bị: Một số thiết bị làm mát trung gian có thể không làm mát hoàn toàn, tùy thuộc vào cấu tạo của chúng.

Làm quá lạnh môi chất lạnh

• Quá trình: Môi chất lạnh từ bình chứa cao áp được làm quá lạnh khi đi vào ống xoắn (ruột gà) nhờ trao đổi nhiệt với dòng môi chất lạnh qua van tiết lưu lần nhất (VTL1) trong điều kiện đẳng áp (Pk = const). Nhiệt độ của môi chất lạnh giảm từ nhiệt độ ngưng tụ (Tk) xuống nhiệt độ quá lạnh (Tql < Tk).
• Lợi ích: Việc làm quá lạnh trước khi vào van tiết lưu lần 2 (VTL2) giúp tăng năng suất lạnh riêng, rút ngắn thời gian làm lạnh, tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả kinh tế.

Tách lỏng môi chất lạnh

Ngoài hai nhiệm vụ trên, thiết bị còn có nhiệm vụ tách lỏng môi chất lạnh nhờ nón chắn lỏng trước khi máy nén cao áp hút vào. Điều này giúp tránh va đập thủy lực cho máy nén cao áp, bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng. Đồng thời, nó cũng có khả năng tách dầu về phía đáy thiết bị, giúp dầu được xả về bình tập trung dầu.

Phân loại

Bình trung gian kiểu đứng

Bình trung gian kiểu đứng có ống xoắn ruột gà ngoài việc sử dụng để làm mát trung gian, bình có thể sử dụng để:

• Tách dầu cho dòng gas đầu đẩy máy nén cấp 1
• Tách lỏng cho ga hút về máy nén cấp 2
• Quá lạnh lỏng trước khi tiết lưu vào dàn lạnh nhằm giảm tổn thất tiết lưu.

Cấu tạo và nhiệm vụ

• Bình trung gian có dạng hình trụ đứng, chân cao. Bên trong bình được trang bị ống xoắn giúp làm lạnh dịch lỏng trước khi qua tiết lưu.
• Bình có hai van phao khống chế mức dịch, các van phao này nối với ống góp (14) để nhận tín hiệu. Van phao trên (V1) kiểm soát mức dịch cực đại, ngăn ngừa hút lỏng về máy nén cao áp. Khi mức dịch dâng lên đến giới hạn, van phao đóng van điện từ để ngừng cấp dịch vào bình.
• Van phao dưới (V2) kiểm soát mức dịch cực tiểu, đảm bảo ống xoắn luôn ngập trong dịch lỏng. Nếu mức dịch xuống quá thấp, V2 sẽ mở van điện từ để cấp thêm dịch vào bình.
• Ngoài ra, bình còn trang bị van an toàn và đồng hồ áp suất lắp ở phần trên của thân bình.

1. Hơi hút về máy nén áp cao; 2. Hơi từ đầu đẩy máy nén hạ áp đến, 3. Tiết lưu vào; 4. Cách nhiệt; 5. Nón chắn; 6. Lỏng ra; 7. ống xoắn ruột gà; 8. Lỏng vào; 9. Hồi lỏng; 10. Xả đáy, hồi dầu; 11. Chân bình; 12. Tấm bạ; 13. Thanh đỡ; 14. Ống góp lắp van phao; 15. Ống lắp van AT, áp kế

Nguyên lí hoạt động

• Quá trình làm mát: Ga từ máy nén cấp 1 được dẫn sục vào khối lỏng có nhiệt độ thấp, diễn ra quá trình trao đổi nhiệt nhanh chóng. Phần cuối ống đẩy được khoan nhiều lỗ nhỏ để hơi sục ra xung quanh bình đều hơn.
• Nón chắn: Các nón chắn trên thân bình giúp tách lỏng và hơi, tương tự như các nón chắn trong bình tách dầu.
• Hòa trộn: Dòng lỏng tiết lưu hòa trộn với hơi quá nhiệt cuối quá trình nén cấp 1 trước khi đưa vào bình. Ống hút hơi về máy nén cấp 2 được bố trí nằm phía trên các nón chắn.
• Cách nhiệt: Bình trung gian được bọc cách nhiệt và bên ngoài cùng được bọc tôn bảo vệ.

Bình trung gian không chỉ giúp giảm công nén mà còn tăng hiệu suất làm lạnh của hệ thống lạnh, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả kinh tế cho toàn bộ chu trình làm lạnh.

Bình trung gian nằm ngang

Bình trung gian kiểu nằm ngang được ưa chuộng nhờ hiệu quả giải nhiệt cao, chi phí thấp hơn so với loại bình trung gian đặt đứng. Cấu tạo gọn nhẹ giúp giảm thiểu các trang thiết bị đi kèm.

Cấu tạo

Bình trung gian kiểu nằm ngang có cấu tạo tương đối giống bình ngưng tụ, bao gồm:

• Thân hình trụ.
• Hai đầu có mặt sàng.
• Bên trong có các ống trao đổi nhiệt.

Do kích thước nhỏ gọn, bình trung gian kiểu nằm ngang thường không được trang bị các thiết bị bảo vệ như van phao, van an toàn, hoặc đồng hồ áp suất.

Bình này chủ yếu được sử dụng để làm mát trung gian hơi nén cấp 1 và làm quá lạnh môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu dàn lạnh.

Bình được bọc cách nhiệt dày từ 50 đến 75 mm, bên ngoài bọc inox hoặc tôn để bảo vệ.

A. ống hơi ra; B. Lỏng vào; C. Lỏng ra; D. ống tiết lưu; E. Hơi vào

Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hoạt động của bình trung gian kiểu nằm ngang tương tự như bình trung gian kiểu ống xoắn ruột gà:

• Môi chất lạnh lỏng: Môi chất lạnh lỏng từ bình chứa cao áp được đưa vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình.
• Chuyển động: Bên trong bình, môi chất lỏng chuyển động theo đường dích dắc nhờ các tấm ngăn.
• Hơi quá nhiệt: Hơi quá nhiệt từ máy nén cấp 1 hòa trộn với dòng hơi sau tiết lưu đi vào bên trong các ống trao đổi nhiệt theo hướng ngược chiều so với dịch lỏng.

Bình trung gian kiểu nằm ngang không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình làm mát mà còn tiết kiệm chi phí do cấu tạo đơn giản và nhỏ gọn hơn so với bình trung gian kiểu đứng. Sự hiệu quả trong giải nhiệt của bình này làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều hệ thống lạnh hiện nay.

Bình trung gian kiểu tấm bản

Trong các hệ thống lạnh hai cấp có công suất nhỏ, người ta thường sử dụng thiết bị làm mát trung gian kiểu tấm bản. Thiết bị này tương tự như thiết bị ngưng tụ hoặc bay hơi kiểu tấm bản, nhưng có kích thước và công suất nhỏ hơn do yêu cầu giải nhiệt trung gian không lớn.

Cấu tạo

1. Máy nén; 2. Bình tách dầu; 3. Bình chứa; 4. Bình ngưng; 5. Tháp giải nhiệt; 6. Bộ làm mát trung gian; 7. Bình tách lỏng hồi nhiệt; 8. Bình trống tràn; 9. Tủ cấp đông

Nguyên lí hoạt động

• Quá trình làm lạnh: Thiết bị trung gian chỉ xảy ra quá trình làm lạnh lỏng cao áp trước khi tiết lưu.
• Hòa trộn môi chất: Quá trình làm mát trung gian thực hiện bên ngoài thiết bị bằng cách hòa trộn hai dòng môi chất:
  • Hơi quá nhiệt từ đầu đẩy máy nén cấp 1.
  • Hơi bão hòa từ dòng tiết lưu đi ra.

Khi hai dòng này hòa trộn, chúng tạo thành hơi bão hòa khô, sau đó được hút về phía máy nén cao áp.Bình trung gian kiểu tấm bản thường được sử dụng cho các máy nén 2 cấp kiểu nửa kín, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh và tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành.

---

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng