Bình làm mát trung gian: nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo, nguyên lí

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

Làm mát hoàn toàn hơi môi chất quá nhiệt từ máy nén hạ áp nén lên trong điều kiện đẳng áp (P_tg = const) nhờ quá trình trao đổi nhiệt với dòng môi chất lạnh được tiết lưu lần nhất VTL1 thực hiện, đưa trạng thái môi chất lạnh từ trạng thái hơi quá nhiệt cuối tầm nén máy hạ áp (t₂, P_tg ) về trạng thái bão hoà khô (x = 1, P_tg ). Đối với một số thiết bị làm mát trung gian khác thì quá trình làm mát chưa hẳn là làm mát hoàn toàn, tuỳ thuộc vào cấu tạo của chúng. Quá trình làm mát hoàn toàn hơi môi chất lạnh do máy nén hạ áp nén lên sẽ làm giảm công nén, tiết kiệm được năng lượng.

Làm quá lạnh môi chất lạnh từ bình chứa cao áp tới đi vào ống xoắn (ruột gà) nhờ quá trình trao đổi nhiệt với dòng môi chất lạnh được tiết lưu lần nhất VTL1 trong điều kiện đẳng áp (P_k= const), quá trình này hạ thấp nhiệt độ môi chất lạnh đi trong ống xoắn từ nhiệt độ ngưng tụ T_k xuống nhiệt độ quá lạnh T_ql (T_ql < T_k). Việc làm quá lạnh môi chất trước khi đi về van tiết lưu lần 2 (VTL2) sẽ làm tăng năng suất lạnh riêng của chu trình lạnh, rút ngắn thời gian làm lạnh, làm lạnh đông, tiết kiệm được năng lượng, tăng hiệu quả kinh tế.

Ngoài hai nhiệm vụ trên nó còn có nhiệm vụ tách lỏng môi chất lạnh nhờ nón chắn lỏng trước khi máy nén cao áp hút về, tránh va đập thuỷ lực cho máy nén cao áp làm hư hỏng máy nén, đồng thời nó còn có khả năng tách dầu về phía đáy của thiết bị, 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

Bình trung gian có cấu tạo hình trụ, có chân cao, bên trong bình bố trí ống xoắn làm lạnh dịch lỏng trước tiết lưu. Bình có trang bị 2 van phao khống chế mức dịch, các van phao được nối vào ống góp 14 để lấy tín hiệu. Van phao phía trên V₁ bảo vệ mức dịch cực đại của bình, nhằm ngăn ngừa hút lỏng về máy nén cao áp. Khi mức dịch trong bình dâng cao đạt mức cho phép van phao tác động đóng van điện từ ngừng cấp dịch vào bình.

Van phao dưới V₂ khống chế mức dịch cực tiểu nhằm đảm bảo các ống xoắn luôn luôn ngập trong dịch lỏng. Khi mức dịch dưới hạ xuống thấp quá mức cho phép van phao V₂ tác động mở van điện từ cấp dịch cho bình. Ngoài van phao bình còn được trang bị van an toàn và đồng hồ áp suất lắp ở phía trên 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

Ga từ máy nén cấp 1 đến bình được dẫn sục vào trong khối lỏng có nhiệt độ thấp và trao đổi nhiệt một cách nhanh chóng. Phần cuối ống đẩy 2 người ta khoan nhiều lỗ nhỏ để hơi sục ra xung quanh bình đều hơn. Phía trên thân bình có các nón chắn có tác dụng như những nón chắn trong các bình tách dầu và tách lỏng.

Dòng lỏng tiết lưu hoà 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. Bình trung gian được bọc cách nhiệt, bên ngoài cùng bọc tôn bảo vệ.

Bình trung gian nằm ngang

Sử dụng bình trung gian kiểu nằm ngang có hiệu quả giải nhiệt rất tốt, nhưng chi phí rẻ hơn so với bình trung gian kiểu đặt đứng vì cấu tạo nhỏ gọn, ít trang thiết bị đi kèm.

Cấu tạo

Cấu tạo bình trung gian kiểu nằm ngang tương đối giống bình ngưng tụ, gồm: thân hình trụ, hai đầu có các mặt sàng, bên trong là các ống trao đổi nhiệt.

Bình trung gian kiểu nằm ngang có kích thước không lớn, nên thường không trang bị các thiết bị bảo vệ như van phao, van an toàn và đồng hồ áp suất. Bình trung gian kiểu nằm ngang được sử dụng để làm mát trung gian hơi nén cấp 1 và quá lạnh lỏng trước tiết lưu vào dàn lạnh. Bình trung gian kiểu nằm ngang cũng được bọc cách nhiệt dày khoảng 50-75mm, 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 làm việc tương tự như bình trung gian kiểu ống xoắn ruột gà. Môi chất lạnh lỏng từ bình chứa cao áp đến được đưa vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình. Bên trong bình, môi chất lỏng chuyển động theo đường dích dắc nhờ các tấm ngăn. Hơi quá nhiệt từ máy nén cấp 1 đến, sau khi hoà 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 tấm bản

Đối với các hệ thống lạnh 2 cấp công suất nhỏ người ta sử dụng thiết bị làm mát trung gian kiểu tấm bản. Thiết bị trung gian kiểu tấm bản không khác gì so với thiết bị ngưng tụ hay bay hơi kiểu tấm bản. Tuy nhiên do công suất giải nhiệt trung gian thường không lớn nên bình trung gian kiểu tấm bản có công suất nhỏ hơn.

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

Theo sơ đồ nguyên lý này, ở thiết bị trung gian chỉ xảy ra quá trình làm lạnh lỏng cao áp trước tiết lưu. Quá trình làm mát trung gian thực hiện bên ngoài thiết bị trung gian bằng cách hòa trộn 2 dòng môi chất: Hơi quá nhiệt sau đầu đẩy máy nén cấp 1 và hơi bão hoà của dòng tiết lưu đi ra thiết bị trung gian hoà trộn với nhau thành hơi bão hoà khô và 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.