Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh: vai trò, phân loại, cấu tạo..

Thiết bị ngưng tụ (dàn nóng. unit condenser) cũng là một trong những thiết bị chính rất quan trọng trong hệ thống lạnh, nhiệm vụ của nó thải nhiệt ra ngoài môi trường bằng môi trường làm mát (nước, không khí, hỗn hợp vừa nước vừa không khí).

Vai trò thiết bị ngưng tụ

• Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng.
• Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.
• Công nén tăng, mô tơ có thể quá tải
• Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thể tác động ngừng máy nén, van an toàn có thể hoạt động.
• Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn như cháy dầu.

Nguyên lí hoạt động

Môi chất lạnh sau khi máy nén nén lên đưa về thiết bị ngưng tụ tại đây nó thải nhiệt cho môi trường làm mát thực hiện quá trình ngưng tụ đẳng áp P_k = const, chuyển đổi pha từ pha hơi sang pha lỏng, môi chất lạnh sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ ở trạng thái nằm trên đường X = 1 (đường bão hoà lỏng) hoặc nằm trong vùng lỏng ở trạng thái quá lạnh tùy theo thiết kế của thiết bị ngưng tụ.

Phân loại 

Cán cứ vào môi trường làm mát thì có thể chia thiết bị ngưng tụ ra làm ba loại chính:

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước

Thiết bị này có hai loại đó thiết bị kiểu nằm ngang và kiểu đứng thẳng.

1. Nắp chia đường nước; 2. Vỏ bình; 3. ống trao đổi nhiệt; 4. Đường cân bằng cao áp; 5. ống chỉ mức lỏng; 6. Ống hơi môi chất vào bình ngưng; 7. Áp kế; 8. Van an toàn; 9. Van xả khí đường nước; 10. Ống lắp nhiệt kế 11. Van xả đáy đường nước; 12 ống dẫn lỏng môi chất đi; 13. Van xả dầu; 14. Bầu gom dầu.

Đây là thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng, nước chảy trong ống theo chế độ chảy màng, nhờ có các núm tạo xoáy nên nước phân bố đều cho các ống trao đổi nhiệt và chảy xoáy theo ống từ trên ruộng. Bình ngưng thẳng đứng dùng cho các hệ thống lạnh lớn, được đặt ở ngoài trời.

Ngoài ra, còn có thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước kiểu ống lồng ống, trong công nghiệp thiết bị này cũng được sử dụng rất nhiều.

Thiết bị ngưng tụ làm mát hỗn hợp

Thiết bị ngưng tụ làm mát hỗn hợp vừa nước vừa không khí: trong đó không khí có thể đối lưu cưỡng bức hoặc cũng có thể đối lưu tự nhiên.

a) Không khí đối lưu tự nhiên; b) Không khí đối lưu cưỡng bức

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí: trong đó không khí có thể đối lưu cưỡng bức hoặc cũng có thể đối lưu tự nhiên, đối với loại thiết bị này chỉ sử dụng cho những hệ thống lạnh có công suất trung bình và nhỏ, bởi vì khả năng làm mát bằng không khí kém hơn, hệ số truyền nhiệt nhỏ hơn so với các thiết bị ngưng tụ khác, nếu dùng thiết bị này cho hệ thống có công suất lớn và rất lớn thì thiết bị ngưng tụ rất lớn và cồng kềnh, chiếm rất nhiều diện tích mặt bằng. 

Một quá trình ngưng tụ luôn trải qua ba giai đoạn cơ bản: đó là giai đoạn làm mát hơi quá nhiệt cao áp từ nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén lạnh về nhiệt độ ngưng tụ T_k trở thành hả bão hoà khô (x=1) trong điều kiện đẳng áp; giai đoạn tiếp theo là giai đoạn ngưng tụ chuyển đổi pha từ hơi môi chất lạnh bão hòa khô về trạng thái bão hoà lỏng (x=0) trong điều kiện đẳng áp và đẳng nhiệt P_k = const; T_k = const; giai đoạn cuối cùng là giai đoạn làm quá lạnh (giảm nhiệt độ) môi chất lạnh từ nhiệt độ ngưng tụ T_k xuống nhiệt độ quá lạnh T_ql (T_k > T_ql).

Tùy theo thiết kế của thiết bị ngưng tụ và môi trường làm mát thì giai đoạn ba có thể có hoặc không có trong hệ thống lạnh công nghiệp, nếu có nó làm tăng năng suất riêng của chu trình lạnh.