Thiết bị tách lỏng: vị trí, nhiệm vụ, cấu tạo, nguyên lí, phân loại

Bình tách lỏng là một trong những thiết bị phụ khá quan trọng trong những hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông có nhiệt độ âm yêu cầu khá sâu, nhỏ hơn -40°c, nó rất quan trọng trong những hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông được cấp dịch trực tiếp không thông qua bình chứa thấp áp.

Vị trí và nhiệm vụ

Bình tách lỏng nằm sau thiết bị bay hơi, nằm trước máy nén cao áp hay nói chính xác hơn là nằm sau bình chứa thấp áp và nằm trước máy nén.

Bình tách lỏng có nhiệm vụ tách lỏng ra khỏi hơi môi chất trước khi hút về máy nén để tránh cho máy nén làm việc trong trạng thái nguy hiểm, ngập dịch gây va đập thuỷ lực làm hư hỏng máy nén. Quá trình tách lỏng này dựa trên hai nguyên lý cơ bản là thay đổi vận tốc, phương hướng đột ngột cùng với sự tương tác gia tốc trọng trường của trái đất.

Ngoài nhiệm vụ tách lỏng ra thì bình tách lỏng còn là nơi chứa các cặn bã trong đường ống như mạt sắt, mặt đồng,…để tránh những vật thể này vào máy nén làm hỏng máy nén. Bình tách lỏng còn giúp bảo vệ máy nén khí dàn lạnh không được bảo trì định kỳ. Bởi vì khi máy lạnh không được bảo trì định kỳ thì dàn lạnh bị dơ dẫn đến dàn lạnh không trao đổi nhiệt được làm cho gas lỏng áp suất thấp không bay hơi được => lỏng kéo về máy nén nhưng do có bình tách lỏng nên sẽ chứa lỏng bảo vệ máy nén.

Cấu tạo và nguyên lí của bình tách lỏng

Cấu tạo

1. Đường môi chất lạnh từ bình chứa thấp áp bay từ thiết bị bay hơi về.
2. Đường máy nén hút về
3. Đường hồi dầu về bình tập trung dầu
4. Lá chắn lỏng
5. Bình tách lỏng
6. Lỏng  môi chất lạnh.
7. Bẩy dầu.
8. Van một chiều.
9. Công tắc phao.
10. Đường về bình hồi lưu lỏng.

Nguyên lý tách lỏng

• Giảm đột ngột tốc độ dòng hơi từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp cỡ 0,5-1,0 m/s (trong khi đó tốc độ môi chất trên đường ống hút: máy NH₃ từ 15 – 18 m/s; máy Freon từ 12 – 15m/s). Khi giảm tốc độ đột ngột các giọt lỏng giảm động năng và rơi xuống đáy bình.
• Thay đổi hướng chuyển động của dòng môi chất một cách đột ngột. Dòng môi chất đưa vào bình không theo phương thẳng mà thường đưa ngoặt theo những góc nhất định.
• Dùng các tấm chắn để ngăn các giọt lỏng. Khi dòng môi chất chuyển động va vào các vách chắn các giọt lỏng bị mất động năng và rơi xuống.
• Kết hợp tách lỏng hồi nhiệt, môi chất trao đổi nhiệt sẽ bốc hơi hoàn toàn.

Nguyên lý hoạt động 

Bình tách lỏng hoạt động tách gas lỏng lẫn trong hơi ra theo nguyên tắc giảm động năng và trọng lực. Tức nghĩa là gas lạnh dạng hơi lẫn lỏng trước khi vào bình tách lỏng có động năng lớn, sau đó vào bình tách lỏng sẽ giảm động năng rất nhiều sau đó gas lỏng với trọng lượng lớn hơn sẽ rơi xuống còn gas lạnh dạng hơi sẽ ở tầng trên. Gas dạng hơi phía trên sẽ được máy nén hút vào qua đường gas hơi của bình tách lỏng.

Phân loại

Bình tách lỏng kiểu nón chắn

1. Ống ga vào; 2. Tấm gia cường; 3. Ống hút; 4. Nón chắn; 5. Cửa xả hơi, 6. Lỏng ra

Bình tách dầu làm việc ở nhiệt độ cao còn bình tách lỏng làm việc ở phạm vi nhiệt độ thấp nên cần bọc cách nhiệt, bình tách dầu đặt trên đường đẩy, còn bình tách lỏng đặt trên đường ống hút.

Bình tách lỏng kiểu nón chắn có cấu tạo tương tự như bình tách dầu kiểu nón chắn. Điểm khác là bình tách lỏng kiểu nón chắn không có nón chắn phụ phía dưới, vì dòng hơi được hút vào bình tách lỏng không sục thẳng xuống đáy bình gây xáo trộn lỏng phía dưới, nên không cần nón chắn này. Bình tách lỏng kiểu nón chắn được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống lạnh công suất lớn, đặc biệt hệ thống lạnh NH₃.

Bình tách lỏng hồi nhiệt

1. Ống hút về máy nén; 2. Ống hơi vào; 3. Nón chắn; 4. Lỏng vào; 5. Xả lỏng; 6. Lỗ tiết lưu dầu và lỏng; 7. Lỏng ra; 8. Ống hồi nhiệt

Bình tách lỏng hồi nhiệt thường được sử dụng cho hệ thống Freon. Bình có 02 chức năng:

• Tách lỏng cho dòng hơi hút máy nén.
• Quá lạnh dòng lỏng trước tiết lưu để giảm tổn thất tiết lưu.

Việc thực hiện hồi nhiệt ở trong bình tách lỏng vừa làm tăng năng suất lạnh đồng thời nâng cao tác dụng tách lỏng, vì một phần lỏng trong quá trình trao đổi nhiệt đã hóa thành hơi. Dòng hơi từ dàn bay hơi được hút vào ống hút 2 và đi về phía dưới các nón chắn 3. Ở phía dưới hơi trao đổi nhiệt với lỏng chuyển động trong ống xoắn, các giọt hơi ẩm còn lại sẽ hóa hơi và đảm bảo hơi ra khỏi bình tách lỏng hơi sẽ có độ quá nhiệt nhất định.

Nếu trong trường hợp các giọt ẩm chưa được hoá hơi hết, các nón chắn sẽ tách tiếp các giọt lỏng đó khi dòng hơi chuyển động lên phía trên. Ống hơi hút về máy nén được uốn cong xuống phía dưới đáy bình, ở đó có khoan 01 lỗ nhỏ Φ = 3 – 4mm để hút dầu và lỏng đọng lại bên trong bình tách lỏng về. Việc hút như vậy không gây ngập lỏng vì số lượng ít và bị hoá hơi một phần do tiết lưu khi đi qua lỗ khoan. Lỏng được tách ra ở đáy bình cũng có thể được đưa về dàn lạnh từ ống xả lỏng 5.

Bình tách lỏng khác

Ngoài các bình tách lỏng kiểu nón chắn và hồi nhiệt, trong các hệ thống lạnh người ta còn sử dụng nhiều loại bình tách lỏng khác nữa. Dưới đây là một dạng bình hay được sử dụng trong các hệ thống lạnh freon nhỏ. Về cấu tạo tương tự bình tách lỏng kiểu hồi nhiệt, nhưng bên trong không có các nón chắn và cụm ống xoắn hồi nhiệt.

Bình giữ mức lỏng

Trong một số hệ thống lạnh tiết lưu kiểu ngập người ta phải sử dụng bình giữ mức nhằm cung cấp và duy trì mức dịch luôn ngập ở thiết bị bay hơi. Ngoài nhiệm vụ giữ mức dịch cho thiết bị bay hơi, bình còn có chức năng tách lỏng hơi hút về máy nén. Vì thế gọi là bình giữ mức – tách lỏng. Bình giữ mức tách lỏng được sử dụng trong rất nhiều hệ thống lạnh khác nhau: Tủ cấp đông, máy đá cây, máy đá vảy, tủ đông gió vv…

Về cấu tạo, bình gồm thân và chân bình hình trụ, phía trên có các tấm chắn lỏng. Các tấm chắn đặt nghiêng góc 30^o so với phương nằm ngang, trên có khoan các lỗ cho hơi đi qua. Trên bình có gắn van phao để khống chế mức dịch cực đại trong bình nhằm tránh hút lỏng về máy nén, van an toàn, áp kế và đường ống vào ra. Việc cấp dịch từ bình vào dàn lạnh thực hiện nhờ cột áp thuỷ tĩnh.

Lỏng trong dàn lạnh trao đổi nhiệt với nước muối, hoá hơi và thoát ra ống nằm phía trên và đi vào bình giữ mức. Kết quả mức lỏng trong dàn bay hơi tụt xuống và lỏng từ bình giữ mức chảy vào dàn bay hơi theo từ phía dưới, tạo nên vòng tuần hoàn.

1. Ống dịch ra; 2. Ống tiết lưu vào; 3. Ga vào; 4. Ống lắp van phao và áp kế; 5. Ống hút về máy nén; 6. Tấm chắn lỏng; 7,8. Ống lắp van phao; 9. Xả đáy; 10. Chân bình

Sử dụng bình giữ mức để cấp dịch cho các dàn lạnh có ưu điểm ở trong dàn bay hơi luôn luôn ngập đầy dịch lỏng nên hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn. Tuy nhiên môi chất lỏng trong dàn lạnh của hệ thống này chuyển động đối lưu tự nhiên. Tốc độ đối lưu phụ thuộc nhiều vào tốc độ hoá hơi và nói chung tốc độ nhỏ, nên ít nhiều cũng ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt. Muốn tăng cường hơn nữa quá trình trao đổi nhiệt phải thực hiện đối lưu cưỡng bức bằng bơm.