Tìm hiểu thiết bị tách lỏng
Bình tách lỏng là một thiết bị phụ quan trọng trong các hệ thống lạnh, đặc biệt là trong các tủ cấp đông yêu cầu nhiệt độ âm sâu, dưới -40°C. Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều chỉnh dòng môi chất lạnh, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống lạnh.
Vị trí và nhiệm vụ
Vị trí
- Sau thiết bị bay hơi: Nơi đây, môi chất lạnh đã hấp thụ nhiệt và biến đổi thành hơi.
- Trước máy nén cao áp: Để đảm bảo chỉ có hơi môi chất được hút vào máy nén.
Nhiệm vụ
Tách lỏng ra khỏi hơi môi chất: Bình tách lỏng thực hiện việc tách dịch lỏng ra khỏi hơi môi chất trước khi được hút vào máy nén. Điều này cực kỳ quan trọng vì việc máy nén hút phải dịch lỏng có thể gây ra tình trạng ngập dịch, dẫn đến va đập thủy lực, có nguy cơ làm hỏng máy nén.
Thay đổi vận tốc và phương hướng: Quá trình tách lỏng diễn ra dựa trên sự thay đổi đột ngột về vận tốc và phương hướng của dòng môi chất, kết hợp với ảnh hưởng của trọng trường. Khi dòng môi chất vào bình tách lỏng, sự thay đổi này tạo điều kiện cho dịch lỏng và hơi tách biệt.
Chứa cặn bã: Bình tách lỏng cũng đóng vai trò như một bộ lọc, giúp chứa các cặn bã, mạt sắt hay bụi bẩn trong đường ống. Điều này ngăn ngừa các vật thể lạ vào máy nén, bảo vệ máy khỏi hư hỏng.
Bảo vệ máy nén trong trường hợp thiếu bảo trì: Nếu hệ thống lạnh không được bảo trì định kỳ, dàn lạnh có thể bị bẩn, làm cho gas lỏng áp suất thấp không bay hơi hiệu quả. Trong tình huống này, bình tách lỏng sẽ chứa dịch lỏng, ngăn ngừa việc lỏng kéo về máy nén, từ đó bảo vệ máy nén khỏi những hư hỏng tiềm tàng.
Cấu tạo và nguyên lí của bình tách lỏng
Cấu tạo
- Đường môi chất lạnh: Kết nối từ bình chứa thấp áp đến thiết bị bay hơi.
- Đường máy nén hút: Đường dẫn hơi đã được tách lỏng trở về máy nén.
- Đường hồi dầu: Đường dẫn dầu về bình tập trung dầu.
- Lá chắn lỏng: Các tấm chắn giúp ngăn các giọt lỏng không bị cuốn theo dòng hơi.
- Bình tách lỏng: Thân bình chứa môi chất lạnh.
- Lỏng môi chất lạnh: Chứa lỏng đã được tách ra từ hơi.
- Bẩy dầu: Thiết bị giúp thu hồi dầu từ bình.
- Van một chiều: Ngăn chặn dòng chảy ngược của môi chất.
- Công tắc phao: Kiểm soát mức dịch bên trong bình.
- Đường về bình hồi lưu lỏng: Đường dẫn lỏng đã được tách ra quay về hệ thống.

Nguyên lý tách lỏng
- Giảm tốc độ dòng hơi: Khi dòng hơi với tốc độ cao (15-18 m/s cho NH3, 12-15 m/s cho Freon) đi vào bình, tốc độ sẽ giảm đột ngột xuống khoảng 0,5-1,0 m/s. Sự giảm tốc này làm giảm động năng của các giọt lỏng, khiến chúng rơi xuống đáy bình.
- Thay đổi hướng chuyển động: Dòng môi chất không đi thẳng vào bình mà thường được dẫn theo những góc nhất định, giúp tăng cường hiệu quả tách lỏng.
- Sử dụng các tấm chắn: Các tấm chắn trong bình giúp ngăn các giọt lỏng. Khi dòng môi chất va vào các vách chắn, giọt lỏng mất động năng và rơi xuống đáy.
- Kết hợp với hồi nhiệt: Môi chất trao đổi nhiệt sẽ bốc hơi hoàn toàn trước khi vào máy nén.
Nguyên lý hoạt động
Bình tách lỏng hoạt động dựa trên nguyên lý giảm động năng và trọng lực:
- Khi gas lạnh dạng hơi và dạng lỏng vào bình, gas dạng hơi có động năng lớn sẽ được làm chậm lại. Sau khi vào bình, gas lỏng với trọng lượng lớn hơn sẽ rơi xuống đáy, trong khi gas 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.
Ngoài nhiệm vụ chính là tách lỏng ra khỏi hơi, bình tách lỏng còn giúp bảo vệ máy nén khỏi hiện tượng ngập dịch và các cặn bã có thể gây hư hại cho máy nén. Bình cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất làm lạnh của hệ thống.
Phân loại
Bình tách lỏng kiểu nón chắn
Bình tách lỏng kiểu nón chắn được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh công suất lớn, đặc biệt là trong hệ thống lạnh sử dụng ammoniac (NH3). Nó đảm bảo rằng máy nén chỉ hút hơi khô, tránh hiện tượng ngập dịch có thể gây hư hại cho máy nén.

1. Ống ga vào; 2. Tấm gia cường; 3. Ống hút; 4. Nón chắn; 5. Cửa xả hơi, 6. Lỏng ra
Thiết kế
- Nhiệt độ làm việc: Bình tách lỏng kiểu nón chắn hoạt động ở nhiệt độ thấp và cần được bọc cách nhiệt để duy trì hiệu suất làm việc.
- Vị trí: Bình tách lỏng được đặt trên đường ống hút, khác với bình tách dầu thường đặt trên đường đẩy.
Nguyên lý hoạt động
Giảm tốc độ dòng hơi: Dòng hơi có tốc độ cao khi vào bình sẽ giảm đột ngột xuống khoảng 0,5-1,0 m/s. Sự giảm tốc này làm cho các giọt lỏng mất động năng và rơi xuống đáy bình.
Thay đổi hướng chuyển động: Dòng môi chất không đi thẳng vào bình mà thường được dẫn theo những góc nhất định, giúp tăng cường hiệu quả tách lỏng.
Sử dụng các nón chắn: Các nón chắn trong bình giúp ngăn các giọt lỏng không bị cuốn theo dòng hơi. Khi dòng môi chất va vào các vách chắn, giọt lỏng sẽ mất động năng và rơi xuống đáy.
Hồi nhiệt: Môi chất trao đổi nhiệt sẽ bốc hơi hoàn toàn, đảm bảo rằng hơi ra khỏi bình có độ quá nhiệt nhất định.
Ứng dụng
Bình tách lỏng kiểu nón chắn được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh công suất lớn, đặc biệt là trong hệ thống lạnh sử dụng ammoniac (NH3). Nó đảm bảo rằng máy nén chỉ hút hơi khô, tránh hiện tượng ngập dịch có thể gây hư hại cho máy nén.
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
Chức năng
Tách lỏng cho dòng hơi hút máy nén: Bình giúp loại bỏ các giọt lỏng còn lại trong dòng hơi trước khi vào máy nén, đảm bảo rằng máy nén chỉ hút hơi khô, tránh hiện tượng ngập dịch gây hư hại cho máy nén.
Quá lạnh dòng lỏng trước tiết lưu: Bình cũng thực hiện quá trình làm lạnh cho dòng lỏng trước khi vào van tiết lưu, giúp giảm tổn thất trong quá trình tiết lưu và tăng hiệu suất làm lạnh.
Nguyên lý hoạt động
Bình tách lỏng hồi nhiệt hoạt động theo nguyên lý sau:
- Giảm tốc độ dòng hơi: Khi dòng hơi từ dàn bay hơi đi vào bình, tốc độ sẽ giảm đột ngột, từ đó làm cho các giọt lỏng mất động năng và rơi xuống đáy bình.
- Trao đổi nhiệt: Dòng hơi trao đổi nhiệt với dòng lỏng chuyển động trong ống xoắn bên trong bình, giúp một phần lỏng hóa hơi và đảm bảo rằng hơi ra khỏi bình có độ quá nhiệt nhất định.
- Tách giọt ẩm: Nếu vẫn còn giọt ẩm chưa được hóa hơi hết, các nón chắn sẽ tiếp tục tách các giọt này khi dòng hơi di chuyển lên phía trên.
- Hút dầu và lỏng đọng lại: Ống hút về máy nén được thiết kế uốn cong xuống dưới đáy bình, có khoan một lỗ nhỏ (Φ = 3 – 4mm) để hút dầu và lỏng đọng lại bên trong bình. Việc này không gây ngập lỏng vì lượng ít và bị hóa hơi một phần khi đi qua lỗ khoan.
Loại 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
Bình giữ mức lỏng là một thiết bị quan trọng trong các hệ thống lạnh tiết lưu kiểu ngập, được sử dụng để cung cấp và duy trì mức lỏng trong thiết bị bay hơi. Ngoài chức năng giữ mức lỏng, bình còn có nhiệm vụ tách lỏng ra khỏi hơi trước khi hơi được hút về máy nén. Do đó, thiết bị này thường được gọi là bình giữ mức – tách lỏng.

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
Thiết kế
- Thân bình: Hình trụ với chân bình vững chắc.
- Tấm chắn lỏng: Được đặt nghiêng với góc 30° so với phương nằm ngang, giúp tách lỏng hiệu quả hơn.
Chức năng của bình giữ mức lỏng
- Giữ mức dịch cho thiết bị bay hơi: Bình giữ mức cung cấp và duy trì mức dịch luôn ngập ở thiết bị bay hơi, giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.
- Tách lỏng hơi hút về máy nén: Bình còn có chức năng tách lỏng ra khỏi dòng hơi trước khi đưa vào máy nén, tránh hiện tượng ngập dịch gây hư hại cho máy nén.
Nguyên lý hoạt động
- Cấp dịch từ bình vào dàn lạnh: Lỏng trong dàn lạnh sẽ trao đổi nhiệt với nước muối, hóa hơi và thoát ra ống nằm phía trên để quay về bình giữ mức. Khi đó, mức lỏng trong dàn bay hơi tụt xuống và lỏng từ bình giữ mức sẽ chảy vào dàn bay hơi từ phía dưới, tạo nên vòng tuần hoàn.
- Đối lưu tự nhiên: Môi chất lỏng trong dàn lạnh chuyển động đối lưu tự nhiên, nhưng tốc độ đối lưu phụ thuộc vào tốc độ hóa hơi, có thể ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt.
- Đối lưu cưỡng bức: Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt, có thể thực hiện đối lưu cưỡng bức bằng bơm.

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