Tìm hiểu van tiết lưu kho lạnh

Van tiết lưu đóng vai trò quan trọng trong hệ thống kho lạnh, đảm bảo điều chỉnh lưu lượng và áp suất của môi chất lạnh phù hợp với nhu cầu làm lạnh.

Nhiệm vụ của van tiết lưu

Sau khi môi chất lạnh lỏng từ thiết bị ngưng tụ hoặc bình chứa cao áp dẫn đến van tiết lưu, quá trình tiết lưu diễn ra như sau:

Quá trình tiết lưu:

• Môi chất lạnh trải qua quá trình tiết lưu không thuận nghịch, trong đó entropy tăng ($ds>0$) và enthalpy giữ nguyên ($dh=0$).
• Áp suất giảm từ áp suất ngưng tụ P_k​ xuống áp suất bay hơi P₀​.
• Nhiệt độ cũng giảm từ nhiệt độ ngưng tụ T_k hoặc nhiệt độ quá lạnh T_q​ xuống nhiệt độ bay hơi T₀​.

Thay đổi trạng thái:

• Quá trình này làm cho môi chất lạnh chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, với nhiệt độ và áp suất giảm.
• Môi chất lạnh được đưa vào thiết bị bay hơi, nơi nó tiếp tục thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp với áp suất P₀ giữ nguyên.

Quá trình bay hơi:

• Trong thiết bị bay hơi, môi chất lạnh nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh.
• Quá trình bay hơi diễn ra ở điều kiện đẳng áp ($\text{const}$), chuyển đổi môi chất từ pha lỏng sang pha hơi.

Ý nghĩa của quá trình:

Quá trình tiết lưu và bay hơi là các bước quan trọng trong chu trình lạnh, cho phép môi chất lạnh hấp thụ nhiệt từ môi trường, hạ nhiệt độ và đạt được hiệu suất làm lạnh.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động

Van tiết lưu hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của môi chất lạnh sau khi bay hơi:

Tăng nhiệt độ:

• Khi nhiệt độ môi chất lạnh ra khỏi dàn lạnh cao hơn mức quy định, môi chất trong bầu cảm biến nóng lên, làm tăng áp suất ép lên màng van đàn hồi.
• Áp lực này đẩy ty van xuống, tăng tiết diện cửa van, cho phép nhiều môi chất lạnh đi qua van hơn.
• Kết quả là lượng môi chất lạnh cấp cho dàn lạnh tăng lên. Độ quá nhiệt càng cao, cửa van mở càng lớn.

Giảm nhiệt độ:

• Khi nhiệt độ môi chất lạnh ra khỏi dàn lạnh giảm xuống, nhiệt độ trong bầu cảm biến cũng giảm, dẫn đến áp suất đè lên màng van đàn hồi giảm.
• Cửa van sẽ đóng bớt lại, giảm lượng môi chất lạnh đi qua.

Nhiệt độ ổn định:

• Khi nhiệt độ môi chất đạt mức quy định, cửa van mở ở vị trí định mức.
• Van tiết lưu sẽ không đóng kín hoàn toàn trong dải nhiệt độ quanh vị trí định mức, đảm bảo sự linh hoạt trong việc điều chỉnh lượng môi chất lạnh.

Phân loại

Van tiết lưu hiện nay phân làm ba loại: đó là van tiết lưu tự động bằng bầu cảm biến nhiệt; van tiết lưu điện tử; van tiết lưu tay.

Van tiết lưu tự động bằng bầu cảm biến nhiệt

Đối với loại van này có 2 loại đó là van tiết lưu cân bằng trong và van tiết lưu cân bằng ngoài.

Van tiết lưu cân bằng trong

Ứng dụng: Chỉ sử dụng cho các hệ thống lạnh có công suất trung bình và nhỏ, nơi tổn thất áp suất giữa đầu vào (P0v) và đầu ra (P0r) của môi chất lạnh là không đáng kể (ΔP = P0v – P0r = 0).

Nguyên lý hoạt động:

• Áp suất tác dụng lên màng dưới là áp suất bay hơi của môi chất lạnh tại cửa vào thiết bị bay hơi.
• Màng trên chịu tác động của áp suất môi chất trong bầu cảm biến, được điều chỉnh bởi nhiệt độ của môi chất lạnh tại cửa ra thiết bị bay hơi.

Hiệu suất: Van này hoạt động hiệu quả trong các hệ thống có ít tổn thất áp suất, giúp duy trì hiệu suất làm lạnh.

Van tiết lưu cân bằng ngoài

Ứng dụng: Phù hợp cho các hệ thống lạnh có công suất trung bình và lớn, nơi tổn thất áp suất giữa đầu vào và đầu ra của môi chất lạnh tương đối lớn (ΔP = P0v – P0r > 0).

Nguyên lý hoạt động:

• Áp suất tác dụng lên màng dưới không phải là áp suất bay hơi ở cửa vào mà là áp suất hút từ máy nén.
• Màng trên vẫn chịu tác động từ áp suất trong bầu cảm biến, tương tự như van cân bằng trong.

Hiệu suất: Loại van này giúp cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống khi có tổn thất áp suất lớn, đảm bảo rằng môi chất lạnh được điều chỉnh chính xác.

Van tiết lưu điện tử 

Đây là một loại thiết bị tiết lưu hiện đại nó ứng dụng trong việc tự động đo lường và điều khiển hệ thống lạnh bằng máy tính, việc đóng mở cửa van cho lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn qua thiết bị bay hơi nó phụ thuộc vào hoàn toàn nhiệt độ và rất chính xác.

Van tiết lưu điện tử (E.E.V) ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh một cấp nén và hai cấp nén, nhờ vào khả năng tự động điều khiển bằng máy tính với độ an toàn và hiệu quả kinh tế cao. Dưới đây là các thông tin chi tiết về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của van tiết lưu điện tử trong hệ thống lạnh.

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến nhiệt độ:

• Van tiết lưu điện tử làm việc dựa trên tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ trong buồng lạnh (như kho lạnh, tủ đông, …).
• Các cảm biến này chuyển đổi nhiệt độ môi trường thành tín hiệu điện áp.

Mạch điều khiển:

• Tín hiệu điện áp từ cảm biến được đưa về mạch điện tử xử lý.
• Mạch điều khiển bao gồm các vi mạch so sánh, vi điều khiển và khuếch đại.

Điều khiển mô tơ bước:

• Khi nhiệt độ trong buồng lạnh tăng cao, cảm biến chuyển tín hiệu tới mạch điều khiển.
• Sau khi xử lý, mạch điều khiển xuất tín hiệu điều khiển cho mô tơ bước, điều chỉnh vị trí của đinh vít chặn cửa ra số 2 của van E.E.V.
• Cửa van được mở ra, cho phép lưu lượng môi chất lạnh qua van tăng lên.

Tác động của nhiệt độ:

• Khi nhiệt độ trong buồng lạnh giảm dần, tín hiệu từ cảm biến lại được gửi về điều khiển mô tơ bước.
• Đinh vít chặn cửa ra số 2 sẽ dần đóng lại, làm hẹp cửa van E.E.V, dẫn đến giảm lưu lượng môi chất lạnh.

Kết thúc chu trình:

• Quá trình này tiếp tục cho đến khi buồng lạnh đạt đến nhiệt độ cài đặt mong muốn.
• Khi đó, tín hiệu điều khiển sẽ hoàn toàn đóng cửa ra của van E.E.V, ngừng quá trình cấp dịch.

Chế độ không tải:

• Máy nén lúc này hoạt động ở chế độ không tải.
• Sau một khoảng thời gian, khi môi chất lạnh trong dàn lạnh được hút hết, máy nén sẽ ngừng hoạt động và hệ thống lạnh sẽ ngừng hoàn toàn.
• Mạch tín hiệu sẽ thông báo rằng buồng lạnh đã đạt nhiệt độ yêu cầu.

Ưu điểm

• Độ chính xác cao: Van tiết lưu điện tử cho phép điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh một cách chính xác, phù hợp với thay đổi nhiệt độ theo thời gian.
• Tự động hóa: Hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh dựa trên nhiệt độ, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất làm lạnh.
• Khả năng tiết kiệm chi phí: Việc sử dụng van tiết lưu điện tử có thể giảm chi phí vận hành và bảo trì hệ thống lạnh.

Van tiết lưu tay

Loại van này điều chỉnh khe hẹp van tiết lưu hay điều chỉnh lưu lượng qua van tiết lưu, qua thiết bị bay hơi bằng tay. Vì vậy, khi vận hành hệ thống lạnh với van tiết lưu này đòi hỏi người vận hành phải có trình. 

Cách điều chỉnh van tiết lưu kho lạnh

Khái niệm về Superheat

Superheat (độ quá nhiệt) là chỉ số quan trọng trong hệ thống lạnh để đảm bảo hiệu suất và độ an toàn của máy nén. Superheat được định nghĩa là sự chênh lệch giữa nhiệt độ gas lạnh sau khi bay hơi và nhiệt độ bay hơi ban đầu.

• Khi gas lỏng từ bình chứa cao áp qua van tiết lưu, áp suất giảm xuống P0 và nó bay hơi ở nhiệt độ T0.
• Sau khi gas lạnh nhận nhiệt từ dàn bay hơi, nhiệt độ của nó tăng lên thành T1.
• Superheat = T1 – T0. Độ quá nhiệt lớn có thể làm nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén cao, gây nguy cơ cháy dầu bôi trơn và ảnh hưởng đến hiệu suất máy nén cũng như dàn bay hơi.
• Superheat cần được giữ trong khoảng 5 – 7°C để đảm bảo hệ thống lạnh hoạt động hiệu quả.

Quy trình điều chỉnh van tiết lưu nhiệt

Bước 1: Đo nhiệt độ T1

• Đo T1 ở đầu ra của dàn bay hơi, gần vị trí bầu cảm nhiệt.
• Với hệ thống có Dixell, T1 chính là nhiệt độ từ đầu dò dàn lạnh (P2).

Bước 2: Đo áp suất P0

• Sử dụng áp kế để đo P0 gần bầu cảm nhiệt.
• Nếu dàn lạnh có công suất nhỏ, có thể đo P0 tại vị trí đầu hút về của máy nén (thông qua áp suất hút trên đồng hồ ở đầu về máy nén).

Bước 3: Tra bảng thông số

Tra cứu bảng thông số để tìm mối quan hệ giữa P0 (áp suất bay hơi) và T0 (nhiệt độ bay hơi tương ứng với môi chất lạnh).

Bước 4: Tính toán Superheat

Superheat = T1 – T0.

• Nếu Superheat < 5°C, cần đóng bớt van tiết lưu.
• Nếu Superheat > 7°C, cần mở thêm van tiết lưu.

Bước 5: Theo dõi và điều chỉnh lại

• Theo dõi hệ thống sau 1 giờ và kiểm tra lại các thông số.
• Lặp lại quy trình trên nếu cần để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Điều chỉnh số vòng của van tiết lưu

Tùy vào loại van tiết lưu, số vòng điều chỉnh sẽ khác nhau:

• Van TE2: Điều chỉnh 4°C/vòng.
• Van TE5 hoặc TE12: Điều chỉnh 0,5°C/vòng.

Sau khi đo được các thông số T1, P0 và T0, bạn có thể sử dụng app Ref Tools để hỗ trợ việc điều chỉnh chính xác hơn.

---

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