Van tiết lưu trong kho lạnh: phân loại, cấu tạo, cách điều chỉnh…

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 tình chứa cao áp dẫn đến van tiết lưu tại đây nó thực hiện quá trình tiết lưu đoạn nhiệt không thuận nghịch (nên entropy tăng d_s > 0) đẳng entalpy (dh = 0), quá trình tiết lưu này làm giảm áp từ áp suất ngưng tụ P_k xuống áp suất bay hơi P₀, đồng thời kéo theo nhiệt độ giảm từ T_k (nhiệt độ ngưng tụ) hoặc T_ql (nhiệt độ quá lạnh của môi chất lạnh sau khi ngưng tụ) xuống T₀(nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ở thiết bị bay hơi).

Môi chất sau khi tiết lưu giảm áp suất và nhiệt độ được dân vào thiết bị bay hơi tại đày môi chất lạnh nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp (P₀= const).

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Van tiết lưu có cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:

• Thân van: Thân van là bộ phận bao bọc và giữ các bộ phận khác của van.
• Bầu cảm biến: Bầu cảm biến là bộ phận cảm nhận nhiệt độ môi chất lạnh ở dàn bay hơi.
• Màng ngăn: Màng ngăn là bộ phận điều chỉnh lò xo khi nhận tín hiệu áp suất từ bầu cảm biến.

Nguyên lý hoạt động

Van tiết lưu làm việc dựa vào sự thay đổi nhiệt độ của môi chất sau bay hơi:

• Khi nhiệt độ môi chất lạnh ra khỏi dàn lạnh cao hơn mức quy định, môi chất lạnh trong bầu cảm biến nóng lên làm tăng áp suất ép lên màng van đàn hồi, đẩy ty van xuống làm tiết diện cửa van tăng lên, lượng môi chất đi qua van tăng lên, do đó lượng môi chất lạnh cấp cho dàn lạnh sẽ tăng lên. Độ quá nhiệt càng cao thì cửa van mở càng lớn.
• Khi nhiệt độ môi chất lạnh ra khỏi dàn lạnh giảm xuống, nhiệt độ môi chất lạnh trong bầu cảm biến giảm xuống, áp suất đè lên màng van đàn hồi giảm xuống, cửa van sẽ đóng bớt lại.
• Khi nhiệt độ môi chất bằng nhiệt độ quy định thì cửa van mở ở vị trí định mức. Do đó ta thấy van tiết lưu ở dải nhiệt độ quanh vị trí định mức sẽ không đóng kín hoàn toàn.

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 nay có 2 loại đó là van tiết lưu cân bằng trong và van tiết lưu cân bằng ngoài.

Van tiết lưu cân bằng trong chỉ sử dụng cho những hệ thống lạnh có công suất trung bình và nhỏ, hay nói một cách khác là chỉ sử dụng cho thiết bị bay hơi mà tổn thất áp suất giữa đầu vào P0v và đầu ra P0r của môi chất lạnh không lớn (có nghĩa ΔP = P0v – P0r = 0).

Đối với loại van này thì áp suất tác dụng lên màng dưới là áp suất bay hơi của môi chất lạnh ở cửa vào của thiết bị bay hơi, còn màng trên là áp suất môi chất trong bầu cảm biến do cảm biến nhiệt độ của môi chất lạnh tại cửa ra của thiết bị bay hơi.

Van tiết lưu cân bằng ngoài sử dụng cho những hệ thống lạnh có công suất trung bình và lớn, hay nói một cách khác là sử dụng cho thiết bị bay hơi mà tổn thất áp suất giữa đầu vào P0v và đầu ra P0r của môi chất lạnh tương đối lớn (có nghĩa ΔP = P0v – P0r > 0), 

Đối với loại van này thì áp suất tác dụng lên màng dưới không phải là áp suất bay hơi của môi chất lạnh ở cửa vào của thiết bị bay hơi mà là áp suất hút hơi môi chất về máy nén, còn màng trên là áp suất môi chất trong bầu cảm biến do cảm biến nhiệt độ của môi chất lạnh tại cửa ra của thiết bị bay hơi.

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 hiện nay được ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống lạnh một cấp nén và hai cấp nén ..có yêu cầu về tự động điều khiển bằng máy tính với độ an toàn và hiệu quả kinh tế cao, khả năng các van tiết lưu này là điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh được cấp vào thiết bị bay hơi một cách chính xác và hợp lý, tùy thuộc vào nhiệt độ trong buồng lạnh (kho lạnh, tủ cấp đông …) thay đổi theo thời gian hoạt động của hệ thống lạnh (nhiệt độ càng giảm dần theo thời gian làm việc của hệ thống lạnh).

Vì van tiết lưu điện tử làm việc dựa vào tín hiệu của cảm biến nhiệt độ của buồng lạnh hệ thống lạnh, các cảm biến nhiệt độ cảm nhận được nhiệt độ và chuyển tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp, tín hiệu này sẽ đưa về mạch điện tử xử lý và xuất tín hiệu điều khiển mô tơ bước của van tiết lưu.

Khi nhiệt độ trong buồng lạnh càng cao, cảm biến nhiệt độ chuyển tín hiệu nhiệt độ đó thành tín hiệu điện áp đưa về các vi mạch trong mạch điều khiển để xử lý, sau khi xử lý xong nó đưa ra tín hiệu điều khiển ,điều khiển mô tơ bước, lúc này đinh vít chặn cửa ra số 2 của van E.E.V sẽ hoạt động phù hợp với tín hiệu ra làm cho cửa van E.E. V được mở ra thực hiện quá trình tiết lưu với lưu lượng môi chất lạnh đi qua van E.E.V nhiều hơn

Chú ý rằng các vi mạch điện tử trong mạch điều khiển là các vi mạch so sánh, vi điều khiển, khuếch đại … khi nhiệt độ trong buồng lạnh giảm dần, cảm biến nhiệt độ đưa tín hiệu về điều khiển mô tơ bước số 1 làm cho đinh vít chặn của số 2 sẽ đóng lại dần dần, cửa ra của van E.E.V dần dần hẹp lại, lưu lượng môi chất lạnh đi qua van tiết lưu giảm dần, phụ tải của máy nén giảm dần, cho đến khi buồng lạnh của hệ thống lạnh đạt tới nhiệt độ được cài đặt theo yêu cầu, thì tín hiệu đưa về điều khiển môto bước làm cho đinh vít chặn cửa ra số 2 sẽ đóng hoàn toàn ngừng quá trình cấp dịch.

Lúc này máy nén chạy ở chế độ không tải sau một thời gian nhất định môi chất lạnh trong dàn lạnh của hệ thống được máy nén hút về hết thì máy nén ngừng hoạt động và hệ thống lạnh ngừng hoàn toàn, mạch tín hiệu sẽ thông báo buồng lạnh đã đạt nhiệt độ.

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 độ kỹ thuật, phải có kinh nghiệm làm việc, nếu vận hành không đúng có thể gây ra hiện tượng ngập dịch, hiện tượng quá nhiệt hơi hút về máy nén, kéo dài thời gian làm lạnh, làm lạnh đông sản phẩm, …v.v, cho nên hệ thống lạnh sử dụng van tiết lưu tay thì vận hành rất phức tạp. 

Van tiết lưu tay trước đây sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống lạnh công nghiệp ở các nhà máy chế biến thuỷ hải sản, nhưng hiện này do vận hành khó khăn mức độ tự động hoá không cao và không an toàn, vì thế càng ngày loại van này càng ít được sử dụng. 

Cách điều chỉnh van tiết lưu kho lạnh

Để điều chỉnh van tiết lưu nhiệt trước tiên chúng ta cùng tìm hiểu khái niệm superheat. Khi gas lỏng từ bình chứa cao áp đi qua van tiết lưu nó sẽ giảm áp suất về P₀ và bay hơi ở nhiệt độ T_0. Sau khi gas lạnh nhận nhiệt ra khỏi dàn bay hơi thì nó sẽ tăng nhiệt độ lên T_1. Như vậy độ chênh lệch nhiệt độ T₁-T₀ này ta gọi là độ quá nhiệt hơi hút hay còn gọi là superheat. Nếu superheat càng lớn thì nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén càng cao như vậy có thể làm cháy dầu bôi trơn và gây ảnh hưởng đến máy nén cũng như hiệu suất làm việc của dàn bay hơi.

Vì vậy nhiệt độ superheat này được quy định nằm trong khoảng từ 5 đến 7 độ C. Nếu nhiệt độ superheat nằm ngoài khoảng nhiệt độ này ta cần điều chỉnh lại van tiết lưu để hệ thống lạnh làm việc với hiệu suất cao nhất. Sau đây là cách điều chỉnh van tiết lưu nhiệt các bạn có thể tham khảo.

• Bước 1: Đo nhiệt độ T₁ ở đầu ra của dàn bay hơi (gần bầu cảm nhiệt). Trường hợp dùng dixell thì đó là nhiệt độ đầu dò dàn lạnh (P₂)
• Bước 2: Dùng áp kế đo áp suất P₀ gần bầu cảm nhiệt, trường hợp nếu dàn lạnh có công suất nhỏ thì ta có thể lấy P₀ tại vị trí đầu hút về của máy nén. ( áp suất hút trên đông hồ ở đầu về máy nén)
• Bước 3: Tra bảng thông số tương ứng giữa áp suất bay hơi và nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh để tìm T₀
• Bước 4: Độ quá nhiệt hơi hút hay superheat = T₁ – T₀ . Nếu superheat này bé hơn 5 độ C thì ta cần đóng bớt van tiết lưu. Còn nếu superheat lớn hơn 7 độ C thì ta cần mở thêm van tiết lưu.
• Bước 5: Theo dõi hệ thống sau một giờ và tiến hành kiểm tra và lặp lại các bước trên (nếu cần)

Để điều chỉnh đóng hay mở van bao nhiêu vòng là phù hợp ta cần xem loại van đó là van gì và điều chỉnh thì bao nhiêu độ/vòng? Ví dụ đối với van tiết lưu TE2 thì 4 độ C/ vòng, còn với van TE5 hoặc TE12 thì 0,5 độ C/ vòng. Ngoài ra sau khi đo được các thông số T₁, P₀ và T₀ chúng ta cũng có thể dùng app Ref Tools để điều chỉnh một cách chính xác.