Bình giữ mức - tách 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 vãy, tủ đông gió vv… Về tên gọi có khác nhau tuy nhiên về tính năng tác dụng thì giống nhau.

Trên hình 8-9 và 8-10 trình bày cấu tạo và nguyên lý lắp đặt bình giữ mức tách lỏng thường sử dụng cho hệ thống máy đá cây. 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.

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.

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

Hình 8-9 :

Hình 8-10 : Lắp đặt bình giữ mức tách lỏng

8.2.5 Bình thu hồi dầu

Trong hệ thống lạnh NH₃, dầu được thu gom về bình thu hồi dầu. Bình thu hồi dầu có cấu tạo giống bình chứa cao áp gồm các bộ phận như sau: Thân bình dạng trụ, các đáy elip, trên có lắp bộ ống thuỷ xem mức dầu, van an toàn, đồng hồ áp suất, đường dầu thu hồi về, đường nối về ống hút và xả đáy bình.

1- Kính xem mức; 2- Áp kế; 3- Van an toàn; 4- Đường nối về ống hút;

5- Đường hồi dầu về; 6- Xả dầu

Hình 8-11 : Bình thu hồi dầu

Để thu hồi dầu từ các thiết bị về bình thu hồi dầu, trước hết cần tạo áp suất thấp trong bình nhờ đường nối thông ống hút của máy nén. Sau đó mở van xả dầu của các thiết bị để dầu tự động chảy về bình. Dầu sau đó được xả ra ngoài đem xử lý hoặc loại bỏ, trước khi xả dầu nên hạ áp suất trong bình xuống xấp xỉ áp suất khí quyển. Không được để áp suất chân không trong bình khi xả dầu, vì như vậy không những không xả được dầu mà còn để lọt khí không ngưng vào bên trong hệ thống.

Dung tích các bình thu hồi dầu thường sử dụng cho các hệ thống lạnh riêng rẻ khoảng 60 - 100Lít. Trong các hệ thống lạnh trung tâm có thể sử dụng các bình lớn hơn.

* Vai trò bình tách khí không ngưng

Khi để lọt khí không ngưng vào bên trong hệ thống lạnh, hiệu quả làm việc và độ an toàn của hệ thống lạnh giảm rỏ rệt, các thông số vận hành có xu hướng kém hơn, cụ thể:

- Áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng.

- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.

- Năng suất lạnh giảm.

Vì vậy nhiệm vụ của bình là tách các khí không ngưng trong hệ thống lạnh xả bỏ ra bên ngoài để nâng cao hiệu quả làm việc, độ an toàn của hệ thống, đồng thời tránh không được xả lẫn môi chất ra bên ngoài.

* Nguyên nhân lọt khí không ngưng

Khí không ngưng lọt vào hệ thống lạnh do nhiều nguyên nhân khác nhau:

- Do hút chân không không triệt để trước khi nạp môi chất lạnh, khi lắp đặt hệ thống.

- Khi sửa chữa, bảo dưỡng máy nén và các thiết bị.

- Khi nạp dầu cho máy nén.

- Do phân huỷ dầu ở nhiệt độ cao.

- Do môi chất lạnh bị phân huỷ.

- Do rò rỉ ở phía hạ áp. Phía hạ áp trong nhiều trường hợp có áp suất chân không, nên khi có vết rò không khí bên ngoài sẽ lọt vào bên trong hệ thống.

* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hầu hết các bình tách khí không ngưng đều hoạt động dựa trên nguyên tắc là làm lạnh hổn hợp khí không ngưng có lẫn hơi môi chất để ngưng tụ hết môi chất, trước khi xả khí ra bên ngoài.

Khí không ngưng thường tập trung nhiều nhất ở thiết bị ngưng tụ. Khi dòng môi chất đến thiết bị ngưng tụ, hơi môi chất được ngưng tụ và chảy về bình chứa cao áp. Phần lớn khí không ngưng tích tụ tại thiết bị ngưng tụ, tuy nhiên vẫn còn lẫn rất nhiều môi chất lạnh chưa được ngưng hết. Vì vậy người ta chuyển hỗn hợp khí đó đến bình tách khí không ngưng, tiếp tục được làm lạnh ở nhiệt độ thấp hơn để ngưng tụ hết môi chất lạnh. Khí không ngưng sau đó được xả ra bên ngoài.

Trên hình 8-12 trình bày cấu tạo của bình tách khí không ngưng và nguyên lý làm việc của nó.

1- Nối van AT và đồng hồ áp suất; 2- Khí không ngưng ra; 3- Ga ra; 4- Hổn hợp hơi và khí không ngưng vào; 5- Lỏng tiết lưu vào; 6- Ga lỏng ra và xả đáy; 7- Ống xoắn TĐN

Hình 8-12 : Bình tách khí không ngưng

Hình 8-13 : Sơ đồ lắp đặt bình khí không ngưng

Cấu tạo bình tách khí không ngưng gồm thân bình hình trụ, các đáy dạng elip, bên trên có bố trí các thiết bị như van an toàn, đồng hồ áp suất. Bên trong bình là ống trao đổi nhiệt dạng xoắn để làm lạnh và ngưng tụ hơi môi chất. Môi chất sau ngưng tụ được hồi ngược lại phía trước tiết lưu để tiết lưu làm lạnh bình (hình 8-13).

Trong các hệ thống lạnh sử dụng bình ngưng ống chùm, nước sau khi trao đổi nhiệt nhiệt độ tăng lên đáng kể. Để giải nhiệt cho nước người ta sử dụng các tháp giải nhiệt.

Tháp có 02 loại : Tháp tròn và tháp dạng khối hộp, tháp dạng khối hộp gồm nhiều modul có thể lắp ghép để đạt công suất lớn hơn. Đối với hệ thống trung bình thường sử dụng tháp hình trụ tròn.

Tháp được làm bằng vật liệu nhựa composit khá bền, nhẹ và thuận lợi lắp đặt. Bên trong có các khối nhựa có tác dụng làm tơi nước, tăng diện tích và thời gian tiếp xúc. Nước nóng được bơm tưới từ trên xuống, trong quá trình phun, ống phun quay quanh trục và tưới đều lên trên các khối nhựa. Không khí được quạt hút từ dưới lên và trao đổi nhiệt cưỡng bức với nước. Quạt được đặt ở phía trên của tháp giải nhiệt. Phía dưới thân tháp có các tấm lưới có tác dụng ngăn không cho rác bên ngoài rơi vào bên trong bể nước của tháp và có thể tháo ra để vệ sinh đáy tháp. Thân tháp được lắp ghép từ các tấm rời, vị trí lắp ghép tạo thành gân làm cho thân tháp vững chắc hơn. Đối với tháp công suất nhỏ, đáy tháp được sản xuất nguyên tấm, đối với hệ thống lớn, bể tháp được ghép từ nhiều mãnh.

Ống nước vào ra tháp bao gồm : ống nước nóng vào, ống bơm nước đi, ống xả tràn, ống xả đáy và ống cấp nước bổ sung.

Bảng dưới đây là thông số kỹ thuật của tháp giải nhiệt RINKI (Hồng Kông) là loại tháp được sử dụng rất phổ biến tại Việt Nam.

Bảng 8-1 : Thông số kỹ thuật tháp giải nhiệt RINKI (HồngKông)

* Tính toán chọn tháp

Công suất giả nhiệt của tháp được xác định theo công thức:

Q = G.C_n.Δt_n (8-12)

G – Lưu lượng nước của tháp, kg/s

C_n – Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,186 kJ/kg.K

Δt_n - Độ chênh nhiệt độ nước vào ra tháp giải nhiệt, Δt_n = 4^oC

Hình 8-16 : Tháp giải nhiệt RINKI

Cấu tạo van tiết lưu tự động gồm các bộ phận chính sau: Thân van A, chốt van B, lò xo C, màng ngăn D và bầu cảm biến E

Bầu cảm biến được nối với phía trên màng ngăn nhờ một ống mao. Bầu cảm biến có chứa chất lỏng dễ bay hơi. Chất lỏng được sử dụng thường chính là môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống.

Khi bầu cảm biến được đốt nóng, áp suất hơi bên trong bầu cảm biến tăng, áp suất này truyền theo ống mao và tác động lên phía trên màng ngăn và ép một lực ngược lại lực ép của lò xo lên thanh chốt. Kết quả khe hở được mở rộng ra, lượng môi chất đi qua van nhiều hơn để vào thiết bị bay hơi.

Khi nhiệt độ bầu cảm biến giảm xuống, hơi trong bầu cảm biến ngưng lại một phần, áp suất trong bầu giảm, lực do lò xo thắng lực ép của hơi và đẩy thanh chốt lên phía trên. Kết quả van khép lại một phần và lưu lượng môi chất đi qua van giảm.

Như vậy trong quá trình làm việc van tự động điều chỉnh khe hở giữa chốt và thân van nhằm khống chế mức dịch vào dàn bay hơi vừa đủ và duy trì hơi đầu ra thiết bay hơi có một độ quá nhiệt nhất định. Độ quá nhiệt này có thể điều chỉnh được bằng cách tăng độ căng của lò xo, khi độ căng lò xo tăng, độ quá nhiệt tăng.

Van tiết lưu là một trong 4 thiết bị quan trọng không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh.

Van tiết lưu tự động có 02 loại :

- Van tiết lưu tự động cân bằng trong : Chỉ lấy tín hiệu nhiệt độ đầu ra của thiết bị bay hơi (hình 8-19a). Van tiết lưu tự động cân bằng trong có 01 cửa thông giữa khoang môi chất chuyển động qua van với khoang dưới màng ngăn.

- Van tiết lưu tự động cân bằng ngoài: Lấy tín hiệu nhiệt độ và áp suất đầu ra thiết bị bay hơi (hình 8-19b). Van tiết lưu tự động cân bằng ngoài, khoang dưới màng ngăn không thông với khoang môi chất chuyển động qua van mà được nối thông với đầu ra dàn bay hơi nhờ một ống mao

Hình 8-17 : Cấu tạo bên trong của van tiết lưu tự động

Hình 8-18 : Cấu tạo bên ngoài của van tiết lưu tự động

A- Van TLTĐ cân bằng trong; B- Van TLTĐ cân bằng ngoài

Hình 8-19 : Van tiết lưu tự động