Chương VII
Thiết bị bay hơi
7.1. vai trò, vị trí và phân loại thiết bị
bay hơi
7.1.1 Vai trò, vị trí của thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết
lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với
thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một
trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các
hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến
thời gian và hiệu quả làm lạnh. Đó là mục đích chính của hệ thống
lạnh. Vì vậy, dù toàn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết
bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích.
Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian
làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng không đảm bảo yêu cầu, trong một số
trường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén
có thể hút ẩm về gây ngập lỏng.
Ngược lại, khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu,
thì chi phí đầu tư cao và đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra
thiết bị lớn. Khi độ quá nhiệt lớn thì nhiệt độ cuối quá trình nén cao,
tăng công suất nén.
Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm
việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh.
276
7.1.2 Phân loại thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi sử dụng trong các hệ thống lạnh rất đa dạng.
Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau mà nên chọn loại dàn cho
thích hợp. Có nhiều cách phân loại thiết bị bay hơi.
- Theo môi trường cần làm lạnh:
+ Bình bay hơi, được sử dụng để làm lạnh chất lỏng như nước,
nước muối, glycol vv..
+ Dàn lạnh không khí, được sử dụng để làm lạnh không khí.
+ Dàn lạnh kiểu tấm, có thể sử dụng làm lạnh không khí, chất
lỏng hoặc sản phẩm dạng đặc. Ví dụ như các tấm lắc trong tủ đông
tiếp xúc, trống làm đá trong tủ đá vảy vv…
+ Dàn làm lạnh chất lỏng: dàn lạnh xương cá, panen trong các
hệ thống lạnh máy đá cây.
- Theo mức độ chứa dịch trong dàn lạnh:
Dàn lạnh kiểu ngập lỏng hoặc không ngập lỏng.
Ngoài ra người ta còn phân loại theo tính chất kín hở của môi trường
làm lạnh
7.2. Thiết Bị bay hơi
7.2.1 Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng
7.2.1.1 Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng có cấu tạo tương tự bình
ngưng tụ ống chùm nằm ngang. Có thể phân bình bay hơi làm lạnh
chất lỏng thành 02 loại:
- Bình bay hơi hệ thống NH3 : Đặc điểm cơ bản của bình bay
hơi kiểu này là môi chất lạnh bay hơi bên ngoài các ống trao đổi nhiệt,
tức khoảng không gian giữa các ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển
động bên trong các ống trao đổi nhiệt.
277
- Bình bay hơi frêôn : Bình bay hơi frêôn ngược lại môi chất
lạnh có thể sôi ở bên trong hoặc ngoài ống trao đổi nhiệt, chất lỏng
cần làm lạnh chuyển động dích dắc bên ngoài hoặc bên trong các ống
trao đổi nhiệt.
* Bình bay hơi NH3
Trên hình 7-1 trình bày bình bay hơi NH3. Bình sử dụng các
trao đổi nhiệt là thép áp lực trơn C20 đường kính Φ38x3, Φ51x3,5
hoặc Φ57x3,5. Các chùm ống được bố trí so le, cách đều và nằm trên
các đỉnh tam giác đều, mật độ tương đối dày để giảm kích thước bình,
đồng thời giảm dung tích chứa NH3. Thân và nắp bình bằng thép CT3.
Để bình có hình dáng đẹp, hợp lý tỷ số giữa chiều dài và đường kính
cần duy trì trong khoảng L/D=5÷8. Các mặt sàng thường được làm
bằng thép cácbon hoặc thép hợp kim và có độ dày khá lớn 20÷30mm.
ống được núc chặt vào mặt sàng hoặc hàn. Khoảng hở cần thiết nhỏ
nhất giữa các ống ngoài cùng và mặt trong của thân bình là 15÷20mm.
Phía dưới bình có thể có rốn để thu hồi dầu, từ đây dầu được đưa về
bình thu hồi dầu. Môi chất được tiết lưu vào bình từ phía dưới, sau khi
trao đổi nhiệt hơi sẽ được hút về máy từ bình tách lỏng gắn ở phía trên
bình bay hơi. Đối với các bình công suất lớn, lỏng được đưa vào ống
góp rồi đưa vào một số ống nhánh dẫn vào bình, phân bố đều theo
chiều dài. Hơi ra bình cũng được dẫn ra từ nhiều ống phân bố đều
trong không gian. Bình bay hơi có trang bị van phao khống chế mức
lỏng tránh hút hơi ẩm về máy nén. Van phao tác động đóng van điện
từ cấp dịch khi mức dịch vượt quá mức cho phép. Trường hợp muốn
khống chế mức dịch dưới có thể dùng thêm van phao thứ 2 tác động
mở van điện từ cấp dịch khi lưưọng dịch quá thấp.
Các nắp bình cũng có các vách phân dòng để chất tải lạnh chuyển
động nhiều lần trong bình, tăng thời gian làm lạnh và tốc độ chuyển
động của nó nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt.
278
1- nắp bình; 2-Thân bình; 3-Tách lỏng; 4- ống NH3 ra; 5- Tấm chắn
lỏng; 6- ống TĐN; 7- ống lỏng ra; 8- ống lỏng vào; 9- Chân bình; 10-
Rốn bình; 11- ống nối van phao
Hình 7-1: Bình bay hơi NH3
Cường độ trao đổi nhiệt trong thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu
tố như chế độ nhiệt, tốc độ chuyển động, nhiệt độ và bản chất vật lý
của chất lỏng trong ống. Đối với bình làm lạnh nước muối khi tốc độ
v=1÷1,5 m/s, độ làm lạnh nước muối khoảng 2÷3oC, hệ số truyền
nhiệt k = 400÷520 W/m2.K; mật độ dòng nhiệt qof = 2000÷4500 W/m2
.
Chất lỏng thường được làm lạnh là nước, glycol, muối Nacl và
CaCl2. Khi làm lạnh muối NaCl và CaCl2 thì thiết bị chịu ăn mòn đặc
biệt khi để lọt khí vào bên trong nên thực tế ít sử dụng. Trường hợp
này nên sử dụng các dàn lạnh kiểu hở khi bị hư hỏng dễ sửa chữa và
thay thế. Để làm lạnh nước và glycol người ta thường sử dụng bình
bay hơi frêôn.
Ưu điểm của bình bay hơi là chất tải lạnh tuần hoàn trong hệ
thống kín không lọt không khí vào bên trong nên giảm ăn mòn.
* Bình bay hơi frêôn
Trên hình 7-2 giới thiệu 02 loại bình bay hơi khác nhau loại
môi chất sôi ngoài ống và bên trong ống trao đổi nhiệt. Bình bay hơi
frêôn môi chất sôi trong ống thường được sử dụng để làm lạnh các
môi chất có nhiệt độ đóng băng cao như nước trong các hệ thống điều
hoà water chiller.
279
a) Môi chất sôi ngoài ống: 1) ống phân phối lỏng, 2,3- Chất tải
lạnh vào, ra; 4- Van an toàn; 5- Hơi ra; 6- áp kế; 7- ống thuỷ
b) Môi chất sôi trong ống (dạng chữ U)
c) Tiết diện ống có cánh trong gồm 02 lớp: lớp ngoài là đồng
niken, trong là nhôm
Hình 7-2: Bình bay hơi frêôn
Khi xảy ra đóng băng ít nguy hiểm hơn trường hợp nước
chuyển động bên trong ống. Đối với bình môi chất sôi trong ống khối
lượng môi chất giảm 2 ÷3 lần so với sôi ngoài ống. Điều này rất có ý
nghĩa đối với hệ thống frêôn vì giá thành frêôn cao hơn NH3 nhiều.
Để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt đối với bình frêôn, đặc biệt R12
người ta làm cánh về phía môi chất. Khi môi chất chuyển động bên
trong người ta chế tạo ống có cánh bằng 02 lớp vật liệu khác nhau,
bên ngoài là đồng, bên trong là nhôm.
Hệ số truyền nhiệt bình ngưng sử dụng môi chất R12 khoảng
230÷350 W/m2.K, độ chênh nhiệt độ khoảng 5÷8K. Đối với môi chất
R22 ông trao đổi nhiệt có thể là ống dồng nhẵn vì hệ số truyền nhiệt
của nó cao hơn so với R12 từ 20÷30%.
280