HỆ THỐNG TÀU THỦY ( Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ ) - CHƯƠNG 9 pot

94


Chương 9

CÁC HỆ THỐNG LÀM LẠNH

9.1. KHÁI NIỆM CHUNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH

Khi nhiệt độ của môi trường xung quanh cao thì phần lớn các thực phẩm (thịt, cá,
trứng, rau, quả và v.v.) nhanh bị hư hỏng. Những thực phẩm như thế gọi là mau
hỏng.
Các thực phẩm bị hỏng do sự phân hủy của các thành phần của chúng (hydrat
các-bon, p-rô-tít, mỡ), sự phân hủy lại được tạo điều kiện do vi khuẩn và nấm mốc ở
môi trường xung quanh cũng như ở trên bề mặt và trong lòng thực phẩm.
Để thực phẩm tránh bị thiu, người ta sử dụng tác dụng của bảo quản lạnh, mà
thực chất của vấn đề là ở chỗ, ở nhiệt độ thấp, vi khuẩn và các nấm mốc làm chậm lại
sự hoạt động của chúng và hầu như không sinh sôi nữa.
Lạnh trên tàu được tạo ra do các máy lạnh. Chúng được trang bị cho tất cả các tàu
đông lạnh.
Ngoài các tàu đông lạnh, lạnh còn được sử dụng trên các tàu khác, đặc biệt là tàu
khách, khi dự trữ thực phẩm cho thủy thủ và hành khách trong các khoang thực
phẩm, các tủ và để làm nước đá (trên một số tàu). Để làm điều này, người ta sử dụng
các thiết bị nhỏ hơn (kiểu tàu đặc biệt hoặc thương nghiệp) và các tủ lạnh sinh hoạt.
Các máy lạnh cũng được dùng trong các thiết bị điều hòa không khí.
Máy lạnh và hệ thống lạnh cùng nhau tạo thành thiết bị lạnh. Đôi khi tổ hợp này
được gọi là hệ thống làm lạnh.
Chất lượng các thực phẩm mau hỏng và thời gian bảo quản cho phép của chúng
phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tần số thay đổi không khí của buồng. Chỉ

tiêu nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí cũng như số lần thay đổi yêu cầu của
nó đối với các buồng lạnh dưới tàu được đưa ra ở dạng bảng của Qui phạm.

9.2. CÁC MÁY LẠNH


95


Các máy lạnh tạo ra lạnh nhờ năng lượng đưa vào từ bên ngoài hoặc là ở dạng
nhiệt hoặc dạng công. Tất cả các máy lạnh có thể được chia thành 3 kiểu chính: máy
nén (không khí và hơi làm việc dựa vào các chất lỏng dễ sôi), hấp thụ và phụt.
Các kiểu máy nén khí làm việc dựa vào việc dùng cơ năng, kiểu hấp thụ và kiểu
phụt - dựa vào năng lượng nhiệt.
Hiện nay, trên tàu người ta hay sử dụng các máy lạnh kiểu máy nén khí, là do nó
tính kinh tế cao.
Các bộ phận cơ bản của máy lạnh là: máy nén khí K, bình ngưng KD, van tiết lưu
PB, và dàn bay hơi I. Máy làm việc như sau, máy nén khí K hút hơi bão hòa khô của
công chất từ dàn bay hơi đến theo đường 8 và nén chúng. Nhờ nó áp suất của hơi
tăng và chúng bị quá nhiệt. Hơi quá nhiệt bị đẩy, nhờ máy nén, vào bình ngưng theo
đường 9, ở đó nước tuần hoàn lấy nhiệt của chúng đi. Kết quả là hơi quá nhiệt
chuyển thành hơi bão hòa và sau đó ngưng tụ. Từ bầu ngưng KD, công chất lạnh lỏng
đi đến van tiết lưu PB theo đường 3, khi đi qua đó nó bị tiết lưu.
Quá trình tiết lưu kèm theo sự giảm áp suất của các phần tử hơi của nó. Nhiệt độ
chất lỏng hạ và đạt tới nhiệt độ tương ứng với áp suất đã được đặt sau van tiết lưu. Ở
nhiệt độ không đổi, bộ phận chủ yếu của nó bay hơi ở dàn bay hơi I, tức là biến thành
hơi bão hòa. Nhiệt lượng, cần thiết để làm bay hơi công chất lạnh, nhận được từ nước
muối choán quanh ống ruột gà của dàn bay hơi I. Hơi bão hoà khô lại theo đường 8
vào máy nén khí K v.v. tạo thành một chu trình kín.

Hình 9.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh bằng máy nén khí.
KD - bình ngưng; K - máy nén khí; I - dàn bay hơi;
OP - buồng cần làm lạnh; PB - van tiết lưu


96

1 - đường dẫn nước ra; 2 - đường nước dẫn vào; 3 - đường nước nóng;
4 - đường nước lạnh; 5 - đường nước muối lạnh; 6 - bơm nước muối;
7 - đường nước muối nóng; 8 - hơi lạnh; 9 - hơi quá nhiệt.

Nước muối bị làm lạnh ở dàn bay hơi I đi qua đường 5 được bơm 6 chuyển qua
các ống ruột gà nằm ở trong buồng lạnh OP, sau khi lấy được một lượng nhiệt nào đó
từ không khí của buồng, ở dạng đã bị hâm nóng, nó lại quay trở lại dàn bay hơi theo
đường 7, tại đây nó tỏa nhiệt cho dàn bay hơi, lạnh xuống một nhiệt độ nào đó, lại
theo đường 5, bơm 6 v.v. tạo thành một chu trình kín thứ hai.
Để làm công chất lạnh trong các máy kiểu nén hơi (khí), cách đây không lâu
người ta vẫn dùng a-mô-ni-ắc. Đây là khí không màu, nó nhẹ hơn không khí và có
mùi khẳn đặc trưng, a-mô-ni-ắc rẻ và có các tính chất nhiệt động tốt (các áp suất vừa
phải và sản lượng lạnh thể tích đơn vị lớn). Tuy nhiên, nó rất độc và dễ nổ ở giới hạn
nồng độ thể tích 16  25%, cùng với điều trên, a-mô-ni-ắc không ăn mòn đối với kim
loại đen nhưng nó ăn mòn khi có mặt của hơi, kẽm, đồng, đồng thanh và các hợp kim
đồng khác, trừ đồng thanh phốt pho rơ.
Hiện nay ở các máy lạnh kiểu nén hơi, người ta sử dụng rộng rãi Freon  -12.
Đây là khí nặng không hại, không có mùi, không màu, không cháy và không nổ, tuy
nhiên khi có ngọn lửa hở một phần phân hủy và tạo thành phốt-gien. Freon trung tính
với kim loại nhưng hòa tan các chất hữu cơ khác nhau. Nhiệt độ hóa hơi của freon
nhỏ hơn của a-mô-ni-ắc, do đó kích thước các máy freon - ở các điều kiện khác là
như nhau, lớn hơn khoảng 40% các máy a-mô-ni-ắc. Thiếu sót cơ bản của freon là

khả năng dò lọt cao qua những chỗ không kín nhỏ nhất, thậm chí qua các lỗ rỗ.
Freon  - 22 ngày càng được sử dụng rộng rãi, nó kết hợp được các ưu điểm tốt
của a-mô-ni-ắc và freon  - 12. Nhưng nhược điểm là freon  - 12 và đặc biệt freon
 - 22 là các công chất rất đắt.


9.3. CÁC KIỂU HỆ THỐNG LÀM LẠNH

Để làm lạnh các hầm hàng lạnh và buồng thực phẩm, người ta sử dụng các hệ
thống sau: làm lạnh trực tiếp, nước muối, không khí và hỗn hợp.
Ở hệ thống làm lạnh trực tiếp, ở trong buồng người ta đặt một bộ ống để làm dàn
bay hơi. Công chất lạnh lỏng, đi qua chúng bay hơi do nhiệt của không khí buồng.
Kết quả là nhiệt độ không khí trong đó giảm.


97

Ưu điểm cơ bản của hệ thống làm lạnh trực tiếp là:
- Kết cấu của thiết bị lạnh đơn giản và có khối lượng nhỏ tối thiểu (không đòi
hỏi có dàn bay hơi, các bơm và các trang thiết bị khác để làm lạnh và bơm cấp
nước muối).
- Sản lượng lạnh của 1 kg công chất lỏng (khi nó bay hơi) lớn đáng kể so với
sản lượng lạnh của 1 kg nước muối, nên người ta sử dụng các đường ống có
tiết diện nhỏ hơn ống nước muối.
Còn các nhược điểm của hệ thống lạnh trực tiếp phải được kể đến là tính chất
phức tạp của việc phân chia công chất theo các bộ ống vào các buồng. Ngoài ra, khả
năng rò lọt công chất lạnh vào các buồng và hầm có các sản phẩm.
Ở hệ thống nước muối (hình 9.1), nước muối được làm lạnh ở dàn bay hơi do
công chất lạnh sôi, được cấp bởi bơm đến các bộ tổ ống nước muối (có gân hoặc
nhẵn, một hoặc hai dãy) được đặt trong các hầm ở trên mạn, vách ngăn hoặc dưới

boong (tổ bộ trần).
Để làm nước muối, người ta sử dụng các dung dịch nước muối clo-rua- nát- ri
(NaCl), clo-rua-ma-giê (MgCl
2
), clo-rua-can-xi (CaCl
2
) và các muối khác, chúng vẫn
ở thể lỏng ở nhiệt độ thấp hơn 0
0
C. Trong đó dung dịch NaCl được sử dụng rộng rãi
và thường xuyên hơn cả, vì nó có nhiệt độ đông đặc thấp nhất.
Nước muối gây gỉ các ống và thiết bị. Đặc biệt hoạt tính là dung dịch NaCl.
Để tránh gỉ, từ tính toán, người ta thêm vào nước muối 0,5 kg Na
2
CO
2
ăn da vào
100 kg clo-rua-can-xi (CaCl
2
) hoặc một lượng 1,6 g phốt-phát-nát-ri (Na
3
PO
4
) cho 1
lít nước muối.
Lưu lượng nước muối (lưu lượng của các bơm nước muối) cần phải làm sao để
nhiệt độ của nó trong hầm không tăng quá 2  3
0
C.
Ưu điểm của hệ thống làm lạnh bằng nước muối là:

- Khả năng tích lũy lớn.
- Điều chỉnh chế độ nhiệt trong các hầm đơn giản.
- Loại bỏ khả năng rò lọt công chất lạnh vào hầm được làm lạnh.
Các thiếu sót của nó phải kể đến là:
- Chiều dài và kích thước mặt cắt của ống nước muối lớn.
- Cần phải duy trì nhiệt độ sôi thấp hơn 5
0
C so với hệ thống bay hơi trực tiếp (
khi thổi sạch các tổ ống ) hay là so với làm lạnh không khí, điều đó làm giảm
sản lượng lạnh đi khoảng 15%.


98

- Cần phải có trang bị bổ sung và mất thêm năng lượng cho bơm nước muối.
Ở hệ thống làm lạnh bằng không khí, không khí - được làm lạnh ở các thiết bị
làm lạnh không khí riêng, được quạt gió đưa đến hầm, ở đó nó bị làm nóng lên và lại
được hút ra bằng quạt gió.
Các ưu diểm cơ bản của hệ thống làm lạnh bằng không khí so với các hệ thống đã
xét ở trên là:
- Các điều kiện tốt cho việc thay đổi không khí các hầm và khả năng điều chỉnh
độ ẩm của không khí trong các hầm, điều đó bảo đảm các điều kiện vệ sinh tốt
nhất để bảo quản hàng.
- Khối lượng và giá thành ban đầu của thiết bị nhỏ hơn, mất các ống kim loại
quí ít hơn.
Các nhược điểm cơ bản của làm lạnh bằng không khí là:
- Không có sự tích lũy lạnh trong hệ thống.
- Chi phí năng lượng cần để quay các quạt gió cao.
- Sản lượng lạnh yêu cầu của thiết bị tăng vì sự rò lọt của không khí lạnh ra
khỏi hầm tăng và hút vào không khí khí quyển nóng.

Ở hệ thống làm lạnh hỗn hợp, trong các hầm người ta đặt tổ bộ nước muối và dẫn
các kênh dẫn không khí, nó bảo đảm tính mềm dẻo cho sự làm việc của hệ thống, vì
trong trường hợp này nó có khả năng tích lũy và có thể điều chỉnh độ ẩm không khí
trong hầm. Tuy nhiên, ở hệ thống làm lạnh hỗn hợp, thiết bị lạnh phức tạp hơn, do
vậy nó ít được sử dụng.
Như đã nhận xét ở trên, các freon trung tính đối với kim loại. Các đường ống
freon được làm bằng các ống thép các-bon không mối nối. Khi đường kính ống tới 20
mm, người ta dùng các ống đồng. Thiết bị được làm bằng thép các-bon hoặc hợp kim
màu. Vì các freon có khả năng hòa tan các chất hữu cơ khác nhau, nên để làm vòng
đệm của các đường ống freon, người ta dùng paronit (cao su a-mi-ăng) hoặc xe-va-nit
(cao su chịu xăng dầu).
Đối với các đường ống nước muối, người ta dùng các ống bằng thép các-bon
không mối nối có tráng kẽm bên ngoài, các thiết bị cũng làm từ thép các-bon.

9.4. CÁCH NHIỆT CÁC BUỒNG LẠNH

Với mục đích giảm nạp nhiệt vào các buồng được làm lạnh, người ta trang bị
cách nhiệt tin cậy và hiệu quả. Sự giảm dòng nhiệt nạp vào cũng có khả năng bằng


99

cách bố trí các hầm của tàu đông lạnh ở trong thân tàu, nhờ đó mà phần lớn bề mặt
trao đổi nhiệt nằm ở dưới đường nước. Cũng vì nguyên nhân này mà các buồng thực
phẩm trên các tàu khách và các tàu khác, thường xuyên hơn cả được bố trí ở phần
hầm, mà không ở trên thượng tầng.
Các vật liệu cách nhiệt được chia ra thành vô cơ (khoáng vật và phớt, sợi thủy
tinh và v.v.) và hữu cơ (lie, nhựa xốp v.v.). Chúng được sản xuất ở dạng tấm, vỏ (để
cách nhiệt các đường ống), kích thước và chiều dày khác nhau.
Các vật liệu cách nhiệt có hiệu quả cao và triển vọng nhất là nhựa xốp (nhựa xốp

hình tấm có các mác PC-1, PC-4, PXB-1,, PC-5 và v.v.). Giá thành của chúng
vẫn tương đối cao (ở mức độ cao hơn giá thành cách nhiệt lie), nhưng ở mức độ mở
rộng sản xuất các nhựa xốp thì giá thành sẽ giảm.
Cách nhiệt xốp polyuretan rất tiện lợi, nó nhận được bằng cách đổ vào không
gian được cách nhiệt hỗn hợp ban đầu hoặc bằng cách phun bụi, nhờ đó mà bớt được
công việc lắp ráp khó khăn. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành đóng tàu.
Cấu tạo kết cấu của vách cách nhiệt đặc biệt đa dạng. Tuy vậy, tất cả các kết cấu
của nó có thể chia thành các loại cơ bản sau đây (hình 9.2) bình thường, có lớp đệm
không khí, có sự tán (chồn) hoặc có bọc qua các thép hình của khung xương.
Thông thường hơn cả, để cách nhiệt các mạn và boong, người ta dùng kết cấu
bình thường, nó cho phép tăng thể tích có ích của hầm.
Kết cấu cách nhiệt có các chồn được dùng chủ yếu trong trường hợp khi vỏ tàu
có các thép định hình của khung xương cao (trên các tàu đông lạnh sông, người ta
cũng cách nhiệt cả các sườn, các xà ngang v.v.).
Để cách nhiệt đáy tàu, thường người ta sử dụng kết cấu có lớp đệm không khí, vì
rằng nước được tập trung lại trong đấy.
Đôi khi người ta thiết kế cách nhiệt nó có thể tháo được ở dạng các tấm bảng có
thể tháo ra làm bằng các khung gỗ có đổ đầy cách nhiệt. Trên toàn bộ chu vi của đáy
ở khu vực có tổ bộ ống nước, người ta làm các lỗ xả nước để chảy nước về hệ thống
hút khô.



100



Hình 9.2. Kết cấu của vách cách nhiệt
a - dạng bình thường; b - dạng có lớp đệm không khí; c - dạng lớp bọc.

Người ta bảo vệ vật liệu cách nhiệt khỏi hơi nước bằng các vật liệu không thấm
nước. Thuộc loại này có bitum, xi và nhũ tương bitum, các keo đặc biệt (izolit, iditol-
nhựa fenol formaldehit, và v.v.) và các vật liệu dạng cuộn như: giấy da cừu (còn gọi
là pecgamin - để chống thấm), giấy dầu, bìa amiăng cách nước và v.v.
Mục đích bảo vệ cách nhiệt khỏi động vật gậm nhấm, người ta vây cách nhiệt
bằng các lưới kim loại.
Các hệ cột chống lớn và các ống được cách nhiệt nhờ có vỏ và lấp đầy cách nhiệt,
đôi khi nhờ phớt khoáng vật (loại vật liệu cách nhiệt) và cô-xma, các lưới kim loại,
các chất bọc (trát), vỏ gỗ hoặc duyara (đối với hệ cột chống) và vải đay thô được quét
sơn dầu (đối với ống).

9.5. THIẾT BỊ LÀM LẠNH KIỂU NÉN KHÍ TỰ ĐỘNG
CÓ HỆ THỐNG LÀM LẠNH NƯỚC MUỐI

Trên các tàu sông, người ta sử dụng các thiết bị lạnh điều khiển tay (tàu cũ), một
phần và hoàn toàn tự động hóa.
Tự động hóa sự làm việc của thiết bị lạnh so với sự điều khiển bằng tay là quá
trình khó khăn và phức tạp, đòi hỏi trình độ cao và nhiều kinh nghiệm của nhân viên
phục vụ, tự động hóa có những ưu điểm sau:


101

- Duy trì được nhiệt độ trong buồng lạnh chính xác hơn, nghĩa là, sản phẩm
hàng hóa được bảo quản tốt hơn.
- Chi phí khai thác nhỏ hơn do giảm biên chế nhân viên phục vụ và nhờ sự làm
việc ổn định của thiết bị ở chế độ kinh tế (tiết kiệm).
- Tự động bảo vệ hệ thống khỏi sự cố một cách tin cậy.
- Có thể điều khiển từ xa sự làm việc của thiết bị lạnh.
Ở các hệ thống được tự động hóa hoàn toàn, tất cả các quá trình đều được điều

chỉnh tự động, còn nhân viên phục vụ chỉ kiểm tra định kỳ sự làm việc của chúng.

Hình 9.3. Sơ đồ thiết bị lạnh kiểu nén hơi có hệ thống làm lạnh bằng nước muối.

Sơ đồ thiết bị lạnh kiểu nén hơi có hệ thống làm lạnh nước muối được trình bày
trên hình 9.3. Công chất lạnh là freon.
Máy lạnh là một tổ hợp gồm có máy nén piston chạy bằng điện K, bầu ngưng
KD, dàn bay hơi I và van tiết lưu PB. Trên ống đi từ máy nén đến bầu ngưng, người
ta đặt thiết bị tách dầu nhờn MO để làm sạch freon khỏi dầu bị đem theo từ máy nén
ra. Trên ống nối bầu ngưng với dàn bay hơi, có lắp phin lọc .
Sự tuần hoàn của nước muối trong hệ thống lạnh được bảo đảm nhờ bơm điện
nước muối PH.


102

Việc cấp nước ngoài mạn vào bầu ngưng được điều chỉnh nhờ van 1, nó duy trì
sự ổn định của áp suất cần thiết để ngưng tụ freon. Khi áp suất ngưng hạ, nó giảm lưu
lượng nước, còn khi tăng - lưu lượng nước cũng tăng. Van thông với công tắc áp suất
cực đại 2, nhờ nó mà khi có sự tăng áp suất mạnh đột ngột của máy nén khí, sẽ được
tự động ngắt, đồng thời gây tín hiệu âm thanh và ánh sáng 3. Khi áp suất giảm đến
định mức, máy nén được bật tự động hoặc bằng tay.
Để kiểm soát nhiệt độ hơi freon, người ta đặt cảm biến nhiệt 6, nối với công tắc
áp suất cực tiểu 5. Phương tiện bảo vệ khác là công tắc áp suất cực đại nằm ở đường
ống nước áp lực. Khi xảy ra sai lệch khỏi chế độ làm việc đã định, những dụng cụ
này bảo đảm việc dừng máy nén.
Kiểm soát nhiệt độ không khí trong buồng được thực hiện nhờ cảm biến 10, nó
nối với rơ-le 8 điều khiển sự làm việc của van điện từ 11 trên đường ống nước muối.
Nếu nhiệt độ không khí trong hầm thấp hơn giới hạn yêu cầu, van 11 đóng và ngăn
lối vào của nước muối vào tổ bộ ống 9 làm lạnh hầm. Khi nhiệt độ không khí trong

hầm tăng tới giới hạn trên đã định, do các dòng nhiệt nạp vào, thì van 11 lại được
mở.
Nhiệt độ nước muối được điều chỉnh nhờ cảm biến nhiệt 14 nối với bình cầu nhỏ
13, cái này khi ở trị số nhiệt độ tối thiểu của nước muối, sẽ tạo ra xung để tắt động cơ
điện của máy nén. Khi máy nén dừng, bơm nước muối tiếp tục làm việc. Khi nhiệt độ
nước muối đạt đến giới hạn trên đã định, các dụng cụ 13 và 14 , qua lưới điện, tự
động bật máy nén. Bơm nước muối tự động tắt khi nhiệt độ của không khí trong hầm
đạt đến giá trị đã cho. Ở giới hạn trên của nó, rơ-le 8 qua bàn điều khiển 4 cho van 11
xung và đồng thời bảo đảm dừng động cơ điện của bơm nước muối.
Với mục đích cắt tổ bộ ống nước muối, trên các ống nhánh đi ra từ đường ống
nước muối 15, người ta đặt các van chặn 7. Ngoài ra, trên mỗi nhánh có phin lọc
muối 12.
Khi cần thiết, điều khiển thiết bị có thể thực hiện bằng tay từ bàn điều khiển 4.