Giáo trình hệ thống máy và thiết bị lạnh - Chương 7

Chơng 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 lu
đồng thời làm lạnh môi trờng cần làm lạnh. Nh vậy cùng với thiết
bị ngng tụ, máy nén và thiết bị tiết lu, thiết bị bay hơi là một trong
những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu đợc trong các hệ
thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hởng 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 nhng 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 trờng
hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén có thể
hút ẩm về gây ngập lỏng.
Ngợc lại, khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu,
thì chi phí đầu t 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 nh hiệu quả làm
việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh.

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 trờng cần làm lạnh:

+ Bình bay hơi, đợc sử dụng để làm lạnh chất lỏng nh nớc, nớc
muối, glycol vv..
+ Dàn lạnh không khí, đợc sử dụng để làm lạnh không khí.

276
+ Dàn lạnh kiểu tấm, có thể sử dụng làm lạnh không khí, chất lỏng
hoặc sản phẩm dạng đặc. Ví dụ nh các tấm lắc trong tủ đông tiếp xúc,
trống làm đá trong tủ đá vảy vv
+ Dàn làm lạnh chất lỏng: dàn lạnh xơng 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 ngời ta còn phân loại theo tính chất kín hở của môi trờng
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 tơng tự bình ngng tụ
ống chùm nằm ngang. Có thể phân bình bay hơi làm lạnh chất lỏng
thành 02 loại:
- Bình bay hơi hệ thống NH
3
: 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.
- Bình bay hơi frêôn : Bình bay hơi frêôn ngợc 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 NH
3
Trên hình 7-1 trình bày bình bay hơi NH
3
. Bình sử dụng các trao đổi
nhiệt là thép áp lực trơn C20 đờng kính 38x3, 51x3,5 hoặc
57x3,5. Các chùm ống đợc bố trí so le, cách đều và nằm trên các
đỉnh tam giác đều, mật độ tơng đối dày để giảm kích thớc bình,
đồng thời giảm dung tích chứa NH
3
. Thân và nắp bình bằng thép CT
3
.
Để bình có hình dáng đẹp, hợp lý tỷ số giữa chiều dài và đờng kính
cần duy trì trong khoảng L/D=5ữ8. Các mặt sàng thờng đợc làm
bằng thép cácbon hoặc thép hợp kim và có độ dày khá lớn 20ữ30mm.
ống đợc 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 15ữ20mm.

277
Phía dới bình có thể có rốn để thu hồi dầu, từ đây dầu đợc đa về
bình thu hồi dầu. Môi chất đợc tiết lu vào bình từ phía dới, sau khi
trao đổi nhiệt hơi sẽ đợc hút về máy từ bình tách lỏng gắn ở phía trên
bình bay hơi. Đối với các bình công suất lớn, lỏng đợc đa vào ống
góp rồi đa vào một số ống nhánh dẫn vào bình, phân bố đều theo
chiều dài. Hơi ra bình cũng đợc 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 vợt quá mức cho phép. Trờng hợp muốn
khống chế mức dịch dới có thể dùng thêm van phao thứ 2 tác động
mở van điện từ cấp dịch khi lọng 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.



1- nắp bình; 2-Thân bình; 3-Tách lỏng; 4- ống NH
3
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 NH
3
Cờng độ trao đổi nhiệt trong thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố
nh chế độ nhiệt, tốc độ chuyển động, nhiệt độ và bản chất vật lý của
chất lỏng trong ống. Đối với bình làm lạnh nớc muối khi tốc độ
v=1ữ1,5 m/s, độ làm lạnh nớc muối khoảng 2ữ3
o
C, hệ số truyền nhiệt
k = 400ữ520 W/m
2
.K; mật độ dòng nhiệt q
of
= 2000ữ4500 W/m
2
.
Chất lỏng thờng đợc làm lạnh là nớc, glycol, muối Nacl và

CaCl
2
. Khi làm lạnh muối NaCl và CaCl
2
thì thiết bị chịu ăn mòn đặc

278
biệt khi để lọt khí vào bên trong nên thực tế ít sử dụng. Trờng hợp
này nên sử dụng các dàn lạnh kiểu hở khi bị h hỏng dễ sửa chữa và
thay thế. Để làm lạnh nớc và glycol ngời ta thờng 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 thờng đợc sử dụng để làm lạnh các môi chất
có nhiệt độ đóng băng cao nh nớc trong các hệ thống điều hoà
water chiller.


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

279
Khi xảy ra đóng băng ít nguy hiểm hơn trờng hợp nớc chuyển

động bên trong ống. Đối với bình môi chất sôi trong ống khối lợng
môi chất giảm 2 ữ3 lần so với sôi ngoài ống. Điều này rất có ý nghĩa
đối với hệ thống frêôn vì giá thành frêôn cao hơn NH
3
nhiều. Để nâng
cao hiệu quả trao đổi nhiệt đối với bình frêôn, đặc biệt R
12
ngời ta
làm cánh về phía môi chất. Khi môi chất chuyển động bên trong ngời
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 ngng sử dụng môi chất R12 khoảng
230ữ350 W/m
2
.K, độ chênh nhiệt độ khoảng 5ữ8K. 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 20ữ30%.
7.2.1.2 Dàn lạnh panen
Để làm lạnh các chất lỏng trong chu trình hở ngời ta sử dụng các
dàn lạnh panen
Cấu tạo của dàn gồm 02 ống góp lớn nằm phía trên và phía dới,
nối giữa hai ống góp là các ống trao đổi nhiệt dạng ống trơn thẳng
đứng. Môi chất chuyển động và sôi trong các ống, chất lỏng cần làm
lạnh chuyển động ngang qua ống. Các dàn lạnh panen đợc cấp dịch
theo kiểu ngập lỏng nhờ bình giữ mức- tách lỏng. Môi chất lạnh đi vào
ống góp dới và đi ra ống góp trên.
Tốc độ luân chuyển của nớc muối trong bể khoảng 0,5ữ0,8 m/s, hệ
số truyền nhiệt k=460ữ580 w/m
2
.K. Khi hiệu nhiệt độ giữa môi chất

và nớc muối khoảng 5ữ6K, mật độ dòng nhiệt của dàn bay hơi panen
khá cao khoảng 2900ữ3500 W/m
2
Dàn lạnh panen kiểu ống thẳng có nhợc điểm là quảng đờng đi
của dòng môi chất trong các ống trao đổi nhiệt khá ngắn và kích
thớc tơng đối cồng kềnh. Để khắc phục điều đó ngời ta làm dàn
lạnh theo kiểu xơng cá.


280

1- Bình giữ mức-tách lỏng; 2- Hơi về máy nén; 3- ống góp hơi; 4- Góp
lỏng vào; 5- Lỏng vào; 6- Xả tràn nớc muối; 7- Xả nớc muối ; 8- Xả
cạn; 9- Nền cách nhiệt; 10- Xả dầu; 11- Van an toàn
Hình 7-3: Thiết bị bay hơi kiểu panen

7.2.1.3 Dàn lạnh xơng cá
Dàn lạnh xơng cá đợc sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống
làm lạnh nớc hoặc nớc muối, ví dụ nh hệ thống máy đá cây. Về
cấu tạo, tơng tụ dàn lạnh panen nhng ở đây các ống trao đổi nhiệt
đợc uốn cong, do đó chiều dài mỗi ống tăng lên đáng kể. Các ống
trao đổi nhiệt gắn vào các ống góp trông giống nh một xơng cá
khổng lồ. Đó là các ống thép áp lực dạng trơn, không cánh. Dàn lạnh
xơng cá cũng có cấu tạo gồm ngiều cụm (môđun), mỗi cụm có 01
ống góp trên và 01 ống góp dới và hệ thống 2ữ4 dãy ống trao đổi
nhiệt nối giữa các ống góp.
Mật độ dòng nhiệt của dàn bay hơi xơng cá tơng đơng dàn
lạnh kiểu panen tức khoảng 2900ữ3500 W/m
2

281