D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CHƯƠNG
B) NỘI DUNG: 6.1 Thiết bị ngưng tụ
6.2. Thiết bị bay hơ
6.2.1. Phân loại thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trường lạnh, sôi và hóa hơi. Do vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, nó là thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng nhất và không thể thiếu được trong hệ thống lạnh.
Thiết bị bay hơi có thể được phân loại theo môi trường làm lạnh, theo điều kiện để ngập môi chất lạnh hay theo điều kiện tuần hoàn của chất tải lạnh.
- Theo môi trường làm lạnh:
+ Thiết bị bay hơi làm lạnh lỏng (nước, nước muối, glycol, cồn…). + Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp.
+ Thiết bị bay hơi làm lạnh trực tiếp của sản phẩm công nghệ. - Theo đặc điểm trên bề mặt bay hơi:
+ Thiết bị bay hơi sôi trên bề mặt ngoài ống trao đổi nhiệt. + Thiết bị bay hơi sôi trong ống trao đổi nhiệt.
- Theo chế độ chảy của môi trường làm lạnh: + Thiết bị bay hơi làm lạnh tự nhiên. + Thiết bị bay hơi tuần hoàn cưỡng bức. - Theo chế độ cấp lỏng trong thiết bị bay hơi:
+ Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng.
Hình 6.4. Dàn ngưng tụ không khi đối lưu tự nhiên
a) kiểu ống - tấm nhôm b) kiểu ống có cánh dây thép c) kiểu panen ống trong tấm
+ Thiết bị bay hơi kiểu không ngập lỏng. + Thiết bị bay hơi cấp lỏng từ trên xuống. + Thiết bị bay hơi cấp lỏng từ dưới lên.
- Theo điều kiện tiếp xúc của chất tải lạnh với không khí:
+ Hệ thống tuần hoàn chất tải lạnh kín (bình bay hơi và dàn kín). + Hệ thống tuần hoàn chất tải lạnh hở (bể nước muối hoặc dàn phun). 6.2.2. Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lỏng
a) Thiết bị bay hơi ống vỏ amoniắc kiểu ngập
Nguyên tắc cấu tạo và làm việc gần giống như bình ngưng ống vỏ nằm ngang. Khác biệt cơ bản là amoniắc lỏng được đưa vào phía dưới bình, còn hơi được đưa ra khỏi bình ở phía trên. Lỏng môi chất sôi trong không gian giữa các ống để thu nhiệt của chất tải lạnh đi trong ống. Mức lỏng môi chất ngập hết hàng ống thứ 2 còn hàng ống trên cùng dùng để quá nhiệt hơi hút. Để đề phòng lỏng lọt về máy nén, người ta bố trí bình tác lỏng phía trên. Nếu chiều dài bình nhỏ chỉ cần một bình tách lỏng thật đứng (hình 6.5). Nếu chiều dài bình lớn cần bố trí 2 bình đặt rồi nối lại với nhau hoặc một bình tách lỏng nằm ngang có hai hoặc nhiều ống nối.
Hình 6.5. Bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập lỏng
1, 10 nắp bình; 2 - tác lỏng; 3 - áp kế; 4 - ống trao đổi nhiệt; 5 - mặt sàng; 6 - ống xả không khi; 7, 8 - ống nước (muối) vào và ra; 9 - xả nước; 11 - thân; 12 - ống amoniắc lỏng vào; 13 - xả dầu; 14 - bầu dầu; 15 - bộ điều chỉnh mức lỏng; 16 - van tiết lưu; 17 - van điện từ.
Ưu nhược điểm của thiết bị bay hơi ống vỏ amoniắc kiểu ngập:
- Có hệ số truyền nhiệt cao, thiết bị gọn nhẹ, chế tạo, vận hành, lắp đặt, bão dưỡn vệ sinh sửa chữa dễ dàng, năng suất lạnh lớn.
- Nhược điểm cơ bản là lượng nạp môi chất lạnh vào hệ thống quá lớn nên chỉ sử dụng được cho loại môi chất rẻ tiền dễ kiếm như NH3.
b) Bình bay hơi ống vỏ freôn
Để khắc phục nhược điểm là lượng nạp môi chất quá lớn, đối với bình bay hơi ống vỏ freôn người ta bố trí cho môi chất lạnh sôi trong ống, nên ống trao đổi nhiệt thường có dạng chữ U. Hình 6.6 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo và làm việc của bình bay hơi ống vỏ chữ U sôi trong ống. Do ống hình chữ U nên bình bay hơi chỉ có một mặt sàn. Môi chất lạnh vào và ra bố trí trên cùng một nắp nhưng ở 2 ngăn khác nhau. Do hệ số tỏa nhiệt của freôn nhỏ hơn của chất tải lạnh nên ống trao đổi nhiệt thường được tạo cánh phía trong (phía trên).
Ưu điểm rõ rệt là giảm lượng nạp môi chất lạnh xuống đáng kể tuy nhiên kiểu môi chất sôi trong ống lại có một nhược điểm là rất khó vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt phía chất tải lạnh. Đối với loại này, không thể dùng phương pháp cơ khí để vệ sinh, phương pháp duy nhất là súc rửa bằng hóa chất.
6.2.3. Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
a) Thiết bị bay hơi làm lạnh không khi kiểu khô
Thiết bị này thuộc loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt. Ở đây không khí lưu động ngoài chùm ống có cánh và truyền nhiệt cho môi chất sôi trong ống. Nó còn có tên là dàn lạnh không khí bay hơi trực tiếp và được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Hình 6.7 là cấu tạo của thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô bay hơi trực tiếp dùng cho môi chất lạnh R22. Không khí được đưa ngang qua theo hướng vuông góc với chùm ống, còn lỏng R22 đưa qua thiết bị phân phối vào các xéc-xi đặt nằm ngang nối tiếp theo chiều cao của thiết bị. Hơi tạo thành từ dưới lên trong mỗi xéc-xi và vào ống góp hơi đặt thẳng đứng. Kết cấu như vậy của thiết bị đảm bảo đầu về máy nén. Mỗi ống xoắn có chiều dài (từ ống góp lỏng đến ống góp hơi) vào khoảng 5 - 15m, ở các thiết bị lớn có thể đến 20 - 25m.
Hình 6.7. Thiết bị làm lạnh không khi kiểu khô bay hơi trực tiếp, bằng nước lạnh hoặc chất tải lạnh b) Thiết bị làm lạnh không khi kiểu ướt
Trong các thiết bị bay hơi làm lạnh không khí kiểu ướt thì không khí được làm lạnh nhờ tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc nước muối lạnh phun ra từ các vòi phun hoặc các lỗ "tưới nước". Hình 6.8 là sơ đồ nguyên lý của thiết bị làm lạnh không khí tiếp xúc có vòi phun.
Thiết bị kiểu này được sử dụng rộng rãi trong điều hòa không khí khi yêu cầu cả làm lạnh và điều chỉnh nhiệt độ không khí, nhưng nó thường được dùng như thiết bị điều chỉnh độ ẩm bên cạnh thiết bị kiểu khô hoạt động thường xuyên.
Hình 6.6. Bình bay hơi ống vỏ chùm thẳng đứng, môi chất sôi trong ống
1 - môi chất lạnh vào ra; 2 - nắp trước
3, 7 - lối ra, vào của chất tải lạnh; 4 - tấm chắn; 5 - ống chứa môi chất sôi; 6 - van xả khi; 8 - mặt sàng; 10 - xả chất tải lạnh; 11 - đường chất tải lạnh đi zic-zắc
Hình 6.8. Thiết bị làm lạnh không khi kiểu ướt
1 - máng chắn nước; 2 - buồng phun; 3 - quạt gió; 4 - động cơ; 5 - cửa gió lạnh; 6 - van phao đường nước bổ sung; 7 - đáy nước; 8 - ống xả đáy; 9 - ống dẫn nước lạnh; 10 - ống xả tràn; 11- vòi phun nước.
6.2.4. Dàn làm lạnh không khí bằng nước và nước muối
Để làm lạnh không khí người ta còn dùng các chất tải lạnh như nước hay nước muối. Các chất tải lạnh này lưu động trong các ống trao đổi nhiệt dạng ống xoắn hay ống thẳng có ống góp ở hai đầu. Khi các ống thẳng nối với các ống góp thì hơi tạo thành được dẫn ra nhanh khỏi ống trao đổi nhiệt nên có khả năng tăng được công suất và hiệu quả truyền nhiệt. Để tăng cường truyền nhiệt thì các ống thường là ống có cánh ngoài (hình 6.9).
Vì nước muối gây ăn mòn, dễ bám bẩm nhưng lại dùng trong các phòng lạnh nhiệt độ thấp hơn nên nó được dùng trong các phòng lạnh nhiệt độ thấp. Chất tải lạnh là nước thường được dùng trong các hệ thống điều hòa nhiệt độ để làm lạnh và làm khô không khí. Do vậy, các dàn lạnh nước muối thường có cánh thưa để giảm tuyết bám trên bề mặt ống mà lớp tuyết dầy sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt.
Hình 6.9. Bộ lạnh amoniắc một hàng ống có cánh treo tường 1 - ống nói; 3, 5 - giá treo; 2, 6 - ống góp; 4 - ống có cánh
Bộ lạnh có cánh còn có tác dụng giảm tiêu hao kim loại do giảm số lượng ống, đồng thời cũng làm cho thiết bị nhỏ gọn hơn. Các bộ lạnh không khí có thể là loại treo tường hoặc treo trần có dàn ống có các ống góp hai đầu hay loại ống xoắn liên tục.
6.2.5. Tính toán thiết bị bay hơi
Cũng giống như thiết bị ngưng tụ, tính toán thiết bị bay hơi chủ yếu là để thiết kế và kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt cần thiết theo các thông số cho trước như tải lạnh Q0, nhiệt độ và lưu lượng chất tải lạnh vào và ra, nhiệt độ bay hơi...
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định theo biểu thức:
0 Q F k. t = ∆
Q0: tải lạnh của thiết bị bay hơi, W. k: hệ số truyền nhiệt, W/m2.K.
∆t: hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa môi chất lạnh và chất tải lạnh. max min max min t t t t ln t ∆ − ∆ ∆ = ∆ ∆ 1 0 2 0 1 0 2 0 b b b b (t t ) (t t ) t t t ln t t − − − ∆ = − −
tb1, tb2: nhiệt độ tải lạnh vào, ra.