Thiết Bị Ngưng Tụ Kiểu Bay Hơi - Giáo Trình Kỹ Thuật Lạnh (ngành điện ...

a.Cấu tạo 6 1 7 8 2 3 4 5 9 10 15 14 13 12 11 1:Đường lắp áp kế

2:Đường lắp van an toàn 3:Đường hơi môi chất vào 4:Đường cân bằng

5:Đường xả khí không ngưng 6:Quạt hút

7:Tấm chắn nước

8:Dàn tưới

9:Dàn ống trao đổi nhiệt

10:Vỏ bao che

11:Bơm nước

12:Bể chứa nước

13:Van phao cấp nước bổ sung 14:Đường xả dầu (chỉ có đối với môi chất không hòa tan dầu bôi trơn) 15:Đường lỏng ra

Hình 7.7: Cấu tạo thiết bị thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi b.Nguyên lý làm việc

Hơi môi chất theo đường số (3) đi vào dàn ống trao đổi nhiệt. Tại đây hơi môi chất sẽ trao đổi nhiệt với nước làm mát phun bên ngoài và không khí đối lưu cưỡng bức chuyển động từ dưới lên, ngưng tụ thành lỏng cao áp, sau đó chảy xuống dưới và theo đường số (15) đi ra ngoài.

c.Ưu, nhược điểm Ưu điểm

-Tiêu tốn ít hơn so với thiết bị ngưng tụ kiểu tưới, không gây ẩm ướt, rêu móc khu vực làm việc.

-Mật độ dòng nhiệt lớn hơn so với thiết bị ngưng tụ kiểu tưới qF=1400÷1900 W/m2tuy nhiên, chưa lớn nên thiết bị vẩn lớn, cồng kềnh.

Nhược điểm

-Khó vệ sinh thiết bị về phía môi trường giải nhiệt

-Chế tạo phức tạp, đắt tiền hơn so với thiết bị ngưng tụ kiểu tưới. 7.4 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí

7.4.1 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên a.Cấu tạo a.Cấu tạo

1

2 1:Đườnghơi môi chất vào.

2:Cánh trao đổi nhiệt.

3 3:Dàn ống trao đổi nhiệt

4:Đường lỏng môi chất

4

Hình 7.8 : Dàn ngưng làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên

Dàn ngưng đối lưu tự nhiên có cấu tạo là một chùm ống xoắn phẳng bằng nhôm hoặc đồng có đường kính 4.8 6.5mm và bước ống là 40 60mm.Cánh là các sợi dây thẳng bằng thép có đường kính1 1.5mm.

b.Nguyên lý làm việc

Hơi môi chất theo đường số (1) đi vào dàn ống trao đổi nhiệt. Tại đây hơi môi chất sẽ trao đổi nhiệt với không khí đối lưu tự nhiên bên ngoài dàn ống, ngưng tụ thành lỏng cao áp, sau đó chảy xuống dưới và theo đường số (4) đi ra ngoài. c.Ưu, nhược điểm

Ưu điểm

-Đơn giản, dễ chế tạo.

-Dễ vệ sinh về phía môi trường làm mát.

-Phù hợp với những hệ thống có công suất nhỏ như tủ lạnh, tủ mát…vv Nhược điểm

-Mật độ dòng nhiệt nhỏ nên tiêu tốn hao nhiều kim loại, thiết bị lớn, cồng kềnh.

7.4.2 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu cưỡng bức a.Cấu tạo a.Cấu tạo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1:Đường lắp áp kế

2: Đường lắp van an toàn 3:Đường hơi môi chất vào 4:Đường cân bằng

5:Đường xả khí không ngưng

6:Dàn ống trao đổi nhiệt 7:Cánh trao đổi nhiệt 8:Quạt hướng trục

9: Đường lỏng môi chất ra

110:Đường xả dầu (chỉ có đối với môi chất không hòa tan dầu bôi trơn)

Hình 7.9: Dàn ngưng làm mát bằng không khí đối lưu cưỡng bức Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức thường có cấu tạo gồm một dàn ống trao đổi nhiệt bằng ống thép hoặc ống đồng có cánh nhôm hoặc cánh sắt bên ngoài và có quạt hướng trục

b.Nguyên lý làm việc

Hơi môi chấttheo đường số (1) đi vào dàn ống trao đổi nhiệt. Tại đây hơi môi chất sẽ trao đổi nhiệt với không khí đối lưu cưỡng bức bên ngoài dàn ống, ngưng tụ thành lỏng cao áp, sau đó chảy xuống dưới và theo đường số (5) đi ra ngoài.

c.Ưu, nhược điểm Ưu điểm

-Dễ vệ sinh về phía môi trường làm mát.

-Phù hợp với những hệ thống lạnh có công suất nhỏ và trung bình.

-Giải nhiệt băng không khí vì vậy không cần hệ thống giải nhiệt nước như các thiết bị làm mát bằng nước cho nên, hệ thống gọn hơn, phù hợp cho những nơi khó khăn về nguồn nước.

Nhược điểm

-Chế tạo phức tạp.

-Mật độ dòng nhiệt nhỏ nên tiêu tốn hao nhiều kim loại, thiết bịlớn, cồng kềnh. 7.5 Tính toán thiết bị ngưng tụ

Phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ : Qk = k.F. ttb (kW) (7.1) Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ : F Qk (m2) (7.2)

Trong đó k. . tb

k: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị(W/m2K ) Δttb

t

w2 t

w1 :Hiệu nhiệt độ trung bình logarit (K) (7.3) ln tk tw1

tk tw1

tk: Nhiệt độ ngưng tụ (0C)

(0C)

tw1: Nhiệt nước hoặc không khí đi vào thiết bị ngưng tụ

tw2: Nhiệt nước hoặc không khí đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ (0C) Bảng 7.1: Hệ số truyền nhiệt và mật độ dòng nhiệt các loại thiết bị ngưng tụ

Lưu lượng nước giải nhiệt: : mn Qk (kg/s) Cn . tn

Trong đó:

mn: Lưu lượng nước giải nhiệt (kg/s)

Cn=4,18(kJ/kg.K): Nhiệt dung riêng của nước

tn=50C ÷6 0C Độ chênh lệch nhiệt độ nước vào ra thiết bị ngưng tụ Lưu lượng không khí giải nhiệt: : Vkk

Q k (m3/s) C kk . kk kk Trong đó:

Vkk: Lưu lượng không khí giải nhiệt (m3/s) Cn=1 (kJ/kg.K): Nhiệt dung riêng của không khí

ρkk=1,2 (kg/m3): Khối lượng riêng không khí

tkk=60C ÷10 0C Độ chênh lệch nhiệt độ không khí vào ra thiết bị ngưng tụ.

CHƯƠNG 8: THIẾT BỊ BAY HƠI

8.1. Tổng quan về thiết bị bay hơia.Chức năng a.Chức năng

Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt, thực hiện trao đổi nhiệt giửa môi chất lạnh sôi ở áp suất thấp và đối tượng cần làm lạnh.

b.Phân loại

8.2 Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng

8.2 .1 Thiết bị bay hơi ống vỏ nằm ngang kiểu ngập

a.Cấu tạo

Hình 8.2: Bình bay hơi kiểu ống vỏ nằm ngang kiểu ngập

1:Nắp bình 5:Tấm chắn lỏng 9:Chân bình

2:Thân bình 6:Ống trao đổi nhiệt 10:Đường môi chất tiết lưu vào 3:Bộ phận tách lỏng 7:Đường chất tải lạnh ra 11:Ống thủy tối và van phao 4:Đường môi chất ra 8:Đường chất tải lạnh vào

b.Nguyên lý làm việc

Lỏng môi chất tiết lưu vào bình theo đường số (10) , ngập đầy bên ngoài các ống trao đổi nhiệt, nhận nhiệt của chất lỏng cần làm lạnh chuyển động cưỡng bức bên trong ống sôi, hóa hơi. Hơi trước khi ra khỏi bình bay hơi sẽ đi qua bộ phận tách lỏng, lỏng được tách ra khỏi dòng hơi sau đó chảy trở lại bình, còn hơi sau khi lỏng được tách ra thành hơi bão hòa khô theo đường số (4) đi ra ngoài.

c.Ưu, nhược điểm Ưu điểm:

-Mật độ dòng nhiệt lớn nên tiêu hao ít kim loại, thiết bị chắc chắn, gọn nhẹ -Dễ vệ sinh thiết bị về phía chất lỏng cầnlàm lạnh

Nhược điểm:

-Có khả năng nứt ống trao đổi nhiệt do chất lỏng đóng băng cho nên cần khống chế nghiêm ngặt nhiệt độ chất lỏng cần làm lạnh. -Khó chế tạo, giá thành cao

8.2.2 Thiết bị bay hơi ống vỏ nằm ngang kiểu không ngập a.Cấu tạo a.Cấu tạo

3 4 5 7 8 9 1:Đường môi chất lạnh vào 2:Đường hơi môi chất lạnh ra

2 3:Nắp bình

4:Đường chất tải lạnh vào 5:Ống trao đổi nhiệt

1 6:Vách ngăn

7:Đường xả khí về phía chất tải

6 10 8:Thân bình

9:Đường chất tải lạnh ra 10:Đường xả chất tải lạnh Hình 8.3: Cấu tạothiết bị bay hơi ống vỏ nằm ngang kiểu không ngập

b.Nguyên lí làm việc

Lỏng môi chất tiết lưu bình theo đường số (1), đi vào các ống trao đổi nhiệt, nhận nhiệt của chất lỏng cần làm lạnh chuyển động cưỡng bức bên ngoài ống sôi, hóa hơi. Hơi môi chất sau đó theo đường số (2) ra ngoài.

c.Ưu, nhược điểm Ưu điểm

-Mật độ dòng nhiệt tương đối lớn nên tiêu hao ít kim loại, thiết bị chắc chắn gọn nhẹ

-Tránh được sự cố đóng băng gây nứt ống. Nhược điểm

-Khó vệ sinh về phía chất tải lạnh.

-Khó chế tạo, giá thành cao. 8.2.3 Dàn lạnh tấm bản

1:Đường môi chất vào 2:Đường môi chất ra 3:Đường chất tải lạnh ra 4:Đường chất tải lạnh vào 5:Khung trên

6:Tấm trao đổi nhiệt 7:Khung dưới

8:Nắm liền 9:Thanh ren 10:Nắp có cửa Hình 8.4: Cấu tạo dàn lạnh tấm bản

Cấu tạo dàn lạnh kiểu tấm bản hoàn toàn giống dàn ngưng tấm bản, gồm các tấm trao đổi nhiệt dạng phẳng có dập sóng được ghép với nhau bằng đệm kín. Hai đầu là các tấm khung dày, chắc chắn được giữ nhờ thanh giằng và bulông. Đường chuyển động của môi chất và chất tải lạnh ngược chiều và xen kẻ nhau. Tổng diện tích trao đổi nhiệt rất lớn. Quá trình trao đổi nhiệt giữa hai môi chất thực hiện qua vách tương đối mỏng nên hiệu quả trao đổi nhiệt cao. Các lớp chất tải lạnh khá mỏng nên quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nhanh chóng.

b.Nguyên lí làm việc

Lỏng môi chất tiết lưu bình theo đường số (1), đi vào các ống trao đổi nhiệt, nhận nhiệt của chất lỏng cần làm lạnh chuyển động cưỡng bức bên ngoài ống sôi, hóa hơi. Hơi môi chất sau đó theo đường số (2) ra ngoài.

c.Ưu, nhược điểm Ưu điểm

-Mật độ dòng nhiệt tương đối lớn nên tiêu hao ít kim loại, thiết bị chắc chắn gọn nhẹ.

-Thời gian làm lạnh rất nhanh. Nhược điểm

-Khó vệ sinh về phía chất tải lạnh.

-Khó chế tạo, giá thành cao.

-Khi hư hỏng, không có vật tư thay thế, sửa chữa khó khăn.

-Có khả năng nứt ống trao đổi nhiệt do chất lỏng đóng băng cho nên cần. khống chế nghiêm ngặt nhiệt độ chất lỏng cần làm lạnh.

8.2.3 Dàn lạnh xương cá

Dàn lạnh xương cá được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống làm lạnh nước, nước muối và được sử dụng nhiều trong sản xuất đá cây.

a.Cấu tạo

1:Ống góp ngang trên 2:Ống góp ngang dưới 3:Ống trao đổi nhiệt 4:Ống góp dọc trên 5:Ống góp dọc dưới Hình 8.5: Cấu tạo dàn lạnh xương cá

Về cấu tạo các ống trao đổi nhiệt được uốn cong dạng hình xương cá, do đó chiều dài mỗi ống tăng lên đáng kể. Dàn lạnh xương cá cũng có cấu tạo gồm nhiều cụm, mỗi cụm có 1 ống góp trên và 1 ống góp dưới và hệ thống dãy ống trao đổi nhiệt nối giữa các ống b.Nguyên lý làm việc

Lỏng môi chất tiết lưu vào ống góp ngang dưới số (2) sau đó đi vào các ống góp dọc dưới rồi đi vào thiết ngập khoảng 2/3 ống trao đổi nhiệt, tại đây môi chất sẽ nhận nhiệt đối tượng cần làm lạnh, sôi hóa hơi. Sau đó hơi theo ống góp trên số (1) đi ra ngoài. c.Ưu, nhược điểm

Ưu điểm

-Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo

-Dễ vệ sinh về phía chất môi trường làm lạnh.

-Tránh được sự cố đóng băng gây nứt ống. Nhược điểm

-Mật độ dòng nhiệt không lớn nên tiêu hao nhiều kim loại, thiết bị cồng kềnh 8.3 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí

8.3.1 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí đối lưu tự nhiên a.Cấu tạo a.Cấu tạo

1:Ống trao đổi nhiệt 2:Cánh tản nhiệt 3:Ống góp 4:Thanh đỡ

Hình 8.6: Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí đối lưu tự nhiên Dàn lạnh đối lưu tự nhiên không dùng quạt được sử dụng để làm lạnh không khí trong các buồng lạnh. Dàn có thể được lắp đặt áp trần hoặc áp tường, ống trao đổi nhiệt là ống thép trơn hoặc ống có cánh bên ngoài. Cánh tản nhiệt sử dụng là cánh thẳng hoặc cánh xoắn.

b.Ưu, nhược điểm Ưu điểm

-Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo.

-Dễ vệ sinh về phía chất môi trường làm lạnh. Nhược điểm

8.3.2 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức a.Cấu tạo a.Cấu tạo

1 2 3

7 6 5 4

1:Quạt 2:Vỏ bao bọc

3:Đường môi chất ra 4:Đường môi chất vào 5:Ống trao đổi nhiệt 6: Cánh trao đổi nhiệt 7:Đường xả nước ngưng Hình 8.7: Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức Dàn lạnh đối lưu không khí cưỡng bức đây là thiết bị được sử dụng rất rộng rãi trong các kho lạnh, thiết bị cấp đông, trong điều hoà không khí vv…

Dàn lạnh thường được chế tạo bằng đồng hoặc thép. Thường các dàn lạnh đều được làm cánh nhôm hoặc cánh thép. Dàn lạnh có vỏ bao bọc,có quạt, ống khuyếch tán gió, khay hứng nước ngưng, điện trở xả băng, quạt tùy loại thiết bị mà có thể là quạt ly tâm hoặc là quạt hướng trục.

b.Ưu, nhược điểm Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo

-Dễ vệ sinh về phía chất môi trường làm lạnh. Nhược điểm

-Mật độ dòng nhiệt lớn hơn mật độ dòng nhiệt thiết bị bay hơi làm lạnh không khí đối lưu tự nhiên, tuy nhiên mật độ dòng nhiệt vẫn không lớn lắm nên vẫn tiêu hao nhiều kim loại, thiết bị cồng kềnh.

8.4 Tính toán thiết bị bay hơi a.Tính diện tích trao đổi nhiệt

Q0 = k.F. ttb = qF.F F Q 0 Q 0 k. ttb qF Trong đó

k:Hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/m2K qF: Mật độ dòng nhiệt (W/m2)

Qo: Năng suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi( W) ttb

t

maxt

min :Hiệu nhiệt độ trung bình logarit (K) ln t max t min (8.1) (8.2)

Δtmax, Δtmin:Hiệu nhiệt độ lớn nhất và bé nhất ở đầu vào, ra thiết bị. b. Xác định lưu lượng chất lỏng hoặc không khí làm lạnh

Lưu lượng khối lượng chất lỏng được làm lạnh ở thiết bị bay hơi

m Q 0 (kg/s) (8.3) C p . t Trong đó:

Cp: Nhiệt dung riêng của chất lỏng (kJ/kg.K)

Lưu lượng thể tích không khí được làm lạnh ở thiết bị bay hơiV kk Q0 (kg/s) (8.4) C kk . kk . tkk Trong đó :

Ckk:Nhiệt dung riêng của không khí Cn = 1,0 kJ/kg.K ρkk:Khối lượng riêng của không khí ρKK = 1,15÷1,2 (kg/m3) Δtkk:Độ chênh nhiệt độ của không khí vào, ra thiết bị bay hơi (oC) Bảng 8.1: Hệ số truyền nhiệt và mật độ dòng nhiệt các loại thiết bị bay hơi

CHƯƠNG 9: THIẾT BỊ TIẾTLƯU

9.1. Tổng quan về thiết bị tiết lưu a.Định nghĩa

Quá trình tiết lưu là quá trình giảm áp suất do ma sát không sinh ngoại công khi môi chất chuyển động qua vị trí có trở lực cục bộ đột ngột. b.Phân loại

Theo đặc điểm van tiết lưu

Cáp tiết tiết lưu Van tiết lưu Van tiết lưu Van tiết lưu Van tiết lưu

tay nhiệt điện tử phao

Hình 9.1:Phân loại thiết bị tiết lưu 9.2 Cáp tiết lưu (Capillary Tubes)

Hình 9.2 :Cáp tiết lưu

Cáp tiết lưu (ống mao) thường là đoạn ống đồng có đường kính 0,5 ÷ 2 mm được sử dụng trong hệ thống lạnh nhỏ như: tủ lạnh dân dụng, thương mại, máy điều hòa.

Đặc điểm cáp tiết lưu cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt tuy nhiên không điều chỉnh được quá trình tiết lưu.

9.3 Thiết bị tiết lưu tay (Manual Throttles)

Hình 9.3: Thiết bị tiết lưu tay

Thiết bị tiết lưu tay là thiết bị tiết lưu được điều chỉnh bằng tay. Van có kết cấu tương tự van chặn. Khác biệt cơ bản của thiết bị tiết lưu là bước ren của ti van mịn hơn so với van chặn nhằm điều chỉnh lưu lượng một cách chính xác.

9.4 Thiết bị tiết lưu nhiệt (Thermal Expansion Valve)

Đây là thiết bị tiết lưu điều chỉnh lượng môi chất vào thiết bị bay hơi dựa vào tín hiệu độ quá nhiệt (chênh lệch nhiệt độ môi chất ở vị trí lấy tín hiệu và nhiệt độ bão hòa ở cùng áp suất). Theo đặc điểm cấu tạo thiết bị tiết lưu nhiệt có 2 loại van: thiết bị tiết lưu nhiệt cân bằng trong và thiết bị tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài. a. Thiết bị tiết lưu nhiệt cân bằng trong

5 Pmc 6 7 8 Pmc 4 P lx P0 3 9 2 Plx P 0 1

Hình 9.4: Nguyên lý cấu tạo và sơ đồ cân bằng áp suất trong thiết bị tiết lưu nhiệt cân bằng trong

1: Vít điều chỉnh độ quá nhiệt 4: Kim van 7: Thiết bị bay hơi 2: Đường lỏng môi chất vào 5:Màng đàn hồi 8: Ốngnối

3: Lò xo 6: Thanh truyền 9: Đầu cảm nhiệt

Nguyên lý làm việc: Màng đàn hồi (5) được cân bằng bởi áp suất môi chất (Pmc) trong khoang được hình thành bởi thân van, màng đàn hồi, đầu cảm nhiệt, ống nối và tổng áp suất do lò xo (Plx) (tương ứng độ quá nhiệt cài đặt yêu cầu) và áp suất bay hơi (Po) gây ra. Khi phụ tải nhiệt thiết bị bay hơi thay đổi dẫn đến thay đổi nhiệt độ quá nhiệt hơi ra khỏi thiết bị bay hơi, đầu cảm (9) nhận tín hiệu nhiệt