Khi cần làm lạnh tại không gian rộng, hệ thống làm lạnh hiện đại đã thay thế cho các thiết bị đơn lẻ trước đây. Với khả năng làm lạnh hiệu quả và nhanh chóng, công nghệ đông lạnh này đang được ứng dụng phổ biến xung quanh chúng ta. Vậy, nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh là gì? Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh trong công nghiệp?
Hệ thống lạnh là gì?
Hệ thống lạnh còn được gọi là hệ thống truyền nhiệt. Đây là tổ hợp gồm các bộ phận chứa môi chất làm lạnh nối với nhau tạo thành một vòng tuần hoàn kín. Trong đó, môi chất làm lạnh sẽ lưu thông để thực hiện nhiệm vụ hấp thụ và thải nhiệt. Môi chất sẽ giúp truyền nhiệt từ vùng có nhiệt độ thấp hơn (gọi là nguồn nhiệt) đến vùng có nhiệt độ cao hơn (nơi thoát nhiệt). Quá trình này sẽ ngược lại với sự truyền nhiệt trong tự nhiên.
Còn điện lạnh là gì? Điện lạnh chính là một phần trong hệ thống lạnh, điện lạnh bao gồm những thiết bị làm nóng, lạnh để phục vụ cho nhu cầu đời sống hàng ngày của con người.
Công nghệ đông lạnh tiên tiến và hiện đại trong công nghiệp
Quý khách cần phân biệt giữa hệ thống làm mát nhà xưởng với hệ thống làm lạnh. Làm mát nhà xưởng để tạo không gian làm việc cũng như bảo quản sản phẩm trong nhiệt độ bình thường tốt nhất. Còn hệ thống lạnh được sử dụng trong nhiều thiết bị như tủ cấp đông, tủ lạnh, điều hòa, máy làm đá công nghiệp,… Dù các thiết bị này rất đa dạng nhưng hầu như các thiết bị này đều có cấu tạo khá giống nhau. Chúng tôi sẽ phân tích sâu hơn về các bộ phận của hệ thống làm lạnh trong phần sau.
Cấu tạo chung của hệ thống làm lạnh
Các bộ phận chính cấu thành hệ thống lạnh đều đảm nhận một nhiệm vụ riêng. Sau đây là từng bộ phận và nhiệm vụ cụ thể:
- Máy nén: Là bộ phận quan trọng nhất vì nó giúp duy trì hoạt động của hệ thống. Cụ thể, thiết bị này sẽ nén môi chất bay hơi ở dàn lạnh thành dạng hơi. Môi chất sau khi nén sẽ có nhiệt độ và áp suất cao. Ngoài ra, máy nén cũng giúp tuần hoàn môi chất trong hệ thống làm lạnh.
- Rơ le nhiệt: Linh kiện này có chức năng ngắt mạch điện khi máy nén có nhiệt độ quá cao.
- Cảm biến nhiệt: Đây là bộ phận dùng để đo nhiệt mà hầu hết hệ thống lạnh nào cũng có. Bộ phận này giúp kiểm soát hoạt động của hệ thống, thiếu lạnh thì hoạt động mà đủ lạnh thì ngắt.
- Ống dẫn gas: Đường ống này được nối từ dàn nóng đến dàn lạnh và các bộ phận khác. Kích thước của ống sẽ phụ thuộc vào công suất làm lạnh, đường đẩy hay đường hồi.
- Van tiết lưu: Bộ phận này sẽ chuyển môi chất từ từ thể lỏng thành thể khí. Cũng tại đây, nhiệt độ của môi chất sẽ bị giảm xuống rất thấp trước khi tới dàn lạnh.
- Tủ điều khiển: Nhiệm vụ chính của tủ là kiểm soát và điều chỉnh hoạt động trong cả hệ thống làm lạnh. Thiết bị sẽ điều phối hệ thống hoạt động theo thông số được cài đặt sẵn. Nó được gắn bộ phận báo hiệu để thông báo khi cần thiết.
Ngoài ra, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng mà hệ thống sẽ sử dụng thêm các thiết bị khác như tháp giải nhiệt.
Các bộ phận cấu tạo trong thiết bị ứng dụng công nghệ đông lạnh
Bộ phận dàn lạnh
- Quạt dàn lạnh: Nhiệm vụ chủ yếu của quạt là tạo luồng gió đi qua dàn lạnh để thực hiện trao đổi nhiệt. Đồng thời, nó cũng giúp luồng gió được lưu thông liên tục trong phòng.
- Dàn lạnh: Cấu tạo của chúng tương tự như dàn nóng. Tuy nhiên, dàn lạnh sẽ làm lạnh luồng không khí đi qua nó. Việc này được thực hiện bởi các môi chất lạnh trong ống đồng. Môi chất này sẽ hấp thụ nhiệt nóng trong không khí và làm hơi nước ngưng tụ thành giọt trên dàn lạnh. Điển hình cho bộ phận này là hệ thống chiller.
Bộ phận dàn nóng
- Dàn nóng: Được cấu thành từ các ống đồng dẫn ga, nằm song song và đan xen vào các lá nhôm dẫn nhiệt. Giữa các lá nhôm này có nhiều khe hở nhỏ giúp hiệu quả trao đổi nhiệt được tốt hơn. Bộ phận này có nhiệm vụ xả nhiệt ra ngoài môi trường để các môi chất bên trong được làm mát.
- Quạt dàn nóng: Bộ phận này chịu trách nhiệm thổi gió lạnh đi qua dàn nóng. Vì thế, môi chất đi qua dàn nóng sẽ được hạ nhiệt.
Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh trong một số thiết bị công nghiệp
Công nghệ đông lạnh được vận hành theo 2 nguyên lý: Làm lạnh bằng gió (dàn ngưng) và làm lạnh bằng nước (bình ngưng). Hiện nay, với khả năng giải nhiệt hiệu quả hơn nên hệ thống làm lạnh nước thường được dùng trong hệ thống làm lạnh quy mô lớn chẳng hạn như buidling được điều khiển bằng hệ thống bms
Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh của một số thiết bị
Nguyên lý công nghệ lạnh và lạnh đông thực phẩm trong kho bảo quản
Máy nén sẽ nén hơi môi chất lên bình tách dầu. Tiếp theo, theo nguyên tắc chênh lệch áp suất thì dầu sẽ được đưa trở về máy nén. Còn hơi môi chất sẽ được đưa đi giải nhiệt tại thiết bị ngưng tụ. Tại đây, chúng trao đổi nhiệt với tháp giải nhiệt và chuyển thành dạng lỏng. Nước sau khi làm mát được đưa đến bình ngưng rồi tiếp tục quay về tháp giải nhiệt để làm mát.
Môi chất sau khi giải nhiệt sẽ có dạng lỏng rồi đưa đến bình chứa cao áp, qua phin lọc để lọc chất bẩn. Tiếp theo, nó sẽ đi qua bình hồi nhiệt để làm tăng độ lạnh. Môi chất tiếp tục đi vào dàn lạnh để hạ nhiệt độ và áp suất. Cùng lúc đó, van tiết lưu nhiệt thông qua bầu cảm biến để điều chỉnh lượng lỏng. Hơi lỏng này sẽ đưa đến bình hồi nhiệt và được tách lỏng. Lúc này, máy nén sẽ hút hơi về và quy trình tiếp tục được lặp lại.
Cách thức hoạt động của công nghệ lạnh và đông lạnh thực phẩm
Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh trong máy lạnh
Công nghệ đông lạnh trong máy lạnh được tạo ra bằng 2 cách phổ biến như sau:
- Cho dòng khí cao áp hạ áp suất đột ngột bằng van hoặc máy dãn nở. Nếu sử dụng máy giãn nở thì sẽ tận dụng được công để bù năng lượng. Còn sử dụng van thì sẽ diễn ra quá trình tiết lưu để làm giảm áp của dòng lỏng hay khí một cách đột ngột. Dùng van thì sẽ không sinh thêm công. Khí sẽ trở nên lạnh hơn sau khi hạ áp suất.
- Làm mát nhờ phương pháp chuyển pha. Khi chuyển từ pha này sang pha khác thì vật chất sẽ thu một nhiệt lượng và gọi là nhiệt chuyển pha. Máy lạnh hơi được dùng phổ biến hiện nay cũng hoạt động theo nguyên lý này. Ga lỏng hóa hơi trong dàn lạnh sẽ hút nhiệt từ môi trường mà nó tiếp xúc.
Hệ thống làm lạnh của máy lạnh hoạt động thế nào?
Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh trong máy làm đá
Hơi được hút về máy nén rồi đi qua bình tách dầu. Tại đây, các bụi dầu được tách ra khỏi hơi môi chất rồi trở về bình ngưng để trao đổi và thải nhiệt. Khi nhiệt độ và áp suất giảm thì nó ngưng tụ thành dạng lỏng. Tiếp tục quy trình, môi chất lỏng sẽ được đưa đến thiết bị hồi nhiệt. Tại đây, nó sẽ được làm giảm xuống nhiệt độ thấp hơn.
Sau đó, môi chất sẽ đi vào bình chứa áp cao, qua hệ thống tiết lưu để làm giảm áp suất xuống áp suất bay hơi. Tiếp theo, môi chất trên dàn bay hơi sẽ nhận nhiệt của nước đá rồi bay hơi.
Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh
Việc thiết kế hệ thống lạnh hợp lý và an toàn là mối quan tâm của nhiều người. Khi thiết kế hệ thống lạnh, bạn cần phải lưu ý như sau:
Chọn phương pháp cấp dịch dàn lạnh
Có 3 phương pháp để lự chọn là cấp dịch kiểu ngập lỏng, cấp dịch tiết lưu trực tiếp và sử dụng bơm cấp dịch. Chi tiết từng phương pháp cấp dịch như sau:
Cấp dịch kiểu ngập lỏng từ bình giữ nước
- Phương pháp này đòi hỏi lượng môi chất và phụ tải nhiệt lớn và có thời gian làm lạnh nhanh.
- Khi cấp dịch theo kiểu ngập lỏng thì thiết bị bay hơi luôn phải đảm bảo ngập chất lỏng bão hòa. Thông qua cột áp thủy tĩnh, dịch lỏng sẽ trực tiếp chảy xuống từ bình giữ nước. Đặc biệt là mức dịch tối thiểu trong bình luôn phải được duy trì.
- Hiệu quả trao đổi nhiệt của phương pháp này khá cao do dàn lạnh luôn có dịch lỏng.
- Phương pháp này không đảm bảo được yêu cầu trong hệ thống làm lạnh nhanh hoặc siêu tốc. Khi đó, người ta sẽ phải dùng đến phương pháp sử dụng bơm.
Một số lưu ý khi thiết kế hệ thống lạnh
Cấp dịch tiết lưu trực tiếp
- Trong phương pháp này, môi chất không cần thông qua trung gian mà sẽ đi trực tiếp vào dàn lạnh. Việc này sẽ hạn chế làm tổn thất nhiệt.
- Chi phí đầu tư thấp và thực hiện rất đơn giản do không cần các thiết bị khác đi kèm. Với phương pháp này thì dùng van tiết lưu tay hay van tiết lưu tự động đều được.
- Các dàn lạnh nhỏ có độ tải nhiệt thấp thường sử dụng phương pháp này. Ví dụ như: Kho bảo quản, máy điều hòa, kho chờ đông, kho lạnh thương nghiệp,…
- Phương pháp này không mang lại hiệu quả cao đối với dàn lạnh có công suất lớn. Khi dàn lạnh thiếu nhiều môi chất thì thời gian cần thiết để làm mát sẽ tăng lên rất nhiều.
Cấp dịch bằng cách sử dụng bơm cấp dịch
Các thiết bị cấp đông lạnh nhanh thường sử dụng phương pháp này. Môi chất lỏng trong dàn lạnh có nhiệt độ vô cùng thấp. Đồng thời, môi chất lỏng sẽ chuyển động cưỡng bức với tốc độ lớn. Chính vì thế, phương pháp này có hiệu quả trao đổi nhiệt rất cao và rút ngắn được thời gian làm lạnh.
Chọn thiết bị ngưng tụ
Các loại thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong thiết kế hệ thống lạnh là:
- Dàn ngưng không khí
- Dàn ngưng tụ bay hơi
- Bình ngưng dạng ống chùm nằm ngang
- Dàn ngưng kiểu tưới
Chọn môi chất lạnh
Một số môi chất được dùng trong thi công thiết kế hệ thống lạnh
Lựa chọn môi chất lạnh phù hợp rất quan trọng khi thiết kế hệ thống lạnh. Môi chất có đặc điểm cụ thể như sau:
- Môi chất NH3 (amoniac): Không gây hiệu ứng nhà kính, không phá hủy tầng ôzon. Loại này sẽ phù hợp với những hệ thống từ lớn đến rất lớn.
- NH3 rất độc và dễ làm hỏng thực phẩm. Chính vì thế, môi chất amoniac không được sử dụng trong kho bảo quản thực phẩm.
- Khi thiết kế hệ thống lạnh, bạn nên chọn môi chất không độc hại, không ăn mòn kim loại. Đồng thời bạn cũng cần chọn chất không làm hỏng sản phẩm.
Chọn dầu cho máy lạnh
Tính chất và chất lượng dầu có tác động rất nhiều đến tuổi thọ của máy nén. Vì vậy, bạn cần phải chọn loại dầu phù hợp nhất tùy vào mỗi trường hợp. Khi tỷ số nén phù hợp, nhiệt độ dầu không cao và tiêu hao dầu trong mức bình thường. Điều này làm các bộ phận chuyển động nhanh bị mòn hoặc than bám nhiều ở vòng cách van xả. Khi gặp các hiện tượng trên thì bạn cần kiểm tra:
- Dầu có bị lẫn tạp chất không?
- Dầu có phù hợp với máy không?
- Phẩm chất của dầu như thế nào?
- Việc phán đoán tính chất của dầu rất khó nên bạn chỉ biết được sau khi sử dụng.
Một vài thông số quan trọng của dầu là điểm đông đặc thấp, khi nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt thay đổi ít, điểm bắt lửa cao. Đặc biệt, bạn phải bảo quản cẩn thận để không lọt bụi, khí ẩm vào trong dầu.
Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh trong bài viết trên được trình bày khá chi tiết. Bên cạnh đó, khi thiết kế hệ thống lạnh bạn cũng cần chú ý rất nhiều yếu tố quan trọng. Trong bài viết, chúng tôi đã liệt kê ra một vài yếu tố chính và quan trọng nhất. Mong rằng, những thông tin về hệ thống lạnh trong bài sẽ giúp ích được cho các bạn!
