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:

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

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

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


Đối với R
22
làm lạnh nớc hệ số truyền nhiệt đạt k =1500ữ3000

282
W/m
2
.K. Đặc điểm của dàn lạnh kiểu tấm bản là thời gian làm lạnh rất
nhanh, khối lợng môi chất lạnh cần thiết nhỏ.
Nhợc điểm là chế tạo phức tạp nên chỉ có các hãng nổi tiếng mới
có khả năng chế tạo. Do đó khi h hỏng, không có vật t thay thế, sửa
chữa khó khăn.

Hình 7-5: Dàn lạnh kiểu tấm bản

7.2.2 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
7.2.2.1 Dàn lạnh đối lu tự nhiên
Dàn lạnh đối lu tự nhiên không dùng quạt đợc sử dụng để làm
lạnh không khí trong các buồng lạnh. Dàn có thể đợc lắp đặt áp trần
hoặc áp tờng, 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.
Đối với dàn ống trơn thờng dùng là ống thép 57x3,5, bớc ống từ
180ữ300mm. Dàn ống có hệ số truyền nhiệt khoảng k=7ữ10 W/m
2
.K
Đối với dàn ống có cánh của Nga đợc làm từ các ống trao đổi nhiệt
38x3, cánh tản nhiệt dạng xoắn thép dày 0,8ữ1,0mm, chiều rộng lá
thép là 45mm, bớc cánh khoảng 20ữ30mm. Hệ số truyền nhiệt tính
theo diện tích mặt ngoài có cánh đối với dàn áp tờng k=3ữ4,5


3
có k = 35ữ43 W/m
2
.K. Đối với dàn lạnh
frêôn k = 12 W/m
2
.K
Dàn lạnh sử dụng trong các kho lạnh có cấu tạo với chiều rộng khá
lớn, trải dài theo chiều rộng kho lạnh.

284

Hình 7-7: Dàn lạnh đối lu cỡng bức

Mỗi dàn có từ 1ữ6 quạt, các dàn lạnh đặt phía trớc mỗi dàn, hút
không khí chuyển động qua các dàn. Dàn lạnh có bớc cánh từ 3ữ8
mm, tuỳ thuộc mức độ thoát ẩm của các sản phẩm trong kho. Vỏ bao
che của dàn lạnh là tôn mạ kẽm, phía dới có máng hứng nớc ngng.
Máng hứng nớc nghiêng về phía sau để nớc ngng chảy kệt, tránh
đọng nớc trong máng, nớc đọng có thể đóng băng làm tắc đờng
thoát nớc. Dàn gồm nhiều cụm ống độc lập song song dọc theo chiều
cao của dàn, vì vậy thờng có các búp phân phối ga ga để phân bố dịch
lỏng đều cho các cụm. 285

1- Quạt dàn lạnh; 2- ống môi chất vào, ra; 3- Hộp đấu dây; 4- ống xả
nớc ngng;
5- Máng nớc ngng; 6- Bách treo


=
.
, m
2
(7-1)
Q
o
Công suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi, W
k Hệ số truyền nhiệt, W/m
2
.K;

286
t
o
-Độ chênh nhiệt độ trung bình lôgarit,
o
K;
q
of
Mật độ dòng nhiệt của thiết bị bay hơi, W/m
2
.

a. Xác định hệ số truyền nhiệt k
Hệ số truyền nhiệt k có thể xác định theo kinh nghiệm theo bảng 7-
1 dới đây. Trong trờng hợp cụ thể có thể tiến hành tính toán theo các
công thức tính toán truyền nhiệt thông thờng. Đối với thiết bị bay hơi
hệ thống lạnh, hệ số toả nhiệt về các môi trờng ở thiết bị bay hơi có

460ữ580

230ữ350
350ữ400
460ữ580 2500ữ4500
1500ữ3000

2000ữ4500
2900ữ3500
2900ữ3500
4ữ6

8ữ10
8ữ10

2
Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
- Thiết bị bay hơi đối lu tự nhiên
- Thiết bị bay hơi đối lu cỡng bức
+ ống trơn NH3
+ Frêôn


+

=
(7-2)
trong đó:

287

1
,
2
Hệ số toả nhiệt bên trong và ngoài ống trao đổi nhiệt,
W/m
2
.K;
d
1
, d
2
- Đờng kính trong và ngoài ống trao đổi nhiệt, mm;
- Hệ số dẫn nhiệt vật liệu ống, W/m.K.
b. Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình logarit
min
max
minmax
ln
t
t
tt

Khối lợng riêng của chất lỏng, kg/m
3
;
t - Độ chênh nhiệt độ của chất lỏng vào ra thiết bị bay hơi,
o
C.
* Lu lợng không khí
Lu lợng không khí làm lạnh đợc xác định theo công thức sau:
KKKKKK
o
KK
tC
Q
G

=


, kg/s (7-5)
C
KK
Nhiệt dung riêng của không khí, C
n
= 1,0 kJ/kg.K;

KK
Khối lợng riêng của không khí , kg/m
3
,
KK

12
: C = 23,4 và n = 0,47;
+ Đối với R
22
: C = 32,0 và n = 0,47.
Tuy nhiên công thức trên chỉ đúng khi mật độ dòng nhiệt q (W/m
2
)
nhỏ tức là nhỏ hơn giá trị nằm trong bảng 7-2 dới đây:

Bảng 7-2: Giới hạn mật độ dòng nhiệt, W/m
2
., Kg/m
2
.s
Môi
chất
60 120 250 400 650
R12 1500 1800 2000 2500 3000
R22 1500 1800 2000 2500 3500
Trong trờng hợp mật độ dòng nhiệt q lớn hơn trị số đã nêu trong
bảng 7-2 thì hệ số toả nhiệt đợc xác định theo công thức sau đây:

2,0
6,0
.





t
o
.
Hệ số A tra theo bảng 7-3 dới đây:
Bảng 7-3 : Hệ số A

to ,
o
C Môi chất
-30 -10 0 10 30
R12 0,85 1,045 1,14 1,23 1,47
R22 0,95 1,17 1,32 1,47 1,25
- Đối với NH
3

667,0
5,1
1.














(7-10)
21,07,0
2,2
ongP
Pq=

hay

(7-11)
7,0333,2
85,13
OP
P

=
q
ng
Mật độ dòng nhiệt theo bề mặt ngoài của dàn lạnh, W/m
2
;
P
o
- áp suất sôi của NH
3
, bar.

* Sôi trong ống và rãnh đứng
- Đối với Frêôn
+ Khi sôi bọt ( x

=



trotrtr
dP
x
r
Cdq
Nu
(7-12)

+ Khi sôi vành khăn (x = 0,17 ữ0,89) thì:

16,1
1,0
1
1
.79,3

.







+
=

tr

)1.(.4
2

= , m/s (7-15)
trong đó:
G Lu lợng tác nhân đi vào dàn lạnh, kg/s;
d
tr
- đờng kính trong của ống, m;
x - độ khô của tác nhân lạnh vào ống, kg/kg;
z- Số ống đặt song song của dàn lạnh;
, Khối lợng riêng của môi chất lỏng, kg/m
3
;
Khối lợng riêng của hơi, kg/m
3
;
- Hệ số dẫn nhiệt của frêôn lỏng, W/m.K;
C Nhiệt dung riêng của frêôn lỏng, J/kg.K;

290
P
o
- áp suất sôi, bar;
- Sức căng bề mặt, N/m;
r Nhiệt ẩn hoá hơi của frêôn, J/kg.
Các trị số Re và Pr đều xác định theo frêôn lỏng
- Đối với NH