Chương 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
lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với
thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một
trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các
hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưở
ng 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 nhưng 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
tr
ường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén
có thể hút ẩm về gây ngập lỏng.
Ngược lại, khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu,
thì chi phí đầu tư 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 yế
u tố như hiệu quả làm
việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh. 276

: 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.

277
- Bình bay hơi frêôn : Bình bay hơi frêôn ngược 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 đường kính Φ38x3, Φ51x3,5
hoặc Φ57x3,5. Các chùm ống được bố trí so le, cách đều và nằm trên
các đỉnh tam giác đều, mật độ tương đối dày để giảm kích thước 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 đường kính
cần duy trì trong khoảng L/D=5÷8. Các mặt sàng thường được làm
bằng thép cácbon hoặc thép hợp kim và có độ dày khá lớn 20÷30mm.
ống được 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 15÷20mm.
Phía dưới bình có thể có rốn để thu hồi dầu, từ đây dầu được đưa về
bình thu hồi dầu. Môi chất được tiết lưu vào bình từ phía dưới, sau khi

o
C, hệ số truyền
nhiệt k = 400÷520 W/m
2
.K; mật độ dòng nhiệt q
of
= 2000÷4500 W/m
2

.
Chất lỏng thường được làm lạnh là nước, glycol, muối Nacl và
CaCl
2
. Khi làm lạnh muối NaCl và CaCl
2
thì thiết bị chịu ăn mòn đặc
biệt khi để lọt khí vào bên trong nên thực tế ít sử dụng. Trường hợp
này nên sử dụng các dàn lạnh kiểu hở khi bị hư hỏng dễ sửa chữa và
thay thế. Để làm lạnh nước và glycol người ta thường 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 thường được sử dụng để làm lạnh các
môi chất có nhiệt độ đóng băng cao như nước trong các hệ thống điều
hoà water chiller.


Để làm lạnh các chất lỏng trong chu trình hở người ta sử dụng
các dàn lạnh panen
Cấu tạo của dàn gồm 02 ống góp lớn nằm phía trên và phía
dưới, 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 được
cấp dịch theo kiểu ngập lỏng nhờ bình gi
ữ mức- tách lỏng. Môi chất
lạnh đi vào ống góp dưới và đi ra ống góp trên.
Tốc độ luân chuyển của nước muối trong bể khoảng 0,5÷0,8 m/s,
hệ số truyền nhiệt k=460÷580 w/m
2
.K. Khi hiệu nhiệt độ giữa môi
chất và nước muối khoảng 5÷6K, mật độ dòng nhiệt của dàn bay hơi
panen khá cao khoảng 2900÷3500 W/m
2
Dàn lạnh panen kiểu ống thẳng có nhược điểm là quảng đường
đi của dòng môi chất trong các ống trao đổi nhiệt khá ngắn và kích
thước tương đối cồng kềnh. Để khắc phục điều đó người ta làm dàn
lạnh theo kiểu xương cá. 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 nước muối; 7- Xả nước muối ;
8- Xả cạn; 9- Nền cách nhiệt; 10- Xả dầu; 11- Van an toàn

281
Hình 7-3: Thiết bị bay hơi kiểu panen

7.2.1.3 Dàn lạnh xương cá

thực phẩm vv
Cấu tạo dàn lạnh kiểu tấm bản hoàn toàn giống dàn ngưng tấm
bản, gồm các tấm trao đổi nhiệt d
ạng 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 bu lông. 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 l
ạnh
khá mỏng nên quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nhanh chóng. Dàn lạnh
tấm bản NH
3
có thể đạt k =2500÷4500 W/m
2
.K khi làm lạnh nước.
Đối với R
22
làm lạnh nước hệ số truyền nhiệt đạt k =1500÷3000
W/m
2
.K. Đặc điểm của dàn lạnh kiểu tấm bản là thời gian làm lạnh rất
nhanh, khối lượng môi chất lạnh cần thiết nhỏ.
Nhược điểm là chế tạo phức tạp nên chỉ có các hãng nổi tiếng
mới có khả năng chế tạo. Do đó khi hư hỏng, không có vật tư thay thế,
sửa chữa khó khăn.

283

Hình 7-5: Dàn lạnh kiểu tấm bản

214124
a)
b)
c)
d)

1- ống trao đổi nhiệt; 2- Cánh tản nhiệt; 3- ống góp; 4- Thanh đỡ
Hình 7-6: Dàn lạnh đối lưu tự nhiên có cánh

7.2.2.2 Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức
Dàn lạnh đối lưu không khí cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi
trong các hệ thống lạnh để làm lạnh không khí như trong các kho
lạnh, thiết bị cấp đông, trong điều hoà không khí vv…
Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức có 02 loại : Loại ống đồng và ống sắt.
Thường các dàn lạnh đều được làm cánh nhôm hoặc cánh sắt. Dàn
lạnh có vỏ bao bọc, lồng quat, ống khuyếch tán gió, khay hứng nướ
c
ngưng. Việc xả nước ngưng có thể sử dụng bằng nhiều phương pháp,
nhưng phổ biến nhất là dùng điện trở xả băng.
Dàn lạnh ống trơn NH
3
có k = 35÷43 W/m
2
.K. Đối với dàn lạnh
frêôn k = 12 W/m
2
.K

285
Dàn lạnh sử dụng trong các kho lạnh có cấu tạo với chiều rộng

+ Loại thiết bị bay hơi
+ Công suất lạnh cầu Q
o
- Thông số cần xác định : Diện tích trao đổi nhiêt, bố trí và kết
cấu thiết bị bay hơi.

7.3.1 Các bước tính toán dàn lạnh
1. Chọn loại thiết bị bay hơi
Chọn kiểu loại dàn lạnh cho hệ thống lạnh cũng dựa trên nhiều
tiêu chí khác nhau nhưu đặc điểm cấu tạo, yêu cầu về làm lạnh vv… 287
2. Tính diện tích trao đổi nhiệt
of
o
o
o
q
Q
tk
Q
F =
∆
=
.
, m
2

(7-1)

k
(W/m
2
.K)
q
f
(W/m
2
)
∆t
(
o
C)
1
Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng
- Bình bay hơi NH3
- Bình bay hơi frêôn
+ R12
+ R22
- Dàn lạnh kiểu panen
- Dàn lạnh xương cá
- Dàn lạnh kiểu tấm bản
+ NH3
+ R22

460÷580

230÷350
350÷400
460÷580

288

Hệ số truyền nhiệt được tính tuỳ thuộc trường hợp cụ thể của bề
mặt trao đổi nhiệt. Chẳng hạn như trường hợp ống trơn có thể tính
như sau:
KmW
dd
d
d
k ./,

1
ln.
2
1

1
1
221
2
11
αλα
Π
+
Π
+
Π

∆
−∆
=∆

(7-3)
∆t
max
, ∆t
min
- Hiệu nhiệt độ lớn nhất và bé nhất ở đầu vào và ra của
thiết bị trao đổi nhiệt.c. Xác định lưu lượng chất lỏng hoặc không khí làm lạnh
* Lưu lượng chất lỏng
Lưu lượng chất lỏng được làm lạnh ở thiết bị bay hơi được xác
định theo công thức sau:
tC
Q
G
o
∆
=

ρ
, kg/s
(7-4)
C – Nhiệt dung riêng của chất lỏng, J/kg.K;
ρ – Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m
3

KK
= 1,15÷1,2
kg/m
3
;
∆t
KK
- Độ chênh nhiệt độ của không khí vào ra thiết bị bay hơi ,
o
C.

7.3.2 Xác định hệ số toả nhiệt về phía các môi chất ở
thiết bị bay hơi
7.3.2.1 Hệ số toả nhiệt khi sôi môi chất lạnh
* Sôi trong ống và rãnh nằm ngang
- Đối với Frêôn (7-6)
n
tr
qC ).(.
15,0
ρωα
=
ω - Tốc độ chuyển động của frêôn lỏng, m/s;
ρ - Khối lượng riêng của frêôn lỏng, kg/m
3
;
Trị số C và n được xác định như sau:


⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
d
qA
tr
ρω
α

(7-7)
hay:

5,0
5,15,2
.

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
d
A

⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=
w
p
w
α
α
αα

(7-9)
α
w
– Hệ số toả nhiệt của lỏng NH
3
khi chuyển động trong ống tính
như chất lỏng thường chuyể động trong ống, W/m
2
.K.
α
p
– Hệ số toả nhiệt trung bình của NH
3

- áp suất sôi của NH
3
, bar.

* Sôi trong ống và rãnh đứng

291
- Đối với Frêôn
+ Khi sôi bọt ( x
< 0,02)
31,0
.
.1
"
'
.

.25,0
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜


.
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
x
x
q
r
trw
ρω
α
α
(7-13)
trong đó hệ số toả nhiệt α
w

ρ” – Khối lượng riêng của hơi, kg/m
3
;
λ- Hệ số dẫn nhiệt của frêôn lỏng, W/m.K;
C – Nhiệt dung riêng của frêôn lỏng, J/kg.K;
P
o
- áp suất sôi, bar;
σ- 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
3 (7-15)
24,045,0
.) 04,03,27(
−
+=
trtro
dqt
α292
7.3.2.2 Hệ số toả nhiệt về phía không khí
- Đối lưu cưỡng bức
Đại bộ phận các loại dàn lạnh đều có không khí và môi chất tải
lạnh khác đối lưu cưỡng bức đi qua dàn lạnh. Trong trường hợp này