Giải thích Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 2 cấp nén dễ hiểu nhất

Hệ thống lạnh 2 cấp nén có hiệu suất làm lạnh cao, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu nhiệt độ thấp như kho lạnh,.... Vậy sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 2 cấp nén thế nào? Cách thức vận hành, ứng dụng cụ thể ra sao? Mời bạn đọc theo dõi bài viết này của Điện máy Đặng Gia để có cái nhìn tổng quan và hiểu rõ hơn về hệ thống lạnh này.

Hệ thống lạnh 2 cấp nén là gì?

Hệ thống lạnh 2 cấp nén là hệ thống làm lạnh công nghiệp có 2 giai đoạn nén môi chất thay vì chỉ 1 như các hệ thống lạnh thông thường. Nhờ vậy, không gian được làm lạnh sâu, đạt đến mức nhiệt độ thấp nhất, đáp ứng yêu cầu khắt khe khi bảo quản thực phẩm đông lạnh, dược phẩm, sản xuất hóa chất, làm mát thiết bị điện tử,...

Hệ thống làm lạnh sâu 2 cấp nén

Cấu tạo hệ thống lạnh 2 cấp nén

Hệ thống làm lạnh sâu 2 cấp nén có cấu tạo phức tạp hơn so với hệ thống lạnh 1 cấp nén, gồm có các bộ phận chính sau:

Máy nén

Hệ thống lạnh 2 cấp sử dụng máy nén 2 cấp. Mỗi cấp nén có nhiệm vụ riêng như sau:

• Cấp nén 1: Nén môi chất từ áp suất thấp lên áp suất trung gian.
• Cấp nén 2: Nén môi chất lạnh từ áp suất trung gian lên áp suất cao hơn trước khi dẫn vào bình ngưng tụ.

Máy nén lạnh 2 cấp và bình làm mát trung gian

Bình trung gian

Bình trung gian đặt giữa 2 cấp nén, có nhiệm vụ giảm nhiệt độ của môi chất nhằm tăng hiệu quả nén ở cấp nén thứ 2. Bình trung gian thường được bố trí ngang hoặc đứng hoặc có dạng tấm tùy theo từng hệ thống.

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ là nơi môi chất được làm lạnh và ngưng tụ thành chất lỏng nhờ vào quá trình trao đổi nhiệt với môi trường. Cơ chế trao đổi nhiệt của môi chất rất đơn giản, có thể là với không khí mát từ bên ngoài hoặc nguồn nước mát lấy từ tháp giải nhiệt.

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi là nơi diễn ra quá trình làm lạnh. Tại đây, môi chất lỏng chuyển sang trạng thái hơi, hấp thụ nhiệt từ không gian cần làm mát và chuẩn bị đi vào máy nén để bắt đầu chu trình mới.

Thiết bị bay hơi

Van tiết lưu

Van tiết lưu nằm giữa thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tự. Chúng có nhiệm vụ giảm áp suất của môi chất sau khi ngưng tụ.

Các thiết bị phụ trợ khác

Để hệ thống hoạt động an toàn, ổn định và hiệu quả cần có các thiết bị phụ trợ, đó là:

• Đồng hồ đo áp suất
• Cảm biến nhiệt độ và áp suất
• Van an toàn
• Van chặn,...

Sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp nén

Sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp nén là bản vẽ mô tả chi tiết cấu trúc và mối liên hệ giữa các thành phần cấu tạo trong hệ thống. Việc hiểu rõ sơ đồ sẽ giúp người vận hành dễ dàng đánh giá hiệu suất làm việc, bảo trì cũng đề xuất các giải pháp cải tiến để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Dưới đây là sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp nén cơ bản nhất:

Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 2 cấp nén cơ bản

Nguyên lý sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp nén

Dựa vào sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp nén trên, có thể thấy rằng hệ thống hoạt động dựa trên chu trình nén môi chất như hệ thống lạnh 1 cấp. Tuy nhiên, quá trình nén được chia thành 2 giai đoạn để tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh. Cụ thể như sau:

• Nén cấp 1: Môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ thấp đi vào máy nén cấp 1. Giai đoạn này giúp áp suất và nhiệt độ môi chất nâng lên mức trung bình.

Làm mát trung gian: Ra khỏi máy nén cấp 1, môi chất được dẫn vào bình trung gian để giảm bớt nhiệt độ, chuẩn bị cho chu trình nén thứ 2.

• Nén cấp 2: Môi chất tiếp tục được nén ở máy nén cấp 2, tăng áp suất và nhiệt độ lên mức cao nhất.
• Ngưng tụ: Sau khi trải qua 2 cấp nén, môi chất được dẫn đến thiết bị ngưng tụ, trao đổi nhiệt môi trường bên ngoài và chuyển trạng thái từ hơi sang lỏng.
• Bay hơi: Ra khỏi thiết bị ngưng tụ, môi chất được giảm áp suất khi đi qua van tiết lưu. Sau đó đến thiết bị bay hơi, hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh.

Ưu - Nhược điểm của hệ thống lạnh 2 cấp nén

Về ưu điểm

Hiệu suất làm lạnh cao: Hệ thống có khả năng làm lạnh sâu, đạt được nhiệt độ cực thấp, đáp ứng tốt yêu cầu của nhiều ứng dụng công nghiệp.

Tăng độ bền cho máy nén: Nhờ việc chia nhỏ quá trình nén và làm mát trung gian, hệ thống giúp giảm tải cho máy nén, giúp máy nén hoạt động hiệu quả, bền bỉ và có tuổi thọ cao.

Khả năng hoạt động ổn định: Hệ thống lạnh 2 cấp nén có khả năng hoạt động ổn định và liên tục trong thời gian dài, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.

Tính linh hoạt cao: Hệ thống làm lạnh sâu 2 cấp có thể điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng.

Hệ thống lạnh 2 cấp nén có khả năng làm lạnh sâu, hiệu suất cao

Về nhược điểm

• Chi phí đầu tư cao: Do có cấu tạo phức tạp với nhiều thiết bị nên hệ thống lạnh 2 cấp có chi phí đầu tư ban đầu cao.
• Phức tạp về kỹ thuật: Quá trình vận hành cũng như bảo trì hệ thống lạnh 2 cấp yêu cầu kiến thức chuyên môn cao, cần có đội ngũ kỹ thuật lành nghề, được đào tạo bài bản.
• Tốn không gian lắp đặt: Hệ thống lạnh 2 cấp nén có kích thước lớn, đòi hỏi không gian lắp đặt rộng. Điều này có thể gây ra khó khăn đối với các đơn vị có diện tích hạn chế.
• Tiêu hao nhiều điện năng: Do sử dụng máy nén 2 cấp và các thiết bị phụ trợ nên hệ thống tiêu thụ nhiều điện năng hơn so với hệ thống lạnh 1 cấp nén.

Mặc dù còn tồn tại hạn chế nhưng với các ứng dụng yêu cầu nhiệt độ thấp hoặc hiệu suất làm lạnh cao, hệ thống lạnh 2 cấp nén vẫn là giải pháp tối ưu nhất.

Ứng dụng của hệ thống lạnh 2 cấp nén trong thực tế

Với nhiều ưu điểm nổi bật, hệ thống lạnh 2 cấp nén được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đó là:

• Ngành thực phẩm: Bảo quản thực phẩm đông lạnh (rau củ, hải sản, thịt cá,..), sản xuất kem, bia, sữa và các chế phẩm từ sữa,...
• Ngành dược phẩm: Sản xuất dược phẩm, bảo quản thuốc, các loại vắc xin, mẫu sinh học,...
• Ngành hóa chất: Kiểm soát nhiệt độ và lưu trữ hóa chất, nhất là các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ cao.
• Các ứng dụng khác: Làm mát các không gian lớn như nhà xưởng, trung tâm thương mại,...; làm mát các thiết bị điện tử trong phòng máy chủ,....

Kho đông bảo quản thịt, cá đông lạnh

So sánh hệ thống lạnh 2 cấp nén & 1 cấp nén

Dưới đây là bảng so sánh giúp bạn dễ dàng nhận biết và phân biệt hệ thống lạnh 2 cấp nén với hệ thống lạnh 1 cấp nén:

Hệ thống lạnh 2 cấp nén là giải pháp làm lạnh sâu, hiệu suất cao nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Mong rằng bài viết trên sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp nén cũng như nguyên lý hoạt động, ứng dụng.