Lịch sử phát minh chiller giải nhiệt

Vào giữa thế kỷ 18 người ta đã khám phá kỹ thuật làm lạnh bằng cách cho vào bình thủy tinh 1 lượng khoảng nửa bình chất hữu cơ Diethylether, là chất dễ bay hơi. Sau đó bơm hỗn hợp không khí và dung môi ra khỏi bình vào tạo ra lạnh xung quanh bình thủy tinh. Tuy nhiên người ta không triển khai cách làm lạnh này để ứng dụng cho đời sống. Mãi đến năm 1845 mới xuất hiện máy lạnh chạy thực dụng đầu tiên, được thiết kế bởi 1 bác sĩ người Mỹ tên John Gorrie ở Florida. Ông bác sĩ này tìm kiếm 1 giải pháp để giúp đỡ bệnh nhân chống lại cái oi bức của vùng Florida. Máy lạnh đầu tiên của ông Gorrie dùng để sản xuất đá lạnh và điều hòa phòng ốc. Tuy nhiên mô hình máy lạnh là 1 sự thất bại kinh tế (Bằng phát minh số 8080, ngày 06 tháng 5 năm 1851) cho ông. Sau đó vài năm ông Gorrie qua đời trong túng thiếu và bị người ta chê cười. Đến năm 1870 máy lạnh mới được sản xuất có hiệu quả kinh tế mà ứng dụng nhiều nhất trong kỹ nghệ làm bia. Trong các doanh nghiệp lớn sản xuất máy lạnh đầu tiên phải kể đến kỹ nghệ gia người Đức Carl von Linde.

Định nghĩa chiller là gì?

chiller là loại máy phát sinh ra nguồn lạnh để làm lạnh các đồ vật, thực phẩm. Ở máy lạnh người ta luôn thấy 1 nguồn lạnh và 1 nguồn nóng hơn môi trường xung quanh dù chạy với nguyên lý nào. Thực ra máy lạnh cũng là máy bơm nhiệt. Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta gọi cho thích hợp. Ở máy lạnh nguồn lạnh được sử dụng là mục đích chính, trong khi máy bơm nhiệt, nguồn nóng chủ yếu phục vụ chính cho nhu cầu. Nhiều trường hợp thuận lợi ta có thể thiết kế sử dụng cả hai nguồn nóng và lạnh, tiết kiệm được rất nhiều năng lượng. Là máy sản xuất nước lạnh dùng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm, sử dụng nước là chất tải lạnh.

Nguyên lý hoạt động của chiller

Áp dụng sự chuyển đổi lý tính trạng thái vật chất :hơi nước ngưng tụ thành lỏng, lỏng ngưng tụ thành rắn

Rắn sang lỏng sang khí thì quá trình sẽ thu nhiệt: tức là lấy nhiệt môi trường xung quanh làm cho môi trường xung quanh bị mất nhiệt và lạnh đi. Ngược lại quá trình đó sẻ là tỏa nhiệt

Hệ thống làm lạnh áp dụng cơ bản về quá trình lỏng sang khí (quá trình bay hơi) để thu nhiệt xung quanh môi trường và làm cho môi trường lạnh đi (gas lạnh lỏng bay hơi, thu nhiệt từ nước làm nước bị mất nhiệt và lạnh đi theo yêu cầu sử dụng)

Sau đó quá trình ngược lại: gas trạng thái hơi áp suất thắp được nén từ máy nén gas lạnh. Qua máy nén thì gas trạng thái hơi áp suất cao, được giải nhiệt (từ cooling tower hoặc dàn ống đồng gió thổi qua thu nhiệt) sẻ chuyển hoàn toàn sang lỏng trở thành một chu trình kín. Giữa 2 trạng thái gas Lỏng và gas hơi được điều chỉnh bằng van tiết lưu gas

Hai loại chiller giải nhiệt chính

Loại chiller giải nhiệt nước

Một chiller thông thường 4 phần chính: Máy nén lạnh, Dàn nóng, Dàn Lạnh, Tủ Điều Khiển.

Máy nén lạnh

Máy Nén piston (1 piston, 2 piston, 3 piston, 4 piston …). Thường nhỏ hơn 3 hp dân dụng, hoặc hàng trăm hp trong đông lạnh cho máy nén 2 cấp.

Máy Nén Xoắn Ốc (từ 3 hp điện đến 30 hp/block nén điện).

 Máy Nén Trục Vít (từ 40 hp điện đến 300 hp/block điện).

Máy Nén Li Tâm (loại li tâm nhỏ turbo 60 tons -300 tons. Và li tâm lớn từ 300 tons đến hàng ngàn tons).

Dàn Nóng chiller (bình ngưng ống chùm)

Dạng ống đồng thẳng từ đầu này sang đầu kia, nước dẩn bên trong ống đồng. Gas dạng hơi chứa trong bình ngưng, đọng lại thành lỏng được hấp thụ nhiệt từ nước dẩn qua đến tháp giải nhiệt cooling tower.

Dàn Bay Hơi chiller

+ Bay Hơi Loại Khô: Nước dẩn qua bình, gas bay hơi bên trong ống đồng, nhờ các tấm định nước mà nước chảy theo dạng hình sin, tăng quảng đường nước chảy và tăng hiệu suất trao đổi nhiệt.

+ Bay Hơi Loại ngập dịch: với hiệu suất cao hơn nhiều so với loại khô, nhưng thường áp dụng với dãy công suất lớn, từ 100 tons trở lên. Nước chảy trong ống đồng, môi chất lạnh sôi ngoài ống. Bình bay hơi được bọc cách nhiệt và duy trì nhiệt độ không được quá dưới 7oC nhằm ngăn ngừa nước đóng băng gây nổ vỡ bình.

+ Bay hơi bằng tấm PHE INOX: Plate heat exchanger

Dùng cho ngành thực phẩm: yêu cầu chất lượng nước tốt hơn không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm không dùng nước trực tiếp bị thu nhiệt từ ống đồng bị oxi hóa.
Dùng cho chất lượng nước không đảm bảo điều kiện PH (có PH tù 6.5 đến 7.5) với tốc độ chảy của nước và ph như vậy sẻ nhanh chóng ăn mòn ống đồng và nước thấm vào máy nén gây cháy cuộn dây motor động cơ điện máy nén.
Dùng cho ngành hóa chất (ít tác dụng với inox) và sử dụng ống đồng sẻ gây ra quá trình hóa tính đến tính chất vật liệu.v.v.

Tủ điều khiển nhằm điều khiển sự hoạt động của hệ thống chiller

Điều Khiển on – off với chiller xoắn ốc.
Điều Khiển Giảm tải 25%-50%-75%-100% với chiller trục vít sử dụng thanh trượt làm giảm tỉ số nén.
Điều Khiển giảm tỉ số nén bằng cách giảm lượng gas cấp vào với chiller li tâm.
Điều Khiển bằng biến tần khi chạy non tải.
Điều khiển khi khởi động Sao – Tam giác.

Loại chiller giải nhiệt gió

Về nguyên lý và cấu tạo gần giống với chiller nước nhưng có 1 số điển khác biệt.

1. Không sử dụng tháp giải nhiệt cooling tower. Mà trao đổi nhiệt từ gas nóng áp suất cao với không khí từ quạt hút.

2. Loại này hiệu suất lạnh kém hơn rất nhiều so với loại chiller giải nhiệt nước (hiệu suất gấp 1,5 lần so với chiller gió). Thử nghĩ xem với một công suất điện chiller gió sản sinh ra 3 kw lạnh thì chiller nước sản sinh ra 4,5 kw lạnh.

3. Nhưng do một số điều kiện đặc biệt người ta vẫn dùng hệ chiller gió giải nhiệt :

Do chất lượng nước không đảm bảo (axit quá cao, nhiều bụi bẩn khi sử dụng tháp giải nhiệt sẻ nhanh chóng bám vào thành ống giảm khả năng trao đổi nhiệt).
Tiết kiệm diện tích so với chiller. Ví dụ như chiller nước thì cooling tower không đặt được trong nhà xưởng.
Khi sử dụng tháp giải nhiệt làm tăng độ ẩm xung quanh và vi sinh không tốt làm ô nhiểm môi trường xung quanh nhà máy ảnh hưởng đến sức khỏe con người cũng như thực phẩm.

4. Về cấu tạo chỉ khác chiller giải nhiệt nước là không sử dụng bình ngưng ống chùm mà là dàn ống đồng cánh nhôm. Tại sao lại là ống đồng cánh nhôm, có một số giả thuyết :

Đồng truyền nhiệt tốt hơn nhôm, nhưng tản nhiệt vào không khí lại kém
Đồng giá cao và nặng hơn nhôm nên không kinh tế bằng nhôm
Đồng dẩn nhiệt qua cánh tản nhiệt đồng thì nhiệt trên cánh tản nhiệt đồng sẻ cao, khi đặt trong xưởng sẻ dể gây ra nguy cơ cháy nổ.
Ống đồng cánh nhôm sẻ tạo ra lượng nhiệt không điều trên toàn bộ dàn coil từ đó dẩn đến sự đối lưu tốt hơn cho toàn bộ dàn coil.
5. Phân Loại theo hướng thổi của Quạt và số lượng quạt: Thổi ngang, thổi nghiêng và thổi trên. Tùy theo vị trí mà ta có thể đặt thêm ống gió để luồng gió nóng không ảnh hưởng đến môi trường sản xuất.

Quạt thổi ngang công suất nhỏ, hiệu suất cao hơn một ít so với 2 loại còn lại.Thường thì từ 5 hp đến 15 hp điện, 1 quạt.
Quạt thổi nghiêng công suất lớn hơn thổi ngang, Thường thì từ 15 hp đến 30 hp điện, 2 Quạt
Quạt thổi trên công suất lớn nhất. Thường thì từ 40 hp điện trở lên, từ 3 quạt trở lên.

Bảo trì và bảo dưỡng chiller

Thông thường nhà sản xuất sẻ cung cấp lịch bảo trì bảo dưỡng định kì cho Chiller. Chi phí bảo trì có Free trong năm đầu tiên còn bảo hành không ta phải hỏi kỉ nhà sản xuất.

Với một số chiller lịch bảo dưởng như sau: 

chiller chạy 24 giờ 1 ngày  thì 6 tháng sẻ thay dầu máy nén. chiller chạy 8 giờ 1 ngày thì 12 tháng sẻ thay dầu máy nén. Với loại dầu được yêu cầu từ nhà sản xuất.

Đối với chiller giải nhiệt nước

Vệ sinh thường xuyên cho tháp giải nhiệt Cooling tower: Thường thì một tháng vệ sinh và thay nước Tháp cooling tower và 3 tháng sẻ vệ sinh bầu ngưng và bầu bay hơi chiller.

Thường thì bầu ngưng và bầu bay hơi loại ngập dịch  vệ sinh rất đơn giản và có thiết bị chuyên dụng để vệ sinh, còn dàn bay hơi loại khô rất khó để vệ sinh bằng tay mà dùng phương pháp ngâm hóa chất chuyên  dụng từ những người có kinh nghiệm trong lỉnh vực này.

Với những chiller từ 200 tons lạnh trở lên, ta có thêm công nghệ mới để vệ sinh hệ thống cho nó như công nghệ Hydroball. Mặt dù công nghệ nó là khá đắc, nhưng phù hợp với những chiller lớn ở các nước phát triển thích các ứng dụng xanh tiết kiệm năng lượng.

Đối với chiller giải nhiệt gió

Dàn ngưng ống đồng cánh nhôm ta lại có hóa chất chuyên dụng để xịt rửa mà không ảnh hưởng đến chất liệu dể ăn mòn như Nhôm. Dàn bay hơi tùy theo chất lượng nước, nhưng thường khoảng 4 – 6 tháng ta vệ sinh một lần.

Nguồn: nhietlanhhcn