Van Tiết Lưu (Expenson Valve)

2010

TIỂU LUẬN MÁY LẠNH

ĐỀ TÀI: VAN TIẾT LƯU

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung Kiên 20704253

Bùi Trần Trung Hậu 20704158

Lớp CK07NH

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp

TIỂU LUẬN MÁY LẠNH ĐỀ TÀI: VAN TIẾT LƯU

NGUYỄN TRUNG KIÊN – BÙI TRẦN TRUNG HẬU Page 2

MỤC LỤC

I. Tổng quan về kỹ thuật lạnh và hệ thống lạnh 3

1. Tổng quan về kỹ thuật lạnh

2. Tổng quan về hệ thống lạnh

3. Các phương pháp làm lạnh nhân tạo

II. Cơ sở lý thuyết của quá trình tiết lưu 9

1. Quá trình tiết lưu của khí

2. Phương trình của quá trình tiết lưu

3. Định luật Joule – Thomson

III. Các loại van tiết lưu thường gặp 15

1. Van tiết lưu tay

2. Van tiết lưu nhiệt

3. Van tiết lưu điện tử

Tài liệu tham khảo 30



I. Tổng quan về kĩ thuật lạnh và hệ thống lạnh

1. Tổng quan về kỹ thuật lạnh

Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ

bình thường của môi trường. Giới hạn giữa nhiệt độ lạnh và nhiệt độ bình

thường còn có nhiều quan điểm khác nhau. Nhưng nhìn chung thì giới hạn môi

trường lạnh là môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn 20oC.

Trong môi trường lạnh được chia làm 2 vùng nhiệt độ. Đó là khoảng nhiệt

độ dương thấp, khoảng này từ 0 - 20oC còn khoảng nhiệt độ còn lại là nhiệt độ

lạnh đông của sản phẩm. Bởi vì khoảng nhiệt độ này là khoảng nhiệt độ đóng

băng của nước tuỳ theo từng sản phẩm mà nhiệt độ đóng băng khác nhau.

Hình 1: Tổng quan hệ thống thuật lạnh



1.1. Lịch sử phát triển ngành lạnh.

Từ trước công nguyên con người tuy chưa biết làm lạnh, nhưng đã biết đến

tác dụng của lạnh và ứng dụng chúng phục vụ cuộc sống. Họ đã biết dùng mạch

nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực phẩm

được lâu hơn.

Người ai cập cổ đại đã biết dùng quạt cho nước bay hơi ở các hộp xốp đế

làm mát không khí cách đây 2500 năm .

Người ấn độ và người trung quốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối với

nước hoặc với nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn.

Kỹ thuật lạnh hiện đại phát triển khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hoá hơi và

ẩn nhiệt nóng chẩy vào năn 1761-1764. Con người đã biết làm lạnh bằng cách

cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp.

Sau đó là sự hoá lỏng khí 2 CO vào năm 1780 do Clouet và Monge tiến

hành. Sang thế kỷ thứ 19 thì Faraday đã hoá lỏng được hàng loạt các chất khí

như: H2S ; CO2 ; C2H2 ; NH3 ; O2 ; N2 ; HCL.

Năm 1834 Jacob Perkins (Anh) đã phát minh ra máy lạnh nén hơi đầu tiên

với đầy đủ các thiết bị hiện đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, và

van tiết lưu.

Hình 2: Sơ đồ máy lạnh của Jacob Perkins



Sau đó có hàng loạt các phát minh của kỹ sư Carres (pháp) về máy lạnh hấp

thụ chu kỳ và liên tục với các môi chất khác nhau.

Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hoàn toàn không có chi tiết chuyển động

được Gerppt (Đức) đăng ký phát minh 1899 và được Platen cùng Munter

(Thụy điển) hoàn thiện năm 1922. Máy lạnh Ejector hơi nươc đầu tiên do

Leiblane chế tạo năm 1910. Nó cấu tạo sất đơn giản, năng lượng tiêu tốn

là nhiệt năng do đó có thể tận dụng các nguồn phế thải.

Một sự kiện quan trọng của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là việc sản

xuất và ứng dụng Freon ở Mỹ vào năm 1930. Freon là các khí

Hidrocarbon được thay thế một phần hay toàn bộ các nguyên tử hidro

bằng các nguyen tử Halogen như : Cl ; F ; Br.

Freon là những chất lạnh có nhiều tính quý báu như không cháy không

nổ, không độc hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi.

Nó đã góp phần tích cực vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển. Nhất

là kỹ thuật điều hòa không khí .

Ngày nay kỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển sất mạnh mẽ, cùng với sự

phát triển của khoa học, kỹ thuật lạnh đã có những bước tiến vượt bậc.

Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày càng được mở rộng. Người ta

đang tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối .

Công suất lạnh của máy cũng được mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử

dụng trong phòng thí nghiệm đến cac stoor hợp có công suất hàng triệu

W ở các trung tâm điều tiết không khí.

Hệ thống lạnh ngày nay thay vì lắp ráp các chi tiết, thiết bị lại với nhau

thì tổ hợp ngày càng hoàn thiện, do đó quá trình lắp ráp, sử dụng thuận

tiện và chế độ làm việc hiệu quả hơn.

Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí cho một đơn vị

lạnh giam xuống. Tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên. Mức độ tự đông hóa

của các hệ thống lạnh và các máy lạnh tăng lên rõ rệt. Những thiết bị tự

động hóa hoàn bằng điện tử và vi điện tử thay thế cho các thiết bị thoa tác

bằng tay.



Hình 3: Showroom máy điều hòa không khí

1.2. Ứng dụng của kỹ thuật lạnh

Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân

cũng như trong khoa học kỹ thuật. Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 70

ngành kinh tế quan trọng như: Công nghệ thực phẩm, chế biến thủy sản rau quả,

rượu bia và nước giải khát, sinh học, hóa lỏng hóa chất và tách khí, điện tử, cơ

khí chính xác, y tế, điều hòa không khí…

Kỹ thuật lạnh đã ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực . Một trong những

ngành ứng dụng quan trọng đó là ngành công nghệ thực phẩm, theo thống kê thì

khoảng 80% công nghệ lạnh được sử dụng trong công nghệ thực phẩm.

Các sản phẩm được bảo quản như thịt cá sữa…là những thực phẩm dễ bị hư

hỏng do tác dụng của vi sinh vật và các enzyme nội tạng có trong thực phẩm, vì

vậy mà nó cần được bảo quản lạnh.

Vi sinh vật và các enzyme nội tạng là nguyên nhân chính gây nên những hư

hỏng của thực phẩm. Nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ thấp thì chúng bị bất

hoạt hoặc bị ức chế hoạt động, do đó sản phẩm của chúng ta ít bị biến đổi về

chất lượng cũng như hương vị mầu sắc, chất dinh dưỡng…nhờ thế thời gian giữ

sản phẩm lâu hơn tao điều kiện tốt cho quá trình chế biến, tiêu thụ sản phẩm.



Hình 4: Bảo quản thực phẩm

2. Tổng quan về hệ thống lạnh

Để hiểu được rõ chức năng của van tiết lưu, ta cần phải tìm hiểu về một hệ

thống lạnh nói chung. Một hệ thống lạnh có thể xem như một hệ thống kín trong

đó có các quá trình hấp thụ và thải nhiệt bằng cách cho môi chất chuyển động

trong một chu trình nén hơi. Ở dạng đơn giản nhất, một hệ thống lạnh bao gồm

cac bộ phận chính: máy nén, bình ngưng, dàn bay hơi, van tiết lưu và các đường

ống kết nối.

Bộ phận chính quan trọng nhất trong hệ thống lạnh là máy nén vì nó tạo ra

lưu lượng môi chất lạnh. Chức năng của nó đơn giản là nhận áp suất thấp, làm

lạnh hơi từ thiết bị bay hơi và nén nó lên áp suất cao. Các hơi áp suất cao sau đó

biến đổi thành chất lỏng trong bình ngưng. Các bình ngưng thực hiện chức năng

này bằng cách loại bỏ nhiệt từ hơi và thải vào không khí, hoặc nước trong

trường hợp bình ngưng làm mát bằng nước. Chất lỏng còn ở áp suất cao sau khi

đi qua van tiết lưu sẽ bị hạ áp suất và ơ trong trạng thái hỗn hợp vừa lỏng vừa

sôi. Môi chất lạnh hỗn hợp này trở lại thành hơi trong thiết bị bay hơi bằng cách

hấp thụ nhiệt từ môi trường.



Hình 5: Sở đồ hệ thống lạnh

Việc lựa chọn van tiết lưu trong hệ thống lạnh là đặc biệt quan trọng vì nó

điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh vào thiết bị bay hơi.

3. Các phương pháp làm lạnh nhân tạo

Làm lạnh bằng hiệu ứng tiết lưu (Làm lạnh bằng hiệu ứng dãn nở đoạn

nhiệt không sinh ngoại công).

Làm lạnh bằng hiệu ứng dãn nở đoạn nhiệt, sinh ngoại công.

Làm lạnh bằng hiệu ứng hấp thụ.

Làm lạnh bằng hiệu ứng dòng lưu động qua ống (ejector, ống xoáy).

Làm lạnh bằng hiệu ứng nhiệt điện.

Làm lạnh bằng hiệu ứng từ trường.

Trong 6 phương pháp làm lạnh nhân tạo kể trên thì phương pháp 1 và 2 là

thông dụng nhất.

Đối với lạnh đông (T0> 1200C) thì chỉ dùng phương pháp 1; với lạnh cryo sử

dụng cả 1 và 2.



II. Cơ sở lý thuyết của quá trình tiết lưu

1. Quá trình tiết lưu của khí

Tiết lưu là tên được đặt cho một quá trình không thuận nghịch, trong đó

dòng lưu chất chuyển động qua một lỗ bị thu hẹp đột ngột. Có thể xem quá trình

tiết lưu là đoạn nhiệt vì được tiến hành rất nhanh, nhiệt lượng trao đổi giữa chất

môi giới và môi trường rất bé, tuy nhiên vẫn có sự gia tăng của entropy. Quá

trình này không sinh ra công.

Trong thực tế khi dòng môi chất đi qua các van trên đường ống, các cửa

nghẽn trong các lưu lượng kế, các ống mao dẫn hoặc van tiết lưu trong hệ thống

lạnh … thì có thể xem như nó đã thực hiện quá trình tiết lưu. Khi đó áp suất

chất môi giới sẽ bị giảm xuống do những dòng xoáy và ma sát mạnh được sinh

ra. Độ giảm áp suất này phụ thuộc vào bản chất, trạng thái của chất môi giới, độ

co hẹp của ống và tốc độ của dòng khí.

Quá trình tiết lưu thường đi kèm với sự giảm hiệu suất của chất môi giới và

điều này là có hại. Tuy nhiên, đôi khi người ta cũng cần tạo ra các quá trình tiết

lưu để điều chỉnh công suất của các thiết bị sự dụng hơi nước, đo lưu lượng,

giảm áp trong các hệ thống làm lạnh …

Bởi vì khí chuyển động qua lỗ bị thu hẹp, trở lực tăng lên, điều này dẫn đến

động năng và tốc độ dòng khí cũng tăng lên làm cho nhiệt độ và áp suất giảm.

Khí chuyển động qua ống sẽ dành ra một phần nhỏ động năng của nó để thực

hiện công chống lại lực ma sát, và công này được chuyển hóa thành nhiệt. Điều

này sẽ dẫn đến việc tăng hoặc giảm nhiệt độ.

Tốc độ dòng khí sẽ tẳng lên trong lỗ. Sau khi đi qua hết lỗ, tốc độ khí lại

giảm xuống, và áp suất tăng nhưng không bằng ban đầu.Vận tốc thay đổi sẽ dẫn

đến khối lượng riêng của khí tăng vì áp suất giảm.

2. Phương trình của quá trình tiết lưu

Xét một quá trình tiết lưu qua ống bị thu hẹp như hình. Mặt cắt I-I và II-II và

ống được giới hạn bởi 2 piston không trọng lượng có thể di chuyển không ma

sát. Áp suất p1 tác động vào piston 1 dịch chuyển qua khoảng diện tích F1, áp

suất p1 tác động vào piston 1 dịch chuyển qua khoảng diện tích F2, với p1 > p2 .

Không có nhiệt trao đổi giữa ống và môi trường xung quanh.



Hình 6a,b: Sơ đồ của quá trình tiết lưu



Giả sử 1kg khí chuyển động qua lỗ piston 1 sẽ di chuyển đến vị trí 1’ (đi

được quãng đường s1) và piston 2 đến vị trí 2’ (đi được quãng đường s2). Để

thay thế 1kg khí cần thiết phải tiêu tốn một công p1s1F1 hay p1v1. Một phần của

công này, p2s2F2 hay p2v2 sẽ được bỏ ra để thắng áp suất p2, và độ chênh giữa

công p1v1 – p2v2 sẽ gây ra sự biến đổi năng lượng của chất môi giới.

Nếu w1 và w2 vận tốc khí trước và sau tiết lưu, và u1 và u2 là nội năng tương

ứng thì ta có:

Trong điều kiện mà vận tốc w1 và w2 không khác nhau lắm, sự thay đổi động

năng ngoài có thể và xem như

Khi đó hay (14-1)

Đẳng thức (14-1) chỉ ra rằng enthanpy không thay đổi trong quá trình tiết

lưu. Kết luận này không đúng cho các trạng thái trung gian của quá trình tiết lưu

khí. Trong mặt cắt của lỗ, enphalpy không được duy trì là hằng số, tức là, quá

trình tiết lưu không phải là quá trình đẳng entanpy. Đẳng thức (14-1) chỉ đúng

cho mặt cắt có 1 khoảng cách đủ tính từ lỗ.

Như đã biết, enthalpy của khí lý tưởng là một hàm đơn trị của nhiệt độ. Từ

đó có thể thấy nhiệt độ của khí lý tưởng không thay đổi qua tiết lưu.

Khi một khí thực trải qua quá trình tiết lưu, enthalpy được giữ không đổi

giữa trạng thái đầu và cuối, entropy và thể tích tăng, áp suất giảm, nhiệt độ có

thể tăng, giảm hoặc giữ không đổi.

3. Định luật Joule-Thomson

Trong bất kì khí thực nào cũng luôn tồn tại lực hút phân tử và nếu khí nở ra

thì sự thay đổi khoảng cách giữa các nguyên tử hay sự thay đổi thế nội năng của

toàn khối sẽ liên quan đến sự tiêu tốn công cùng với sự thay đổi của nhiệt độ.

Tỷ lệ độ thay đổi của nhiệt độ của khí thực qua tiết lưu mà không có sự thêm

bớt nhiệt và không sinh công ngoài, để chống lại áp suất của quá trình được gọi

là định luật Joule-Thomson. Định luật này được tìm ra bởi Joule và Thomson

vào năm 1852.

Đối với khí lý tưởng thì hiệu ứng Joule-Thomson bằng 0, bởi vì nhiệt độ của

khí không thay đổi qua quá trình tiết lưu. Kết quả là có sự thay đổi nhiệt độ của

khí qua tiết lưu do sự khác biệt về tính chất của khí thực so với khí lý tưởng, bởi

vì tác động của lực nội phân tử.



Sự tiết lưu của 1kg chất môi giới đi kèm với sự sinh hay nhận công ngoài

bằng p2v1 – p1v2. Bởi vì trong tiết lưu, áp suất cuối p2 luôn nhỏ hơn áp suất ban

đầu p1, và khối lượng riêng v2 luôn lớn hơn v1, và độ chênh p2v2 – p1v1 có thể

dương, âm hay bằng 0 trong một số trường hợp đặc biệt.

Hình 7: Ông Thomson

Bởi vì đẳng thức i1 = i2 chỉ có tác dụng cho quá trình tiết lưu đoạn nhiệt, tức

là chỉ ra rằng công ngoài (công thay thế) được thực

hiện trong suốt quá trình tiết lưu tại sự tiêu tốn nội năng của toàn thể.

Bởi vì sự hiện diện của lực nội phân tử, nội năng của khí thực bao gồm 2

thành phần: thành phần động năng mà là hàm đơn trị của nhiệt độ, và thành thế

năng được xác định bởi vị trí của phân tử và phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích.

Trong suốt quá trình tiết lưu, thành phần thế năng của nội năng luôn tăng vì

sự tăng khối lượng.



Nếu p2v2 – p1v1 bằng 0, tức là, u1 – u2 = 0 và thành phần thế năng của nội

năng tăng, thành phần động năng phải giảm.Khi đó tiết lưu sẽ đi kèm với việc

làm lạnh khí ( T2 < T1).

Khí thực sẽ được làm lạnh hơn nữa trong trường hợp công ngoài dương, tức

là, khi p2v2 > p1v1 hay u2 < u1. Khi đó, độ giảm nhiệt độ sẽ do thành phần thế

năng của nội năng và công sinh ra của khí.

Trong các ứng dụng thực tế, công ngoài thường âm, tức là p2v2 < p1v1 hoặc

là nói cách khác quá trình tiết lưu đi kèm với sự nhận công để làm gia tăng nội

năng của khí (u2 > u1). Nếu giá trị tuyệt đối của công ngoài, p2v2 – p1v1 vượt quá

độ tăng của thành phần thế năng của nội năng, thì công thừa sẽ được dùng để

tăng thành phần động năng của nó và khí qua tiết lưu sẽ được làm nóng (T2 >

T1).

Trong trường hợp đặc biệt, giá trì tuyệt đối của độ chênh p2v2 – p1v1 có thể

sẽ bằng 0, kết quả là nhiệt độ không thay đổi (T1 = T2). Trường hợp này liên

quan đến sự chuyển biến và nhiệt độ của khí tại chỗ chuyển biến xảy ra gọi là

nhiệt độ chuyển biến Tcb. Kết quả là quá trình tiết lưu của khí thực tại nhiệt độ

chuyển biến không khác gì so với quá trình tiết lưu của khí lý tưởng.

Nếu tại p2v2 < p1v1, giá trị tuyệt đối của công ngoài thấp hơn độ tăng của

thành phần thế năng của nội năng trong tiết lưu, và thành phần động năng của

nội năng giảm trong một phạm vi, tức là, khí sẽ được làm lạnh. Do đó, nếu công

âm, có thể xảy ra trường hợp trong đó nhiệt độ của khí thực tăng, giữa không

đổi hay giảm xuống.

Hiệu ứng tiết lưu sau đây đã được nhận ra: nhiệt độ tiết lưu vi sai xảy ra

trong đó nhiệt độ và áp suất gia tăng bởi một giá trị vô cùng nhỏ, và tiết lưu

toàn bộ xảy ra khi sự thay đổi áp suất và nhiệt độ là có hạn.

Nếu áp suất khí thay đổi bới một lượng vô cùng nhỏ dp, thì nhiệt độ cũng

thay đổi vô cùng nhỏ.

dTi =αidpi hay

Lượng αi được gọi là hệ số vi sai Joule-Thomson và giá trị của nó có thể xác

định từ phương trình:

Vì quá trình tiết lưu: di = 0 nên:



Từ đó:

Và:

Phương trình tính đúng trong mọi trường hợp

Hình 8: Đồ thị tra hệ số Joule – Thomson đối với một số chất

Đối với khí lý tưởng:

Khi đó phương trình tính tương đương:

Hay dT = 0 hay T1 = T2

Trạng thái của khí thực qua quá trình tiết lưu đoạn nhiệt trong đó nhiệt độ

tiết lưu vi sai thay đổi dấu của nó hay là hệ số vi sai Joule-Thomson bằng 0



được gọi là điểm chuyển biến. Nếu trước tiết lưu nhiệt độ của khí thực ngược

dòng tiết lưu nhỏ hơn điểm chuyển biến, khí sẽ lạnh xuống, nhưng nếu nhiệt độ

ban đầu của khí cao hơn điểm chuyển biến, khí sẽ được đốt nóng.

Để tìm điểm chuyển biến và điều kiện trong đó xảy ra sự làm lạnh hay làm

nóng khí, ta giải phuơng trình trên.

Tiết lưu khí luôn làm giảm nhiệt độ; dp âm, nhiệt thể tích cp dương. Vì thế,

dấu của hiệu ứng tiết lưu vi sai và dấu của dT phụ thuộc vào biểu thức T… và

luôn trái dấu với nó.

III. Các loại van tiết lưu thường gặp:

1. Van tiết lưu đơnn giản, ống tiết lưu, van tiết lưu tay.

Cấu tạo chung: tạo ra sự co hẹp độ ngột trên đường đi của đường dẫn môi

chất lạnh.

1.1 Ống tiết lưu:

a. Cấu tạo:

Ống tiết lưu là một đoạn ống có tiết diện nhỏ (khoảng 0,4 ..

5 mm), dài (khoảng 0,4 ..0,8 mm) được xoắn lại để giảm diện tích

và thường được làm bằng đồng, hợp kim đồng, được bọc bảo vệ.

b. Nguyên lý hoạt động:

Khi dòng môi chất lạnh chuyển động qua ống tiết lưu, do tiết

diện của ống tiết lưu hẹp nên lưu chất bị nén lại và thay đổi một số

thông số trạng thái. Chiều dài của ống tiết lưu lớn hơn rất nhiều so

với đường kính để giảm thiểu khả năng bốc hoi qua lại trạng thái

cũ của môi chất lạnh.

c. Ứng dụng:

Được sử dụng nhiều trong các hệ thống lạnh nhỏ, hộ gia

đình, cá nhân như máy điều hòa không khi gia đình, tủ lạnh gia

đình, …

Cầu tạo đơn gian, giá thành rẻ và hiệu quả sử dụng cao.

1.2 Van tiết lư điều khiển bằng tay:

a. Cấu tạo:

Cấu tạo chung gần giống với một van đóng mở nước bình

thường.

Van gồm 2 ngõ vào và ra.

Van có 2 bộ phận chính là:



Bộ phận đứng yên: là thân van thường được chế tạo từ

hợp kim, thép.

Bộ phận di chuyển gồm màng chắn (chốt chắn), và vít

được gắn cứng với nhau, trên đầu vit có thể gắn với tay quay để

dễ điều chỉnh.

Tiết diện co hẹp của van được điều chỉnh bằng tay qua cơ

cấu ren vít để thay đổi về rộng khe hở.

Hình 9: Cơ câu của một van tiết lưu điều khiển bằng tay.



Hình 10: Một van tiết lưu điều khiển bằng tay của hãng Sporlan

b. Nguyên lý hoạt động:

Khi quay tay quay, volan, hay lulong trên đầu van sẽ làm

cho trục vit quay và làm cho vị trí cảu màng chắn, chốt chặn thay

đổi vị trí làm thay đổi tiết diện của khe hẹp qua đó thay đổi lưu

lượng thể tích của môi chất lạnh đi qua van. Và ta điều chỉnh

được đến giá trị ta mong muốn.

c. Ứng dụng:

Được sử dụng ở những hệ thống lạnh đơn giản, công suất

lớn như nhà máy nước đá,… thường là những hệ thống lạnh cũ.

Cấu tạo đơn giản dễ lắp đặt, khắc phục sự cố. Yêu cầu tay nghế

người công nhân không cao.

Không tự điều chỉnh được đòi hỏi phải theo giỏi trạng thái của hệ

thống thường xuyên, và hệ thống dễ xãy ra sự cố hơn.

Giá thành rẽ, hiệu quả đầu tư hợp lý.



2. Van tiết lưu nhiệt.

Là van tiết lưu dựa vào sự thay đổi nhiệt độ tại điểm đo để thay đổi

lưu lượng thể tích đi qua van.

a. Cấu tạo:

Hình cấu tạo cơ bản của một van tiết lưu nhiệt:

Hình 11: Sơ đồ cấu tạo cơ bản của một van tiết lưu nhiệt.

1: Bầu cảm biến nhiệt: Có vỏ thường được làm bằng đồng, hợp

kim đồng. Môi chất trong bầu không thông với môi chất của hệ thống.

Bầu cảm biến nhiệt độ được nối với nắp trên của van tiết lưu qua một

ông dẫn có tiết diện nhỏ.

2: Nắp trên của van: Được làm bằng hợp kim, có dạng hình nắp và

được hàn cứng hay bắt bulong (đối với các van cỡ lớn) với thân van.

3: Màn chắn: Là một tấm mỏng được làm từ vật liệu đàn hồi, có

thể là kim loại hay phi kim loại.



4: Rãnh thông: có tiết diện tương đối nhỏ, làm nhiệm vụ thông giữa

phần dưới và phần trên của van.

5: Bulong chắn đầu hiệu chỉnh: bảo vệ vít diệu chỉnh áp suất cân

bằng của van và chống bụ bẩn gây hư hỏng hay khó hiệu chỉnh về sau.

Hình sau sẽ cho thấy rõ hơn về cấu tạo của một van tiết lưu nhiệt:

Hình 14: Chú thích và hình vẽ.



Hình 15: Sơ đồ van tiết lưu nhiệt

Hình 16: Cấu tạo của van tiết lưu nhiệt có thêm ngõ cân bằng áp suất.



Một số van tiết lưu khác có thêm đường nối cân bằng áp suất

(equalizer tube) như được ghi chú ở hình 3, và có cấu tạo phức tạp hơn

như hình 4

Hình ảnh thực tế của một van tiết lưu nhiệt:

Hình 17: Hình ảnh thật của một van tiết lưu nhiệt.

b. Nguyên lý hoạt động cơ bản:

Nhiệt độ của đường ống được truyền cho bầu cảm biến

nhiệt. môi chất bên trong bầu sẽ thay đổi trạng thái và tạo ra một áp

suất tát động lên màng chắn một lực F. Lực này tương quan so với

lực đàn hồi của lò xo cộng với áp suất bên trong dòng môi chất

lạnh đã được cài đặt.

Nếu F lớn hơn lực đàn hồi của lo xo cộng với áp suất bên

trong dòng môi chất lạnh: nó thì màng chắn đấy chốt trụ đi xuống,

chốt trụ sẽ làm cho cửa van mở to thêm, môi chất lạnh đi qua van

nhiều hơn.

Nếu F nhỏ hơn lực đàn hồi của lò xo cộng với áp suất bên

trong dòng môi chất lạnh: thì lực đàn hồi của lo xo sẽ làm cho van



kép lại dần. Tiết diện của khe hẹp nhỏ lại và môi chất lạnh đi qua

van ít hơn.

Sư thay đổi ít hay nhiều môi chất lạnh đi qua van đó làm

thay đổi trạng thái của môi chất sau khi môi chất đi qua dàn bay

hơi.

Qua đó chúng ta có thể điều chỉnh lực nén lò xo để đạt được

trạng thái mong muốn của lưu chất.

c. Ứng dụng:

Được sử dụng rộng rãi trong trong các hệ thống lạnh công

nghiệp, dân dụng, có quy mô vừa và lớn.

Hình 18: Van tiết lưu nhiệt trong hệ thống lạnh.

Có độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, dễ thay thế, sữa chữa, bảo trì.

Hiệu quả kinh tế cao.

3. Van tiết lưu điện tử.

Là van tiết lưu lưu dựa vào một hay nhiều tín hiệu đo được tại một hay

nhiều vị trí trong hệ thống lạnh để điều chỉnh lưu lượng thể tích của môi

chất lạnh đi qua van.

a. Cấu tạo:

Có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với van tiết lưu nhiệt và tổng

quan kiến thức cũng rộng hơn nhiều.



Cấu tạo của một hệ thống van tiết lưu điện tử gồm có 3 thành phần

chính đó là:

1. Bộ phận cảm biến (sensor): Thường dùng trong hệ

thông là cảm biến nhiệt độ, áp suất và lưu lượng.

2. Bộ phận xử lý tín hiệu (microprocessor) hay bộ

phận điều kiển (controller): là một hệ thống điện

được cấu tạo phức tạp. Dùng để chuyển đổi các tín

hiệu đo thành tín hiệu điện, xử lý và xuất tín hiệu

điều khiển van.

3. Van tiết lưu (SEI): Được cấu tạo gồm một cơ cấu

van điều chỉnh lưu lượng đơn giản và một cơ cấu

dịch chuyển bằng động cơ điện lực từ trường để

thay đổi tiếp diện của van.



Hình 19: Cấu tạo của một van tiết lưu 2 ngõ được điều chỉnh lưu

lượng bởi động cơ bước của hãng Sporlan.



Bộ phận tiết lưu trong hệ thống van tiết lưu điện tử được

điều khiển bằng điện. tiết diện của khe hẹp trong van được điều

kiển bới động cơ bươc (step) hay động cơ servo hay cũng có thể sử

dụng cơ cấu trượt nhờ từ tính và cơ cấu điều khiển điện đắc biệt

khác.

Một số van đơn giản board mạch điều khiển được tích hợp

gắn luôn lên van. Những hệ thống van lớn với nhiều tín hiệu đầu

vào và có thể điều khiển cùng lúc nhiều van tiết lưu thì các van và

board mạch chính điều khiển được tách rời.

Hình 20: Van và board điều khiển của một van tương đối đơn giản.



Hình 21: Board mạch điều khiển của một hệ thống phức tạp.

Trong hệ thống van tiết lưu điện tử có thể sử dụng một hay

nhiều cảm biến.

Trong trường hợp hệ thống chỉ sử dụng một cảm biến nhiệt

thì về nguyên lý chung hoạt động là tương tự với van tiết lưu nhiệt

(TEV).

Thường trong hệ thống van tiết lưu điện tử (EEV) sử dụng

nhiều cảm biến và nhiều loại khác nhau như nhiệt độ, áp suất, lưu

lượng, … để xác định các trạng thái của hệ thống ở các điểm khác

nhau trên chu trình lạnh.

Một số loại cảm biến (sensor) thường dùng:



Hình 22: Cảm biến đo áp suất.

Hình 23: Cảm biến đo nhiệt.



Hình 24: cảm biến đo lưu lượng.

d. Nguyên lý hoạt động chung:

Các cảm biến chuyển các tính hiệu đo được thành tín hiệu điện

và đưng về hệ thống xử lý. Hệ thống xứ lý các tín hiệu này (ở dạng số)

và so sánh nó với tín hiệu đã cài đặt hay thông số tối ưu cho hệ thống

rồi xuất ra tín hiệu điện làm cho cơ cấu chấp hành (bộ phận tiết lưu)

hoạt động và làm thay đổi tiết diện khe hẹp tiết lưu. Qua đó thay đổi

lưu lượng đi qua van để điều chỉnh cho hệ thống hoạt động ổn định

hay đáp ứng yêu cầu cụ thể nào đó.

e. Ứng dụng:

Van tiết lưu điện tử được sử dụng trong những hệ thống lạnh lớn

và mới, có hàm lượng công nghệ cao

Được sử dụng trong công nghệ như: kho lạnh,…

Sử dụng cho những hệ thống lạnh đòi hỏi sự chính xác về nhiệt độ

hay yêu cầu khắc khe về tốc độ điều khiển vì hệ thống có khả năng

điều khiển nhanh và mịn



Giá thành đầu tư tương đối cao nhưng hiệu quả mang lại về kỹ thuật

và kinh tế là khá lớn.

Có hàm lượng công nghệ cao đòi hỏi người thiết kế, thi công, vận

hành và sữa chữa bảo trì phải có một kiến thức tổng quan và chuyên

sâu về nhiều lĩnh vực.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hoàng Đình Tín , Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB

ĐHQG TPHCM, 2007.

2. Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, NXB ĐHQG TPHCM, 2004.

3. Hoàng Đình Tín, Truyền nhiệt và tính toán các thiết bị trao đổi

nhiệt, NXB KHKT TPCHM, 2001.

4. Nguyễn Đức Lợi, Nguyễn Văn Tùy, Cơ sở kỹ thuật lạnh, NXB

KHKT, Hà Nội, 2005.

5. Engineering thermodynamics and heat transfer, Mir Publishers,

1979.

6. Yunus A.Celgen, Engineering thermodynamics, Mc Graw Hill Inc,

New York, 1998.

7. Handbook Thermostatic Expansion Valves Sporlan.

8. Electronic Expansion Valve TECHNICAL BULLETIN.

9. www.google.com.

Documents

Van Tiết Lưu (Expenson Valve)