Bộ bốc hơi bên trong tủ lạnh hoạt động như bộ phận chính thực hiện việc truyền nhiệt ra ngoài. Về cơ bản, nó hấp thụ nhiệt từ bên trong tủ lạnh bằng cách chuyển chất làm lạnh từ dạng lỏng sang dạng khí. Theo các nghiên cứu gần đây, khoảng 62 phần trăm lượng nhiệt được loại bỏ khỏi tủ lạnh xảy ra thông qua quá trình này trong các mẫu tủ không đóng tuyết. Cách thiết kế bộ bốc hơi dạng cuộn giúp tăng diện tích tiếp xúc với không khí ấm bên trong, nhờ đó làm mát hiệu quả hơn và ngăn ngừa hiện tượng tích tụ băng trong các thiết bị hiện đại không đóng tuyết. Đặc điểm thiết kế này lý giải vì sao các tủ lạnh hiện đại không cần xả đá thủ công như những mẫu cũ trước đây.
Cách mà các chất làm lạnh bay hơi phụ thuộc rất nhiều vào một thứ gọi là hấp thụ nhiệt ẩn. Lấy R-600a làm ví dụ, chỉ một gam chất này sẽ hấp thụ khoảng 386 joule năng lượng khi chuyển từ trạng thái lỏng sang khí, theo nghiên cứu được công bố bởi IIR vào năm 2022. Điều xảy ra tiếp theo cũng khá thú vị. Khi chất làm lạnh áp suất thấp đi vào cuộn dây dàn bay hơi, nó thực hiện điều này ở nhiệt độ khoảng từ 15 đến có thể lên tới 25 độ Fahrenheit thấp hơn so với nhiệt độ tổng thể mà chúng ta đang cố đạt được. Sự chênh lệch nhiệt độ này cho phép hệ thống thu nhiệt từ những khu vực mà nhiệt độ có thể xuống gần bốn mươi độ hoặc thấp hơn. Một số nghiên cứu gần đây từ các phòng thí nghiệm khoa học vật liệu năm 2023 cho thấy việc điều chỉnh công thức của các chất làm lạnh này thực sự có thể tăng khả năng truyền nhiệt của chúng lên gần một phần ba, điều này sẽ tạo ra sự khác biệt lớn trong các ứng dụng thực tế.
Cách chúng ta điều chỉnh áp suất có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của quá trình bay hơi trong các hệ thống này. Khi kỹ thuật viên giảm áp suất dàn bay hơi từ khoảng 45 psi xuống còn khoảng 22 psi, một điều thú vị xảy ra là môi chất lạnh thực sự sôi ở nhiệt độ thấp hơn, khoảng 27 độ Fahrenheit mát hơn. Điều này có nghĩa là nó có thể hấp thụ nhiệt nhanh hơn nhiều, như đã được ghi nhận trong Tạp chí Kỹ thuật HVAC vào năm 2023. Ngày nay, hầu hết các hệ thống không đóng tuyết đều dựa vào những van giãn nở điện tử hiện đại để duy trì mức áp suất chính xác. Chúng có khả năng giữ nhiệt độ ổn định trong phạm vi nửa độ Fahrenheit, ngay cả khi hệ thống đang vận hành ở công suất tối đa. Và kiểu kiểm soát chặt chẽ này tạo nên sự khác biệt rất lớn vì nó ngăn chặn môi chất lạnh dạng lỏng đi vào máy nén, nơi có thể gây ra các vấn đề cơ học nghiêm trọng theo thời gian.
Các bộ bốc hơi chống đóng băng ngày nay được trang bị cuộn dây nhôm dạng microchannel cùng với những thiết kế hình học khá thông minh, thực sự cải thiện hiệu quả truyền nhiệt. Nghiên cứu cho thấy các hệ thống mới này giảm lượng băng tích tụ khoảng 60 phần trăm tốt hơn so với các hệ thống ống và cánh tản nhiệt kiểu cũ. Một nghiên cứu công bố năm 2019 bởi Soylemez và các đồng nghiệp đã tìm hiểu vấn đề này bằng cách sử dụng các mô phỏng máy tính tiên tiến gọi là CFD. Điều làm chúng thông minh hơn nữa là việc tích hợp cảm biến độ ẩm, có khả năng nhận biết chính xác thời điểm cần khởi động chu kỳ xả đá thay vì chạy liên tục một cách không cần thiết. Điều này tiết kiệm đáng kể năng lượng mà không để nhiệt độ dao động quá mức, duy trì sự ổn định trong phạm vi khoảng nửa độ C về cả hai phía.
Khi tăng diện tích bề mặt dàn bay hơi khoảng 30 đến 40 phần trăm thông qua các thiết kế gân gấp nếp, thực tế sẽ làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt vì tạo ra nhiều dòng chảy xoáy hơn trong luồng tác nhân lạnh. Xét về lựa chọn vật liệu, các loại vật liệu lai đồng-nhôm đang cho thấy khả năng truyền nhiệt tốt hơn khoảng 18 phần trăm so với các lựa chọn kim loại đơn thông thường. Điều này hoạt động hiệu quả vì đồng dẫn nhiệt rất nhanh, khoảng 401 watt trên mét Kelvin, trong khi nhôm lại có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Các mô phỏng máy tính gọi là động lực học chất lỏng tính toán đã chỉ ra rằng tất cả những cải tiến này giúp giảm tải công việc của máy nén khoảng 22 phần trăm đối với các mẫu tủ lạnh không đóng tuyết tiêu chuẩn. Mức hiệu quả như vậy mang lại sự khác biệt rõ rệt cả về hiệu suất lẫn chi phí năng lượng theo thời gian.
Khi quạt được đặt theo nhiều hướng khác nhau, chúng giúp phân bố không khí đều trên các bề mặt dàn bay hơi. Việc duy trì tốc độ lưu thông không khí ở mức khoảng 2 đến 3 mét mỗi giây giúp làm mát nhanh hơn khoảng 15% và ngăn ngừa sự hình thành các điểm nóng tại những khu vực khác nhau. Các quạt có cánh cong được điều khiển bởi động cơ EC mới thực tế giảm tiêu thụ điện khoảng 35% so với quạt trục thông thường. Một nghiên cứu gần đây của HyCold Tech về cải thiện luồng không khí đã xác nhận điều này, cho thấy những thiết kế hiệu quả này mang lại sự khác biệt rõ rệt trong việc tiết kiệm năng lượng cho các hệ thống làm mát.
Tủ lạnh với hệ thống bay hơi kép có thể điều chỉnh nhiệt độ từng ngăn riêng biệt, nhờ đó ngăn đá duy trì ở khoảng -18 độ C trong khi ngăn lạnh giữ mức khoảng 4 độ. Cấu trúc này ngăn chặn sự di chuyển độ ẩm giữa các ngăn. Kết quả? Các khu vực lạnh hơn duy trì độ ẩm thấp dưới 50%, trong khi ngăn đựng rau quả giữ độ ẩm cao và lý tưởng từ 85 đến 90%. Những thiết bị này cũng vận hành máy nén ít thường xuyên hơn, giảm số lần bật/tắt khoảng 40%. Theo nghiên cứu của Albert Lee năm ngoái, những người bảo quản thực phẩm trong các loại tủ lạnh này nhận thấy trái cây và rau củ tươi lâu hơn khoảng một tuần so với các mẫu tủ thông thường. Điều này hoàn toàn hợp lý khi ta suy nghĩ về tầm quan trọng của độ ẩm phù hợp trong việc ngăn ngừa thực phẩm hư hỏng quá nhanh.
Các bộ bốc hơi hiện đại phụ thuộc vào việc điều khiển chính xác tác nhân lạnh để tối đa hóa hiệu suất làm mát và hiệu quả năng lượng. Kỹ thuật tiên tiến cân bằng đầu ra nhiệt với mức tiêu thụ điện năng, giảm lãng phí và kéo dài tuổi thọ hệ thống.
Các van giãn nở hoạt động như bộ điều tiết chính xác, kiểm soát lưu lượng tác nhân lạnh vào các cuộn dây bốc hơi. Chúng giảm áp suất và chuyển đổi chất lỏng áp suất cao thành hỗn hợp áp suất thấp gồm chất lỏng và hơi. Van giãn nở nhiệt (TXVs) tự động điều chỉnh lưu lượng dựa trên điều kiện thực tế của bộ bốc hơi, đảm bảo cung cấp tác nhân lạnh ổn định bất chấp nhu cầu làm mát thay đổi.
Tình trạng thiếu hụt tác nhân lạnh—gây ra làm mát không đều và gây tải cho máy nén—được ngăn ngừa bằng cách sử dụng các thiết bị đo lường điện tử. Các hệ thống này giám sát điều kiện của bộ bốc hơi và điều chỉnh lưu lượng với độ chính xác ±3%, theo báo cáo báo cáo Làm lạnh Công nghiệp 2024 . Bằng cách tránh cả việc cung cấp thiếu và thừa môi chất, chúng cải thiện độ tin cậy, kéo dài tuổi thọ dàn bay hơi và giảm tổn thất năng lượng.
Việc phân phối môi chất tối ưu đảm bảo sự hấp thụ nhiệt đồng đều trên các bề mặt dàn bay hơi. Thiết kế hai đường dẫn tách riêng dòng môi chất cho khu vực thực phẩm tươi và ngăn đá, giảm biến thiên nhiệt độ tới 40% so với các hệ thống một đường dẫn. Kiểm soát dòng chảy hướng mục tiêu này cho phép dàn bay hơi không đóng tuyết duy trì nhiệt độ ổn định trong khi tiêu thụ ít hơn 15-20% năng lượng so với các mẫu thông thường.
Các dàn bay hơi không đóng tuyết chiếm tới 40% tổng mức tiêu thụ năng lượng của tủ lạnh do điều chỉnh tốc độ truyền nhiệt. Việc vận hành kém hiệu quả buộc máy nén phải chạy lâu hơn, làm tăng mức tiêu thụ điện từ 18–25% (Green Design Consulting 2024). Các dàn bay hơi hiệu suất cao giảm thiểu điện trở nhiệt, cho phép thay đổi pha nhanh chóng, từ đó giảm tải yêu cầu đối với máy nén.
Tủ lạnh gia đình được đánh giá dựa trên hai chỉ số chính:
Một nghiên cứu năm 2024 cho thấy hệ thống hai dàn bay hơi tiết kiệm được 240 kWh mỗi năm so với các thiết bị một dàn bay hơi. Các mạch làm lạnh độc lập cho phép kiểm soát độ ẩm chặt chẽ hơn trong ngăn thực phẩm tươi đồng thời cải thiện hiệu suất của ngăn đông lên 7,2% ( nghiên cứu Dàn Bay hơi Kép 2024, ScienceDirect ).
Các hệ thống mới nổi sử dụng cảm biến hồng ngoại và thuật toán trí tuệ nhân tạo để điều chỉnh lưu lượng tác nhân lạnh theo thời gian thực. Một nguyên mẫu đã giảm chu kỳ xả đá 63% bằng cách phát hiện việc mở cửa và sự thay đổi độ ẩm môi trường, từ đó giảm tiêu thụ năng lượng phụ trợ 19%.
Giữ các cuộn dây sạch sẽ và duy trì luồng không khí tốt là điều thực sự quan trọng để tận dụng tối đa hệ thống dàn lạnh. Theo thời gian, bụi, đất và các chất khác trong không khí tích tụ trên các bề mặt kim loại bên trong, có thể làm giảm hiệu quả hấp thụ nhiệt khoảng 17 phần trăm. Vì vậy, nên vệ sinh các bộ phận này ba tháng một lần bằng những phương pháp mà nhà sản xuất khuyến nghị. Việc vệ sinh định kỳ ngăn ngừa sự hình thành các màng sinh học cứng đầu và giúp hệ thống hoạt động hiệu quả trong suốt quá trình chuyển pha quan trọng này. Đối với các thiết bị hiện đại không đóng tuyết, có một số công việc bảo trì tiêu chuẩn khi kết hợp cùng nhau sẽ mang lại hiệu quả tốt nhất: dùng bàn chải làm sạch rác bám trên các cuộn dây, hút bụi kỹ lưỡng và đảm bảo rằng các đường thoát nước ngưng không bị tắc nghẽn bởi cặn bẩn.
Các dấu hiệu sớm của sự suy giảm hiệu suất bao gồm:
Những triệu chứng này cho thấy khả năng truyền nhiệt bị suy giảm và thường yêu cầu kiểm tra chuyên nghiệp. Tủ lạnh nếu không được bảo trì định kỳ sẽ tiêu thụ nhiều hơn 23% năng lượng so với những tủ tuân thủ các quy trình chăm sóc phòng ngừa.
Các lớp phủ kỵ nước hiện nay bảo vệ các cánh tản nhiệt dàn bay hơi khỏi sự tích tụ cặn mà không làm giảm hiệu suất nhiệt. Các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm cho thấy bề mặt vi cấu trúc giữ được 98% hiệu suất ban đầu sau năm năm, so với 78% ở các thiết bị không có lớp phủ. Các nhà sản xuất ngày càng kết hợp các lớp phủ này với các chất làm sạch phân hủy sinh học, có khả năng phân hủy các cặn hữu cơ trong các chu kỳ xả đá định kỳ.
Chức năng chính của dàn bay hơi tủ lạnh là hấp thụ nhiệt từ bên trong tủ lạnh, chuyển đổi môi chất lạnh từ dạng lỏng sang dạng khí, qua đó loại bỏ nhiệt và góp phần làm mát.
Các bộ bốc hơi hiện đại nâng cao hiệu quả thông qua những đổi mới thiết kế như cuộn dây nhôm vi kênh, van giãn nở điện tử và hệ thống phân phối môi chất lạnh hai đường, giúp tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt và giảm tiêu thụ năng lượng.
Việc bảo trì định kỳ, bao gồm làm sạch các cuộn dây và đảm bảo lưu lượng không khí phù hợp, là rất quan trọng vì nó ngăn ngừa sự tích tụ bụi bẩn có thể làm giảm hiệu suất hấp thụ nhiệt khoảng 17%, đảm bảo bộ bốc hơi hoạt động ở trạng thái tối ưu.
Hệ thống hai bộ bốc hơi cho phép kiểm soát độc lập nhiệt độ và độ ẩm trong các ngăn khác nhau của tủ lạnh, duy trì điều kiện chính xác và giảm chu kỳ vận hành của máy nén khoảng 40%.
Tin Tức Nổi Bật
EN
