Báo cáo nghiên cứu khoa học: " NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁCH BỐ TRÍ DÀN LẠNH VÀ TỐC ĐỘ GIÓ ĐẾN KHẢ NĂNG TÁCH ẨM TỪ DÀN LẠNH CỦA MÁY SẤY KIỂU BƠM NHIỆT" pps

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

37
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁCH BỐ TRÍ DÀN LẠNH VÀ TỐC
ĐỘ GIÓ ĐẾN KHẢ NĂNG TÁCH ẨM TỪ DÀN LẠNH CỦA MÁY SẤY
KIỂU BƠM NHIỆT
A RESARCH INTO THE INLUENCE OF REFRIGERATION ARRANGEMENT
AND WIND VELOCITY ON DEHUMIDIFICATION FROM THE EVAPORATOR
OF HEAT- PUMP DRYERS

Hoàng Ngọc Đồng
Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình thiết bị
sấy thực tế ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt.
Trình bày các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của cấu tạo của dàn lạnh đến khả
năng tách ẩm và đến khả năng sấy của hệ thống sấy nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt. Từ đó
xuất đề xuất một số phương pháp làm tăng khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn lạnh nhằm
nâng cao hiệu quả bơm nhiệt.
Thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đã được xây dựng với qui mô phòng
thí nghiệm, đồng thời trên thiết bị đó đã tiến hành các thí nghiệm sấy nông sản với các chế độ
sấy khác nhau.
ABSTRACT
The article presents theoretical and empirical research results on the model of low-
temperature dryers with heat pumps.
Also, it presents the research results on the influence the structure of refrigeration on
the dehumidification and the drying ability of the low-temperature dryers with heat pumps. From
the results achieved, the article suggests some methods of promoting refrigeration and
dehumidification ability of the evaporator in order to improve the heat pump effect.
Low-temperature dryers with heat pumps have been set up within the laboratory scope.

At the same time, experiments on drying agricultural products at different drying regulations on
this dryer have been conducted.
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là nước có khí hậu nóng ẩm nên nhu cầu khử ẩm và sấy khô các loại
vật liệu, nông sản, thực phẩm, dược liệu… phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu là
rất lớn. Yêu cầu về chất lượng sản phẩm xuất khẩu ngày càng cao.
Phương pháp sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như
hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin … và làm thay đổi chất lượng sản phẩm.
Phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đáp ứng được yêu cầu về chất
lượng sản phẩm, giữ được màu sắc, mùi vị tự nhiên sau khi sấy, đồng thời có thể tiết
kiệm năng lượng tiêu thụ.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

38
Bài báo là trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cách bố trí dàn lạnh và
tốc độ gió đến hiệu quả tách ẩm từ dàn lạnh và đến q trình sấy của hệ thống sấy bằng
bơm nhiệt.
Nếu dàn lạnh có cấu tạo rất thưa, thì một vấn đề cần phải quan tâm giải quyết là
tốc độ gió đi qua nó. Nếu tốc độ gió đi qua dàn lạnh mà lớn thì khi đó các giọt ẩm
ngưng tụ trên cánh và ống có thể sẽ bị gió cuốn đi theo vào buồng sấy, như vậy có nghĩa
ta chưa thực hiện được q trình tách ẩm ra khỏi khơng khi. Nhưng nếu tốc độ gió q
thấp thì sẽ làm giảm khả năng trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí trong hệ thống.
Phương án sấy với tốc độ gió thấp chỉ thích hợp để sấy các loại sản phẩm cần phải sấy
chậm và phải sấy trong thời gian dài, khơng khí thổi nhẹ.
Nếu dàn lạnh có nhiều dãy ống và có cánh (chiều sâu lớn) thì chỉ có một số dãy
ống đầu tiên (phần chất lỏng đang bay hơi) là đóng tuyết thơi, còn trong các dãy ống
còn lại có thể là hơi q nhiệt do đó khơng khí sẽ ngưng tụ ẩm ít hơn. Khi đó để đạt
hiệu quả trao đổi nhiệt tốt thì ta chia dàn lạnh ra 2 hoặc 3 dàn.
Trong [1] đã trình bày các kết quả nghiên cứu với thiết bị bơm nhiệt có 1 dàn
ngưng và 1 dàn bay hơi, sấy nơng sản ở nhiệt độ buồng sấy 48-50

0
C. Trong bài báo này
trình bày các kết quả nghiên cứu khả năng tách ẩm với thiết bị sấy bơm nhiệt có 2 dàn
ngưng và 2 dàn bay hơi, sấy ở nhiệt độ sấy thấp hơn (38-40
0
2. Xây dựng thiết bị thí nghiệm
C).
2.1. Sơ đồ ngun lý thiết bị sấy: Sơ đồ ngun lý được trình bày trên hình 1.1
Ngun lý hoạt động: Hơi mơi chất ra khỏi dàn lạnh, được máy nén hút về và nén thành
hơi cao áp P
k
có nhiệt độ t
k

, lưu lượng mơi chất đi vào hai dàn ngưng tụ chính và phụ.
được điều chỉnh bởi van V1, nhờ đó có thể điều chỉnh nhiệt độ khơng khí qua dàn
ngưng chính NTC vào buồng sấy. Lỏng cao áp từ bình chứa cao áp được đưa đến các
dàn lạnh chính (BHC) và phụ (BHP) thơng qua ống mao OM1 và OM2. Hai ống mao
này có tác dụng tiết lưu lỏng cao áp thành lỏng hạ áp , đồng thời ống mao có tác dụng
đảm bảo áp suất bay hơi trong hai dàn là như nhau.

Hình 1.1. Sơ đồ
ngun lý thiết bị sấy.
MN – Máy nén; NTC
– Dàn ngưng chính;
NTP – Dàn ngưng
phụ; OM - Ống mao
BCCA – Bình chứa
cao áp; BHC – Dàn
lạnh chính; BHP -
Dàn lạnh phụ
.



OM2

OM1

V4

V1

Nước ngưng

Không khí ẩm

Không khí khô, lạnh

Buồng

sấy

V2

BCCA

BHP

BHC

MN

NTC

NTP

V3

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

39
2.2. Sơ đồ cấu tạo.

Thiết bị được chế tạo để có thể tiến hành thí nghiệm theo 2 phương án:

- Phương án 1: Khi thiết bị làm việc chỉ với 1 dàn nóng và 1 dàn lạnh (đóng van
V2 và V4). sử dụng các bộ phận của máy điều hoà cục bộ làm bơm nhiệt, không khí
được làm mát và tách ẩm ở dàn bay hơi, sau đó đi qua dàn ngưng nhận nhiệt đẳng dung
ẩm để nâng nhiệt độ và thế sấy lên, được thổi vào buồng sấy. Nhiệt độ không khí nóng
sau khi qua dàn ngưng đạ t 48 đến 50
0
- Phương án 2: Điều chỉnh độ mở của V2 để điều chỉnh nhiệt không khí sau dàn
nóng và V4 để điều chỉnh nhiệt độ bay hơi trong dàn l ạnh nhằm thay đổi khả năng tách ẩm.
C, quá trình sấy được tiến hành ở nhiệt độ. Kết
quả thí nghiệm đã được trình bày trong [1].
Không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng sấy 10 có thể sẽ cho
hồi lưu hoặc không hồi lưu.
Khi hồi lưu, không khí sẽ được cho qua đường 12 về lại dàn lạnh phụ 3. Tại đây
không khí ẩm được làm lạnh, tách ẩm sơ bộ đến nhiệt độ t
2
rồi tiếp tục về dàn lạnh
chính 8. Ở đây không khí được đi bypass ba lần nhằm tăng khả năng làm lạnh và tách
ẩm. Không khí ra khỏi dàn lạnh 8 có nhiệt độ t
1
tiếp tục được cho qua dàn nóng chính 7,

tại đây không khí được gia nhiệt đẳng dung ẩm đến nhiệt độ t
3
* Các thông số của thiết bị:
và đi vào buồng sấy.
Dàn ngưng phụ 5 có nhiệm vụ thải bớt nhiệt ra ngoài để điều chỉnh nhiệt độ không khí
qua dàn ngưng 8.
- Bơm nhiệt: Máy nén 18000 Btu/h; Hai dàn lạnh, diện tích: 2 x 0,672 m
2
; Hai
dàn nóng, diện tích: 2 x 0,832 m
2
Nöôùc
ngöng
Nöôùc ngöng
11
13
12
10
8
5
9
6 7
2
4
2
3
1
MAËT CAÉT: AA
AA
; Hai quạt, công suất: 2 x 0,12 kW; Bình chứa cao áp;

Biến trở: 2kW.
Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo
của mô hình
1-Máy nén; 2-Quạt; 3-
Dàn lạnh phụ;
4-Bình chứa cao áp; 5-
Dàn ngưng phụ;
6-Điện trở, 7-Dàn
ngưng chính; 8-Dàn lạnh
chính; 9-bypass; 10-
Buồng sấy; 11-Khay sấy;
12- Kênh gió hồi;
13-Kênh gió lạnh

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

40
- Buồng sấy: 660 x 600 x 520mm
3

, cách nhiệt bằng xốp 30mm.
* Mô hình thực nghiệm bơm nhiệt đã xây dựng

3. Nội dung thí nghiệm và thảo luận
* Các ký hiệu
t
0
, P
0,
t

k
, P
k
: nhiệt độ và áp suất bay hơi, ngưng tụ; t
mt
: nhiệt độ môi trường,
0
C;
t
ư
: nhiệt độ nhiệt kế ướt của môi trường,
0
C; t
1
, t
2
, t
3
, t
4
: nhiệt độ không khí sau dàn
lạnh chính, sau dàn lạnh phụ, sau dàn nóng chính, sau dàn nóng phụ,
0
C; I: cường độ
dòng điện, A; G
nước
3.1. Thí nghiệm đánh giá khả năng làm lạnh tách ẩm của dàn lạnh
: lượng nước ngưng được tách từ dàn bay hơi, g; v: tốc độ gió trong
buồng sấy, m/s.
3.1.1. Mục đích. Xác định nhiệt độ không khí sau dàn lạnh và lượng nước ngưng thu

được, nhằm đánh giá khả năng làm lạnh tách ẩm của các dàn lạnh.
3.1.2. Kết quả thí nghiệm.
a) Thí nghiệm xác định khả năng làm lạnh tách ẩm của dàn lạnh ở chế độ điều hòa
Đóng các van cô lập dàn lạnh và dàn ngưng chính, chỉ cho dàn lạnh phụ BHP
(hình 1.1) và dàn ngưng phụ DNP hoạt động, thiết bị làm việc chỉ với 1 dàn nóng và 1
dàn lạnh. Sấy hở ở chế độ không tải trong 1giờ cứ 15 p đo 1 lần. Kết quả thí nghiệm
được trình bày trên bảng 1.1
b) Thí nghiệm xác định khả năng làm lạnh tách ẩm của dàn lạnh chính.
Đóng van V4 để cô lập dàn lạnh phụ (hình 1.1) mở hoàn toàn van V3 cho dàn
lạnh chính 8 hoạt động bình thường. Tiến hành sấy hở ở chế độ không tải trong 1giờ cứ
15 phút thì đo 1 lần. Kết qủa thí nghiệm được trình bày trên bảng 1.2.
Hình 1.3. Mô hình thực tế thiết bị sấy sử dụng bơm nhiệt

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

41

Bảng 1.1. Kết quả đo đạc khi sử dụng dàn lạnh phụ










Bảng 1.2. Kết quả đo đạc khi sử dụng dàn lạnh chính

c) Thí nghiệm xác định khả năng làm lạnh tách ẩm của cả hai dàn lạnh.
Mở hoàn toàn các van V3, V4 cho đồng thời cho các dàn lạnh làm việc bình
thường. Tiến hành sấy hở ở chế độ không tải trong 1giờ cứ 15 phút thì đo 1 lần. kết quả
thí nghiệm được trình bày trên bảng 1.3

Bảng 1.3. Kết quả đo đạc khi sử dụng đồng thời cả hai dàn lạnh

* Nhận xét
Đối với dàn lạnh của hệ thống, nếu ta chia dàn lạnh thành hai phần đặt song
song thì nhiệt độ không khí sau dàn lạnh đạt được sẽ thấp hơn, lượng nước ngưng thu
được lớn hơn rất nhiều so với khi sử dụng một dàn lạnh. Điều này có thể được giải thích
như sau: Khi tách thành 2 dàn lạnh đặt song song thì sự đồng đều về nhiệt độ và độ ẩm
của không khí khi đi qua dàn thứ hai là cao hơn nên quá trình tách ẩm đạt hiệu quả cao
hơn.
τ
(phút)
t
(
0
0
t

C)
(
k

0
t
C)
(
mt

0
t
C)
(
2

0
t
C)
(
4

0
I
C)
(A)
G
(g)
n2

0
-15
40
28,5
20
37
8
0
15
-13,5
38
28,5
20,5
37,2
8,1
275
30
-13,5
37
28,4
20,5
37,2
8
560
45
-14
35
28,2
20,2
37

7,9
855
60
-12
38,5
28,2
20,5
37
8
1140
τ
(phút)
t
(
0

0
t
C)
(
k

0
t
C)
(
mt

0
t

C)
(
1

0
t
C)
(
3

0
I
C)
(A)
G
(g)
n1

0
-10,2
37
28,4
15
36,5
7,8
0
15
-11
38
28,4

15,2
37
8,2
295
30
-10,2
38,5
28,4
14,5
37
8,1
615
45
-11
38
28,2
14,8
37,3
8,1
955
60
-12
38
28,5
14,5
37,5
8
1365
τ
(phút)

t
(
0
0
t
C) (
k

0
t
C) (
mt

0
t
C) (
1

0
t
C) (
2

0
t
C) (
3

0
I

C) (A)
G
(g)
n

0
-4
39,5
31,5
4
21,5
37,5
9
0
15
-3
40
31
5.5
21,5
39
8,9
355
30
-2,5
40
29,5
6
21
39,8

8,8
855
45
-3,5
40,1
29,2
5.5
21
39,8
8,8
1400
60
-3
40
28,5
5
20,5
39
8,7
1940
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

42
3.2. Thí nghiệm xác định thời gian sấy
3.2.1. Mục đích: Xác định thời gian sấy với hai chế độ sấy có hồi lưu và không có hồi
lưu cho cùng một loại vật liệu nhằm đánh giá hiệu quả của hai chế độ sấy này.
3.2.2. Kết quả thí nghiệm: Thực hiện quá trình sấy với 2kg Cà rốt tươi xắt lát với độ dày
δ = 3mm có độ ẩm ban đầu là 89%. Tiến hành sấy cho đến khi khối lượng vật sấy là
không thay đổi, lúc này coi độ ẩm còn lại trong vật sấy là 5%.
a) Thí nghiệm xác định thời gian sấy khi sấy hồi lưu

Bảng 1.4: Bảng kết quả các thông số khi sấy hồi lưu

b) Thí nghiệm xác định thời gian sấy khi sấy không hồi lưu
Bảng 1.5: Bảng kết quả các thông số khi sấy không hồi lưu

τ
(phút)
t
(
0
0
t
C) (
k

0
t
C) (
mt

0
t
C) (
1

0
t
C) (
2

0
t
C) (
3

0
I
C) (A)
G
(g)
n

φ
(%)
0 -5 40 31,6 4 19 39 8,2 0 89
30 -4 41 32 3,8 22,8 38,5 8,2 160 88,2
60 -4 41 32,5 5 23 39 8,2 750 85,5
90 -4 41 32,8 5,5 23 39,2 8,3 1365 79,5
120 -5 42 33 6 22 40 8,4 1915 72
150 -4 42 33 4 20 39,5 8,5 2115 63,5
180 -4 42 33,5 4 20,5 39 8,6 2350 41,7
210 -4 41 33 4,5 20 39 8,4 2430 28,1
240 -4 41 32,8 5,5 21,5 39,2 8,3 2480 13,8
270 -4 41 33,5 5 20,5 38,8 8,4 2510 6,26
300 -4 42 33 6 22 39,5 8,3 2530 5
τ
(phút)
t
(
0

0
t
C) (
k

0
t
C) (
mt

0
t
C) (
1

0
t
C) (
2

0
t
C) (
3

0
I
C) (A)
G
(g)

n

φ(%)
0
-6
41
31
5,5
23
39
8,4
0
89
30
-3
40
31,5
5
22
38,5
8,3
520
88
60
-3,5
41
32
6
23
39,5

8,2
1850
84
90
-4
39,5
32
5,5
23
39,2
8,4
3500
80,5
120
-5
41
32,5
6
21
40
8,4
5250
75,4
150
-4.5
42
32,5
4,5
20,5
39,5

8,5
6960
68,2
180
-4,5
41
32,5
4
20,5
38
8,4
1080
52
210
-4
40
32
5
21
39
8,3
11580
38,3
240
-4
41
31,5
5,5
21,5
39

8,3
13060
26,5
270
-5
40
31,5
5
20,5
38
8,3
15280
11
300
-4
40
31
4,5
20
38
8,3
16760
5
330
-4,5
40
31
5
21
38,5

8,3
19280
5
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

43
Nhận xét:
Khi sấy hồi lưu ở nhiệt độ thấp, một mặt duy trì khả năng tách ẩm trong tác nhân
sấy sẽ tăng lên cùng với quá trình thoát ẩm ở vật liệu sấy, mặt khác chúng ta không cần
phải sử dụng bơm nhiệt có công suất lạnh lớn mà vẫn đảm bảo năng suất sấy lớn.
4. Kết luận và kiến nghị
Bơm nhiệt hút ẩm ngày càng được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế
to lớn, đặc biệt trong ngành sấy nông sản, thực phẩm, dược liệu… Việc nghiên cứu bơm
nhiệt vẫn cần phải được tiếp tục nghiên cứu để tìm ra các mô hình thích hợp với điều
kiện nước ta nhằm đưa ra thiết bị hoàn thiện hơn, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao
năng suất và chất lượng sản phẩm sấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Qua các kết quả
thí nghiệm trên mô hình thiết bị sấy đã được xây dựng có thể rút ra kết luận:
1. Kết cấu dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh có ảnh hưởng lớn đến khả năng tách
ẩm của hệ thống.
2. Khi sử dụng hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt có hồi lưu 100% sẽ mang
lại hiệu quả cao nhất và tiết kiệm năng lượng hơn so với sấy bằng điện trở.
3. Mô hình thực nghiệm thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đã được
xây dựng và đưa vào thử nghiệm đáp ứng được các yêu cầu đề ra và thu được các kết
quả đáng tin cậy. Qua kết quả nghiên cứu sấy trên thiết bị ta thấy điểm nổi bật của
phương pháp sấy nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt là chi phí năng lượng thấp, chất
lượng sản phẩm cao hơn so với phương pháp sấy ở nhiệt độ cao.
Như vậy phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt có ưu thế lớn trong
sấy các sản phẩm yêu cầu sấy ở nhiệt độ thấp, bởi vậy việc sử dụng bơm nhiệt trong hệ
thống sấy ở nhiệt độ thấp cần được tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng, Nghiên cứu hệ thống sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm
nhiệt trong công nghệ sấy nông sản - Đề tài cấp Bộ, Mã số B2007-ĐN02-29, Đại
học Đà Nẵng.
[2] GS.TSKH. Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục 2002.
[3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận (2003) – Kỹ thuật lạnh ứng
dụng – NXB Giáo dục.
[4] Nguyễn Hay, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Văn Công Chính, Nguyễn Văn Lành, Lê
Quang Giảng – Nghiên cứu sấy bằng nguyên lý bơm nhiệt cho một số nông sản tại
Việt Nam - Báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 20 – ĐHBK Hà Nội. Trang 88-92.
[5] PGS.TS Phạm Văn Tuỳ, KS Nguyễn Thanh Liêm, KS Dương Văn Vường - Bơm
nhiệt không khí/không khí với công nghệ hút ẩm và sấy khô – Tạp chí KH & CN
Nhiệt, 5/2001. Trang 10 – 12.