nghiên cứu ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh đến khả năng tách âm không khí trong hệ thống sấy lạnh

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
147
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁCH BỐ TRÍ DÀN LẠNH ĐẾN KHẢ NĂNG
TÁCH ẨM KHÔNG KHÍ TRONG HỆ THỐNG SẤY LẠNH
RESEARCHING INFLUENCE OF THE COOLER ARRANGEMENT ON THE
REFRIGERATING AND AIR DEHUMIDIFYING ABILITY IN COOL DRY SYSTYEM

SVTH: Văn Nguyễn Tiến Sỹ, Trần Ngọc Đại Phú
Lớp 05N1, Khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh, Trường Đại học Bách khoa.
GVHD: PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng
Khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT
Báo cáo trình bày các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng cách bố trí dàn
lạnh đến khả năng làm lạnh, tách ẩm không khí trong dàn lạnh của Bơm nhiệt. Từ các kết quả đạt
được, đề nghị thêm một số phương pháp làm tăng khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn lạnh nhằm
nâng cao hiệu quả sử dụng của của Bơm nhiệt. Bên cạnh đó, báo cáo còn trình bày kết quả thực
nghiệm các chế độ làm việc khác nhau từ mô hình thiết bị Bơm nhiệt đã xây dựng.
ABSTACT
The article presents theoretical and experimental research on how the cooler arrangement
has influence on the ability of Refrigerating and Air Dehumidifying in the evaporator of Heat pump.
From the results achieved, the article suggests some methods of increasing Refrigeration and
Dehumidification capacity of the evaporator in order to improve Heat pump effectiveness. At the
same time, the article presents the experimental results of different working regulations from the
built model of Heat pump.
1. Đặt vấn đề:
Ngày nay với yêu cầu về chất lượng các sản phẩm sấy ngày càng cao, nhất là ngoài
yêu cầu về độ khô, một số sản phẩm còn đòi hỏi phải đảm bảo được màu sắc, hương vị
chất dinh dưỡng và bảo toàn trạng thái của sản phẩm. Các phương pháp sấy ở nhiệt độ cao
có thể phá hủy các chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin,
protein,...và làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Vì vậy, để đáp ứng được yêu cầu về màu

sắc, mùi vị tư nhiên sau quá trình sấy. Do đó, người ta đã áp dụng phương pháp sấy ở nhiệt
độ thấp, trong đó phương pháp sấy sử dụng bơm nhiệt tỏ ra có hiệu quả hơn cả. Phương
pháp này có các ưu điểm sau: Phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam, hiệu
suất sử dụng năng lượng cao do sử dụng cả lượng nhiệt ở nguồn nóng và nguồn lạnh, thích
hợp để sấy khô các vật phẩm không chịu được nhiệt độ cao, chất lượng, màu sắc và mùi vị
của sản phẩm sấy được giữ tốt hơn.
Trong hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt thì khả năng tách ẩm ra khỏi không khí
là rất quan trọng, nó mang tính quyết định đến hiệu quả sấy trong buồng sấy. Chính vì thế
cần phải nghiên cứu ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh đến khả năng tách ẩm không khí trong
hệ thống sấy lạnh. Từ đó tìm ra cách bố trí dàn lạnh thích hợp nhất để tận dụng hết khả
năng tách ẩm của dàn lạnh trong hệ thống bơm nhiệt.

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
148
2. Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
2.1. Nghiên cứu lý thuyết về khả năng làm lạnh tách ẩm trong dàn lạnh Bơm nhiệt
Trong kỹ thuật sấy lạnh, yếu tố có tính quyết định đến thế sấy chính là q trình
làm lạnh, tách ẩm khơng khí trong dàn lạnh. Lượng ẩm tách ra càng lớn thì thế sấy càng
tăng thời gian sấy càng giảm.
2.1.1. Tăng chiều dài đường đi của khơng khí qua dàn lạnh
Khơng khí chuyển động bypass nhiều lần qua dàn lạnh (hình 2.1)
Sử dụng dàn lạnh có chiều sâu lớn.
2.1.2. Khi sử dụng dàn lạnh mắc song song và nối tiếp (hình 2.2 và hình 2.3)

2.2. Nghiên cứu thực nghiệm
2.2.1. Sơ đồ cấu tạo và ngun lý làm việc của mơ hình thực nghiệm Bơm nhiệt

BH1 BH2
Không khí
vào

Không khí
ra
t
1
t
2 2'
t
1
t
Không khí
ra
Không khí
vào
BH2BH1
t,°C
f/3
f
t
t''
t''
t
1
2'B
2
2
2B
Không khí vào
Không khí ra
Môi chất vào
Môi chất ra

t
Hình 1: Khơng khí chuyển
động bypass qua dàn lạnh
Hình 2: Dàn lạnh mắc song song
Hình 3: Dàn lạnh mắc nối tiếp
NT2
NT1
MN
BH1
BH2
V2
Buồng
sấy
Không khí ẩm
Nước ngưng
V1
V1
Nước ngưng
Không khí ẩm
Không khí khô, lạnh
Buồng
sấy
V2
BH2
BH1
MN
NT1
NT2
V4
V3

TL
T6
V7
V5
V3
V4
V7
V8
TL
TL
Không khí khô, lạnh
Hình 4: Hai dàn lạnh mắc song song. Hình 5: Hai dàn lạnh mắc nối tiếp
Chú thích: MN – Máy nén; NT1 – Dàn ngưng chính; NT2 – Dàn ngưng phụ
BH1 – Dàn bay hơi 1; BH2 – Dàn bay hơi 2; V5, V6 – Van tiết lưu
V1, V2, V3, V4, V7, V8 – Van điều chình
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
149
12
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt

1 – Máy nén;2 – Van tiết lưu; 3 – Van điều chỉnh, 4 – Quạt hướng
trục; 5 – Dàn bay hơi 1, 6 – Dàn bay hơi 2; 7 – Quạt lồng sóc, 8
– Dàn ngưng phụ; 9 – Đường ống gió; 10 – Hầm sấy;11 – Khay
sấy; 12 – Dàn ngưng chính
3
2
1
1
2
3
=
d
t
3
d
d
1
3'
2
t
t
d, g/kgkk
I, kJ/kgkk

Hình 6: Quá trình sấy kín trên đồ thị I- d
1- 2: Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm
2- 3: Quá trình sấy thực tế trong buồng
sấy
3- 1: Quá trình làm lạnh khử ẩm trong
dàn lạnh

Nguyên lý làm việc: Không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng
sấy và giảm xuống nhiệt độ t
3
sẽ được hồi lưu về lại hai dàn lạnh.Tại đây không khí được
làm lạnh, và tách ẩm đến nhiệt độ t
1
rồi đươc quạt hút và thổi qua dàn ngưng phụ để nâng
lên nhiệt độ t
2
. Tiếp tục đi vào buồng sấy trao đổi nhiệt ẩm,chu trình cứ thế tiếp tục.
Các thông số của mô hình: Môi chất: R22; Công suất máy nén 50 W; Dàn lạnh: hai
dàn, diện tích: 0,4 m
2
/dàn; Dàn nóng: hai dàn, diện tích: 0,08 m
2
/dàn; Quạt: hai cái, công suất:
100 W; Kích thước buồng sấy: 400x200x250mm; Kích thước đường ống gió: 114 mm.

Hình 8: Mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt
2.2.2. Thí nghiệm đánh giá khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn bay hơi
- Mục đích: Xác định nhiệt độ không khí sau dàn lạnh và lượng nước ngưng thu
được, nhằm đánh giá khả năng làm lạnh và tách ẩm không khí của các dàn lạnh.
- Kết quả thí nghiệm:
Bảng 1: Sử dụng hai dàn lạnh mắc nối tiếp

(phút)
t
1
[
0

C]
t
2
[
0
C]
t
3
[
0
C]
t
mt

[
0
C]
P
1
[bar]
P
2

[bar]
P
3
[bar]

%

I
[A]
G
n

[g]
0 32,3 32,3 32,3 32,3 4 4 4 85,6 0 0
10 12,5 24,4 24,2 33,3 8 0,5 7,9 45,3 2,8 -
Tuyn tp Bỏo cỏo Hi ngh Sinh viờn Nghiờn cu Khoa hc ln th 7 i hc Nng nm 2010
150
20 10,4 23,7 23,5 32,7 9 0,5 8,5 34,3 2,6 -
30 9,5 23,4 25 33,2 10,9 0,9 9,5 31,3 2,8 -
40 8,8 24,3 24,3 33,3 10 0,5 9 28,6 2,7 -
50 8,5 23,5 24,5 33,3 10,3 0,6 10 26,7 2,7 -
60 8 23,2 23,9 33,3 10 0,5 9,8 25,7 2,7 30


t
1
[
0
C]
t
2
[
0
C]
t
3
[

0
C]
t
mt

[
0
C]
P
1
[bar]
P
2

[bar]
P
3
[bar]

%

I
[A]
G
n

[g]
0 31 31 31 31 5 5 5 82,4 0 0
10 17,7 23,7 26,5 33 7,8 0 7 55,9 2 -
20 15,7 24,5 24,8 33 8 0,4 7,5 36,2 2,2 -

30 12,5 22,4 22,8 33 8,8 0,5 8,1 34,9 2,4 -
40 10 23,1 23,8 33 9 0,7 8,2 30,5 2,5 -
50 10 24,1 24,3 34 9 0,7 8,2 28,7 2,4 -
60 9,8 24,3 24,4 34 9 0,7 8,4 27,7 2,4 50
- ỏnh giỏ kt qu: Khi s dng hai dn lnh mc song song thỡ nhit khụng khớ
sau dn lnh xung thp nhanh hn, lng nc ngng thu c ln hn so vi khi s
dng hai dn lnh mc ni tip (trong khi ú cụng sut mỏy nộn khụng i). ng thi
hiu qu bm nhit tng lờn do gim c chờnh lch gia nhit ngng t v bay hi.
2.2.3. Thớ nghim xỏc nh thi gian sy
- Mc ớch: Xỏc nh thi gian sy vi hai ch sy mc ni tip v mc song
song cho cựng mt loi vt liu nhm ỏnh giỏ hiu qu ca hai ch sy ny.
- Kt qu:
-
Nhn xột: Khi sy ch mc song song thỡ ng cong gim m thp hn so vi khi
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0 60 90 120 150 180 210 240
Thồỡi gian (phuùt)
ọỹ ỏứm vỏỷt sỏỳy (%)
Song song N?i ti?p
Hỡnh 9: th ng cong gim m

(thớ nghim trờn c rt vi khi lng 500 g, nhit mụi trng t = 32
0
C, m =
90%)
Bng 2: S dng hai dn lnh mc song song
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
151
sấy ở chế độ mắc nối tiếp. Khả năng tách ẩm của dàn bố trí song song là lớn hơn so với
cách bố trí nối tiếp, điều này có ý nghĩa là tăng khả năng thoát ẩm và giảm thời gian sấy.
3. Kết luận
Thông qua phân tích đánh giá các phương pháp làm lạnh, tách ẩm không khí trong
dàn lạnh bay hơi. Đề tài đã xây dựng được mô hình thực nghiệm thiết bị sấy sử dụng Bơm
nhiệt đáp ứng được các yêu cầu đề ra, mô hình có thể hạ nhiệt độ sau dàn lạnh xuống gần
8
0
C để bảo đảm chế độ sấy phù hợp với vật sấy. Điều này có ý nghĩa vô cùng to lớn cho
trong vấn đề nâng cao thế sấy, hạ thấp hơn nữa nhiệt độ sấy nhằm đáp ứng các vật sấy có
yêu cầu chất lượng sản phẩm cao, có thể triển khai nhân rộng ứng dụng vào thực tế.

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 năm 2008
[2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kĩ thuật lạnh ứng dụng. Nhà xuất bản giáo dục,
2003
[3] Nguyễn Mạnh Hùng, Quá trình làm lạnh và tách ẩm trong sấy lạnh dùng bơm nhiệt,
[4] Bùi Tuấn Sơn, Võ Như Quang, Nghiên cứu thực nghiệm sấy nông sản thực phẩm ở
nhiệt độ thấp. Tuyển tập Báo cáo “hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học” lần thứ 6