NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BƠM NHIỆT

KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009

1

Sinh viên: Nguyễn Quốc Huy – Lê Trường Lâm
Lớp 04N2 – Khoa Công nghệ Nhiệt - ðiện lạnh.
GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc ðồng
Khoa Công nghệ Nhiệt - ðiện lạnh.
Tóm tắt: Báo cáo trình bày các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về khả năng làm lạnh, tách ẩm
không khí trong dàn lạnh của Bơm nhiệt. Từ các kết quả ñạt ñược, ñề 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 ñó, báo cáo còn trình bày kết quả thực nghiệm các chế ñộ làm việc khác nhau từ mô
hình thiết bị Bơm nhiệt ñã xây dựng.
Abstract: The article represents theoretical and experiment research on ability of Refrigeration and
Dehumidification of the air in the evaporator of Heat pump. From results have achieved, the article
suggest a little method increasing Refrigeration and Dehumidification ability of the evaporator in
order improve effect using of Heat pump. At the same time, the article presents experiment results of
different working regulations from model of Heat pump equipment was build.
I. Mở ñầu
Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật thì tiết kiệm năng lượng ñang
trở thành vấn ñề cấp thiết của toàn thế giới. Trong xu thế chung ñó Việt Nam chúng ta cũng ñã
có nhiều chương trình mục tiêu quốc gia về tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh ñó, sau khi Việt
Nam chúng ta sau khi gia nhập WTO thì các yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng khắt
khe, ñặc biệt là các sản phẩm sấy khô. Có thể nói rằng Bơm nhiệt là thiết bị vừa nâng cao ñược
chất lượng sản phẩm sấy lại vừa có tiềm năng tiết kiệm năng lượng rất lớn. Trong những năm
gần ñây ñã có khá nhiều ñề tài nghiên cứu hiệu quả sử dụng của Bơm nhiệt trong hút ẩm và
sấy lạnh. Tuy nhiên ñể nâng cao ñược hiệu quả và khả năng ứng dụng vào thực tế thì cần rất
nhiều vấn ñề cần ñược nghiên cứu kỹ càng và chuyên sâu hơn nữa.
Trong kỹ thuật sấy lạnh, lượng ẩm tách ra càng lớn thì thế sấy càng tăng do ñó thời gian sấy
sẽ giảm xuống. Bên cạnh ñó, trong kỹ thuật sấy mỗi vật sấy có một chế ñộ sấy phù hợp. Chính
vì vậy cần phải có nhiều chế ñộ sấy khác nhau trong một Bơm nhiệt.

II. Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
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 ñịnh ñến thế sấy chính là quá trình làm lạnh,
tách ẩm trong dàn lạnh. Lượng ẩm tách ra càng lớn thì thế sấy càng tăng thời gian sấy càng
giảm.
1) Không khí chuyển ñộng cùng chiều với môi chất lạnh trong dàn lạnh
ðường cong làm lạnh khử ẩm là một ñường cong lồi (hình 1)
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC CHẾ
ðỘ LÀM VIỆC CỦA BƠM NHIỆT
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009

2

2) Khơng khí chuyển động ngược chiều với mơi chất lạnh trong dàn lạnh
ðường cong làm lạnh khử ẩm khơng khí là một đường cong lõm (hình 2). So sánh trực quan
ta thấy khả năng làm lạnh khử ẩm ngược chiều hiệu quả hơn cùng chiều.
3) Tăng chiều dài đường đi của khơng khí qua dàn lạnh
- Khơng khí chuyển động bypass nhiều lần qua dàn lạnh (hình 3)
- Sử dụng song song hai dàn lạnh.
2. Nghiên cứu thực nghiệm
1) Sơ đồ cấu tạo và ngun lý làm việc của mơ hình thực nghiệm Bơm nhiệt
Hình 2: Khơng khí chuyển động
cùng chiều với mơi chất lạnh

Hình 1: Khơng khí chuyển động
cùng chiều với mơi chất lạnh

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 3: Khơng khí chuyển động
bypass qua dàn lạnh

Hình 5: Q trình sấy kín trên đồ thị I-d
12- Q trình gia nhiệt đẳng dung ẩm
23- Q trình sấy thực tế trong buồng sấy
31- Q trình làm lạnh khử ẩm trong dàn lạnh

I, kJ/kgkk
d, g/kgkk
t
t
2
3'
1
d

d
3
t
d
=
3
2
1
1
2
3
Hình 4: Sơ đồ ngun lý mơ hình sấy lạnh bơm nhiệt
MN - Máy nén; OM - Ống mao; BCCA- Bình chứa cao áp
NT1- Dàn ngưng chính; NT2 - Dàn ngưng phụ; BH1- Dàn
lạnh chính; BH2 - Dàn lạnh phụ; V1,V2,V3,V4 – Van điều
chỉnh

OM2
OM1
V4
V1
Nước ngưng
Không khí ẩm
Không khí khô, lạnh
Buồng
sấy
V2
BCCA
BH2
BH1

MN
NT1
NT2
V3
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009

3


Nguyên lý làm việc: Không khí sau khi trao ñổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng sấy sẽ ñược
hồi lưu về lại dàn lạnh phụ 3. Tại ñây nó ñược làm lạnh, tách ẩm sơ bộ ñến nhiệt ñộ t
2
rồi tiếp
tục theo ñường ống 13 về dàn lạnh chính 8. Không khí tiếp tục ñược làm lạnh và tách ẩm cho
ñến nhiệt ñộ t
1
. Không khí khô lạnh ñược tiếp tục ñược cho qua dàn nóng chính 7, tại ñây
không khí ñược gia nhiệt ñẳng dung ẩm ñến nhiệt ñộ t
3
và ñi vào buồng sấy ñể thực hiện quá
trình trao ñổi nhiệt ẩm với vật ẩm.
Các thông số của mô hình: Môi chất: R22; Máy nén: Công suất lạnh 18000Btu/h; Dàn lạnh:
hai dàn, diện tích: 0,672 m
2
/dàn; Dàn nóng: hai dàn, diện tích: 0,832 m
2
/dàn; Quạt: hai cái,
công suất: 100W/cái; Thể tích bình chứa cao áp: ; Ống mao: hai ống, chiều dài mỗi ống: 1m;
Kích thước buồng sấy: 660x600x520mm; Kích thước ñường ống gió: 150x150mm.

1 - Máy nén
2 – Quạt
3 – Dàn lạnh phụ
4 – Bình chứa cao áp
5 – Dàn ngưng phụ
6 – ðiện trở
7 – Dàn ngưng chính
8 – Dàn lạnh chính
9 – Bypass
10 – Buồng sấy
11 – Khay sấy
12 - Ống gió hồi
13 - Ống gió cấp

Nöôùc
ngöng
Nöôùc ngöng
11
13
12
10
8
5
9
6 7
2
4
2

3
1
MAËT CAÉT: AA
AA
Hình 6: Sơ ñồ cấu tạo mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt
Hình 7: Mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009

4

2) Thí nghiệm ñánh giá khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn bay hơi
- Mục ñích: Xác ñịnh nhiệt ñộ không khí sau dàn lạnh và lượng nước ngưng thu ñược,
nhằm ñánh giá khả năng làm lạnh tách ẩm của các dàn lạnh.
- Kết quả thí nghiệm:
τ
(phút)
t
0
(
0
C)
P
0

(at)
t
k

(
0

C)
P
k

(at)
t
mt

(
0
C)
t
ư

(
0
C)
t
2

(
0
C)
t
3

(
0
C)
I

(A)
G
n2

(g)
0 -11,5 2,5 36,5 13,7 28,5 27,2 20 37 8 0
15 -13,5 2,3 38 13,9 28,5 27 20,5 37,2 8,1 275
30 -13,5 2,3 37 13,8 28,4 27,3 20,5 37,2 8 560
45 -14 2,2 35 13,6 28,2 27,3 20,2 37 7,9 855
60 -12 2,4 38,5 14,08 28,2 27,4 20,5 37 8 1140

τ
(phút)
t
0

(
0
C)
P
0

(at)
t
k

(
0
C)
P

k

(at)
t
mt

(
0
C)
t
ư

(
0
C)
t
1

(
0
C)
t
3

(
0
C)
I
(A)
G

n1

(g)
0 -10,2 2,6 37 13,8 28,4 27,6 15 36,5 7,8 0
15 -11 2,5 38 14 28,4 27,5 15,2 37 8,2 295
30 -10,2 2,6 38,5 14,08 28,4 27,5 14,5 37 8,1 615
45 -11 2,5 38 14 28,2 27,5 14,8 37,3 8,1 955
60 -12 2,4 38 14 28,5 27,4 14,5 37,5 8 1365



- ðánh giá kết quả:
Khi sử dụng hai dàn lạnh song song thì nhiệt ñộ không khí sau dàn lạnh thấp hơn, lượng
nước ngưng thu ñược lớn hơn rất nhiều so với khi sử dụng một dàn lạnh (trong khi ñó công
suất máy nén không ñổi). ðồng thời hiệu quả bơm nhiệt tăng lên do giảm ñược chênh lệch
giữa nhiệt ñộ ngưng tụ và bay hơi.
Khi cho không khí ñi bypass qua dàn lạnh càng nhiều thì nhiệt ñộ không khí sau dàn lạnh
càng giảm và lượng nước ngưng tăng lên.
3) Thí nghiệm xác ñịnh thời gian sấy
- Mục ñích: Xác ñịnh thời gian sấy với hai chế ñộ sấy có hồi lưu và không có hồi lưu cho
cùng một loại vật liệu nhằm ñánh giá hiệu quả của hai chế ñộ sấy này.
- Kết quả:
τ
(phút)
t
0
(
0
C)
P

0

(at)
t
k

(
0
C)
P
k

(at)
t
mt

(
0
C)
t
ư

(
0
C)
t
1

(
0

C)
t
2

(
0
C)
t
3

(
0
C)
I
(A)
G
n

(g)
0 -4 3,5 39,5 14,4 31,5 28 4 21,5 37,5 9 0
15 -3 3,65 40 14,9 31 28 5.5 21,5 39 8,9 355
30 -2,5 3,75 40 14,9 29,5 27 6 21 39,8 8,8 855
45 -3,5 3,55 40,1 15 29,2 27 5.5 21 39,8 8,8 1400
60 -3 5,65 40 14,9 28,5 27 5 20,5 39 8,7 1940
Bảng 1: Chỉ sử dụng dàn lạnh phụ (dàn lạnh sử dụng 2 bypass)
Bảng 2: Chỉ sử dụng dàn lạnh chính (sử dụng 3 bypass)
Bảng 3: sử dụng ñồng thời 2 dàn lạnh song song
K YU HI NGH SINH VIấN NGHIấN CU KHOA HC NM 2009

5

- Nhn xột:
Khi sy hi lu thi gian sy ủng cong gim m thp hn so vi khi sy khụng hi lu, do
ủú cụng sut ủin tiờu th khi sy hi lu s gim xung.
III. Kt lun
Thụng qua phõn tớch ủỏnh giỏ cỏc phng phỏp lm lnh khụng khớ trong dn lnh bay hi,
ti ủó xõy dng ủc mụ hỡnh thc nghim thit b sy s dng Bm nhit ủỏp ng ủc
cỏc yờu cu ủ ra. C th ch s dng mỏy lnh ủiu hũa nhng mụ hỡnh ủó lm lnh khụng khớ
xung ti 4
0
C. iu ny cú ý ngha vụ cựng to ln cho trong vn ủ nõng cao th sy, h thp
hn na nhit ủ sy nhm ủỏp ng cỏc vt sy cú yờu cu cht lng sn phm cao. Sy hi
lu s gim ủc thi gian sy so vi khi sy hi lu, hn na khi sy cỏc sn phm quý nh
dc liu (yờu cu khụng khớ mang vo sy phi tht sch) sy hi lu s lm gim chi phớ x
lý khụng khớ trc khi ủa vo sy.
Ti liu tham kho
[1] PGS.TS. Hong Ngc ng, Nghiờn cu h thng sy nhit ủ thp s dng bm nhit trong
cụng ngh sy nụng sn; ti cp b nm 2008
[2] Nguyn c Li, Phm Vn Tựy, K thut lnh ng dng. Nh xut bn giỏo dc, 2003

[3] Nguyn Mnh Hựng, Quỏ trỡnh lm lnh v tỏch m trong sy lnh dựng bm nhit,
[4] Bựi Tun Sn, Vừ Nh Quang, Nghiờn cu thc nghim sy nụng sn thc phm nhit ủ thp.
Tuyn tp Bỏo cỏo hi ngh sinh viờn nghiờn cu khoa hc ln th 6

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
Thồỡi gian (phuùt)
ọỹ ỏứm vỏỷt sỏỳy (%)
Họửi lổu Khọng họửi lổu
Hỡnh 8: th ủng cong gim m
(thớ nghim trờn c rt vi khi lng 2 kg, nhit ủ
mụi trng t = 32
0
C, ủ m = 90%)