NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CẤP DỊCH DÀN LẠNH ĐẾN THỜI GIAN CẤP ĐÔNG THỰC PHẨM

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


23
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CẤP DỊCH DÀN
LẠNH ĐẾN THỜI GIAN CẤP ĐÔNG THỰC PHẨM
A STUDY ON THE INFLUENCE OF EVAPORATOR LIQUID SUPPLY METHODS
ON FOOD FREEZING TIME

Võ Chí Chính - Nguyễn Thành Văn
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Vic la chn phương php cp dch cho cc dn lnh l mt vn đ rt quan trng
trong thit k v lp đt cc h thng lnh công nghip , n liên quan đn thi gian lm lnh
thc phm.
Trong bài báo này, chng tôi đ tin hnh phân tch v gii thiu cc đc điểm ca cc
phương pháp cp dch cho dn lnh ca cc h thng lnh công nghip , kt qu xc đnh h s
to nhit ca môi cht sôi bên trong cc dn lnh v tnh ton thi gian lm lnh ca cc h
thng cp đông vi cc phương php cp dch khc nhau.
Kt qu nghiên cứu cho bit thi gian cp đông cc loi sn phm vi cc qui cch k
thut khc nhau v ch ra nh h ưởng ca phương pháp cp dch đn thi gian cp đông thc
phm. Đ l cơ sở để la chn hp l phương php cp dch thc t .
ABSTRACT
The choice of methods for evaporator liquid supply is very important in the design and
installation of industrial refrigeration systems because it is related to the time for cooling food.
In this article we analyzed and presented features of methods for evaporator liquid
supply in industrial refrigeration systems, results of determination of the thermal diffusivity of the
boiling agent in the evaporator and freezing time of refrigeration systems with different agent
supply methods.
The studying results show time for freezing product with different specifications and the

influence of liquid supply method on food freezing time. This is the practical basis for
reasonable choice of agent supply methods.
1. Đặt vấn đề
Trong tài liệu [1] chúng tôi đã giới thiệu một số phương pháp cấp dịch dàn lạnh
và đã tiến hành phân tích ưu nhược điểm của mỗi phương pháp. Trong bài báo này
chúng tôi sẽ tiến hành xác định ảnh hưởng của phương pháp cấp dịch dàn lạnh đến thời
gian cấp đông của các tủ đông tiếp xúc.
Đối với các hệ thống lạnh công nghiệp, có thể lựa chọn 3 phương pháp cấp dịch
cho các dàn lạnh cụ thể như sau:
− Phương pháp tiết lưu trực tiếp vào các dàn lạnh.
− Phương pháp cấp dịch kiểu ngập dịch.
− Phương pháp cấp dịch bằng bơm.
TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 5(34).2009


24
1.1. Phng phỏp tit lu trc tip
Vi phng phỏp tit lu trc tip, mụi cht lnh sau tit lu i trc tip vo dn
lnh khụng qua bt c khõu trung gian no (hỡnh 1). õy l phng phỏp c s dng
ch yu trong cỏc h thng cụng sut nh v trung bỡnh.

u im ca phng phỏp ny l n gin, khụng ũi hi phi cú thờm thit b
i kốm, thit b tit lu s dng cú th l van tit lu tay, ng mao hoc van tit l u t
ng. Tuy nhiờn van tit lu tay ch nờn s dng cho cỏc h thng cú ph ti tng i
n nh trỏnh ngp dch dn lnh.
Vi vic cp dch trc tip, mụi cht lnh bờn trong dn lnh l hi bóo ho m
nờn hiu qu trao di nhit so vi dch lng bóo ho kộm hn nhiu, kt qu thi gian
lm lnh s lõu hn. Do ú phng phỏp ny ớt c s dng trong cỏc h cp ụng.
1.2. Phng phỏp cp dch kiu ngp lng
Phng phỏp cp dch kiu ngp lng thc hin giỏn tip qua bỡnh gi mc. Ban

u mụi cht c tit lu vo bỡnh gi mc, ú dch lng bóo ho v hi bóo ho khụ
c tỏch riờng bit. Dch lng bóo ho chy t nhiờn v dn lnh v hi bóo ho khụ
c hỳt v mỏy nộn, hi mụi cht u ra dn lnh cng c a v li bỡnh gi mc
trc khi c hỳt v mỏy nộn (hỡnh 2). Mc dch trong bỡnh gi mc c duy trỡ nh
van phao nhm trỏnh hỳt lng v mỏy nộn.
Hồi vóử
Van TL
Bỗnh GM
Daỡn laỷnh
Daỡn laỷnh
Hồi vóử
Van TL
Van phao
Bỗnh GM

ỳ ứ

Hỡnh 2. Tit lu kiu ngp dch
H thng lnh trong trng hp ny cú hiu qu trao i nhit ln hn phng
phỏp tit lu trc tip vỡ bờn trong dn lnh l dch lng cú kh nng trao i nhit tt.
Tuy nhiờn, nú ũi hi phi cú bỡnh gi mc v thit b ph i kốm. Mt khỏc do dch
Hỗnh 1. Tióỳt lổu trổỷc tióỳp
Loớng vaỡo
Hồi ra
Daỡn laỷnh
Nổồùc ngổng
Van tióỳt lổu
TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 5(34).2009

25
lng bờn trong dn lnh chuyn ng i lu t nhiờn vi tc chm nờn mun nõng
cao hn na hiu qu trao i nhit cn tng tc chuyn ng bng bm dch.
1.3. Phng phỏp cp dch bng bm
Nhm gim thi gian lm lnh cỏc h thng cp ụng hin i cú cụng sut
ln ngi ta s dng phng phỏp cp dch bng bm. Mụi cht lnh trc ht c tit
lu vo bỡnh cha h ỏp, sau ú c bm a n dn lnh, nh chuyn ng i lu
cng bc vi tc rt ln bờn trong dn lnh nờn hiu qu trao i nhit cao v thi
gian lm lnh nhanh hn (hỡnh 3).
i vi h thng cp dch bng bm ũi hi phi cú bỡnh cha h ỏp, nú úng
vai trũ tr dch cho bm hot ng v tỏch lng mụi cht sau dn lnh. Ngoi ra i kốm
theo bỡnh cha h ỏp cú khỏ nhiu thit b ph khỏc nờn chi phớ khỏ cao.
Bỗnh chổùa haỷ aùp
Bồm cỏỳp dởch
Tuớ cỏỳp õọng


Vóử maùy neùn
DP

Hỡnh 3. Cp dch bng bm
Do c im trng thỏi v tc chuyn ng ca mụi cht bờn trong dn lnh
rt khỏc nhau ng vi cỏc phng phỏp cp dch, nờn hiu qu trao i nhit sai khỏc
nhau rt ln. Vỡ vy thi gian cp ụng chu nh h ng nhiu bi phng phỏp cp
dch. Phn di õy s tin hnh nghiờn cu v vn ú.
2. Xỏc nh thi gian cp ụng
2.1. Mụ hỡnh bi toỏn truyn nhit t ụng tip xỳc
Trong t ụng tip xỳc, thc phm cú dng khi hp (block) ng trong cỏc
khay v c xp lờn cỏc tm lc. Khi cp ụng cỏc khi thc phm s tip xỳc 2 mt
vi cỏc tm lc v c lm lnh t hai phớa.

Mụ hỡnh bi toỏn truyn nhit t ụng tip xỳc c trỡnh by trờn hỡnh 4. Bờn
ngoi cỏc tm lc l cỏc khay thc phm t tip xỳc trc tip, bờn trong l mụi cht
lnh va chuyn ng va bay hi. Do vt liu tm lc l hp kim nhụm v khay cp
ụng l nhụm u cú h s dn nhit ln nờn, nhit tr ca chỳng rt nh. Bờn trong cỏc
tm lc cú kt cu rng v chia ra lm nhiu ngn tng bn ca tm lc, vỡ vy cú
th coi s to nhit bờn trong ca mụi cht lnh tng ng bờn trong ng ng cú
ng kớnh tng ng d no ú.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009


26
Thùc phÈm
M«i chÊt l¹nh
Khay cÊp ®«ng
Th©n tÊm l¾c
2δ
t, °C
x
M«i chÊt l¹nh
α
Thùc phÈm


Hình 4. Mô hình bài toán
2.2. Thời gian cấp đông
Kết quả giải bài toán cân bằng nhiệt và truyền nhiệt mô hình tủ đông tiếp xúc
cho ta công thức tìm thời gian cấp đông như sau [2]:








λ
δ
+
λ
δ
+
α∆
δρ
=τ
∑
i
i1
t
..q
m
(1)
Trong đó:
− q- Nhiệt lượng do 1 kg thực phẩm toả ra khi cấp đông: q = i
1
– i
2
− ρ- Khối lượng riêng thực phẩm, kg/m
, J/kg;
3
− δ- Chiều dày từ bề mặt đến tâm khối thực phẩm, m;
;

− ∆t - Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa tâm khối thực phẩm và môi chất
lạnh, K;
− λ
m
− α- Hệ số toả nhiệt từ vách ra môi chất lạnh, W/m
- Hệ số dẫn nhiệt trung bình của thực phẩm trong quá trình cấp đông,
W/m.K;
2
− δ
.K;
i
, λ
i
Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm trong quá trình đông lạnh được xác định theo
công thức [2]:
- Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của tấm lắc, khay cấp đông …

)t1(tlg
B
1
A
kt
om
−+
+
+λ=
λ
λ
λ
(2)

trong đó:
− λo - Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm khi chưa kết tinh, W/m.K
− Aλ, Bλ - Các hằng số thực nhiệm của các loại thực phẩm, lấy theo tài
liệu [2].
− t, tkt - Nhiệt độ thực phẩm kết đông và nhiệt độ kết tinh của nó, hầu hết
các thực phẩm có điểm kết tinh khoảng -1
o
C.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009


27
2.3. Kết quả tính toán
2.3.1. Hệ số toả nhiệt về phía môi cht lạnh
Để xác định thời gian cấp đông cần phải xác định hệ số toả nhiệt của môi chất
lạnh chuyển động bên trong đường ống.
Việc xác định hệ số toả nhiệt của môi chất bên trong các tấm lắc vừa phải tính
đến yếu tố sôi vừa phải tính đến yếu tố chuyển động của dòng môi chất
Khi môi chất chuyển động và sôi trong ống hệ số toả nhiệt không chỉ phụ thuộc
vào phụ tải nhiệt q mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của nó. Trong trường hợp
này hệ số toả nhiệt được xác định theo công thức [3]:

dl
s
l
d
1
α
α
+=

α
α
(3)
trong đó:
− Hệ số toả nhiệt khi vừa sôi vừa chuyển động, W/m
2
− αR
đl
.K
- Hệ số toả nhiệt khi môi chất chuyển động ống nhưng không sôi,
W/m
2
− α
.K.
s
- Hệ số toả nhiệt khi môi chất sôi trong ống nh ưng không chuyển
động, W/m
2
Các kết quả tính toán cho các trường hợp cấp dịch khác nhau cho dàn lạnh được
thể hiện trên hình 5. Trong đó d (mm) là đường kính tương đương của khe hẹp môi chất
chuyển động bên trong các tấm lắc. Thông th ường bề dày phủ bì của các tấm lắc là
22mm, do đó đường kính tương đương tính toán được là 18mm.
.K
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000

7,000
8,000
9,000
10 12 14 16 18 20 22
d, [ mm]
α, [W/m2.K]
Bơm d ịch
Ngập lỏng
Tiết lưu tt

Hình 5. Hệ số toả nhiệt bên trong dàn lạnh
Từ kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt α bên trong dàn lạnh , biểu din trên h ình 5
cho thấy: Khi cấp dịch bằng b ơm hệ số tỏa nhiệt α có giá trị lớn nhất và lớn h ơn rất
nhiều so với hệ số toả nhiệt khi cấp dịch kiểu ngập lỏng hoặc tiết lưu trực tiếp.