Ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh đến khả năng tách ẩm không khí trong hệ thống sấy lạnh

Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁCH BỐ TRÍ DÀN LẠNH ðẾN 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 ðẠI PHÚ Lớp 05N1, Khoa Công nghệ Nhiệt - ðiện lạnh, Trường ðại học Bách khoa ðà nẵng. GVHD: PGS.TS.HOÀNG NGỌC ðỒNG Khoa Công nghệ Nhiệt - ðiện lạnh, Trường ðại học Bách khoa ðà nẵng. TÓM TẮT Báo cáo trình bày các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh ñến 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. 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. ðặt vấn ñề : Ngày nay với yêu cầu về chất lượng các sản phẩm sấy ngày càng cao, nhất là ngoài yêu cầu về ñộ khô, một số sản phẩm còn ñòi hỏi phải ñảm bảo ñược màu sắc, hương vị chất dinh dưỡng và bảo toàn trạng thái của sản phẩm. Các phương pháp sấy ở nhiệt ñộ cao có thể phá hủy các chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protein, ...và làm thay ñổi chất lượng sản phẩm. Vì vậy, ñể ñáp ứng ñược yêu cầu về màu sắc, mùi vị tư nhiên sau quá trình sấy. Do ñó, người ta ñã áp dụng phương pháp sấy ở nhiệt ñộ thấp, trong ñó phương pháp sấy sử dụng bơm nhiệt tỏ ra có hiệu quả hơn cả. Phương pháp này có các ưu ñiểm sau: Phù hợp với ñiều 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 ñể sấy khô các vật phẩm không chịu ñược nhiệt ñộ cao, chất lượng, màu sắc và mùi vị của sản phẩm sấy ñược 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 ñịnh ñến hiệu quả sấy trong buồng sấy. Chính vì thế cần phải nghiên cứu ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh ñến khả năng tách ẩm không khí trong hệ thống sấy lạnh. Từ ñó tìm ra cách bố trí dàn lạnh thích hợp nhất ñể tận dụng hết khả năng tách ẩm của dàn lạnh trong hệ thống bơm nhiệt. Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 2 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 ñịnh ñến thế sấy chính là quá trình làm lạnh, tách ẩm không 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 ñường ñi của không khí qua dàn lạnh - Không khí chuyển ñộng 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 ñồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt BH1 BH 2 Kho âng kh í va øo K ho âng kh í ra t 1 t 2 2 't1t Kho ân g kh í ra K ho âng kh í va øo BH2BH 1 t,°C f /3 f t t'' t '' t 1 2 'B 2 2 2B K ho âng k h í va øo K ho ân g kh í ra M o âi ch a át va øo M o âi ch a át ra t Hình 1: Không khí chuyển ñộng bypass qua dàn lạnh Hình 2: Dàn lạnh mắc song song Hình 3: Dàn lạnh mắc nối tiếp NT2 NT1 MN BH1 BH2 V2 Buoàng saáy Khoâng khí aåm Nöôùc ngöng V1 V1 Nöôùc ngöng Khoâng khí aåm Khoâng khí khoâ, laïnh Buoàng saáy V2 BH2 BH1 MN NT1 NT2 V4 V3 TL T6 V7 V5 V3 V4 V7 V8TL TL Khoâng khí khoâ, laïnh 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 ñiều chình Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 3 321 1 2 3 =d t 3 dd 1 3' 2 t t d, g/kgkk I, kJ/kgkk Hình 7: Sơ ñồ cấu tạo mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt 1 – Máy nén;2 – Van tiết lưu; 3 – Van ñiều chỉnh, 4 – Quạt hướng trục; 5 – Dàn bay hơi 1, 6 – Dàn bay hơi 2; 7 – Quạt lồng sóc, 8 – Dàn ngưng phụ; 9 – ðường ống gió; 10 – Hầm sấy;11 – Khay sấy; 12 – Dàn ngưng chính Hình 6: Quá trình sấy kín trên ñồ thị I- d 1- 2: Quá trình gia nhiệt ñẳng 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 ñổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng sấy và giảm xuống nhiệt ñộ t3 sẽ ñược hồi lưu về lại hai dàn lạnh .Tại ñây không khí ñược làm lạnh, và tách ẩm ñến nhiệt ñộ t1 rồi ñươc quạt hút và thổi qua dàn ngưng phụ ñể nâng lên nhiệt ñộ t2. Tiếp tục ñi vào buồng sấy trao ñổi 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 m2/dàn; Dàn nóng: hai dàn, diện tích: 0,08 m2/dàn; Quạt: hai cái, công suất: 100 W; Kích thước buồng sấy: 400x200x250mm; Kích thước ñường ống gió: Φ114 mm. 12345678 9 10 11 12 Hình 8: Mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 4 2.2.2. 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 và tách ẩm không khí của các dàn lạnh. - Kết quả thí nghiệm: τ (phút) t1 [ 0C] t2 [ 0C] t3 [0C] tmt [ 0C] P1 [bar] P2 [bar] P3 [bar] ϖ % I [A] Gn [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 - 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 τ t1 [ 0C] t2 [ 0C] t3 [0C] tmt [ 0C] P1 [bar] P2 [bar] P3 [bar] ϖ % I [A] Gn [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 - ðánh giá kết quả: Khi sử dụng hai dàn lạnh mắc song song thì nhiệt ñộ không khí sau dàn lạnh xuống thấp nhanh hơn, lượng nước ngưng thu ñược lớn hơn so với khi sử dụng hai dàn lạnh mắc nối tiếp (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. 2.2.3. Thí nghiệm xác ñịnh thời gian sấy - Mục ñích: Xác ñịnh thời gian sấy với hai chế ñộ sấy mắc nối tiếp và mắc song song cho cùng một loại vật liệu nhằm ñánh giá hiệu quả của hai chế ñộ sấy này. - Kết quả: Bảng 1: Sử dụng hai dàn lạnh mắc nối tiếp Bảng 2: Sử dụng hai dàn lạnh mắc song song Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 5 - Nhận xét: Khi sấy ở chế ñộ mắc song song thì ñường cong giảm ẩm thấp hơn so với khi sấy ở chế ñộ mắc nối tiếp. Khả năng tách ẩm của dàn bố trí song song là lớn hơn so với cách bố trí nối tiếp, ñiều này có ý nghĩa là tăng khả năng thoát ẩm và giảm thời gian sấy. 3. Kết luận Thông qua phân tích ñánh giá các phương pháp làm lạnh, tách ẩm không khí trong dàn lạnh bay hơi. ðề tài ñã xây dựng ñược mô hình thực nghiệm thiết bị sấy sử dụng Bơm nhiệt ñáp ứng ñược các yêu cầu ñề ra, mô hình có thể hạ nhiệt ñộ sau dàn lạnh xuống gần 80C ñể bảo ñảm chế ñộ sấy phù hợp với vật sấy. ðiều này có ý nghĩa vô cùng to lớn cho trong vấn ñề nâng cao thế sấy, hạ thấp hơn nữa nhiệt ñộ sấy nhằm ñáp 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 ðồng, Nghiên cứu hệ thống sấy ở nhiệt ñộ thấp sử dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy nông sản; ðề tài cấp bộ năm 2008 [2] Nguyễn ðức 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 ñộ thấp. Tuyển tập Báo cáo “hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học” lần thứ 6 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 0 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 Thå ìi g ian (phu ït) Â äü áøm v áût s áúy ( % ) So ng s o ng N ?i t i?p Hình 9: ðồ thị ñường cong giảm ẩm (thí nghiệm trên cà rốt với khối lượng 500 g, nhiệt ñộ môi trường t = 320C, ñộ ẩm φ = 90%)