nguyễn đức lợi Đại học Bách khoa Hμ Nội Tóm tắt: Bμi báo bμn về quá trình lμm lạnh vμ tách ẩm từ dòng không khí đi qua dμn bay hơi bơm nhiệt dùng trong hệ thống sấy vμ trong dμn lạnh
Trang 1Quá trình lμm lạnh vμ tách ẩm trong sấy lạnh dùng bơm nhiệt
ThS nguyễn mạnh hùng
Bộ môn Kỹ thuật nhiệt Khoa Cơ khí - Trường ĐH GTVT
PGS TS nguyễn đức lợi
Đại học Bách khoa Hμ Nội
Tóm tắt: Bμi báo bμn về quá trình lμm lạnh vμ tách ẩm từ dòng không khí đi qua dμn bay
hơi bơm nhiệt dùng trong hệ thống sấy vμ trong dμn lạnh dùng nước lạnh hoặc nước muối lạnh
có hướng chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều Từ hiệu quả của trao đổi nhiệt ngược chiều, bμi báo cũng đề nghị một hệ thống mắc nhiều bơm nhiệt nối tiếp để tiết kiệm năng lượng vận hμnh
Summary: The article discus on the process of Refrigeration and Dehumiditation of the
airstream in the evaporator of a heat pump using in a drying system and in a cooler using cold water or cold brine with parallel and counter flow From the effectiveness of the counterflow heat exchanger the article propose a system of many separate heat pump connection in row to save energy
i Mở đầu
Có nhiều tài liệu [1, 2, 3] đã đề cập đến
quá trình làm lạnh và tách ẩm trong sấy lạnh
dùng bơm nhiệt nói riêng và trong kỹ thuật sấy
dùng bơm nhiệt nói chung Theo chúng tôi,
cần bàn luận thêm về cách lý giải trong [2 và
3] về đường cong biến đổi trạng thái không
khí Vì quá trình làm lạnh và tách ẩm trong sấy
lạnh dùng bơm nhiệt là rất quan trọng nên
chúng tôi cũng đi sâu nghiên cứu về vấn đề
này Sau đây là những kết quả nghiên cứu đó
ii Nguyên lý hệ thống sấy bơm nhiệt
Hình 1 giới thiệu nguyên lý hệ thống sấy
dùng bơm nhiệt Gió ẩm từ buồng sấy được
quạt đẩy vào dàn lạnh ở đây, gió được làm
lạnh và khử ẩm, sau đó được sưởi ấm đẳng
dung ẩm ở dàn nóng rồi được phân phối đều
vào buồng sấy Trong buồng sấy, gió nhận
ẩm của sản phẩm thành không khí ẩm và
được đưa trở lại dàn lạnh để làm lạnh và tách
ẩm, khép kín vòng tuần hoàn Nước thoát ra ở
dàn lạnh được gom vào khay và dẫn vào
thùng chứa định lượng Nhờ lượng nước ngưng
thu được người ta biết được giai đoạn sấy và thời gian kết thúc nếu sấy theo mẻ Sấy bằng bơm nhiệt là quá trình sấy kín Tác nhân sấy
là không khí không đi qua biên của buồng sấy như những phương pháp sấy thông thường
Giá xếp sản phẩm Buồng sấy
Khay nước ngưng
Dàn nóng
Dàn lạnh Quạt
ống gió Máy nén
TL
Hình 1.
iii Phân loại quá trình lμm lạnh tách ẩm trong dμn lạnh
Có thể phân loại quá trình làm lạnh tách
ẩm ở dàn lạnh theo nhiệt độ dàn lạnh Nhiệt
độ dàn lạnh có thể bằng, thấp hơn và cao hơn nhiệt độ điểm sương
Trang 2Cũng có thể phân loại quá trình tách ẩm
ở dàn lạnh theo sự biến đổi nhiệt độ ở các
hàng ống trong dàn lạnh nước muối hoặc
nhiều dàn lạnh trực tiếp đặt nối tiếp nhau Sau
đây chúng ta sẽ xét một số trường hợp đó
3 1 Nhiệt độ bề mặt dàn lạnh lớn hơn
nhiệt độ điểm sương
Trường hợp này, không khí không có khả
năng tách ẩm Không khí chỉ có thể được làm
lạnh đẳng dung ẩm với độ ẩm tương đối tăng
Với giả thiết bề mặt dàn lạnh có nhiệt độ
giống nhau, trạng thái của không khí ra càng
gần điểm 2, khi bề mặt trao đổi nhiệt của dàn
lạnh càng lớn (xem hình 2)
1
2
2s
tS
i
= 100%
ϕ
2
d
Hình 2.
Trường hợp nhiệt độ dàn lạnh cao hơn
nhiệt độ điểm sương thì không khí chỉ có thể
đạt đến điểm 2 là điểm có nhiệt độ bề mặt
dàn lạnh Các điểm trên đường 1 - 2 biểu diễn
trạng thái hoà trộn sau mỗi hàng ống của dàn
lạnh Nếu dàn lạnh có nhiệt độ tS thì không khí
sẽ đạt đến điểm 2S có nhiệt độ tS và độ ẩm
tương đối đạt 100% nhưng vẫn không có đọng
sương trên bề mặt lạnh, tuy bề mặt lạnh có
thể lớn vô hạn
3 2 Nhiệt độ bề mặt dàn lạnh nhỏ hơn
nhiệt độ điểm sương
Hình 3 biểu diễn quá trình này Khi nhiệt
độ bề mặt dàn lạnh thấp hơn nhiệt độ điểm
sương tS với giả thiết nhiệt độ dàn lạnh không
đổi, ví dụ, dàn lạnh bay hơi trực tiếp có nhiệt
độ bay hơi t0 không đổi hoặc dàn nước phun
với nhiệt độ nước phun là đồng đều
d
i
1 2 2 2
2
t
' '' '''
Hình 3.
Quá trình biến đổi trạng thái này nằm trên đường thẳng nối liền giữa điểm 1 và điểm
2 Bề mặt trao đổi nhiệt càng lớn, trạng thái không khí ra khỏi dàn lạnh càng xích gần đến
điểm 2 nằm trên đường bão hoà Các điểm 2', 2", 2''' là các điểm hoà trộn giả thiết sau mỗi hàng ống của không khí đi vòng và không khí tiếp xúc với bề mặt dàn lạnh
Như vậy, muốn làm lạnh và khử ẩm nhất thiết phải có nhiệt độ bề mặt dàn lạnh thấp hơn nhiệt độ đọng sương Lượng ẩm tách ra là
d1 - d2
3.3 Nhiệt độ dàn lạnh thay đổi và không khí chuyển động ngược chiều với chất tải lạnh
Hình 4 biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái không khí nhiệt độ dàn lạnh thay đổi (ví
dụ dàn nước muối lạnh) chuyển động ngược chiều với dòng không khí được làm lạnh ở hàng ống a, nhiệt độ nước muối là ta, nhiệt độ không khí là t1 Giả thiết có 15% không khí có trao đổi nhiệt với bề mặt lạnh và đạt nhiệt độ
ta Khi hoà trộn với 85% không khí đi vòng qua dàn lạnh, ta được điểm hoà trộn 2' nằm trên đường thẳng nối giữa điểm 1 và ta ở hàng ống b cũng vậy ở đây điểm hoà trộn 2" nằm trên đường thẳng nối giữa điểm 2" và tb Tương tự điểm 2''' nằm trên đường thẳng nối giữa điểm 2" và tc, điểm 2 (không khí ra khỏi dàn) nằm trên đường thẳng nối hai điểm 2''' và
Trang 3td Trạng thái không khí biến đổi theo 1 đường
cong lõm Và nếu bề mặt trao đổi nhiệt là vô
hạn thì trạng thái không khí ra tiến gần đến
điểm td nằm trên đường bão hoà
1
''' 2
2 ''
' 2
2
tS a t b t c t d t
a b c
i
= 100%
ϕ
Chất tải lạnh
Không khí
Hình 4.
3.4 Nhiệt độ dàn lạnh thay đổi và
không khí chuyển động cùng chiều với
chất tải lạnh
td S
Chất tải lạnh
khí
t
ta
tc
b
Không d
= 100%
2
2
t
2
''' ''
1
'
Hình 5.
Hình 5 biểu diễn quá trình thay đổi trạng
thái của không khí khi nhiệt độ dàn, chất tải
lạnh thay đổi và dòng không khí chuyển động
cùng chiều với chất tải lạnh Các hàng ống
vẫn bố trí như hình 4, dòng không khí vẫn đi từ
phải sang trái Khi đó hàng ống a sẽ có nhiệt
độ lạnh nhất, mà không khí lại có nhiệt độ cao nhất nên điểm hoà trộn 2' nằm trên đường thẳng nối điểm 1 và ta Điểm hoà trộn 2" nằm trên đường nối điểm 2'tb và tương tự điểm hoà trộn 2''' nằm trên đường nối 2 điểm 2''tc và
điểm không khí ra 2 là điểm hoà trộn nằm trên
đường nối giữa 2''' và td Ta dễ dàng nhận thấy
đây là 1 đường cong lồi So sánh hiệu quả khử
ẩm ta thấy trực quan là chuyển động ngược dòng hiệu quả hơn
Để tăng cường hiệu quả tách ẩm và giảm tổn thất exergy ta có thể thiết kế nhiều bơm nhiệt nối tiếp để tăng hiệu quả tách ẩm với nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ khác nhau có chủ định như giới thiệu trong hình 6
40
20
0
40 0
C C
t, 0
30 C 0
0 0
C
-10C 0
Biến thiên nhiệt độ không khí
20 0
C
t 0 =
0 C 0
-40 C
= t
0 0
30 C
=
t R 0
40 C
=
t R 0
Không khí
ra 25 C 0
Hình 6.
iv kết luận
Với các phương án bố trí bơm nhiệt không khí/không khí với nhiệt độ bay hơi khác nhau liên tiếp có thể tạo ra được hiệu quả của thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều, giảm tiêu thụ điện năng đáng kể Chúng tôi sẽ bàn đến vấn đề này ở một bài báo sau
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ Hệ thống sấy
lạnh dùng bơm nhiệt ở Haihaco - Tạp chí KHCN Nhiệt, số 2 năm 1998
[2] Phạm Văn Tuỳ, Nguyễn Thanh Liêm, Dương
Văn Vường Bơm nhiệt không khí/không khí với
công nghệ hút ẩm và sấy khô Tạp chí KHCN Nhiệt, số 5 năm 2001
[3] Phạm Văn Tuỳ, Nguyễn Thanh Liêm, Nguyễn
Phong Nhã Khả năng sấy lạnh và khử ẩm của
bơm nhiệt không khí /không khí Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị Khoa học ĐH Bách khoa
