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

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

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

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 nguyên 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

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

I, kJ/kgkk

d, g/kgkk

t

t

2

3'

1

3 t

d

=

3 2

1

1 2 3

Hình 4: Sơ đồ nguyên 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

3

Nguyên lý làm việc: Khơng khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng sấy sẽ được

hồi lưu về lại dàn lạnh phụ 3 Tại đây nĩ được làm lạnh, tách ẩm sơ bộ đến nhiệt độ t2 rồi tiếp tục theo đường ống 13 về dàn lạnh chính 8 Khơng khí tiếp tục được làm lạnh và tách ẩm cho đến nhiệt độ t1 Khơng khí khơ lạnh được tiếp tục được cho qua dàn nĩng chính 7, tại đây khơng khí được gia nhiệt đẳng dung ẩm đến nhiệt độ t3 và đi vào buồng sấy để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm với vật ẩm

Các thơng số của mơ hình: Mơi chất: R22; Máy nén: Cơng suất lạnh 18000Btu/h; Dàn lạnh:

hai dàn, diện tích: 0,672 m2/dàn; Dàn nĩng: hai dàn, diện tích: 0,832 m2/dàn; Quạt: hai cái, cơng 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 đường ống giĩ: 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 giĩ hồi

13 - Ống giĩ cấp

Nước ngưng

Nước ngưng

11

13 12

10

8

2 4

2 3

1

MẶT CẮT: AA

A A

Hình 6: Sơ đồ cấu tạo mơ hình thực nghiệm Bơm nhiệt

Hình 7: Mơ hình thực nghiệm Bơm nhiệt

4

2) Thắ nghiệm ựánh giá khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn bay hơi

- Mục ựắch: Xác ựịnh nhiệt ựộ không khắ sau dàn lạnh và lượng nước ngưng thu ựược,

nhằm ựánh giá khả năng làm lạnh tách ẩm của các dàn lạnh

- Kết quả thắ nghiệm:

τ

(phút)

t0 (0C)

P0 (at)

tk (0C)

Pk (at)

tmt (0C)

tư (0C)

t2 (0C)

t3 (0C)

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)

t0 (0C)

P0 (at)

tk (0C)

Pk (at)

tmt (0C)

tư (0C)

t1 (0C)

t3 (0C)

I (A)

Gn1 (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

- đánh giá kết quả:

Khi sử dụng hai dàn lạnh song song thì nhiệt ựộ không khắ sau dàn lạnh thấp hơn, lượng nước ngưng thu ựược lớn hơn rất nhiều so với khi sử dụng một dàn lạnh (trong khi ựó công suất máy nén không ựổi) đồng thời hiệu quả bơm nhiệt tăng lên do giảm ựược chênh lệch giữa nhiệt ựộ ngưng tụ và bay hơi

Khi cho không khắ ựi bypass qua dàn lạnh càng nhiều thì nhiệt ựộ không khắ sau dàn lạnh càng giảm và lượng nước ngưng tăng lên

3) Thắ nghiệm xác ựịnh thời gian sấy

- Mục ựắch: Xác ựịnh thời gian sấy với hai chế ựộ sấy có hồi lưu và không có hồi lưu cho

cùng một loại vật liệu nhằm ựánh giá hiệu quả của hai chế ựộ sấy này

- Kết quả:

τ

(phút)

t0

(0C)

P0 (at)

tk (0C)

Pk (at)

tmt (0C)

tư (0C)

t1 (0C)

t2 (0C)

t3 (0C)

I (A)

Gn (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 chắnh (sử dụng 3 bypass)

Bảng 3: sử dụng ựồng thời 2 dàn lạnh song song

5

- Nhận xĩt:

Khi sấy hồi lưu thời gian sấy ñường cong giảm ẩm thấp hơn so với khi sấy không hồi lưu, do

ñó công suất ñiện tiíu thụ khi sấy hồi lưu sẽ giảm xuống

III Kết luận

Thông qua phđn tích ñânh giâ câc phương phâp lăm lạnh không khí trong dăn lạnh bay hơi,

ðề tăi ñê xđy dựng ñược mô hình thực nghiệm thiết bị sấy sử dụng Bơm nhiệt ñâp ứng ñược câc yíu cầu ñề ra Cụ thể chỉ sử dụng mây lạnh ñiều hòa nhưng mô hình ñê lăm lạnh không khí xuống tới 40C ðiều năy có ý nghĩa vô cùng to lớn cho trong vấn ñề nđng cao thế sấy, hạ thấp hơn nữa nhiệt ñộ sấy nhằm ñâp ứng câc vật sấy có yíu cầu chất lượng sản phẩm cao Sấy hồi lưu sẽ giảm ñược thời gian sấy so với khi sấy hồi lưu, hơn nữa khi sấy câc sản phẩm quý như dược liệu (yíu cầu không khí mang văo sấy phải thật sạch) sấy hồi lưu sẽ lăm giảm chi phí xử

lý không khí trước khi ñưa văo sấy

Tăi liệu tham khảo

[1] PGS.TS Hoăng Ngọc ðồng, Nghiín cứu hệ thống sấy ở nhiệt ñộ thấp sử dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy nông sản; ðề tăi cấp bộ năm 2008

[2] Nguyễn ðức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kĩ thuật lạnh ứng dụng Nhă xuất bản giâo dục, 2003

[3] Nguyễn Mạnh Hùng, Quâ trình lăm lạnh vă tâch ẩm trong sấy lạnh dùng bơm nhiệt,

[4] Bùi Tuấn Sơn, Võ Như Quang, Nghiín cứu thực nghiệm sấy nông sản thực phẩm ở nhiệt ñộ thấp

Tuyển tập Bâo câo “hội nghị sinh viín nghiín cứu khoa học” lần thứ 6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Thời gian (phút)

Hồi lưu Không hồi lưu

Hình 8: ðồ thị ñường cong giảm ẩm

(thí nghiệm trín că rốt với khối lượng 2 kg, nhiệt ñộ môi trường t = 32 0 C, ñộ ẩm φ = 90%)