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) Không khí chuyển ñộng ngược chiều với môi chất lạnh trong dàn lạnh ðường cong làm lạnh khử ẩm không khí là một ñường 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 ñường ñi của không khí qua dàn lạnh - Không khí chuyển ñộng bypass nhiều lần qua dàn lạnh (hình 3) - Sử dụng song song hai dàn lạnh. 2. Nghiên cứu thực nghiệm 1) Sơ ñồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt Hình 2: Không khí chuyển ñộng cùng chiều với môi chất lạnh Hình 1: Không khí chuyển ñộng cùng chiều với môi chất lạnh t,°C f/3 f t t'' t'' t 1 2'B 2 2 2B Khoâng khí vaøo Khoâng khí ra Moâi chaát vaøo Moâi chaát ra t Hình 3: Không khí chuyển ñộng bypass qua dàn lạnh Hình 5: Quá trình sấy kín trên ñồ thị I-d 12- Quá trình gia nhiệt ñẳng 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 d d 3 t d= 3 2 1 1 2 3 Hình 4: Sơ ñồ nguyên lý mô 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 ñiều chỉnh OM2 OM1 V4 V1 Nöôùc ngöng Khoâng khí aåm Khoâng khí khoâ, laïnh Buoàng saáy 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 t2 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 t1. 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 t3 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 m2/dàn; Dàn nóng: hai dàn, diện tích: 0,832 m2/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) 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 - 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) 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 chính (sử dụng 3 bypass) Bảng 3: sử dụng ñồng thời 2 dàn lạnh song song KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009 5 - Nhận xét: 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 tiêu thụ khi sấy hồi lưu sẽ giảm xuống. III. Kết luận Thông qua phân tích ñánh giá các phương pháp làm lạnh 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. Cụ thể chỉ sử dụng máy lạnh ñiều hòa nhưng mô hình ñã làm lạnh không khí xuống tới 40C. 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. Sấy hồi lưu sẽ giảm ñược thời gian sấy so với khi sấy hồi lưu, hơn nữa khi sấy các sản phẩm quý như dược liệu (yêu cầu không khí mang vào sấy phải thật sạch) sấy hồi lưu sẽ làm giảm chi phí xử lý không khí trước khi ñưa vào sấy. 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 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Thåìi gian (phuït) Â äü áøm v áût s áúy ( % ) Häöi læu Khäng häöi læu Hình 8: ðồ thị ñường cong giảm ẩm (thí nghiệm trên cà rốt với khối lượng 2 kg, nhiệt ñộ môi trường t = 320C, ñộ ẩm φ = 90%)