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) 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 ngun 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 f/3 f 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: Q trình sấy kín trên đồ thị I-d 12- Q trình gia nhiệt đẳng dung ẩm 23- Q trình sấy thực tế trong buồng sấy 31- Q 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 đồ ngun 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 KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009 3 Ngun 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 nó được làm lạnh, tách ẩm sơ bộ đến nhiệt độ t 2 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 t 1 . Khơng khí khơ lạnh được tiếp tục được cho qua dàn nóng chính 7, tại đây khơng khí được gia nhiệt đẳng dung ẩm đến nhiệt độ t 3 và đi vào buồng sấy để thực hiện q 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 m 2 /dàn; Dàn nóng: hai dàn, diện tích: 0,832 m 2 /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 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 Nước ngưng Nước ngưng 11 13 12 10 8 5 9 6 7 2 4 2 3 1 MẶT CẮT: AA AA Hình 6: Sơ đồ cấu tạo mơ hình thực nghiệm Bơm nhiệt Hình 7: Mơ 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) t 0 ( 0 C) P 0 (at) t k ( 0 C) P k (at) t mt ( 0 C) t ư ( 0 C) t 2 ( 0 C) t 3 ( 0 C) 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) t 0 ( 0 C) P 0 (at) t k ( 0 C) P k (at) t mt ( 0 C) t ư ( 0 C) t 1 ( 0 C) t 3 ( 0 C) I (A) G n1 (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) t 0 ( 0 C) P 0 (at) t k ( 0 C) P k (at) t mt ( 0 C) t ư ( 0 C) t 1 ( 0 C) t 2 ( 0 C) t 3 ( 0 C) I (A) G n (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 K YU HI NGH SINH VIấN NGHIấN CU KHOA HC NM 2009 5 - Nhn xột: Khi sy hi lu thi gian sy ủng cong gim m thp hn so vi khi sy khụng hi lu, do ủú cụng sut ủin tiờu th khi sy hi lu s gim xung. III. Kt lun Thụng qua phõn tớch ủỏnh giỏ cỏc phng phỏp lm lnh khụng khớ trong dn lnh bay hi, ti ủó xõy dng ủc mụ hỡnh thc nghim thit b sy s dng Bm nhit ủỏp ng ủc cỏc yờu cu ủ ra. C th ch s dng mỏy lnh ủiu hũa nhng mụ hỡnh ủó lm lnh khụng khớ xung ti 4 0 C. iu ny cú ý ngha vụ cựng to ln cho trong vn ủ nõng cao th sy, h thp hn na nhit ủ sy nhm ủỏp ng cỏc vt sy cú yờu cu cht lng sn phm cao. Sy hi lu s gim ủc thi gian sy so vi khi sy hi lu, hn na khi sy cỏc sn phm quý nh dc liu (yờu cu khụng khớ mang vo sy phi tht sch) sy hi lu s lm gim chi phớ x lý khụng khớ trc khi ủa vo sy. Ti liu tham kho [1] PGS.TS. Hong Ngc ng, Nghiờn cu h thng sy nhit ủ thp s dng bm nhit trong cụng ngh sy nụng sn; ti cp b nm 2008 [2] Nguyn c Li, Phm Vn Tựy, K thut lnh ng dng. Nh xut bn giỏo dc, 2003 [3] Nguyn Mnh Hựng, Quỏ trỡnh lm lnh v tỏch m trong sy lnh dựng bm nhit, [4] Bựi Tun Sn, Vừ Nh Quang, Nghiờn cu thc nghim sy nụng sn thc phm nhit ủ thp. Tuyn tp Bỏo cỏo hi ngh sinh viờn nghiờn cu khoa hc ln th 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Thồỡi gian (phuùt) ọỹ ỏứm vỏỷt sỏỳy (%) Họửi lổu Khọng họửi lổu Hỡnh 8: th ủng cong gim m (thớ nghim trờn c rt vi khi lng 2 kg, nhit ủ mụi trng t = 32 0 C, ủ m = 90%)