Qu¸ tr×nh lμm l¹nh vμ t¸ch Èm
trong sÊy l¹nh dïng b¬m nhiÖt
ThS. nguyÔn m¹nh hïng
Bé m«n Kü thuËt nhiÖt
Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §H GTVT
PGS. TS. nguyÔn ®øc lîi
§¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
Tãm t¾t: Bμi b¸o bμn vÒ qu¸ tr×nh lμm l¹nh vμ t¸ch Èm tõ dßng kh«ng khÝ ®i qua dμn bay
h¬i b¬m nhiÖt dïng trong hÖ thèng sÊy vμ trong dμn l¹nh dïng n−íc l¹nh hoÆc n−íc muèi l¹nh
cã h−íng chuyÓn ®éng cïng chiÒu hoÆc ng−îc chiÒu. Tõ hiÖu qu¶ cña trao ®æi nhiÖt ng−îc
chiÒu, bμi b¸o còng ®Ò nghÞ mét hÖ thèng m¾c nhiÒu b¬m nhiÖt nèi tiÕp ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng l−îng
vËn 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. Më ®Çu
Cã nhiÒu tµi liÖu [1, 2, 3] ®· ®Ò cËp ®Õn
qu¸ tr×nh lµm l¹nh vµ t¸ch Èm trong sÊy l¹nh
dïng b¬m nhiÖt nãi riªng vµ trong kü thuËt sÊy
dïng b¬m nhiÖt nãi chung. Theo chóng t«i,
cÇn bµn luËn thªm vÒ c¸ch lý gi¶i trong [2 vµ
3] vÒ ®−êng cong biÕn ®æi tr¹ng th¸i kh«ng
khÝ. V× qu¸ tr×nh lµm l¹nh vµ t¸ch Èm trong sÊy
l¹nh dïng b¬m nhiÖt lµ rÊt quan träng nªn
chóng t«i còng ®i s©u nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò
nµy. Sau ®©y lµ nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu ®ã.
ii. Nguyªn lý hÖ thèng sÊy b¬m nhiÖt
H×nh 1 giíi thiÖu nguyªn lý hÖ thèng sÊy
dïng b¬m nhiÖt. Giã Èm tõ buång sÊy ®−îc
qu¹t ®Èy vµo dµn l¹nh. ë ®©y, giã ®−îc lµm
l¹nh vµ khö Èm, sau ®ã ®−îc s−ëi Êm ®¼ng
dung Èm ë dµn nãng råi ®−îc ph©n phèi ®Òu
vµo buång sÊy. Trong buång sÊy, giã nhËn
Èm cña s¶n phÈm thµnh kh«ng khÝ Èm vµ
®−îc ®−a trë l¹i dµn l¹nh ®Ó lµm l¹nh vµ t¸ch
Èm, khÐp kÝn vßng tuÇn hoµn. N−íc tho¸t ra ë
dµn l¹nh ®−îc gom vµo khay vµ dÉn vµo
thïng chøa ®Þnh l−îng. Nhê l−îng n−íc ng−ng
thu ®−îc ng−êi ta biÕt ®−îc giai ®o¹n sÊy vµ
thêi gian kÕt thóc nÕu sÊy theo mÎ. SÊy b»ng
b¬m nhiÖt lµ qu¸ tr×nh sÊy kÝn. T¸c nh©n sÊy
lµ kh«ng khÝ kh«ng ®i qua biªn cña buång sÊy
nh− nh÷ng ph−¬ng ph¸p sÊy th«ng th−êng.
Gi¸ xÕp s¶n phÈm
Buång sÊy
Khay n−íc ng−ng
Dµn
nãng
Dµn
l¹nh Qu¹t
èng giã
M¸y nÐn
TL
H×nh 1.
iii. Ph©n lo¹i qu¸ tr×nh lμm l¹nh
t¸ch Èm trong dμn l¹nh
Cã thÓ ph©n lo¹i qu¸ tr×nh lµm l¹nh t¸ch
Èm ë dµn l¹nh theo nhiÖt ®é dµn l¹nh. NhiÖt
®é dµn l¹nh cã thÓ b»ng, thÊp h¬n vµ cao h¬n
nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng.
Còng cã thÓ ph©n lo¹i qu¸ tr×nh t¸ch Èm
ë dµn l¹nh theo sù biÕn ®æi nhiÖt ®é ë c¸c
hµng èng trong dµn l¹nh n−íc muèi hoÆc
nhiÒu dµn l¹nh trùc tiÕp ®Æt nèi tiÕp nhau. Sau
®©y chóng ta sÏ xÐt mét sè tr−êng hîp ®ã.
3. 1. NhiÖt ®é bÒ mÆt dµn l¹nh lín h¬n
nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng
Tr−êng hîp nµy, kh«ng khÝ kh«ng cã kh¶
n¨ng t¸ch Èm. Kh«ng khÝ chØ cã thÓ ®−îc lµm
l¹nh ®¼ng dung Èm víi ®é Èm t−¬ng ®èi t¨ng.
Víi gi¶ thiÕt bÒ mÆt dµn l¹nh cã nhiÖt ®é
gièng nhau, tr¹ng th¸i cña kh«ng khÝ ra cµng
gÇn ®iÓm 2, khi bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña dµn
l¹nh cµng lín (xem h×nh 2).
1
2
2s
tS
d1=d
i
= 100%
ϕ
2
d
H×nh 2.
Tr−êng hîp nhiÖt ®é dµn l¹nh cao h¬n
nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng th× kh«ng khÝ chØ cã thÓ
®¹t ®Õn ®iÓm 2 lµ ®iÓm cã nhiÖt ®é bÒ mÆt
dµn l¹nh. C¸c ®iÓm trªn ®−êng 1 - 2 biÓu diÔn
tr¹ng th¸i hoµ trén sau mçi hµng èng cña dµn
l¹nh. NÕu dµn l¹nh cã nhiÖt ®é tS th× kh«ng khÝ
sÏ ®¹t ®Õn ®iÓm 2S cã nhiÖt ®é tS vµ ®é Èm
t−¬ng ®èi ®¹t 100% nh−ng vÉn kh«ng cã ®äng
s−¬ng trªn bÒ mÆt l¹nh, tuy bÒ mÆt l¹nh cã
thÓ lín v« h¹n.
3. 2. NhiÖt ®é bÒ mÆt dµn l¹nh nhá h¬n
nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng
H×nh 3 biÓu diÔn qu¸ tr×nh nµy. Khi nhiÖt
®é bÒ mÆt dµn l¹nh thÊp h¬n nhiÖt ®é ®iÓm
s−¬ng tS víi gi¶ thiÕt nhiÖt ®é dµn l¹nh kh«ng
®æi, vÝ dô, dµn l¹nh bay h¬i trùc tiÕp cã nhiÖt
®é bay h¬i t0 kh«ng ®æi hoÆc dµn n−íc phun
víi nhiÖt ®é n−íc phun lµ ®ång ®Òu.
d
i
1
2
2
2
2t
'
''
'''
S = 100%
ϕ
H×nh 3.
Qu¸ tr×nh biÕn ®æi tr¹ng th¸i nµy n»m
trªn ®−êng th¼ng nèi liÒn gi÷a ®iÓm 1 vµ ®iÓm
2. BÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cµng lín, tr¹ng th¸i
kh«ng khÝ ra khái dµn l¹nh cµng xÝch gÇn ®Õn
®iÓm 2 n»m trªn ®−êng b·o hoµ. C¸c ®iÓm 2',
2", 2''' ... lµ c¸c ®iÓm hoµ trén gi¶ thiÕt sau mçi
hµng èng cña kh«ng khÝ ®i vßng vµ kh«ng khÝ
tiÕp xóc víi bÒ mÆt dµn l¹nh.
Nh− vËy, muèn lµm l¹nh vµ khö Èm nhÊt
thiÕt ph¶i cã nhiÖt ®é bÒ mÆt dµn l¹nh thÊp
h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng. L−îng Èm t¸ch ra lµ
d1 - d2.
3.3. NhiÖt ®é dµn l¹nh thay ®æi vµ
kh«ng khÝ chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu víi
chÊt t¶i l¹nh
H×nh 4 biÓu diÔn qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng
th¸i kh«ng khÝ nhiÖt ®é dµn l¹nh thay ®æi (vÝ
dô dµn n−íc muèi l¹nh) chuyÓn ®éng ng−îc
chiÒu víi dßng kh«ng khÝ ®−îc lµm l¹nh. ë
hµng èng a, nhiÖt ®é n−íc muèi lµ ta, nhiÖt ®é
kh«ng khÝ lµ t1. Gi¶ thiÕt cã 15% kh«ng khÝ cã
trao ®æi nhiÖt víi bÒ mÆt l¹nh vµ ®¹t nhiÖt ®é
ta. Khi hoµ trén víi 85% kh«ng khÝ ®i vßng
qua dµn l¹nh, ta ®−îc ®iÓm hoµ trén 2' n»m
trªn ®−êng th¼ng nèi gi÷a ®iÓm 1 vµ ta. ë
hµng èng b còng vËy. ë ®©y ®iÓm hoµ trén 2"
n»m trªn ®−êng th¼ng nèi gi÷a ®iÓm 2" vµ tb.
T−¬ng tù ®iÓm 2''' n»m trªn ®−êng th¼ng nèi
gi÷a ®iÓm 2" vµ tc, ®iÓm 2 (kh«ng khÝ ra khái
dµn) n»m trªn ®−êng th¼ng nèi hai ®iÓm 2''' vµ
td. Tr¹ng th¸i kh«ng khÝ biÕn ®æi theo 1 ®−êng
cong lâm. Vµ nÕu bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt lµ v«
h¹n th× tr¹ng th¸i kh«ng khÝ ra tiÕn gÇn ®Õn
®iÓm td n»m trªn ®−êng b·o hoµ.
1
'''
2
2''
'
2
2tS
a
t
b
t
c
t
d
t
ab
cd d
i
= 100%
ϕ
ChÊt t¶i l¹nh
Kh«ng
khÝ
H×nh 4.
3.4. NhiÖt ®é dµn l¹nh thay ®æi vµ
kh«ng khÝ chuyÓn ®éng cïng chiÒu víi
chÊt t¶i l¹nh
tdS
ChÊt t¶i l¹nh
khÝ
t
ta
dc
ba
tc
b
Kh«ng
d
= 100%
2
2
2ϕ
t
2
'''
''
1
'
H×nh 5.
H×nh 5 biÓu diÔn qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng
th¸i cña kh«ng khÝ khi nhiÖt ®é dµn, chÊt t¶i
l¹nh thay ®æi vµ dßng kh«ng khÝ chuyÓn ®éng
cïng chiÒu víi chÊt t¶i l¹nh. C¸c hµng èng
vÉn bè trÝ nh− h×nh 4, dßng kh«ng khÝ vÉn ®i tõ
ph¶i sang tr¸i. Khi ®ã hµng èng a sÏ cã nhiÖt
®é l¹nh nhÊt, mµ kh«ng khÝ l¹i cã nhiÖt ®é cao
nhÊt nªn ®iÓm hoµ trén 2' n»m trªn ®−êng
th¼ng nèi ®iÓm 1 vµ ta. §iÓm hoµ trén 2" n»m
trªn ®−êng nèi ®iÓm 2'tb vµ t−¬ng tù ®iÓm hoµ
trén 2''' n»m trªn ®−êng nèi 2 ®iÓm 2''tc ... vµ
®iÓm kh«ng khÝ ra 2 lµ ®iÓm hoµ trén n»m trªn
®−êng nèi gi÷a 2''' vµ td. Ta dÔ dµng nhËn thÊy
®©y lµ 1 ®−êng cong låi. So s¸nh hiÖu qu¶ khö
Èm ta thÊy trùc quan lµ chuyÓn ®éng ng−îc
dßng hiÖu qu¶ h¬n.
§Ó t¨ng c−êng hiÖu qu¶ t¸ch Èm vµ gi¶m
tæn thÊt exergy ta cã thÓ thiÕt kÕ nhiÒu b¬m
nhiÖt nèi tiÕp ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ t¸ch Èm víi
nhiÖt ®é bay h¬i vµ ng−ng tô kh¸c nhau cã
chñ ®Þnh nh− giíi thiÖu trong h×nh 6.
40
20
0
400C
C
t,0
30 C
0
00C
-10C
0
BiÕn thiªn nhiÖt ®é
kh«ng khÝ
200C
t0=
0 C
0-40 C
=t 0
030 C
=tR040 C
=tR0
Kh«ng khÝ
ra 25 C
0
H×nh 6.
iv. kÕt luËn
Víi c¸c ph−¬ng ¸n bè trÝ b¬m nhiÖt
kh«ng khÝ/kh«ng khÝ víi nhiÖt ®é bay h¬i kh¸c
nhau liªn tiÕp cã thÓ t¹o ra ®−îc hiÖu qu¶ cña
thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ng−îc chiÒu, gi¶m tiªu
thô ®iÖn n¨ng ®¸ng kÓ. Chóng t«i sÏ bµn ®Õn
vÊn ®Ò nµy ë mét bµi b¸o sau.
Tµi liÖu tham kh¶o
[1]. NguyÔn §øc Lîi, Ph¹m V¨n Tuú. HÖ thèng sÊy
l¹nh dïng b¬m nhiÖt ë Haihaco - T¹p chÝ KHCN
NhiÖt, sè 2 n¨m 1998.
[2]. Ph¹m V¨n Tuú, NguyÔn Thanh Liªm, D−¬ng
V¨n V−êng. B¬m nhiÖt kh«ng khÝ/kh«ng khÝ víi
c«ng nghÖ hót Èm vµ sÊy kh«. T¹p chÝ KHCN
NhiÖt, sè 5 n¨m 2001.
[3]. Ph¹m V¨n Tuú, NguyÔn Thanh Liªm, NguyÔn
Phong Nh·. Kh¶ n¨ng sÊy l¹nh vµ khö Èm cña
b¬m nhiÖt kh«ng khÝ /kh«ng khÝ. TuyÓn tËp c«ng
tr×nh khoa häc, Héi nghÞ Khoa häc §H B¸ch khoa
Hµ néi, th¸ng 10 n¨m 2001♦