Xây dựng phần mềm tính toán, thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
57 
XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY 
BƠM NHIỆT KẾT HỢP ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG 
PROGRAM CALCULATION AND DESIGN HEAT PUMP DRYER 
COMBINED GRAVITATIONAL HEAT PIPE 
Nguyễn Thành Luân, Nguyễn Thế Bảo 
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 28/5/2018, ngày phản biện đánh giá 5/6/2018, ngày chấp nhận đăng 28/6/2018. 
TÓM TẮT 
 Bài báo giới thiệu phần mềm tính toán và thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt 
trọng trường. Phần mềm này được xây dựng trên nền tảng phần mềm EES (Engineering 
Equation Solve), có khả năng giúp cho người sử dụng tính toán một cách nhanh chóng khi 
thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường. Để đánh giá độ tin cậy của phần 
mềm, một mô hình thực nghiệm đã được thiết kế, chế tạo và làm thí nghiệm với mẫu sấy là 
rau má. Kết quả cho thấy phần mềm có độ tin cậy cao. Bài báo còn trình bày hiệu quả về mặt 
năng lượng và lợi ích về mặt bảo quản các vi lượng của sản phẩm sấy khi sử dụng bơm nhiệt 
để sấy trà rau má thay cho việc sử dụng điện trở như hiện nay. 
Từ khóa: Ống nhiệt trọng trường; tính toán ống nhiệt; máy sấy bơm nhiệt; máy sấy bơm 
nhiệt cải tiến; sấy rau má. 
ABSTRACT 
The article describes the program for calculating and designing heat pump dryers 
combined with gravitational heat pipes. This program, which has been witten in EES 
((Engineering Equation Solve) Platform. An experimental model of a heat pump dryer 
combined with gravitational heat pipes was designed and manufactured to validate the 
written program. The comparisons between the calculated results from the program and 
experimental results showed that the written program gave acceptably accurate 
computational results and could be used to calculate and design heat pump dryers combined 
with gravitational heat pipes. The use of heat pump technology to dry Centella Asiatica tea 
can help to save energy consumption and improve the quality of the product compared with 
those from traditional drying technology. 
Key words: Gravitational heat pipes; calculating heat pipes; heat pump dryers; advances 
heat pump drying; drying Centella Asiatica. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hiện nay nhu cầu sử dụng năng lượng 
trên thế giới ngày càng cao, vấn đề tiết kiệm 
năng lượng càng trở nên cần thiết. Một trong 
những biện pháp tiết kiệm năng lượng là thu 
hồi nhiệt của dòng lưu chất thải ra, để gia 
nhiệt cho dòng lưu chất lạnh hơn. Ống nhiệt 
là thiết bị có khả năng thực hiện việc này mà 
không tốn chi phí vận hành. Từ những năm 
1970 đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng bộ 
trao đổi nhiệt ống nhiệt. Đơn cử một số 
nghiên cứu như: Nghiên cứu sử dụng ống 
nhiệt để làm mát CPU máy tính [1], nghiên 
cứu sử dụng ống nhiệt thu hồi nhiệt khói thải 
để sưởi ấm không khí trong ôtô [2]. Nghiên 
cứu bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt để nâng 
cao hiệu quả máy lạnh hấp thụ carbon- 
amoniac [3]. Nghiên cứu bộ hồi nhiệt kiểu 
ống nhiệt để nâng cao hiệu quả sử dụng năng 
lượng trong hệ thống điều hòa không khí [4]. 
Đối với máy sấy bơm nhiệt, cũng có nhiều 
nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng 
năng lượng như: Kết hợp máy sấy bơm nhiệt 
58 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
với vi sóng [5], kết hợp máy sấy bơm nhiệt 
với tia hồng ngoại [6], kết hợp máy sấy bơm 
nhiệt với sóng radio [7], kết hợp máy sấy 
bơm nhiệt với năng lượng mặt trời [8]. Đặc 
biệt là sự kết hợp máy sấy bơm nhiệt với ống 
nhiệt của tác giả Wera và ctv (2005), kết luận 
mức tiêu hao năng lượng của máy sấy giảm 
khoảng 12÷20% khi kết hợp ống nhiệt [9]. 
Các nghiên cứu trên cho thấy việc sử 
dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt là hiệu quả, 
đặc biệt có thể áp dụng trong máy sấy bơm 
nhiệt. Tuy nhiên việc xây dựng phần mềm để 
tính toán, thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp 
ống nhiệt trọng trường chưa được đề cập 
trong các nghiên cứu trên. Vì vậy bài báo này 
sẽ trình bày việc xây dựng phần mềm để tính 
toán thiết kế loại máy sấy này. 
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1 Máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt 
trọng trường 
Hình 1 trình bày cấu tạo nguyên lý của 
ống nhiệt trọng trường. Ống nhiệt là một 
phần tử trao đổi nhiệt kín, bên trong có chứa 
môi chất công tác 2 pha. Quá trình truyền 
nhiệt được thực hiện như sau: Nhiệt từ nguồn 
bên ngoài truyền qua phần sôi của ống nhiệt, 
tại đây môi chất lỏng sẽ nhận nhiệt, hóa hơi. 
Sau đó môi chất đi về phần ngưng nhả nhiệt 
ra môi trường bên ngoài, ngưng tụ thành 
lỏng, rồi quay trở lại phần sôi dưới tác dụng 
của trọng lực. Hình 2 trình bày sơ đồ nguyên 
lý của máy sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần 
kết hợp ống nhiệt trọng trường. 
Hình 1. Cấu tạo nguyên lý ống nhiệt 
trọng trường 
A
L
B C D
E
F
G
H
K
M
M
N
4 5
1
6
2
3
A: Máy nén, B: Van 3 ngã, C: Dàn nóng phụ, 
D: Bình chứa cao áp, E: Van tiết lưu, 
F: Dàn lạnh, G: Ống nhiệt, H: Dàn nóng 
chính, K: Buồng sấy, L: Cánh đảo gió, 
M: Quạt, N: Khay hứng nước 
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt 
hồi lưu toàn phần kết hợp ống nhiệt 
trọng trường 
Nguyên lý làm việc: Tác nhân sấy (TNS) 
sau khi ra khỏi buồng sấy (K) sẽ đi qua phần 
sôi của ống nhiệt (G), tại đây TNS sẽ nhả 
nhiệt cho môi chất trong ống nhiệt (G). Kết 
quả môi chất trong ống nhiệt (G) nhận nhiệt, 
sôi và hóa hơi chuyển động về phần ngưng 
ống nhiệt (G); còn dòng TNS sau khi nhả 
nhiệt thì nhiệt độ giảm xuống, tiếp tục đi qua 
dàn lạnh (F) thực hiện quá trình tách ẩm. Sau 
khi thực hiện quá trình tách ẩm, dòng TNS đi 
qua phần ngưng của ống nhiệt (G), tại đây 
môi chất trong ống nhiệt sẽ nhả nhiệt cho 
TNS, ngưng tụ thành lỏng, nhờ trọng lực 
quay trở lại phần sôi của ống nhiệt (G). Dòng 
TNS sau khi được gia nhiệt, nhiệt độ tăng 
lên; tiếp tục đi vào dàn nóng và được gia 
nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu. Sau đó dòng TNS 
được đưa vào buồng sấy (K), tại đây dòng 
TNS thực hiện quá trình tách ẩm ra khỏi vật 
liệu sấy. Chu trình cứ thế tiếp diễn. Như vậy 
nhờ có ống nhiệt (G) mà dòng TNS được làm 
lạnh trước khi qua dàn lạnh và được gia nhiệt 
trước khi đi qua dàn nóng; nhờ đó mà hiệu 
quả máy sấy được nâng cao. 
Quá trình sấy thực tế của máy sấy được 
thể hiện trên đồ thị I-d như hình 3. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
59 
I (kJ/kg)
d (kg/kg)
0
6
1
2
3 4
5
 
t1
t6
t2
t5
t4
t3
 
I=const
Hình 3. Đồ thị I-d quá trình sấy thực tế máy 
sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần kết hợp ống 
nhiệt trọng trường 
2.2 Tính toán quá trình sấy 
 Lượng ẩm cần tách ra trong 1 mẻ sấy 
1 2
2
1
ω -ω
10
W G .
0-ω
= ;kg/mẻ (1) 
Trong đó: 
W: Lượng ẩm cần tách ra trong 1 mẻ sấy; kg/mẻ 
G1: Khối lượng sản phẩm sấy đưa vào; kg 
1: Độ ẩm sản phẩm sấy đưa vào; % 
2: Độ ẩm sản phẩm sấy lấy ra; % 
Hình 4 thể hiện sơ đồ cân bằng nhiệt tại thiết 
bị sấy. 
Qbs Q1
Qmt Qvl Qvc
TBS
 Q
Qbs Q1
Qmt Qvl Qvc
TBS
 Q
Qbs Q1
Qmt Qvl Qvc
TBS
 Q
Hình 4. Sơ đồ cân bằng nhiệt tại thiết bị sấy 
 Phương trình cân bằng nhiệt 
Q + Qbs + Q1 = Qvl + Qmt + Qvt (2) 
 Trong đó : 
Q: Nhiệt cấp cho quá trình sấy; kW 
Qbs: Nhiệt bổ sung (nếu có); kW 
Q1: Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào; kW 
Qmt: Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che; kW 
Qvl: Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang ra; kW 
Qvc: Nhiệt tổn thất theo thiết bị vận chuyển; kW 
Trong đó: 
t: Nhiệt độ nhiệt kế khô của tác nhân sấy; 0C 
 : Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy; % 
Pkh: Áp suất khí quyển; bar 
 Các nhiệt lượng trong phương trình (2) 
được xác định: 
Q=L.(I4-I2); kW (3) 
Q1 = W.Cn.tv; kW (4) 
Qvl =G2.Cvl. tvl ; kW (5) 
Qmt= q.F; kW (6) 
Qvc =Gkh.Ckh. tkh; kW (7) 
Trong đó: 
L: Lượng tác nhân sấy cấp cho 1 mẻ sấy; kg/mẻ 
Cn: Nhiệt dung riêng của nước; kJ/kg.K 
Cvl: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy; kJ/kg.K 
Ckh: Nhiệt dung riêng của khay sấy; kJ/kg.K 
tv: Nhiệt độ không khí ngoài trời; 
0
C 
G2: Khối lượng sản phẩm sau khi sấy; kg 
 tvl: Chênh lệch nhiệt độ sản phẩm sấy sau khi 
ra buồng sấy và trước khi vào buồng sấy; 0C 
 tkh: Chênh lệch nhiệt độ khay sấy sau khi ra 
buồng sấy và trước khi vào buồng sấy; 0C 
q: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách buồng 
sấy; W/m2 
F: Diện tích xung quanh buồng sấy; m2 
 Với giả thiết không cấp nhiệt bổ sung 
Qbs=0, chia 2 vế phương trình (2) cho W 
ta có: 
n v
vl mt vc+ . = + +C t
Q Q QQ
W W W W
 (8) 
 Đặt 
n v
vl mt vcΔ= - +C . ( +t )
Q Q Q
W W W
 (9) 
Từ phương trình (3), (8), (9) ta có: 
4 2
L
(I -I
W
)=Δ (10) 
60 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Đây chính là cơ sở để xác định điểm nút 
số 4, trạng thái thực tế tác nhân sấy khi ra 
khỏi buồng sấy. 
 Các hàm xác định các điểm nút [10] 
Áp suất hơi bão hòa 
bh
4026,42
P =exp(12- ); bar 
235,5+t 
(11) 
Dung ẩm của tác nhân sấy 
bh
kk
kq bh
φ.P
d=0,621. ; kg/kg 
P -φ.P 
(12) 
Entanpy của tác nhân sấy 
I=1,004.t+d.(2500 +1,84.t) ; kJ/kgkk (13) 
 Lượng tác nhân sấy cấp cho 1 mẻ sấy 
4 2
1
L=W.
d -d
; kg/mẻ (14) 
 Công suất dàn nóng, dàn lạnh, bộ ống 
nhiệt 
được xác định: 
Công suất dàn nóng yêu cầu 
 2
k
1
3L. I -I
Q =
η .τ
; kW (15) 
Công suất dàn lạnh yêu cầu 
 15
0
2
L. I -I
Q =
η .τ
; kW (16) 
Công suất bộ ống nhiệt 
 4
hp
3
5L. I -I
Q =
η .τ
; kW (17) 
Trong đó: 
1: Hiệu suất trao đổi nhiệt dàn nóng 
2: Hiệu suất trao đổi nhiệt dàn lạnh 
3: Hiệu suất trao đổi nhiệt bộ ống nhiệt 
: Thời gian sấy; giây 
2.3 Tính toán chu trình bơm nhiệt 
Hình 5 biểu diễn đồ thị lgp-h của một 
chu trình bơm nhiệt một cấp 
Hình 5. Đồ thị lgp-h chu trình bơm nhiệt 1 cấp 
 Lưu lượng môi chất qua dàn lạnh 
0
0
a f
Q
m = ; kg/s
h -h
 (18) 
 Lưu lượng môi chất qua dàn nóng 
k
k
c d
Q
m =
h -h
 (19) 
 Lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn 
lạnh theo tính toán có thể không bằng 
nhau. Do đó để đảm bảo công suất của 
toàn hệ thống thì ta chọn lưu lượng lớn 
nhất: m = max(m0, mk) 
 Công suất dàn nóng phụ được xác định 
gần đúng theo nhiệt độ ngưng tụ 
Qsub = (m0-mk).(hc – hd); kW (20) 
 Công tiêu thụ của máy nén 
Lmn =m.(hc–hb); kW (21) 
 Diện tích các dàn trao đổi nhiệt 
Dàn nóng chính: 
2
k
1 t
k
b1
F = ;m
k .Δt
Q
 (22) 
Dàn nóng phụ: su 2k
b
-sub
1 tb1
F = ;m
k .Δt
Q
 (23) 
Dàn lạnh: 20
2 t
0
b2
F = ;m
k .Δt
Q
 (24) 
Trong đó: 
- k1: Hệ số truyền nhiệt tại dàn nóng; W/m
2
.K 
- k2: Hệ số truyền nhiệt tại dàn lạnh; W/m
2
.K 
- ttb1, ttb2: Hiệu nhiệt độ trung bình logarit 
tại dàn nóng và dàn lạnh; 0C 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
61 
2.4 Tính toán bộ ống nhiệt trọng trường 
bề mặt trong nhẵn, bên ngoài có cánh 
 Công suất nhiệt toàn bộ của ống nhiệt [11] 
z w
z vs vn w s h n
t -tΔt
Q= =
R R +R +R +R +R +R +R )
; W (25) 
Trong đó: 
Q: Công suất nhiệt toàn phần một ống nhiệt; W 
tz, tw: Nhiệt độ trung bình dòng lưu chất qua 
phần sôi, phần ngưng của ống nhiệt; 0C 
R: Nhiệt trở tổng; K/W 
Rz,Rw: Nhiệt trở vách ngoài phần sôi, phần 
ngưng ống nhiệt; K/W 
Rvs,Rvn: Nhiệt trở dẫn qua vách phần sôi, 
phần ngưng ống nhiệt; K/W 
Rs,Rn: Nhiệt trở môi chất khi sôi và khi 
ngưng; K/W 
Rh: Nhiệt trở hơi môi chất sôi chuyển động từ 
phần sôi đến phần ngưng ống nhiệt; K/W 
tw, w
tz, z
Rw
Rvn
Rn
Rs
Rz
Rvs
 th
en in
w vn
w en n
ln(d /d )1
R = , R =
α .F 2.π.L .λv 
es is
z vs
z es s
ln(d /d )1
R = , R =
α .F 2.π.L .λ
v 
s n
s is n in
1 1
R = , R =
α .F α .F 
h hs hn
h
h i
T .(P -P )
R =
ρ .r.Q
Hình 6. Nhiệt trở của ống nhiệt 
Trong đó: 
Qi: Công suất nhiệt bên trong của ống nhiệt; W 
Fes, Fen: Diện tích mặt ngoài ống nhiệt phần 
sôi, phần ngưng; m2 
Fis, Fin: Diện tích mặt trong ống nhiệt phần 
sôi, phần ngưng; m2 
den, din: Đường kính ngoài và trong của ống 
nhiệt phần ngưng; m 
des, dis: Đường kính ngoài và trong của ống 
nhiệt phần sôi; m 
 n, s: Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng, sôi của 
môi chất trong ống nhiệt; W/m2.K 
Phs, Phn :Áp suất môi chất trong phần sôi và 
phần ngưng ống nhiệt; Pa 
-r: Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất nạp; J/kg 
-v: Hệ số dẫn nhiệt của vách ống nhiệt; W/m.K 
- h: Khối lượng riêng hơi môi chất nạp; kg/m
3
 Xác định công suất của một ống nhiệt, 
giải hệ phương trình theo phương pháp 
lặp với giả thiết ban đầu nhiệt trở trong 
Ri= 0 [11]: 
s
z w z w
i e
0,75
i
0,25
i i
i
i
n h w vs vn z
t -t t -tΔt
Q= = =
R R +R )+( )
Q=5,24.A.ξ.Δt
Δt Δt
R = =
Q 5,24.
(R +R +R
A.ξ
R +R +R +R
 (26) 
Trong đó: 
A: Hệ số phụ thuộc kích thước ống nhiệt 
: Hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý môi 
chất nạp 
 Hệ số A và  được xác định 
0,75s n
is in
is s in n
L .L
A=d .d .( )
d .L +d .L /φ
 (27) 
0,75 0,5 0,25 -0,25
n n nξ=λ .ρ .r .μ (28) 
Trong đó: 
 : Hệ số nạp, đối với nước =0,44 [11] 
n: Hệ số dẫn nhiệt của lỏng môi chất nạp 
ứng với nhiệt độ z wh
t +t
t =
2
; W/m.K 
 n: Khối lượng riêng của lỏng môi chất nạp 
ứng với nhiệt độ z wh
t +t
t =
2
; kg/m
3
r: Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất nạp ứng với 
nhiệt độ z wh
t +t
t =
2
; kJ/kg/K 
n: Độ nhớt động học của lỏng môi chất nạp 
ứng với nhiệt độ z wh
t +t
t =
2
; kg/m.s 
 Chiều dài phần ngưng, phần sôi ống nhiệt 
z n
w s
α L
β= =
α L
 (29) 
62 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Đối với ống nhiệt sử dụng để hồi nhiệt 
dòng tác nhân sấy trong máy sấy bơm nhiệt, 
do phần ngưng và phần sôi có chế độ làm việc 
gần giống nhau nên z w , vì vậy Ln Ls 
 Trường hợp ống nhiệt có cánh, các ống 
được bố trí so le với bước ống ngang là 
s1, bước ống dọc là s2 thì hệ số tỏa nhiệt 
 z,, w được xác định [12]: 
Đường kính tương đương 
c
0c 2 c
c
e
F
F .d +F .
2.n
d =
F
; m (30) 
Tốc độ tác nhân sấy lớn nhất khi đi qua phần 
sôi hoặc phần ngưng ống nhiệt 
c c2
max
1
2.h .δd
ω =ω/[1-( + )];
s s
m/s (31) 
Hệ số Reynolds và Nusselt 
max eω .dRe=
υ
 (32) 
0,67 -0,2 -0,21 2 1 2
2 c
s -d s -d
Nu=0,251.Re .( ) .( )
d t
 (33) 
Hệ số tỏa nhiệt cánh: cc
e
Nu.λ
α =
d
;W/m
2
.K (34) 
 Hiệu suất cánh được tra theo đồ thị Hình 
7 theo 2 điều kiện (tc1 và tc2) [13] 
Hình 7. Hiệu suất cách trao đổi nhiệt 
Trong phần mềm đồ thị sẽ được mã hóa 
thành phương trình toán học với 2 biến tc1 và 
tc2. 
2 c c
1
2
(d +2.h )+t
tc =
d
; c2 c c
c c
α
tc =(h +0,5.t )
t .λ
 (35) 
Hệ số tỏa nhiệt phần sôi hoặc phần 
ngưng ống nhiệt 
20
c c
c
F F
α=α . .(η + ); W/m .K
F F
c c (36) 
Trong đó: 
c: Hệ số dẫn nhiệt cánh; W/m.k 
d2: Đường kính ngoài ống nhiệt; m 
nc: Số cánh tại phần sôi (phần ngưng) ống nhiệt 
tc: Khoảng cách 2 cánh trao đổi nhiệt; m 
hc: Chiều cao cánh; m 
c: Chiều dày cánh; m 
: Tốc độ tác nhân sấy; m/s 
υ : Độ nhớt động học tác nhân sấy; kg/m.s 
F0c, Fc: Diện tích không có cánh và có cánh 
tại phần sôi (phần ngưng) của ống nhiệt; m2 
F: Tổng diện tích phần có cánh và không có 
cánh tại phần sôi (phần ngưng) ống nhiệt; m2 
 Số lượng ống nhiệt 
hpQ
n=
Q
; ống (37) 
Tro ... ộ TNS sau dàn lạnh 
0
C 
4 Độ quá nhiệt 0C 
5 Độ quá lạnh 0C 
Bảng 7. Thông số đầu vào các dàn trao đổi 
nhiệt 
Stt Thông số Đơn vị 
1 Các hệ số truyền nhiệt W/m2.K 
2 
Hiệu suất trao đổi nhiệt, trong 
phần mềm được thay bằng hệ 
số dự trữ 
- 
Bảng 8. Thông số đầu vào ống nhiệt trọng 
trường 
Stt Thông số Đơn vị 
1 Chiều dài phần sôi mm 
2 Chiều dài phần ngưng mm 
3 Đường kính trong ống nhiệt mm 
4 Đường kính ngoài ống nhiệt mm 
5 Hệ số dẫn nhiệt của vách ống W/m.K 
6 
Hiệu suất trao đổi nhiệt tại 
phần ngưng ống nhiệt 
% 
7 Hệ số dự trữ - 
Bảng 9. Thông số đầu vào cánh trao đổi 
nhiệt 
Stt Thông số Đơn vị 
1 Hệ số dẫn nhiệt của cánh W/m.K 
2 Khoảng cách giữa 2 cánh mm 
3 Chiều dày cánh mm 
4 Chiều cao cánh mm 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
65 
Bảng 10. Thông số bố trí ống nhiệt 
Stt Thông số Đơn vị 
1 Bố trí so le mm 
2 Bước ống dọc, bước ống ngang mm 
3 Số hàng ống hàng 
Bảng 11. Thông số đầu vào của quạt và kênh 
dẫn tác nhân sấy 
Stt Thông số Đơn vị 
1 Loại quạt - 
2 Số lượng quạt cái 
3 Hiệu suất quạt - 
4 Hệ số dự trữ - 
5 
Bề rộng mặt cắt ngang của kênh 
dẫn tác nhân sấy 
mm 
6 Chiều dài kênh dẫn tác nhân sấy m 
7 
Hệ số trở lực cục bộ các thiết bị 
trên kênh dẫn tác nhân sấy 
- 
8 
Số lượng các thiết bị trên kênh 
dẫn tác nhân sấy 
cái 
Bảng 12. Các thông số cần tính toán 
Stt Thông số Đơn vị 
1 Lượng ẩm cần tách kg/mẻ 
2 Lưu lượng tác nhân sấy kg/h 
3 Diện tích dàn nóng chính m2 
4 Diện tích dàn nóng phụ m2 
5 Diện tích dàn lạnh m2 
6 Công suất máy nén kW 
7 Công suất bộ ống nhiệt kW 
8 Công suất 1 ống nhiệt W 
9 Số lượng ống nhiệt ống 
10 Số hàng ống nhiệt hàng 
10 Số ống nhiệt trong một hàng ống 
11 Kích thước buồng sấy - 
12 Kích thước bộ ống nhiệt - 
14 Kích thước kênh gió - 
15 
Các thông số quạt: Số lượng, 
lưu lượng, cột áp, công suất 
- 
3.3 Xây dựng chương trình 
Dựa vào các phương trình từ số 1 đến 
46, kết hợp với việc lập trình giải các phương 
trình lặp và mã hóa đồ thị liên quan [13] 
thành các hàm tương quan. Nhóm tác giả đã 
xây dựng phần mềm thiết kế máy sấy bơm 
nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường với các 
thông số đầu vào theo Bảng 1 đến Bảng 11 
và thông số đầu ra theo Bảng 12. Với kết quả 
thể hiện như sau: Từ Hình 9 đến Hình 17 thể 
hiện các thông số đầu vào của chương trình. 
Từ Hình 18 đến Hình 22 thể hiện các thông 
số đầu ra của chương trình. 
Hình 9. Thông số đầu vào sản phẩm sấy và 
thông số khí hậu địa phương lắp đặt 
 Hình 10. Thông số đầu vào tác nhân sấy 
 Hình 11. Thông số đầu vào khay sấy, buồng 
sấy 
Hình 12. Thông số các lớp của vách buồng sấy 
66 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Hình 13. Thông số đầu vào chu trình bơm 
nhiệt 
Hình 14. Thông số đầu vào các dàn trao đổi 
nhiệt 
Hình 15. Thông số đầu vào ống nhiệt trọng 
trường 
Hình 16. Thông số đầu vào cánh tản nhiệt và 
thông số bố trí ống nhiệt 
Hình 17. Thông số đầu vào quạt và kênh dẫn 
tác nhân sấy 
Kết quả tính toán các thông số đầu ra của 
chương trình được thể hiện từ Hình 18 đến 
Hình 22, trong đó Hình 18 và Hình 19 là 
bảng thông số các điểm nút của quá trình sấy 
thực tế và các điểm nút của chu trình bơm 
nhiệt. Hình 20 đến Hình 22 thể hiện thông số 
các thiết bị trong máy sấy bơm nhiệt kết hợp 
ống nhiệt trọng trường . 
Hình 18. Kết quả bảng thông số các điểm 
nút quá trình sấy thực tế 
Hình 19. Kết quả bảng thông số các điểm 
nút chu trình bơm nhiệt 
Hình 20. Kết quả kích thước buồng sấy, kênh 
dẫn tác nhân sấy và thông số quạt 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
67 
Hình 21. Kết quả thông số các thiết bị trong 
chu trình bơm nhiệt 
Hình 22. Kết quả thông số bộ ống nhiệt 
4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC 
NGHIỆM 
Với giả thiết các thông số đầu vào như 
Hình 9 đến Hình 17. Qua tính toán bằng phần 
mềm xác định được kết quả như Hình 18 đến 
Hình 22. Nhóm tác giả tiến hành chế tạo mô 
hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt 
trọng trường [15]. Tiến hành cân chỉnh nhiệt 
độ ngưng tụ và bay hơi của chu trình bơm 
nhiệt, điều chỉnh tốc độ tác nhân sấy như giả 
thiết. Quy trình thực nghiệm và các dụng cụ 
đo thực nghiệm [15]. 
Trong thực nghiệm, trà rau má được chọn 
để làm mẫu thí nghiệm, ngoài mục đích là sản 
phẩm sấy để đánh giá hiệu quả máy sấy, còn 
có mục đích là so sánh chất lượng mẫu trà rau 
má khi sử dụng công nghệ sấy bơm nhiệt so 
với công nghệ sấy điện trở như hiện nay. 
Từ ngày 10/05/2018 đến ngày 
12/05/2018 tiến hành thực hiện các mẻ sấy 
và xác định được thời gian sấy trung bình 
175 phút (gần 3 giờ). 
Sau đó tiến hành các mẻ sấy và có kết quả 
đo thực nghiệm tương tự nhau, như mẻ sấy 
ngày 20/05/2018 với kết quả đo như Bảng 13. 
Bảng 13. Kết quả đo thực nghiệm ngày 
20/05/18 
T
h
ờ
i 
g
ia
n
 (
p
h
ú
t)
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 r
a 
b
u
ồ
n
g
sấ
y
, 
t 4
(0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 s
au
 p
h
ần
sô
i 
ố
n
g
 n
h
iệ
t,
 t
5
 (
0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 s
au
 d
àn
lạ
n
h
, 
t 1
(0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 s
au
 p
h
ần
n
g
ư
n
g
 ố
n
g
 n
h
iệ
t,
 t
2
 (
0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 v
ào
b
u
ồ
n
g
 s
ấy
, 
t 3
 (
0
C
) 
Á
p
 s
u
ất
 b
ay
h
ơ
i,
 P
0
(b
ar
) 
Á
p
 s
u
ất
 n
g
ư
n
g
 t
ụ
, 
P
k
(b
ar
) 
0 30 30 30 30 30 - - 
30 40,8 38,1 16,9 19,1 45,4 4,6 19,2 
60 41,6 39,1 17 19,3 45,4 4,6 19,2 
90 42,7 40,1 17,4 19,7 45,8 4,8 19,5 
120 44 41,4 17,7 20,1 45,6 4,8 19,5 
150 44,4 41,9 17,8 20,2 45,9 4,9 19,7 
175 44,6 42,1 18 20,4 46,0 4,9 19,7 
Khi so sánh các thông số giả thiết đầu 
vào và các thông số đo thực tế như Bảng 14. 
Nhận thấy, không có sự sai lệch nhiều giữa 
thông số đo thực tế và thông số giả thiết ban 
đầu. Với sai lệch đó có thể chấp nhận được. 
Bảng 14. Thông số giả thiết và đo thực tế 
trên mô hình 
Stt Thông số Giả thiết 
Thực 
nghiệm 
1 Thời gian sấy 180 phút 175 phút 
2 
Nhiệt độ tác nhân 
sấy vào buồng sấy 
45
0
C 45,7
0
C 
3 
Nhiệt độ tác nhân 
sấy ra buồng sấy 
41
0
C 40,5
0
C 
4 
Nhiệt độ tác nhân 
sấy sau dàn lạnh 
17
0
C 17,4 
0
C 
5 Nhiệt độ bay hơi 50C 4,6 0C 
6 Nhiệt độ ngưng tụ 530C 52,30C 
Ngoài ra, với máy sấy trên nhóm tác giả 
tiến hành thí nghiệm với giả thiết chênh lệch 
nhiệt độ tác nhân sấy qua phần sôi ống nhiệt 
là 2 
0
C, qua phần mềm tính toán xác định 
được số ống nhiệt là 12 ống. Sau đó tiến 
hành các mẻ sấy có kết quả thực nghiệm 
tương tự nhau, như mẻ sấy ngày 21/05/2018 
với kết quả như Bảng 15. 
68 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Bảng 15. Kết quả đo thực nghiệm ngày 
21/05/18 
T
h
ờ
i 
g
ia
n
 (
p
h
ú
t)
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 r
a 
b
u
ồ
n
g
sấ
y
, 
t 4
(0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 s
au
 p
h
ần
sô
i 
ố
n
g
 n
h
iệ
t,
 t
5
 (
0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 s
au
 d
àn
lạ
n
h
, 
t 1
(0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 s
au
 p
h
ần
n
g
ư
n
g
 ố
n
g
 n
h
iệ
t,
 t
2
 (
0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 v
ào
 b
u
ồ
n
g
sấ
y
, 
t 3
 (
0
C
) 
0 30 30 30 80 30 
30 36,2 34,5 16,8 82,1 18,3 
60 40,1 38,5 17,4 75,9 19 
90 41,1 39,5 17,6 74,2 19,2 
120 41,7 40 17,7 72,9 19,3 
150 42,4 40,7 18 71,9 19,7 
180 42,8 41,1 18,2 71,3 19,9 
195 43,5 41,6 18,3 70,8 20 
Các ngày từ 15/05/2018 đến 16/05/2018 
nhóm tác giả còn tiến hành các mẻ sấy rau má 
bằng điện trở, với kết quả thực nghiệm các mẻ 
sấy tương tự nhau, như kết quả mẻ sấy ngày 
15/05/2018 trong Bảng 16. Sau đó sử dụng 
các mẫu sấy bằng bơm nhiệt và điện trở tiến 
hành kiểm định và phân tích vi lượng. 
Bảng 16. Kết quả đo thực nghiệm ngày 
15/05/18 
T
h
ờ
i 
g
ia
n
 (
p
h
ú
t)
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
tr
ư
ớ
c 
đ
iệ
n
 t
rở
(0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
v
ào
 b
u
ồ
n
g
sấ
y
(0
C
) 
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
N
S
 r
a 
b
u
ồ
n
g
 s
ấy
 (
0
C
) 
Đ
iệ
n
 n
ăn
g
 t
iê
u
th
ụ
 k
W
.h
0 30 30 30 64,7 
30 32 56,1 47,5 65,8 
60 33 73,6 54,8 66,9 
90 32,3 71,2 55,0 67,9 
120 32,3 70,4 55,0 68,85 
150 33,1 74,1 56,9 69,8 
160 32,4 73,6 52,0 70,35 
5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
+ Theo tính toán, với giả thiết độ giảm 
nhiệt độ tác nhân sấy sau khi qua phần sôi 
ống nhiệt là 30C, xác định được số lượng ống 
nhiệt là 20 ống (với thông số như Hình 22) 
và độ tăng nhiệt độ tác nhân sấy sau khi qua 
phần ngưng theo tính toán là 2,40C (như kết 
quả Hình 18). Qua thực nghiệm, kết quả đo 
thực tế được thể hiện như Hình 23. 
Hình 23. Độ giảm nhiệt độ khi qua phần sôi, 
độ tăng nhiệt độ khi qua phần ngưng của tác 
nhân sấy trường hợp sử dụng 20 ống nhiệt 
Với giả thiết, độ giảm nhiệt độ tác nhân 
sấy sau khi qua phần sôi ống nhiệt là 20C, 
xác định được số lượng ống nhiệt là 12 ống 
(với thông số như Hình 22) và độ tăng nhiệt 
độ tác nhân sấy sau khi qua phần ngưng theo 
tính toán là 1,6
0
C. Qua thực nghiệm, kết quả 
đo thực tế được thể hiện như Hình 24. 
Hình 24. Độ giảm nhiệt độ khi qua phần sôi, 
độ tăng nhiệt độ khi qua phần ngưng của tác 
nhân sấy trường hợp sử dụng 12 ống nhiệt 
Qua kết quả thực nghiệm Hình 23, sai 
lệch độ giảm nhiệt độ tác nhân sấy khi qua 
phần sôi ống nhiệt so với giả thiết trung bình 
là 0,43
0
C và sai lệch độ tăng nhiệt độ tác nhân 
sấy khi qua phần ngưng ống nhiệt so với kết 
quả tính toán lý thuyết là 0,070C. Kết quả thực 
nghiệm Hình 24 cho thấy, sai lệch độ giảm 
nhiệt độ tác nhân sấy khi qua phần sôi ống 
nhiệt so với giả thiết trung bình là 0,30C và sai 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
69 
lệch độ tăng nhiệt độ tác nhân sấy khi qua 
phần ngưng ống nhiệt so với kết quả tính toán 
lý thuyết là 0,030C. Thấy rằng, sai số giữa kết 
quả tính toán bằng phần mềm và kết quả đo 
thực tế không đáng kể. Vì vậy phần mềm có 
thể tin cậy sử dụng khi thiết kế máy sấy bơm 
nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường. 
+ Phần mềm có nhiều môi chất để lựa 
chọn cho chu trình bơm nhiệt như: R22, 
R134a, R290, R600, rất thuận lợi khi tính toán 
thiết kế, đồng thời có thể dùng làm cơ sở để so 
sánh hiệu quả khi thay đổi môi chất lạnh. 
+ Phần mềm rất thuận lợi để so sánh khi 
thay đổi các thông số ống nhiệt, bước ống, 
thông số cánh trao đổi nhiệt, để lựa chọn phù 
hợp khi thiết kế. 
+ Phần mềm này có thể sử dụng để thiết 
kế bơm nhiệt đơn thuần, khi lựa chọn chênh 
lệch nhiệt độ tác nhân sấy qua phần sôi ống 
nhiệt 00C. 
+ Kết quả thực nghiệm còn cho thấy, đối 
với trà rau má, nếu sử dụng công nghệ sấy 
bơm nhiệt để sấy thay cho công nghệ sấy 
điện trở như hiện nay thì mức tiêu thụ điện 
năng 2,47 (kW.h/kg), giảm so với khi sử 
dụng điện trở 3,53 (kW.h/kg) [15]. Ngoài ra, 
qua kiểm tra vi lượng 2 thành phần Vitamin 
C và Beta Caroten với kết quả trình bày trong 
Hình 25, Hình 26. Trong đó, Beta Caroten là 
thành phần quan trọng, có chức năng chống 
oxy hóa, phòng ngừa ung thư, ngăn chặn mù 
lòa, hỗ trợ miễn dịch [16]. 
Hình 25. Kết quả kiểm tra vi lượng mẫu rau 
má sấy bằng điện trở 
Hình 26. Kết quả kiểm tra vi lượng mẫu sấy 
rau má sấy bằng bơm nhiệt 
Qua đó, nhóm tác giả nhận thấy nếu sử 
dụng công nghệ bơm nhiệt thay thế cho công 
nghệ điện trở để sấy trà rau má như hiện nay, 
thì tiết kiệm được chi phí điện năng, đảm bảo 
các vi lượng trong sản phẩm sấy. Vì vậy 
nhóm tác giả đề xuất, nên sử dụng công nghệ 
sấy bơm nhiệt, để thay thế công nghệ sấy 
điện trở đang được sử dụng phổ biến hiện 
nay. 
6. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày việc thiết lập phần 
mềm tính toán và thiết kế máy sấy bơm nhiệt 
kết hợp ống nhiệt trọng trường. Phần mềm 
này được xây dựng trên nền tảng phần mềm 
EES (Engineering Equation Solve), giúp cho 
người sử dụng tính toán một cách nhanh 
chóng máy sấy. Để đánh giá độ tin cậy của 
phần mềm, một mô hình thực nghiệm đã 
được thiết kế, chế tạo và làm thí nghiệm với 
mẫu sấy là trà rau má. Kết quả cho thấy phần 
mềm có độ tin cậy cao. 
Bài báo còn trình bày, hiệu quả về mặt 
năng lượng và lợi ích về mặt bảo quản các vi 
lượng của sản phẩm sấy khi sử dụng bơm 
nhiệt để sấy trà rau má, thay cho việc sử 
dụng điện trở như hiện nay. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Kwang-Soo Kim, Myong-Hee Won, Jong-Wook Kim, Byung-Joon Back Heat pipe 
cooling technology for desktop PC CPU, Applied Thermal Engineering, Volume 23, 
Issue 9, Pages 1137-1144, June 2003 
70 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
[2] Feng Yang, Xiugan Yuan,Guiping Lin, Waste heat recovery using heat pipe heat 
exchanger for heating automobile using exhaust gas, Applied Thermal Engineering, 
February 2003 
[3] R.E. Critoph, The use of thermosyphon heat pipes to improve the performance of a 
carbon–ammonia adsorption refrigerator, in: Procceedings IV Minsk International 
Seminar‘‘Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators’’, 12–15, Minsk, Belarus, pp. 35–41, 
September 2000 
[4] Y.H. Yau, M. Ahmadzadehtalatapeh, A review on the application of horizontal heat 
pipe heat exchangers in airconditioning systems in the tropics, Applied Thermal 
Engineering, 30, 77-84, 2010 
[5] W. Trirattanapikul, S. Phoungchandang, Microwave blanching and drying 
characteristics of Centella asiatica (L.) urban leaves using tray and heat pump-assisted 
dehumidified drying, Journal of Food Science and Technolog, Volume 51, pp 3623–
3634, December 2014 
[6] Yun Deng, Yuegang Wang, Jin Yue, Zhenmin Liu, Yuanrong Zheng, Bingjun Qian, Yu 
Zhong, Yanyun Zhao, Thermal behavior, microstructure and protein quality of squid 
fillets dried by far-infrared assisted heat pump drying, Food Control , February 2014 
[7] Kudra T, Mujumdar AS, Advanced drying technologies, Radio frequency assisted heat 
pump drying-chapter 31: 407–408, 2002 
[8] Othman MY, Ruslan MH, Sopian K, Abdulmajid ZA, Heat pump drying multifunctional 
solar thermal collector. World renewable energy congress, pp 1665–1670, 2008 
[9] Wera, P, Raghavan, G.S.V, Terdtoon, Loop thermosyphon application for heat pump 
drying, 3rd Inter American Drying Conference, Montre al,Canada, August, 2005. 
[10] Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB GD, 2002. 
[11] Bùi Hải-Trần Văn Vang, Ống nhiệt và ứng dụng ống nhiệt, NXB.BKHN, Tp.HN, 2008 
[12] Bùi Hải, Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, NXB.GTVT, Tp.HN, 2002. 
[13] Yunus A. Cengel, Heat Transfer:A Practical Approach 2nd Edition, 2003 
[14] Võ Chí Chính, Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí, NXB GD, 2003 
[15] Nguyễn Thành Luân & Nguyễn Thế Bảo Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng ống nhiệt 
trọng trường trên máy sấy bơm nhiệt. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 2018 
[16]  
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết 
Nguyễn Thành Luân 
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM, Việtnam 
Email: nguyenthanhluan.bkdn@gmail.com