ศูนย์นวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว

การประหยัดพลังงานในเครื่องอบแห้งแบบปั๊มความร้อนโดยใช้เทอร์โมไซฟอนแบบวงรอบ

มนตรี เดชมา

วิทยานิพนธ์ (วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต (สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล) มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. 181 หน้า.

2544

บทคัดย่อ

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการศึกษาการใช้เทอร์โมไซฟอนในระบบอบแห้งชนิดปั้มความร้อน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อ ศึกษา ออกแบบ สร้าง และวิเคราะห์ผลของการใช้เทอร์โมไซฟอนเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างอากาศก่อ นเข้าและหลังออกส่วนทำระเหยของปั๊มความร้อนในระบบอบแห้งชนิดปั๊มความร้อน เพื่อเป็นการประหยัดพลังงาน เทอร์โมไซฟอนที่ใช้เป็นแบบวงรอบ (Loop Thermosyphon) ประกอบด้วยคอยล์ส่วนระเหย และคอยล์ส่วนควบแน่น ที่มีลักษณะเหมือนกับส่วนทำระเหยของเครื่องปรับอากาศทั่วไป คือ เป็นแบบท่อกลมและครีบชนิดคลื่นต่อเนื่อง ซึ่งมีขนาดพื้นที่ผิวหน้า 400 มม.x360 มม. ภายในคอยล์ประกอบด้วยท่อทองแดงชนิดผิวในเรียบขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก 10.0 มม. และครีบอลูมิเนียมที่มีจำนวนครีบ 1 ครีบต่อนิ้ว หนา 0.15 มม. เทอร์โมไซฟอนที่ใช้เป็นแบบ 42 ลูป ซึ่งคอยล์แต่ละส่วนมีจำนวนแถว 6 แถว สารทำงานที่ใช้คือ R-123 ระบอบแห้งชนิดปั๊มความร้อนที่ใช้ในการศึกษาวิจัยนี้ประกอบด้วย พัดลมหมุนเวียนอากาศ (Blower) ของเครื่องอบแห้งที่ใช้ในปัจจุบันคือแบบ Axial Flow ขับด้วยมอเตอร์ 1 HP, 1430 rpm มีปริมาณลมหมุนเวียน (จากการวัดจริง) 0.4 kg/s ปั๊มความร้อนออกแบบโดยมีองค์ประกอบของเครื่องทำความเย็นสำหรับห้องเย็นที่มีส่วนทำระเหย (Evaporator) ขนาด 4000 Btu/h (Low Temp.) ชุดส่วนควบแน่น (Condensing Unit) ซึ่งมีเครื่องอัดไอ (Compressor) 1.5 HP และ Thermostatic Exp. Valve รุ่น FF-1 และมีขดลวดความร้อนไฟฟ้าขนาด 6 kw ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเสริมเพื่อเพิ่มอุณหภูมิอากาศอบแห้งในกรณีที่อุณหภูมิอากาศอบแห้งที่ได้จากปั๊มความร้อนไม่ถึงอุณหภูมิอบแห้งที่ต้องการ และทำหน้าที่ในการควบคุมอุณหภูมิอากาศอบแห้ง ทำการทดสอบโดยมีเงื่อนไขการทดสอบ 3 เงื่อนไข คือ อัตราส่วนอากาศที่ไม่ผ่านส่วนทำระเหยหรือ BAR (Bupas Air Ratio) 0 , 20 และ 40 กับเงื่อนไขการทดสอบอีก 2 เงื่อนไข คือ ก่อนติดตั้งและหลังติดตั้งเทอร์โมไซฟอนแบบวงรอบในการทดสอบทุก ๆ เงื่อนไขจะควบคุมให้มีอุณหภูมิอากาศอบแห้งที่ 55°C ความชื้นเริ่มต้นของข้าวเปลือกประมาณ 11-13 มาตรฐานเปียก ใช้เวลาในการอบ 7 ชั่วโมงจนเหลือความชื้นสุดท้ายคือ 5-7 มาตรฐานเปียกและอัตราการไหลเชิงมวลของอากาศอบแห้งคือประมาณ 0.4 kg/s แล้วทำการวัดคุณสมบัติของอากาศแต่ละจุดและค่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในอุปกรณ์ต่าง ๆ ของระบบ ทำการวิเคราะห์ในเชิงเปรียบเทียบถึงค่าสมรรถนะต่าง ๆ ของระบบ ค่าคุณลักษณะทางความร้อนของเทอร์โมไซฟอน การประหยัดพลังงานจากการใช้เทอร์โมไซฟอนแบบวงรอบ แล้วทำการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ จากผลการทดสอบ เทอร์โมไซฟอนแบบวงรอบ 42 ลูป สามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้เท่ากับ 3.08 kWh ต่อ 1 วัน และ 3.50 kWh ต่อ 1 วัน สำหรับกรณี BAR และ 40 ตามลำดับ หรือคิดเป็น 7.2 และ 8.5 ตามลำดับเมื่อเทียบกับระบบที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โมไซฟอน ส่วนกรณี BRA 0 นั้นค่าพลังงานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น 3.6 ค่าประสิทธิผลเพิ่มขึ้นจาก 0.217 เป็น 0.288 เมื่อค่าหน่วยการถ่ายเทความร้อน (NTU) เพิ่มขึ้นจาก 0.044 เป็น 0.050 ตามลำดับ และมีอัตราผลตอบแทนภายในเท่ากับ 22.90 และ 26.45 สำหรับกรณี BAR 20 และ 40 ตามลำดับ ดังนั้นเทอร์โมไซฟอนแบบวงรอบจึงมีความเหมาะสมสำหรับระบบอบแห้งชนิดปั๊มความร้อนนี้ท ี่เงื่อนไข BAR 20 และ 40