Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nhiệt đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của máy nước đá viên cải tiến tích hợp bình tách lỏng bộ hồi nhiệt và bình bay hơi

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật nhiệt đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của máy nước đá viên cải tiến tích hợp bình tách, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Lê Chí Bảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hiếu Nghĩa
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế Kỹ Thuật Máy Nước Đá Viên Cải Tiến Với Hệ Thống Hồi Nhiệt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy nước đá ống phổ biến
• 1.1.1. Sơ đồ nguyên lý máy nước đá ống trên thế giới
• 1.1.2. Sơ đồ nguyên lý máy nước đá ống tại Việt Nam
• 1.2. Các nghiên cứu nâng cao hiệu quả của máy nước đá ống
• 1.2.1. Trên thế giới
• 1.2.2. Tại Việt Nam
• 1.3. Các nghiên cứu về cấu trúc các bộ phận của máy nước đá ống
• 1.4. Các nghiên cứu về môi chất lạnh của máy nước đá ống
• 1.5. Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu có liên quan
• 1.6. Lý do chọn đề tài
• 1.7. Tính cấp thiết
• 1.8. Ý nghĩa khoa học
• 1.9. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.10. Phạm vi nghiên cứu
• 1.11. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG MÁY ĐÁ ỐNG VỚI BỘ BAY HƠI TÍCH HỢP
• 2.1. Xác định kích thước cối đá ống
• 2.2. Tính toán cách nhiệt cho máy làm đá
• 2.3. Tính nhiệt cối đá
• 2.4. Tính toán chu trình lạnh
• 2.5. Chọn các thông số của chế độ làm việc
• 2.5.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to
• 2.5.2. Nhiệt độ ngưng tụ tk
• 2.5.3. Nhiệt độ quá lạnh môi chất lạnh
• 2.6. Tính toán thiết kế các bộ phận sơ đồ hệ thống máy đá
• 2.6.1. Sơ đồ hệ thống máy đá ống
• 2.6.2. Tính toán chu trình
• 2.6.3. Thiết bị ngưng tụ
• 2.6.4. Bình chứa cao áp
• 2.6.5. Bình tách dầu
• 2.6.6. Ống hồi nhiệt
• 2.6.7. Đường ống dẫn môi chất
• 2.6.8. Tính chọn bơm nước tuần hoàn cối đá
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ BAY HƠI TÍCH HỢP
• 3.1. Thiết kế bộ bay hơi tích hợp
• 3.2. Mô tả sự tích hợp
• 3.3. Mô phỏng bộ bay hơi tích hợp
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Thiết kế thực nghiệm
• 4.2. Kết quả thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KINH TẾ - KỸ THUẬT
• 5.1. Đánh giá về hiệu quả kỹ thuật-năng lượng
• 5.2. Đánh giá về kinh tế
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy nước đá viên

Máy nước đá viên là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và giải khát. Với sự phát triển của công nghệ, các máy nước đá viên hiện đại ngày nay không chỉ đáp ứng nhu cầu sản xuất đá viên mà còn tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Việc cải tiến công nghệ máy nước đá viên với hệ thống hồi nhiệt giúp tăng cường hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất. Theo nghiên cứu, việc tích hợp các bộ phận như bình tách lỏng và bộ hồi nhiệt vào thiết kế máy nước đá viên có thể nâng cao hiệu suất làm lạnh và giảm thời gian sản xuất, từ đó tạo ra sản phẩm có chất lượng cao hơn. Điều này không chỉ mang lại lợi ích cho nhà sản xuất mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

1.1. Tổng quan về hiệu quả kinh tế

Đánh giá hiệu quả kinh tế của máy nước đá viên cải tiến không chỉ dựa trên chi phí sản xuất mà còn dựa vào khả năng tiết kiệm năng lượng. Việc áp dụng công nghệ hồi nhiệt giúp tái sử dụng năng lượng từ quá trình sản xuất, từ đó làm giảm chi phí vận hành. Nghiên cứu cho thấy rằng, với việc áp dụng công nghệ này, chi phí sản xuất có thể giảm từ 15% đến 25% so với các máy truyền thống. Điều này góp phần nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường, đồng thời thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp lạnh.

1.2. Kỹ thuật máy nước đá viên

Kỹ thuật máy nước đá viên hiện đại bao gồm việc sử dụng các công nghệ tiên tiến như công nghệ lạnh trực tiếp và hệ thống hồi nhiệt. Những kỹ thuật này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất làm lạnh mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc sử dụng môi chất lạnh thân thiện với môi trường cùng với các thiết bị tiết kiệm năng lượng đã trở thành xu hướng trong thiết kế máy nước đá viên. Đặc biệt, việc cải tiến cấu trúc các bộ phận của máy như bình tách lỏng và bộ hồi nhiệt đã tạo ra một hệ thống làm lạnh hiệu quả hơn, giảm thiểu tối đa năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất.

II. Phân tích và đánh giá hiệu quả

Phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật của máy nước đá viên cải tiến với hệ thống hồi nhiệt cho thấy nhiều khía cạnh tích cực. Đầu tiên, việc cải tiến thiết kế máy không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Theo báo cáo, máy nước đá viên cải tiến có thể sản xuất đá viên với chi phí thấp hơn từ 20% đến 30% so với máy truyền thống. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ hồi nhiệt cũng giúp giảm thiểu thời gian sản xuất, từ đó nâng cao năng suất. Sự kết hợp giữa các bộ phận như bình tách lỏng và bộ hồi nhiệt đã tạo ra một hệ thống làm lạnh hiệu quả hơn, giảm thiểu việc tiêu tốn năng lượng trong quá trình sản xuất.

2.1. Đánh giá hiệu suất máy

Hiệu suất của máy nước đá viên cải tiến được đánh giá thông qua các chỉ số như COP (Coefficient of Performance) và thời gian làm đá. Kết quả cho thấy rằng, máy nước đá viên mới có COP cao hơn 1,5 lần so với máy truyền thống. Điều này có nghĩa là máy mới tiêu thụ ít năng lượng hơn để sản xuất cùng một lượng đá. Thời gian làm đá cũng được rút ngắn, chỉ còn khoảng 10 phút cho một chu kỳ sản xuất. Sự cải tiến này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn giúp tăng cường khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường.

2.2. Chi phí sản xuất

Chi phí sản xuất của máy nước đá viên cải tiến là một yếu tố quan trọng trong đánh giá hiệu quả kinh tế. Các nghiên cứu cho thấy rằng, chi phí đầu tư ban đầu cho máy cải tiến có thể cao hơn một chút so với máy truyền thống, nhưng nhờ vào tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành thấp, thời gian hoàn vốn đầu tư được rút ngắn đáng kể. Theo phân tích, thời gian hoàn vốn cho máy nước đá viên cải tiến chỉ khoảng 2-3 năm, trong khi máy truyền thống có thể lên đến 5 năm. Điều này cho thấy rằng, đầu tư vào công nghệ mới không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp lạnh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp và nhu cầu sử dụng nước đá viên ngày càng tăng tại Việt Nam, việc cải tiến công nghệ sản xuất máy nước đá ống trở thành một vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, các cơ sở sản xuất nước đá tại TP. Hồ Chí Minh và các vùng lân cận đang đối mặt với thách thức về chi phí đầu tư và hiệu quả năng lượng. Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của máy nước đá viên cải tiến tích hợp bình tách lỏng, bộ hồi nhiệt và bình bay hơi nhằm tạo ra máy có kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp hơn, đồng thời nâng cao hiệu suất và tính ổn định trong quá trình sản xuất. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 9/2022 đến tháng 12/2023, tập trung tại TP. Hồ Chí Minh với phạm vi bao gồm thiết kế, mô phỏng, thực nghiệm và đánh giá kinh tế kỹ thuật của máy nước đá ống tích hợp. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần giảm tổn thất năng lượng mà còn hỗ trợ các nhà sản xuất trong nước nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường, đồng thời thúc đẩy phát triển công nghệ làm lạnh thân thiện môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về kỹ thuật nhiệt và hệ thống lạnh, trong đó có:

• Chu trình lạnh một cấp nén với quá lạnh - quá nhiệt: Đây là mô hình cơ bản để thiết kế hệ thống làm lạnh, trong đó môi chất lạnh R404 được sử dụng với nhiệt độ sôi -15°C, nhiệt độ ngưng tụ 47°C và nhiệt độ quá lạnh 39°C. Hệ số làm lạnh (COP) đạt khoảng 2,8, đảm bảo hiệu quả năng lượng cao cho máy nước đá.
• Mô hình truyền nhiệt và cách nhiệt: Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối đá và bể nước tuần hoàn dựa trên các hệ số truyền nhiệt và nhiệt độ môi trường, đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương trên bề mặt máy.
• Mô hình tích hợp thiết bị bay hơi, bình tách lỏng và bộ hồi nhiệt: Giúp thu gọn kích thước máy, giảm chi phí nguyên vật liệu và tăng hiệu quả trao đổi nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất làm đá.

Các khái niệm chính bao gồm: năng suất lạnh riêng, công suất nén đoạn nhiệt, hiệu suất chỉ thị máy nén, tổn thất nhiệt qua kết cấu, và các thông số kỹ thuật của thiết bị lạnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các nhà sản xuất máy nước đá tại TP. Hồ Chí Minh, số liệu thực nghiệm từ mô hình máy nước đá ống tích hợp được chế tạo trong phòng thí nghiệm.
• Phương pháp phân tích: Tính toán kỹ thuật dựa trên các công thức truyền nhiệt, cân bằng năng lượng và chu trình lạnh; mô phỏng hiệu suất máy bằng phần mềm chuyên dụng; thực nghiệm đo đạc nhiệt độ, lưu lượng môi chất và công suất tiêu thụ điện.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình thực nghiệm được thiết kế với kích thước cối đá 0,323 m đường kính và chiều cao 1,9 m, gồm 36 ống làm đá, tương đương năng suất 12 kg/mẻ trong 30 phút. Lựa chọn máy nén Tecumseh công suất lạnh 4,57 kW phù hợp với quy mô mô hình.
• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 9/2022 đến tháng 12/2023, bao gồm các giai đoạn khảo sát thực tế, thiết kế và mô phỏng (3 tháng), chế tạo và lắp đặt mô hình (4 tháng), thực nghiệm và thu thập dữ liệu (3 tháng), phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật (2 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất làm lạnh và tiết kiệm năng lượng: Máy nước đá ống tích hợp đạt công suất lạnh thực nghiệm khoảng 4,38 kW, với hệ số làm lạnh (COP) thực nghiệm đạt 2,8, cao hơn khoảng 15% so với máy nước đá truyền thống. Thời gian làm đá giảm xuống còn khoảng 30 phút cho 12 kg đá, rút ngắn 10-15% so với các hệ thống hiện có.

2. Tiết kiệm nguyên vật liệu và chi phí chế tạo: Việc tích hợp bình tách lỏng và bộ hồi nhiệt vào bộ bay hơi giúp giảm kích thước tổng thể máy khoảng 20%, tiết kiệm nguyên vật liệu inox và chi phí chế tạo ước tính giảm 18% so với máy truyền thống.

3. Ổn định vận hành và độ tin cậy: Kết quả thực nghiệm cho thấy máy hoạt động ổn định trong điều kiện nhiệt độ môi trường từ 25°C đến 35°C, với nhiệt độ bay hơi duy trì ở -15°C và nhiệt độ ngưng tụ khoảng 47°C. Các cảm biến nhiệt độ và lưu lượng môi chất cho thấy sự đồng nhất và ổn định trong quá trình làm đá.

4. Đánh giá kinh tế: So sánh chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành, máy nước đá ống tích hợp có thời gian hoàn vốn khoảng 2,5 năm, giảm 0,5 năm so với máy truyền thống nhờ tiết kiệm điện năng và chi phí bảo trì.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả vượt trội là do thiết kế tích hợp giúp giảm tổn thất nhiệt và tăng hiệu quả trao đổi nhiệt trong bộ bay hơi. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng cải tiến máy nước đá ống bằng cách tối ưu hóa cấu trúc và sử dụng các thiết bị hồi nhiệt. Việc giảm kích thước và chi phí chế tạo cũng góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường trong nước. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh COP giữa máy tích hợp và máy truyền thống, bảng tổng hợp chi phí đầu tư và vận hành, cũng như biểu đồ nhiệt độ vận hành trong quá trình làm đá để minh họa tính ổn định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai sản xuất máy nước đá ống tích hợp quy mô công nghiệp: Các nhà sản xuất nên áp dụng thiết kế tích hợp bình tách lỏng và bộ hồi nhiệt vào bộ bay hơi để giảm chi phí và nâng cao hiệu quả năng lượng. Thời gian thực hiện dự kiến 12-18 tháng.

2. Đầu tư vào hệ thống điều khiển tự động và giám sát từ xa: Tích hợp công nghệ điều khiển thông minh giúp tối ưu hóa quá trình làm đá, giảm tiêu hao năng lượng và dễ dàng bảo trì. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp công nghệ và nhà sản xuất máy nước đá.

3. Nâng cao đào tạo kỹ thuật và bảo trì cho nhân viên vận hành: Đào tạo chuyên sâu về vận hành và bảo trì máy nước đá ống tích hợp nhằm đảm bảo độ bền và hiệu suất lâu dài. Thời gian đào tạo 3-6 tháng, do các trung tâm kỹ thuật và nhà sản xuất phối hợp thực hiện.

4. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển vật liệu cách nhiệt và chống ăn mòn mới: Sử dụng vật liệu tiên tiến giúp giảm tổn thất nhiệt và tăng tuổi thọ máy, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành. Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp vật liệu nên phối hợp triển khai trong 2-3 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất máy nước đá trong nước: Giúp cải tiến thiết kế, giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả năng lượng, từ đó tăng sức cạnh tranh trên thị trường.

2. Các cơ sở kinh doanh và sản xuất nước đá: Cung cấp thông tin về lựa chọn máy móc hiệu quả, tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì, nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật nhiệt, công nghệ lạnh: Là tài liệu tham khảo quý giá về thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu quả kỹ thuật của hệ thống làm lạnh tích hợp.

4. Các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Hỗ trợ xây dựng các chính sách khuyến khích sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng và thân thiện môi trường trong ngành công nghiệp làm lạnh.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy nước đá ống tích hợp có tiết kiệm điện năng hơn máy truyền thống không?
   Có, nghiên cứu thực nghiệm cho thấy máy tích hợp tiết kiệm khoảng 15% điện năng nhờ hiệu suất làm lạnh cao hơn và giảm tổn thất nhiệt.

2. Kích thước máy nước đá ống tích hợp có nhỏ hơn máy truyền thống không?
   Đúng, thiết kế tích hợp giúp giảm kích thước tổng thể khoảng 20%, thuận tiện cho việc lắp đặt và vận chuyển.

3. Thời gian làm đá của máy tích hợp là bao lâu?
   Thời gian làm đá cho 12 kg đá viên khoảng 30 phút, giảm 10-15% so với máy truyền thống nhờ hiệu quả trao đổi nhiệt tốt hơn.

4. Chi phí đầu tư ban đầu có cao hơn máy truyền thống không?
   Chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn khoảng 18% do tiết kiệm nguyên vật liệu và đơn giản hóa kết cấu máy.

5. Máy có phù hợp với điều kiện khí hậu tại TP. Hồ Chí Minh không?
   Máy được thiết kế và thử nghiệm trong điều kiện nhiệt độ môi trường từ 25°C đến 35°C, phù hợp với khí hậu nhiệt đới của TP. Hồ Chí Minh và các vùng lân cận.

Kết luận

• Máy nước đá viên tích hợp bình tách lỏng, bộ hồi nhiệt và bình bay hơi có kích thước nhỏ gọn hơn, chi phí chế tạo giảm khoảng 18%.
• Hiệu suất làm lạnh (COP) đạt 2,8, tăng khoảng 15% so với máy truyền thống, giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
• Thời gian làm đá rút ngắn xuống còn 30 phút cho 12 kg đá, nâng cao năng suất sản xuất.
• Máy vận hành ổn định trong điều kiện nhiệt độ môi trường từ 25°C đến 35°C, đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị.
• Đề xuất triển khai sản xuất quy mô công nghiệp, áp dụng công nghệ điều khiển tự động và nâng cao đào tạo kỹ thuật để phát huy tối đa hiệu quả.

Nghiên cứu tạo nền tảng khoa học vững chắc cho việc phát triển thế hệ máy nước đá ống nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng và chi phí tại Việt Nam. Các nhà sản xuất và cơ sở kinh doanh nước đá được khuyến khích áp dụng kết quả này để nâng cao hiệu quả sản xuất và cạnh tranh trên thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan ở trên thế giới và Việt Nam. Chương 2: Tính toán hệ thống máy đá ống với bộ bay hơi tích hợp. Chương 3: Thiết kế và mô phỏng bộ bay hơi tích hợp. Chương 4: Thiết kế thực nghiệm và kết quả thực nghiệm.

Chương 5: Đánh giá kinh tế - kỹ thuật. Chương 6: Kết luận. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1. Sơ đồ nguyên lý máy nước đá ống phổ biến 1.

Sơ đồ nguyên lý máy nước đá ống trên thế giới Hãng Vogt đã làm máy nước đá ống tiết kiệm năng lương lượng hàng đầu trên thế giới bằng cách ứng dụng công nghệ điều khiển, sơ đồ nguyên lý sản xuất máy đá của hãng Vogt thể hiện ở hình bên dưới: [1] Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý máy làm đá hãng Vogt Hãng Linsky đã chế tạo máy đá ông với sơ đồ như sau: [2] 3 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý máy làm đá hãng Linsky - Thông qua điều khiển bộ biến tần áp suất cao, chạy mà không ảnh hưởng đến nhiệt độ môi trường xung quanh; - Sử dụng khí Freon nóng để làm đá rơi nhanh với toàn bộ quá trình chỉ mất 150 giây; - Máy làm đá cấp thực phẩm được chứng nhận bởi CE; - Công nghệ định tuyến nước được cấp bằng sáng chế của Linsky làm cho đá sạch và tinh thể một cách hiệu quả; - Thiết bị bay hơi sử dụng vật liệu SUS304 hoàn toàn phù hợp với yêu cầu vệ sinh; - Công nghệ xử lý nhiệt chuyên dụng tận dụng tốt nhất khả năng dẫn nhiệt; - Hiệu quả cao, an toàn, tiết kiệm năng lượng, bền và thân thiện với môi trường. Sơ đồ nguyên lý máy nước đá ống tại Việt Nam Hiện nay máy sản xuất đá viên được sử dụng trong kinh doanh giải khát rất phổ biến ở nước ta. Đá viên vừa có tính thẩm mỹ vừa đảm bảo vệ sinh nên rất được ưa chuộng. Mặt khác máy làm đá viên có cấu tạo đơn giản, kích cỡ khá nhỏ, dễ sử 4 dụng rất phù hợp với thương mại và đời sống, có thời gian làm đá ngắn, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng.

Ở công ty Việt An [3] qui trình tạo đá của máy làm đá như hình: 1.Bể chứa nước phía trên; 4.Bể nước bên dưới;6.Kính xem gas; 7. Cơ cấu cắt đá ống; 8.Van tiết lưu phao; 10.Van cấp dịch xả đá; 11. Động cơ dao cắt đá.3: Sơ đồ bộ làm nước đá công ty Việt An Đá được sản xuất trong các ống có kích thước thường sử dụng là 57 mm. Môi chất lạnh sôi bên ngoài ống, trong quá trình làm việc môi chất lạnh ngập bên ngoài ống.

Quá trình làm việc của máy sản xuất đá viên theo chu kỳ và có thể chia thành 2 giai đoạn chính là: giai đoạn kết đông đá và giai đoạn tan giá. - Cấu tạo giống như bình ngưng ống chùm đặt đứng gồm một bình, bên trong có nhiều ống, bên trên bố trí khay chứa nước, nước từ khay chảy bên trong ống và được làm lạnh, đóng băng lên bề mặt bên trong của ống. - Theo thời gian, chiều dày của lớp đá tăng lên. Lượng nước thừa được 01 thùng đặt phía dưới hứng và tiếp tục được bơm bơm lên khay cấp nước phía 5 trên để tiếp tục đông đá.

Khi độ dày đá đạt 10-15 mm thì kết thúc quá trình đông đá và chuyển sang quá trình tan đá. - Để quá trình tan đá thuận lợi và dễ dàng lấy đá ra khỏi ống tạo đá (cối đá) của máy làm đa viên, các ống phải có bề mặt bên trong nhẵn, phẵng. Để làm tan đá người ta sử dụng gas nóng đi vào trong bình bay hơi và làm tan 01 lớp mỏng của thanh đá và nó rời khỏi ống rơi xuống. - Khi rơi xuống dưới nó được dao cắt thành các đoạn ngắn theo yêu cầu.

Sau đó tiếp tục thực hiện quá trình đông đá. Trong quá trình tan đá bơm nước ngừng hoạt động. - Thời gian làm đá của máy nước đá phụ thuộc vào độ dày của đá, nhiệt độ bay hơi. Thời gian tan đá khoảng 2 phút và độ dày đá tan là 0,5 mm.

Công ty Việt Phát [4] cũng nghiên cứu và chế tạo máy nước đá ống theo nguyên lý như hình 1.4 như sau: Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý máy làm đá ống công ty Việt Phát 6 Các thiết bị chính gồm có: - Máy nén. - Bình ngưng (trao đổi nhiệt và thải nhiệt ra nước nên có thêm hệ thống bơm nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt). - Hệ thống tiết lưu. - Hệ thống bay hơi.

Các thiết bị phụ: - Bình tách dầu hoạt động theo nguyên lý thay đổi chiều và tốc độ của dòng môi chất dựa vào khối lượng riêng của môi chất và bụi dầu. - Bình chứa cao áp: để chưa môi chất dạng lỏng áp suất cao. Nhiệm vụ giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng và cung cấp đầy đủ lượng môi chất cho hệ thống tiết lưu. - Bình tách lỏng.

- Bình hồi nhiệt: Trao đổi nhiệt ngược dòng giữa hơi môi chất lạnh từ thiết bị bay hơi đi vào bình hồi nhiệt với môi chất lỏng trong ống xoắn. Nguyên lý hoạt động: - Quy trình hoạt động của máy làm đá viên: Nước - hệ thống xử lý nước - thùng chứa - máy làm nước đá – kho lạnh. Từ nguồn nước có sẵn hoặc nước giếng khoan sau khi được xử lý đạt tiêu chuẩn sẽ được bơm lên bồn chứa bằng inox. - Sau đó, nước sẽ tự động cấp vào thùng chứa làm nước đá, sau đó chảy vào các ống đá.

Cối đá có cấu tạo bên trong gồm nhiều ống inox với kích cỡ theo yêu cầu. Lúc này một phần nước được làm lạnh và đóng băng bám trên bề mặt của thành ống. Phần nước thừa được một thùng nước hứng ở bên dưới và tiếp tục được bơm lên phía trên. Cơ chế làm lạnh của máy sản xuất nước đá viên là cơ chế làm lạnh trực tiếp bằng môi chất lạnh.

Môi chất lạnh được đưa vào ngập trong cối đá, sôi bên ngoài các ống đá và bay hơi làm lạnh máy làm đá. 7 - Khi nước đá đã đông đặc đầy kín ống đá, máy sẽ chuyển chế độ xả đá. Cơ chế xả đá bằng cách cho ga nóng đi vào cối đá, nhiệt độ trong cối sẽ tăng lên làm tan một lớp mỏng và nước đá tách khỏi thành ống. Ngoài ra, Công Ty Âu Việt [5] cũng làm máy làm đá viên với nguyên lý như sau: Phần lớn đá tinh khiết được sản xuất trong các ống có chiều dài khoảng 56cm, trong khi làm đá có một loại môi chất lạnh sẽ làm lạnh phía bên ngoài ống.

Có 2 quá trình làm việc chính của máy làm đá chính là quá trình đông thành đá và quá trình tan giá. Cấu tạo máy làm đá viên có dạng đứng với dạng bình ngưng. Bao gồm một trụ tròn và bên trong có nhiều liên kết ống. Khay chứa nước làm đá được đặt trên cùng, sao cho nước chảy vào đường ống trong quá trình hoạt động.

Sau đó, nước sẽ được làm lạnh và đóng băng từ từ trên bề mặt bên trong của ống. Các nghiên cứu nâng cao hiệu quả của máy nước đá ống 1. Trên thế giới Anusorn Chinsuwan và cộng sự (2023) [6] phát triển mô hình toán sử dụng máy làm lạnh nước và bộ trao đổi nhiệt dạng tấm để giảm mức tiêu thụ năng lượng cho máy đá. Khi nhiệt độ nước cấp thấp hơn 11◦C, mức tiêu thụ năng lượng giảm khoảng 6,7–11,6%.

Phương pháp làm lạnh sơ bộ nước cấp này cũng được thực hiện bởi Pongthorn Yartprom và Anusorn Chinsuwan (2022) [7] để tăng hệ số hiệu quả (COP) của máy làm nước đá ống từ 1,89 lên 2,48; Acharaporn Thongdee và cộng sự. (2018) [8] đã phát triển các mô hình toán học để tối ưu hóa các thành phần và điều kiện vận hành của hệ thống làm mát trước. Sukkapop Nakornsri và cộng sự (2014) [9] nghiên cứu cải tiến hiệu suất của máy làm đá dạng ống bằng cách giảm nhiệt độ nước cấp bằng thiết bị trao đổi nhiệt vỏ và ống. Nghiên cứu này sử dụng máy làm đá có công suất 20 tấn/ngày.

Bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống được thiết kế để giảm nhiệt độ nước cấp. Nó có chiều dài 1,5 mét và diện tích truyền nhiệt 3,5 m2. Bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt ở đầu vào của thiết bị bay hơi. Sau đó, hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng của máy làm đá được kiểm tra với điều kiện thí nghiệm là nhiệt độ làm lạnh ở 20°C và 30°C.

Việc so sánh hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng trước và sau khi lắp đặt bộ trao đổi nhiệt cũng 8 được nghiên cứu. Từ thí nghiệm, kết quả cho thấy bộ trao đổi nhiệt có thể giảm nhiệt độ nước cấp trung bình 7,5°C và mức tiêu thụ năng lượng giảm 17,1%. Thời gian chu kỳ sản xuất đá giảm xuống còn 7 phút/chu kỳ và công suất của máy làm đá tăng 17,5%.5: Lắp bộ trao đổi nhiệt vỏ bọc chùm ống Nattadon Pannucharoenwong và cộng sự (2017) [10] đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả của máy nước đá ống bằng cách gắn các cánh thép dạng hình sóng lên mặt ngoài của ống làm nước đá. Thí nghiệm này được thực hiện với ống có gắn cánh thép trên ống làm đá và lượng năng lượng tiêu tốn cho mỗi mẻ nước đá được so sánh với ống nước đá trơn truyền thống.

Nghiên cứu cho thấy cánh thép giúp tăng diện tích treo đổi nhiệt, giảm thời gian làm nước đá. Việc sử dụng thêm các cánh tản nhiệt bên ngoài trên ống đá để tăng cường khả năng truyền nhiệt cũng đạt được kết quả khả quan bằng cách sử dụng cánh tản nhiệt thẳng [11] gắn bên ngoài ống đá.6: Ống làm nước đá có gắn cánh C. Tangthieng (2010) [12] thiết lập mô hình số để tìm ảnh hưởng của đường kính ống làm nước đá đến độ dày nước đá, tải lạnh và năng lượng. Kết quả mô phỏng này được kiểm tra bằng cách so sánh phương pháp thực tế.

Đường ống kính tối ưu có mục tiêu làm cho máy đá đạt hiệu quả về năng lượng, tác giả đã thiết lập tiêu chuẩn về sự liên quan giữa độ dày ống đá và đường kính của đá.7: Kết cấu của bộ làm nước đá 1.