Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY 
DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 
 Hoàng Dương Hùng 
Trường Đại học Quảng Bình 
Tóm tắt. Năng lượng và vấn đề sử dụng năng lượng đang là mối quan tâm rất lớn của mọi 
quốc gia. Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch và được xem là một trong 
những nguồn năng lượng chính trong tương lai. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các 
thiết bị sấy sử dụng NLMT và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế đang là vấn đề có tính thời 
sự. Hiện nay trong nước và trên thế giới đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại thiết bị sấy NLMT. 
Tuy nhiên, do đặc điểm của NLMT là chỉ được cung cấp khi có nắng nên quá trình cấp nhiệt cho 
sản phẩm sấy không được ổn định và liên tục nên việc triển khai các thiết bị sấy NLMT trong 
thực tế còn rất hạn chế. Bài báo này đưa ra kết quả nghiên cứu triển khai thực nghiệm thiết bị 
sấy NLMT có sử dụng chất trữ nhiệt trong việc sấy một số loại hải sản. 
Từ khóa: Thiết bị sấy; năng lượng mặt trời; sấy hải sản; trữ nhiệt; quá trình sấy 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hiện nay việc nghiên cứu ứng dụng các thiết bị cung cấp nhiệt bằng NLMT phục vụ 
sản xuất công, nông nghiệp trên thế giới phát triển rất nhanh nhằm đảm bảo cung cấp 
nguồn năng lượng sạch để bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, việc ứng dụng NLMT trong 
thực tế còn rất khiêm tốn. Nguyên nhân chính là chưa thể thương mại hóa các thiết bị và 
công nghệ sử dụng NLMT vì còn tồn tại một số hạn chế lớn chưa được giải quyết như: 
giá thành thiết bị còn cao, hiệu suất thiết bị còn thấp, phụ thuộc vào vị trí địa lý lắp đặt 
thiết bị, cần không gian đủ lớn để đặt thiết bị nhất là việc không đảm bảo độ tin cậy 
của các thiết bị sử dụng NLMT vì tính không ổn định, không liên tục của nó [1]. 
Việt Nam là nước nông nghiệp, có nguồn lợi thủy, hải sản phong phú và đa dạng. Vì 
vậy, quy trình sấy khô nhằm bảo quản chất lượng hải sản là rất quan trọng. Từ trước tới 
nay, người dân Việt Nam đã và đang sử dụng NLMT để sấy dưới dạng phơi nắng ngoài 
trời, phương pháp này có quá nhiều hạn chế như: phụ thuộc vào thời tiết, mất vệ sinh, 
mất nhiều thời gian, có thể đến 2, 3 ngày nắng nên sản phẩm khó đạt được chất lượng 
cao. Do vậy, cần nghiên cứu một thiết bị sấy NLMT có thể sấy liên tục bằng cách sử 
dụng các chất chuyển pha (PCM) có khả năng trữ nhiệt cao để cấp nhiệt cho quá trình sấy 
các loại hải sản với giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam. 
2. THIẾT BỊ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG CHẤT CHUYỂN PHA 
2.1. Mô tả thiết bị 
Mô hình thiết bị sấy nghiên cứu được mô tả như Hình 1: Hệ thống thiết bị sấy gồm 
hai khối chính là thiết bị Collector dùng Paraffin tích trữ năng lượng nhiệt mặt trời và 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
thiết bị buồng sấy được kết nối với nhau bằng hệ thống kênh dẫn khí nóng. Cả thiết bị sấy 
lẫn thiết bị tích trữ nhiệt đều hấp thụ nguồn năng lượng mặt trời và làm việc đồng thời 
trong quá trình sấy sản phẩm [4]. 
2.2. Nguyên lý hoạt động 
Khi trời có nắng, vật liệu sấy được sấy trực tiếp bằng năng lượng mặt trời, Paraffin 
tích trữ nhiệt năng lượng mặt trời chuyển pha từ rắn sang lỏng. Khi cường độ bức xạ mặt 
trời giảm vào cuối ngày, vật liệu sấy tiếp tục được sấy bằng không khí nóng được gia 
nhiệt ở Collector, khi đó Paraffin sẽ giải phóng lượng nhiệt tích trữ được cho không khí 
và chuyển pha từ lỏng sang rắn. 
Hình 1. Mô hình thiết bị sấy cá NLMT có dùng chất Paraffin để trữ nhiệt 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY 
Thiết bị được sử dụng tính toán 
nghiên cứu trong bài báo này là một hệ 
thống sấy cá có công suất 15kg/mẻ, thời gian 
sấy 15giờ (G = 1kg/h). Độ ẩm của cá trước và 
sau quá trình sấy tương ứng là ω1=75%, ω2 = 
10%. Không khí trước khi vào Collector có nhiệt 
độ t0=300C, độ ẩm tương đối ϕ0 =77%, 
p=0,98bar. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình 
cực đại trong ngày ở Đà Nẵng là 
En=940W/m2. Nhiệt độ tác nhân sấy trước khi 
vào buồng sấy (sau khi ra khỏi Collector) là t1 
= 450C, sau khi ra khỏi buồng sấy t2=320C. 
Collector có kích thước a x b x 
h=1200x1600x250mm, trong đó có đặt 13 ống 
đựng PCM có đường kính Φ60/57mm, dài 
1500mm. Trong ống có nhồi phoi kim loại. Khối 
lượng PCM là 45kg. Collector có nhiệm vụ hấp 
thụ ánh sáng mặt trời để gia nhiệt cho không khí và gia nhiệt cho PCM. Trong Collector 
có lắp một nhiệt kế để đo nhiệt độ không khí và PCM trong Collector. Kích thước chi tiết 
của Collector được thể hiện trên Hình 2. 
Buồng sấy có kích thước a x b x h = 820x420x1000mm. Chiều cao chân đế là 
600mm. Trong buồng sấy có đặt kệ sấy với 
4 khay sấy. Kệ sấy làm bằng thép, có 4 
tầng, kích thước mỗi tầng là 
800x400x150mm. Khay sấy làm bằng lưới 
thép viền khung gỗ, kích thước 
650x400mm. Khoảng hở ở đầu kệ sấy, giữa 
kệ và khay sấy là 150mm, mục đích là tạo 
đường đi cho luồng không khí nóng. Như 
vậy không khí nóng chuyển động song song 
với các khay sấy và được dẫn đi theo 4 pass 
như Hình 1. 
Sau khi tính toán với chất trữ nhiệt là 
Paraffin và tính chọn các thông số, tổng hợp 
lại ta có các thông số của Collector như sau: 
Bảng 1. Các thông số thiết kế của Collector 
Hình 2. Cấu tạo collector 
Hình 3. Kích thước thiết bị sấy 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
Thông số 
Collector đã 
tính chọn 
Ký 
hiệu Giá trị 
Đơn 
vị 
Thông số 
Collector đã 
tính chọn 
Ký 
hiệu 
Giá 
trị 
Đơn 
vị 
Khối lượng 
Paraffin mpf 45 kg 
Lượng phoi 
kim loại nhồi 
vào mỗi ống 
mphoi 0,3 kg 
Khối lượng riêng 
Paraffin ρpf 910 kg/m
3 Chiều rộng 
Collector l 1.2 m 
Nhiệt dung riêng 
đẳng áp Paraffin 
rắn 
Cppfr 2900 J/kgK 
Chiều dài 
Collector r 1.6 m 
Nhiệt dung riêng 
đẳng áp Paraffin 
lỏng 
Cppfl 2930 J/kgK 
Chiều cao 
Collector δ 0.2 m 
Nhiệt chuyển 
pha của Paraffin rc 189000 J/kgK 
Chiều dày thép 
làm Collector δt 0,002 m 
Nhiệt độ nóng 
chảy của 
Paraffin 
tc 60 0C 
Chiều dày tấm 
kính δK 0.005 m 
Đường kính 
ngoài ống đựng 
Paraffin 
dông 0.06 m 
Hệ số dẫn nhiệt 
tấm kính λK 0.8 
W/m
K 
Đường kính 
trong ống đựng 
Paraffin 
dôtr 0.057 m 
Độ trong tấm 
kính D 0.95 
Chiều dài ống 
đựng Paraffin hô 1.5 m 
Độ đen tấm hấp 
phụ ε 0.95 
Chiều dày ống 
đựng Paraffin δô 0.0015 m 
Chiều dày lớp 
cách nhiệt δcn 0. 05 m 
Khối lượng riêng 
của thép làm ống 
Paraffin và 
Collector 
ρt 7850 kg/m3 
Hệ số dẫn nhiệt 
lớp cách nhiệt λcn 0.055 
W/m
K 
Nhiệt dung riêng 
của thép làm ống 
Cpt 500 J/kgK 
Tốc độ dòng 
không khí qua ωkk 
1 m/s 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
Paraffin và 
Collector 
Collector 
Nhiệt độ môi 
trường tf 30 
0C 
Cường độ bức 
xạ mặt trời lớn 
nhất trong ngày 
En 940 
W/m
2
4. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM 
4.1. Hệ thống thiết bị sấy thực 
Hình 4. Hệ thống thiết bị thí nghiệm sấy cá 
Hệ thống thiết bị sấy cá công suất 15kg/mẻ gồm các thiết bị chính như Hình 4. Kích 
thước các thiết bị của hệ thống được chế tạo dựa trên các tính toán thiết kế ở mục 3. 
4.2. Kết quả thí nghiệm sấy cá trên mô hình thiết bị 
Thiết bị thí nghiệm được tiến hành sấy không tải và sấy có tải với loại cá trích và cá 
giò nhiều mẻ (từ 7h đến 22h ) trong nhiều ngày để điều chính các thông số thực nghiệm 
hợp lý. Kết quả đo đạc của một ngày sấy cá với cường độ bức xạ mặt trời En = 920 W/m2 
được ghi lại như đồ thị Hình 5 và Hình 6. 
Sản phẩm cá trước lúc sấy và sau khi sấy được chụp lại như Hình 7 [2]. 
Bộ thu nhiệt có dùng chất trữ nhiệt 
Buồng sấy 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
 Hình 5. Kết quả đo nhiệt độ tại các điểm khảo sát trên hệ thống sấy cá 
Hình 6. Kết quả đo độ ẩm của cá trong quá trình sấy từ 7h đến 22h 
Hình 7. Sản phẩm cá trước lúc sấy và sau khi sấy 
5. TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ 
Loại Collector có dùng chất trữ nhiệt Paraffin như trên đã được chế tạo với số lượng 
lớn để lắp đặt cho hệ thống cấp nhiệt của hầm sấy cá công suất 300kg/mẻ tại Công ty 
Trách nhiệm hữu hạn Sản xuất và Thương mại Hải Vy, Đà Nẵng. 
 Cá trước lúc sấy 
 Cá trích sau khi sấy 
sấy 
 Cá giò sau khi sấy 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
Hệ thống cấp nhiệt cho hầm sấy gồm 30 Collector với diện tích hứng nắng 60m2 
như Hình 8. Nhiệt độ trong hầm sấy được điều chỉnh từ 400C – 450C tùy theo các giai 
đoạn sấy của quy trình sấy (Hình 9). Những ngày cường độ bức xạ mặt trời lớn trên 
900W/m2 hệ thống có thể cấp nhiệt để sấy trong thời gian từ 15 đến 17 giờ, còn những 
ngày cường độ bức xạ mặt trời thấp, hệ thống có thiết kế thêm buồng đốt bằng củi để hỗ 
trợ trong quá trình sấy. 
6. KẾT LUẬN 
Thiết bị sấy năng lượng mặt trời có dùng chất trữ nhiệt có khả năng duy trì nhiệt độ 
sấy thích hợp (400C - 450C) trong thời gian dài, phù hợp để sấy các sản phẩm có thời gian 
sấy khoảng 15 giờ. Dùng thêm các nguồn năng lượng phụ trợ khác như than, củi hệ 
thống sấy này có thể hoạt động liên tục trong những ngày nắng yếu. Hệ thống thiết bị sấy 
dùng Collector có chất trữ nhiệt đã được thiết kế chế tạo và bước đầu triển khai ứng dụng 
vào thực tế, đạt những kết quả tốt. Do vậy hệ thống thiết bị sấy này hoàn toàn có thể triển 
Hình 8. Hệ thống Collector và ống dẫn khí nóng đến hàm sấy 
Hình 9. Hệ thống điều chỉnh và theo dõi nhiệt độ hầm sấy 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 
khai ứng dụng rộng rãi vào thực tế ở Việt Nam với công suất lớn hơn để sấy các loại 
nông, hải sản. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Hoàng Dương Hùng (2007), Năng lượng Mặt trời lý thuyết và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ 
thuật, Hà Nội. 
[2] Nguyễn Thị Hồng Nhung (2011), Sử dụng chất chuyển pha để trữ nhiệt trong thiết bị sấy dùng năng 
lượng mặt trời, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng. 
[3] Anthony F. Mills, Heat and Mass Transfer (1995), University of California at Los Angeles. 
[4] Arun S. Mujumdar (2006), Handbook of Industrial Drying, Taylor and Francis Group, LLC. 
[5] John A. Duffie, William A. Beckman (1991), Solar Engineering of Thermal Processes, A Wiley - 
Interscience Publication. 
RESEARCH ON APPLICATION OF SOLAR ENERGY DRYER 
Hoang Duong Hung 
Quang Binh University 
Abstract. Energy and use of energy problems are great concern of all nations. Solar 
energy is a clean energy source and is considered as one of the main energy source in the future. 
Thus the study of improving the efficiency of using solar drying equipment and deployed them to 
practical application is a problem of taking time. Currently, the country and the world 
have research and manufacturing many kinds of solar dryers. However, due to characteristics of 
the Solar energy is only available when the sun should heat the dried product is not 
stable and continuous deployment of solar dryers in fact very limited. This paper gives results of 
experimental research and development of solar dryers have heat storage in the use of certain 
types of dried seafood. 
Keyword: dryer; solar energy, dried seafood; heat storage; drying process