Bối cảnh & bài toán
Số đo trên tủ ECO-2000 với khay nước cho thấy thời gian đi qua vùng kết tinh (−1 đến −5 °C) dao động từ 78 phút ở các
khay tốt nhất tới 167 phút ở khay chậm nhất — hơn gấp đôi. Khay chậm nhất quyết định thời gian của cả mẻ cấp đông. Kobashi cần xác định đường đi của khí lạnh trong hai thiết kế tủ 6 quạt và 2 quạt trước khi cải tiến.
Cách tiếp cận
- Mô hình 3D hai tủ (1,738 × 1,7 × 1,3 m): dàn lạnh, quạt, giá 4 cột × 18 hàng khay. Cùng điều kiện so sánh:
tổng lưu lượng quạt 13.645 m³/h, khí ra dàn lạnh −60 °C, sản phẩm −20 °C, truyền nhiệt ổn định.
- Vận tốc thiết kế qua khay 5 m/s, lấy từ tài liệu cấp đông bằng gió (Dempsey & Bansal 2012): vượt mức này,
tăng vận tốc 20% chỉ rút thời gian cấp đông 3% vì dẫn nhiệt trong sản phẩm chiếm ưu thế.
- Bốn KPI định lượng: tỉ lệ dòng nối tắt (khí quay về dàn lạnh mà không qua sản phẩm), vận tốc và độ
đồng đều vận tốc tại bề mặt sản phẩm, số Nusselt và độ đồng đều Nusselt giữa các khay, độ đồng đều dòng
hút vào dàn lạnh.
Kết quả
- Dòng nối tắt chiếm phần lớn: 73% lưu lượng (6 quạt) và 56% (2 quạt) đi vòng ngoài khay về
thẳng dàn lạnh; chỉ 4,6% và 14,8% đi qua toàn bộ sản phẩm. Khay và giá có trở lực cao, khí chọn đường ít
trở lực hơn.
- Vận tốc tại bề mặt sản phẩm trung bình 4,04 m/s (6 quạt) và 4,74 m/s (2 quạt), độ đồng đều 0,68 ở cả hai;
các khay phía sau chưa đạt vận tốc thiết kế 5 m/s. Luồng quạt hẹp và hai quạt đặt xa nhau tạo vùng chết ở
giữa.
- Nusselt thấp nhất 770 và 769, chênh giữa khay cao nhất và thấp nhất 191% và 194%; khay dưới đáy và khay
giữa hai quạt làm lạnh chậm nhất. Thiết kế 2 quạt đồng đều hơn giữa khay trước và khay sau (lệch 1,9% so với
8,8%), nên được chọn để tối ưu tiếp.
- Dòng hút vào dàn lạnh dồn về giữa (độ đồng đều 0,707 và 0,714), có nguy cơ làm nhiệt độ khí ra quạt
kém đều.
Lợi ích mang lại
Ba hướng cải tiến nhắm vào các nguyên nhân đã định lượng: tấm chắn ép khí thổi một chiều qua sản phẩm, chỉnh
khoảng cách giữa các khay, và chỉnh lưu lượng quạt. Bộ KPI và điều kiện so sánh đã dựng là thước đo chung để so mọi phương án cải tiến với hai tủ hiện trạng.
