第1章 熱泵干燥技術(shù) 1.1 熱泵干燥技術(shù)簡(jiǎn)介 熱泵干燥系統(tǒng)的形式較多，按照干燥介質(zhì)(空氣)的循環(huán)情況可分為開(kāi)路式、部分乏氣循環(huán)式和閉路式3種，目前大多采用圖2-1所示的閉路式熱泵干燥系統(tǒng)。 圖2－1 閉路式熱泵干燥系統(tǒng) 閉路式熱泵干燥系統(tǒng)有內(nèi)外兩個(gè)工作循環(huán)，即制冷劑在熱泵系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)和干燥介質(zhì)的干燥循環(huán)。制冷劑在蒸發(fā)器中吸收由干燥系統(tǒng)排出的廢氣中的熱量后，使液體蒸發(fā)為蒸氣；經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，送到冷凝器中；在高壓下，熱泵工質(zhì)冷凝液化，放出的高溫冷凝熱去加熱來(lái)自蒸發(fā)器的降溫除濕的低溫干空氣，把低溫干空氣加熱到要求的溫度后，排入干燥室作為干燥介質(zhì)循環(huán)使用；液化后的熱泵工質(zhì)經(jīng)膨脹閥再次返回到蒸發(fā)器內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)。同時(shí)，廢氣中的大部分水蒸汽在蒸發(fā)器中被冷凝下來(lái)直接排掉。 該系統(tǒng)的熱泵部分采取輔助冷凝器的形式。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于控制干燥溫度靈活方便，且輔助冷凝器的換熱系數(shù)較高，不需要特殊技術(shù)的換熱器。另外，若采用輔助冷凝器加熱外界空氣對(duì)物料進(jìn)行預(yù)干，可以回收這部分溫度比較高的冷凝熱，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)效率。在蒸發(fā)器設(shè)置旁通的目的在于使通過(guò)蒸發(fā)器的濕熱空氣能較好地與蒸發(fā)器中的制冷量相匹配， 允分地發(fā)揮蒸發(fā)器的除濕能力；同時(shí)，還可以調(diào)節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，使之較好地匹配，以減少損失和強(qiáng)化冷凝器的換熱，兼顧了熱泵和干燥兩個(gè)單元各自的要求。 1.2 熱泵干燥技術(shù)的特點(diǎn) （1）節(jié)約能源 節(jié)約能源是熱泵初應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)，也是主要的優(yōu)點(diǎn)。熱泵低溫(15～45℃)干燥木材時(shí)可節(jié)約能耗40％～70％。干燥大米的適宜溫度為35～50℃。溫度雖低，但是需要大量的熱。傳統(tǒng)干燥器的效率只有3％～5％，而用熱泵干燥效率將明顯提高。布匹對(duì)干燥溫度有嚴(yán)格的要求，熱泵干燥機(jī)組不但能滿足此要求，而且比傳統(tǒng)的熱泵干燥機(jī)組節(jié)能50％左右。熱泵干燥技術(shù)應(yīng)用在蔬菜脫水中節(jié)能高達(dá)90％。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員也證實(shí)了熱泵干燥機(jī)組的節(jié)能特性。 （2）干燥產(chǎn)品品質(zhì)好 熱泵干燥是一種溫和的干燥方式，接近自然干燥。表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近，使被干燥物品的品質(zhì)好、色澤好、產(chǎn)品等級(jí)高。用普通的干燥方法得到的芳香類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)保留少、耐熱性差的維生素保留低、顏色變化較大。例如：用滾筒干燥機(jī)得到生姜的生姜素保持率僅為20％，而用熱泵干燥得到的生姜素保持率高達(dá)26％。Van Blarcom和Mason的試驗(yàn)表明，即使在50℃下，采用熱泵干燥的澳大利亞堅(jiān)果也不會(huì)出現(xiàn)上面所說(shuō)的褐變現(xiàn)象，能較好地保持堅(jiān)果原有的色澤、風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分。 （3）干燥參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬 熱泵干燥過(guò)程中，循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量可得到、有效的控制，且溫度調(diào)節(jié)范圍為-20 ～100℃ (加輔助加熱裝置)，相對(duì)濕度調(diào)節(jié)范圍為15％～80％，適合于熱敏性物料的干燥。 （4）環(huán)境友好 物料干燥不僅要求提品質(zhì)量和節(jié)約能耗，同時(shí)必須對(duì)環(huán)境友好?；谙嗤脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，熱泵對(duì)全球變暖的影響與電釋放的CO2 相比是很小的。對(duì)環(huán)境的友好是熱泵干燥的優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)外提倡應(yīng)用熱泵來(lái)減少CO2的排放，它必將得到進(jìn)一步應(yīng)用。 1.3 熱泵干燥技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例 （1） 煙草烘干 針對(duì)我國(guó)煙葉烘烤質(zhì)量及目前國(guó)內(nèi)節(jié)能烘烤設(shè)施缺陷等問(wèn)題，由東莞市永淦節(jié)能科技有限公司科研小組歷近十年，研制了高溫?zé)岜脽煵萑詣?dòng)烘干系統(tǒng)，已在煙草、食用菌、農(nóng)作物烘烤領(lǐng)域已經(jīng)獲得規(guī)?；纳a(chǎn)應(yīng)用。該設(shè)備首次應(yīng)用已獲發(fā)明專(zhuān)利的熱泵加熱和冷凝除濕技術(shù)，經(jīng)檢測(cè)設(shè)備熱效比達(dá)1∶3～5，安全、環(huán)保；使用已獲實(shí)用新型專(zhuān)利的煙葉烘烤監(jiān)控儀，采用數(shù)字式溫度傳感器，精度達(dá)0.1℃，內(nèi)置多種烘烤“系統(tǒng)”，并具備在線調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)不同生態(tài)條件下煙葉烘烤的溫濕度自動(dòng)控制。 本項(xiàng)目自1998年開(kāi)始，從更深層次研究了影響煙葉烘烤過(guò)程主要的生理生化變化規(guī)律及其與烘烤環(huán)境條件的關(guān)系，揭示了煙葉烘烤質(zhì)量形成的本質(zhì)；研究開(kāi)發(fā)了適合我國(guó)國(guó)情的烤煙適度規(guī)模種植的熱泵供熱，冷凝排濕的密集烤房及其自控設(shè)備，其熱效比較高達(dá)到5左右，烘烤性能穩(wěn)定，能有效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)烘烤工藝要求的各項(xiàng)指標(biāo)，確保煙葉內(nèi)在和外觀品質(zhì)，烤干1kg干煙葉耗電量?jī)H有1kW