第1章 熱泵干燥技術 1.1 熱泵干燥技術簡介 熱泵干燥系統(tǒng)的形式較多，按照干燥介質(空氣)的循環(huán)情況可分為開路式、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)有內外兩個工作循環(huán)，即制冷劑在熱泵系統(tǒng)內的循環(huán)和干燥介質的干燥循環(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；經壓縮機壓縮后，送到冷凝器中；在高壓下，熱泵工質冷凝液化，放出的高溫冷凝熱去加熱來自蒸發(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循環(huán)使用；液化后的熱泵工質經膨脹閥再次返回到蒸發(fā)器內，如此循環(huán)往復。同時，廢氣中的大部分水蒸汽在蒸發(fā)器中被冷凝下來直接排掉。 該系統(tǒng)的熱泵部分采取輔助冷凝器的形式。此結構的優(yōu)勢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，不需要特殊技術的換熱器。另外，若采用輔助冷凝器加熱外界空氣對物料進行預干，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)器設置旁通的目的在于使通過蒸發(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，還可以調節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器的熱負荷，使之較好地匹配，以減少損失和強化冷凝器的換熱，兼顧了熱泵和干燥兩個單元各自的要求。 1.2 熱泵干燥技術的特點 （1）節(jié)約能源 節(jié)約能源是熱泵初應用的出發(fā)點，也是主要的優(yōu)點。熱泵低溫(15～45℃)干燥木材時可節(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。布匹對干燥溫度有嚴格的要求，熱泵干燥機組不但能滿足此要求，而且比傳統(tǒng)的熱泵干燥機組節(jié)能50％左右。熱泵干燥技術應用在蔬菜脫水中節(jié)能高達90％。近年來，越來越多的研究人員也證實了熱泵干燥機組的節(jié)能特性。 （2）干燥產品品質好 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)速度與內部水分向表面遷移速度比較接近，使被干燥物品的品質好、色澤好、產品等級高。用普通的干燥方法得到的芳香類揮發(fā)性物質保留少、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26％。Van Blarcom和Mason的試驗表明，即使在50℃下，采用熱泵干燥的澳大利亞堅果也不會出現(xiàn)上面所說的褐變現(xiàn)象，能較好地保持堅果原有的色澤、風味及營養(yǎng)成分。 （3）干燥參數(shù)易于控制且可調范圍寬 熱泵干燥過程中，循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量可得到、有效的控制，且溫度調節(jié)范圍為-20 ～100℃ (加輔助加熱裝置)，相對濕度調節(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量和節(jié)約能耗，同時必須對環(huán)境友好?；谙嗤脑u價標準，熱泵對全球變暖的影響與電釋放的CO2 相比是很小的。對環(huán)境的友好是熱泵干燥的優(yōu)點。目前，國外提倡應用熱泵來減少CO2的排放，它必將得到進一步應用。 1.3 熱泵干燥技術的應用實例 （1） 煙草烘干 針對我國煙葉烘烤質量及目前國內節(jié)能烘烤設施缺陷等問題，由東莞市永淦節(jié)能科技有限公司科研小組歷近十年，研制了高溫熱泵煙草全自動烘干系統(tǒng)，已在煙草、食用菌、農作物烘烤領域已經獲得規(guī)?；纳a應用。該設備首次應用已獲發(fā)明專利的熱泵加熱和冷凝除濕技術，經檢測設備熱效比達1∶3～5，安全、環(huán)保；使用已獲實用新型專利的煙葉烘烤監(jiān)控儀，采用數(shù)字式溫度傳感器，精度達0.1℃，內置多種烘烤“系統(tǒng)”，并具備在線調節(jié)功能，可實現(xiàn)不同生態(tài)條件下煙葉烘烤的溫濕度自動控制。 本項目自1998年開始，從更深層次研究了影響煙葉烘烤過程主要的生理生化變化規(guī)律及其與烘烤環(huán)境條件的關系，揭示了煙葉烘烤質量形成的本質；研究開發(fā)了適合我國國情的烤煙適度規(guī)模種植的熱泵供熱，冷凝排濕的密集烤房及其自控設備，其熱效比較高達到5左右，烘烤性能穩(wěn)定，能有效準確地實現(xiàn)烘烤工藝要求的各項指標，確保煙葉內在和外觀品質，烤干1kg干煙葉耗電量僅有1kW