第1章 热泵干燥技术 1.1 热泵干燥技术简介 热泵干燥系统的形式较多，按照干燥介质(空气)的循环情况可分为开路式、部分乏气循环式和闭路式3种，目前大多采用图2-1所示的闭路式热泵干燥系统。 图2－1 闭路式热泵干燥系统 闭路式热泵干燥系统有内外两个工作循环，即制冷剂在热泵系统内的循环和干燥介质的干燥循环。制冷剂在蒸发器中吸收由干燥系统排出的废气中的热量后，使液体蒸发为蒸气；经压缩机压缩后，送到冷凝器中；在高压下，热泵工质冷凝液化，放出的高温冷凝热去加热来自蒸发器的降温除湿的低温干空气，把低温干空气加热到要求的温度后，排入干燥室作为干燥介质循环使用；液化后的热泵工质经膨胀阀再次返回到蒸发器内，如此循环往复。同时，废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉。 该系统的热泵部分采取辅助冷凝器的形式。此结构的优势在于控制干燥温度灵活方便，且辅助冷凝器的换热系数较高，不需要特殊技术的换热器。另外，若采用辅助冷凝器加热外界空气对物料进行预干，可以回收这部分温度比较高的冷凝热，节约能源，提高系统效率。在蒸发器设置旁通的目的在于使通过蒸发器的湿热空气能较好地与蒸发器中的制冷量相匹配， 允分地发挥蒸发器的除湿能力；同时，还可以调节冷凝器和蒸发器的热负荷，使之较好地匹配，以减少损失和强化冷凝器的换热，兼顾了热泵和干燥两个单元各自的要求。 1.2 热泵干燥技术的特点 （1）节约能源 节约能源是热泵初应用的出发点，也是主要的优点。热泵低温(15～45℃)干燥木材时可节约能耗40％～70％。干燥大米的适宜温度为35～50℃。温度虽低，但是需要大量的热。传统干燥器的效率只有3％～5％，而用热泵干燥效率将明显提高。布匹对干燥温度有严格的要求，热泵干燥机组不但能满足此要求，而且比传统的热泵干燥机组节能50％左右。热泵干燥技术应用在蔬菜脱水中节能高达90％。近年来，越来越多的研究人员也证实了热泵干燥机组的节能特性。 （2）干燥产品品质好 热泵干燥是一种温和的干燥方式，接近自然干燥。表面水分的蒸发速度与内部水分向表面迁移速度比较接近，使被干燥物品的品质好、色泽好、产品等级高。用普通的干燥方法得到的芳香类挥发性物质保留少、耐热性差的维生素保留低、颜色变化较大。例如：用滚筒干燥机得到生姜的生姜素保持率仅为20％，而用热泵干燥得到的生姜素保持率高达26％。Van Blarcom和Mason的试验表明，即使在50℃下，采用热泵干燥的澳大利亚坚果也不会出现上面所说的褐变现象，能较好地保持坚果原有的色泽、风味及营养成分。 （3）干燥参数易于控制且可调范围宽 热泵干燥过程中，循环空气的温度、湿度及循环流量可得到、有效的控制，且温度调节范围为-20 ～100℃ (加辅助加热装置)，相对湿度调节范围为15％～80％，适合于热敏性物料的干燥。 （4）环境友好 物料干燥不仅要求提品质量和节约能耗，同时必须对环境友好。基于相同的评价标准，热泵对全球变暖的影响与电释放的CO2 相比是很小的。对环境的友好是热泵干燥的优点。目前，国外提倡应用热泵来减少CO2的排放，它必将得到进一步应用。 1.3 热泵干燥技术的应用实例 （1） 烟草烘干 针对我国烟叶烘烤质量及目前国内节能烘烤设施缺陷等问题，由东莞市永淦节能科技有限公司科研小组历近十年，研制了高温热泵烟草全自动烘干系统，已在烟草、食用菌、农作物烘烤领域已经获得规模化的生产应用。该设备首次应用已获发明专利的热泵加热和冷凝除湿技术，经检测设备热效比达1∶3～5，安全、环保；使用已获实用新型专利的烟叶烘烤监控仪，采用数字式温度传感器，精度达0.1℃，内置多种烘烤“系统”，并具备在线调节功能，可实现不同生态条件下烟叶烘烤的温湿度自动控制。 本项目自1998年开始，从更深层次研究了影响烟叶烘烤过程主要的生理生化变化规律及其与烘烤环境条件的关系，揭示了烟叶烘烤质量形成的本质；研究开发了适合我国国情的烤烟适度规模种植的热泵供热，冷凝排湿的密集烤房及其自控设备，其热效比较高达到5左右，烘烤性能稳定，能有效准确地实现烘烤工艺要求的各项指标，确保烟叶内在和外观品质，烤干1kg干烟叶耗电量仅有1kW