第1章 熱泵干燥技術 1.1 熱泵干燥技術簡介 熱泵干燥系統的形式較多，按照干燥介質(空氣)的循環情況可分為開路式、部分乏氣循環式和閉路式3種，目前大多采用圖2-1所示的閉路式熱泵干燥系統。 圖2－1 閉路式熱泵干燥系統 閉路式熱泵干燥系統有內外兩個工作循環，即制冷劑在熱泵系統內的循環和干燥介質的干燥循環。制冷劑在蒸發器中吸收由干燥系統排出的廢氣中的熱量后，使液體蒸發為蒸氣；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使用；液化后的熱泵工質經膨脹閥再次返回到蒸發器內，如此循環往復。同時，廢氣中的大部分水蒸汽在蒸發器中被冷凝下來直接排掉。 該系統的熱泵部分采取輔助冷凝器的形式。此結構的優勢在于控制干燥溫度靈活方便，且輔助冷凝器的換熱系數較高，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，節約能源，提高系統效率。在蒸發器設置旁通的目的在于使通過蒸發器的濕熱空氣能較好地與蒸發器中的制冷量相匹配， 允分地發揮蒸發器的除濕能力；同時，還可以調節冷凝器和蒸發器的熱負荷，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）節約能源 節約能源是熱泵初應用的出發點，也是主要的優點。熱泵低溫(15～45℃)干燥木材時可節約能耗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，而且比傳統的熱泵干燥機組節能50％左右。熱泵干燥技術應用在蔬菜脫水中節能高達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上面所說的褐變現象，能較好地保持堅果原有的色澤、風味及營養成分。 （3）干燥參數易于控制且可調范圍寬 熱泵干燥過程中，循環空氣的溫度、濕度及循環流量可得到、有效的控制，且溫度調節范圍為-20 ～100℃ (加輔助加熱裝置)，相對濕度調節范圍為15％～80％，適合于熱敏性物料的干燥。 （4）環境友好 物料干燥不僅要求提品質量和節約能耗，同時必須對環境友好。基于相同的評價標準，熱泵對全球變暖的影響與電釋放的CO2 相比是很小的。對環境的友好是熱泵干燥的優點。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能烘烤設施缺陷等問題，由東莞市永淦節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，已在煙草、食用菌、農作物烘烤領域已經獲得規模化的生產應用。該設備首次應用已獲發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、環保；使用已獲實用新型專利的煙葉烘烤監控儀，采用數字式溫度傳感器，精度達0.1℃，內置多種烘烤“系統”，并具備在線調節功能，可實現不同生態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律及其與烘烤環境條件的關系，揭示了煙葉烘烤質量形成的本質；研究開發了適合我國國情的烤煙適度規模種植的熱泵供熱，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，烘烤性能穩定，能有效準確地實現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