分析空气源热泵中干燥技术的研究与应用

2022-09-11

干燥技术能对物料进行干燥, 它能够将物料中的挥发成分及水分进行去除, 在去除过程中不仅存在物理变化, 还同时存在着非常复杂的生理生化过程与耦合作用。由于对物料进行干燥的过程中, 物料本身存在的水分及挥发物质具有显热与潜热, 因此干燥技术的应用过程又具有能量密集型的操作特征。据相关统计表明, 干燥过程所耗能量大约占到总耗能的12%, 而我国又面临能源供应紧张局面, 因此, 探讨提高物料干燥热能利用率十分必要。空气源热泵在物料干燥中的有效应用, 能够极大节约能源损耗, 并且还能对温度湿度范围宽进行调节, 应用价值巨大, 对空气源热泵中干燥技术的研究与应用进行探讨具有切实意义[1]。

一、空气源热泵中干燥技术的原理与特点

(一) 干燥技术原理

空气源热泵中干燥技术的应用主要体现在干燥系统当中, 干燥系统由压缩机、膨胀阀、蒸发器、干燥室、循环风机及冷凝器六部分构成, 它是利用逆卡诺循环原理来对物料进行干燥的, 在干燥系统运行中, 只需要消耗少量的电能, 就能实现对热泵的驱动, 从而使物料中的水分与挥发物质能够通过流动工质来使冷凝器、蒸发器、膨胀阀及压缩机等相关配件进行热力循环, 热力循环是以气液两相的方式进行循环的, 物料干燥效果非常明显[2]。具体来讲, 就是外界中的空气会通过热泵系统中的冷凝器来对热量进行吸收, 从而使空气转变为低湿高温空气, 并将这种低湿高温空气压缩到干燥室当中, 干燥室会将其内干燥物料的水分及挥发物质进行脱离, 当低湿高温空气在吸收水分和挥发物质时, 会通过热泵系统中的蒸发器来对空气进行降温除湿, 并对水蒸气的汽化潜热进行回收, 从而转化为低温低湿空气。这时, 转化后的低温低湿空气会通过空气源热泵中的冷凝器再进行加热, 从而使空气的相对湿度进行降低, 以此实现空气在热泵中的循环, 并完成了对物料的循环连续干燥过程[3]。

(二) 干燥技术特点

空气源热泵干燥系统的热能利用率非常高, 其制热系数高达4系数以上, 此外, 不同干燥技术的除湿率及能耗范围也有所不同, 空气源热泵干燥技术的最大能耗为2000KJ/KG水, 最小能耗为800KJ/KG水, 平均SMER为2.5KW每小时每公斤水;流化床干燥最大能耗为6000KJ/KG水, 最小能耗为4000KJ/KG水, 平均SMER为0.72KW每小时每公斤水;喷雾干燥最大能耗为115000KJ/KG水, 最小能耗为4500KJ/KG水, 平均SMER为0.45KW每小时每公斤水;转筒干燥最大能耗为9200KJ/KG, 最小能耗为4600KJ/KG水, 平均SMER为0.52KW每小时每公斤水。从以上结果来进行比较, 我们可以看出, 空气源热泵干燥系统不仅能够有效节约能源损耗, 除湿效果也非常好, 因此其具有高效节能的特点。空气源热泵干燥能够对物料进行温和干燥, 其气流相对较为均匀, 并且温差变化不大, 且能根据干燥室中不同种类的物料来对风量与温度和湿度进行调节, 能够有效保证物料的品质与色泽, 因此其具有提高产品质量的特点;此外, 空气源热泵干燥的温度调节范围宽, 它能在-20℃至100℃范围内进行调节, 湿度能够在15%至80%范围内进行调节, 因此能够适用于各种物料的干燥加工, 并且它比传统电热干燥机的所用时间要少三分之一, 由此可知, 其还具有可调节范围宽、干燥时间短的技术特点。

二、空气源热泵中干燥技术的研究

(一) 国外对干燥技术的研究

当前, 国外对空气源热泵中干燥技术的研究进展主要集中在以下五个方面, 其一, 国外已经研制出了高参数制冷压缩机, 它能够利用复合工质来对冷凝温度进行提高, 因此能够适用于对干燥温度较高的物料干燥要求。其二, 国外已经研发出多级蒸气式空气源热泵机, 它能够适用于各种物料在不同干燥过程中的温度要求。其三是国外已经研制出利用太阳能与热泵进行组合的干燥系统, 此外还研制出利用红外线或微波来进行辅助加热的热泵系统, 从而使干燥时间大大减少, 极大提高了物料的干燥效率。其四, 国外已经研制出溴化浬吸收式的热泵系统, 它能进行制冷循环, 并已经初步进行了应用, 此外还研制出化学热泵这种全新的热泵技术, 并取得了良好效果。其五是国外正致力于研制无污染高效型制冷剂, 并已取得初步成效。

(二) 国内对干燥技术的研究

我国国内对空气源热泵干燥技术的研究与应用时间相对较短, 因此与国外存在较大差距。在上世纪八十年代, 我国对空气源热泵干燥技术的研究尚处于起步阶段, 1985年时, 我国研制出用于木材干燥的热泵干燥机。至1992年时, 又研发出了用于粮食种子干燥的热泵干燥机。此后的一段时间, 我国又陆续研发出将空气与太阳能进行联合的干燥系统, 在木材除湿干燥效率上有了明显提高。此外, 我国还利用模糊控制原理和PID进行有机结合的方式, 进一步增强了热泵系统的适应性。并建立了六种干燥介质的热物性数据, 形成了相应的计算方程, 为热泵干燥系统的选择提供了可靠的数据参考。

三、空气源热泵中干燥技术的应用

近些年来, 空气源热泵干燥系统的应用越来越广泛, 其系统调计与运行工况也有了很大的变化。并且已将其他技术与干燥技术进行结合的方式拓展了应用途径。空气源热泵干燥技术的应用主要包括花炮、茶叶、生姜、药材、果蔬、服装、木材、烟叶等物质的干燥, 并已经充分结合了变频技术、相变技术、纳米技术、无线电频率技术等, 对空气源干燥系统的进气口也进行了增加, 还设置了回热器, 从而使空气源热泵的适应性大大提升, 干燥时间进一步缩短, 并能有对各种不同物质进行干燥, 因此在服装领域、工业领域、食品领域、烟草领域等众多领域中得到了广泛的应用。

四、空气源热泵中干燥技术尚待解决的问题与应用前景

(一) 尚待解决的问题

虽然关于空气源热泵中干燥技术的研究一直没有间断过, 但在实际应用中仍旧存在尚需解决的问题, 首先, 在对物料进行干燥的中后期, 物料的干燥速度明显变慢, 从而导致干燥时间延长, 能量损耗进一步增加。其次, 空气源热泵的冷凝温度虽然提高了, 但却会给热泵自身性能及供热量带来一定的影响, 从而使变温运行环境变得复杂, 增加了变温难度。再次, 由于空气源热泵干燥系统的价格较高, 且需要对其进行定时维护与检修, 因此会增加维护难度。还有, 空气源热泵干燥系统是利用空气闭式循环的方式进行物料干燥的, 而由于压缩机一直处在高温高湿的环境下, 这就对压缩机的性能带来了较大挑战。最后, 空气源热泵相比于蒸汽锅炉干燥来说, 热泵规模要明显小于前者, 因此有必要对空气源热泵的干燥规模进行扩大。

(二) 干燥技术的应用趋势

在未来, 空气源热泵干燥技术必将向着以下几个方面进行深入研究, 其一, 是对制冷工质的适配性进行研究;其二是通过研发新型的压缩机来提高压缩机的性能;其三是通过对物料的不同种类及不同干燥过程的相关干燥技术进行研究, 以此优化干燥技术的选择。其四是对空气源热泵干燥系统的自动化进行研究, 以此提高热泵干燥系统的适用性与干燥质量。其五是对新型热泵的研究。其六是通过其他技术如纳米技术、相变技术的联合运用, 在实现高效节能效果的同时, 来提高干燥效率。

五、结语

总而言之, 通过对空气源热泵中干燥技术的不断研究, 并充分结合计算机控制技术、变频技术、相变技术等众多现代技术, 将使物料干燥过程智能化无人实时控制的构想变为现实, 从而有效降低了物料的干燥成本, 提高了物料的干燥质量, 并能进一步节约能源, 提高能源的利用效率, 而这也将进一步满足我国节能减排要求。因此, 对空气源热泵干燥技术的研究具有十分重要的意义, 在未来, 空气源热泵干燥技术也将拥有一片广阔的应用空间。

摘要：近些年来, 随着我国能源供应局面越来越紧张, 如何提高能源的利用率已经成为我国的重要研究课题, 而通过研发干燥技术来对物料进行烘干, 能够提高物料干燥的热能利用率, 从而降低能源损耗, 因此, 探讨干燥技术的研究与应用具有非常重要的意义。本文便通过对空气源热泵中干燥技术的工作原理及技术特点进行分析, 阐述了国外与国内对空气源热泵中干燥技术的研究进展, 明确了空气源热泵中干燥技术的应用, 提出当前空气源热泵中干燥技术尚需解决的问题, 并对干燥技术的的应用趋势进行了分析。

关键词：空气源热泵,干燥技术,工作原理,应用前景