空氣源熱泵干燥技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望

戚玉欣　陶志國(guó)

（皇明太陽(yáng)能股份有限公司山東德州253300）

空氣源熱泵干燥技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望

戚玉欣1陶志國(guó)2

（皇明太陽(yáng)能股份有限公司山東德州253300）

物料的干燥過(guò)程就是把物料里面的水分和其他比較容易揮發(fā)的成分除去的一個(gè)過(guò)程，從作用機(jī)理上看這中間包含著物理相變的生化過(guò)程和熱質(zhì)耦合。因?yàn)楦稍镏幸峁┪锪现邢嚓P(guān)成分的顯熱和潛熱，由此可見(jiàn)物料干燥還是一個(gè)能量密集的過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)中物料干燥占全部能耗的12%以上。當(dāng)今社會(huì)能源日益緊缺，如何有效利用干燥中的熱能，已成了物料干燥領(lǐng)域研究的主要課題?；诖?，空氣源熱泵干燥技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其在干燥中具有干燥范圍廣泛、節(jié)省能源消耗等優(yōu)點(diǎn)，基于此，本文重點(diǎn)研究了此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景。

空氣源熱泵；干燥技術(shù)；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

空氣源熱泵干燥技術(shù)經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)具有能耗比較小、操作環(huán)境容易控制以及產(chǎn)品質(zhì)量比較高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)緩解能源緊缺的現(xiàn)狀和提高環(huán)境質(zhì)量等都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，是現(xiàn)階段比較高效和具有發(fā)展前景的干燥技術(shù)。

1　空氣源熱泵干燥技術(shù)的工作原理

空氣源熱泵干燥系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要是依據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，工作中消耗較少的電能驅(qū)動(dòng)熱泵，借助流動(dòng)工質(zhì)在系統(tǒng)中的蒸發(fā)器、冷凝器等部件中的氣液兩相的熱力循環(huán)過(guò)程實(shí)現(xiàn)物料干燥。通俗的講，剛開(kāi)始的低溫空氣先進(jìn)入熱泵系統(tǒng)，然后在這個(gè)系統(tǒng)中吸收冷凝器中的熱量以此轉(zhuǎn)變成高溫低濕的空氣，接著進(jìn)到干燥室，在這中間被加熱干燥脫去水分，那些吸收了水分的空氣接著繼續(xù)由熱泵系統(tǒng)中的蒸發(fā)器進(jìn)行降溫和除濕操作，與此同時(shí)熱泵還會(huì)回收那些脫濕水蒸氣的潛熱，接下來(lái)低溫低濕的空氣通過(guò)熱泵的冷凝器進(jìn)行加熱，這樣就能降低空氣濕度，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物料的持續(xù)干燥。

2　空氣源熱泵干燥技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1空氣源熱泵干燥技術(shù)在糧食干燥中的應(yīng)用

2006年我國(guó)糧食局在成都糧食儲(chǔ)備庫(kù)建立了熱泵干燥示范基地，儲(chǔ)存的糧食主要是以稻谷為主，存儲(chǔ)量大概為1200t。接著相關(guān)研究人員先后利用循環(huán)混流式的谷物干燥機(jī)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。研究人員還開(kāi)發(fā)了熱泵流化床，以小麥為研究對(duì)象，進(jìn)行了干燥試驗(yàn)分析研究。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在空氣干燥溫度為08℃時(shí)，200kg的小麥可以在30min內(nèi)濕度從23%干燥到13%，由此可見(jiàn)其干燥效率比較高。

2.2空氣源熱泵干燥技術(shù)在煙草干燥中的應(yīng)用

某環(huán)保節(jié)能公司生產(chǎn)的高溫?zé)岜脽煵輰Ｓ萌詣?dòng)烘干系統(tǒng)，現(xiàn)階段已經(jīng)在很多的煙草以及食用菌等等烘烤領(lǐng)域獲得大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。此種熱泵供熱系統(tǒng)適合烤煙規(guī)模種植的供熱，冷凝排濕的密集烤房及其自控設(shè)備，其熱效比最高達(dá)到5左右，烘烤性能整體也比較穩(wěn)定，還可以較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)各種烘烤工藝要求的技術(shù)指標(biāo)，保證煙葉內(nèi)在和外觀品質(zhì)要求，數(shù)據(jù)顯示烤干1kg干煙葉耗電量?jī)H有1W。而且，烘烤的整個(gè)過(guò)程中，污染達(dá)到零排放，相信該項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3空氣源熱泵干燥技術(shù)在衣物烘干中的應(yīng)用

這方面的應(yīng)用原理即用熱泵壓縮機(jī)做功對(duì)濕空氣除濕，大濕度空氣被轉(zhuǎn)化為冷干空氣。干空氣進(jìn)入主機(jī)加熱模塊，然后冷干空氣被加熱模塊加熱升溫，轉(zhuǎn)化為高溫度、低濕度的熱風(fēng)送入衣物烘房。循環(huán)反復(fù)，從而使烘房濕度降低但溫度升高接著進(jìn)行衣物烘干。在烘干除濕中，回風(fēng)管把烘房?jī)?nèi)的濕空氣接入主機(jī)再進(jìn)行回收利用，以此提高主機(jī)性能和烘干速度。

2.4空氣源熱泵干燥技術(shù)的其他拓展應(yīng)用

2.4.1無(wú)線電頻技術(shù)

無(wú)線電頻物料干燥技術(shù)還可以稱為介電干燥技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的原理就是在高頻電磁場(chǎng)的作用下，被干燥的物料可以吸收電磁場(chǎng)中的能量，然后轉(zhuǎn)化成熱能來(lái)進(jìn)行水分蒸發(fā)。相對(duì)于普通干燥技術(shù)，無(wú)線電頻干燥技術(shù)對(duì)物料表面的溫度要求不是很高，能在溫度比較低的情況下無(wú)破壞的進(jìn)行干燥，且干燥速度比較快，能提高干燥質(zhì)量。

2.4.2紅外發(fā)射技術(shù)

紅外發(fā)射技術(shù)的干燥原理是：物料分子在受到紅外線的輻照以后，所吸收的能量轉(zhuǎn)換成熱振動(dòng)，與此同時(shí)產(chǎn)生逆向溫度梯度。所以，紅外發(fā)射干燥技術(shù)能提供高效的能量進(jìn)行加速干燥，能有效縮短干燥時(shí)間。紅外發(fā)射干燥技術(shù)能將熱量直接傳到物料表面，不要對(duì)周圍空氣進(jìn)行加熱，且熱傳速率快，再加上響應(yīng)的時(shí)間比較短，所以整個(gè)干燥過(guò)程比較容易控制。

3　空氣源熱泵干燥技術(shù)的發(fā)展展望

3.1多級(jí)干燥技術(shù)

空氣源熱泵干燥技術(shù)整體在低溫干燥環(huán)境中有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，所以可以把它和遠(yuǎn)紅外、微波或者太陽(yáng)能等等方式中的一種或者多種干燥方式進(jìn)行聯(lián)合使用。可以在干燥初期使用熱泵，發(fā)揮熱泵的低溫干燥優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，然后在中后期使用其他方式，以此縮短干燥時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到高效節(jié)能的效果。

3.2復(fù)合干燥介質(zhì)的應(yīng)用

復(fù)合干燥介質(zhì)主要是針對(duì)干燥室而言的，可在其中適當(dāng)增加一些CO2或者N2，降低O2濃度，這樣就能抑制酶的活性，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，研究發(fā)現(xiàn)將干燥介質(zhì)中的O2、N2、CO2按合適配比加到干燥室后，作干燥介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)利用，能達(dá)到很好的干燥節(jié)能成效。

3.3相變材料的應(yīng)用

根據(jù)不同物料固有的特性，在干燥階段放置合適的相變材料，不僅能保持干燥除濕效率還能減少能源消耗。

4　結(jié)語(yǔ)

總之，經(jīng)過(guò)優(yōu)化和完善的空氣源熱泵干燥技術(shù)，不僅能降低物料的干燥成本，在一定程度上還能提高干燥質(zhì)量。此外，在能源日益緊缺的情況下，國(guó)家相關(guān)部門應(yīng)努力做好空氣源熱泵干燥技術(shù)的推廣和宣傳，讓人們充分認(rèn)識(shí)到此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)有價(jià)值，以此推動(dòng)空氣源熱泵技術(shù)的更快發(fā)展。

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