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一、熱泵烘乾機組簡介

（1）熱泵乾燥技術簡介

熱泵乾燥系統的形式較多，按照乾燥介質(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。對乾燥溫度不宜過高的生物材料，目前大多採用圖1-1所示的閉路式熱泵乾燥系統。

圖1－1  閉路式熱泵乾燥系統

閉路式熱泵乾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乾燥介質的乾燥循環。制冷劑在蒸發器中吸收由乾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，排入乾燥室作為乾燥介質循環使用；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。

該系統的熱泵部分採取輔助冷凝器的形式。此結構的優勢在於控制乾燥溫度靈活方便，且輔助冷凝器的換熱係數較高，不需要特殊技術的換熱器。另外，若採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於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，兼顧了熱泵和乾燥兩個單元各自的要求。

（2）熱泵乾燥技術的特點

節約能源

節約能源是熱泵最初應用的出發點，也是主要的優點。熱泵低溫(15～45℃)乾燥木材時可節約能耗40％～70％。乾燥大米的適宜溫度為35～50℃。溫度雖低，但是需要大量的熱。傳統乾燥器的效率只有3％～5％，而用熱泵乾燥效率將明顯提高。布匹對乾燥溫度有嚴格的要求，熱泵乾燥機組不但能滿足此要求，而且比傳統的熱泵乾燥機組節能50％左右。熱泵乾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証實了熱泵乾燥機組的節能特性。

乾燥產品品質好

熱泵乾燥是一種溫和的乾燥方式，接近自然乾燥。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，使被乾燥物品的品質好、色澤好、產品等級高。用普通的乾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：用滾筒乾燥機得到生姜的生姜素保持率僅為20％，而用熱泵乾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，採用熱泵乾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。

乾燥參數易於控制且可調範圍寬

熱泵乾燥過程中，循環空氣的溫度、濕度及循環流量可得到精確、有效的控制，且溫度調節範圍為-20 ～100℃ (加輔助加熱裝置)，相對濕度調節範圍為15％～80％，適合於熱敏性物料的乾燥。

環境友好

物料乾燥不僅要求提高產品質量和節約能耗，同時必須對環境友好。基於相同的評價標準，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乾燥的優點。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。

（3）高溫熱泵乾燥原理

熱泵乾燥設備由熱泵系統和熱風乾燥循環系統組成。熱泵系統為熱風乾燥系統提供高溫熱源和降低熱風濕度。為系統補充損失熱量，熱風乾燥系統，通過循環熱風與物料直接接觸，提供蒸發水份熱量，帶走物料中的水份。所謂“熱泵”，是耗用一定的機械功，吸取環境或廢棄物中低品位熱能，將其提高成為可利用的熱能的一種節能裝置。正如“水泵”一樣，耗用一定機械功，將水從低水位提高到所需的水位。

熱泵系統由壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器組成。系統內運行的工質，在蒸發器中吸取乾燥室排出濕熱空氣中的熱量，從低壓液態工質蒸發成低壓蒸汽，經壓縮機增壓成為高溫高壓的蒸汽；在冷凝器中，高溫高壓的工質蒸汽放出熱量加熱進入乾燥室的空氣，而工質本身則從氣體冷凝成高壓液體；通過節流裝置，液體工質產生阻塞效應，降低了壓力和溫度，成為低壓低溫液體，再度進入蒸發器中吸收濕熱氣體的熱量，如此反復循環將低溫熱量輸送到高溫介質中去，形成熱泵循環。

從熱風乾燥循環系統來看，乾燥室排出氣體，是含水份較高的濕熱氣體，其狀態如圖2-1的h-d圖上的點a，其相對濕度在ψ＝70～80%左右，通過熱泵的蒸發器時，由於蒸發器表面溫度低於空氣露點溫度，不僅降低了空氣的溫度並且在蒸發器表面將水汽冷凝下來，以液體水的狀態排出系統外。氣體離開蒸發器變成低溫而濕潤，如圖2-1上點b其相對濕度一般在ψ=90-95%。脫濕后的氣體在熱泵冷凝器中得到等濕加熱，提高了氣體溫度，同時也降低了相對濕度，如圖2-1上的C點成為干熱氣體進入乾燥室。在乾燥室中，干熱氣體與被乾燥物料直接接觸，提供物料烘乾的熱量，同時也帶走了水份。空氣在乾燥烘房內為等焓增濕降溫過程，在離開乾燥室時又回復到圖1-1的a點。從圖2-1上可見每公斤氣體通過一個循環可以脫除水份△d＝da－dc。

圖2-1  熱泵熱風循環在h-d上示意圖

從上述熱泵乾燥原理來看，與一般乾燥工藝差別是沒有濕熱氣體排放，通過二個密閉循環系統，物料中的水份最終以液態水排除。採用該原理有二大優點：

（1）節約能源：在熱泵乾燥中。不排放濕熱氣體而將其顯熱和潛熱進行了回收，由太陽能補充部分損失熱量，只耗用了一定的機械功。

（2）不污染環境：由於熱泵烘乾在封閉的環境中進行，在烘乾過程中不產生有臭有害氣體，對週圍環境可以減少到最低的污染。

（4）熱泵技術烘乾的特點

能耗費用低——熱泵烘乾裝置在運行中能回收濕熱空氣的顯熱和潛熱，能量得到充分而合理利用，是一種公認的高效節能設備。

不污染環境——由於熱泵烘乾的全過程是在封閉系統中進行，不需向週圍環境排濕，同時也會排出有害、有臭味的氣體。若將進出料系統全部封閉在管道中，會使整個操作保持清潔環境。這與其他乾燥方法相比，是一個獨特的優點。

烘乾質量好——熱泵乾燥裝置中的乾燥介質是在封閉的空間循環；不受外界氣候條件的影響，一年四季均在同一條件下平穩運行，所以乾燥質量好。