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　　熱泵干燥系統(tǒng)的形式較多，按照干燥介質(zhì)（空氣）的循環(huán)情況可分為開路式、部分乏氣循環(huán)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(tǒng)。
　　
　　閉路式熱泵干燥系統(tǒng)有內(nèi)外兩個工作循環(huán)，即制冷劑在熱泵系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)和干燥介質(zhì)的干燥循環(huán)。制冷劑在蒸發(fā)器中吸收由干燥系統(tǒng)排出的廢氣中的熱量后，使液體蒸發(fā)為蒸氣；經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，送到冷凝器中；在高壓下，熱泵工質(zhì)冷凝液化，放出的高溫冷凝熱去加熱來自蒸發(fā)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(zhì)循環(huán)使用；液化后的熱泵工質(zhì)經(jīng)膨脹閥再次返回到蒸發(fā)器內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)。同時，廢氣中的大部分水蒸汽在蒸發(fā)器中被冷凝下來直接排掉。
　　
　　該系統(tǒng)的熱泵部分采取輔助冷凝器的形式。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于控制干燥溫度靈活方便，且輔助冷凝器的換熱系數(shù)較高，不需要特殊技術(shù)的換熱器。另外，若采用輔助冷凝器加熱外界空氣對物料進(jìn)行預(yù)干，可以回收這部分溫度比較高的冷凝熱，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)效率。在蒸發(fā)器設(shè)置旁通的目的在于使通過蒸發(fā)器的濕熱空氣能較好地與蒸發(fā)器中的制冷量相匹配，允分地發(fā)揮蒸發(fā)器的除濕能力；同時，還可以調(diào)節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器的熱負(fù)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）節(jié)約能源
　　
　　節(jié)約能源是熱泵zui初應(yīng)用的出發(fā)點，也是主要的優(yōu)點。熱泵低溫（15～45℃）干燥木材時可節(jié)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(tǒng)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(yán)格的要求，熱泵干燥機(jī)組不但能滿足此要求，而且比傳統(tǒng)的熱泵干燥機(jī)組節(jié)能50％左右。熱泵干燥技術(shù)應(yīng)用在蔬菜脫水中節(jié)能高達(dá)90％。近年來，越來越多的研究人員也證實了熱泵干燥機(jī)組的節(jié)能特性。
　　
　?。?）干燥產(chǎn)品品質(zhì)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(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近，使被干燥物品的品質(zhì)好、色澤好、產(chǎn)品等級高。用普通的干燥方法得到的芳香類揮發(fā)性物質(zhì)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(jī)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(dá)26％。VanBlarcom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(xiàn)上面所說的褐變現(xiàn)象，能較好地保持堅果原有的色澤、風(fēng)味及營養(yǎng)成分。
　　
　　（3）干燥參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬
　　
　　熱泵干燥過程中，循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量可得到、有效的控制，且溫度調(diào)節(jié)范圍為-20～100℃（加輔助加熱裝置），相對濕度調(diào)節(jié)范圍為15％～80％，適合于熱敏性物料的干燥。
　　
　?。?）環(huán)境友好
　　
　　物料干燥不僅要求提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能耗，同時必須對環(huán)境友好?；谙嗤脑u價標(biāo)準(zhǔn)，熱泵對變暖的影響與電釋放的CO2相比是很小的。對環(huán)境的友好是熱泵干燥的優(yōu)點。目前，國外提倡應(yīng)用熱泵來減少CO2的排放，它必將得到進(jìn)一步應(yīng)用。
　　
　?。?）煙草烘干
　　
　　針對我國煙葉烘烤質(zhì)量及目前國內(nèi)節(jié)能烘烤設(shè)施缺陷等問題，由東莞市永淦節(jié)能科技有限公司科研小組歷近十年，研制了高溫?zé)岜脽煵萑詣雍娓上到y(tǒng)，已在煙草、食用菌、農(nóng)作物烘烤領(lǐng)域已經(jīng)獲得規(guī)?；纳a(chǎn)應(yīng)用。該設(shè)備應(yīng)用已獲國家發(fā)明的熱泵加熱和冷凝除濕技術(shù)，經(jīng)檢測設(shè)備熱效比達(dá)1∶3～5，安全、環(huán)保；使用已獲國家實用新型的煙葉烘烤監(jiān)控儀，采用數(shù)字式溫度傳感器，精度達(dá)0.1℃，內(nèi)置多種烘烤“專家系統(tǒng)”，并具備在線調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)不同生態(tài)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zui主要的生理生化變化規(guī)律及其與烘烤環(huán)境條件的關(guān)系，揭示了煙葉烘烤質(zhì)量形成的本質(zhì)；研究開發(fā)了適合我國國情的烤煙適度規(guī)模種植的熱泵供熱，冷凝排濕的密集烤房及其自控設(shè)備，其熱效比zui高達(dá)到5左右，烘烤性能穩(wěn)定，能有效準(zhǔn)確地實現(xiàn)烘烤工藝要求的各項指標(biāo)，確保煙葉內(nèi)在和外觀品質(zhì)，烤干1kg干煙葉耗電量僅有1kW·h。而且，烘烤過程污染達(dá)到*，能夠一機(jī)多用，隨著我國電力供應(yīng)逐漸達(dá)到富裕程度，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　
　　（2）木材的干燥
　　
　　木材干燥是較成功的應(yīng)用熱泵干燥技術(shù)的領(lǐng)域之一。雖然用熱泵技術(shù)干燥木材較常規(guī)氣流干燥耗時多，但顯著的節(jié)能效果和較高的木材利用率使熱泵干燥法成為木材干燥加工的主要手段之一，特別適用于那些商業(yè)價值高、干燥難度大的“難干木材”。近年來，北京林業(yè)大學(xué)一直致力于木材熱泵干燥的理論研究（1992，張璧光；1996，張璧光），積累了大量實驗數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗，而在實際運行中節(jié)能效果和干燥效果均較理想。
　　
　?。?）谷物的干燥
　　
　　谷物干燥是熱泵干燥技術(shù)的主要研究及應(yīng)用領(lǐng)域之一。美國于1950年就試驗采用空氣／空氣熱泵干燥谷物。實際現(xiàn)場試驗表明，電熱式干燥谷物的除水率約為1．1kg／kW·h，而熱泵法干燥谷物的除水率約為1．8kg／kW·h，后者比前者能量消耗約少40％。目前，英國、德國等發(fā)達(dá)國家的熱泵干燥技術(shù)已在谷物干燥加T生產(chǎn)實踐中得到廣泛應(yīng)用。
　　
　?。?）茶葉的干燥
　　
　　采用水／水熱泵烘干茶葉，每噸茶葉大約消耗能源1250kW·h（相當(dāng)于0．45t標(biāo)準(zhǔn)燃料）；而煙氣或熱空氣烘干茶葉，每噸茶葉大約消耗1833kW·h（相當(dāng)于0．66t標(biāo)準(zhǔn)燃料），大約節(jié)約32％的能源。同時可以控制*的溫度狀態(tài)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，防止了茶葉過度干燥。采用熱泵干燥技術(shù)，可溶性鞣酸的損失可減少11％～13％。
　　
　?。?）種子的干燥
　　
　　熱泵干燥技術(shù)的低溫干燥特性比較適合于種子干燥，相關(guān)研究人員用熱泵干燥機(jī)分別對玉米、大豆、稻谷、白菜種子進(jìn)行了干燥試驗研究。
　　
　　天津大學(xué)的馬一太教授通過熱泵干燥種子的實驗”研究證實了熱泵干燥是一種良好的種子干燥方法，能夠保證種子的干燥品質(zhì)，提高干燥溫度，減小干燥空氣相對濕度，降低初含水率，縮短干燥時間。在干燥空氣流速較低的情況下，干燥空氣流速對干燥速率影響很小。種子的發(fā)芽率和健芽率受干燥溫度影響zui大，建議白菜種子的干燥溫度不宜超過40℃。在條件允許的情況下，熱干燥可采用雙干燥室和較低溫度進(jìn)行間歇干燥，從而提高種子的干燥質(zhì)量。
　　
　　（6）食品的干燥
　　
　　把熱泵干燥技術(shù)應(yīng)用于食品物料的干燥愈來愈得到人們的關(guān)注。一方面是過去對食品等熱敏感性物料的干燥一般采取冷凍干燥，但干燥成本太高；另一方面是熱泵干燥的干燥條件溫和，干燥參數(shù)易于控制，能夠得到與冷凍干燥品質(zhì)相近的產(chǎn)品熱泵干燥食品物料時其干燥溫度能在-20～60℃范同內(nèi)調(diào)節(jié)，采用恰當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ瑹岜酶稍锵到y(tǒng)可在常壓下實現(xiàn)冷凍干燥。Chuaeta1．（2000）應(yīng)用他們自己設(shè)計的二級蒸發(fā)熱泵干燥系統(tǒng)，根據(jù)不同的農(nóng)產(chǎn)品，設(shè)定了不同的干燥介質(zhì)溫度，得到的產(chǎn)品質(zhì)量好，而且在整個干燥過程中顏色和*的損失分別下降87％和20％。近幾年，國內(nèi)外采用熱泵干燥食品物料的應(yīng)用研究如表2－1所示。　　表2－1采用熱泵干燥的食品產(chǎn)品
　　
　　高溫?zé)岜酶稍镌恚?br />　　
　　熱泵干燥設(shè)備由熱泵系統(tǒng)和熱風(fēng)干燥循環(huán)系統(tǒng)組成。熱泵系統(tǒng)為熱風(fēng)干燥系統(tǒng)提供高溫?zé)嵩春徒档蜔犸L(fēng)濕度。為系統(tǒng)補充損失熱量，熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，通過循環(huán)熱風(fēng)與物料直接接觸，提供蒸發(fā)水份熱量，帶走物料中的水份。所謂“熱泵”，是耗用一定的機(jī)械功，吸取環(huán)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(jié)能裝置。正如“水泵”一樣，耗用一定機(jī)械功，將水從低水位提高到所需的水位。
　　
　　熱泵系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器組成，如圖5－1所示。系統(tǒng)內(nèi)運行的工質(zhì)，在蒸發(fā)器中吸取干燥室排出濕熱空氣中的熱量，從低壓液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)成低壓蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)增壓成為高溫高壓的蒸汽；在冷凝器中，高溫高壓的工質(zhì)蒸汽放出熱量加熱進(jìn)入干燥室的空氣，而工質(zhì)本身則從氣體冷凝成高壓液體；通過節(jié)流裝置，液體工質(zhì)產(chǎn)生阻塞效應(yīng)，降低了壓力和溫度，成為低壓低溫液體，再度進(jìn)入蒸發(fā)器中吸收濕熱氣體的熱量，如此反復(fù)循環(huán)將低溫?zé)崃枯斔偷礁邷亟橘|(zhì)中去，形成熱泵循環(huán)。
　　
　　從熱風(fēng)干燥循環(huán)系統(tǒng)來看，其熱風(fēng)流程如圖5－2所示。干燥室排出氣體，是含水份較高的濕熱氣體，其狀態(tài)如圖5－3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(fā)器時，由于蒸發(fā)器表面溫度低于空氣露點溫度，不僅降低了空氣的溫度并且在蒸發(fā)器表面將水汽冷凝下來，以液體水的狀態(tài)排出系統(tǒng)外。氣體離開蒸發(fā)器變成低溫而濕潤，如圖5－3上點b其相對濕度一般在ψ=95-97%。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5－3上的C點成為干熱氣體進(jìn)入干燥室。在干燥室中，干熱氣體與被干燥物料直接接觸，提供物料烘干的熱量，同時也帶走了水份?？諝庠诟稍锸覂?nèi)為等焓增濕降溫過程，在離開干燥室時又回復(fù)到圖5－3的a點。從圖5－3上可見每公斤氣體通過一個循環(huán)可以脫除水份△d＝da－dc。
　　
　　從上述熱泵干燥原理來看，與一般干燥工藝差別是沒有濕熱氣體排放，通過二個密閉循環(huán)系統(tǒng)，物料中的水份zui終以液態(tài)水排除。采用該原理有二大優(yōu)點：
　　
　?。?）節(jié)約能源：在熱泵干燥中。不排放濕熱氣體而將其顯熱和潛熱進(jìn)行了回收，由太陽能補充部分損失熱量，只耗用了一定的機(jī)械功。
　　
　　（2）污不染環(huán)境：由于熱泵烘干在封閉的環(huán)境中進(jìn)行，在烘干過程中不產(chǎn)生有臭有害氣體，對周圍環(huán)境可以減少到zui低的污染。
　　
　　熱泵腐竹技術(shù)烘干的特點
　　
　?。?）能耗費用低——熱泵烘干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*的節(jié)能設(shè)備。
　　
　?。?）不污染環(huán)境——由于熱泵烘干的全過程是在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，不需向周圍環(huán)境排濕，同時也會排出有害、有臭味的氣體。若將進(jìn)出料系統(tǒng)全部封閉在管道中，會使整個操作保持清潔環(huán)境。這與其他干燥方法相比，是一個*的優(yōu)點。
　　
　?。?）烘干質(zhì)量好——熱泵干燥裝置中的干燥介質(zhì)是在封閉的空間循環(huán)；不受外界氣候條件的影響，一年四季均在同一條件下平穩(wěn)運行，所以干燥質(zhì)量良好
　　
　?。?）間接密閉加熱，環(huán)保節(jié)能，減少物料損失。
　　
　?。?）投資省，占地小，配套土建少
　　
　?。?）干燥水分可控，zui低可達(dá)10%以下