【2018年第五期】热泵干燥过程中低温热泵补热的

DOI:10./

文章来源:《化工学报》2018年第69卷

第5期:2032-2039

热泵干燥过程中低温热泵补热的应用分析

周鹏飞1,2，张振涛1，章学来2，杨鲁伟1，

魏娟1，刘鹏鹏1

(1中国科学院理化技术研究所，北京 ;2上海海事大学蓄冷技术研究所，上海 )

摘 要

针对木材干燥中的不利工况，提高干燥系统的可靠性，根据两级压缩制冷循环原理，提出了低温热泵和干燥热泵的耦合应用方案。使用能量的?损失模型，分别对干燥系统进行热量、干燥介质的质扩散和除湿过程的?损失进行分析。在低温热泵20、22、24、26、28、30℃以及关闭低温热泵的供热情况下分别测试计算了干燥热泵压缩机的排气温度与能耗、热泵性能系数(COP)以及热力完善度，同时测得木材含水率下降1%，系统的干燥用时和能耗。结果表明:相比于关闭低温热泵，开启低温热泵后干燥热泵的排气温度最多减少了16℃，COP皆有所提高。由于主机室温度升高后，系统循环的不可逆程度增加，热力完善度随着供热温度增加逐渐降低。开启低温热泵后干燥热泵的供热量和用时比关闭低温热泵最大分别增加44%，减少46%。

引 言

木材干燥是加工与利用的基础环节，其能耗约占企业加工总能耗的40%~70%。传统的木材干燥方法是以蒸汽、烟气等作热源，以湿空气作干燥介质的热风干燥。由于热风干燥过程中，需要定期从排气道排出部分湿热空气，同时从吸气道吸入等量的冷空气。这种开式循环的干燥方式，其换气热损失很大，一次能源利用率仅30%左右。

热泵干燥作为一种新型的干燥方式具有高效节能、成本较低、不污染环境、能对干燥介质的温度、湿度进行准确独立的自动控制，所以干燥质量好，因而已广泛应用于木材干燥、种子干燥、食品加工等领域。李远志等把热泵干燥应用于脱水蔬菜加工，研究表明，利用热泵干燥加工的脱水蔬菜质量较好。Chua等对番石榴、马铃薯等进行了热泵干燥试验研究，发现热泵干燥可提高干燥驱动力，改善产品色泽。但是热泵作为一种把低品位热能转换为高品位热能的热力转换设备，其自身的应用受外界环境温度的影响较大。因此，如何既节能又能保证木材干燥系统的工作效率，是研究的重点和难点。许彩霞等研究的太阳能与热泵联合干燥系统能够有效地降低能耗，缩短干燥时间。但是，太阳能无法作为可靠的热源保障热泵干燥系统持久高效地运行，尤其在寒冷地区，太阳能的利用效率较低。为了解决热泵干燥过程中热源的可靠来源问题，本文通过两级压缩制冷循环的工作原理，提出在热泵主机室全封闭运行的情况下，通过低温热泵为主机室持续补热，保障干燥热泵在恶劣的干燥工况下持续可靠地运行。

结 论

(1)对干燥系统进行?损失分析可知:减少系统的热量?损失可以通过降低主机室温度和强化干燥室的保温来实现;减少干燥介质的质扩散?损失，应提高干燥系统的整体气密性;减少蒸发器除湿过程的?损失，应使用功率较大的蒸发风机，并且干燥室在排湿的过程中缓慢排湿降低湿空气的露点温度，减少冷凝水带走的?。

(2)对供热温度为20、22、24、26、28、30℃以及关闭低温热泵的七种低温热泵运行工况进行测试，发现在26℃时，干燥热泵的排气温度以及单位压缩功相对较小且COP在此时达到最佳，其他供热温度时性能指标也皆有所提高。随着主机室温度升高换热器的换热温差增大系统循环的不可逆程度增加，所以开启低温热泵后系统的热力完善度普遍低于关闭低温热泵时的热力完善度。低温热泵COP与供热温度之间的拟合曲线关系是线性下降的，使用低温热泵时应该根据实际干燥情况选择合理的供热温度，不宜使主机室升温过高，增加低温热泵能耗。

(3)恒温干燥期间，干燥热泵间歇运行，所以干燥热泵能耗普遍低于低温热泵能耗，在26℃时干燥热泵能耗最低为50.08 kW·h;关闭低温热泵时最高为84.42 kW·h，但其总能耗最低。其他供热温度的总能耗随着低温热泵供热时间的延长逐渐增大。开启低温热泵后干燥热泵的供热量普遍高于关闭低温热泵的供热量，干燥用时也较少，比如:26℃的供热量为15.24 kW，木材含水率下降1%用时为10.7 h，关闭低温热泵的供热量为10.58 kW，用时为18 h。在干燥过程中应该综合考虑干燥能耗与用时，提高干燥的整体效益。

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木材热泵干燥系统

通过两级压缩系统引出补热干燥系统的原理

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