高效热泵除湿干燥技术的研究和前景展望

高效热泵除湿干燥技术的研究和前景展望

梁伟键

广州晟启能源设备有限公司   广东省广州市  510540

摘要：烘干作业是一个耗能较大的工艺，它所需的物料数量和类型也很多。我国传统的干燥机采用煤炭作为能源的主要能源来源，能耗高、污染大、用工多。与煤炭相比，热泵除湿干燥技术可仅用单一能源（电能）驱动系统，能耗可减少40%~70%，碳排放量减少40%~70%, PM2.5、PM10等颗粒物的排放量减少90%，节能减排效果明显。热泵除湿干燥技术的发展与应用，对促进我国的可持续发展，有着重要的现实意义。

关键词：热泵；除湿干燥技术；研究；前景展望；

引言

干燥是最早的一种生产设备，在国民经济的各个行业中得到了广泛的应用，而干燥过程又是一种能耗高的过程，在发达国家，干燥过程中的10%左右被用于干燥过程，而随着社会、科技的发展，热泵干燥技术在干燥领域的应用越来越广泛.它具有快速的除湿能力和良好的材料质量。目前，国内外主要采用的是热泵干燥技术，在木材干燥方面，随着国民经济的发展，热泵干燥技术在其它行业中的应用也会越来越广泛。

1.热泵干燥原理

热泵通过吸收低温热源中的热能，将低品位的热能转换成高品位的热能，通过吸收自然环境和废热资源，得到的热能大于输入能量。热泵烘干系统包括制冷循环和干燥介质循环两大子系统。冷媒介质回路由蒸发器，冷凝器，压缩机，膨胀阀构成。在系统运行过程中，热泵压缩机的作用是通过蒸发器来吸收低温低品位的热能，而在冷凝器中将其转化成高温高品位的热能。热泵工质吸收了来自于干燥室的湿热空气中的一部分余热，然后将其蒸发为蒸汽，湿热空气中的水蒸气降温冷凝成水过程中，通过压缩机机械做功将气态转液态释放出来的热量后送入冷凝器，冷凝器吸收热量升温后，再将热量传递到脱水后低温干燥的空气中实现加热系统内部的循环空气。从冷凝器排出的热风会被送到干燥室中进行烘干。排出干燥室中的湿气通过蒸发器将一部分显热和潜热转移至工质，以实现废热回收；在此过程中，湿度降低，凝结水从露点处析出，从而实现了除湿。干燥媒质（循环风）回路由干燥腔和循环风机组成。

2.现存的问题

热泵干燥技术虽然具有节能、干燥温度低等优点，但存在干燥时间长 ，维护要求较高等问题：

2.1干燥时间长

由于其工作机理的局限，通常在45~60摄氏度之间，在烘干过程中，通常使用低温来保证产品的质量，这样可以减少干燥速度，降低产量，从而延长烘干时间。要缩短烘干时间，就需要增加干燥温度，并通过增加压缩机的压缩比来增加压缩机的压缩压力，但这不仅会降低压缩机的效率，还会降低热泵系统的运行效率。因此，对压缩机的性能和可靠性都有较高的要求。国内现有的制冷压缩机尚不能完全适应这种需求。

2.2能级消耗高

热泵烘干工艺能耗最高，许多学者认为，采用热泵烘干可以节省能耗，但从经济性上来看，并不一定划算。所以，根据热力学和热力学第二定律，建立了一个统一的量度和量度的测量方法。

2.3制冷剂泄漏，影响环境

由于采用了增压系统，如果管道破裂，制冷剂将会泄露到周围的环境中，如果出现泄漏，将会使热泵循环压力显著降低；干燥设备的运行状况将会受到影响，而消耗臭氧层的 CFCs对环境产生一定的影响。现一般应用环保制冷剂有:R134a、R410A、R407C、R417A、R404A、R507、R23等，具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好等特点，用于家用空调、中小型中央空调，中低温冷冻系统，低温冷冻系统等。

2.4维护要求较高

热泵干燥机的压缩机、冷媒过滤器、热交换器等设备必须定期进行维护和检修，以确保干燥机在良好的运行条件下运行。如果制冷剂泄露，必须进行必要的补充或替换，以免对整个循环造成严重的损害。针对控制系统的稳定性，会在热泵系统上，设置高压压力表、低压压力表、膨胀阀、温度传感器、干燥过滤器等，在系统设计上要求准确且高效。

3.热泵干燥除湿技术的技术应用

3.1热泵除湿干燥技术在木材的干燥中的应用

我国在上个世纪80年代就已经开始对热泵加热有过研究并成功应用于木材干燥中，通过具体的实践表明：在湿度大的工作条件下热泵除湿仍旧效果良好。

3.2热泵除湿干燥技术在环保、建筑工程中的应用

根据的资料，热泵除湿技术早在很早之前就被用于环境保护工程中，而且效果良好。同时，近几年，在建筑行业和地下工程中，也广泛应用了热泵的除湿和除湿，并取得良好的除湿效果。

3.3热泵除湿技术在食品加工中的应用

热泵除湿技术既可应用于工程领域，也可应用于食品加工业，八十年代已提出将热泵技术应用于食盐、海产品的干燥。经过国内外学者的试验，认为农业副和其它产品的试验对温度和湿度有很高的要求，因此尚需进一步的论证。但也有一些学者将微机、变频调速等技术和热泵技术结合起来，并结合实际试验需要，从而改善其性能。

4.热泵干燥技术的发展趋势

我们可以从中国最新的粮食烘干机产业运行态势及投资战略研究报告分析中得知，随着国内热泵的发展速度和应用领域日趋广泛，粮食烘干机在国内的发展有如下方向：

4.1发展大型化、规范化

行业市场在整顿后形成规模化经营，在此背景下大部分产品将向中大型发展。

4.2产品精细化

由于我国各地地区不同，因此需要依据农作物及其他经济作物的种类进行细分，使得烘干设备向专业化、特色化方向细分发展；

4.3场景多样化

其目的就是要适应人们的不同的生产和生活需求，从而使产品的品种更加多样化，比如固定、移动等。热泵干燥技术是当前木材、食品等行业中应用最广泛的技术；药品、生物产品消毒、烘干；污泥干化处理；在众多行业中，应用了热泵干燥技术，具有良好的节能降耗效果，但其自身存在的缺陷；例如：在高投入、高温度下运行可靠性、大温差变化条件下的效率、不同材料在干燥过程中的工艺控制；本文认为，今后的发展趋势主要有：

(1)在高温条件下改善装置操作的可靠性。利用纳米技术开发新型产品，改善润滑油与工质间的相容性，改善润滑状况，特别是压缩机的运行可靠性。

(2)以改善热泵系统效率为目的，在大温差变化条件下建立高效系统，从系统换热器、压缩机、电机控制等方面进行了探讨。

(3)精密的过程控制.不同的物料，甚至同一材料的不同部位，因其不同的干燥类型和相同的材料的可变性等因素，对干燥过程的要求也是不同的。

(4)一种热泵式除湿干燥系统，其干燥介质与材料直接接触。这一领域的研究，是以水蒸气压缩机的发展为基础，将干燥室中的水蒸气或湿气直接压缩，然后进行冷却和除湿，使之成为干媒质，并通过热交换器进入干燥室，从而达到热泵的循环。

(5)发展自然工质的高温热泵技术，二氧化碳热泵技术是当前研究的一个重要领域。二氧化碳超临界和跨临界热泵技术在不同工作条件下都能达到较好的效果。目前国内外对CO2热泵技术的研究尚属空白，需要在压缩机、系统、换热器、控制等领域进行深入的研究。

5.结束语

随着人们对生活中所需要的工作器具、生活器具要求的不断提高，传统老式技术已然不能满足人们的需求，人们对好产品的需求催生新技术的产生，在目前国内外的科学家、研究者都已热泵除湿干燥技术进行了研究论证，并且相信随着相关除湿技术的发展，热泵除湿技术的应用范围会越来越广泛，应用价值会越来越高，越来越得到人们的信任。

参考文献

[1]张璧光、赵忠信.对热泵除湿干燥木材的试验研究和建议.《林产工业》,1992(2)

[2]张璧光、王喜平等.湿空气参数对除湿干燥机能耗的影响.第四届全国木材干燥学术讨论会,1993.10

[3]朱冬生，剧霏，李鑫，除湿器的研究进展[J].暖通空调，2007，35(4)：35-40.