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国外热泵干燥的研究现状
关于热泵的基本原理,一般认为是起源于19世纪早期卡诺的著作及他在1824年发表的关于卡诺循环的论文。汤姆森(WillianThomsan,后又晋爵为LordKelvin)早在1852年首先提出了一种实用的热泵系统(亦称热能放大器)。
采用热泵技术来对物料进行干燥是近期发展起来的一种节能效果明显而又切实可行的新方法。1943年Sulzer公司在德国建成的地下室除湿装置中采用热泵技术。其后,热泵技术在干燥领域的应用就得到迅速发展。美国1950年取得热泵干燥的专利权。法国在1970年~1977年间安装近千台热泵木材干燥装置, 到1980年大约有3000家木材干燥厂采用热泵干燥技术。日本从20世纪60年代开始研究热泵干燥技术,到1987年已有各种热泵干燥装置3000套左右,现有12%的干燥装置采用热泵干燥技术。加拿大的安大略省45%的木材采用热泵干燥技术,节能达60%。
近年来,国外学者对热泵干燥的应用研究又取得新的进展。Cardond等人(2002)实验研究了热泵辅助干燥取代冷冻干燥用于种子培养的乳酸菌,发现热泵辅助干燥在投资成本和运行成本方面均比冷冻干燥低。Alves filho(2002)提出了一种新型的流化床热泵干燥机,采用CO2作为干燥介质,热泵和干燥介质密闭循环清洁操作,可节约相当可观的能源,并生产出高质量的干燥产品。Chua等人(2000)对香焦、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。并详细研究了不同温度-时间模式的热泵式隧道干燥对干燥农产品质量的影响。
热泵干燥设备方面的研究主要集中在过程控制和制冷组件,特别是在压缩机方面的研究。涡旋式压缩机的能效率和尺寸大小等方面均比通用的压缩机更适合热泵干燥,内有棱纹表面和外部波纹翅片的先进热交换器可更好进行换热,减少热交换器的尺寸。这些要素使热泵干燥器更加小型化和更高的能效率。
热泵干燥与其他加热方式组成联合干燥装置也是近年热泵干燥研究的一个新的方向。热泵干燥的本质仍然是热风对流干燥,对流干燥的传热速率较低。特别是在降速干燥阶段,热泵低温干燥效率低,导致热泵工况差、干燥时间长。Marshall和Metaxas(1998)进行了高频(RF)与传统热泵联合干燥碎砖和黏土团的试验,结果表明采用脉动试高频加热,热泵干燥的性能系数(COP)和单位能耗除湿量(SMER)均得到提高。
国内热泵干燥的研究现状
我国热泵干燥的研究和应用是在20世纪80年代开始起步的,上海市能源研究所从1985年开始研制热泵式木材干燥机。此后,继续完成了几个有关热泵干燥方面的课题,并于1992年又开始热泵式粮食种子干燥装置的研制。
1989年~1993年,北京林业大学和北京冷冻机厂联合研制了RCG系列双热源木材除湿干燥机产品并获国家专利,该产品已推广到国内十几个省市并销往国外,取得了较好的经济效益和社会效益。双热源除湿干燥机采用了太阳能和除湿机联合干燥技术,弥补了单独利用太阳能的缺陷,太阳能与除湿机既可单独运行又能联合运行,联合干燥系统的运行过程由计算机实施自动控制。
天津大学热能研究所马一太、张嘉辉等用当量温度法对热泵干燥的*佳工况进行了详细的分析计算,并提出热泵干燥装置*佳蒸发温度概念,它对热泵干燥装置的节能运行具有指导意义。比较了不同制冷工质的干燥效果,研究了回热循环的节能原理。并指出用具有较强干燥能力的低温低湿空气,对种子等对温度较敏感的生物材料进行干燥,优势非常明显。
浙江大学制冷及低温工程研究所王剑锋、欧阳应秀等进行了相变材料应用于热泵干燥的实验研究,指出相变材料应用于热泵干燥后期具有明显的节能效果。当干燥温度为45℃，物料的平均质量百分比为24.3%时,放置相变材料,节能21.9%。针对不同的干燥物料,于适当的干燥期间在系统中放置相变材料,可以实现既保持一定的干燥除湿速度又能节省热泵干燥系统需要消耗的电能。
另外,华南农业大学李远志、广东省农机研究所郑春明等也对热泵干燥应用于脱水蔬菜加工进行研究。研究结果标明,利用热泵干燥加工的脱水蔬菜质量好,干燥技术是可行的。青岛大学田晓亮、孙晖等将热泵干燥系统应用于软胶丸的干燥,研制出了TXL型软胶丸热泵干燥机,将干燥周期由原来的24h以上缩短为7h~10h,而能耗仅为原能耗的1/9。
