２００９年４月农机化研究

第４期

热泵干燥系统的热力学分析

杨先亮１，宋蕾期酽，靳光亚１

（１．华北电力大学能源与动力工程学院，河北保定

０７１００３；２．山东省机械进出口集团公司，山东青岛

２６６００２）

摘要：热泵是一项高效节能技术，将其应用于干燥过程可以降低能耗，对于缓解我国能源紧张局面具有重要意义。为此，介绍了带有辅助冷凝器的热泵干燥系统的工作原理；以大枣为干燥物，从热力学第一和第二定律两方面分析了热泵干燥系统，指出其能量利用过程中的薄弱环节，为合理设计和运用热泵干燥系统指出正确方向。关键词：热泵；热力学分析；干燥；低能耗中图分类号：￥２２６．６；ＴＫｌ７３

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—１８８Ｘ（２００９）０４－０２００—０４

０引言

能源是国民经济的重要物质基础，它直接影响到

热泵是以消耗少量高质能（机械能、电能等）或高温热能为代价的能量利用装置¨Ｊ，并以冷凝器放出热量来供热的制冷系统。热泵干燥是一种温和的、接近自然的干燥过程，适合大部分农产品或药材等热敏性

国家安全、可持续发展及社会稳定。目前，从农业、食

品、化工、制陶业、医药、矿产加工到制浆造纸、木材加

物料。因此，在干燥技术领域中，应用热泵既可有效

利用能源，也可保护环境，减少温室效应和防止臭氧层破坏ＭＪ。为了使人们深入了解热泵干燥的节能效

工和纺织业等，几乎所有产业的生产过程都有干

燥¨。２１工序。干燥已成为生产过程中提高产品的数量

和质量的一个关键环节，但干燥过程也是一个高能耗

过程。在我国各种工业部门总能耗中，干燥能耗为４％（化学工业）～３５％（造纸工业）。发达国家（如美国、法国、英国和日本等）有１２％左右的工业能耗用于干燥。因此，开展低耗能、环境友好、保证产品数量和品质的干燥新方法、新产品和新过程，对于能源匮乏的今天意义重大。

压螬机

果，本文应用热力学第一和第二定律对带辅助冷凝器

的热泵干燥系统进行热力学分析。

１

带辅助冷凝器的热泵干燥系统的工作原理

热泵干燥系统是热泵和干燥两个单元的有机组

合，它们互为条件、互相影响‘５】，其原理如图１所示。系统中有两个循环回路，即制冷剂循环与空气循环。

图１热泵干燥系统原理图

１．１

热泵干燥系统的制冷剂循环

热泵干燥系统中，制冷剂的循环工作原理如图２

收稿日期：２００８—０６—１０

作者简介：杨先亮（１９ｒ７５一），男．河北宣化人，工程师，硕士，（Ｅ—ｍａｉｌ）

ｙｘｌｌ５８２０＠１６３．ｔｏｍ。

所示，制冷工质状态沿着ｌ一２—３—４—５—６—１而变

万方数据　

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２００９年４月农机化研究

１．２热泵干燥系统的空气循环

第４期

化。从冷凝器出来的制冷剂经膨胀阀节流后，温度和压力都降低，然后再进入蒸发器。制冷剂在蒸发器中吸收外界热量，不断蒸发。从蒸发器出来的制冷剂被吸进压缩机后等熵压缩后进入冷凝器，在冷凝器中向

外界放出热量。热泵干燥系统压焓图如图２所示。从图２可看出，向外界放出的热量比从外部吸收的热量多。多余的热量使干燥室的温度不断提高，但是当干燥温度达到要求后，这些热量就成为了多余的热量。因此，可以采用冷却水进行热交换，向外界放出热量，从而使干燥室始终保持一定的温度。

由图ｌ可知，制冷系统中的水冷冷却器除了起到

热泵干燥系统的空气循环如图３所示。从干燥室出来的空气进入热泵蒸发器，温度降低，相对湿度增加，直至成为饱和的空气。当温度进一步降低时，空气中水分被冷凝，除湿后的空气通过冷凝器温度升

高，然后进入干燥室。

贮液器的作用外，还起到控制流过冷凝器的空气温度

的作用。具体工作如下：流出冷凝器的空气温度高出

设定值时，就开大阀门Ｂ、关小阀门Ａ，使流人冷凝器

的制冷剂量减少，从而减小了空气的加热量，使冷凝器出口的温度降低到设定值；反之，当流出冷凝器的空气温度低于设定值时，就开大阀门Ａ、关小阀门Ｂ，

图３热泵干燥系统的空气循环

使流入冷凝器的制冷剂流量增加，从而加大了空气的加热量，使冷凝器出口空气温度上升到设定值¨１。

从图３可以看出：这部分水蒸气凝结后变成冷凝

水，并从装置中排出。用装置中排出冷凝水的多少可

以衡量该装置的脱水能力，它取决于蒸发温度和冷凝

温度。因此有效的除湿分别要求低的蒸发温度和高的冷凝温度。考虑到热泵运行的经济性和可靠性，温

升和输出温度都存在一个上限。

本系统的干燥对象为河北太行山区的婆枣，其初

始含水率为７３．４％，干燥后含水率为１９％。干燥室热

风进口温度设定为５５℃，相对湿度为１５％。本系统的制冷剂选用Ｒ１３４ａ。制冷循环中，冷凝温度可按离开

冷凝器的空气温度再加１０℃取值…。蒸发温度可按

经过蒸发器降温 …… 此处隐藏：4284字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……