[發明專利]一種多段加熱多段緩蘇烘干的氣流閉路循環熱泵干燥系統

在審

• 申請號: 201710738250.9
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107356090A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 薛世山;馬驥;王勤;李成偉;王慶倫
• 申請（專利權）人: 上海伯涵熱能科技有限公司
• 主分類號: F26B17/12
• 分類號: F26B17/12;F26B21/04;F25B30/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及干燥熱泵設計技術領域，尤其涉及一種多段加熱多段緩蘇烘干的氣流閉路循環熱泵干燥系統。

背景技術

將熱泵運用于含濕物料例如潮濕谷物的中低溫干燥，具有鮮明的節能環保的特點，已經引起了熱工技術領域和社會各界的高度關注。相當多的熱泵空調企業，試水谷物熱泵干燥，木材熱泵干燥，煙葉、大棗、枸杞、葡萄、黑木耳、中草藥等等農產品熱泵干燥，米粉、面條、海產品、腌臘制品等等食物制品熱泵干燥，取得了不俗的業績。

但是，熱泵用于谷物干燥，還存在著如下關鍵技術問題：

一、制取高溫空氣將使熱泵制熱能效比大幅降低

通常，為了提高干燥強度和干燥效率，采取提高干燥裝置進風溫度的做法，也就是通過提高干燥空氣的溫度來提高干燥空氣的焓值、降低干燥空氣的相對濕度，從而提高干燥空氣對含濕物料的加熱能力和吸濕能力；

但是，如果不是采用燃煤熱風爐等等化石熱源，而是采用熱泵作為干燥熱風的熱源，那么，提高干燥裝置進風溫度以提高干燥空氣對含濕物料的加熱能力和吸濕能力的做法，就是“殺敵一千自損八百”，甚至“殺敵八百自損一千”，技術上、經濟上都得不償失。

從下面的美國complan(谷輪)壓縮機在不同蒸發溫度與不同冷凝溫度下的制熱量測試報告中，可以得到如下關于熱泵制熱特性的重要結論：熱泵系統的循環溫升(冷凝溫度-蒸發溫度)決定制熱能效比，并且循環溫升與制熱能效比負相關。

在下表中，H-制熱量，P-輸入功率；系統過冷度SC＝8℃，回氣過熱度SH＝11℃。

請看上述美國complan公司ZWKSE壓縮機測試報告中的三個典型工況：

①循環溫升10℃(冷凝溫度25℃蒸發溫度15℃)工況

在冷凝溫度25℃蒸發溫度15℃工況下，熱泵系統的循環溫升為10℃(冷凝溫度25℃-蒸發溫度15℃)，熱泵機組的制熱能效比(制熱功率/電機功率)高達13860W/1427W＝9.7；如果加上風機電功率等因素，制熱能效比也將達到7左右的水平；

②循環溫升60℃(冷凝溫度65℃蒸發溫度5℃)工況

在冷凝溫度65℃蒸發溫度5℃工況下，循環溫升為60℃，熱泵機組的制熱能效比降低到9774W/3187W＝3.1，而這3187W只是壓縮機的電功率，如果加上風機電功率以及蒸發器將出現反轉化霜系統不制熱等等因素，全程制熱能效比將降低到接近于2的水平；

③循環溫升95℃(冷凝溫度65℃蒸發溫度-30℃)工況

在冷凝溫度65℃蒸發溫度-30℃工況下，循環溫升達到95℃，熱泵機組的制熱能效比只有4315W/2853W＝1.52，而這2853W只是壓縮機的電功率，如果加上風機電功率以及蒸發器反轉化霜系統不制熱等等因素，全程制熱能效比將降低到接近于1的水平，熱泵的節能特性喪失殆盡。

上述美國complan公司ZWKSE壓縮機測試報告表明：

熱泵制熱能效比，與熱泵系統的循環溫升(冷凝溫度-蒸發溫度)成負相關關系；循環溫升越低，制熱能效比越高；循環溫升越高，制熱能效比越低，并且循環溫升每擴大10℃，制熱能效比降低20％左右；當循環溫升達到60℃以上，熱泵機組的經濟性將會很差。

二、高溫干燥降低了谷物的品質

采用高溫干燥氣流來干燥含濕物料例如潮濕谷物，就是利用高溫干燥氣流加熱潮濕谷物，推動潮濕谷物中水分吸熱汽化逸出，高溫干燥空氣降溫所放出的顯熱，變成了潮濕谷物水分汽化的相變潛熱。

但是，這種干燥空氣降溫放熱以推動潮濕谷物水分汽化的“熱濕交換”，主要發生在潮濕谷物的表面和淺層；在潮濕谷物的表面和淺層失去水分之后，谷物內部與表面的含水率的差距擴大，形成“內濕外干”的濕度梯度，推動水分自谷物內部向表面擴散，直到谷物內外的含水率接近或達到新的平衡，這一谷物內部水分的遷移過程被稱之為“緩蘇”；這一個谷物緩蘇過程，實現水分自谷物內部向表面擴散，是為下一個熱風干燥階段到來所做的準備。

顯然，進入干燥裝置的空氣溫度越高，就越有利于提高干燥空氣對含濕物料例如潮濕谷物的加熱效果、推動谷物表面和淺層水分的快速吸熱汽化、促進谷物內部與谷物表面含水率差距的快速擴大、形成谷物“內濕外干”的大臺階的水分梯度，含濕物料的干燥效果也就越好；