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李阳春 等: 热泵干燥系统几种循环的对比分析与研究
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荷又提高了除湿效率, 同时不受环境影响, 还可回收 部分热量到冷凝器发挥作用。采用辅助冷凝器形式 的热泵干燥装置( 图 1c) [ 3] , 是将热泵系统的冷凝器 分为两部分, 其中一个作为辅助冷凝器向外界环境 放热。由于在物料干燥前期和中期, 除湿主要是除去 物料的表面水份及自由水, 此时, 外界空气参数对系 统除湿速度影响大, 空气的除湿能力取决于干燥室 进出口空气含湿量差值。因此, 加装辅助冷却器的热 泵干燥装置( 图 1d) [ 4] , 既可以移走干燥温度稳定后
Key words Heat pumps, Dry ing , Ener gy -saving , Co mpar ison
引言
干燥是一个能耗较大的工艺过程, 提高干燥物 料品质、缩短干燥工作周期以降低干燥系统的能耗, 一直是国内外研究的重要课题[ 1, 2] 。热泵干燥技术因 其适应范围广、热效率高并能较好地保持物料的品 质而受到重视。本文就减小热泵干燥系统能耗以及 热泵干燥循环改进等方面开展研究。
关键词: 热泵 干燥 节能 对比
中图分类号: T K 173
文献标识码: A
Comparative Analysis and Study of Several Cycles of Heat Pump Drying System
L i Yang chun Chen Guangm ing Ouy ang Ying xiu Wang Jianf eng
图 3、4 是干燥温度分别为 40℃和 50℃时的物
料干燥曲线。图中质量比定义为物料干燥过程中质 量与干燥前初始质量之比。从图中可以看出, 采用辅 助冷却器的热泵干燥系统, 干燥速度大于采用辅助 冷凝器的热泵干燥系统, 验证了前面对两种系统对 比分析的正确性。考虑到在干燥过程后期, 物料的除 湿主要是除去物料中的结合水, 而这部分结合水主 要与物料本身有关, 采用辅助冷却器或者辅助冷凝 器对除湿速度影响都不大, 因此实验均做到干燥中 期( 即干 燥至 马铃 薯片 质量 为 初始 质量 的 0. 3 ～ 0. 4) 。表 1 列出了不同干燥温度、条件下的对比结 果。从表中可看出, 采用辅助冷却器的热泵干燥系统 优势比较明显。
2 0 0 3 年 11 月
农业机械学报
第 34 卷 第 6 期
热泵干燥系统几种循环的对比分析与研究
李阳春 王剑锋 陈光明 欧阳应秀
【摘要】 基于对热泵干燥机理和干燥除 湿过程的分析, 对比研究了几种 典型的热泵干燥系 统, 结果表明 : 加装
辅助冷却器的热泵干燥系统具有除湿快、节约干燥时间以及减少干燥能耗等优点。
收稿日期: 2002 06 28 李阳春 浙江大学基建部 硕士生, 310027 杭州市 王剑锋 日本东京大学环境工程系 副教授, 7-3-1Hon go, Bunk yo-ku Tokyo 113-8654 陈光明 浙江大学制冷与低温工程研究所 教授 博士生导师 欧阳应秀 浙江大学信息工程学院 博士生
图 2 热泵干燥实验装置示意图 1、3、15. 调节风 门 2、7、9、10. 挡板 4. 冷凝器 5. 电加热 器 6. 离心风机 8. 干燥室 11. 辅助冷凝器 12. 压缩机 13. 节流 装置 14. 辅助蒸发器 16. 蒸发器 17. 辅助冷却器
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农 业 机 械 学 报
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的部分热量, 又可以对进入蒸发器的空气预冷却, 除 去其中大部分显热和部分潜热; 同时减少了蒸发器 的显热负荷, 使蒸发器的热负荷主要为湿负荷。这样 可以增强蒸发器的除湿能力, 使蒸发器出口空气含 湿量降低, 增强干燥室进口空气的析湿能力, 加快干 燥速度, 降低干燥能耗。另外, 在蒸发器前设置辅助 冷却器也减小了干燥系统中的传热温差, 降低了系 统的不可逆性损失, 使干燥温度易于调节和控制。
为对比研究上述几种主要热泵干燥循环系统性 能, 研制了一套热泵干燥实验机组。主要由热泵( 制 冷) 系统( 压缩机、冷凝器、辅助冷凝器、蒸发器、辅助 蒸发器、辅助冷却器、节流装置等) 和空气回路( 离心 风机、干燥室等) 组成。热泵干燥系统的干燥空气由 离心风机驱动, 在热泵干燥机组中循环流动如图 2 所示。风道中的挡板和机组干燥空气进出口处的调 节风门可以调控干燥空气的流速, 本实验装置实测 风速可在 0. 3～10 m / s 范围内任意调整, 所以能够 满足不同干燥要求。为了监测热泵干燥系统的运行 参数, 在热泵循环管线上设置有 2 个压力测点, 在空 气循环管线上布置有 9 组干、湿球温度计和3个空气 流速测试点, 可对热泵循环的高低压、空气循环的干
o f A SAE , 1989, 32( 4) : 1131～1137 4 李洪文, 陈君达, 李向盈 等. 旱地玉米机械化保护性 耕作技术及机具的研究. 中国农业大学学报, 2000, 5( 4) : 68～72 5 谷谒白, 张云文, 宋建农. “层流型”分草曲面用于覆盖免耕播 种机的研究. 农业机械学报, 1994, 25( 1) : 46～52 6 栾玉振, 田宏炜. 关于玉米秸秆和根茬还田机的性能和配套模式的探讨. 吉林农业大学学报, 1991, 13( 3) : 65～68 7 毛罕平, 陈翠英. 秸秆还田机研制现状. 农业机械学 报, 1996, 27( 2) : 152～ 154 8 毛罕平, 陈翠英. 秸秆还田机工作机理与参数分析. 农业工程学报, 1995, 11( 4) : 62～66 9 吴凤生, 金梅. 4Q 31 型稻麦秸秆粉碎还田装置的结构设计. 农 业工程学报, 1998, 14( 3) : 248～250 10 吴子岳, 高焕文, 张晋国. 玉米秸秆切断速度和切断功率消耗的试验研究. 农业机械学报, 2001, 32( 2) : 38～41 11 木工机械编写组. 木工机械. 北京: 中国林业出版社, 1998. 12 任露泉. 试验优化设计. 北京: 机械工业出版社, 1987.
( 2) 影响功率消耗的主次因素为 C、D、B 、A 和 E, 而影响抛撒性能的主次顺序为 B 、C、A 、E 和 D, 综合抛撒效果最好、功率消耗最低, 得出了最优组合 为 A 2B 1C1D 1 E2 , 并运用 SP SS 软件计算得出了功率 消耗的回归方程。
( 3) 锯切防堵装置结构简单、新颖, 具有功率消 耗低、切割性能和抛撒性能好的优点。
图 3 干燥温度为 40℃时的物料干燥曲线
干燥温度/ ℃ 40
50
图 4 干燥温度为 50℃时的物料干燥曲线
表 1 不同干燥温度、条件下的比较结果
条件
质量比为 0. 45 时的 时间/ min
缩短时间/ m in
干燥时间为 400 min 时 的质量比
加装辅助冷却器
315
加装辅助冷凝器
355
0. 376 40
0. 407
加装辅助冷却器
365
加装辅助冷凝器
400
0. 425 35
0. 448
加装辅助冷却器
265
加装辅助冷凝器
290
0. 287 25
0. 315
加装辅助冷却器
235
加装辅助冷凝器
260
0. 237 25
0. 291
干燥速度提高 百分比/ % 3. 1
2. 3 2. 8
5. 4
图 5、6 是干燥温度分别为 40℃和 50℃时压缩 机输入功率曲线。从图中可以看出, 对于相同的干燥 温度, 加装辅助冷却器和采用辅助冷凝器的热泵干 燥系统中压缩机输入功率变化基本一致( 偏差小于
热泵干燥循环按照干燥介质( 空气) 的循环情况 可分为开路式、部分乏气式和闭路式循环 3 种。闭路 式循环方式因结构紧凑、热效率高、节能而在低温干 燥中得到广泛应用。几种典型的闭式热泵干燥装置 如图 1 所示。外接换热器布置在蒸发器入口前的热 泵干燥装置( 图 1a) , 能将干燥后的潮湿空气中的显 热和部分潜热排入环境, 降低了蒸发器负荷, 提高了 除湿效率, 但受环境影响较大。安装有回热器的热泵 干燥装置( 图 1b) , 利用从蒸发器出来的冷空气来预 冷蒸发器前的高温高湿空气, 既可以降低蒸发器负
0. 03 kW) ; 并且整个干燥过程中压缩机输入功率变 化很小, 即两种系统功耗基本相同。由此可知, 干燥 系统的能耗主要取决于干燥温度和干燥过程持续的
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第 6 期
廖庆喜 等: 免耕播种机新型锯切防堵装置的试验研究
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速度、动定刀间隙和秸秆覆盖量的增大而增大; 而在 5～120 m m 范围内, 随开沟器与锯齿圆盘间距 s 的 增大, 功率消耗呈现大、小、大的变化趋势, 当间距取 90 mm 时功率消耗最小。
1 热泵干燥的特点
干燥过程中物料能达到的平衡含水量主要由干 燥环境的相对湿度决定。对于不能进行除湿的干燥 设备来说, 相对湿度的减小只能通过升温的方法来 实现。传统的开式电加热干燥法将干燥室出来的湿 度大、温度相对高的空气直接排入大气, 浪费了其中 大量的显热和潜热。这是传统电加热干燥的主要缺 陷, 并且开式循环的性能随环境空气状况的变化而 变化。热泵干燥系统则通过蒸发器将干燥室出口空
( 4) 结合小麦播种行距为 150～200 mm 的农艺 要求, 考虑已切断秸秆的抛撒性能与被切秸秆的长 度有关, 对相邻两锯齿圆盘间距设计为 100 m m, 其 切断秸秆 长度小于 开沟器 间距, 其抛撒 率达到 了 100% 。因此在配套动力允许时, 可选择较高的前进 速度。
参考文献
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