熱泵干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)
干燥是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用且耗能巨大的加工工藝，世界各國都在對干燥工藝的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行大量的研究。作為一種新型技術(shù)的熱泵干燥系統(tǒng)，由于其較常規(guī)氣流干燥在能源消耗和干燥成本方面具有明顯的優(yōu)勢，因而逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，其作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量并把它傳遞給溫度更高的被加熱對象(原理與制冷機(jī)相同，都按照逆卡諾循環(huán)原理來工作，區(qū)別在于工作溫度范圍不一樣)。
干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶劑，以便于物料的包裝、運(yùn)輸、貯藏、加工和使用。工程上將物料中水分除去的方法包括機(jī)械法(離心、壓榨等)、加熱方法、化學(xué)吸附方法等。干燥一般是指利用加熱方法除去物料中水分的過程(熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種)。常規(guī)干燥裝置通常直接用電加熱或燃料燃燒來獲得干燥所需的熱能，能耗大，污染大。而熱泵是一種高效制熱裝置(產(chǎn)出的熱能>消耗的能量)。
熱泵干燥系統(tǒng)是一種不采用電加熱絲加熱或其它熱源輻射加熱的除濕干燥設(shè)備，因而其具有節(jié)能、低溫、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前所開發(fā)的熱泵干燥系統(tǒng)按照熱泵特性劃分，主要有如下幾類：
空氣能熱泵干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)
蒸氣壓縮式熱泵干燥系統(tǒng)，由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流部件和蒸發(fā)器構(gòu)成封閉系統(tǒng)。蒸氣壓縮式熱泵也稱為機(jī)械壓縮式熱泵，該類熱泵用電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使熱泵工質(zhì)在熱泵中循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效制熱，是應(yīng)用最廣泛的熱泵裝置。
吸收式熱泵干燥系統(tǒng)，由發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流
閥、溶液泵、溶液閥、溶液交換器組成封閉回路。吸收式熱泵以熱能為驅(qū)動(dòng)能源，使發(fā)生器中的工質(zhì)對(工質(zhì)吸收劑)溶液沸騰，產(chǎn)生工質(zhì)蒸汽，并在熱泵中循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱泵的制熱功能，也是目前應(yīng)用較多的熱泵裝置。
化學(xué)熱泵干燥系統(tǒng)(如吸附式熱泵干燥系統(tǒng)等)以熱能為驅(qū)動(dòng)能源，可以利用低品位的工業(yè)余熱、太陽能熱源等，因此具有節(jié)能、清潔的優(yōu)點(diǎn)。然而此類熱泵的單位制冷、制熱量較低，且總體除濕率偏低。
其它熱泵干燥系統(tǒng)(蒸汽噴射式等)，因能源效率或者技術(shù)問題應(yīng)用不如前三種廣泛。
此處僅對應(yīng)用最廣泛的蒸氣壓縮式熱泵干燥系統(tǒng)詳加介紹，有工作原理、設(shè)計(jì)步驟等相關(guān)知識(shí)。
蒸氣壓縮式熱泵由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流部件和蒸發(fā)器構(gòu)成封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)中沖入一定量的熱泵工質(zhì)。熱泵工質(zhì)在蒸發(fā)器中為低壓低溫狀態(tài)，可吸收低溫?zé)嵩吹臒崮?，發(fā)生液-氣相變(蒸發(fā))，變?yōu)榈蛪赫羝M(jìn)入壓縮機(jī)并被壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入冷凝器，高壓高溫的工質(zhì)蒸汽在冷凝器中放熱給熱用戶，工質(zhì)變?yōu)楦邏阂后w進(jìn)入節(jié)流閥，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后變?yōu)榈蛪旱蜏氐娘柡蜌夂惋柡鸵旱幕旌衔镞M(jìn)入蒸發(fā)器，開始下一個(gè)循環(huán)，如此不斷循環(huán)。
由于熱泵工作時(shí)不可避免地存在各種損失，因此實(shí)際循環(huán)特性與卡諾循環(huán)有較大的偏離。在熱泵循環(huán)的分析和計(jì)算中，采用較多的是對實(shí)際循環(huán)作適當(dāng)簡化，分析處理也較方便、與實(shí)際循環(huán)較接近，且能代表實(shí)際循環(huán)本質(zhì)特性的理論循環(huán)。當(dāng)冷凝器和蒸發(fā)器中與熱泵
工質(zhì)換熱的介質(zhì)在冷凝器或蒸發(fā)器中溫度變化不大時(shí)(如換熱介質(zhì)是水或其它載熱介質(zhì))，此種情況簡稱為定溫低溫?zé)嵩椿蚨氐蜏責(zé)釁R，熱泵可采用定壓下冷凝溫度與蒸發(fā)溫度恒定的工質(zhì)，相應(yīng)的熱泵理想循環(huán)是卡諾循環(huán)。工質(zhì)在冷凝器出口為飽和液、在蒸發(fā)器出口為飽和氣的理論循環(huán)稱為基本理論循環(huán);工質(zhì)在冷凝器出口為過冷液、在蒸發(fā)器出口為過熱氣的理論循環(huán)為過冷過熱循環(huán)。相反，當(dāng)換熱介質(zhì)的溫度變化較大時(shí)(如換熱介質(zhì)是空氣或其它載熱介質(zhì))，此種情況簡稱為變溫低溫?zé)嵩椿蜃儨氐蜏責(zé)釁R，熱泵可采用定壓下冷凝溫度與蒸發(fā)溫度與換熱介質(zhì)溫度變化相適應(yīng)的變溫工質(zhì)，相應(yīng)的熱泵理想循環(huán)是勞倫茲循環(huán)。與理想的勞倫茲循環(huán)相對應(yīng)的是變溫?zé)嵩春蜔釁R時(shí)熱泵的理論循環(huán)。
熱泵設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)用戶的條件和要求，確定熱泵的形式(蒸氣壓縮式，吸收式或吸附式，或其它形式，不同熱泵的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)相差很大)。此處以蒸氣壓縮式熱泵為例，其設(shè)計(jì)步驟大致如下：
首先，根據(jù)用戶條件，確定熱泵的驅(qū)動(dòng)能源、低溫?zé)嵩?根據(jù)用戶所需的熱能溫度及低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)、高溫?zé)釁R介質(zhì)，確定熱泵工質(zhì)。理想的熱泵工質(zhì)，從熱力學(xué)、物理化學(xué)、生理學(xué)、經(jīng)濟(jì)性等幾方面考慮，應(yīng)滿足如下幾個(gè)要求：1.良好的熱力學(xué)特性2.良好的傳熱和流動(dòng)性能3.良好的物理化學(xué)性能4.與潤滑油有較好的互溶性5.安全性好6.環(huán)境友好7.電氣絕緣性好8.經(jīng)濟(jì)性好。在為熱泵確定循環(huán)工質(zhì)時(shí)，要綜合考慮以上各方面性能，再根據(jù)高溫?zé)釁R與低溫?zé)嵩吹奶匦?，確定最佳的熱泵循環(huán)工質(zhì)(純工質(zhì)或混合工質(zhì))。
然后，根據(jù)用戶的需熱量，確定熱泵各部件的關(guān)鍵參數(shù)。
根據(jù)熱泵工質(zhì)及壓縮機(jī)的功率、輸氣量選定壓縮機(jī)。熱泵壓縮機(jī)可以選擇的類型很多，按密封方式分類可分為開啟式壓縮機(jī)和封閉式壓縮機(jī);按工作原理分類可分為容積型壓縮機(jī)(往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式)和速度型壓縮機(jī)(離心式和軸流式);按熱泵工質(zhì)分類主要分為氟利昂壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、碳?xì)浠衔飰嚎s機(jī)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)等類型，不同的熱泵工質(zhì)對壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料均有某些特殊的要求，如氨對銅有腐蝕性等等。
根據(jù)熱泵工質(zhì)、載熱劑和冷凝器的傳熱量、傳熱溫差選定冷凝器。根據(jù)載熱劑的不同，冷凝器可分為氣體式和液體式。
根據(jù)熱泵工質(zhì)、載冷劑和蒸發(fā)器的傳熱量、傳熱溫差選定蒸發(fā)器。根據(jù)載冷劑的不同，蒸發(fā)器也可分為氣體式和液體式。
根據(jù)熱泵工質(zhì)、熱泵制熱量、熱泵工作溫度(熱泵工質(zhì)的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度)選定節(jié)流閥。節(jié)流部件的主要作用是控制熱泵工質(zhì)的流量與壓縮機(jī)的輸氣量相匹配。常用的節(jié)流部件有毛細(xì)管、熱力膨脹閥和電子膨脹閥。1.毛細(xì)管適用于冷凝壓力和蒸發(fā)壓力較穩(wěn)定的小型熱泵干燥裝置，其特點(diǎn)是成本低，故障率低。2.熱力膨脹閥安裝在蒸發(fā)器的進(jìn)口處，由感溫包測知蒸發(fā)器出口工質(zhì)的過熱度，由此判斷工質(zhì)流量的適當(dāng)與否(過熱度較大時(shí)，說明工質(zhì)流量不足;相反則說明工質(zhì)流量過大)，并通過感溫包內(nèi)工作介質(zhì)的壓力調(diào)整閥的開度控制熱泵工質(zhì)的流量。熱力膨脹閥適用于中小型熱泵干燥裝置。熱力膨脹閥主要分為內(nèi)平衡式和外平衡式。前者用于蒸發(fā)器中工質(zhì)流動(dòng)阻力
不大的場合，后者則可用于蒸發(fā)器中工質(zhì)流動(dòng)壓降較大的場合。3.電子膨脹閥是通過電子感溫元件測知蒸發(fā)器出口處工質(zhì)過熱度的變化，并通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(步進(jìn)電機(jī)等)驅(qū)動(dòng)閥桿運(yùn)動(dòng)，具有感溫快、調(diào)節(jié)范圍大、閥桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律智能化等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格也明顯高于熱力膨脹閥。
最后，根據(jù)熱泵工質(zhì)、熱泵制熱量、熱泵自動(dòng)化要求選定輔助部件。
