1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/年月木材工业第卷第期高温热泵除湿干燥技术的初步研究王喜平张璧光赵忠信北京林业大学北京摘要本文介绍了高温热泵除湿干燥的工作循环及评价指标,并在研制高温热泵除湿干燥机的基础上进行实际干燥实验研究。结果表明高温热泵除湿干燥节能效果显著,干燥速 度较快,具有较高的干燥质量,采用制冷剂可以获得较高的供风温度最高 供风温度,缩短干燥周期,降低能耗,同时可以减少对大气臭氧层的破坏从干燥室低温区引入二次风可以减少干燥室的热量损失,同
2、时可以满足冷凝器的风量要求。关键词热泵,除湿干燥,制冷循环,供热系数脱水比能耗前言木材干燥的能耗约 占木材加工企业总能耗的,而能量 的 利用率却 很 低,仅为左右以一次能源计算。如何提高木材干燥中能量的利用率、降低能耗,是木材加工企业面临的一个重大课题。热泵除湿干燥技术是年代初发展起来的一种新型节能干燥技术,它具有除湿于燥和热泵供热的双重功能,故又称为“双热源 式除湿干燥”。热泵除湿干燥按最高供风 温 度 分 低温以下、中 温一和高 温大于三 种类型,供风温度范围主要取决于压 缩机和制冷剂的性能。目前我国的除湿干燥机产品包括单热源和双热源多属中温型,最高供风温度低于。因而木材干燥时间较长,特别
3、是干燥厚材、且终含水率要求低于 巧时,这种缺点就更加突出,从而限制了这种 节 能型干燥技术的使用范围。为此,北京林业大学和北京冷冻机厂合作,在已经研制成功型中温热泵除湿干燥机的基础上,共同开发研制了具 有 高效、节能的高温热泵除 湿干燥 机年通过鉴定,即将投入小批量生产。收稿日期一选一。一爹加本项研究的还 有 奋光 青先土。高温热泵除湿干燥 的工作循环型高温热泵除湿干燥机由除湿和热泵两个工作系统组成,主要部件有压 缩机、冷凝器、除湿蒸发器、热泵蒸发器、膨胀阀,主风机和热泵风机等见图。热泵和除湿两个系统共用一台压缩机和一台冷凝器。为了获得较 高的供风温度最高供风温度大于,系统采用了高温制冷工质。
4、在制冷循环回路 中,采用了回热式换热循环,以提高单位容积的制冷量和热泵的供热系数。在干燥 介质空气的循环 回路中,为了减少干燥室的热量损失,采取 由干燥室低温区引二次风为主、补充新风为辅一一一, ,士二二图热泵除湿干燥机原理图压 缩 机除湿蒸发器膨胀闷冷凝器湿 空气脱湿后的干空气了送澡三的热风热 泵蒸 发器热泵风机外界环境空气排山的 冷上气,单向阀 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/一心二肠叫 加创洲钊劫。侧叫肾门甲一一丫匕、图制冷循环一图扮扮扮岁岁的
5、方法,来满足冷凝器正常工作所必须的风坐毯。制冷循环制冷循环的压烩变化见图,图中一一一一一为 除湿工作 循环,产一产一尹一一,一产为热泵工作循环。一产一尹为制冷剂在压缩机 内的绝热压缩过程,一一一一为制冷剂在冷凝器中的等压放热过程,一尹一产为制冷剂在膨胀阀中的绝热膨胀过程,一一为 制冷剂在蒸发器中的蒸发过程。工作时,气体状态的制冷剂,点通过压缩机压缩升压 后,其冷凝时的饱 和温度 也相应 地升高到压 力对应值,点。制冷剂在流经冷凝器时,通过冷凝器向外放热,制冷剂本身冷凝成液态,点。液态制冷剂经膨胀阀膨胀后降压,使制冷剂在蒸发时的饱和温度 也降为相应的值,点。进入蒸发器的制冷剂从低温 热源干燥室回
6、风或环境大气吸热而 蒸发变成低温低压的气态,点,之后气态制冷剂被压缩机吸入再次压缩,从而完成制冷工质的闭路循环,实现了热量从低温热源向高温热源干燥室进风的转移。干燥介质的循环除湿工 况时,干燥 介质空气循环 的状态变化见图。由干燥室来的湿空气点,经过除湿 蒸发器先 降至露点点,再降至状态图中所示 为二次 风量为零时的工况,部分水分冷凝并排 出机外,之后图空气循环状态图低温低湿的空气点经过冷凝器加热至状态,成为高温低湿的空气,再送入干燥室干燥木材。高温低湿的空气与木材接触而吸湿,其相对湿度增加,湿空气沿着等烩线至干燥室 出口点,如此完成空气的闭路循环。在除湿干燥过程中,空气的热量以及水蒸汽的潜热
7、都得到了利用,避免了常规的蒸汽干燥在排湿时热量 的散失和对环境 的污染。在热泵系统工作时,除湿蒸发器停止工作,热泵蒸发器参加工作循环,此时系统直接 吸取环境大气的热量,经系统制冷工质的循环将这部分热量“泵”入干燥室。由于充分利用了环境余热,节能 效 果更加显著。热泵除湿干燥 的评价指标热泵除湿干燥系统的性能可以用供热系数尸和脱水比能耗尸来评价。供热系数尸尸研式 中一干燥机实际供热量即冷凝器处的放热量万一压缩机、机组风机及干燥室内风机 等消耗的功。根据 国家能源部 门公布的平均发电效率及锅炉效率可知,只要就节约 电能优一于电加热当尸时,就优于锅炉供热设发 电效率为,锅炉及管网效率为,尸越大说明干
8、燥机性能越好。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/脱水比能耗尸尸班水式 中研一某一工况下单位时 间的能耗,一相同工况下单位时 间内 木材的脱水量。一般说来,在干燥材的树种、厚度、初含水率基本相同的条件下,尸越小,则干燥机的能耗就越低。此外,可以用最高供风温度及最大除湿量来反 映热泵除湿干燥系统的干燥能力。衰离沮热滚除湿千操实脸结果材种材厚初含水率肠终含水率帕干燥时间天平均供热系数平均脱水比能耗水最高供风温度最大除湿量水总脱水量压缩机实际功耗竺竺竺“内匕
9、二一 一内任二吕白匕。八骂。写戮高温热泵 除湿干燥的运行实验实验装置由高温热泵除 湿干燥机、木材干燥室及测试仪器组成。试验用木材为锻木、柞木、云杉,板厚有、两种规格,初含水率为一,终含水率为。工艺流程如下装窑 、热泵除湿,热泵 、除湿,出窑木材装入窑内后,首先 启动热泵升温,必要时辅以电热。当窑内湿 空气的温度达到干燥工艺要求值时,关 闭热泵,当窑内空气的相对湿度 高于干燥工艺要求值时,就启动除湿系统进行除湿当窑内湿空气的温度 高于基准而相对湿度 低于干燥工 艺要求时,可关机闷窑或喷湿,等温度降低至低于干燥基准时,再开 启热泵向窑内供热。如此循环工作,直至木材的含水率达到所要求的值。实验过程中
10、定时测量并记录干燥机稳定运行工况下 的各项指标,部分试验数据处理结果见 表。注最高供风温度是指在未泛用电热的倩况下所 获得的最高供风温度实验地点北京林业大学木材干燥实验室实验时间年了月上没有发现开裂、翘 曲等干燥缺陷。采用为热泵除湿干燥机的制冷工质,既 可以获得较 高的供风温度,缩短干燥周期,又可降低压缩机的压缩比,减少 能耗,同时可以减少对大气臭氧层 的破坏,具有较好的应用前景。从干燥室低温区引入二次风作为冷凝器的补充风,既 可以满足冷凝器的风量要求,又能大大降低干燥室的热量损失。高温热泵除湿干燥将制冷与热泵 技术应用于木材干燥,可以降低木材干燥的能耗,提 高干燥质量和经济效益。结论高温热泵
11、 除湿干燥具有较高的供热系数一和较 低的脱 水比能 耗,其干燥速度优于中温热泵除湿干澡,接近于常规蒸汽干燥。对干燥前后木材的检查 对比及对木材试样 的内应力测试,证明实验过程中采用的木材干燥工艺是合理 的,干燥后的 本材丛本参考文献朱政贤主编木材干燥中国林业出版社,张社佑主编制冷原理与设备 机械工 业出版社,广州能源所热泵在我国应用 与发展 专 家研讨论文集张璧光、赵忠信对热泵除湿干燥木材的试验研究和建议林产工业,张璧光、王喜平等湿空气参数对除湿干燥机能耗的影响第四届全国木材干燥学术讨论会,、,一。,、连一卜转第页 1994-2010 China Academic Journal Electr
12、onic Publishing House. All rights reserved. http:/大青杨的水分扩散系数是柞木的“倍。由于在考察干燥各树种的最佳风速时,需要对干燥速度和 电能消耗做综合评定。因此本文未做探讨,尚待今后进一步研究。结论循环风速对木材干燥速度的影响效 果随木材含水率的不同而异,但在临界含水率以下时,影响效果不大。循环风速对干燥速度的影响依木材树种、厚度和干操温度而异。难干燥材应采用较低风速为宜。由于试验采用小尺寸试件,热质 传 递规律与实际生产中的大尺寸板材可能存在差异,今后尚需进 一步探讨。上接第页卜,一一,一卜,。,夕 ,、 , 目 ,目,州 , , 户勺细 ,
13、 ,毛口 , 勺产、砂口、尸、户、砂, 、尸、, 、户, 叼户电目,叫、, 、曰洲、护、户 ,、一甲、一一一一,木材加工机械 一九九五年征订启事欢迎仃阅欢迎投稿欢迎刊登广告“木材加工机械”是由林业部北京林业机械研究所主办,国内外公开发行的全国木材加工机械行业技术指导性刊物。主要报导国内外木材加工机械行业发展的新动向、方针、政策,最新研究动态、科技信息及学术活动,木材加工机械的设计制造、技术革新和使用维修经验,标准及检测技术,人造板生产工艺等等。为了加强信息传递,介绍新产品、新工艺、新设备、新技术,欢迎广大客户在本刊发布产品广告,并竭诚为客户进行优质、高效的服务。本刊为季刊、每季中月中旬出版,开页。每 期 定价元,全年元。刊号一一。为保证发行准确、及时,本刊采取自办发行,免费邮寄,全年均可办理订阅,订阅者可通过邮局或银行汇款至北京市和平里七 区楼木材加工机械编辑部,邮编开户行工商行北京和平里分理处帐号一户名林业部北京林业机械研究所,请注明杂志订阅费
