熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統的分析

王新嵐

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030002）

隨著農機化水平的不斷提高和規模經濟的發展，機械化烘干已成為農產品生產的重要環節。加快發展農產品烘干技術，有利于應對收獲季節長期陰雨天氣，減少損失；有利于降低翻曬勞動強度，提高勞動生產率；有利于推進農副產品生產規?；?、專業化，對促進農業生產、農民增收和保障儲存運輸安全具有積極作用。優良的烘干技術可以保證物料質量，提升口感。傳統晾干技術中漿爛率較高，浪費較大，滿足不了農戶對干燥的要求。我國在果蔬干燥中應用最廣泛的技術是熱風干燥，約占干制果蔬總量的90%。熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統在烘干領域的應用可以精準地控制烘干的溫濕度，控制農副產品的脫水速率，具有環保、節能、高效和殺菌等顯著優勢，可實現烘干的新型工業化生產，將其應用于烘干機已成為一大趨勢。實踐證明，在烘干物料時既可使物料含水率控制在口感最佳范圍，又方便商戶更好地儲存。烘干機烘干過程是個巨大的能耗過程，在大多數發達國家里用于烘干所消耗的能量占全國總能耗的7%～15%，而熱效率只有25%～50%，并且烘干過程中對熱敏感性物料（例如食品和生物物料）的色澤、風味、營養和組織產生影響。目前在加工方面使用最廣的熱泵烘干機與現有的土烘房、彩鋼烘房、多層帶式烘干機進行技術參數對比，結果表明：熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統應用具有運行穩定、耗能少、環保無污染、烘干品質高、適用范圍廣等優點，完善了農產品初加工行業產業鏈的迫切需要，對促進食品安全、農產品價值的提升、農產品出口率的提高等方面有著重要意義。隨著國家不斷提高節能減排要求，提高農產品烘干行業節能減排水平也是大勢所趨。加大熱泵烘干技術設備的研究開發力度，逐步將熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統推向市場，逐步對老設備進行升級換代，推動我國農產品干燥節能減排水平邁上新的臺階，為我國的節能減排事業貢獻力量。

1 設備性能及關鍵技術分析

1.1 設備性能分析

近幾年，熱泵烘干機在農產品烘干領域應用廣泛，其節能環保表現良好，受到農產品加工戶的信賴，給農產品加工戶帶來了良好的經濟效益。但是還有一個弱點，就是在環境溫度太低時，其能效急劇下降，甚至不能正常工作，給冬季使用的農產品加工戶帶來了很多困擾與不利。

為了解決該問題，讓熱泵烘干機在- 20℃甚至- 25℃都能正常工作，山西省農業機械發展中心科研人員與農機部門有關專家研發了熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統，其工作原理是用兩套系統工作，也就是第一級壓縮機吸入環境溫度，把- 20℃的溫度提升到30℃，中間用板式換熱，給第二級壓縮機供熱，第二級壓縮機把30℃的溫度提升到75℃～80℃，滿足農產品烘干所需溫度，達到提溫效果。使機器在極寒天氣能夠正常運轉?？紤]到如果夏天環境溫度過高時，一級產熱過高，會產生高壓保護停機，故把一級壓縮機改用變頻壓縮機，當夏季高溫天氣時，其低頻運轉，當冬季寒冷天氣時讓高頻運轉，始終給二級30℃的溫度，達到夏冬常年穩定運行的目的。熱泵烘干機變頻兩級壓縮原理見圖1。

1.2 設備關鍵技術分析

熱泵變頻兩級壓縮系統是近年來一種新型高效率節能烘干機，熱泵烘干技術是全世界備受關注的新能源技術。泵是一種可以提高位能的機械設備，熱泵是能從自然界的空氣、水或土壤等介質中獲取低位熱能，經過電能做功，提供可被人們所用的高位熱能的裝置。熱泵變頻兩級壓縮系統熱泵烘干機也是一種熱量提升裝置，利用逆卡諾原理，從周圍環境介質中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的介質，主要應用于食品、木材、藥材、農副產品、木材、工業品等的烘干脫水過程。其工作原理是根據逆卡諾循環原理，消耗少量的電能驅動壓縮機運行，高壓的液態介質經過膨脹閥后在蒸發器內蒸發為氣態，并大量吸收空氣中的熱能，氣態的介質被壓縮機壓縮成為高溫、高壓的氣體，然后進入冷凝器放熱，把干燥介質加熱，如此不斷循環加熱，可以把干燥介質加熱至75℃～80℃的溫度。在此過程中，消耗了1 份的電能，同時從空氣中吸收轉移了3 份的熱量到干燥介質中，相對于其他電熱烘干機，節約了2/3 的電能。物料獲得的熱量Q4=Q1（電能）+Q2（環境熱量）+Q3（環境熱量）。采用少量的電能，利用壓縮機，可以把干燥介質加熱至40℃～85℃。熱泵烘干機適用于紅棗、藥材、核桃等物料烘干。通過優化設計，進一步驗證該設備的有效性、穩定性和安全性。

2 主要技術經濟指標和技術工藝路線

2.1 主要技術經濟指標

該機的主要技術參數見表1 和表2。

表1 熱泵烘干主機主要技術參數Tab.1 The main technical parameters of heat pump dryer

表2 變頻兩級壓縮型烘干主機主要技術參數Tab.2 The main technical parameters of dryer

2.2 技術工藝路線

環境溫度（外間）吸熱—一級壓縮到板換—二級從板換吸熱到壓縮機—壓縮升溫到烘干房。

3 需要解決的關鍵技術及創新點

熱泵的最早應用出現于20 世紀20 年代，直到20 世紀50 年代，才作為商品出現在市場上。早期由于產品銷售價格高、可靠性能差等原因，使熱泵烘干機發展緩慢。70 年代，隨著石油危機的出現和熱泵烘干技術本身的不斷改進和完善，熱泵烘干機又以其獨特的優勢重新進入市場。采用熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統技術對物料進行干燥是當今一種節能效果明顯而又切實可行的新型裝置設備。

3.1 熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統更節能

熱泵烘干機能效比更高，耗電量僅為電加熱器的1/4。

3.2 運行穩定

熱泵烘干機不受溫度的限制, 適用范圍廣，不受氣候影響。普通熱泵烘干溫度一般只能50℃～60℃，而雙變頻壓縮系統技術最高溫度可將近80℃，還能把- 20℃的溫度提升到30℃，這個是硬件指標，從而保證夏季高溫天氣時，其低頻運轉，當冬季寒冷天氣時讓高頻運轉，始終給二級一個30℃的溫度，達到夏冬常年穩定運行的目的。使用地域不受限制，南方和北方都行。

3.3 熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統適應性更強

可以根據材質和質量不同，調節溫度變量以及出風口風量進行智能的識別，從而適用性更強，特別是針對追求烘好品質的消費者，具體體現在能組合出多種烘干模式, 更加細分專業?？蓮V泛適用于食品、農副產品、醫藥等高溫烘干系統設備。熱泵烘干機適合于熱敏性物料的干燥，干燥參數易于控制干燥過程中循環空氣的濕度、溫度及循環流量，可精確、有效地控制干燥成品的質量。

3.4 熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統清理更方便

為了保持熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統裝置處于最佳工作狀態，避免運行時間久了造成過熱衰竭，影響使用效率。必須定期對壓縮機、過濾器、冷凝器、蒸發器等進行保養維護。一旦發現制冷介質泄露，就應及時補充。

3.5 熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統實現智能化控制

熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統具有熱能利用率高、干燥時間短、均勻性好、干燥質量高等優點。其智能化、自動化程度高，采用自控恒溫裝置，可連續長時間干燥作業。

3.6 熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統運行安全可靠

整個系統的運行無傳統烘干設備中可能存在的易燃、易爆、污染、短路等危險。設備只需很小的安裝場地，占地小、易安裝，烘干房現場拼裝簡單方便快捷，省時省力。

3.7 全自動免人工操作

熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統采取智能化控制，控制器只需要與手機相連，可以通過手機發送一條特定格式的信息，就能實現設備的遠程操控，查詢當前烤房的工作狀態，方便用戶及時處理。

3.8 高效節能環保

熱泵烘干機工作過程中無任何有害的污染物和排放物，是一種可持續發展的節能環保型產品。

3.9 成品品質好

熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統接近自然干燥，使物料表面水分的蒸發速度與內部水分向表面遷移速度比較接近, 保護了被干物品的色澤和品質，使成品色澤好、品質好、等級高。

4 試驗規模及預期效益

4.1 試驗規模

研發生產“熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統一體機”樣機兩臺套。一代樣機生產試制完成后，分別在呂梁臨縣、柳林縣等紅棗生產大縣選取有一定生產規模和硬件條件的烘干機械化加工企業開展紅棗熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統一體機作業試驗，經過一個烘干周期的試驗及數據采集，并與國內外烘干機同類設備進行對比分析，對一代樣機烘干工藝進行改進。隨后進行了二代樣機圖紙的優化設計、試制和性能試驗分析，通過對二代樣機現場運行試驗，對本項目產品在試制及驗收過程中存在的問題進行了改進完善，滿足產品產業化生產的需要。

4.2 預期效益

第一，新型熱泵烘干機變頻兩級壓縮系統一體機的轉化，提高了當地農產品加工能力，延長了產品的產業鏈。調動了種植業的積極性和主動性，帶動了當地及周邊種植業的的快速發展，形成了種植、加工、貿易一體化的良性循環，促進了我國農村經濟全面發展。

第二，項目研發的先進烘干設備成功推廣后，能讓更多的勞動力釋放出來，轉移到其他行業上，促進其他相關產業連的發展。實施后，更節能、環保無污染，同時也提高了產品的品種和品質，豐富了市場需求。

5 結束語

熱泵烘干機在增加了變頻兩級壓縮系統的新工藝后，不僅適用于紅棗的烘干，還適用于核桃、枸杞、藥材、黃花菜等農產品的初加工。智能化變頻兩級壓縮系統熱泵烘干機有望通過精準溫濕度控制，控制農產品的脫水速率，從而減少了農產品上的農藥的殘留，增強干品護色、防蟲效果，提高了干產品質量等級。隨著人們對食品安全及環境保護的重視，市場對減工降本、高效環保、智能化程度高的變頻兩級壓縮系統的烘干設備的有著強烈的的需求，可一機多用、無線監控、適用廣泛的智能化烘干機變頻兩級壓縮系統有著廣闊的市場前景。