小型二氧化碳熱泵干燥系統(tǒng)的研制.pdf

1、干燥是農產品加工過程中的重要的環(huán)節(jié)。熱泵干燥兼顧品質與成本，特別適用于農產品的干燥加工。熱泵干燥系統(tǒng)常用的工質多數(shù)為氟利昂，干燥溫度較低，耗時較長，且對環(huán)境有一定的危害，而應用自然工質CO2可以減少對臭氧層的破壞。本課題將CO2跨臨界循環(huán)應用于熱泵干燥技術，結合自動檢測控制技術，搭建了一臺小型的帶回熱器的環(huán)境友好型熱泵干燥裝置，并能夠對干燥過程進行精確和實時的監(jiān)測，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與歸檔。
　　本課題的熱泵干燥裝置由冷凝器、蒸發(fā)器、

2、壓縮機、膨脹閥、干燥室、內部換熱器、風機和輔助裝置等組成，是一套全封閉結構的熱泵干燥裝置。干燥特性通過干燥曲線和干燥速率曲線來描述，跨臨界熱泵干燥裝置的系統(tǒng)性能通過COP和SMER來評價。
　　本課題對熱泵干燥理論和干燥介質濕空氣的性能進行分析，在CO2制冷技術研究成果的基礎上，進行帶回熱器的跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)的理論設計，包括確定蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度、高壓壓力、氣體冷卻器出口溫度等。
　　根據(jù)總體設計要求，對制冷系統(tǒng)和干

3、燥系統(tǒng)的關鍵部件進行設計。包括CO2專用壓縮機的選型、基于目前高壓換熱器的研究進展對氣體冷卻器和蒸發(fā)器的設計、節(jié)流裝置的選型、輔助裝置的設計;干燥系統(tǒng)包括風機的選型、干燥室及箱體的結構設計。
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用PLC的模擬量輸入模塊接受傳感器的溫度、濕度、重量、風速信號，A/D轉換后PLC將信號換算為工程值數(shù)據(jù)并儲存。選用通信協(xié)議，建立計算機和PLC的通信，OPC服務器將通過通信獲取數(shù)據(jù)。監(jiān)測系統(tǒng)應用組態(tài)軟件開發(fā)界面，具備過程實

4、時顯示、數(shù)據(jù)歸檔等功能，為下一步自動化控制提供基礎。
　　為實現(xiàn)制冷循環(huán)與干燥循環(huán)中的參數(shù)調節(jié)，系統(tǒng)采用變頻器調節(jié)風機風速，加入輔助電加熱器調節(jié)干燥室溫度，采用直角針閥調節(jié)CO2的充注量，通過直通針閥的T形旋鈕調節(jié)節(jié)流閥開度。
　　在CO2熱泵干燥系統(tǒng)設計加工完成后，進行了不同控制條件下的干燥實驗。以胡蘿卜為對象進行多組干燥實驗，驗證熱泵干燥控制系統(tǒng)的性能。并對影響胡蘿卜干燥特性的外部條件進行對比實驗，找出了影響含水率和干燥

5、速率的因素。溫度對干燥速率的影響較風速大，溫度或風速升高、物料厚度減小時，干燥速率增大，但溫度或風速越高，干燥速率增大的幅度卻越小。
　　熱泵干燥裝置干燥全過程中的物料重量、含水率、干燥速率的變化符合干燥規(guī)律，熱泵干燥裝置運轉正常，溫濕度采集精確、穩(wěn)定，風機頻率恒定，風速小幅波動。實驗表明該系統(tǒng)干燥性能佳，熱泵干燥系統(tǒng)單位時間除濕量為1 kg/h，達到市場化干燥機標準，熱泵干燥系統(tǒng)單位能耗除濕量為0.67kg/kWh，有待進一步優(yōu)