热泵烘干机变频两级压缩系统的分析

王新岚

（山西省农业机械发展中心，山西 太原 030002）

随着农机化水平的不断提高和规模经济的发展，机械化烘干已成为农产品生产的重要环节。加快发展农产品烘干技术，有利于应对收获季节长期阴雨天气，减少损失；有利于降低翻晒劳动强度，提高劳动生产率；有利于推进农副产品生产规模化、专业化，对促进农业生产、农民增收和保障储存运输安全具有积极作用。优良的烘干技术可以保证物料质量，提升口感。传统晾干技术中浆烂率较高，浪费较大，满足不了农户对干燥的要求。我国在果蔬干燥中应用最广泛的技术是热风干燥，约占干制果蔬总量的90%。热泵烘干机变频两级压缩系统在烘干领域的应用可以精准地控制烘干的温湿度，控制农副产品的脱水速率，具有环保、节能、高效和杀菌等显著优势，可实现烘干的新型工业化生产，将其应用于烘干机已成为一大趋势。实践证明，在烘干物料时既可使物料含水率控制在口感最佳范围，又方便商户更好地储存。烘干机烘干过程是个巨大的能耗过程，在大多数发达国家里用于烘干所消耗的能量占全国总能耗的7%～15%，而热效率只有25%～50%，并且烘干过程中对热敏感性物料（例如食品和生物物料）的色泽、风味、营养和组织产生影响。目前在加工方面使用最广的热泵烘干机与现有的土烘房、彩钢烘房、多层带式烘干机进行技术参数对比，结果表明：热泵烘干机变频两级压缩系统应用具有运行稳定、耗能少、环保无污染、烘干品质高、适用范围广等优点，完善了农产品初加工行业产业链的迫切需要，对促进食品安全、农产品价值的提升、农产品出口率的提高等方面有着重要意义。随着国家不断提高节能减排要求，提高农产品烘干行业节能减排水平也是大势所趋。加大热泵烘干技术设备的研究开发力度，逐步将热泵烘干机变频两级压缩系统推向市场，逐步对老设备进行升级换代，推动我国农产品干燥节能减排水平迈上新的台阶，为我国的节能减排事业贡献力量。

1 设备性能及关键技术分析

1.1 设备性能分析

近几年，热泵烘干机在农产品烘干领域应用广泛，其节能环保表现良好，受到农产品加工户的信赖，给农产品加工户带来了良好的经济效益。但是还有一个弱点，就是在环境温度太低时，其能效急剧下降，甚至不能正常工作，给冬季使用的农产品加工户带来了很多困扰与不利。

为了解决该问题，让热泵烘干机在- 20℃甚至- 25℃都能正常工作，山西省农业机械发展中心科研人员与农机部门有关专家研发了热泵烘干机变频两级压缩系统，其工作原理是用两套系统工作，也就是第一级压缩机吸入环境温度，把- 20℃的温度提升到30℃，中间用板式换热，给第二级压缩机供热，第二级压缩机把30℃的温度提升到75℃～80℃，满足农产品烘干所需温度，达到提温效果。使机器在极寒天气能够正常运转。考虑到如果夏天环境温度过高时，一级产热过高，会产生高压保护停机，故把一级压缩机改用变频压缩机，当夏季高温天气时，其低频运转，当冬季寒冷天气时让高频运转，始终给二级30℃的温度，达到夏冬常年稳定运行的目的。热泵烘干机变频两级压缩原理见图1。

1.2 设备关键技术分析

热泵变频两级压缩系统是近年来一种新型高效率节能烘干机，热泵烘干技术是全世界备受关注的新能源技术。泵是一种可以提高位能的机械设备，热泵是能从自然界的空气、水或土壤等介质中获取低位热能，经过电能做功，提供可被人们所用的高位热能的装置。热泵变频两级压缩系统热泵烘干机也是一种热量提升装置，利用逆卡诺原理，从周围环境介质中吸取热量，并把它传递给被加热的介质，主要应用于食品、木材、药材、农副产品、木材、工业品等的烘干脱水过程。其工作原理是根据逆卡诺循环原理，消耗少量的电能驱动压缩机运行，高压的液态介质经过膨胀阀后在蒸发器内蒸发为气态，并大量吸收空气中的热能，气态的介质被压缩机压缩成为高温、高压的气体，然后进入冷凝器放热，把干燥介质加热，如此不断循环加热，可以把干燥介质加热至75℃～80℃的温度。在此过程中，消耗了1 份的电能，同时从空气中吸收转移了3 份的热量到干燥介质中，相对于其他电热烘干机，节约了2/3 的电能。物料获得的热量Q4=Q1（电能）+Q2（环境热量）+Q3（环境热量）。采用少量的电能，利用压缩机，可以把干燥介质加热至40℃～85℃。热泵烘干机适用于红枣、药材、核桃等物料烘干。通过优化设计，进一步验证该设备的有效性、稳定性和安全性。

2 主要技术经济指标和技术工艺路线

2.1 主要技术经济指标

该机的主要技术参数见表1 和表2。

表1 热泵烘干主机主要技术参数Tab.1 The main technical parameters of heat pump dryer

表2 变频两级压缩型烘干主机主要技术参数Tab.2 The main technical parameters of dryer

2.2 技术工艺路线

环境温度（外间）吸热—一级压缩到板换—二级从板换吸热到压缩机—压缩升温到烘干房。

3 需要解决的关键技术及创新点

热泵的最早应用出现于20 世纪20 年代，直到20 世纪50 年代，才作为商品出现在市场上。早期由于产品销售价格高、可靠性能差等原因，使热泵烘干机发展缓慢。70 年代，随着石油危机的出现和热泵烘干技术本身的不断改进和完善，热泵烘干机又以其独特的优势重新进入市场。采用热泵烘干机变频两级压缩系统技术对物料进行干燥是当今一种节能效果明显而又切实可行的新型装置设备。

3.1 热泵烘干机变频两级压缩系统更节能

热泵烘干机能效比更高，耗电量仅为电加热器的1/4。

3.2 运行稳定

热泵烘干机不受温度的限制, 适用范围广，不受气候影响。普通热泵烘干温度一般只能50℃～60℃，而双变频压缩系统技术最高温度可将近80℃，还能把- 20℃的温度提升到30℃，这个是硬件指标，从而保证夏季高温天气时，其低频运转，当冬季寒冷天气时让高频运转，始终给二级一个30℃的温度，达到夏冬常年稳定运行的目的。使用地域不受限制，南方和北方都行。

3.3 热泵烘干机变频两级压缩系统适应性更强

可以根据材质和质量不同，调节温度变量以及出风口风量进行智能的识别，从而适用性更强，特别是针对追求烘好品质的消费者，具体体现在能组合出多种烘干模式, 更加细分专业。可广泛适用于食品、农副产品、医药等高温烘干系统设备。热泵烘干机适合于热敏性物料的干燥，干燥参数易于控制干燥过程中循环空气的湿度、温度及循环流量，可精确、有效地控制干燥成品的质量。

3.4 热泵烘干机变频两级压缩系统清理更方便

为了保持热泵烘干机变频两级压缩系统装置处于最佳工作状态，避免运行时间久了造成过热衰竭，影响使用效率。必须定期对压缩机、过滤器、冷凝器、蒸发器等进行保养维护。一旦发现制冷介质泄露，就应及时补充。

3.5 热泵烘干机变频两级压缩系统实现智能化控制

热泵烘干机变频两级压缩系统具有热能利用率高、干燥时间短、均匀性好、干燥质量高等优点。其智能化、自动化程度高，采用自控恒温装置，可连续长时间干燥作业。

3.6 热泵烘干机变频两级压缩系统运行安全可靠

整个系统的运行无传统烘干设备中可能存在的易燃、易爆、污染、短路等危险。设备只需很小的安装场地，占地小、易安装，烘干房现场拼装简单方便快捷，省时省力。

3.7 全自动免人工操作

热泵烘干机变频两级压缩系统采取智能化控制，控制器只需要与手机相连，可以通过手机发送一条特定格式的信息，就能实现设备的远程操控，查询当前烤房的工作状态，方便用户及时处理。

3.8 高效节能环保

热泵烘干机工作过程中无任何有害的污染物和排放物，是一种可持续发展的节能环保型产品。

3.9 成品品质好

热泵烘干机变频两级压缩系统接近自然干燥，使物料表面水分的蒸发速度与内部水分向表面迁移速度比较接近, 保护了被干物品的色泽和品质，使成品色泽好、品质好、等级高。

4 试验规模及预期效益

4.1 试验规模

研发生产“热泵烘干机变频两级压缩系统一体机”样机两台套。一代样机生产试制完成后，分别在吕梁临县、柳林县等红枣生产大县选取有一定生产规模和硬件条件的烘干机械化加工企业开展红枣热泵烘干机变频两级压缩系统一体机作业试验，经过一个烘干周期的试验及数据采集，并与国内外烘干机同类设备进行对比分析，对一代样机烘干工艺进行改进。随后进行了二代样机图纸的优化设计、试制和性能试验分析，通过对二代样机现场运行试验，对本项目产品在试制及验收过程中存在的问题进行了改进完善，满足产品产业化生产的需要。

4.2 预期效益

第一，新型热泵烘干机变频两级压缩系统一体机的转化，提高了当地农产品加工能力，延长了产品的产业链。调动了种植业的积极性和主动性，带动了当地及周边种植业的的快速发展，形成了种植、加工、贸易一体化的良性循环，促进了我国农村经济全面发展。

第二，项目研发的先进烘干设备成功推广后，能让更多的劳动力释放出来，转移到其他行业上，促进其他相关产业连的发展。实施后，更节能、环保无污染，同时也提高了产品的品种和品质，丰富了市场需求。

5 结束语

热泵烘干机在增加了变频两级压缩系统的新工艺后，不仅适用于红枣的烘干，还适用于核桃、枸杞、药材、黄花菜等农产品的初加工。智能化变频两级压缩系统热泵烘干机有望通过精准温湿度控制，控制农产品的脱水速率，从而减少了农产品上的农药的残留，增强干品护色、防虫效果，提高了干产品质量等级。随着人们对食品安全及环境保护的重视，市场对减工降本、高效环保、智能化程度高的变频两级压缩系统的烘干设备的有着强烈的的需求，可一机多用、无线监控、适用广泛的智能化烘干机变频两级压缩系统有着广阔的市场前景。