传统空调在农产品干燥处理中的改造应用

2021-06-22任桂平杜文超谭仕建任艺璇

日用电器 2021年5期

任桂平杜文超谭仕建任艺璇

（宁波奥克斯电气股份有限公司宁波 315191）

引言

为进一步创收，父母在农村把自家种的番薯制成番薯片再对外出售，制作过程可简单的分为清洗去皮、煮熟、打浆、做皮、干燥、切片和油炸7个步骤。过程中是煮熟后再干燥，属高含水率熟食干燥加工，过程中稍有滞后，就会发霉变质，因此加工难度高于常规谷物干燥。目前普遍干燥方式为露天晒干（见图1），存在所需空间大、受气候因素制约和劳动强度大（为保证品质，都是在夜间加工，白天太阳晒）等众多不利因素。曾想过用农产品专用的烘干设备，但价格过高，总体算下来没钱可赚。随着近年来空调行业的健康发展，价格已被普通民众所接受，且传统空调与常规烘干设备相比，不但有制热还多了除湿功能，更利于烘干，因此就有了用传统空调去对农产品作干燥处理的想法。

图1 露天晒干

1 直接用空调作干燥机

1.1 用制冷对农产品作干燥处理

用制冷对农产品作干燥处理共用4个缺点，具体如下：

1）温度过低无法开启，即室温低于温空调的设定温度下限，空调无法启动；

2）制冷（可同步除湿），过低的出风温度（一般在10～15 ℃之间），与农产品接触，不利于水分从农产品本体内排出；

3）随着室温的降低，空调会出现防冰冻保护运行，影响整体运行效果；

4）无法对农产品加热，不利于水分充农产品本体内排出。

1.2 用制热对农产品作干燥处理

用制热对农产品作干燥处理共用3个缺点，具体如下：

1）内机在密闭空间，会导致空气的含湿量越来越高，导致空气的的相对湿度趋于饱和，不利于农产品本体水分向空气侧排出；

2）内机在密闭空间，室温会逐渐升高，空调会出现防过热保护运行，影响整体运行效果，同步使干燥效果大打折扣；

3）如内机改在开放空间，因环境温度固定，出风温度无法随之上升，导致出风温度偏低，农产品本体温度无法大幅度升高，不利于农产品本体水分向外排出。

1.3 小结

直接用空调对农产品作干燥处理效果差，基本上无应用价值，因此需对其优化改造再应用。

2 改造空调作农产品干燥机

2.1 方案一

制冷时电辅热同步投入使用。

参照除湿机模式，让其先对空气进行制冷除湿，然后再对其加热，类似可操作模式为把电辅热控制接口改接到压缩机控制接口处，使空调在制冷运行时同步运行电辅热。到达即能除湿又能加热目的。但此方案共有2个缺点，具体如下：

1）常规空调的电辅热制热量普遍都低于额定制冷量的50 %(以我司2匹柜机为例，额定制冷量为5 100 W，电辅热功率为2 100 W)，因此综合后的效果，还是室内温度下降，仅下降速度延缓而已，因此干燥效果虽略有提升，但是原直接用制冷作农作物干燥的相关缺点依旧存在。

2）制冷与电辅热同步开启应用消耗功率高，太费电。

综合上述，方案一效果差且耗电高不可行。

2.2 方案二

空调内外机都安装于同一密闭空间，开制冷运行。

把空调内外机都安装于同一密闭空间，开制冷运行共用2个优点，具体如下：

1）运行过程中，内机在制冷，外机在制热，因此即能除湿又能加热；

2）循环风量大，一般空调外机的的风量是内机的三倍左右，因此相对与原仅内机在室内侧，循环风量提升到4倍，风干效果直线提升。

把空调内外机都安装于同一密闭空间，开制冷运行共有2个缺点，具体如下：

1）如室内温度低于空调的设定温度范围，会发生因温度过低而无法开启现象；

2）制冷运行时，室温管控是往低处管控，即可确保室温不低于设定温度，而此状态运行时，根据制冷原理：制热量=压缩机消耗功率+制冷量[2]，因此把空调内外机都安装于同一密闭空间内运行，当制冷量与部分制热量低消后，还有等量于压缩机消耗功率的制热量遗留在此密闭空间内，室温是往上提升的，因此无法对室温作管控，会导致室温越升越高，最终超出空调的运行温度范围，出现故障保护，影响空调寿命。

综合上述，方案二温度过低无法运行且温度不可控不可行。

2.3 方案三

把空调内外机都安装于同一密闭空间内，开制热运行，共有4个优点，具体如下：

1）运行过程中，内机在制热，外机在制冷，因此即能除湿又能加热；

2）循环风量大：一般空调外机的的风量是内机的三倍左右，因此相对与原仅内机在室内侧，循环风量提升到4倍，风干效果直线提升；

3）能在温控范围内精确控温；

4）不会发生因温度过低而无法开启现象。

把空调内外机都安装于同一密闭空间内，开制热运行缺点为：室温逐渐升高到一定范围，空调会出现防过热保护运行，室温无法继续升高，整机加热与除湿能力都大幅度下降，严重影响整体运行效果。

综合上述，方案三温度升高效果就变差不可行，但方案三缺点最少，只需解决了此缺点，就可基本完成改造目标。

剖析方案三温度升高效果就变差的原因，我们从空调的执行标准出发，GB/T 7725-2004房间空气调节器中最大制热运行工况温度为：室内干球27 ℃、室外干球24 ℃ 湿球18 ℃，且试验中，为防止室内热交换器过热而使风机开、停的自动复位的过载保护装置周期性动作，可视为空调器连续运行。说明室内干球27 ℃是国家标准允许空调器制热运行的最高温度，而此温度时还允许出现外风机开、停防过热保护运行，以减少内机放热量。而此标准中最大制冷运行工况温度为：室内干球32 ℃湿球23 ℃、室外干球43 ℃ 湿球26 ℃。而此时未允许相关风机出开、停，以减少放热。同样是放热，单从制冷的室外侧与制热的室内侧的最高允许温度作比对，相差16 ℃，再加上制热时允许外风机开、停，以减少放热。因此，常规空调外机的放热能力要大幅度高于内机的放热能力。所以造成方案三温度升高效果就变差是内机放热能力所差导致。同时也说明了从放热效果来说，方案二在实际运行中对农作物但干燥效果是最佳的。但方案二控制逻辑上存在低温无法启动及温度温度管控的问题，而此以上两问题在方案三里确不存在。因此如能在方案三的基础上实现内机制冷，外机放热，那上述问题就可完全解决。

3 改造试验

在方案三的基础上实现内机制冷，外机放热理论上很简单，取消电磁四通换向阀上电即可。以浙江省绍兴市嵊州县金庭镇山块村的番薯片加工过程中，使用一台2匹柜机(具体型号：KFR-51LW/N+3c)作干燥机的改造试验过程。

1）电磁四通换向阀与控制连接取消，具体见图2。但开制热运行后内风机一直未启动，究其原因：空调制热时有防冷风保护，即安装内机蒸发器上的温度感应器如检测到蒸发器本体温度过低，会根据计算得出，此时出风，出风温度同步会过低，用户无法接受，即此温度过低，内风机不会开启。而此时的外机冷凝器相当于空调正常制热运行时的内机蒸发器，因此还需进一步改装。

图2 电磁四通换向阀与控制连接取消

2）内机蒸发器上的温度感应器改装到外机冷凝器上，让其检测到制热状态下的冷凝温度，具体见图3。然后空调再开制热运行，可正常对番薯片做干燥处理，具体见图4。干燥过程中实测前3 h就能抽出水分11.7 kg。总体干燥效果，还要看一次总的番薯片加工量，一般干燥前约200 kg番薯片16 h能将它干燥到位，最终含水率经检测为12.7 %，符合≤14 %的安全存储要求。费用方面按此空调额定功率1.64 kW及家电用电0.6元/度折算，大概花费16元左右。即干燥1 h花费1元左右，能普遍承受。

图3 内机蒸发器上的温度感应器改装到外机冷凝器上

图4 干燥过程

根据上述实地改造应用过程，确定了传统空调在农产品干燥处理中的最佳改造方案，具体分以下4步骤：①把空调内外机都安装于室内；②取消电磁四通换向阀上电功能；③内机蒸发器上的温度感应器改造装到外机冷凝器上；④开制热运行。其优点：①大风量循环（风干）；②外机在制热，内机在制冷，热烘与抽湿同步不间断进行；③能在温控范围内精确控温；④不会发生因温度过低而无法开启现象；⑤各种异常保护不会发生。

3）以上为对定频空调的改造，如为变频空调，改造还需增加以下步骤：把室外温度感应器改造装到压缩机回气管上。因为空调制热运行控制中，压缩机最高允许频率会随室外温度感应器检测到的温度升高而下降，而压缩机回气温度始终处于较低位置，一般都在15 ℃以下，因此此改造可避免压缩机运行频率过低而影响整体干燥效果现象发生。

4 进一步提升设想

以上方案已基本能解决的农产品的干燥需求，但仍有提升空间。以试验空调的温度控制为例，最高设定32 ℃，外机的最高出风温度为最高室内温度的基础上+10 ℃即42 ℃左右，因此在外机出风范围及附近干燥效果比较佳，非此区域且温度与空调设定温度较接近区域干燥效果相对弱点。如厂家能针对性将温控范围做控制调整，最高设定调整到产品标准GB/T 7725-2004房间空气调节器最大制冷运行工况室外允许的最高温度43 ℃，那干燥效果会更好。当然，如厂家能改进控制逻辑，仅需将空调内外机都安装于同一密闭空间即可，也无需其它改装措施。