王新嵐

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030002）

隨著農(nóng)機(jī)化水平的不斷提高和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械化烘干已成為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品烘干技術(shù)，有利于應(yīng)對(duì)收獲季節(jié)長(zhǎng)期陰雨天氣，減少損失；有利于降低翻曬勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；有利于推進(jìn)農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)?；I(yè)化，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民增收和保障儲(chǔ)存運(yùn)輸安全具有積極作用。優(yōu)良的烘干技術(shù)可以保證物料質(zhì)量，提升口感。傳統(tǒng)晾干技術(shù)中漿爛率較高，浪費(fèi)較大，滿足不了農(nóng)戶對(duì)干燥的要求。我國(guó)在果蔬干燥中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)是熱風(fēng)干燥，約占干制果蔬總量的90%。熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)在烘干領(lǐng)域的應(yīng)用可以精準(zhǔn)地控制烘干的溫濕度，控制農(nóng)副產(chǎn)品的脫水速率，具有環(huán)保、節(jié)能、高效和殺菌等顯著優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)烘干的新型工業(yè)化生產(chǎn)，將其應(yīng)用于烘干機(jī)已成為一大趨勢(shì)。實(shí)踐證明，在烘干物料時(shí)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(chǔ)存。烘干機(jī)烘干過(guò)程是個(gè)巨大的能耗過(guò)程，在大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家里用于烘干所消耗的能量占全國(guó)總能耗的7%～15%，而熱效率只有25%～50%，并且烘干過(guò)程中對(duì)熱敏感性物料（例如食品和生物物料）的色澤、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)和組織產(chǎn)生影響。目前在加工方面使用最廣的熱泵烘干機(jī)與現(xiàn)有的土烘房、彩鋼烘房、多層帶式烘干機(jī)進(jìn)行技術(shù)參數(shù)對(duì)比，結(jié)果表明：熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)應(yīng)用具有運(yùn)行穩(wěn)定、耗能少、環(huán)保無(wú)污染、烘干品質(zhì)高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，完善了農(nóng)產(chǎn)品初加工行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的迫切需要，對(duì)促進(jìn)食品安全、農(nóng)產(chǎn)品價(jià)值的提升、農(nóng)產(chǎn)品出口率的提高等方面有著重要意義。隨著國(guó)家不斷提高節(jié)能減排要求，提高農(nóng)產(chǎn)品烘干行業(yè)節(jié)能減排水平也是大勢(shì)所趨。加大熱泵烘干技術(shù)設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)力度，逐步將熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)推向市場(chǎng)，逐步對(duì)老設(shè)備進(jìn)行升級(jí)換代，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品干燥節(jié)能減排水平邁上新的臺(tái)階，為我國(guó)的節(jié)能減排事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

1 設(shè)備性能及關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 設(shè)備性能分析

近幾年，熱泵烘干機(jī)在農(nóng)產(chǎn)品烘干領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其節(jié)能環(huán)保表現(xiàn)良好，受到農(nóng)產(chǎn)品加工戶的信賴，給農(nóng)產(chǎn)品加工戶帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是還有一個(gè)弱點(diǎn)，就是在環(huán)境溫度太低時(shí)，其能效急劇下降，甚至不能正常工作，給冬季使用的農(nóng)產(chǎn)品加工戶帶來(lái)了很多困擾與不利。

為了解決該問(wèn)題，讓熱泵烘干機(jī)在- 20℃甚至- 25℃都能正常工作，山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心科研人員與農(nóng)機(jī)部門(mén)有關(guān)專家研發(fā)了熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)，其工作原理是用兩套系統(tǒng)工作，也就是第一級(jí)壓縮機(jī)吸入環(huán)境溫度，把- 20℃的溫度提升到30℃，中間用板式換熱，給第二級(jí)壓縮機(jī)供熱，第二級(jí)壓縮機(jī)把30℃的溫度提升到75℃～80℃，滿足農(nóng)產(chǎn)品烘干所需溫度，達(dá)到提溫效果。使機(jī)器在極寒天氣能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？紤]到如果夏天環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，一級(jí)產(chǎn)熱過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生高壓保護(hù)停機(jī)，故把一級(jí)壓縮機(jī)改用變頻壓縮機(jī)，當(dāng)夏季高溫天氣時(shí)，其低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)冬季寒冷天氣時(shí)讓高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，始終給二級(jí)30℃的溫度，達(dá)到夏冬常年穩(wěn)定運(yùn)行的目的。熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮原理見(jiàn)圖1。

1.2 設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)分析

熱泵變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)是近年來(lái)一種新型高效率節(jié)能烘干機(jī)，熱泵烘干技術(shù)是全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)。泵是一種可以提高位能的機(jī)械設(shè)備，熱泵是能從自然界的空氣、水或土壤等介質(zhì)中獲取低位熱能，經(jīng)過(guò)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(jí)壓縮系統(tǒng)熱泵烘干機(jī)也是一種熱量提升裝置，利用逆卡諾原理，從周?chē)h(huán)境介質(zhì)中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的介質(zhì)，主要應(yīng)用于食品、木材、藥材、農(nóng)副產(chǎn)品、木材、工業(yè)品等的烘干脫水過(guò)程。其工作原理是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，消耗少量的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，高壓的液態(tài)介質(zhì)經(jīng)過(guò)膨脹閥后在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氣態(tài)，并大量吸收空氣中的熱能，氣態(tài)的介質(zhì)被壓縮機(jī)壓縮成為高溫、高壓的氣體，然后進(jìn)入冷凝器放熱，把干燥介質(zhì)加熱，如此不斷循環(huán)加熱，可以把干燥介質(zhì)加熱至75℃～80℃的溫度。在此過(guò)程中，消耗了1 份的電能，同時(shí)從空氣中吸收轉(zhuǎn)移了3 份的熱量到干燥介質(zhì)中，相對(duì)于其他電熱烘干機(jī)，節(jié)約了2/3 的電能。物料獲得的熱量Q4=Q1（電能）+Q2（環(huán)境熱量）+Q3（環(huán)境熱量）。采用少量的電能，利用壓縮機(jī)，可以把干燥介質(zhì)加熱至40℃～85℃。熱泵烘干機(jī)適用于紅棗、藥材、核桃等物料烘干。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步驗(yàn)證該設(shè)備的有效性、穩(wěn)定性和安全性。

2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)工藝路線

2.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1 和表2。

表1 熱泵烘干主機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 The main technical parameters of heat pump dryer

表2 變頻兩級(jí)壓縮型烘干主機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 The main technical parameters of dryer

2.2 技術(shù)工藝路線

環(huán)境溫度（外間）吸熱—一級(jí)壓縮到板換—二級(jí)從板換吸熱到壓縮機(jī)—壓縮升溫到烘干房。

3 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

熱泵的最早應(yīng)用出現(xiàn)于20 世紀(jì)20 年代，直到20 世紀(jì)50 年代，才作為商品出現(xiàn)在市場(chǎng)上。早期由于產(chǎn)品銷(xiāo)售價(jià)格高、可靠性能差等原因，使熱泵烘干機(jī)發(fā)展緩慢。70 年代，隨著石油危機(jī)的出現(xiàn)和熱泵烘干技術(shù)本身的不斷改進(jìn)和完善，熱泵烘干機(jī)又以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)重新進(jìn)入市場(chǎng)。采用熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)技術(shù)對(duì)物料進(jìn)行干燥是當(dāng)今一種節(jié)能效果明顯而又切實(shí)可行的新型裝置設(shè)備。

3.1 熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)更節(jié)能

熱泵烘干機(jī)能效比更高，耗電量?jī)H為電加熱器的1/4。

3.2 運(yùn)行穩(wěn)定

熱泵烘干機(jī)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(tǒng)技術(shù)最高溫度可將近80℃，還能把- 20℃的溫度提升到30℃，這個(gè)是硬件指標(biāo)，從而保證夏季高溫天氣時(shí)，其低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)冬季寒冷天氣時(shí)讓高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，始終給二級(jí)一個(gè)30℃的溫度，達(dá)到夏冬常年穩(wěn)定運(yùn)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(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)適應(yīng)性更強(qiáng)

可以根據(jù)材質(zhì)和質(zhì)量不同，調(diào)節(jié)溫度變量以及出風(fēng)口風(fēng)量進(jìn)行智能的識(shí)別，從而適用性更強(qiáng)，特別是針對(duì)追求烘好品質(zhì)的消費(fèi)者，具體體現(xiàn)在能組合出多種烘干模式, 更加細(xì)分專業(yè)。可廣泛適用于食品、農(nóng)副產(chǎn)品、醫(yī)藥等高溫烘干系統(tǒng)設(shè)備。熱泵烘干機(jī)適合于熱敏性物料的干燥，干燥參數(shù)易于控制干燥過(guò)程中循環(huán)空氣的濕度、溫度及循環(huán)流量，可精確、有效地控制干燥成品的質(zhì)量。

3.4 熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)清理更方便

為了保持熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)裝置處于最佳工作狀態(tài)，避免運(yùn)行時(shí)間久了造成過(guò)熱衰竭，影響使用效率。必須定期對(duì)壓縮機(jī)、過(guò)濾器、冷凝器、蒸發(fā)器等進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。一旦發(fā)現(xiàn)制冷介質(zhì)泄露，就應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。

3.5 熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化控制

熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)具有熱能利用率高、干燥時(shí)間短、均勻性好、干燥質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。其智能化、自動(dòng)化程度高，采用自控恒溫裝置，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間干燥作業(yè)。

3.6 熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠

整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行無(wú)傳統(tǒng)烘干設(shè)備中可能存在的易燃、易爆、污染、短路等危險(xiǎn)。設(shè)備只需很小的安裝場(chǎng)地，占地小、易安裝，烘干房現(xiàn)場(chǎng)拼裝簡(jiǎn)單方便快捷，省時(shí)省力。

3.7 全自動(dòng)免人工操作

熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)采取智能化控制，控制器只需要與手機(jī)相連，可以通過(guò)手機(jī)發(fā)送一條特定格式的信息，就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，查詢當(dāng)前烤房的工作狀態(tài)，方便用戶及時(shí)處理。

3.8 高效節(jié)能環(huán)保

熱泵烘干機(jī)工作過(guò)程中無(wú)任何有害的污染物和排放物，是一種可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品。

3.9 成品品質(zhì)好

熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)接近自然干燥，使物料表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近, 保護(hù)了被干物品的色澤和品質(zhì)，使成品色澤好、品質(zhì)好、等級(jí)高。

4 試驗(yàn)規(guī)模及預(yù)期效益

4.1 試驗(yàn)規(guī)模

研發(fā)生產(chǎn)“熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)一體機(jī)”樣機(jī)兩臺(tái)套。一代樣機(jī)生產(chǎn)試制完成后，分別在呂梁臨縣、柳林縣等紅棗生產(chǎn)大縣選取有一定生產(chǎn)規(guī)模和硬件條件的烘干機(jī)械化加工企業(yè)開(kāi)展紅棗熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)一體機(jī)作業(yè)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一個(gè)烘干周期的試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集，并與國(guó)內(nèi)外烘干機(jī)同類設(shè)備進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)一代樣機(jī)烘干工藝進(jìn)行改進(jìn)。隨后進(jìn)行了二代樣機(jī)圖紙的優(yōu)化設(shè)計(jì)、試制和性能試驗(yàn)分析，通過(guò)對(duì)二代樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)本項(xiàng)目產(chǎn)品在試制及驗(yàn)收過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)完善，滿足產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。

4.2 預(yù)期效益

第一，新型熱泵烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)一體機(jī)的轉(zhuǎn)化，提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品加工能力，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈。調(diào)動(dòng)了種植業(yè)的積極性和主動(dòng)性，帶動(dòng)了當(dāng)?shù)丶爸苓叿N植業(yè)的的快速發(fā)展，形成了種植、加工、貿(mào)易一體化的良性循環(huán)，促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展。

第二，項(xiàng)目研發(fā)的先進(jìn)烘干設(shè)備成功推廣后，能讓更多的勞動(dòng)力釋放出來(lái)，轉(zhuǎn)移到其他行業(yè)上，促進(jìn)其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)連的發(fā)展。實(shí)施后，更節(jié)能、環(huán)保無(wú)污染，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的品種和品質(zhì)，豐富了市場(chǎng)需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

熱泵烘干機(jī)在增加了變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)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(nóng)產(chǎn)品的初加工。智能化變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)熱泵烘干機(jī)有望通過(guò)精準(zhǔn)溫濕度控制，控制農(nóng)產(chǎn)品的脫水速率，從而減少了農(nóng)產(chǎn)品上的農(nóng)藥的殘留，增強(qiáng)干品護(hù)色、防蟲(chóng)效果，提高了干產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)。隨著人們對(duì)食品安全及環(huán)境保護(hù)的重視，市場(chǎng)對(duì)減工降本、高效環(huán)保、智能化程度高的變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)的烘干設(shè)備的有著強(qiáng)烈的的需求，可一機(jī)多用、無(wú)線監(jiān)控、適用廣泛的智能化烘干機(jī)變頻兩級(jí)壓縮系統(tǒng)有著廣闊的市場(chǎng)前景。