[01331235]多效PVT一体化蓄热型热泵干燥系统热力循环优化及性能研究

课题来源与背景

该成果来源于甘肃省自然科学基金项目。干燥技术被广泛应用于农产品和中药材等加工领域，但是传统干燥技术存在的高能耗、长时间、低品质等问题严重制约了农产品及中药材产业稳定快速及可持续发展。为了减少干燥过程能耗、缩短干燥时间，提高干燥产品的质量和系统的经济性，提出了多效PVT一体化蓄热型热泵干燥系统。

技术原理及性能

多效PVT一体化蓄热型热泵干燥系统主要由PV/T集热器、冷凝器、压缩机、回热器、干燥室、逆变器等部件组成。干燥介质（空气）在风机带动下经过集热器和冷凝器两级加热后分别在干燥室和回热器中放热。压缩机是制冷剂循环中的核心部件，可将制冷剂压缩成高温高压状态。制冷剂主要在集热器和回热器中吸热蒸发，在冷凝器中冷凝放热。PV/T集热器既是空气的加热器，也是热泵系统的蒸发器。为提高制冷剂换热面积和经济性，系统中制冷剂管路选用直径为10mm的铜管，在集热器中采用蛇形布置的方式，与空气直接接触，以便于增加制冷剂吸热量，提高热泵系统性能。与此同时，部分制冷剂管路被放置于回热器中，用以吸收干燥废气中余热，使制冷剂被初步加热，提高了热泵系统性能。

回热器在提高能源利用率的同时，降低了干燥废气的温度，使其冷凝析湿，减少了湿空气中水分对系统各部件造成的腐蚀破坏，延长了仪器的使用寿命。

干燥室中托盘采用多孔设计，方便空气流通，增大物料与空气的接触面积，强化干燥效果。

太阳辐照强度对集热器效率影响较大，增加空气质量流量可提高效率，而积尘对于集热器效率有负面效果;不同的机组运行模式对于热泵的性能影响有所差异;闭口系统的干燥性能优于开口系统且更加稳定，集热器综合效率达58.41%，干燥箱内平均温度为55.40℃，干燥过程系统供能8.34kg/（kWh），系统整体干燥效率为78.42%，热泵系统平均COP可达6.57，系统单位能耗除湿率SEMR值为3.73kg/（kWh）。

系统的干燥性能处于较高的水平，闭口系统在太阳辐射强度受限制的天气下性能更加稳定，克服了太阳辐射间歇性、不稳定性的限制，可以稳定高效的完成干燥任务。

技术创新性与先进性本系统采用PV/T集热器，可同时输出热能和电能，在最大程度上发挥了太阳能清洁无害以及热泵系统低投入高回报的优点，提高了系统的干燥性能，克服了太阳能在利用过程中稳定性差，能量密度低等缺点，降低了热泵系统电能消耗。

通过安装使用回热器来吸收干燥废气中的余热，用以加热制冷剂，提高能源利用效率系统在满足物料中低温干燥所需温度的同时，可以缩短干燥时间，提高产品品质。

干燥过程中，由于集热器中的热量被空气和制冷剂吸收，大大降低了光伏板温度，有利于光电效率提高。

系统将太阳能热利用技术及热泵技术高效集成，并应用于中药材或农产品干燥，具有节约能源、产品质量高、干燥条件可调节范围宽、环境友好等显著优点，对人民生活的提高和社会的发展具有积极意义，在未来具有广阔的发展前景。

④技术的成熟度、适用范围和安全性本技术处于中试阶段，还未规模化生产应用，可应用于农产品、中药材干燥领域，是完全安全可靠的。

⑤历年获奖情况本成果获得2020年第十五届全国环境友好科技竞赛一等奖。