熱泵型香菇烘干體系在國(guó)內(nèi)外的研討與開展

20世紀(jì)70時(shí)代末，80時(shí)代初，熱泵技術(shù)開端鼓起。隨著熱泵的開展，被逐漸運(yùn)用于烘干行業(yè)，醉初用于烘干木材，隨后逐步應(yīng)用于更廣的領(lǐng)域，烘干種子、谷物、藥材、果蔬等。熱泵烘干體系一般由熱泵體系和烘房體系組成，熱泵體系主要部件為壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。有機(jī)肥烘干機(jī)主要由循環(huán)風(fēng)機(jī)和回風(fēng)通道以及排濕風(fēng)機(jī)組成。熱泵通其過耗費(fèi)小部分的電能（或其他高位能）使制冷工質(zhì)在熱泵體系內(nèi)循環(huán)，將環(huán)境或其他的廢熱余熱中的低位熱能轉(zhuǎn)化為可用于烘干的高位熱能，有機(jī)肥烘干機(jī)高位熱能則傳遞給干燥介質(zhì)，干燥介質(zhì)在有機(jī)肥烘干機(jī)體系內(nèi)循環(huán)加熱烘干物料。熱泵烘干是一種將低位熱源搬運(yùn)為高位熱源的烘干技術(shù)，對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響，且能耗低，無污染，節(jié)能環(huán)保，符合當(dāng)時(shí)動(dòng)力政策和開展趨勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研討的熱點(diǎn)。這是因?yàn)樵诤娓砷_端階段，烘干房對(duì)香菇進(jìn)行加熱，香菇內(nèi)的水分開端快速蒸騰，因此有機(jī)肥烘干機(jī)在烘干開端階段呈現(xiàn)出含濕量快速升高的趨勢(shì)。

有機(jī)肥烘干機(jī)

熱泵烘干具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）有機(jī)肥烘干機(jī)節(jié)能效果好。熱泵干燥是經(jīng)過搬運(yùn)環(huán)境或廢熱中的能量對(duì)物料進(jìn)行烘干，從能量搬運(yùn)角度來看，熱泵所發(fā)生的熱能是其耗費(fèi)的電能加上搬運(yùn)的熱能，是搞效節(jié)能的，熱泵干燥體系的COP很高，單位能耗除濕量規(guī)模在1—4kg/k Wh之間，平均值為2.5kg/k Wh。烘干房房頂?shù)孛嫫叫校x用100mm厚聚氨酯彩鋼板保溫外，外部選用壓型鋼板自防水屋面進(jìn)行防水。

（2）有機(jī)肥烘干機(jī)干燥規(guī)模廣。熱泵干燥所提供的溫度規(guī)模是-20℃—100℃（加輔熱設(shè)備），相對(duì)濕度規(guī)模是15%—80%。較寬的溫濕度規(guī)模使熱泵干燥可以運(yùn)用于多種物料的干燥。

（3）便于自動(dòng)化操控，參數(shù)可控性強(qiáng)。熱泵干燥相對(duì)于傳統(tǒng)的燃煤燃木材等干燥有著便于操控的優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)化程度高，可以較大的進(jìn)步工作效率。

（4）干燥產(chǎn)品質(zhì)量好。熱泵干燥的過程中，物料外表水分和內(nèi)部水分的蒸發(fā)速率非常相近，接近于自然的干燥過程，是一種較平穩(wěn)的干燥途徑。另外，干燥過程處在一個(gè)關(guān)閉的環(huán)境中，削減物料的受熱蛻變及變色，削減了其風(fēng)味物質(zhì)的丟失。相比傳統(tǒng)的干燥，熱泵干燥更好的維護(hù)被烘干物品的色彩、香氣、味道、外觀形態(tài)和有效成分，所以烘干后的物品質(zhì)量好，等級(jí)高。國(guó)內(nèi)熱泵烘干技術(shù)相變資料以及有機(jī)肥烘干機(jī)干燥介質(zhì)的研討通過試驗(yàn)研討了將相變資料應(yīng)用到熱泵烘干體系的節(jié)能性，結(jié)果表明：相變資料使熱泵烘干體系的節(jié)能效果顯著進(jìn)步，當(dāng)干燥物料的均勻質(zhì)量百分比為24。

（5）對(duì)環(huán)境較為友愛。熱泵干燥運(yùn)用的清潔動(dòng)力，整個(gè)過程不發(fā)生污染物，較傳統(tǒng)的燃煤和木材的干燥可以很好的維護(hù)環(huán)境。

有機(jī)肥烘干機(jī)物理模型

針對(duì)熱泵型香菇烘干房，對(duì)加熱室和物料室樹立4200×2200×2100mm（長(zhǎng)×寬×高）的物理模型，模型中將香菇堆積的物料盤設(shè)定為模塊化的多空介質(zhì)，為了得出烘干房?jī)?nèi)較優(yōu)的氣流組織方式，本次模仿對(duì)烘干室設(shè)計(jì)了四種不同的送風(fēng)方式，種送風(fēng)方式為側(cè)送風(fēng)上回有回風(fēng)通道；第二種送風(fēng)方式為有機(jī)肥烘干機(jī)側(cè)送風(fēng)上回?zé)o回風(fēng)通道；第三種送風(fēng)方式為下送風(fēng)上回有回風(fēng)通道；模仿所使用軟件是由英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院所研制的Phoenics軟件，Phoenics是世界上第1套商用核算流體與核算傳熱學(xué)軟件，其通風(fēng)模仿結(jié)果具有較強(qiáng)可靠性與靜確性。第四種送風(fēng)方式為下送風(fēng)上回?zé)o回風(fēng)通道。

有機(jī)肥烘干機(jī)工作過程中烘干房?jī)?nèi)的氣流狀態(tài)為湍流狀態(tài)，考慮到有機(jī)肥烘干機(jī)烘房?jī)?nèi)的空氣活動(dòng)屬于不行壓縮的低速湍流，并且契合Boussinesq假設(shè)，烘干房?jī)?nèi)熱空氣與四周內(nèi)壁的接觸形成了約束流，而規(guī)范k-模型對(duì)于有壁面束縛的約束活動(dòng)預(yù)測(cè)較為靜確，因此本次有機(jī)肥烘干機(jī)模仿中選用規(guī)范 k-模型。模仿所使用軟件是由英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院所研制的Phoenics軟件，Phoenics是世界上套商用核算流體與核算傳熱學(xué)軟件，其通風(fēng)模仿結(jié)果具有較強(qiáng)可靠性與靜確性。（3）針對(duì)高品質(zhì)香菇需求，有機(jī)肥烘干機(jī)選取不同的烘干參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，剖析不同參數(shù)對(duì)烘干品質(zhì)的影響，對(duì)熱泵型香菇烘干房的烘干工藝進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)烘干過程中各個(gè)階段的溫、濕度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，提高香菇烘干品質(zhì)。

經(jīng)過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法對(duì)有機(jī)肥烘干機(jī)香菇烘干工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出熱泵型香菇烘干房醉佳烘干工藝為：烘干進(jìn)程中烘干房送風(fēng)溫度從35℃均勻增加到62℃，烘干進(jìn)程時(shí)長(zhǎng)為20小時(shí)，烘干房?jī)?nèi)循環(huán)風(fēng)速為3m/s，烘干進(jìn)程中設(shè)定排濕溫差為4℃。

針對(duì)有機(jī)肥烘干機(jī)烘干工藝進(jìn)行了烘干試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該工藝烘干香菇效果較好，香菇烘干后含水量滿足貯藏要求，且具有較好的外觀、色彩和香氣，比較傳統(tǒng)香菇烘干房，醉優(yōu)工藝下熱泵型香菇烘干房烘干后的香菇質(zhì)量有較大提升了。

熱泵應(yīng)用于香菇以及其他物料的烘干具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，尤其在當(dāng)時(shí)節(jié)能減排以及霧霾環(huán)境下，傳統(tǒng)的燃煤、木材的烘干方法應(yīng)逐步被篩選。本文對(duì)有機(jī)肥烘干機(jī)相關(guān)技能的研討，尚存在不完善的地方，需求在后續(xù)的研討工作中跟進(jìn)一步的完善。有機(jī)肥烘干機(jī)熱泵采用分體式空氣源熱泵，蒸發(fā)器放置在烘干房的外面以吸收環(huán)境中的熱量，冷凝器放置在烘干房?jī)?nèi)部，以釋放出熱量，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器均為風(fēng)冷形式。針對(duì)以后的研討，給出以下展望：

因?yàn)槟壳皩?duì)香菇烘干進(jìn)程中的失水特性的把握尚未充沛，有機(jī)肥烘干機(jī)烘干進(jìn)程中烘干房?jī)?nèi)的氣流組織散布的均勻性以及均勻風(fēng)速情況，未對(duì)烘干進(jìn)程中烘干房?jī)?nèi)的濕度散布進(jìn)行模仿研討，如若充沛把握香菇的失水特性及內(nèi)部水分搬遷規(guī)律，將便于更精準(zhǔn)的模仿分析烘干進(jìn)程中烘干房?jī)?nèi)溫濕度散布，更有利于對(duì)熱泵型香菇烘干房烘干工藝的優(yōu)化挑選。Fadhel設(shè)計(jì)了一種太陽能輔佐化學(xué)熱泵干燥機(jī)，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)真空管太陽能集熱器的功率可達(dá)到74%，與模擬出的成果80%相似，試驗(yàn)中體系的太陽能保證率醉大值為0。

因?yàn)闂l件約束，本文在研討有機(jī)肥烘干機(jī)烘干香菇的質(zhì)量時(shí)，只考察了香菇的含水率、外形、色彩和香氣，未對(duì)烘干后香菇中所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量進(jìn)行分析，若可以進(jìn)一步分析烘干后香菇中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，將能更好的評(píng)價(jià)并提升熱泵型香菇烘干房烘干后香菇的質(zhì)量。

針對(duì)有機(jī)肥烘干機(jī)尺寸在1 cm內(nèi)的水果烘干，查閱相關(guān)材料，確定本設(shè)計(jì)烘干系統(tǒng)選用4臺(tái)220 V、400 W的風(fēng)機(jī)和4臺(tái)220 V、2200 W的壓縮機(jī)，按照均布式的布局裝置在烘干箱的同一側(cè)面板上；為了加速排濕的速度，在烘干箱的頂部開設(shè)兩個(gè)風(fēng)扇。

有機(jī)肥烘干機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

果蔬的烘干過程中，加工時(shí)間和烘干溫度是整個(gè)烘干控制系統(tǒng)的重要參數(shù)[5，6]，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安穩(wěn)性和安全性是衡量控制系統(tǒng)好壞的重要目標(biāo)。因此，本系統(tǒng)將環(huán)繞以上2個(gè)性能目標(biāo)，從5個(gè)模塊構(gòu)建整個(gè)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，分別為控制模塊、采集模塊、執(zhí)行模塊、上位機(jī)模塊和安全模塊。鏈條的調(diào)整有機(jī)肥烘干機(jī)鏈條調(diào)整應(yīng)留意鏈條松邊過松而發(fā)生爬鏈現(xiàn)象，過緊則會(huì)加劇磨損。

有機(jī)肥烘干機(jī)主控制器挑選PLC，具有運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)性、裝置方便簡(jiǎn)略、豐厚的I/O接口模塊以及編程簡(jiǎn)潔的優(yōu)勢(shì)。因此，依據(jù)系統(tǒng)所需傳感器個(gè)數(shù)和被控制設(shè)備的數(shù)量換算成對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，有機(jī)肥烘干機(jī)醉終挑選臺(tái)達(dá)DVPEH00R3系列PLC作為控制器，其主要功用包括：控制過程中的數(shù)據(jù)緩存和運(yùn)算、輸出設(shè)備的控制（例如中間繼電器、交流觸摸器等）。目前主要有兩種新式的烘干技能，其中一種是電加熱技能，操作簡(jiǎn)略，而功率低下，能耗較高，不符合國(guó)家的節(jié)能方針。