分離式熱管回?zé)崞饔糜跓岜酶稍锵到y(tǒng)傳熱分析
關(guān)鍵詞：熱泵；回?zé)?；分離式熱管,；干燥
熱泵技術(shù)用于干燥,，具有節(jié)能和減少污染雙重效益,。高溫空氣流經(jīng)干燥室，吸收被干燥物料水份后含濕量增大,，溫度有所下降,，但相對(duì)而言，此時(shí)空氣的溫度還是較高的,。為了使這部分空氣中的水蒸氣凝結(jié)去濕,，必須使其經(jīng)蒸發(fā)器冷卻到露點(diǎn)以下。出蒸發(fā)器的空氣溫度越低,，去濕量也越大,。出蒸發(fā)
器空氣的相對(duì)濕度接近飽和狀態(tài)，基本沒有除濕能力,，所以需要將其通過冷凝器加熱,，以提高空氣的飽和水蒸汽的分壓力來降低其相對(duì)濕度，從而提高空氣的去濕能力,。閉式熱泵干燥循環(huán)系統(tǒng)見圖1,。
顯然，如果將蒸發(fā)器前后的空氣進(jìn)行熱交換（即回?zé)幔?，使干燥室排出的濕空氣在進(jìn)入蒸發(fā)器前先經(jīng)過回?zé)崞?，與蒸發(fā)器出口含濕量較低的干空氣進(jìn)行熱交換，使?jié)窨諝饨禍?，同時(shí)將熱量傳給從熱泵蒸發(fā)器除濕后出來的冷空氣,，從而實(shí)現(xiàn)空氣的回?zé)帷Ｓ捎谘h(huán)空氣進(jìn)行了回?zé)?，在蒸發(fā)器吸熱量不變的情況下,，減小了蒸發(fā)器吸收濕空氣的顯熱負(fù)荷，增加了吸收濕空氣潛熱負(fù)荷,，從而提高系統(tǒng)的除濕能力,。此外，循環(huán)空氣經(jīng)過回?zé)岷?，使?jīng)過熱泵冷凝器后的空氣的溫度提高,，加速了物料的干燥［1］。
對(duì)于空氣回?zé)衢]式熱泵干燥循環(huán)系統(tǒng)，空氣回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)和布置是提高干燥系統(tǒng)效率的關(guān)鍵,，本文主要分析采用分離式熱管換熱器作為空氣回?zé)崞鞯膫鳠嵝阅芎吞攸c(diǎn),。
1 熱泵干燥系統(tǒng)回?zé)崞鞯奶攸c(diǎn)及要求
回?zé)衢]式熱泵干燥系統(tǒng)采用空氣回?zé)嵫h(huán)，有益于節(jié)能,，其流程圖見圖2,，該系統(tǒng)特點(diǎn)為：①空氣益于節(jié)能，其流程圖見圖2,，該系統(tǒng)特點(diǎn)為：①空氣回?zé)崞鲀蓚?cè)的流體都是氣體,，對(duì)流換熱系數(shù)小,；②換熱溫差較小,，空氣回?zé)釡囟鹊停虎坶]式系統(tǒng),，提供的壓頭小,，即流過空氣回?zé)崞鞯脑试S阻力降小,；④換熱器布置空間較小,，風(fēng)管布置困難。
對(duì)于空氣回?zé)岬臒岜酶稍镅h(huán)系統(tǒng),，如果采用常規(guī)的間壁式換熱器作為空氣回?zé)崞鞔嬖趩栴}為：①對(duì)流換熱系數(shù)與換熱溫差小,，在一定的換熱量情況下，換熱面積大,，勢(shì)必占據(jù)熱泵干燥器的有效空間,；②流動(dòng)阻力降大，風(fēng)機(jī)的全壓要求大,，造價(jià)高,；③風(fēng)管道布置復(fù)雜，設(shè)備體積大,。
針對(duì)上述的問題,，在空氣回?zé)崞鞯倪x擇和設(shè)計(jì)中應(yīng)使其滿足以下要求：
（1）空氣回?zé)崞鞯睦?、熱?cè)都要采取強(qiáng)化傳熱措施,；
（2）減少流動(dòng)阻力,，盡可能采用氣體橫向繞流管束,；
（3）將冷,、熱側(cè)的換熱面積盡可能布置在熱泵蒸發(fā)器的出口和進(jìn)口,，這樣風(fēng)管道布置簡(jiǎn)單,。
在此采用分離式熱管換熱器，可以很好地利用其特點(diǎn)來滿足上述措施的要求,。
2 分離式熱管回?zé)崞鱾鳠嵩砑疤攸c(diǎn)
其特點(diǎn)為：
（1）熱量的傳輸在分離式熱管中,，是通過工質(zhì)的相變來實(shí)現(xiàn)的,，故傳熱溫差小,；
（2）熱源,、熱匯分隔,，冷、熱側(cè)的換熱面積可以靈活布置,。在回?zé)衢]式熱泵干燥系統(tǒng)中可分別布置在蒸發(fā)器的進(jìn),、出口，不受距離限制,；
?。?）分離式熱管的冷、熱側(cè)均為管外換熱,，可以采取增加環(huán)形翅片的強(qiáng)化傳熱措施,，以彌補(bǔ)氣體對(duì)流換熱系數(shù)小的影響；
（4）冷,、熱側(cè)的換熱面積可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,。
3 分離式熱管回?zé)崞髟O(shè)計(jì)及傳熱分析
回?zé)衢]式熱泵干燥系統(tǒng)采用分離式熱管換熱器作為空氣回?zé)崞鳎浣Y(jié)構(gòu)布置如圖4所示,，采用7組熱管（即分為7級(jí)）,，來自干燥室的濕空氣流經(jīng)分離式熱管換熱器的蒸發(fā)段，溫度降低,。出熱泵蒸發(fā)器的冷空氣流經(jīng)分離式熱管換熱器的冷凝段,，溫度升高。冷凝段的位置高于蒸發(fā)段,，分離式熱管換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示,，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2,。
3．1 傳熱計(jì)算結(jié)果及分析
參照文［2］中的熱管設(shè)計(jì)計(jì)算方法，可獲得以下的計(jì)算結(jié)果,，見表3,。
3．2 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)
?。?）在設(shè)計(jì)工況下,，從熱管的工作壓力、工作溫度,、工質(zhì)與管子材料的相容性以及工質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)考慮,，工質(zhì)選用丙酮較合適。
?。?）采用環(huán)形翅片強(qiáng)化傳熱,，在允許的阻力降范圍內(nèi)以及加工條件可行的情況下，盡可能采用大密度的翅片結(jié)構(gòu),。
?。?）通過調(diào)節(jié)橫向管間距和翅片間距的方法，實(shí)現(xiàn)阻力降的調(diào)整,。
?。?）冷凝段可以小傾角方式水平布置，但下降管要接在下聯(lián)箱的下部,，熱管的冷,、熱段要保持一定的高度差,，以利于熱管的工作介質(zhì)循環(huán)。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
空氣回?zé)衢]式熱泵干燥系統(tǒng)是在原閉式熱泵干燥機(jī)基礎(chǔ)上加裝分離式熱管回?zé)崞鳂?gòu)成的,，其系統(tǒng)見圖4．主要部件有：2FL5B半封制冷壓縮機(jī),、冷凝器、蒸發(fā)器,、分離式熱管換熱器,、引風(fēng)機(jī)、干燥室,、調(diào)節(jié)風(fēng)門等組成,。制冷劑采用R142b。分離式熱管回?zé)崞鞯睦淠闻c蒸發(fā)段均采用翅片管結(jié)構(gòu),，熱管工質(zhì)選用丙酮,。
從結(jié)果可見，空氣回?zé)嵫h(huán)干燥過程的單位除濕能耗（SPC）比無(wú)回?zé)嵫h(huán)小,，耗功量也是如此,，并隨著風(fēng)量的增大，空氣回?zé)嵫h(huán)的這種優(yōu)勢(shì)在減弱,。這主要是因?yàn)樵诖箫L(fēng)量下,，物料的析濕速度加快，使進(jìn)入蒸發(fā)器前的空氣濕度加大,，空氣經(jīng)過蒸發(fā)器后的溫降減小,，空氣回?zé)嵝Ч麥p弱所致。
5 結(jié)論
?。?）在分離式熱管回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)中,，在允許的阻力降范圍內(nèi)以及加工條件可行的情況下，盡可能采用大密度的翅片結(jié)構(gòu),。冷凝段可以小傾角方式水平布置,，但下降管要接在下聯(lián)箱的下部，熱管的冷,、熱段要保持一定的高度差,，以利于熱管的工作介質(zhì)循環(huán)。
?。?）分離式熱管換熱器對(duì)熱泵干燥器的性能改善程度,，隨工況的變化有所不同，濕空氣流經(jīng)熱泵蒸發(fā)器溫降減小,，其回?zé)嵝Ч鄳?yīng)減弱,。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 杜塏,，徐錫斌（Du Kai,，Xu Xibin）．空氣回?zé)衢]式熱泵干燥系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究（Expermental studies on heat pump drying system with heatrecovery exchanger）［J］．太陽(yáng)能學(xué)報(bào)（Acta Energiae Solaris Sinica）,，1998,，19（4）：429－432．
［2］ 莊駿,，徐通明,，石壽椿（Zhuang Jun,，Xu Tongming,，Shi Shouchun）．熱管與熱管換熱器（Heat pipe and heat exchanger of heat pipe）［M］．上 海：上海交通大學(xué)出版社（Shanghai：Publisherof Shanghai Jiaotong University),1989:309-327.
