气体空压机消湿密闭干燥回环探讨

　　1由于缺少热回收措施，这些能耗中很大一部分没有回收利用。干燥系统的结构形式对干燥过程的能耗影响较大。闭式干燥系统由于结构紧凑、操作方便和不受外界的影响，一年四季均能稳定运行并且热效率较高而被广泛采用。近年来，全球温室效应、大气臭氧层破坏、环境污染等问题日益受到国际社会的关注。干燥系统应使用清洁、卫生、对大气无污染、热效率高的工质作为系统的工作介质。另外，考虑到干燥系统的运行方式和运行地点，也要求优先采用无毒、不燃、不爆、来源广泛的介质作为干燥系统的工作介质。关于干燥系统工质的选取，国内外研究者开展了许多研究工作。Carringtom等分析了以R134a为工质的热泵干燥系统，结果表明：干燥温度为50℃、相对湿度为90 %时，测量所得的*大SMER为5111kg/kWh.

　　由此表明了实际运用中使用R134a的潜力。

　　Sivakumar等采用混合工质作为工质，并与采用纯R134a的热泵干燥系统相比较，结果表明：使用混合工质的热泵干燥系统比开式循环干燥系统节能69%，比使用R134a的系统节能8%；干燥时间比开式循环干燥系统减少13%，比使用R134a的热泵干燥系统减少33%。Schmidt等比较了两个分别采用CO 2和R134a为制冷工质的热泵干燥系统，结果表明：采用CO 2的系统的COP、SMER比采用R134a的系统好。由于CO2具有良好的环境性质和热力学行为，它被视为具有前途的热泵干燥系统制冷工质。

　　本文通过对干燥系统的热力学分析，提出了一个采用空气为工质的闭式空气干燥循环。该循环由于采用空气作为干燥循环的工质，故对环境友好，无污染，无温室效应。

　　2循环原理和过程

　　干燥通常是将水分从湿物料中去除的过程。

　　含湿物料置于干燥室中，含湿量低、相对湿度小的干燥空气以一定流速流过物料表面并与含湿物料进行热、质交换，吸收从物料表面汽化的水蒸气，含湿量提高。通常干燥室出口排出的空气中的大量潜热和显热应采取适当的措施加以回收与利用。干燥系统的除湿能力取决于干燥室进出口空气的含湿量的差值。为了提高系统的除湿能力必须设法降低干燥室进口处空气的含湿量及提高干燥室出口处空气的含湿量和相对湿度。湿空气的含湿量d取决于湿空气中水蒸气分压力P v和湿空气的总压力P a，即：d =01622 P v /（P a - P v），所以空气的总压力升高，空气的含湿量将降低。如果将压力低、含湿量高的空气压缩后，在高压下降温、除湿，则能去除空气中更多湿量，增强除湿效果。干燥室出口处空气含湿量的*大值为与一定压力、温度对应的空气饱和含湿量。而空气的饱和含湿量又随着空气温度的升高而增加。在压力高、含湿量大的空气除湿的同时使之与低压、低湿空气进行热交换，这样既提高了低压空气的吸湿能力，又回收了高温、高压侧空气中的大部分潜热和显热，使干燥系统的热效率得以提高。

　　我们提出的闭式空气干燥循环。循环由压缩机、干燥室、干燥室换热盘管、凝水器、节流装置等组成。干燥室出口的压力低、温度高、含湿量大的空气进入压缩机压缩后，空气的压力、温度和焓均增加。压缩机出口的高温、高压空气进入干燥室中与干燥室低压空气换热，其温度、焓值都降低，并析出部分水分，放出大量显热和潜热，使得高压侧空气中的大部分显热和潜热得以回收与利用，同时也提高了低压侧空气的吸湿能力。降温、析湿后的高压空气进入凝水器中进一步降温、除湿，并分离其中的水分，使其含湿量进一步降低。从凝水器中出来的高压、低温、低湿空气流经节流装置后，压力下降，变成低压、低温和低含湿量的空气。低压、低温和低湿空气进入干燥室中吸收干燥物料中的水分，并在干燥室中与压缩机排出的高压、高温和含湿量高的空气换热，使得低压空气吸湿升温，从而提高了干燥室中低压侧空气的吸湿能力，增大除湿量。由以上分析可知，在干燥室中，低压侧空气进行的是升温、增湿过程。

　　3循环分析

　　假定：

　　（1）空气为理想气体，压缩机压缩过程为等熵压缩过程。为考虑压缩过程中的不可逆性的影响，引入压缩机等熵压缩效率。

　　（2）干燥室出口、凝水器出口处高压侧空气为饱和状态。

　　（3）干燥室出口低压侧空气处于饱和状态。

　　（4）凝水器出口空气与冷却介质（例如，水）进口换热温差为5℃。

　　（5）忽略循环过程中的压力损失。

　　并且定义：

　　（1）干燥室出口低压侧空气含湿量与凝水器出口高压空气含湿量的差值为循环除湿量。

　　（2）压缩机进、出口空气的焓差为循环耗功量。

　　（3）循环除湿量与循环压缩机耗功量的比值为循环除湿能耗比。

　　对循环系统中各部分进行能量衡算和湿量平衡计算，可以得出空气在系统各部分的状态和循环的除湿量、耗功量及除湿能耗比等性能参数。

　　为了节省篇幅，以下仅列出一些主要公式和函数关系式。

　　压缩机耗功量凝水器出口空气状态节流后空气状态循环除湿量循环除湿能耗比dDDD空气含湿量，kg/kg

　　hDDD空气焓，kJ/kgt dDDD空气干球温度，℃t wDDD空气湿球温度，℃t watDDD凝水器进口水温度，℃φDDD空气相对湿度下标1～5为空气状态点。

　　循环分析的参考基准如下：压缩机吸气压力为标准大气压，压缩机等熵压缩效率为100 %，压缩机压比为115，干燥室出口低压侧空气温度为50℃，凝水器冷却介质进口水温为20℃。在下述分析中没有特别指明的参数即为上述值。根据以上假定和计算公式，可以编写计算机程序来求解循环的性能参数和各种不同工况参数变化对循环性能的影响。

　　4计算结果及分析

　　压缩机等熵压缩效率ηs对循环性能的影响。从图中可看出：循环的除湿能耗比SMER与压缩机等熵压缩效率几乎成正比。理想条件下，SMER =5174kg/kW？h；等熵压缩效率ηs =80 %时，SMER =4160kg/kW？h.压缩机等熵压缩效率对循环除湿量D w影响很小。这是由于除湿量只取决于干燥室出口低压侧空气含湿量与凝水器出口高压空气含湿量的差值。

　　压缩机等熵效率对循环性能的影响压缩机压缩过程压比π对循环性能的影响。从图中可看出，除湿量随压比的增加而增大，这是由于湿空气含湿量随着压力增大而降低的缘故。空气压力增大，降低了凝水器出口空气的含湿量，使循环除湿量增大。但是，压比变化对循环除湿能耗比变化影响很大。压比是影响压缩机耗功量的主要因素，压比增大，压缩机耗功量增大很快，使得循环除湿能耗比下降。压比接近1时，除湿能耗比随压比的增加而迅速降低。

　　压比大于2时，除湿能耗比随压比增大的变化趋于缓和。这是由于压比增大，循环的除湿量也增大较快的缘故。

　　凝水器进口水温度对循环性能的影响凝水器进口水温变化对循环性能的影响。凝水器进口水温越低，则凝水器出口高压空气的温度及对应的空气含湿量也越低，从而也就提高了循环的除湿量和除湿能耗比。

　　干燥室低压侧空气出口温度对循环性能的影响。干燥室出口低压侧空气温度越大，与之对应的湿空气饱和含湿量也越大，循环除湿量也越高。压缩机进口温度升高使压缩机耗功量增加，但温度变化不是影响压缩机耗功量的主要因素，故除湿能耗比随着干燥室出口低压侧温度升高而增大。

　　压缩机进口空气压力对循环性能的影响。看出，随着压缩机进口空气压力的增加，循环的除湿量和除湿能耗比都减小，系统性能下降。所以系统工作在低压下更为有利。

　　5结论

　　（1）通过对干燥系统的热力学分析，提出了一个采用空气为工质的闭式空气干燥循环，并对循环过程和工况参数变化对循环性能的影响进行了计算分析。结果表明：压缩机压缩过程压比变化对循环除湿能耗比变化影响大；随着压缩机进口空气压力的降低，循环的除湿量和除湿能耗比都增加，系统的性能提高。

　　（2）闭式空气干燥循环具有结构简单、除湿量大、节能等特点。另外，循环采用空气为工质，对环境友好、安全、无大气污染，能在较大的工况变化范围内稳定运行，具有良好的应用前景。