PDF《一种衣物空气低温烘干循环系统的设计及分析》

化工进展2013年第32卷第1期CHEMICAL INDUSTRYAND ENGINEERING PROGRESS .

77. 一种衣物空气低温烘干循环系统的设计及分析 郭新贤,韩东,岳晨 (南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016) 摘要:基于机械热泵除湿原理,同时结合洗衣机衣物烘干温度的要求,设计出一种衣物空气低温烘干循环系 统.借助EES软件对该系统建立系统模型,通过理论模拟分析研究其热力学性能,并对影响其热力性能的关键 操作参量影响进行分析.研究结果表明,在保证冷凝量均为1.02 kg/h的情况下,该设计系统的单位能耗除湿速 率(moistureextraction rate,MER)为0.5018 kW'

h/kg,较常规电加热热风烘干系统降低了16.5%;

COP为O.79, 较常规烘干系统提高了16.5%.此外,相比较常规电加热热风烘干系统方案烘干温度90℃,该方案设计的滚筒 操作温度仅为57.68℃,有效地拓展了可烘干衣物的范围. 关键词:热泵;

低温烘干;

除湿速率;

节能 中图分类号:TK

173 文献标志码:A 文章编号;

1000―6613(2013)01―0077―07 DOI:10.3969/j.issn.1000-6613.2013.01.012 Design and analysis of air low temperature drying cycle system for clothes GUOXinxian,HAN Dong,YUE Chen (College ofEnergy and Power Engineering,Nanjmg University ofAeronautics andAstronautics,yanjing 210016, Jiangsu,China) Abstract:Based on the mechanical heat pump dehumidification principle,combined with the drying temperature requirements of washing machine,this paper designed a type of air circulations system under low temperature for the drying cycles in cloth dryers.A simulation model was established using EES software.This paper presented the thermodynamic performance and influencing factors of critical operating parametersusing theoretical simulation analysis.Results showed that the new system has significant thermal performance advantages compared to the conventional electric heating hot air drying system.The moisture extraction rate(MER)ofdesigned system is O.5018kW'

h/kg decreased by 16.5%,which is a 16.5%decrease compared to the conventional drying system under the condition of 1.02 kg屈condensation rate.In addition,the drum operating temperature ofdesigned system is 57.68 ℃.another significant decrease from 90℃in the conventional system.Therefore,the designed system can effectively expand the drying range of clothes. Key words:heat pump;

low temperature drying;

moisture extraction rate(MER);

energy conservation 洗衣机衣物烘干具有重要应用价值.目前,市 场上常用的有两种衣物烘干系统:一种是常规电加 热烘干系统,另一种为热泵烘干系统. 常规电加热烘干虽然结构较简单,但是其烘干 过程较长,热风效率较低,烘干温度很高【l七J,很容 易引起衣物的烫伤和褶皱,另外,电加热烘干的能 耗较大.以往所研究的热泵烘干虽然前期比常规电 收稿日期;

2012.06―11;

修改稿目朋:20124)9-17. 基金项目:江苏省科技支撑计划(BE

2010192、BE2011160)及江苏省 优势学科PAPD(XK-0203)项目. 第―作者:靴新贤(J987一),勇,硕士研究生.联系人:韩东.教授. E-mail [email protected].. 万方数据 ・78・ 化工进展2013年第32卷 加热烘干节能【31,但是在烘干的中后期,除湿主 要是去除湿物料中的结合水,由于空气跟干燥物 料之间的传质系数小,使得干燥室进出口空气状 态变化较小,输入的电能大部分以热能的形式排 出系统. 以上烘干方式存在能耗大、烘干温度高的不 足,开发设计新型节能环保洗衣机衣物烘干工艺具 有大的市场需求. 目前国内外研究者在此方面已做出大量探索 性工作.Manuel【4】对于烘干衣物的能量节约进行了 研究,研究表明,常规电加热烘干系统需要较大的 能量,鉴于能量消耗较大的缺点,提出了一种闭式 循环烘干系统,该系统主要是利用换热器将吸湿后 的空气冷凝,然后再经过加热器重新吸湿,换热器 的使用明显改善了能量效率,换热器的最佳尺寸不 依赖于衣物的重量,本质上取决于空气流量的大小. Deans[5】以部分实验参数为基准,模拟了不同环境工 况对于烘干性能的影响,结果表明,烘干过程的能 量消耗主要取决于环境空气的温度和相对湿度. Ahmadul等16j对于热泵烘干衣物进行研究,对于达 到相同的烘干效果,热泵烘干衣物需要2 h,而商用 的烘干机需要2.5 h,自然烘干衣物则需要6.5 h. Bansal掣¨针对常规电加热烘干系统能量消耗较大 的缺点,提出并研究了另外3种烘干系统,结果表 明开式循环烘干系统和带有回热装置的闭式循环烘 干系统大约能够节能14%,然而闭式循环烘干系统 能够节能7%.Bansal等[8-91提出用热水取代电加热 器的烘干工艺,研究结果表明,影响系统性能的主 要因素为热水流量和热水进口温度. 通过与常规的烘干工艺相比,空气低温烘干 循环系统具有零水耗、低能耗、烘干温度低的优 点,因此将该系统用于衣物烘干领域具有较大 潜力. Akir8等【lUJ日本学者初步研究了空气低温烘干 循环系统的冷凝性能,通过实验,该系统能够达到 的冷凝量为22 g/rain.Brauna等[111对于空气循环烘 干系统进行模拟分析,比起常规电加热烘干系统, 该系统能够实现节能40%. 而已有研究设计的系统方案,主要是从理论的 热力学性能角度开展,较少考虑烘干温度问题、衣 物对烘干工艺的要求. 为此,本文主要基于机械热泵原理,设计考虑 低能耗、零水耗、烘干温度低特点的洗衣机衣物低 温烘干工艺,并借助EES软件,通过与常规电加热 烘千工艺对比,对其热力学性能进行分析.并对影 响该系统整体热力学性能的关键操作参量进行分 析,研究其热力学性能潜力及来源. 1衣物烘干方案 如图1所示,常规电加热烘干系统工作于常压 状态,该系统虽然结构简单、运行可靠,但是该系 统耗能较大,进入滚筒温度较高,并且需要消耗大 量的冷却水. 图2为常规电加热烘干系统的焓湿图,状态点 与系统流程图标注的状态点相对应,吸湿后的湿空 气1经过换热器放热后变为饱和湿空气2(相对湿 度为100%),最后经过电加热器加热到0(含湿量 不变),完成一个循环. 图3为设计出的空气低温烘干循环系统方案原 理流程图.该系统由滚筒、电动机、压缩杌、换热 器、风冷器、分离器、排水管、膨胀机、风机、电 加热器组成,其工作原理是从滚筒吸湿后的湿空气 通过压缩机变为高温高压的空气,随后经过换热器 放热变为相对湿度较大的湿空气,接着进入风冷器 排水泵图l常规电加热烘干系统流程图 图2常规电加热烘干系统焓湿图 万方数据 图3空气低温烘干循环系统流程图 图4空气低温烘干循环系统温熵图 继续放热为饱和湿空气,此时湿........