CN102645089A

CN102645089A - 一种高能效比的生物质真空干燥器

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Publication number: CN102645089A
Application number: CN2012101541284A
Authority: CN
Inventors: 冯益安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2012-08-22

Abstract

一种高能效比的生物质真空干燥器涉及一种节能型真空干燥器，主要解决生物质真空干燥工艺中实现快速、节能的问题，并具有节能的高聚光比。主要特征包括增加传热速度较快的内外换热器，换热器与密闭容器连接，其传热功率在密闭容器内外20°温差时的定温差传热功率与抽气机的功率之比定义为能效比，其值大于3.6，外换热器吸收大气、水体的热量或者吸收其他废弃热源作为热动力。此方法能够实现低温干燥节能，能效比大于3.6；且干燥速度适宜，保质；高效节能应对气候变化。

Description

一种高能效比的生物质真空干燥器

技术领域

涉及一种高能效比的生物质真空干燥器。

背景技术

对比文件JP6042863A提出一种干燥机，包括玻璃箱干燥机主体、真空泵、排气管。在工作时能够在接近常温的情况下实现干燥，避免了高温条件下使干燥物品在高温条件下损坏。其中没涉及到干燥的基本原理对干燥机主体材料的选择，没有涉及到干燥蒸发时真空泵功率与吸热功率的配比，没有涉及到是否吸热及吸热量大大小对于干燥速度影响，没有涉及到干燥速度对干燥物品质量的影响，没有涉及到是否节能，没有涉及到节能的能效比，没有涉及到节能对于气候变化的影响及造成气候恶劣的必然关系。

干燥蒸发原理：液体在任何温度都可实现蒸发。沸腾只是蒸发的一个特殊情况。在一定温度和一定压力下液态水都有可能变气态，其条件是气态水存在一个相应温度条件下的饱和分压。在空气中气态水未到其饱和分压就会有更多液态水分子吸收热量汽化为气态水分子，干燥物品表面是一个平衡场所，温度是分子平均动能的反应，水分子动能大小反映到饱和压力中，包括水分的液体温度和气体温度，水的液体温度高于气态温度且未达到气体饱和分压就实现蒸发，沸腾是指分子的平均动能所具备的压力超过外界气体的压力，因此蒸发的状况有两种，一是在低于沸腾温度下实现温和蒸发，二是在高于沸腾温度下实现蒸发，干燥是指低于沸腾温度的蒸发。加热真空干燥应该避免高温加热，避免沸腾对产品形成的质量影响。

干燥速度：干燥时间可以几分钟、也可以几小时也可以几天。要根据干燥物品的含水量多少及产品要求确定干燥时间，及确定真空干燥时的干燥速度。

干燥质量：干燥速度必然影响干燥质量。长时间干燥会使细菌滋生，短时间大功率干燥容易使内部干燥物品水分沸腾，造成营养流失、影响产品美观。适宜的干燥时间及适宜的传热功率和传热热温度可以使物质保质、保色、保鲜。

沸腾的条件：沸腾时能够对干燥物品形成损坏，比如干裂、皲裂、汁液流出，导致变形，影响美观和口感。因此避免高温高压沸腾和低温低压温沸腾以及常温常压沸腾。避免沸腾的关键是干燥物品的温度低于现实中气体的压力对应的饱和分压下的温度。比如水在常压下蒸发，那么水的温度必须低于常压作为饱和分压对应的温度，就是99°C。

能效比概念：

在目前的真空干燥领域没有“能效比”的概念。所述真空干燥能效比的概念是：物品在不同气压不同温度下都会吸收汽化潜热由液态或固态水变为汽态或气态水离开物质表面实现干燥，其从外界吸收废弃热量的总量与抽气机（或真空泵）做功总量的比值，称为真空干燥的能效比，能效比反应节能的幅度，是节能程度的直接指标。所述废弃热量是指大气、水体、由于真空干燥内部降温形成内外温差所形成的热量；或者生活、生产、自然界自然状态产生的废弃热源（比如温泉、地热）；或者属于化石能源、核能源以外的其他热源。

节能与气候变化之间的关系：气候变化是这些年来每个人关心的话题，除了大雨、暴雪、飓风、洪水、沙尘等“极端天气”不断增加之外，太阳光照度在今年大幅度减少，主要表现在天空中阴天、阴云或多云的时间在增加，本该“晴朗”的天气也变成了多云和少云。阴云的存在阻挡了太阳光线，结果是蔬菜和其他绿色植物得不到充足光照，生长速度减缓，抗病能力下降，进而导致人们日常生活中的蔬菜、水果、食品等必须生活用品价格节节攀升。今年春天，南方蔬菜价格达到猪肉价格，这似乎表现为“天灾”，但细致分析下来：这不是“偶然”，这是天空逐步走向阴云化的过程中一个“必然”，并且天空 “阴云”化倾向不断增加，最终会形成恶性循环。我们赖以生存的地球有变成一个“水”球的危险，我们宣传绿色生态和节能技术不能仅仅停留在口头上，重要的是把节能技术落实到计划和行动方针中来，就是把节能技术进行确定后进而推广到生产中，以应对越演越烈的气候变化。节能能够改变天气。为什么？因为节能可以减少热量排放，地球大气温度每升高一度，大气容纳水汽的总量就会提高4%，人类消耗能源的总量不断增加，人类每消耗一部分能源至少排出大于等同数量的热量（消耗1KJ能量，可近似形成3KJ热量排放），热量排放不断加大，本来地球接受太阳热量和向外层空间排放的热量接近相等，但加上人类针对太阳能之外的额外能源消耗之后，地球不得不把额外的热量加大功率向地球外排放，这种加大功率的具体表现方式就是大雨、暴雪、飓风、甚至地震。我们人类自己打破了地球热量的传递机制和平衡机制，使热量在地球大气层和岩石圈内逐渐积累，地球温度不断攀升，大气中容纳水的能力不断增强，导致大气中水分不断积累，由此直接导致的极端天气以外，最坏的结果就是天空中阴云积聚，阻挡阳光，使我们的地球大气水分含量继续增加，恶性循环，把我们的地球变成一个“水球”。

什么叫节能？改变天气的“节能”不是普通意义上的节能，本来目前能源的利用是：消耗1KJ能量，可近似形成3KJ热量排放，那么节能的目标就是消耗3 KJ能量，仅仅形成1KJ热量排放.并且具备良好的经济效益。这就是“能效比”这个词节能和气候变化领域内的意义。也就说能效比必须大于3。

发明内容

高能效比是指能效比大于3.6以上的真空干燥。目前我国空调、热泵的能效比2010年新规定大于3.4为一级，3.2-3.4为二级，为区别现阶段一级能效比的规定，本申请文件定义大于3.6为高能效比，最大可以至无穷大，一般当能效比达到20时，就可以节能95%以上。因此本技术方案实现的是适宜快速干燥、保质干燥和节能干燥。目的是实现节能以应对气候变化。

采取的技术方案是：密闭容器带有换热器和抽气机，抽气机连接密闭容器，密闭容器本身是换热器或者连接换热器，换热器分为内换热器和外换热器，内、外换热器相连，外换热器通过热传导、辐射、对流从周围吸收废弃热源的热量并将热量传导至密闭容器或密闭容器内换热器，密闭容器或密闭容器内换热器将热量传导或辐射至干燥物品，密闭容器内的干燥物品在抽气机作用下形成低于常温常压的低温低压，吸收热量，蒸发，干燥，且干燥物品的温度低于密闭容器内的气体压力作为水的饱和分压对应的温度，其中在密闭容器内外温差摄氏10°C时的换热器换热功率是抽气机做功功率的1.8倍以上，在内外温差20度时的换热功率是抽气机做功功率的3.6倍以上，以此类推，抽气机工作时内外换热器温差大于6°，不超过70°C,此方法在于改变目前我国真空干燥没有节能指标的状态，在真空快速干燥的同时实现节能干燥和保质干燥，能效比3.6以上，换热器从环境中吸收热量，加速地球热量循环，降低环境温度，改变大气中水分含量，应对愈演愈烈的气候变化,所述快速干燥是指在节能的前提条件下对物品的干燥时间不超过等量干燥物品采用其他方式所占用的干燥时间。

此方法有三种功效：1，低温干燥节能，能效比大于3.6；2，干燥速度适宜，保质干燥；3，节能以应对气候变化。

附图说明

附图1为高能效比干燥装置的结构示意图。其中1、外换热器；2、内换热器；3、连接内外换热器的容器壁；4、内换热器连接的干燥隔层；5、外换热器中的传热片； 6、隔层内腔；7、平衡阀；8、指示表；9、抽气机。

具体实施方式

简单的说：一种高能效比的生物质真空干燥器涉及一种节能型真空干燥器，主要解决生物质真空干燥工艺中实现快速、节能的问题，并具有节能的高聚光比。主要特征包括增加传热速度较快的内外换热器，换热器与密闭容器连接，其传热功率在密闭容器内外20°温差时的定温差传热功率与抽气机的功率之比定义为能效比，其值大于3.6，外换热器吸收大气、水体的热量或者吸收其他废弃热源作为热动力。此方法能够实现低温干燥节能，能效比大于3.6；且干燥速度适宜，保质；高效节能应对气候变化。

定温差传热功率是指内外换热器所处的内外环境存在一定的温差，当这个温差为某一固定数值时的传热热功率称为定温差传热功率，比如温差为10°C时的传热功率称为10°C定温差传热功率。

结合附图进行一下说明：

图1是结构示意图图，包括1、外换热器；2、内换热器；3、连接内外换热器的容器壁；4、内换热器连接的干燥隔层；5、外换热器中的传热片； 6、隔层内腔；7、平衡阀；8、指示表；9、抽气机。其中外换热器1和内换热器2通过连接内外换热器的容器壁3连接；内换热器2连接隔层4，隔层4也可以是内换热器的一部分，外换热器可以由散热片5组成，也可以由其他传热较快的热管组成。根据现实需要灵活设定外换热器的结构和形状，但要保证其在较大的传热功率。传热功率与传热面积成正比，与材料热传导系数成正比，与材料厚度成反比，与温差成正比。可以采取热管传输方式。

具体计算方法由热力学公式计算。技术指标：传热功率。即设定温差10°C、20°C时的定温差传热功率，导热系数的概念就是1平方面积、1米厚度、1°温差的情况下历经1小时的传热量，1小时等于3600秒，即1小时传热总量除以3600秒得出温差1°C的定温差传热功率，乘以10或20分别得出温差为10°C或20°C的定温差传热功率，单位为瓦特。不过注意导热系数的使用条件，比如导热材料两端的传热介质是液体还是气体，什么液体什么气体，具体还要根据空调传热领域的数据计算，或者进行传热系数的实测。

有了定温差传热功率，就可以选择抽气机的功率。根据节能需要，10°定温差传热功率要大于抽气机功率，能效比就是功率的比值。因为和空调、热泵的压缩机做功方式不同，抽气机做功不产生热量，抽气机做功之外的能耗部分也可以产生热量。比如抽气机做功效率80%，则20%的机械能转化为热量，这部分热量也多倍抽气机抽气时附带气体被抽走，因此，在真空干燥领域，直接就是换热器吸热量与做功量的比值为能效比，也可以是换热器的吸热功率和抽气机的功率之比作为能效比，二者等值。本节能要求10°定温差传热功率与抽气机的功率要大于1.8，因为实际工作温差一般大于10°C，因此能效比要大于1.8，温差为20°C时能效比就大于3.6，换热器的“定温差传热功率”很重要，此数据决定工作环境的能效比，因此要设计适中，满足快速干燥需要也要满足节能需要。在抽气机功率确定的情况下，抽气机满负荷运转时换热器吸热的功率大小，就是干燥机的干燥功率。

干燥机干燥功率的选择要根据干燥量的多少，实际根据含水量多少计算。含水量多则干燥需热量大。1KG水分干燥约需要热量2600kj（1g水升温1°需4.18焦耳，1000g水升温100°需要4.18×100000焦耳，蒸发近似需2200000焦耳，共需要2600kj,可差表获取）根据干燥时间干燥量确定干燥功率。干燥功率等于干燥热量除以干燥时间。以上功率是指抽气机的满负荷功率或变频功率为一定值时，所确定的温差一定而导致的“定温差传热功率”，即实际干燥功率。定温差传热功率就是温差一定的时候换热器的传热功率。

设有平衡阀7，即压力调节阀。小功率干燥可以去除。

设有指示表8，包括压力表、温度表、湿度表。在图中仅以8表示。此指示表可以不设，即可以去除。抽气机即真空泵，传统意义上真空泵相对功率较大，因此以低功率的抽气机代替概念“真空泵”。一

般选择低功率的抽气机。生活用干燥机一般几十瓦几百瓦就可以，大规模生产中可以用功率较大的真空泵，因为功率太大会使降温太多，增加抽气机做功减小了节能效果，同时干燥速度太快不利于产品质量。根据经验根据物品选择20分钟干燥、1个小时干燥、1天干燥、1周干燥，太快或太慢都不利于节能。达到节能的标准必须是10°C定温差传热功率大于抽气机功率，内外换热器工作温差大于6°，小于70度，一般温差为20-30°较为适中。温差太小无法传热及节能，温差太大会产生沸腾，损坏干燥物品，温差太大也会加强抽气机做功，对节能不利。

晒干、风干、晾干等节能方式可以认为能效比都是无穷大，但干燥速度缓慢。干燥速度和干燥质量是生产中必然考虑的环节，因此，生产中存在加热式真空干燥，即燃烧化石能源加热或电能加热，这种加热方式虽然满足人们对干燥速度和干燥质量的要求但无法实现节能，因此可以利用本申请文件的传热方式从周围大气或自来水或海水或其他低温热源吸收热量，只要不是化石能源和核能，就可以为是节能。因此本申请针对的干燥方式就是工厂化的干燥方式及家庭作坊式的干燥方式，也不排除家庭生活干燥。

吸收外界环境热量的干燥方式，类似空调热泵类从外界吸收热量，如吸收大气的热量，也可以吸收水体的热量及其他废弃热源的热量。一定需要干燥速度，因此需要换热器的换热功率。10度定温差传热功率可以认为是解决干燥速度或干燥功率的首要技术指标。

换热器一般用导热系数较高的铜、铝、不锈钢制成，也可以是碳钢，或合金。如果采用玻璃作为换热器，则必须利用玻璃对高频光的透光性，即接受辐射能，比如把玻璃容器放入到太阳光线直射条件下，甚至可以通过聚光实现，这种辐射型换热器不作为本申请讨论的内容。虽然任何材料都能吸收热量但传热速度千差万别。材料的导热系数从0.01一直到500，相差几万倍，就是说在不同的材料即使在面积相同、厚度相同、温差相同的情况下传热速度会相差几万倍，石英玻璃的导热系数大于1小于2，如果和常用的金属传热器材（导热系数大于200），相比在同样厚度、同样换热面积、同样温差的情况下换热速度相差100-200倍。何况金属的抗拉强度大于玻璃，因此做的可以较薄，薄一倍或者数倍，同时金属的换热面积可以较容易做的较大，大一倍或者数十倍数百倍，领域内的技术人员都可以把换热器或容器壁的换热速度（与玻璃作为换热器的换热速度相对比）做到几百倍至几千倍甚至几万倍的水平。

干燥机在抽真空的过渡状态，含有水汽的空气在真空泵力的作用下排除密闭容器，水体蒸发，吸热，温度降低，同时压力降低，当温度降到一定数值，真空泵的最大功率导致的排气作用力与容器内气体压力达到平衡，实现温差一定，要么容器内外热交换平衡，温差一定，真空泵排气压力稳定，因此，当达到相对平衡状态后，就是完全依赖从外界吸收热量，这时做功量取决于真空泵实际功率，换热器换热量取决于换热器换热功率，换热功率就是所说的“换热速度”。当换热功率和真空泵功率相等时，能效比为1，换热功率是真空泵功率的100倍时，能效比为100.

现阶段我国能耗是30万亿吨标准煤，而干燥行业所占比例为12%，涉及行业为食品、医药、化工、饲料、木材加工；衣服干燥；采取干燥方式为烘干、晾干、风干、晒干、冻干、真空干燥。并且除了自然干燥（晾干、风干、晒干、冻干）外，干燥中都消耗巨大的能源，节能不仅省下一部分开支。更重要的是节能可以从外界环境吸收热量，促进地球相对变“冷”，在节能省钱的基础上加速地球热量排放平衡机制的形成并降低大气环境温度，真能起到并实现应对气候变化、改善环境、造福人类的目的。

但是不用真空干燥而直接使用蒸发也能使周围环境降温，比如夏天我们采取泼水到地面降温，就是利用蒸发原理。自然界中存在蒸发，为什么还要使用真空干燥方式为地球降温呢？原来地球上的水就是大气温度的调节剂，是我们自然界的空调，但是我们人类消耗的动力能源都变成热量存在于地球表面，这些热量被水分吸收变成蒸汽到达天空，天空中的含水量越来越高，且大气每升高1°C，水的饱和分压约上升4%，即含水能力增加4%，因此，随着人们排放的热量逐渐增多，水分逐渐蒸发，大气中的含水量逐渐增加，因此大雨、大雪频发。由于水分的蒸发到高空凝结，类似热力学中的热管，传热速度加快，高空寒冷，对流层-55°，地球这个热管将高温冷气带到地球表面，又实现大冷，大冷大热形成飓风，地球各层活动能力增强，就不排除热力学微观的分子运动变成宏观的地壳运动，就是地震，同时天空中水分含量增多，形成阴云，阻挡光照，也就是太阳光更多的热量加载到对流层，我们人类继续消耗千百年来积累的化石能源，继续为地球增热，循环往复，恶性循环。因此，节能非常重要，对于占12%的干燥耗能，不消耗化石能源，且从环境中吸收热量直接加速地球热量循环，并降低环境温度，全凭节能。因此可以说，消灭占12%的干燥耗能对于应对气候变化意义重大。

Claims

1.一种高能效比的生物质真空干燥器，包括密闭容器、抽气机、换热器，其特征是：密闭容器连接换热器和抽气机，抽气机连接密闭容器，密闭容器本身是换热器或者连接换热器，换热器分为内换热器和外换热器，内、外换热器相连，外换热器通过热传导、辐射、对流从周围吸收废弃热源的热量并将热量传导至密闭容器或密闭容器内换热器，密闭容器或密闭容器内换热器将热量传导或辐射至干燥物品，密闭容器内的干燥物品在抽气机作用下形成低于常温常压的低温低压状态下吸收热量，蒸发干燥，且干燥物品的温度低于密闭容器内的气体压力作为水的饱和分压对应的温度以避免其沸腾，其中在密闭容器内外温差10°C时的换热器换热功率是抽气机做功功率的1.8倍以上，在内外温差20°C时的换热功率是抽气机做功功率的3.6倍以上，以此类推，抽气机工作时内外换热器温差大于6°C，不超过70°C,此方法在于改变目前我国真空干燥没有节能指标的状态，在真空快速干燥的同时实现节能干燥和保质干燥，能效比3.6以上，换热器从环境中吸收热量，加速地球热量循环，降低环境温度，改变大气中水分含量，应对愈演愈烈的气候变化,所述快速干燥是指在节能的前提条件下对物品的干燥时间不超过等量干燥物品采用其他方式所占用的干燥时间, 所述废弃热源的热量是指大气、水体、由于真空干燥内部降温形成内外温差所形成的热量；或者生活、生产、自然界自然状态产生的废弃热源；或者属于化石能源、核能源以外的其他热源。