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热泵技术在印刷包装领域的应用
时间:2014-03-28   来源: 包装前沿   阅读:3836次

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  摘要:热泵可实现节能。把热泵冷凝器发热用于印刷涂布烘干,把冷却用于车间及办公楼制冷,可一举两得。利用热泵实现涂布机节能减排。

  一、热泵的工作原理及优点

  热泵技术是二十一世纪的一个能源技术,通过热泵的形式,可以提高能效的利用,能效的利用有两个含义,从环境角度来讲,可以减少温室气体的排放,减少对环境的有害因素,从另外一个方面来说,就是解决电力高负荷的一项技术。

  正如水由高处流向低处那样,热量也总是从高温区流向低温区。如同采用水泵把水从低处提升到高处一样,我们也可以采用热泵把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置,热泵的作用是从周围环境中吸取热量,并把它传递给被加热的对象。

  热泵按照逆卡诺循环原理工作,在工作时,它本身消耗一部分能量,把环境介质中贮存的能量加以挖掘,通过传热循环系统提高温度进行利用,而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分,因此采用热泵技术可以节约大量高位能源。在运行中,蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质,蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升,高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时,释放出的热量传递给储水箱中的水或空气等热媒。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器,然后再被蒸发,如此循环往复。

  压缩机用1份电,可以搬运几份的热量,这样较好理解。热泵同样遵循物理学的能量转换和守恒定律。压缩机消耗的电能,通过机械能,由摩擦做负功转换为热能,在冷凝器里散发出来。有些对热泵认识肤浅的人,往往把压缩机消耗电能与整个热泵系统转移的能量两个不同的概念混淆起来,认为有多少电就只能产生多少热量。空调(热泵的一种)都标有能效等级(一般为3~4),就是表明一度电可以搬运几倍的能量。

  热泵有四大优点,第一是节能,有利于能源的综合利用;第二是有利于环境保护;第三是冷热结合,设备应用率高,节省投资;第四是电驱动,调控比较方便,因此热泵备受大家关注,在美国等国家近几十年来快速发展。

  二、热泵技术在印刷包装领域的应用

  印刷包装车间往往需要恒温恒湿,夏天办公楼等地方也需空调制冷,而印刷涂布机需烘干,要用到热风。若把热泵制冷用于车间及办公楼,而把热泵另外一端产生的热量用于印刷涂布烘干系统,再加上热泵制冷制热有几倍的热效率,这样热泵上消耗一度电,就可实现搬运几倍热量的效果,可大大节省电费,是一种环保节能的好方案,值得大力推广。

  印刷行业用得较多的是空气能热泵热水机。空气能热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源,冷却后空气用于车间、办公楼、吹膜机等制冷;冷凝器放出热量用来加热水,用于取(供)暖或供应热水到印刷涂布机烘干系统热交换器,加热烘箱进气,整个系统集热效率甚高。

  下面为印刷包装工厂常用的加热方式年运行费用成本比较

         

  其中运行费用最低的为太阳能+热泵方式,它是通过太阳能装置加热热水,热水流经印刷机、涂布机、复合机、熟化室的热交换器,用热进水量的大小来控制烘干的温度;在没有阳光的时候,系统通过空气热泵利用空气中的热能提供热水。国内像南京兆凯等企业在太阳能+热泵应用方面已经有很多成功案例。

  三、热泵技术在涂布机上的应用

  热泵技术还可以运用到涂布机上,以达到封闭式无VOC排放且节能清洁生产的目的。

         

  图中,1为第一段烘箱,2为第二段烘箱,3为烘箱热风与蒸发器冷凝后气体的热交换器,4为热泵蒸发器,5为热泵压缩机,6为热泵节流阀,7为风管,8为热泵冷凝器。

  涂布机前段烘箱溶剂浓度较高,采用充惰性气体(如氮气、二氧化碳)形成闭式干燥系统,烘箱1排气用热泵蒸发器经过冷却析出溶剂(可循环利用),再经过压缩冷凝器加热后,热风循环利用到烘箱;后段采用传统的热风烘干方式,保证产品残余溶剂不超标。蒸发器经过冷却后气体,再与烘箱出来的热气逆向叉流做热交换(如图3所示),经烘箱排出热气预热后再通过风管7送到冷凝器加热,再送回到涂布复合机最后的烘干箱n。后面烘箱抽出来的尾气回用到前面烘箱,使总的对外排气量减少,利用热泵技术,把排气冷却后用热泵蒸发器6冷凝,回收溶剂,把排风通过热泵冷凝器8加热,再把加热后温度较高的气体送回烘箱循环利用。这样可实现无溶剂排放,既环保,又节能。

  因实际使用的有机溶剂如苯类、酯类、酮类等有机溶剂属易燃易爆物品,为提高冷凝前气体浓度,减少能耗,提高冷凝效果,保证操作生产过程的安全性,烘箱循环利用气体最好为不含氧气(或氧气浓度较低),可用氮气、二氧化碳或其混合气体等无毒经济的惰性气体来代替原来的空气。

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