Heat pump drying has a great potential for energy saving due to its high energy efficiency in comparison to conventional air drying. The heat pump dryer is usually operated at the temperature less than $50^{\circ}C$ and the drying temperature is limited to the operating temperature of the heat pump system. In order to increase the drying temperature, the special box-type heat pump dryer has been developed. The dryer uses the two-cycle heat pump system which has the two heat pump cycles for high and low temperature heating. The high temperature cycle uses the refrigerant 124 to get the temperature greater than $80^{\circ}C$ and the low temperature cycle uses the refrigerant 134a. The drying experiment has been carried out to figure out the performance of the dryer with the selected drying material.
Quality characteristics of Shiitake mushroom using two types of dryers, energy-efficient heat pump hot-air dryer and electric heater hot-air dryer were compared. Energy consumed during drying by heat pump hot-air dryer and electric heater hot-air dryer were 22.8 kWh and 28.9 kWh, respectively. Total polyphenol content of heat pump hot-air dryer and electric heater hot-air dryer after drying were $290.55{\pm}10.56ppm$ and $192.99{\pm}6.53ppm$, respectively. No differences were observed between dryers in reconstitution rate and browning ratio after drying. Also, there were no differences between dryers in color value and ${\Delta}E$ value after drying. Shiitake mushroom drying at $45^{\circ}C$ by heat pump hot-air dryer was proved to be more efficient in energy consumption than by electric heater hot-air dryer.
The drying model has been used to obtain the fundamental information required to design the heat pump dryer with the simple thermodynamic model. In the model, the input conditions are crucial to obtain the acceptable results. The model includes one-stage heat pump cycle, simple drying process using the drying efficiency. The drying efficiency is defined with the conditions of inlet and outlet in the dryer. The experiment has been carried out in the pilot dryer with one-stage heat pump cycle. Refrigerant 134a is used in the heat pump cycle. In the dryer, some of drying air flows through the heat pump system and the rest of air bypasses the heat pump system and circulates through the drying chamber. Some operating conditions from the pilot dryer are used as input conditions of the model and the results are compared with experimental results for the validation.
Heat pump drying has a great potential for energy saving due to its high energy efficiency in comparison with conventional air drying. In the present study, the performance simulation for the basic design of a heat pump dryer has been carried out. The simulation includes one-stage heat pump cycle, simple drying process using the drying efficiency. As an example, the heat pump cycle with Refrigerant 134a has been investigated. For the operating conditions such as the average temperature of the condenser, the heat rate released in the condenser, the flow rate of drying air, and drying efficiency, the simulation has been carried out to figure out the performance of the dryer. The parameters considered in the design of the dryer are COP, MER, SMER, the rate of dehumidification, the temperature and humidity of drying air and those parameters are compared for different conditions after carrying out the simulation.
Drying process, corresponding to a final process in the area of food engineering, requires a lot of heat energy. Thus, the energy efficiency is very important for dryers. Since the energy efficiency of heat pump dryers is much higher compared to that of electric dryers or other types of dryers, most of large-capacity dryers are adopting heat pump. In this study, shapes, positions and number of air-circulating fans, guide vanes, air inlet, outlet and top separator were varied for optimization of the flow of a large-capacity heat pump dryer. In addition, fans were modelled with performance curves and porous media were assumed for foods and heat exchangers. The simulation results were applied to the 12-ton dryer and the velocity distributions were experimentally examined. Finally, uniform drying in time was successfully accomplished through frozen pepper experiment.
In this study, energy performance of two types of food dryers which are electric heater and heat pump is studied experimentally. With drying chamber temperatures controlled at 45, 50 and $55^{\circ}C$, sliced radish is dried from an initial mass of 90 to final 7 kg. Moisture content, drying time, total power consumption, MER (moisture extraction rate, kg/h) and SMER (specific moisture extraction rate, kg/kWh) are measured and analyzed. As the drying chamber temperature is increased, drying time is shortened but energy efficiency is reduced for both types. For an electric heater dryer, the effect of chamber temperature on drying time is significant but less significant on energy efficiency. For a heat pump dryer, the dependence of chamber temperature on drying time is weak but strong on energy efficiency. Temperature levels have little effect on electric heater dryer performance but strong effect on heat pump dryer which operates on a vapor compression refrigeration cycle. The energy performance of the heat pump dryer is superior with an average SMER of 2.175 kg/kWh which is 2.22 times greater than that of the electric heater dryer with SMER of 1.224 kg/kWh.
The simulation of a heat pump dryer has been carried out to figure out the effect of air flow rate on the drying performance represented by MER, SMER, and so on. The simulation includes the analyses of one-stage heat pump cycle and simple drying process using the drying efficiency. The heat pump cycle with Refrigerant 134a has been considered. In the dryer, some of drying air from the drying chamber flows through the heat pump system, the rest of air bypasses the heat pump system. The two air flows joins before the drying chamber inlet. The performance parameters considered in the present study are MER, SMER, the temperature and humidity of drying air. Those parameters are compared for different total air flow rate or bypass air flow rate.
In this study, the performance characteristics of a high temperature heat pump dryer that is able to raise the air temperature up to $80^{\circ}C$ by using waste heat as heat source were investigated numerically. The main components of the heat pump dryer were modeling as a compressor, condenser, evaporator and expansion device, and R245fa was selected as refrigerant. Experiments were also conducted to validate the numerical data. As a result, when the evaporator air inlet temperature increased from $50^{\circ}C$ to $65^{\circ}C$, the numerical results of the hot air temperature at outlet and heat pump COP were about 8~11% and 5~8% higher than that of experimental ones, respectively.
A heat pump dryer for the frozen food needs to preheat the air to a certain temperature where condensation can efficiently occur. In this study, an analysis of a heat pump dryer performance with operating conditions, an analysis of supplying heat with internal and external evaporators and a warm-up experiment with the evaporators have been performed. The results showed that the external evaporator can significantly accelerate the warm-up time of the dryer, so that it can reduce power consumption greatly. The use of the external evaporator is more efficient for higher ambient temperature. In addition, it was found that COP decreases and the range of evaporating pressure for the evaporator becomes narrower as the condensing temperature of the condenser increases.
기존의 열풍건조기의 효율은 약 30% ~ 50%인 반면, 최적 설계된 열풍-열펌프 건조기 효율은 약 60% ~ 80% 수준이므로 에너지 효율향상과 에너지 절약을 이룰 수 있다. 외국의 여러 사례에서는 기존 대비 약 60% ~ 80%의 에너지를 절약할 수 있으며, 밀폐형 순환방법을 사용하여 건조공기에 포함될 수 있는 환경오염물질의 외부로의 유출을 최소화 할 수 있어 기존의 건조기에 비해서 환경문제에 적극적으로 대응할 수 있을 것을 판단된다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 가진 건조기에 적용하기 위한 고온 생산이 가능한 열펌프를 얻기 위하여 시스템의 사이클을 설계하고 시스템을 구축하여 목표 성능을 만족하는지 여부를 확인하였다. 본 연구에서는 열펌프 복합건조기 적용을 위한 고온용 열펌프 시스템을 설계하고 제작한 후, 성능평가를 수행하여 다음의 결론을 얻었다. (1) 고온생산을 위한 시스템 설계는 2사이클이 가장 우수한 것으로 나타났다. (2) 2사이클 시스템은 저단이 R134a를, 고단이 R124를 냉매로 사용할 경우 가장 적합한 것으로 나타났다. (3) 사이클 운전을 통하여 상용압력으로 간주되는 범위에서 R134a시스템은 $75^{\circ}C$, R124시스템은 $95^{\circ}C$ 생산이 가능한 것으로 나타났다. (4) 수냉식 2사이클 시스템의 성능 시험을 수행한 결과 목표성능을 상회하는 결과를 얻어 고온 생산이 가능한 열펌프 시스템의 설계 및 제작이 가능한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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