武吉梅+由磊+劉琳琳+張羽玲

干燥系統(tǒng)是凹印機(jī)最主要的耗能單元，如何提高干燥系統(tǒng)的干燥效率、保證干燥效果、降低能耗是凹印機(jī)制造企業(yè)目前關(guān)注和研究的重要課題。雖然目前干燥系統(tǒng)能滿足一定印刷速度下承印材料的干燥要求，但高速印刷下往往不能保證印品的干燥效果，特別是其帶來的高耗能、風(fēng)速分布不均、溶劑殘留等問題都亟待解決。因此，對凹印機(jī)的干燥系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，以響應(yīng)國家節(jié)能減排、綠色印刷的政策號召具有重大意義。

節(jié)能干燥系統(tǒng)工作原理及分類

1.節(jié)能干燥系統(tǒng)工作原理

凹印機(jī)的節(jié)能干燥系統(tǒng)主要為對流干燥，就是指熱氣體以對流方式將熱量傳送至承印物表面，承印物表面得到熱量后，再以傳導(dǎo)方式將熱量傳至其內(nèi)部。熱風(fēng)干燥裝置如圖1所示，新鮮空氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，經(jīng)過熱交換器將新鮮空氣加熱并由風(fēng)機(jī)通過進(jìn)風(fēng)管吹入烘箱，在烘箱單元內(nèi)熱空氣由吹嘴吹向承印物表面，烘箱中廢氣的一部分熱量經(jīng)排風(fēng)管抽出，而廢氣中的另一部分熱量經(jīng)過回風(fēng)管再回到進(jìn)風(fēng)管與新鮮空氣相混合后再次進(jìn)入熱交換器，使得廢氣中的部分熱量被循環(huán)利用。

對流干燥的節(jié)能方式有多種，歸納起來為兩方面：一是減少能量損失，提高干燥器的熱能利用率，如采取密封、保溫、熱風(fēng)循環(huán)措施等；二是強(qiáng)化干燥過程，提高干燥速率，提高生產(chǎn)效率。這兩方面的最終效果均可提高干燥裝置的熱效率。在節(jié)能工作中，往往前者的效果最明顯，多為工作的重點和主要工作對象，而后者常被忽視或遺漏，顯然這是不全面的。因此，要全面提高對流干燥技術(shù)和用能水平，必須兩者一起抓，才能取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.節(jié)能干燥系統(tǒng)分類及特點

（1）單出風(fēng)口節(jié)能干燥系統(tǒng)

圖2所示為單出風(fēng)口的節(jié)能干燥箱模型，此干燥箱只有一個進(jìn)風(fēng)口和一個出風(fēng)口，熱空氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入干燥箱，通過風(fēng)嘴將熱空氣吹向承印物，最后廢氣通過進(jìn)風(fēng)口上面的出風(fēng)口被抽出，完成干燥工作。其不足在于只有一個出風(fēng)口，需要較大的壓強(qiáng)，因此對風(fēng)機(jī)的選擇會比較困難。

（2）雙出風(fēng)口節(jié)能干燥系統(tǒng)

圖3所示為雙出風(fēng)口節(jié)能干燥箱，其與單出風(fēng)口節(jié)能干燥箱的工作原理及結(jié)構(gòu)基本相同，只是在干燥箱的下部增加一個出風(fēng)口，其優(yōu)點是解決了單出風(fēng)口風(fēng)機(jī)選擇困難的問題，因為增加一個出風(fēng)口，可以分擔(dān)出風(fēng)口抽出的廢氣的壓強(qiáng)，于是便降低了壓強(qiáng)，對風(fēng)機(jī)也有更多的選擇。

（3）雙面吹風(fēng)節(jié)能干燥系統(tǒng)

圖4所示為雙面吹風(fēng)節(jié)能干燥箱，其與單面節(jié)能干燥箱的區(qū)別在于在單面節(jié)能干燥箱的背面增加了一個小型干燥箱，這個干燥箱只有4個像孔板一樣的風(fēng)嘴，空氣全部由下面的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，一部分熱空氣由小的進(jìn)風(fēng)口通過導(dǎo)流板直接進(jìn)入上面的小型干燥箱，再由小型干燥箱的風(fēng)嘴吹向承印物的背面，使承印物能夠雙面干燥。雙面吹風(fēng)節(jié)能干燥系統(tǒng)的優(yōu)點在于可輔助干燥工作，使墨層干燥得更快、更徹底。

高速凹印機(jī)出風(fēng)口的優(yōu)化

1.單出風(fēng)口模型仿真分析

（1）建立干燥箱單出風(fēng)口的三維模型

在保證干燥箱分析要求的前提下，對其進(jìn)行適當(dāng)簡化，為了方便分析圖2干燥箱的三維建模，定義干燥箱最下部風(fēng)嘴為風(fēng)嘴1，其他風(fēng)嘴由下至上依次排列。

（2）對干燥箱單出風(fēng)口模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分

根據(jù)實際情況對其選擇適合的網(wǎng)格單元，主體采用四面體網(wǎng)格劃分方式，在適當(dāng)位置輔以六面體網(wǎng)格和楔形網(wǎng)格，在熱風(fēng)風(fēng)嘴及導(dǎo)流板附近對網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，精確捕捉熱風(fēng)流動狀態(tài)，干燥箱共劃分網(wǎng)格4256871個，將畫好網(wǎng)格的干燥箱送入Fluent軟件中進(jìn)行計算。

（3）對干燥箱單出風(fēng)口模型進(jìn)行仿真計算

圖5為單出風(fēng)口干燥箱模型在Fluent軟件中計算后得到的熱風(fēng)流場跡線圖。從這個三維流動跡線圖可以看出，干燥箱主要靠右側(cè)（即離風(fēng)口遠(yuǎn)處）回風(fēng)，在兩個風(fēng)嘴之間形成渦流，渦流以渦旋式向右運動，大部分經(jīng)由右側(cè)回風(fēng)腔被上出風(fēng)口抽出，而少部分由左側(cè)回風(fēng)腔被上出風(fēng)口抽出。經(jīng)過干燥箱時，由于承印物向上運動，出風(fēng)口將熱風(fēng)從干燥箱上部抽走，不利于油墨的干燥。

2.雙出風(fēng)口模型仿真分析

在保證干燥箱分析要求的前提下，對其進(jìn)行適當(dāng)簡化，為了方便分析如圖3干燥箱的三維建模，定義干燥箱最下部風(fēng)嘴為風(fēng)嘴1，其他風(fēng)嘴由下至上依次排列。

對改進(jìn)后的雙出風(fēng)口干燥箱模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體劃分過程與單出風(fēng)口干燥箱模型相同。接著對劃分好網(wǎng)格的雙出風(fēng)口干燥箱在Fluent軟件中進(jìn)行計算，得到圖6所示的熱風(fēng)流場跡線圖。

從圖6可以看出，干燥箱主要靠干燥箱右側(cè)（即離風(fēng)口遠(yuǎn)處）回風(fēng)，在兩個風(fēng)嘴之間形成渦流，渦流區(qū)域主要靠右側(cè)回風(fēng)，大部分熱風(fēng)從下出風(fēng)口抽出。由于承印物向上運動，增加下出風(fēng)口后，有效增加了承印物與熱風(fēng)接觸的時間，使干燥效果更好，這在高速凹印機(jī)上十分有意義。

因此，有下出風(fēng)口的干燥箱為優(yōu)化后的節(jié)能干燥箱，而且當(dāng)一個出風(fēng)口時，需較大負(fù)壓才能將內(nèi)腔外部熱風(fēng)抽出，風(fēng)機(jī)較難選擇，而增加下出風(fēng)口，將熱風(fēng)抽出的難度降低，風(fēng)機(jī)選擇方便。因此優(yōu)化改進(jìn)后的節(jié)能干燥箱能夠為印刷過程中的干燥提供更加有利的幫助。

談到節(jié)能干燥系統(tǒng)中的節(jié)約能源方面，就不得不談到近幾年來出現(xiàn)的熱泵技術(shù)。印刷干燥中主要采用高溫空氣能熱泵，其工作原理是：利用逆卡諾循環(huán)原理，通過自然能（空氣蓄熱）獲取低溫?zé)嵩?，?jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩?，用來干燥。目前，很多印刷企業(yè)已將熱泵技術(shù)運用到印刷干燥系統(tǒng)中，這對印刷過程中的節(jié)能是非常有利的。例如，陜西北人印刷機(jī)械責(zé)任公司利用高溫空氣能熱泵代替以前印刷干燥系統(tǒng)中的翅片換熱器，改變后的干燥過程中的能源消耗只是之前的60%，在減少能源消耗的同時還能夠提供穩(wěn)定的風(fēng)量，并減少了環(huán)境造成的污染，這是一個很好的技術(shù)革新。相信今后，熱泵技術(shù)會成為印刷干燥系統(tǒng)中應(yīng)用發(fā)展的主要技術(shù)。endprint