CN101703992A - 双级一体化烘干设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双级一体化烘干设备，其特征是：包括箱体(10)、烘干单元(60)和热泵装置(80)；箱体(10)包括烘箱盖(20)、底座(50)，在烘箱盖(20)内设有相互连通的烘干腔(13)与回收腔(14)；烘干单元包括风机(30)，设有进风通道(63)、排风通道(64)、出风通道(68)；风机(30)为贯流风机；热泵装置(80)包括热泵过冷器(82)、热泵冷却器(83)、中间冷却器(84)、热管换热器(95)和热泵压缩机(89)、热泵节流阀(87)、热泵冷凝器(88)、制冷压缩机(99)、制冷蒸发器(96)；制冷压缩机(99)、中间冷却器(84)、热泵压缩机(89)、热泵冷凝器(88)、热泵节流阀(87)、制冷蒸发器(96)依次相连、首尾循环。本发明适用于连续行进的薄带状物体的加工设备，具有体积小、效率高、节约能源的效果。

Description

双级一体化烘干设备

技术领域

本发明涉及双级一体化烘干设备，适用于烘干连续行进的薄带状物体(以下简称印品)，广泛应用于涂布机、复合机、印刷机、滚涂线、上胶机等类似加工设备，也可用于烘干连续传送的物品。属于印刷、涂布等烘干设备技术领域。

背景技术

目前，用于薄带状物体加工设备一般具有以下特征：印品是连续行进的薄带状物体，如塑料薄膜、薄金属板等，一般采用收放卷机构实现连续行进，并在行进的过程中连续加工。所加工的产品或产品基材表面先利用设备的转移装置覆盖一层或多层物质，如油墨、涂料、胶水等，而这些物质在转移到产品表面前出于溶解、稀释、分散的目的需要添加溶剂、水或其它液体，在转移覆盖完成后，所加工产品必须通过设备的烘箱用热风将液体成分蒸发为蒸汽带离。

理想的烘干设备必须同时能兼顾烘干质量与烘干速度，避免对环境造成污染，并且尽可能地降低能耗，降低加工设备的运行费用。

烘干速度取决于蒸发速度，影响液体蒸发速度的主要因素是温度与液体表面的蒸汽分压。当温度达到液体的沸点，液体将沸腾并快速地变为蒸汽。液体蒸发需要吸收热量，不能及时补充热量将导致蒸发速度降低。由于温度还影响蒸汽的饱和浓度，饱和浓度越高蒸汽分压越低，则蒸发速度就越快。所以热风烘干是最常用的烘干方式，热风吹拂液体表面时，即稀释了液体表面的蒸汽，降低了蒸汽分压，又传递了热量给液体，加快了蒸发速度。为获得更快的烘干速度，通常采取提高烘干温度和加大烘干风量的方式。但高温度大风量导致极高的热能消耗，并且还不利于提高烘干质量。

烘干质量主要观察液体的残余量与烘干过程对印品表面观感的影响。以塑料包装的溶剂油墨印刷为例，允许溶剂残留量极低，表面不得出现起泡脱落现象。若开始就用高温大风量烘干，油墨表层的溶剂蒸发速度大于内层溶剂迁移到表层的速度，表层油墨将迅速被烘干凝结成致密的膜，阻止内层溶剂蒸发，即表干现象，后果要么是溶剂残留导致油墨附着力不足，严重时出现脱落，要么是溶剂在内层蒸发形成气泡或冲破表层出现气孔。若烘干温度低或风量小，则烘干速度慢，印刷速度必须放慢，而且未经高温彻底烘干溶剂一定会有残留。所以，单一的烘干温度是无法兼顾速度与质量的，只有按烘干各阶段的特性来调控温度与风量，才能兼顾烘干的速度、质量、能耗。

避免对环境造成污染，则应采用循环生产方式减少或消除废气废水的产生。节能则需要规划设计设备的能源消耗方式与品位，综合采用先进的节能技术来实现。

按照现有技术，印刷机等烘干量较小的设备采用单体烘箱，由于烘箱尺寸限制一般只能采用单一烘干温度；涂布机、复合机等烘干量较大的设备，烘箱尺寸限制较小，一般采用多烘箱单元组合，每个单元有独立的进排风系统和温度控制，可以粗略地按烘干各阶段的特性来调控温度与风量。

参照图12、图13，现行印刷机烘干设备由烘箱10、热风装置40、风管、排风系统组成.烘箱10包括烘箱盖20、底座50，设有印品入口03、印品出口04.

工作时，印品00经印品入口03进入烘箱10，在支承辊52滚动支撑下行进，烘干后经印品出口04离开。新鲜空气通过新风入口01进入进风通道63，进风风门66可调整进风量，进入进风通道63的空气经加热器48加热和风机30加压及后通过出风通道68、送气口46、进气口43进入烘箱盖20内的进气腔11，经喷嘴34喷出吹扫连续行进印品00的表面，迫使液体蒸发为蒸汽与空气混合后形成废气，废气经吸气管42进入排气腔12，再经排气口44、回气口45回到热风装置40，部分经排风通道64从废气出口02排放到大气中，部分经回风通道69、回风风门67与进风通道63的新鲜空气混合，再经加热器48加热和风机30加压及后通过出风通道68、送气口46、进气口43进入烘箱盖20内的进气腔11，从而减少进入的新鲜空气量，降低加热空气的能耗。调节进风风门66与回风风门67可以改变进风、回风的流量及相互比例。

上述现行烘干设备结构复杂，由于要获得较高的喷气速度，风机30通常都采用高压离心风机，导致进气腔承受较大的压力，需要采用较厚的钢板制作，进而导致体积庞大，且气流吹扫行程短，气流量小，烘干效率低，进而制约设备运行速度的提升。由于气体同进同出，只能采用单一的烘干温度，无法满足精细的烘干工艺要求，选择低烘干温度则烘干不透，选择高烘干温度则容易出现表干现象，且能耗巨大。

作为上述烘干设备烘干性能及节能方面的改进方案，中国实用新型专利CN201214303Y公开了一种全自动循环干燥装置，包括新风进风口中设置有平衡风门，新风进风口通过一个三通管、混风箱与加热器连通，加热器的出口设置有一级风机，一级风机通过管道与一侧的烘箱连通，烘箱的出口通过管道与二级风机连通，二级风机通过管道与二级烘箱连通，烘箱的出口通过管道与另一个三通管连通，该三通管与废气排风口连通，废气排风口中设置有排废自动风门，三通管还通过设置有循环自动风门的管道接回新风进风口；在后一个烘箱的出口设置有LEL气体检测器。本实用新型在在线检测的同时可以实现节能，安全，环保的要求；是热能得到了有效的利用，节约了能源，有效地提高了印品的质量，排废符合环保的要求。

该实用新型在提升烘干性能、节能及安全方面无疑是有明显的进步，但设备复杂庞大无疑限制了应用的范围，环保方面的进步仅限于减少废热排放对减缓全球气候变暖的贡献，在溶剂废气的排放污染方面并无任何进步。

作为上述烘干设备环保方面的一种改进方案，使用活性炭或活性碳纤维对排放的废气进行吸附处理，可以将废气中大部分的有机溶剂回收，一定程度上减少了大气污染，并具有一定的经济效益。但这种改进方案还存在以下问题：1、为控制装置成本需要降低废气流量，导致爆炸隐患更加突出；2、在废气处理过程中，还要额外消耗巨大的能源，运行成本较高；3、活性炭或活性碳纤维为耗材，需要定期更换，导致成本上升并影响生产；4、脱附处理过程会产生水污染；设备复杂、体积庞大，占用较多宝贵的生产场地，并使改造工程受到较多限制；5、无助于提升产品质量及避免生产过程受环境影响。

有关教科书及相关文献出于节约能源的目的提出在烘干设备中采用冷凝回收配合闭式循环烘干的方案，此类方案在烘干水分的设备中得到了实际运用.中国专利CN101002991公开了一种闭回路的溶剂回收设备，印刷或涂装装置设一加热体的送风机供烤箱进行烘干的作业，再利用抽风机将挥发的溶剂抽至回收设备的热交换器、散热器及冷凝器进行三次降温，使挥发的溶剂进行液气分离并回收于冷凝回收槽内，而冷空气即传送至蒸发器、热交换器及其加热体的送风机进行三次加温；借此，使挥发的溶剂得以储存收集于冷凝回收槽内回收利用，进而降低溶剂的消耗，同时令挥发的气体可完全于该封闭回路中循环而防外泄之虞，以确实避免传统印刷装置所造成的水污染及空气污染，进而有效提高环保效益节省能源.

但深入分析该专利文献发现所提供的设备结构复杂，能源利用效率低下，与加工设备缺乏良好的配合，设备成本及运行费用均很高，使得该专利文献缺乏实用性。

出于环保的目的，欧美等多个国家严格限制有机溶剂蒸汽的排放，行业目前以发展采用水性油墨、水性涂料等无溶剂的加工方案及设备为努力方向，但水始终无法与有机溶剂优良的溶解、稀释能力相媲美，采用水性油墨、水性涂料加工的产品色彩质量较差，材料及设备均比较昂贵，且烘干所需能耗更大。而涂布机、干式复合机、凹版印刷机、金属板滚涂线等类似加工设备及所加工产品均是涉及面宽广的传统行业，所以，需要找到符合循环经济、清洁生产，到能兼顾环保、安全、节能、品质及经济效益的的解决方案，保障行业得以持续健康地发展，这也是本发明期望承担的社会责任。

综上所述，现行烘干设备具有以下缺点：1、烘干气体同进同出，难以满足烘干工艺要求。2、气流吹扫行程短，气流量小，烘干效率低，箱体过长，控制难度大。3、热量利用效率低，能耗过大，运行费用高。4、风道复杂接口多，气体易泄漏，风机噪音大，环保性差。5、结构复杂、庞大笨重、耗费大量钢材，制造成本高。6、安装运输麻烦、费用高，占用厂房空间大。7、有机溶剂对人体和环境有害，直接排放导致污染。8、废气中存在极有经济价值的有机溶剂及大量的热量，不能化废为宝导致生产消耗过高，加工效益下降。9、为减少加热空气的能耗就需要减少新鲜空气的流量，但会导致有机蒸汽的浓度超过爆炸极限发生爆炸事故，存在严重的安全隐患。10、大量采用自然空气，使加工生产受制于气候环境，在环境气温较低时，加热所需能耗巨大，甚至无法满足烘干需要导致停产。11、自然空气中的尘埃影响产品的加工质量。

发明内容

本发明的目的，是为了提供一种双级一体化烘干设备，适用于薄带状物体加工设备，能克服现行烘干设备的大部分缺点，具有结构紧凑、性能优越、灵活多变、节能环保的特点。

本发明的目的可以通过如下技术方案达到：

双级一体化烘干设备，包括烘箱、热泵装置，其结构特点是：

1)所述烘箱包括烘箱盖、底座，设有印品入口、印品出口；

2)烘箱盖内设有烘干腔、回收腔和烘干单元；所述烘干腔与回收腔两端相互连通、构成内部循环烘干的气体通道，烘干单元包括风机，安装在烘干腔中；风机为贯流风机、包括贯流叶轮；

3)热泵装置包括热泵压缩机、热泵节流阀、热泵冷凝器、中间冷却器、制冷压缩机、制冷节流阀和制冷蒸发器，构成双级压缩热泵系统；热泵冷凝器安装在烘干腔中，制冷蒸发器安装在回收腔中，构成烘干回收功能一体化的烘干设备。

一种较佳的方案是：所述热泵装置包括热泵过冷器、热泵冷却器、中间冷却器、热管换热器和热泵压缩机、热泵节流阀、热泵冷凝器、制冷压缩机、制冷蒸发器；热泵冷凝器安装在烘干腔中，制冷蒸发器安装在回收腔；制冷压缩机、中间冷却器、热泵压缩机、热泵冷凝器、热泵节流阀、制冷蒸发器依次相连、首尾循环；热泵过冷器、热泵冷却器安装在烘干腔中；热管换热器包括冷凝段与蒸发段，热管换热器安装在回收腔中，其中蒸发段在下方，冷凝段在上方；制冷蒸发器置于热管换热器的蒸发段与冷凝段之间.

风机采用横向送风的贯流风机，使烘干单元内置于烘箱盖中，突破了传统设备的限制，使结构变得简单紧凑，烘干工艺得到完善，烘干效果得到显著提高；

热泵冷凝器安装在烘干腔中用于加热空气进行烘干，制冷蒸发器安装在回收腔中用于回收潜热及冷凝溶剂蒸汽，同时获得节能与环保的效果。

本发明所采用的热泵装置是双级热泵系统，可以使用包括一级节流、二级节流、中间完全冷却、中间不完全冷却、中间不冷却等技术方案。

热泵压缩机(常称为高压压缩机)与制冷压缩机(常称为低压压缩机)可以是两台完全独立的压缩机，也可以是装在同一机壳内，使用同一驱动电机，仅压缩部分分开的单机双级压缩机。

热泵各部件间通过铜管相连，实际的多级热泵系统通常还会包括回热器、储液器、汽液分离器、油分离器、液镜、截止阀等配件，均属公知技术，本发明出于简化说明书的目的，未详细加以描述，并不影响本发明的完整性。

本发明的目的还可以通过如下技术方案达到：

本发明的一种实施方案是：所述烘箱盖还包括外罩部件、隔板部件、框架部件；烘干腔由隔板部件、框架部件与底座围成，回收腔由隔板部件、框架部件与外罩部件围成。

本发明的一种实施方案是：所述热泵装置还包括热泵冷却器，热泵冷却器连接在热泵压缩机与热泵冷凝器之间，热泵冷却器安装在烘干腔中。

热泵压缩机排出压缩气体中包含显热和潜热，显热体现为排气温度高于冷凝温度，显热的热值小但品位高，显热在热泵系统中通常占总制热量的20％～35％，排气温度可高达130℃。采用热泵冷却器的目的在于区别使用显热与潜热，可以在不提高冷凝温度的情况下，获得介于冷凝温度与排气温度之间的最高烘干温度。印刷机需求的最高烘干温度一般高于80℃，而热泵经济可靠运行时的冷凝温度一般不超过65℃，采用热泵冷却器配合风量的控制可满足最高烘干温度的需求，而不必牺牲系统运行的经济性或压缩机寿命。

本发明的一种实施方案是：所述热泵装置还包括热泵过冷器，热泵过冷器连接在热泵冷凝器与热泵节流阀之间，热泵过冷器安装在烘干腔中。

热泵过冷器用于释放饱和冷凝液的热量，使工质液体过冷而提升制冷制热系数，同时减缓烘干气体的温度下降速度。

本发明的一种实施方案是：所述热泵装置还包括热管换热器，热管换热器包括冷凝段与蒸发段；热管换热器安装在回收腔中，其中蒸发段在下方，冷凝段在上方；制冷蒸发器置于热管换热器蒸发段与冷凝段之间。

热管换热器用于回收冷凝处理前烘干气体中的显热，升温冷凝处理后的气体，减少低温级制冷需求，提高综合能效比，使热泵装置能灵活适应烘干热量需求。

本发明的一种实施方案是：所述热泵装置包括热泵过冷器、热泵冷却器、中间冷却器、热管换热器，制冷压缩机、中间冷却器、热泵压缩机、热泵冷凝器、热泵节流阀、制冷蒸发器、制冷压缩机依次相连；热泵过冷器、热泵冷却器安装在烘干腔中；热管换热器包括冷凝段与蒸发段，热管换热器安装在回收腔中，其中蒸发段在下方，冷凝段在上方；制冷蒸发器置于热管换热器蒸发段与冷凝段之间.

本实施例提供了一种带有热管提高性能的一级节流、中间完全冷却的双级热泵系统，能在较高的能效比下实现系统总蒸发温度与总冷凝温度差值达到130K得效果，使本发明所提供烘箱能高效地完成烘干与溶剂回收的双重任务。

所提供热泵装置的独特之处在于采用了热管换热器用于回收冷凝处理前烘干气体中的显热，升温冷凝处理后的气体，减少了低温级制冷需求，提高了综合能效比，拓宽了热泵装置对烘干需求的适应性。

本发明的一种实施方案是：

1)所述烘箱盖包括至少六个烘干单元，所述送风单元设有进风通道、排风通道、出风通道；所述至少个烘干单元沿印品入口向印品出口方向前后顺序排列，前一烘干单元的进风通道与后一烘干单元的排风通道相连；

2)烘箱沿印品入口向印品出口方向设有低温段、中温段、高温段、冷却段；低温段包括烘干单元和热泵过冷器，中温段包括热泵冷凝器和至少二个烘干单元，高温段包括热泵冷却器和至少二个烘干单元，冷却段包括烘干单元。

本实施例的进步之处在于采用了逆向送风烘干方式，并按完善的烘干工艺需求配置了烘箱内的烘干加热器，实现了热泵冷凝器与热泵冷却器及热泵过冷器的不同用途，采用冷却段回收热量实现了进一步的节能与工艺完善。

本发明的一种实施方案是：所述烘箱盖包括新风板、进风风门、回风风门；高温段包括新风板和进风风门，冷却段与中温段之间设新风通道，所述新风通道由新风板与隔板部件围成。

本实施例的目的在于提供一种区别使用显热与潜热的具体方法，进风风门与热泵冷却器配合可以获得烘干工艺所需的最高烘干温度。新风通道的设立改善了热泵冷凝器的换热效率，使热泵装置能获得更高的能效比。

在更多的烘干单元增设进风风门可以获得更精细的温度控制效果，但会导致控制过程过于复杂，影响系统的稳定性并增加制造成本。

本发明的一种实施方案是：所述框架部件包括入口横梁、后横梁、左墙板、右墙板；所述左墙板、右墙板设通风孔；所述风机还包括导流板、稳流板；所述隔板部件、新风板、导流板、稳流板、贯流叶轮、进风风门、回风风门均装配在左墙板和右墙板上。

本实施例的目的在于提供一种完整简洁的装配结构方案，同时给出了利用通风孔改善传动装置工作条件及减少烘箱对外散热的解决方案，还给出了利用贯流叶轮的非对称设置实现底座内气体流动，提高换热系数的方法。

本发明的一种实施方案是：所述热泵装置还包括热泵机箱和控制装置，控制装置、中间冷却器、热泵压缩机、制冷压缩机安装在热泵机组箱中；所述热泵节流阀是电磁膨胀阀，所述热泵压缩机为变频压缩机；所述进风风门、回风风门为由步进电机驱动的电动风门；所述热泵节流阀、进风风门、回风风门的控制输入端连接控制装置控制输出端。

本发明使所述烘干设备能自动适应烘干需求变化，使烘干设备具有更好的性能。

本发明内容的特别之处在于热泵采用近卡诺循环工质，省却了中间冷却器，使系统更简单高效.

本发明的有益效果是：

1、本发明首先将原来外置的进风风机、加热器和风道化整为零，采用小巧的风机内置于烘箱盖中，通过内部灵巧的风道替代原来结构复杂且功能单一的风道，取得结构紧凑、节省空间和减少材料耗用的效果，并实现闭式循环，为溶剂冷凝回收装置提供合适的安装空间。在结构改良的基础上，采用多级热泵系统满足烘干制热需求及冷凝回收制冷需求。通过气流流向、加热量、气流量的分级配置，获得精细的烘干工艺适应能力，达到提高烘干质量和降低能耗的目标；通过分品位利用热泵提供热能获得较高的热泵能效系数，避免或减少利用高品位热能；再进一步改变废气冷凝回收流程，提高制冷系数，扩大热泵的适用范围。利用回收过程产生的冷空气回收热量、改善设备工作环境、减少设备对外散热。最后，达到零废气排放、节能60％以上的节能减排目标。

2、本发明提供的烘干设备不但结构较传统设备大大简化，设备占地面积大幅减少，制造成本与安装运输费用显著下降，而且烘干性能显著提升，印品免受环境中粉尘污染，还能实现零废气排放、全部溶剂回收、能源消耗减少60％以上，其社会效益与经济效益十分显著。

3、本发明用于烘干连续行进的薄带状物体(以下简称印品)，主要运用于印刷机、复合机的烘干设备等类似加工设备。受本发明启发并以此为基础，本领域技术人员能对现行产品的设计进行各种改良。

附图说明

图1为本发明具体实施例1的烘箱剖面示意图。

图2为本发明具体实施例1的烘箱盖主体结构剖面示意图。

图3为本发明具体实施例1的烘箱送风系统剖面示意图。

图4为本发明具体实施例1的烘箱加热系统剖面示意图。

图5为本发明具体实施例1的烘箱盖右侧视图。

图6为本发明具体实施例1的烘箱未装配外罩部件主视图。

图7为本发明具体实施例1的烘箱盖左侧视图。

图8为本发明具体实施例1的热泵机箱结构示意图。

图9为本发明具体实施例1的热管换热器示意图。

图10为本发明具体实施例2的烘箱盖剖面示意图。

图11为本发明具体实施例2的烘箱未装配外罩部件主视图。

图12为现行印刷机烘干设备烘箱结构示意图。

图13为现行印刷机烘干设备热风装置结构示意图。

具体实施方式

具体实施例1：

图1至图9构成本发明的具体实施例1。

本实施例是适用于溶剂型印刷机的烘干设备。

图1至图8提供了本实施例所述烘干设备的详细结构，图9提供了本发明所提供的热管换热器示意图.

各附图中部件名称与附图标记的对应关系如表1所示。

表1：部件名称与附图标记对应表

00——印品      10——烘箱        20——烘箱盖01——新风入口  11——进气腔      21——外罩部件02——废气出口  12——排气腔      22——隔板部件03——印品入口  13——烘干腔      23——框架部件04——印品出口  14——回收腔      24——前横梁16——低温段      25——后横梁17——中温段      26——左墙板18——高温段      27——右墙板19——冷却段      28——新风板29——通风孔30——风机      40——热风装置    50——底座31——导流板    41——循环单元    51——底座壳体32——稳流板    42——吸气管      52——支承辊33——贯流叶轮  43——进风口34——喷嘴      44——排风口      70——控制装置38——风机电机  45——回风口39——传动皮带  46——送风口47——风机机箱48——加热器49——机架60——烘干单元  80——热泵装置    93——集液器61——送风通道  81——热泵机箱    95——热管换热器62——新风通道  82——热泵过冷器  96——制冷蒸发器63——进风通道  83——热泵冷却器  99——制冷压缩机64——排风通道  84——中间冷却器66——进风风门  87——热泵节流阀67——回风风门  88——热泵冷凝器68——出风通道  89——热泵压缩机69——回风通道

如图1、图2所示，烘箱10包括烘箱盖20、底座50，设有印品入口03、印品出口04。

底座50包括底座壳体51和支承辊52。印品00从印品入口03进入，在支承辊支撑下接受烘干单元的风力吹扫，烘干后由印品出口04离开烘箱10。

烘箱盖20包括外罩部件21、隔板部件22、框架部件23、九个烘干单元60A～60I、1个循环单元41，设有烘干腔13、回收腔14；烘干腔13由隔板部件22、框架部件23与底座50围成，回收腔14由隔板部件22、框架部件23与外罩部件21围成，烘干腔13与回收腔14两端相互连通，形成内部循环烘干的气体通道。

如图3所示，烘干单元60包括风机30，设有进风通道63、排风通道64、出风通道68，烘干单元60安装在烘干腔13中；风机30是贯流风机，包括导流板31、稳流板32、贯流叶轮33.烘箱盖20还包括安装在烘干腔13中的循环单元41，循环单元41包括风机30和回风风门67，循环单元41能克服回收通道风阻保证总循环风量，能避免烘干气体从印品入口03外泄，能根据烘干需求调整回风风门67改变总循环风量.

九个烘干单元60沿印品入口03向印品出口04方向前后顺序排列，前一烘干单元60的进风通道63与后一烘干单元60的排风通道64相连，如图中所示64E与63F相连。

采用横向送风的贯流风机，使烘干单元60内置于烘箱盖20中，突破了传统设备的限制，使结构变得简单紧凑，烘干工艺得到完善，烘干效果得到显著提高。

本实施例中热泵装置80由依次相连的制冷压缩机99、中间冷却器84、热泵压缩机89、热泵冷凝器88、热泵节流阀87、制冷蒸发器96、制冷压缩机99组成，是采用一级节流中间不完全冷却的双级热泵系统，能在较高的能效比下实现系统总蒸发温度与总冷凝温度差值达到130K的效果，使本实施例所提供烘箱能高效地完成烘干与溶剂回收的双重任务。

热泵过冷器82、热泵冷却器83、热泵冷凝器88、热管换热器95、制冷蒸发器96均为铜管套铝翅片的热交换器。

热泵冷凝器88、热泵冷却器83、热泵过冷器82安装在烘干腔13中，制冷蒸发器96、热管换热器95安装在回收腔14中，在制冷蒸发器96的下方设有集液器93，收集冷凝成液体的溶剂，通过回收管路流到设备外集中的溶剂容器中。

热管换热器95的结构及于制冷蒸发器96之间的关系如图9所示，热管换热器95包括冷凝段95a、蒸发段95b、液管95c、气管95d，蒸发段95b在下方，冷凝段95a在上方，制冷蒸发器96安装在两者之间。蒸发段95b吸收流经气体的热量后，其中的液体工质蒸发为气体，气体在压力驱动下经气管95d进入冷凝段95a，冷凝段95a向流经的低温气体释放热量，其内部的工质蒸汽被冷凝成液体，在重力作用下经液管95c流回蒸发段95b，如此循环实现换热目的。蒸发段95b用于回收冷凝处理前烘干气体中的显热，冷凝段95a用于升温冷凝处理后的气体，热管换热器95减少了低温级制冷需求，提高了综合能效比，拓宽了热泵装置80对烘干需求的适应性。

热泵压缩机89排出压缩气体中包含显热和潜热，显热体现为排气温度高于冷凝温度，显热的热值小但品位高，显热在热泵系统中通常占总制热量的20％～35％，排气温度可高达130℃。采用热泵冷却器83的目的在于区别使用显热与潜热，可以在不提高冷凝温度的情况下，获得介于冷凝温度与排气温度之间的最高烘干温度。印刷机需求的最高烘干温度一般高于80℃，而热泵经济可靠运行时的冷凝温度一般不超过65℃，采用热泵冷却器83配合风量的控制既可满足最高烘干温度的需求，而不必牺牲运行的经济性或压缩机寿命。

如图4所示，烘箱10沿印品入口03向印品出口04方向设有低温段16、中温段17、高温段18、冷却段19。

低温段16包括烘干单元60H、60I和热泵过冷器器82H、82I。中温段17包括烘干单元60E、60F、60G和热泵冷凝器88E、88F、88G，高温段18包括烘干单元60B、60C、60D和热泵冷却器83B、83C、83D，冷却段19包括烘干单元60A。

系统采用逆向送风烘干方式分段烘干，利用热泵冷凝器88、热泵冷却器83、热泵过冷器82实现不同烘干温度，按完善的烘干工艺需求配置了烘箱10内的烘干加热器，采用冷却段回收热量实现了进一步的节能与工艺完善.

高温段18设有新风板28和进风风门66，冷却段19与中温段17之间设新风通道62，所述新风通道62由新风板28与隔板部件22围成。进风风门66与热泵冷却器83配合可以获得烘干工艺所需的最高烘干温度。新风通道62的设立改善了热泵冷凝器88的换热效率，使热泵装置80能获得更高的能效比。

如图5～图7所示，烘箱盖20还包括风机电机38和传动皮带39，风机电机38安装在回收腔14中，通过传动皮带39带动所有风机30。风机电机38安装在回收腔14中能降低风机电机38的工作温度并回收其散发的热量。

框架部件23包括前横梁24、后横梁25、左墙板26、右墙板27。

左墙板26、右墙板27设有装配孔，隔板部件22、新风板28、导流板31、稳流板32、贯流叶轮33、进风风门66、回风风门67、热泵冷却器83、热泵冷凝器88均通过弯角件装配在左墙板26和右墙板27上，这是一种简洁的标准化装配结构方案。

左墙板26、右墙板27设有通风孔29，每侧包括与新风通道62相通的两个大孔，供温度较低的气体流出；还包括与中低温段烘干单元进风通道63相通的5个小孔，供低温气体流入。低温气体在左右墙板与外罩部件之间形成的气流通道流动，既起到防止烘箱10对外散热，又避免轴承等转动部件温度过高。

如图6中33J所示，贯流叶轮33左侧叶轮边缘距左墙板26距离与右侧叶轮边缘距右墙板27距离的差值为33毫米，贯流叶轮33的非对称设置实现底座50内气体流动，提高了印品00与烘干气体的换热系数。

如图8所示，热泵装置80还包括热泵机箱81和控制装置70，热泵压缩机89、控制装置70、制冷压缩机99、中间冷却器84安装在热泵机组箱81中。热泵节流阀87就近安装在烘箱盖20中，热泵装置80的各部件通过铜管连接。

本实施例中，热泵节流阀87是电磁膨胀阀，热泵压缩机89是变频压缩机；进风风门66、回风风门67均为步进电机驱动的电动风门；控制装置70包含温度传感器和溶剂浓度传感器，传感器均安装在烘箱盖20中；热泵节流阀87、进风风门66、回风风门67均受控制装置70的控制。本实施例所提供烘干设备能自动适应烘干需求变化。

沿印品00行进方向的烘干过程如下：

印品00从印品入口03进入，在支承辊支撑下接受烘干单元的风力吹扫。进入烘箱10后，首先接受烘干单元60I与循环单元41形成的推挽气流吹扫，气体在温度35℃左右，其中溶剂蒸汽浓度较高，印品00上溶剂部分蒸发混入气体中，饱含溶剂蒸汽的气体被循环单元41送入回收腔14；

印品00依次经过烘干单元60H、60G、60F、60E，烘干气体温度分别为45℃、50℃、55℃、60℃左右，在此期间，印品上80％以上的溶剂蒸发，印品00的温度上升。

印品00进入烘干单元60D、60C、60B接受高温吹扫，各单元烘干气体温度大约为70℃、75℃、80℃。高温吹扫使残留的溶剂完全蒸发，印品00的温度继续上升。

印品00进入烘干单元60A接受大约20℃的低温气体吹扫，气体与印品00的温差较大，换热强度相对较高，换热后气体温度上升到大约28℃，印品00被冷却降温后从印品出口04离开烘箱10，完成烘干过程。

沿烘干气体流动方向的工作过程如下：

下述过程是在溶剂为醋酸乙酯，总溶剂烘干量5g/s的情况下。

20℃左右、溶剂蒸汽浓度为0.26％(vol，体积百分数，下同)的气体进入烘干单元60A，经循环吹扫印品00后升温到25℃左右，溶剂蒸汽浓度基本上无变化。

经进风风门66分配，气体分两路分别进入高温段18和中温段17。

进入高温段的新风流量很小，其中部分流入烘干单元60B被热泵冷却器83加热到80℃或更高。被60B加热后的部分气体与未流进60B的新风混合后流经60C，部分被60C吸入并加热到75℃左右，同样，被60C加热后的部分气体与未流进60C的混合气体再混合后流进60D，经60D循环加热升温到70℃左右，部分排出与新风通道62中的气体混合进入中温段17。由于在高温段烘干蒸发的溶剂量不大，混合新风后气体中溶剂蒸汽的浓度只是略有提高，大约在0.3％左右。

进入中温段的气体在热泵冷凝器88的加热下，温度在55～60℃间，在此期间溶剂大量蒸发，气体中溶剂蒸汽浓度上升到0.5％左右，溶剂蒸发及印品00温度上升吸收了热泵冷凝器88施放的热量，使气体进入低温段后的温度下降到45℃左右，在低温段，虽然温度较低，印品00上溶剂的暴露面积大，所以蒸发速度也很快，热泵过冷器释放热量减缓温度的下降。气体中溶剂的浓度最后上升到0.7％左右，相当于爆炸极限下限LEL2.2％的30％。

经循环单元41送入回收腔14的气体温度大约在35℃左右，经热管换热器95的蒸发段95b回收部分显热后降温后进入制冷蒸发器96继续降温。制冷蒸发器96的蒸发温度为-40℃，末段有一定过热度，目的在于改善制冷压缩机的工作条件。气体在制冷蒸发器96中逆向换热，其中的溶剂蒸汽不断被冷凝成液体流进集液器93，气体最后降温到-35℃左右，溶剂蒸汽的浓度降低到此温度下的饱和浓度0.26％。随后，气体进入热管换热器95的冷凝段95a逆向换热升温到20℃左右，离开回收腔14进入烘干腔13完成烘干气体循环的过程。

由于溶剂蒸发的潜热及气体加热的显热均被回收利用，本实施例所提供烘干设备10压缩机和风机消耗的功率，应等于设备对环境散热和印品00升温所消耗的热能。由于烘箱盖20采用低温新风环绕的保温措施，大多数情况下不但不会向环境散热，还会从环境中吸收热量，底座50若采取简单的保温隔热措施，烘干设备与环境之间应基本上达成热平衡，吸收热量的主体是印品00。由于增加了冷却段回收印品00的热量，且受换热系数、换热面积及换热时间的限制，印品00吸收的热量非常有限，即使在工作环境温度低至0℃的极端情况下，1.3米宽度的印刷单元使用本实施例所提供烘箱所需烘干电力只有5kw左右，与现行烘干设备相比，节能高达80％。在极端情况下，传统设备无法满足烘干的需求，在北方的冬季表现尤为突出。

具体实施例2：

本实施例是适用于极端情况下运行的溶剂型印刷机的烘干设备。

图10、图11为本发明具体实施例2的附图，体现本实施例与具体实施例1的不同之处在于：

利用风机电机38直连驱动的风机30K作为循环单元41，回风风门相应移动。

风机30K采用大口径贯流叶轮33K以加强循环风力。

加长烘箱盖20，增加低温段16烘干单元60J，加大了有效烘干面积。

用加热器48替代第一实施例中的热泵冷却器83B，所述加热器48是PTC电加热器，使用加热器48可以产生超过100℃的热风，满足印刷机的极端需求。

在正常情况下，高温加热器可以不启动，烘干单元60B变成高温段18的预热单元，用印品00的热量提高进入高温段气体的温度，获得印品00更好的冷却效果，使设备更加节能。

热泵采用以R123为主要成分的近卡诺循环二元混合工质，省却了中间冷却器84；热管换热器95采用3级嵌套增强了换热效果，进一步减低了低温制冷需求，同时制冷压缩机99、热泵压缩机89采用二合一的单机双级压缩机，使低压级回气温度低导致润滑条件变差的问题得到缓解，避免了增加回热器，使系统更简单高效。

采取以上措施的目的在于增强烘干设备的烘干能力，满足高速印刷及极端环境的需求。

其余各组成部分及工作过程与具体实施例1相同或相似，在此不再赘述。

本发明最显著的进步之处在于烘干性能好、零废气排放、全溶剂回收、低能源消耗、低噪声污染、小占地面积、易运输安装，本发明能带来较大的社会效益与经济效益。

Claims (10)

1.双级一体化烘干设备，包括烘箱(10)、热泵装置(80)，其特征是：

1)所述烘箱(10)包括烘箱盖(20)、底座(50)，设有印品入口(03)、印品出口(04)；

2)烘箱盖(20)内设有烘干腔(13)、回收腔(14)和烘干单元(60)；所述烘干腔(13)与回收腔(14)两端相互连通、构成内部循环烘干的气体通道，烘干单元(60)包括风机(30)，安装在烘干腔(13)中；风机(30)为贯流风机、包括贯流叶轮(33)；

3)热泵装置(80)包括热泵压缩机(89)、热泵节流阀(87)、热泵冷凝器(88)、中间冷却器(84)、制冷压缩机(99)、制冷节流阀(97)和制冷蒸发器(96)，构成双级压缩热泵系统；热泵冷凝器(88)安装在烘干腔(13)中，制冷蒸发器(96)安装在回收腔(14)中，构成烘干回收功能一体化的烘干设备。

2.根据权利要求1所述的双级一体化烘干设备，其特征是：烘箱盖(20)还包括外罩部件(21)、隔板部件(22)和框架部件(23)；所述烘干腔(13)由隔板部件(22)、框架部件(23)与底座(50)围成，所述回收腔(14)由隔板部件(22)、框架部件(23)与外罩部件(21)围成。

3.根据权利要求1或2所述的双级一体化烘干设备，其特征是：所述热泵装置(80)还包括热泵冷却器(83)，热泵冷却器(83)连接在热泵压缩机(89)与热泵冷凝器(88)之间，热泵冷却器(83)安装在烘干腔(13)中。

4.根据权利要求1或2所述双级一体化烘干设备，其特征是：所述热泵装置(80)还包括热泵过冷器(82)，热泵过冷器(82)连接在热泵冷凝器(88)与热泵节流阀(87)之间，热泵过冷器(82)安装在烘干腔(13)中。

5.根据权利要求1或2所述的双级一体化烘干设备，其特征是：所述热泵装置(80)还包括热管换热器(95)，热管换热器(95)包括冷凝段(95a)与蒸发段(95b)；热管换热器(95)安装在回收腔(14)中，其中蒸发段(95b)在下方，冷凝段(95a)在上方；制冷蒸发器(96)置于热管换热器(95)蒸发段(95b)与冷凝段(95a)之间。

6.根据权利要求1所述的双级一体化烘干设备，其特征是：

1)所述热泵装置(80)包括热泵过冷器(82)、热泵冷却器(83)、中间冷却器(84)、热管换热器(95)，制冷压缩机(99)、中间冷却器(84)、热泵压缩机(89)、热泵冷凝器(88)、热泵节流阀(87)、制冷蒸发器(96)、制冷压缩机(99)依次相连；

2)热泵过冷器(82)、热泵冷却器(83)安装在烘干腔(13)中；

3)热管换热器(95)包括冷凝段(95a)与蒸发段(95b)，热管换热器(95)安装在回收腔(14)中，其中蒸发段(95b)在下方，冷凝段(95a)在上方；

4)制冷蒸发器(96)置于热管换热器(95)蒸发段(95b)与冷凝段(95a)之间。

7.根据权利要求6所述的双级一体化烘干设备，其特征是：

1)所述烘箱盖(20)包括至少六个烘干单元(60)，所述送风单元(60)设有进风通道(63)、排风通道(64)、出风通道(68)；所述至少(6)个烘干单元(60)沿印品入口(03)向印品出口(04)方向前后顺序排列，前一烘干单元(60)的进风通道(63)与后一烘干单元(60)的排风通道(64)相连；

2)烘箱(10)沿印品入口(03)向印品出口(04)方向设有低温段(16)、中温段(17)、高温段(18)、冷却段(19)；低温段(16)包括烘干单元(60)和热泵过冷器(82)，中温段(17)包括热泵冷凝器(88)和至少二个烘干单元(60)，高温段(18)包括热泵冷却器(83)和至少二个烘干单元(60)，冷却段(19)包括烘干单元(60).

8.根据权利要求7所述的双级一体化烘干设备，其特征是：所述烘箱盖(20)包括新风板(28)、进风风门(66)、回风风门(67)；高温段(18)包括新风板(28)和进风风门(66)，冷却段(19)与中温段(17)之间设新风通道(62)，所述新风通道(62)由新风板(28)与隔板部件(22)围成。

9.根据权利要求8所述的双级一体化烘干设备，其特征是：

1)所述框架部件(23)包括入口横梁(24)、后横梁(25)、左墙板(26)、右墙板(27)；

2)所述左墙板(26)、右墙板(27)设通风孔(29)；

3)所述风机(30)还包括导流板(31)、稳流板(32)；

4)所述隔板部件(22)、新风板(28)、导流板(31)、稳流板(32)、贯流叶轮(33)、进风风门(66)、回风风门(67)均装配在左墙板(26)和右墙板(27)上。

10.根据权利要求7或8所述的双级一体化烘干设备，其特征是：

1)所述热泵装置(80)还包括热泵机箱(81)和控制装置(70)，控制装置(70)、中间冷却器(84)、热泵压缩机(89)、制冷压缩机(99)安装在热泵机组箱(81)中；

2)所述热泵节流阀(87)是电磁膨胀阀，所述热泵压缩机(89)为变频压缩机；

3)所述进风风门(66)、回风风门(67)为由步进电机驱动的电动风门；

4)所述热泵节流阀(87)、进风风门(66)、回风风门(67)的控制输入端连接控制装置(70)控制输出端。

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