CN101762141A - 一种热泵与转轮联合的干燥装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热泵与转轮联合的干燥装置,包括依次连接的物料干燥室(1)、蒸发器(6)、除湿转轮(7)、主冷凝器(3)和循环风机(10);主冷凝器(3)与循环风机(10)连接的管路上设有混合阀(14),除湿转轮(7)连接到主冷凝器(6)的管路上设有温控分流阀(13),温控分流阀(13)通过管路连接到混合阀(14),混合阀(14)出口处设有温度传感器(15),温度传感器(15)输出端与温控分流阀(13)连接。还包括热泵和转轮再生装置。本发明的干燥装置,可以大大降低干燥介质的湿度,实现物料的深度干燥同时提高了干燥速度,降低干燥能耗;通过调节干燥介质两股气流的流量调节干燥介质的温度,在热泵运行参数固定的情况下,实现不同物料或同一物料在不同干燥阶段不同干燥温度的要求。

Description

一种热泵与转轮联合的干燥装置
技术领域
[0001] 本发明涉及适用化工、能源、食品,农业等行业的中低温干燥装置,具体涉及一种
热泵与转轮联合的干燥装置。 背景技术
[0002] 干燥广泛应用国民经济各个领域,同时也是耗能较大的工艺过程,在发达国家,大 约10%的燃料用于干燥。在传统的干燥设备中,对流干燥以其结构简单、操作方便、适应性 强得到普遍应用,是目前生产中使用最多的一种干燥设备。对流干燥的缺点是热效率很低, 一般只有30%〜60%。
[0003] 热泵是一种本身消耗一部分能量从低温热源吸取热能,使其在高温度下放出可利 用热量的装置。采用热泵技术来对物料进行干燥是近期发展起来的一种节能效果明显而又 切实可行的新方法,和常规的对流干燥相比,热泵干燥具有节能、干燥产品质量高、干燥温 度范围较宽、干燥速度快、环境友好等等优势。近几年来热泵技术得到广泛的应用和发展, 涉及木材、种子、果蔬、药材等领域。美国1950年取得热泵干燥的专利权。法国在1970〜 1977年间安装近千台热泵木材干燥装置,到1980年大约有3千家木材干燥厂采用热泵干燥 技术。日本从60年代开始研究热泵干燥技术,到1987年已有各种热泵干燥装置3千套左 右,现有12%的干燥装置采用热泵干燥技术。加拿大的安大略省45%的木材采用热泵干燥 技术,节能达60%。
[0004] 但是对于热泵系统,当干燥介质的相对湿度很低时,制冷剂的蒸发温度有可能低 于零度,这样蒸发器表面将有结冻危险;随着蒸发温度的降低,系统的COP将显著降低,导 致系统的节能性大大降低;热泵干燥气流相对湿度的调节范围在15〜80%,可见热泵干燥 方式不适合用于物料的深度干燥。而且热泵干燥由于冷凝介质的限制,干燥温度一般固定, 难以实现同一物料不同干燥阶段不同温度的要求。
[0005] 转轮除湿机是一种干式除湿设备。主要是利用除湿剂的亲水性来吸收空气中的水 分成为结晶水,而不变成水溶液。因而不会腐蚀设备,也不需要补充吸湿剂。而且由于某些 除湿剂(例如氯化锂)具有强烈的杀菌作用。转轮除湿机对于低温高湿空气除湿效率最高 可达75%,适用于深度除湿。目前的应用主要有两个方面,一是用于低温于热敏性物料的干 燥。干燥制品原色原味、营养损失小、复水效果好。二是应用于中央空调系统,与冷冻除湿 相结合,处理循环空气。但两种情况下,转轮除湿机进、出口的空气都需要换热器冷却,导致 系统能耗增大,对于没有条件采用余热再生的系统,能耗增大幅度更大。这就限制了转轮除 湿机的应用范围,尤其在物料干燥方面的应用。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种热泵与转轮联合的干燥装置, 结合了热泵高温除湿节能与除湿转轮能进行深度除湿的优势,与热泵干燥系统相比,克服 了干燥介质含湿量很小时系统蒸发器表面结霜的危险;在干燥温度相同时,可以得到相对湿度更小的干燥介质,提高了物料干燥速度,同时可以实现物料的深度干燥;通过气流的混 合调节干燥介质的温度,可以方便实现同一物料在不同干燥阶段不同温度的要求。与转轮 低温干燥相比,充分回收了热泵工质的热量,使转轮除湿机在没有余热利用的情况下,降低 了再热能耗,从而有效降低了干燥系统能耗,扩大了它的应用范围。 [0007] 本发明目的通过以下技术方案来实现:
[0008] —种热泵与转轮联合的干燥装置,包括依次连接的物料干燥室1、蒸发器6、除湿 转轮7、主冷凝器3和循环风机10,循环风机10再与物料干燥室1连接构成循环;主冷凝器 3与循环风机10连接的管路上设有混合阀14,除湿转轮7吸附区连接到主冷凝器6的管路 上设有温控分流阀13,温控分流阀13通过管路连接到混合阀14,混合阀14出口处设有温 度传感器15,温度传感器15输出端与温控分流阀13连接。
[0009] 干燥介质通过温控分流阀13分为两股, 一股流到主冷凝器3,吸收热泵工质放出 的热而升温,另一股旁通至混合阀14,两股流在混合阀14中混合达到干燥温度,再由循环 风机10引入物料干燥室1从而实现连续封闭物料干燥。混合阀14出口处设有温度传感器 15,混合阀14出口处的温度通过温度传感器15传递给温控分流阀13。温控分流阀13将此 温度与设定的温度进行比较后,自动调节干燥介质的两股流量,直到两股流在混合阀14中 混合达到干燥介质的温度要求。本发明装置还包括热泵,热泵的主要设备包括依次连接的 压縮机2、主冷凝器3、辅助冷凝器4、节流阀5和蒸发器6。
[0010] 本发明装置还包括转轮再生装置,转轮再生装置的主要设备包括依次连接的再生 风机9、辅助冷凝器4、加热器8和除湿转轮7 ;所述加热器的气体出口连接到除湿转轮7再 生区。除湿转轮再生装置为开式系统,采用室外空气18作为再生介质。再生过程为:室外 空气18先通过辅助冷凝器4预热升温,之后通过加热器8加热到再生温度,在除湿转轮7 再生区吸湿达到要求后,再生废气19排入大气。
[0011] 所述主冷凝器3和辅助冷凝器4为风冷式换热器。主冷凝器3用于加热进入物料 干燥室1中的干燥介质,所述干燥介质为空气、二氧化碳或氮气。辅助冷凝器4中热泵工质 放出的热用于预热除湿转轮再生过程中的室外空气18。在主冷凝器3中干燥介质与热泵工 质呈逆流。
[0012] 加热器8利用电、太阳能或余热、废热进行加热。
[0013] 所述热泵还包括热泵工质;热泵工质的蒸发温度为5〜25t:时,蒸发压力大于
0. lMPa ;冷凝温度为30〜100。C时,冷凝压力小于2. 5MPa。如R134a、HTR01、R32/R290、R32/
R152a、R290/R600a、R124/R142b/R600a、R22/R141b、R142b、R227ea/R600、R22/R142b、R124/
R141b、 R22/R142b/R21、 R290/R600a/R123以及这些物质混合所得热泵工质。
[0014] 本发明装置节能高效的工作的系统参数设置:热泵工质蒸发温度为0〜25t:,冷
凝温度为30〜IO(TC ;转轮再生温度70〜IO(TC ;干燥温度为30〜95°C。
[0015] 所述物料干燥温度由温控分流阀13控制。混合阀14出口的干燥介质的温度通过
温度传感器15传递给温控分流阀13,温控分流阀13根据温度偏离干燥温度值的量自动调
节经过主冷凝器3流量和不经过主冷凝器3的管路的流量比例来实现对干燥介质温度的控
制。装置通过换气阀11补入干燥介质16,或排出循环系统的部分干燥介质16进行净化,系
统凝水17通过排水阀12排出。
[0016] 所述循环风机10位于物料干燥室1进气管路上,换气阀11位于物料干燥室1排[0017] 本发明的一种热泵与转轮联合的干燥装置的启动方式:
[0018] (1)首先启动循环风机IO,使干燥介质在物料干燥室1、蒸发器6、除湿转轮7的吸 附区和主冷凝器3四个主要设备中循环起来,避免蒸发器6和主冷凝器3无负荷运行产生 故障。
[0019] (2)启动再生风机9使再生空气经过辅助冷凝器4和除湿转轮7的再生区,此时加 热器8处于待工作状态,避免辅助冷凝器4无负荷运行产生故障。
[0020] (3)启动热泵工质循环系统,使热泵工质在压縮机2、主冷凝器3、辅助冷凝器4、节 流阀5和蒸发器6之间循环工作起来。 [0021] (4)启动除湿转轮7。
[0022] 本发明的一种热泵与转轮联合的干燥装置的工作过程是:本发明干燥装置启动 后,主冷凝器3加热干燥介质,得到高温低湿的干燥介质由循环风机10引入物料干燥室1 中对物料进行干燥,排出的低温高湿的干燥介质经过蒸发器6和除湿转轮7的吸附区去掉 水分达到干燥湿度要求,之后干燥介质通过温控分流阀13分为两股,一股流到主冷凝器3, 吸收热泵工质放出的热而升温,另一股旁通至混合阀14,两股流在混合阀14中混合,混合 阀14出口处设有温度传感器15,混合阀14出口处的温度通过温度传感器15传递给温控 分流阀13。温控分流阀13将此温度与设定的温度进行比较后,自动调节干燥介质的两股流 量,直到两股流在混合阀14中混合达到干燥介质的温度要求。再次由循环风机10引入物 料干燥室1从而实现连续封闭物料干燥。
[0023] 本发明的热泵的工作过程是:低温低压的热泵工质气体在压縮机2中增压升温, 进入主冷凝器3放出一部分热量,再经过辅助冷凝器4放出全部热量,被冷却至低温高压饱 和液态,经过节流阀5节流膨胀降低压力和温度,低温低压的制冷剂饱和液体在蒸发器6中 吸收干燥介质的热量变成气态低温低压气然后进入压縮机,如此循环。 [0024] 本发明的除湿转轮再生装置的工作过程是:室外空气18由再生分机9先引入辅助 冷凝器4预热升温,再经过加热器8升到再生温度要求,最后经过除湿转轮7的再生区吸收 水分,再生废气19排入大气。
[0025] 本发明相对于现有技术所具有如下优点和有益效果:
[0026] (1)与热泵干燥系统相比,在相同的干燥温度时,干燥介质可以获得更低的含湿
量,提高了干燥过程的速率,同时克服了热泵系统难以有效进行物料深度干燥的缺陷;通过
两股不同温度干燥介质的混合来实现对干燥温度的控制,这样在制冷剂系统运行参数不变
的情况下,可以实现不同物料、或者同一物料干燥不同阶段不同干燥温度的温度要求。
[0027] (2)与转轮低温干燥相比,采用辅助冷凝器充分回收了热泵工质的热量,使转轮除
湿机在没有余热利用的情况下,降低了再热能耗,从而有效降低了干燥系统能耗,扩大了它
的应用范围。
附图说明
[0028] 图1为本发明的装置图;
[0029] 1-物料干燥室、2-压縮机、3_主冷凝器、4-辅助冷凝器、5-节流阀、6_蒸发器、 7-除湿转轮、8-加热器、9_再生风机、10-循环风机、11-换气阀、12_排水阀、13-温控分流
5阀、14-混合阀、15-温度传感器、16-干燥介质、17-系统凝水、18-室外空气、19-再生废气。
具体实施方式 [0030] 实施例1
[0031] 采用本发明装置干燥新鲜红枣5 kg ,经过清洗、沥干、整理,初始含水率约为 80 % ,干燥介质为空气,干燥温度为50°C ,相对湿度11.8%,热泵工质为R134a,蒸发压力 0.66MPa,冷凝压力1.69MPa。采用氯化锂除湿转轮,再生温度70°C 。当红枣含水率下降到 约为20%时停止干燥。与热泵干燥相比,干燥时间縮短约10%,节约能耗40%。 [0032] 本发明干燥装置,包括干燥系统、热泵及转轮再生装置。干燥系统包括依次连接的 物料干燥室1、蒸发器6、除湿转轮7、主冷凝器3和循环风机10,循环风机10再与物料干燥 室1连接构成循环;主冷凝器3与循环风机10连接的管路上设有混合阀14,除湿转轮7吸 附区连接到主冷凝器6的管路上设有温控分流阀13,温控分流阀13通过管路连接到混合阀 14,混合阀14出口处设有温度传感器15,温度传感器15输出端与温控分流阀13连接。 [0033] 干燥介质通过温控分流阀13分为两股, 一股20流到主冷凝器3,吸收热泵工质放 出的热而升温,另一股21旁通至混合阀14,两股流在混合阀14中混合达到干燥温度,再由 循环风机10引入物料干燥室1从而实现连续封闭物料干燥。物料干燥室1排气管路连接 到蒸发器6,蒸发器6连接到除湿转轮7的吸附区。混合阀14出口处设有温度传感器15, 混合阀14出口处的温度通过温度传感器15传递给温控分流阀13。温控分流阀13将此温 度与设定的温度(50°C )进行比较后,自动调节干燥介质的两股流量,直到两股流在混合阀 14中混合达到干燥介质的温度为50°C。
[0034] 本发明装置还包括热泵,热泵的主要设备包括依次连接的压縮机2、主冷凝器3、 辅助冷凝器4、节流阀5和蒸发器6。
[0035] 本发明装置还包括转轮再生装置,转轮再生装置的主要设备包括依次连接的再生 风机9、辅助冷凝器4、加热器8和除湿转轮7 ;所述加热器的气体出口连接到除湿转轮7再 生区。除湿转轮再生装置为开式系统,采用室外空气18作为再生介质。再生过程为:室外 空气18先通过辅助冷凝器4预热升温,之后通过加热器8加热到再生温度,在除湿转轮7 再生区吸湿达到要求后,再生废气19排入大气。加热器8利用电驱动。 [0036] 所述主冷凝器3和辅助冷凝器4为风冷式换热器。主冷凝器3用于加热进入物料 干燥室1中的干燥介质,所述干燥介质为空气。辅助冷凝器4中热泵工质放出的热用于预 热除湿转轮再生过程中的室外空气18。
[0037] 本发明物料干燥温度是50°C 。本发明热泵工质为R134a。所述物料干燥温度由温 控分流阀13控制。混合阀14出口的干燥介质的温度通过温度传感器15传递给温控分流 阀13,温控分流阀13根据温度偏离干燥温度值的量自动调节经过主冷凝器3流量和不经过 主冷凝器3的管路的流量比例来实现对干燥介质温度的控制。
[0038] 本发明装置通过换气阀11补入干燥介质16,或排出循环系统的部分干燥介质16 进行净化,系统的凝水17通过排水阀12排出。循环风机10位于物料干燥室1进气管路上, 换气阀11位于物料干燥室1排气管路上。 [0039] 干燥装置的启动方式:
[0040] (1)首先启动循环风机IO,使干燥介质在物料干燥室1、蒸发器6、除湿转轮7的吸附区和主冷凝器3四个主要设备中循环起来,避免蒸发器6和主冷凝器3无负荷运行产生 故障。
[0041] (2)启动再生风机9使再生空气经过辅助冷凝器4和除湿转轮7的再生区,此时加 热器8处于待工作状态,避免辅助冷凝器4无负荷运行产生故障。
[0042] (3)启动热泵工质循环系统,使热泵工质在压縮机2、主冷凝器3、辅助冷凝器4、节 流阀5和蒸发器6之间循环工作起来。 [0043] (4)启动除湿转轮7。
[0044] 本发明的一种热泵与转轮联合的干燥装置的工作过程是:本发明干燥装置启动 后,主冷凝器3加热干燥介质,得到高温低湿的干燥介质由循环风机10引入物料干燥室1 中对物料进行干燥,排出的低温高湿的干燥介质经过蒸发器6和除湿转轮7的吸附区吸附 剂吸附去掉水分达到空气相对湿度11. 8%,之后干燥介质通过温控分流阀13分为两股,一 股20流进主冷凝器3加热升温,另一股21旁通至混合阀14,两股流在混合阀14中混合达 到干燥温度5(TC,再次由循环风机10引入物料干燥室1从而实现连续封闭物料干燥。 [0045] 本发明的热泵的工作过程是:低温低压的热泵工质气体在压縮机2中增压至 1. 69MPa,进入主冷凝器3在6(TC—部分热泵工质放出热量由气态凝结为液态,再经过辅助 冷凝器4放出全部热量冷凝为60°C的饱和液态,被冷却至低温高压饱和液态,经过节流阀5 节流膨胀降低压力至0. 66MPa,低温低压的制冷剂饱和液体在蒸发器6中在25。C吸收干燥 介质的热量变成气态低温低压气然后进入压縮机,如此循环。
[0046] 本发明的除湿转轮再生装置的工作过程是:室外空气18由再生分机9先引入辅助 冷凝器4预热升温,再经过加热器8升到再生温度70°C .,最后经过除湿转轮7的再生区吸 收水分,再生废气19排入大气。 [0047] 实施例2
[0048] 采用本发明装置干燥猪革,猪革经过挤水、削匀、洗水20min,处理后试样放置2 天,挤水后分割成大小相同的5块,每块厚度0. 9mm,质量为0. 8kg,含水量约为60%。干燥 介质为空气,干燥温度35°C ,相对湿度5% ,热泵工质为R290/R600a,参数设置为:冷凝压力 和蒸发压力分别是O. 65、0. 16MPa,冷凝温度和蒸发温度分别是0、45t:。采用氯化锂除湿转 轮,转轮再生温度8(TC。当革的含率下降为20%时停止干燥。与热泵干燥相比,干燥时间 縮短约15%,节约能耗约40〜50%。 [0049] 实施例3
[0050] 采用本发明装置干燥马尾松,马尾松厚20mm,体积0. lm3,含水率约为40%,干燥 介质为空气,相对湿度为15%,温度7(TC干燥一小时后,切换到4(TC干燥10分钟,再切换 到7(TC,如此循环干燥。热泵工质为R32/R152a,参数设置为:冷凝压力和蒸发压力分别是 2.37、0.45MPa,冷凝温度和蒸发温度分别是80、15t:。采用氯化锂除湿转轮,转轮再生温度 7(TC。当马尾松含水率下降到约为10^时停止干燥。与热泵干燥相比,干燥时间縮短约8〜 10 % ,节约能耗约25〜40 % 。 [0051] 实施例4
[0052] 采用本发明装置干燥新鲜鱿鱼,新鲜鱿鱼经过冲洗、切片10块,厚约2mm,用盐水 浸泡12h,鱿鱼片的含水率约为80%,干燥介质为空气,温度为5(TC、相对湿度为15%。热 泵工质为R22/R142b,采用氯化锂除湿转轮,转轮再生温度70°C。当鱿鱼片的含水率约为20%时停止干燥。本系统的辅助冷凝器回收的能量为主冷凝器能量的60%,与热泵干燥相 比,节能约25〜50%。 [0053] 实施例5
[0054] 采用本发明装置干燥新鲜胡萝卜,新鲜胡萝卜经清洗后切片为厚度2mm左右的胡 萝卜片,在清水中浸泡lh,捞出沥干,均匀平铺于筛网结构的托盘上,含水率约85X。干燥 介质为空气,温度为4(TC,相对湿度为5%,热泵工质为R142b,采用氯化锂除湿转轮,转轮 再生温度7(TC。当胡萝卜片的含水率约为10%时停止干燥。与热泵干燥相比,干燥时间縮 短约6〜8 % ,节约能耗约10〜30 % 。 [0055] 实施例6
[0056] 采用本发明装置干燥白菜种子,白菜种子去杂质,整理,2kg,含水率约9. 5% 。干燥 介质为氮气,干燥温度为35t:,相对湿度为5%,热泵工质为R134a,采用氯化锂除湿转轮, 转轮再生温度8(TC。当种子含水率约为6.2%时停止干燥。与热泵干燥相比,干燥时间縮 短约10%,节约能耗约25%。

Claims (7)

  1. 一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,包括依次连接的物料干燥室(1)、蒸发器(6)、除湿转轮(7)、主冷凝器(3)和循环风机(10),主冷凝器(3)与循环风机(10)连接的管路上设有混合阀(14),除湿转轮(7)吸附区连接到主冷凝器(6)的管路上设有温控分流阀(13),温控分流阀(13)通过管路连接到混合阀(14),混合阀(14)出口处设有温度传感器(15),温度传感器(15)输出端与温控分流阀(13)连接。
  2. 2. 根据权利要求1所述的一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,还包括热泵, 热泵包括依次连接的压縮机(2)、主冷凝器(3)、辅助冷凝器(4)、节流阀(5)和蒸发器(6) 与压縮机(2)连接构成循环。
  3. 3. 根据权利要求2所述的一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,所述热泵 还包括热泵工质;热泵工质的蒸发温度为5〜25t:时,蒸发压力大于0. lMPa ;冷凝温度为 30〜100。C时,冷凝压力小于2. 5MPa。
  4. 4. 根据权利要求3所述的一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,所述热泵工 质蒸发温度为0〜25t:,冷凝温度为30〜IO(TC ;转轮再生温度70〜IO(TC ;干燥温度为 30〜95°C。
  5. 5. 根据权利要求1所述的一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,还包括转轮 再生装置,转轮再生装置包括依次连接的再生风机(9)、辅助冷凝器(4)、加热器(8)和除湿 转轮(7);所述加热器的出口连接到除湿转轮(7)再生区。
  6. 6. 根据权利要求3所述的一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,所述加热器 (8)利用电、太阳能、余热或废驱动。
  7. 7. 根据权利要求1所述的一种热泵与转轮联合的干燥装置,其特征在于,所述主冷凝 器(3)和辅助冷凝器(4)为风冷式换热器。
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