CN102052823A - 太阳能热泵微波干燥系统 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能热泵微波干燥系统，主要由干燥室(1)，微波装置(2)，循环风机(3)，排水口(4)，第一蒸发器(5)，第二蒸发器(6)，压缩机(7)，阀门(8A、8B、8C、8D)，节流装置(9)，冷凝器(10)，换热器(11)，风道(12)，太阳能集热器(13)和循环水泵(14)组成，其中：置有微波装置(2)的干燥室(1)、第一蒸发器(5)、节流装置(9)、冷凝器(10)、换热器(11)和循环风机(3)置于风道(12)内，并构成空气流通回路；压缩机(7)、冷凝器(10)、节流装置(9)、第一蒸发器(5)和阀门(8A)或者第二蒸发器(6)和阀门(8B)构成制冷剂回路；太阳能集热器(13)、循环水泵(14)、阀门(8D)和换热器(11)构成水循环回路。本发明结构布局合理、简单，造价低廉，节能环保，易于推广，使用维护和修理简易。

Description

太阳能热泵微波干燥系统
技术领域
本发明涉及利用太阳能的微波热泵干燥系统，尤其是适用于木材、药材、谷物、食品、海鲜等干燥的太阳能热泵微波干燥系统。
背景技术
干燥处理是耗能很大的工业过程，在发达国家，约有10％的燃料用于干燥。传统的干燥是将热空气送入干燥室，吸收被干燥物的水分后直接排入大气中，由于被排走的气体含有大量的显热和潜热，因此热能利用率不高。
太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能，地球上平均每平米面积每分钟接受的能量大约为1367W。太阳内部的这种核聚变反应，可以维持几十亿至上百亿年的时间，在能源短缺的今天，如果在干燥过程中能合理利用太阳能，将能节省大量的燃料。
微波加热干燥，物料内水分能大量吸收微波能并转化为热能，因此物料的升温和蒸发是在整个物体中同时进行的。在物料表面，由于蒸发冷却的缘故，使物料表面温度略低于里面的温度，同时由于物料内部与外部热量同时产生，物料内部蒸汽迅速产生，形成压力梯度。如果物料的初始含水率高，物料内部温度和蒸汽压非常快地升高，则水分可能在压力梯度的作用下排除，可加快干燥速度。由于微波干燥过程含水率梯度、传热和蒸汽压力迁移动力的存在，使微波干燥呈现由内向外的特点，克服了在常规干燥中因物料表面首先干燥而形成硬壳板结阻碍内部水分继续向外移动的问题。
热泵干燥是一种新型高效率干燥装置，其工作原理是根据逆卡诺循环原理，采用少量的电能驱压缩机运行，高压的液态工质经过膨胀阀后在蒸发器内蒸发为气态，并大量吸收干燥介质中的显热和潜热，干燥介质经冷凝器回热和加热后，再次被用来干燥被干燥物料，如此不断循环。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于木材、药材、谷物、食品、海鲜等领域干燥处理的利用太阳能的微波热泵干燥系统。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种太阳能热泵微波干燥系统，主要由干燥室(1)，微波装置(2)，循环风机(3)，排水口(4)，第一蒸发器(5)，第二蒸发器(6)，压缩机(7)，阀门(8A、8B、8C、8D)，节流装置(9)，冷凝器(10)，换热器(11)，风道(12)，太阳能集热器(13)和循环水泵(14)组成，其中：微波装置(2)置于干燥室(1)内、第一蒸发器(5)与冷凝器(10)通过阀门(8A)、节流装置(9)和管路(15)相互连接，并设置在风道(12)内，第一蒸发器(5)上还设置有排水口(4)直通风道(12)之外，循环风机(3)和换热器(11)也设置在风道(12)内；压缩机(7)、冷凝器(10)、节流装置(9)、第一蒸发器(5)和阀门(8A)或者第二蒸发器(6)和阀门(8B)构成制冷剂回路；干燥室(1)、循环风机(3)、第一蒸发器(5)、节流装置(9)、冷凝器(10)、换热器(11)和风道(12)构成空气流通回路；太阳能集热器(13)、循环水泵(14)、阀门(8D)和换热器(11)构成水循环回路；太阳能集热器(13)、循环水泵(14)、阀门(8C)和第二蒸发器(6)构成另一水循环回路。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明在干燥过程中通过设备合理的利用了太阳能，从而节省了大量用于干燥用的燃料，既节能又环保。
2、本发明由于采用了微波干燥处理，克服了在常规干燥终因物料表面首先干燥而形成硬壳板结阻碍内部水分向外移动的问题。
3、本发明使用少量的电能运行热泵干燥处理，可大量吸收干燥介质中的显热和潜热，干燥介质经过处理后还可不断循环使用。
4、本发明结构合理，形式简单，工作效率高，造价低廉，使用维护和修理简易。
附图说明
图1为本发明结构总体示意图。
具体实施方式
由图1示出，一种太阳能热泵微波干燥系统，主要由干燥室1，微波装置2，循环风机3，排水口4，第一蒸发器5，第二蒸发器6，压缩机7，阀门8A、8B、8C、8D，节流装置9，冷凝器10，换热器11，风道12，太阳能集热器13和循环水泵14组成，其中：微波装置2置于干燥室1内、第一蒸发器5与冷凝器10通过阀门8A、节流装置9和管路15相互连接，并设置在风道12内，第一蒸发器5上还设置有排水口4直通风道12之外，循环风机3和换热器11也设置在风道12内；压缩机7、冷凝器10、节流装置9、第二蒸发器6和阀门8B构成制冷剂回路；干燥室1、循环风机3、第一蒸发器5、节流装置9、冷凝器10、换热器11和风道12构成空气流通回路；太阳能集热器13、循环水泵14、阀门8D和换热器11构成水循环回路；太阳能集热器13、循环水泵14、阀门8C和第二蒸发器6构成另一水循环回路。
另外，本发明在干燥过程中可以使用太阳能预热、微波加热和热泵干燥三者中的某一种、两种或三种的组合形式。
当干燥室内被干燥物需要预热时，循环风机3工作，阀门8C关闭，8D打开，太阳能集热器13中的水在循环水泵14的作用下，流经换热器11，与风道12中的空气换热，使流经换热器11的空气温度升高，把热量带到干燥室，用来加热被干燥物。
在热泵干燥过程中，风道12中的空气在循环风机3的作用下，依次流经蒸发器5和冷凝器10；制冷剂依次流经压缩机7、冷凝器10、节流装置9，阀门8A和蒸发器5。从干燥室1出来的湿空气流经蒸发器5时，由于蒸发器表面温度低于湿空气的露点温度，湿空气中的水蒸气一部分会凝结下来，经排水口4排出，湿空气温度和含湿量都会降低，再流经冷凝器10时，湿空气温度会升高，相对湿度降低，在流经干燥室1时，会吸收被干燥物料散发的水蒸气，物料含水率会逐步降低，达到干燥目的。蒸发器5在此过程中，能回收从干燥室流出湿空气中的水蒸气的潜热。所用热泵系统可以为一级蒸气压缩热泵系统，或采用两级或多级蒸气压缩系统。
在微波干燥过程中，能量以电磁波的形式直接渗透到被干燥对象的内部，并通过微波电磁场与水分子及被干燥对象中的极化分子(羟基)相互作用而迅速产生大量的热，在很短的时间内，被干燥对象的温度快速升高，水分迅速蒸发，使得被干燥对象内外形成较高的压差，水蒸气在压差的作用下以渗透的形式向外迁移，能提升被干燥物的干燥速率。
在干燥后期，热泵系统除湿量并不大，此时调节8A和8B开度的大小，使8A能够满足除湿的要求即可，适当开大8B，关闭8D，打开8C，使制冷剂大部分在第二蒸发器6中蒸发，充分的利用太阳能，提高蒸发温度，使热泵系统能效比提高，减小系统的能耗。表明在干燥过程中的不同阶段，可以通过制冷剂在第一蒸发器5和第二蒸发器6中流量的合理分配，以及太阳能集热器中水系统的切换，降低干燥系统的能耗。
再知，根据干燥过程的需要，可以向空气系统中引入新风。
在本发明中，制冷系统中充灌的制冷剂可以为单一纯制冷剂，也可以为混合工质制冷剂。系统中阀门的设置并不局限于图1所示，为了使系统正常运行和检修方便，可在系统相关部位增设阀门。
上述实施例仅是对实施本发明的方式的示例性说明。本领域的普通技术人员应该理解，在不超出后附权利要求书限定的精神和范围内，可采用不同于上述本发明实施例的各种方案。后附的权利要求书旨在用来限定本发明的保护范围，并旨在用来涵盖在权利要求范围内的方法和装置及其等同物。

Claims (6)

1.一种太阳能热泵微波干燥系统，主要由干燥室(1)，微波装置(2)，循环风机(3)，排水口(4)，第一蒸发器(5)，第二蒸发器(6)，压缩机(7)，阀门(8A、8B、8C、8D)，节流装置(9)，冷凝器(10)，换热器(11)，风道(12)，太阳能集热器(13)和循环水泵(14)组成，其特征在于：微波装置(2)置于干燥室(1)内、第一蒸发器(5)与冷凝器(10)通过阀门(8A)、节流装置(9)和管路(15)相互连接，并设置在风道(12)内，第一蒸发器(5)上还设置有排水口(4)直通风道(12)之外，循环风机(3)和换热器(11)也设置在风道(12)内；压缩机(7)、冷凝器(10)、节流装置(9)、第一蒸发器(5)和阀门(8A)或者第二蒸发器(6)和阀门(8B)构成制冷剂回路；干燥室(1)、循环风机(3)、第一蒸发器(5)、节流装置(9)、冷凝器(10)、换热器(11)和风道(12)构成空气流通回路；太阳能集热器(13)、循环水泵(14)、阀门(8D)和换热器(11)构成水循环回路；太阳能集热器(13)、循环水泵(14)、阀门(8C)和第二蒸发器(6)构成另一水循环回路。
2.根据权利要求1所述的太阳能热泵微波干燥系统，其特征在于：所述的干燥过程使用太阳能预热、微波加热和热泵干燥三者中的某一种、两种或三种的组合形式。
3.根据权利要求2所述的太阳能热泵微波干燥系统，其特征在于：制冷剂系统设置有两个蒸发器，在干燥过程中的不同阶段，通过制冷剂在第一蒸发器和第二蒸发器中流量的合理分配，以及太阳能集热器中水系统的切换，降低干燥系统的能耗。
4.根据权利要求1所述的太阳能热泵微波干燥系统，其特征在于：所述的系统根据需要，向空气系统中引入新风。
5.根据权利要求1所述的太阳能热泵微波干燥系统，其特征在于：所述的热泵系统为一级蒸气压缩热泵系统，或采用两级或多级蒸气压缩系统。
6.根据权利要求5所述的太阳能热泵微波干燥系统，其特征在于：所述的系统中使用的工质为某一种或几种单一纯工质，或为混合工质。
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