CN103398566A - 一种旋流式热泵干燥器 - Google Patents

Abstract

本发明属于干燥器技术领域，具体涉及一种可用于食品加工、木材干燥、文物保护等领域的旋流式热泵干燥器。本发明主要是在干燥室内设置有旋流发生装置，干燥室的进风口设置于其底部中心并与旋流发生装置底部中心联通，干燥室的排风口设置于其顶部中心；还设置有控制装置，控制装置包括设置于干燥室内的感应器，感应器通过信号传递通道与设置于干燥室外的控制器连接，控制器通过信号传递通道分别与所述旋流发生装置和变频风机连接。本发明能有效地改善干燥室内的气流组织，使气流能够均匀分布且干燥室内的风速得以较大地提高，从而能提高热泵干燥器的干燥效率和干燥效果。

Description

一种旋流式热泵干燥器

技术领域

本发明属于干燥器技术领域，具体涉及一种可用于食品加工、木材干燥、文物保护等领域的旋流式热泵干燥器。

背景技术

由于热泵干燥器能够有效地回收利用空气中的热量，减少循环空气的直接排放，在节能减排方面有明显的经济效益和社会效益，因此热泵干燥器的运用越来越广泛。但是，热泵干燥器仍存在能源利用效率较低的问题。目前大多从系统结构部件的改造（如：蒸发器、冷凝器的结构优化、空气处理通道的改造等）、热泵循环工质的选取以及利用自动控制等几方面来提高热泵干燥器的干燥效果和干燥效率。

热泵系统结构的改造主要分为两大类。第一类，单独改造蒸发器；通过在蒸发器入口前外接换热器的方法，即采取蒸发器辅助冷却的方式，将干燥后的湿空气中的显热和部分潜热排放到外界环境中。专利CN2418444Y公开了一种带辅助冷却的热泵干燥器，通过改进蒸发器来优化热泵干燥系统，以提高热泵干燥器的干燥效率。也有的系统采用了回热器，即利用蒸发器出来的冷空气预冷入口前的高温高湿蒸汽。专利CN201072287Y公开了一种带有回热装置的热泵干燥器。此专利将回热器的热端和冷端分别设置于热泵的蒸发器的入口前和蒸发器与冷凝器之间的干燥介质流动通道内，以提高除湿效率、降低除湿能耗。第二类，单独改造冷凝器；即将冷凝器分成两个部分，其中一部分作为辅助冷凝器向外界放热。

空气处理通道有开放式、半开放式和封闭式三种类型，因各具优势，故均有一定的使用。开放式系统的改造，主要是将原先直接由干燥室出口排入到环境内的废气，先经过蒸发器与其中的制冷剂工质之间进行热量交换后再排出，回收了废气中的热量，从而提高了能源利用效率。半开放式系统的改造，是将干燥室排出的一部分空气经过二次旁通。一部分空气进入蒸发器降温除湿后，与进入系统中的外界空气混合，另外一部分不经过蒸发器降温除湿直接与进入系统的外界空气混合，三股气流混合后，再经过冷凝器升温后进入干燥室干燥物料，但是系统则需要保证适当的旁通率。全封闭式系统的改造，是将部分由干燥室排出的废气不经过蒸发器，直接通过旁通进入冷凝器，但是此种热泵干燥系统也需要保证适当的旁通率。

在热泵系统循环工质选取方面，主要通过选择适当的混合制冷剂工质代替单一制冷剂工质。因为在热泵干燥器中，蒸发器和冷凝器的热传递情况对装置的效率有很大的影响。当蒸发器和冷凝器中工质侧和空气侧的温度变化匹配良好时，传热过程的不可逆热损失相对比较小，热力循环的效率相对较高。由于单一制冷剂工质在物性方面的局限性，采用混合制冷剂能够较大范围内调整工况，同时也为热泵系统循环工质的选取提供了更多的选择。

通过有效的自动控制，也能提高热泵干燥器的效率。由于干燥室内的干燥过程复杂多变，则需要根据干燥室内的物料的脱水情况和环境情况，实时调控干燥的参数。将由感应装置、传递装置和控制装置组成的控制系统应用于热泵干燥器，可以实现干燥过程的智能化与自动化，并且能提高干燥的品质和能源的利用效率。

上述方法在一定程度上可以提高热泵干燥器的干燥效果和干燥效率。干燥室作为热泵干燥器的核心部件之一，其结构对于热泵干燥器的干燥效率和干燥品质有着显著的影响。因此，热泵干燥系统效率的提高和干燥品质的提升可着眼于为热泵干燥器匹配高效且性能优良的干燥室。

目前，传统热泵干燥器干燥室的气流均采用从干燥室底端送入干燥室内，对物料进行干燥后，由干燥室顶部排出的方式。此种方式，存在干燥室内空气温度分布不均匀、气流速度偏低和分布不均匀等问题。这势必会导致热泵干燥器的干燥效果不理想。同时，由于干燥室内的空气速度较低，干燥室内的空气与待干燥物料之间的热质传递效率较低，导致所需要的干燥时间相对较长，因此干燥效率偏低，且能耗较大。另外，由于干燥室内的温度分布不均匀，也会影响物品的干燥品质。若干燥物品的过程中会产生一些粉尘和有毒有害物，由于传统热泵干燥器干燥室内的气流速度偏低，故携带和控制粉尘和有害物的能力很低，这些粉尘和有毒有害物会沉积于干燥物料上和干燥室内，且难以实现有效地捕集和集中处理。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能有效地改善干燥室内的气流组织、使气流能够均匀分布且干燥室内的风速得以较大地提高、从而提高热泵干燥器的干燥效率和干燥效果的旋流式热泵干燥器。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该旋流式热泵干燥器，包括热泵系统，与热泵系统连接的干燥室，干燥室的进风口处设置的变频风机以及联通干燥室的排风口与热泵系统之间的空气处理通道；其特点是：在干燥室内设置有旋流发生装置，干燥室的进风口设置于其底部中心并与旋流发生装置底部中心联通，干燥室的排风口设置于其顶部中心；还设置有控制装置，控制装置包括设置于干燥室内的感应器，感应器通过信号传递通道与设置于干燥室外的控制器连接，控制器通过信号传递通道分别与所述旋流发生装置和变频风机连接。

具体地说，所述旋流发生装置包括一根水平安装的送风干管，干燥室的进风口与该送风干管的中点处联通，该送风干管的两端分别联通到两根大小相同水平安装的送风支管的中点处，两根送风支管的两端又分别联通有四根大小相同竖直安装的送风立柱；所述送风立柱上均匀设置有水平条形送风口，每根送风立柱上的送风口的布置数量、大小、高度完全相同。以此，使进入干燥室内气流均匀分布。

更进一步，所述每根送风立柱上送风口的中心线与每根送风立柱轴线和干燥室中心轴线所形成平面之间具有相同度数的夹角。以此，使进入干燥室内的气流形成旋转的气流。

所述控制器与各送风立柱连接，各送风立柱具有活动的中心轴，控制器能调节各送风立柱送风口的中心线与送风立柱轴线和干燥室中心轴线所形成平面之间的夹角度数。以此，能控制进入干燥室内气流的角度。

所述空气处理通道包括设置于管道上的空气净化/过滤处理装置，在空气净化/过滤处理装置的进风端和出风端还并联有旁通风道，在空气净化/过滤处理装置的进风口、旁通风道的进风口和排风口分别安装有风阀。当热泵干燥器在干燥物料时会产生粉尘或者有毒有害物时，就可选择使用空气净化/过滤处理装置进行处理。

本发明的工作原理是：由冷凝器进入干燥室内的热风由干燥室底部送入，通过旋流发生装置的送风干管、送风支管向四根送风立柱送风，再由送风立柱上的条形送风口以相同的夹角沿着同一旋转方向送风，形成旋转气流，旋转气流与待干燥物料之间进行热质传递，达到高效干燥物品的目的；干燥物料后，气流再从干燥室顶部的排风口排出。同时，旋流发生装置中四根均匀布置的送风立柱完全相同，并且每根送风立柱均匀布置数目、大小完全相同的送风口，送风立柱均以相同的送风夹角沿着同一旋转方向送风。送风角度的大小可以通过系统中设置的控制装置来调节；系统中设置的控制装置与变频风机和旋流发生装置相连接，控制装置通过感应器检测到的物料的干燥程度情况和干燥室内的环境情况，自动调节变频风机的频率和送风立柱的送风角度的大小，以适应物料不同阶段的不同干燥要求，从而提高干燥效率和干燥品质。

为了让干燥介质（空气）能够在蒸发器和冷凝器中充分换热，空气处理通道在进入和流出蒸发器和冷凝器时，需适当变径，以改变进入蒸发器和冷凝器中的风速。即将蒸发器和冷凝器入口前的空气处理通道管径适当加大，而将出口处的空气处理通道的管径适当减小，以此保证干燥介质能够充分换热，从而提高能源的利用效率。

本发明的热泵干燥器的形式可以为开放式、半开放式和封闭式热泵干燥器，具体的形式需要根据具体的干燥物品的特点和要求确定。在开放式系统结构中，由干燥室直接排出的废气，可以先采用蒸发器回收部分热量再排放到空气中，以提高能源的利用效率；由于开放式系统受外界环境影响比较大，受到的制约因素较多，因此开放式的热泵干燥器使用范围的局限性相对明显。在半开放式系统结构中，由干燥室排出的废气会有部分被蒸发器降温除湿后再与外界进入系统内的空气混合，最后经过冷凝器升温后，送入干燥室干燥物料；但是，需要注意回收利用的废气与外界进入系统的空气的比例，会直接影响到干燥效率和干燥品质，因此需要保持适当的比例；如果此半开放式系统设置了蒸发器旁路，则还需要注意蒸发器的二次旁通率对于整个热泵干燥系统的性能和效率的影响；由于干燥室内的干燥过程相对比较复杂，回收利用的废气与外界进入系统的空气比例不易确定，半封闭式的热泵干燥器的使用范围也不是很广。本发明更倾向于选择封闭式系统，主要取决于其结构紧凑、热效率高和节能效果明显的特点。

在热泵系统中，蒸发器和冷凝器的传热情况对热泵系统性能有着重要影响，而选择不同的制冷剂工质对蒸发器和冷凝器热传递过程中的不可逆损失的影响也不容忽视。制冷剂主要分为纯制冷剂和混合制冷剂。由于纯制冷剂的种类和物性上的局限性，采用混合制冷剂能够在较大的范围内调节工况，因此本发明更倾向于选择混合制冷剂。

在干燥室出口处和蒸发器入口前设有空气净化/过滤装置，同时和此装置并联有旁通风道。无论是主空气处理通道或者是旁通风道均设有风阀。阀门开启或者关闭的选择，需要根据热泵干燥器在干燥物料时是否会产生粉尘或者有毒有害物来确定。当无粉尘和有毒有害物产生时，则只开启旁通通道上的阀门。当有粉尘或者有毒有害物产生时，则只开启主空气处理通道上的阀门。

本发明通过干燥室内设置旋流发生装置而形成旋转气流，旋转气流能够增大进入干燥室内空气的流速并且使干燥室内的气流组织更合理，能够强化空气与待干燥物料之间的热质传递，从而缩短了干燥时间，提高了热泵干燥器的干燥效率，使得能耗大大降低。并且，旋流发生装置形成的旋流可使干燥室内的温度和速度分布更加均匀，最终使热泵干燥器的干燥品质得以提升。旋流发生装置周边无需设置风道等任何装置，只需要在周边均匀设置四个送风立柱，而不影响干燥物品的搬运和人员的通行等。旋流发生装置的排风口设置在气幕的中心上方，旋转气流同时受到向心力和离心力的作用，在两个力的共同作用下，涡流收束于负压核心并且朝向排风口；因此，旋转气流能将可能产生的有害物控制在一定的区域内，有害物由干燥室排风口集中排出后，再经过设置在排风口附近的净化/过滤装置集中处理，最终达到有效控制和捕集粉尘和有毒有害物质的目的。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1中旋流发生装置的结构示意图。

图3是图1中干燥室的结构示意图。

图4是图2的送风风管平面布置图。

图5是图2中送风立柱的结构示意图。

图6是图2的送风角度示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1，本实施例包括热泵系统，与热泵系统连接的干燥室1，干燥室1的进风口处设置的变频风机2以及联通干燥室1的排风口与热泵系统之间的空气处理通道3；从图1中可见，热泵系统包括压缩机5、冷凝器6、蒸发器7、节流装置8以及连接各部分的制冷循环通道9，热泵系统为现有成熟技术，在此不再详述；本实施例的热泵干燥系统为封闭式干燥系统。

结合图2、图3，在干燥室1内设置有旋流发生装置4（可以将旋流发生装置4和干燥室1做成一个整体），干燥室1底部中心的进风口10与旋流发生装置4底部中心联通，干燥室1的排风口11设置于干燥室1顶部中心；参见图2、图3、图4，旋流发生装置4包括一根水平安装的送风干管12，干燥室1的进风口10与旋流发生装置4底部的送风干管12的中点处联通，送风干管12的两端分别联通到两根大小相同水平安装的送风支管13的中点处，两根送风支管13的两端又分别联通有四根大小相同竖直安装的送风立柱14；结合图5，送风立柱14上均匀设置有水平条形送风口15，从图2、图3可见，四根送风立柱14上的送风口15的布置数量、大小、高度完全相同。参见图6，每根送风立柱14上送风口15的中心线与每根送风立柱轴线和干燥室中心轴线所形成平面之间具有相同度数的夹角а。

参见图1，本实施例还设置有控制装置，控制装置包括设置于干燥室1内的感应器16，感应器16通过信号传递通道17与设置于干燥室1外的控制器18连接，控制器18通过信号传递通道17分别与旋流发生装置4和变频风机2连接；控制器18与旋流发生装置4的各送风立柱14连接，各送风立柱14具有活动的中心轴，控制器18能调节各送风立柱送风口的中心线与送风立柱轴线和干燥室中心轴线所形成平面之间的夹角度数а。

参见图1，空气处理通道3包括设置于管道上的空气净化/过滤处理装置19，在空气净化/过滤处理装置19的进风端和出风端还并联有旁通风道20，在空气净化/过滤处理装置19的进风口、旁通风道20的进风口和排风口分别安装有风阀21、风阀22、风阀23。

本发明实施例的工作过程是：在空气回路中，变频风机2将冷凝器6出口排出的干燥热空气送入干燥室1内，先送入旋流发生装置4中，形成旋转气流后，再对待干燥物料进行干燥。干燥物料后的低温湿空气由干燥室1顶端的排风口11排出。当由干燥室1的排风口11排出的空气含有粉尘或者有毒有害气体时，则开启风阀21，关闭风阀22和风阀23；湿空气经过空气净化/过滤处理装置19后，再送入蒸发器7；湿空气在蒸发器7中为制冷剂的蒸发提供需要的热量，从而被冷却干燥，变成温度更低的干燥空气，再进入冷凝器6；在冷凝器6中，低温干燥空气吸收制冷剂在冷凝器6中冷凝时释放的热量，变成干燥的热空气，再由变频风机2送入干燥室，如此形成循环。当干燥室1的排风口11的空气不含粉尘和有毒有害气体时，则关闭风阀21，开启风阀22和风阀23；空气由旁通风道20直接进入蒸发器7进行冷却干燥，其他的循环过程与经过空气净化/过滤处理装置19的循环过程完全相同。

在热泵回路中，制冷剂工质在压缩机5中被压缩后，变成高温高压的制冷剂工质；高温高压的制冷剂工质，在冷凝器6中冷凝放热，变成低温高压的制冷剂工质，再经过节流装置8的节流作用后，送入蒸发器7；制冷剂工质在蒸发器7中蒸发吸热后，再送入压缩机5中进行压缩，如此往复，形成完整的循环。

在控制回路中，由感应器16检测到的物料的干燥程度和干燥室1内的环境情况转换成信号，通过信号传递通道17传递到控制器18，然后控制器18再通过信号传递通道17将需要执行的信号传递给被控制对象（旋流发生装置4和变频风机2），最后被控制对象完成由控制器18发出的指令，完成一次循环。通过感应器16实时检测到工况以及传递给控制器18的实时信号，控制器18再对被控制对象发出实时信号指令，以达到实时控制的目的。

Claims (5)

1.一种旋流式热泵干燥器，包括热泵系统，与热泵系统连接的干燥室，干燥室的进风口处设置的变频风机以及联通干燥室的排风口与热泵系统之间的空气处理通道；其特征在于：在干燥室内设置有旋流发生装置，干燥室的进风口设置于其底部中心并与旋流发生装置底部中心联通，干燥室的排风口设置于其顶部中心；还设置有控制装置，控制装置包括设置于干燥室内的感应器，感应器通过信号传递通道与设置于干燥室外的控制器连接，控制器通过信号传递通道分别与所述旋流发生装置和变频风机连接。

2.根据权利要求1所述的旋流式热泵干燥器，其特征在于：所述旋流发生装置包括一根水平安装的送风干管，干燥室的进风口与该送风干管的中点处联通，该送风干管的两端分别联通到两根大小相同水平安装的送风支管的中点处，两根送风支管的两端又分别联通有四根大小相同竖直安装的送风立柱；所述送风立柱上均匀设置有水平条形送风口，每根送风立柱上的送风口的布置数量、大小、高度完全相同。

3.根据权利要求2所述的旋流式热泵干燥器，其特征在于：所述每根送风立柱上送风口的中心线与每根送风立柱轴线和干燥室中心轴线所形成平面之间具有相同度数的夹角。

4.根据权利要求3所述的旋流式热泵干燥器，其特征在于：所述控制器与各送风立柱连接，各送风立柱具有活动的中心轴，控制器能调节各送风立柱送风口的中心线与送风立柱轴线和干燥室中心轴线所形成平面之间的夹角度数。

5.根据权利要求1所述的旋流式热泵干燥器，其特征在于：所述空气处理通道包括设置于管道上的空气净化/过滤处理装置，在空气净化/过滤处理装置的进风端和出风端还并联有旁通风道，在空气净化/过滤处理装置的进风口、旁通风道的进风口和排风口分别安装有风阀。

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