CN103423978A - 一种物料表面水热泵干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物料表面水热泵干燥装置，其特征在于：主要包括保温库体、螺旋输送装置、干燥介质处理箱、导风组件和热泵系统，保温库体内置干燥介质处理箱以及具有输送网带的螺旋输送装置，螺旋输送装置采用双螺旋输送结构；干燥介质处理箱包括上部分干燥介质热泵处理模块和下部分干燥介质扰流模块，干燥介质热泵处理模块包括袋式除尘器、风管和引流风机，干燥介质热泵处理模块还内置有热泵系统的蒸发器、库内冷凝器，保温库体内置引导空气流动的导风组件。采用内置于封闭保温箱体内的螺旋输送装置与热泵系统结合进行物料的干燥除湿，除湿效果好，且运行费用低，装置占地空间小，采用双冷凝器系统，可防止库内温度过高或压缩机吸气温度过高。

Description

一种物料表面水热泵干燥装置

技术领域

本发明涉及一种物料干燥系统，特别涉及一种物料表面水热泵干燥装置。

背景技术

物料干燥与其它类似木材、蔬菜、药材、鱼类等干燥不同，它不需要脱除物料内部水分，只需除去已成型物料外表面的水分。长期以来，脱除物料表面水常采用自然通风的方法处理，这种工艺生产周期长、工艺不稳定，不能实现连续化生产，不能适应旺季市场需求。近些年，热风开放式吹干工艺也得到较快发展，这种工艺方法优于自然风干，可实现连续化大批量生产，但热风开放式吹干工艺需要用到蒸汽加热设备或电加热设备给干燥介质加热，然后干燥介质再与与物料进行热质交换脱水，热湿介质排放到室外。此法能源利用率低，一般只有20%-40%，而且存在安全隐患，人工维护、操作强度高。

热泵技术可以有效利用空气能，可节省能源30%左右。由于受物料或物料包装耐热性能以及热泵运行工况限制，为有效干燥物料，常规热泵干燥装置常做的很大，空间利用效率及综合应用效率低，且干燥周期较长，不利于全面推广。因此研发一种结构紧凑、综合应用效率高且干燥周期短的物料表面水热泵干燥装置势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、综合应用效率高且干燥周期短的物料表面水热泵干燥装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：暂不写，与权利要求相同

本发明的优点在于：

采用内置于封闭保温箱体内的螺旋输送装置与热泵系统结合进行物料的干燥除湿，除湿效果好，且运行费用低，另外，装置占地空间小，连续稳定运行，易于用于自动化流水线作业；采用热泵控制循环模式除湿，物料稳定、连续进出干燥装置保温箱体，温度、湿度参数相对稳定，易于装置稳定运行，且在接近常温条件下干燥，不会对物料品质产生影响。

采用双冷凝器系统，通过切换应用模式，可防止库内温度过高或压缩机吸气温度过高，提高设备的运行稳定性和使用寿命，也易于适用多种进料温度和库温运行要求。

采用运行参数人工设定，装置自适应运行方式，操作方便，对不同物料及不同含水率物料应用适应性好。

输送网带可变频调节运行速度，可方便控制物料干燥时间；装置增设扰流风机，在不影响热泵脱水运行的同时，加大了干燥介质与物料的传热传质效果，增加了热泵脱水效率；保温库体、输送网带等均采用不锈钢材质，更适应产品安全、卫生生产要求。 

附图说明

图1是本发明物料表面水热泵干燥装置干燥箱主视结构示意图。

图2是本发明物料表面水热泵干燥装置干燥箱俯视结构示意图。

图3是本发明物料表面水热泵干燥装置干燥箱左视结构示意图。

图4是本发明物料表面水热泵干燥装置螺旋输送装置结构示意图。

图5是本发明物料表面水热泵干燥装置输送带俯视图。

图6为本发明物料表面水热泵干燥装置输送带侧视图。

图7是本发明物料表面水热泵干燥装置工艺系统示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，包括进料端滚动轴承1、进料齿轮机构2、进料装置3、保温库体4、螺旋输送装置5、干燥介质处理箱6、电气控制箱7、出料装置8、出料齿轮机构9、出料端滚动轴承10、导风组件和热泵系统。

保温库体4内置干燥介质处理箱6以及具有输送网带20的螺旋输送装置5，保温库体4的前后端设置进料装置3和出料装置8，两者作为螺旋输送装置5在进料端和出料端侧向外的延伸段，以便于物料摆放到输送带上后进入或移出保温库体2。进料装置3和出料装置8的端部分别安装有进料齿轮机构2和出料齿轮机构9，用于从保温库体4内出来的输送带180°回转。

其中，进料齿轮机构2两端通过进料端滚动轴承1固定在进料装置3的侧板上，出料齿轮机构9两端通过出料端滚动轴承10固定在出料装置8的侧板上。输送网带20的上层向后移动至出料齿轮机构9并通过其回转后变成下层，下层移动至进料齿轮机构2回转后变成上层进入返回保温库体4内。电器控制箱7设置在保温库体4的外侧。

保温库体4是由聚氨酯或其它发泡保温材料制作而成，保温材料内、外均有不锈钢薄板，一方面不锈钢薄板不会象其它金属材料一样产生腐蚀，另一方面不锈钢薄板可以阻挡保温材料与物料接触，防止物料特别是食物类物料污染。另外，在保温库体4的一侧或多侧安装有保温库门11，可通过保温库门11进出保温库体4内部，便于使用、维护。

所述螺旋输送装置5如图2、4所示，其采用双螺旋输送结构，主要包括输送网带20、转鼓39、转鼓支架38、输送网带导轨36、输送网带导轨支撑37，

转鼓39有一对，在转鼓39的中心设置垂直方向的中轴，中轴两端安装有轴承，下轴承安装在保温库体4的地台上，上轴承安装在转鼓支撑架38上。转鼓底部安装大链轮16，大链轮16由带减速机13的电机通过链条15驱动转动。输送网带导轨36通过输送网带导轨支撑37安装在转鼓支撑架38上，输送网带导轨36呈螺旋状环绕在转鼓外围，输送网带导轨36上的输送网带34端部与转鼓39接触，依靠转鼓旋转带来的摩擦力驱动输送网带34运动。

为减小输送网带34与转鼓39之间的摩擦力，降低磨损，在输送网带导轨36上面安装有降低滑动摩擦力的输送网带导轨滑动条35，滑动条35可以是高分子聚乙烯，也可以是高分子聚四氟乙烯。

为防止链条15从减速机13链轮及大链轮16上脱落，在链条15的合适位置布置有链条张紧装置A14，防止链条15脱落而影响生产。

 如图5、6所示，输送网带20采用不锈钢材料制作而成，具有不易腐蚀，不易污染物料的优点。其主要包括链板40、金属编织网42和物料挡边43，在金属编织网42的两侧及中间设置三道链条，每道链条由若干链板40首尾衔接构成，链条与链轮啮合实现支承、传动。

为增强金属编织网42刚度、确保输送网带20运行稳定性并保证力的传递，在输送网带20沿运行方向均匀分布若干平行设置的穿杆41。穿杆41沿输送网带幅宽方向穿过三道链条上对应的链板，并与链板40活动连接。为防止物料干燥过程中被干燥气流吹落，在金属编织网42与链板40结合的位置安装有物料挡边43，防止物料脱落。

另外，在保温库体4内，输送网带20一般达到250米-450米长，其具体根据转鼓直径大小、转鼓周围网带层数而变化。由于在本发明物料表面水热泵干燥装置运行前后存在温差，加之输送网带20的穿杆41与链板40之间滑动磨损，以及转鼓39变形等因素，输送网带20长度会发生变化，为保证网带20与转鼓39之间充分接触以确保足够的摩擦力，在两个转鼓之间设置有输送带张紧装置B12，输送带张紧装置b12上设有配重块，配重块依靠重力压紧输送网带20，保证输送网带20与转鼓39之间有足够的摩擦力。

干燥介质处理箱6分两部分（可参见图2、3），上部分为干燥介质热泵处理模块，下部分为干燥介质扰流模块，本装置中干燥介质一般指空气。

干燥介质热泵处理模块包括袋式除尘器24、风管26和引流风机28，其还内置有热泵系统的蒸发器25、库内冷凝器27，导风板23是围绕输送网带20做成的不锈钢板围挡，用于对空气的流动进行导向，以便尽量使大部分气流通过物料表面，并提高物料表面空气的流速，进而提高干燥效果；蒸发器25采用清水膜铝翅片结构，袋式除尘器24、热泵系统蒸发器25、风管、库内冷凝器27和引流风机28前后依次设置。

干燥介质扰流模块由扰流风机29、扰流风筒30组成，扰流风筒30为一个矩形风筒，扰流风机29设置在扰流风筒30的后端，与引流风机28上、下对应。

热泵系统蒸发器25还配备一个集水盘31，集水盘31就是一个上部开口的矩形托盘，放在热泵系统蒸发器25的最下方，热泵系统蒸发器25表面上凝结的水直接落入其中，集水盘31的底部接一直延伸至保温库体外的排水管33，排水管33具有一段存水弯32。

另外，为提高物料的干燥效率，让空气气流能够按预定路线流动使大部分气流通过物料表面，装置还包括导风组件，其包括外侧挡风板、内侧挡风板和侧边挡风板，其中，外侧挡风板、内侧挡风板围绕输送网带设置，具体包括位于各螺旋状导轨内圈的内侧挡风板19，位于两螺旋状导轨外圈外侧的外侧挡风板22，位于两螺旋状导轨外圈并靠近干燥介质处理箱6的外侧挡风板18，以及位于干燥介质热泵处理模块袋式除尘器前侧的导风板23。

 干燥介质热泵处理模块工作原理为：

空气进入干燥介质热泵处理模块时，先经过袋式除尘器24过滤气流中杂质，避免因杂质污染后面的蒸发器25和库内冷凝器27而造成换热效果下降；经过滤的空气先进入蒸发器25，蒸发器25表面温度较低（-10℃-10℃），空气遇冷温度下降，其中部分水蒸气凝结成水，由于蒸发器25采用清水膜铝翅片结构，凝结水很快从小水珠凝结成大水珠，因重力作用而滑落到集水盘31，集水盘31的水通过排水管33集中排到保温库体4外；从蒸发器25出来的空气相对湿度是100%的，为增加其吸收水分的能力，出蒸发器25的空气再进入库内冷凝器27，库内冷凝器27的表面温度相对较高，空气遇热升温，由于温度升高，空气的相对湿度下降，达到80%及更低，重新具有吸收水分的能力，出库内冷凝器27的空气在引流风机28的作用下，沿导风板23封闭的路径流过，承载含表面水物料的输送网带20从导风板23之间通过，热空气流过物料表面时，物料表面水蒸发被空气带走，空气的相对湿度增加，含湿量增加，然后再回到干燥介质处理箱，如此循环。

干燥介质扰流模块工作原理：

其扰流作用的空气经扰流风机29抽送作用，在物料之间循环，经扰流风筒30进入扰流风机29，加快了气流流经物料表面的速度，缩短物料干燥时间，增强介质吸湿能力。

 如图7所示，热泵系统包括压缩机54、膨胀阀49、蒸发器61、库内冷凝器48、单向阀59和储液器60，压缩机54、库内冷凝器48、单向阀59、储液器60、膨胀阀49和蒸发器61依次串接构成一个热泵工作循环回路，

其中，蒸发器61、库内冷凝器48位于保温库体4的干燥介质热泵处理模块内，压缩机54安装在保温库体4外。

热泵系统工作时，制冷压缩机54排出的高温制冷剂气体温度在60℃～120℃之间，压缩机54排出的高温制冷剂中含有润滑油，这部分润滑油如果进入换热器，会造成换热器换热效率下降。因此，在压缩机54的出口处设置油分离器53，高温制冷器液体先进入油分离器53进行气体脱油处理。经脱油的高温制冷剂气体经第二电磁阀51进入库内冷凝器48，在库内冷凝器48内，高温制冷剂气体被库内空气冷凝成30℃～55℃之间的制冷剂液体，这部分液体进入储液器60内储存。储液器60内的制冷器液体在压力作用下，经膨胀阀49节流加压成-10℃～10℃汽液混合物进入蒸发器61内，制冷剂在蒸发器61内吸收换热管壁导热过来的空气热量气化为低温低压制冷剂气体，然后进入压缩机54，如此反复循环实现热泵的工作。

为防止停机后大量制冷剂液体在下次开机时进入压缩机造成液击，在膨胀阀49前安装有第一电磁阀50，压缩机停机时或停机前关闭第一电磁阀50。

为防止压缩机吸气带液造成压缩机液击损坏，在压缩机前安装气液分离器55。

在图7所示的热泵系统中，为防止库内温度过高或压缩机吸气温度过高，在热泵系统中安装了1台与库内冷凝器48并联的室外冷凝器56，该室外冷凝器56串接单向阀58和第三电磁阀52，室外冷凝器56一侧设置室外冷凝器风扇57。当库内温度过高或压缩机吸气温度过高时，通过温度传感器或压力传感器将信号传递给电气控制箱7内PLC系统，PLC系统打开第三电磁阀52并关闭第二电磁阀51，使得压缩机54排出的高温制冷剂气体通过室外冷凝器56冷凝成液体，而室内冷凝器48停止工作，此时，库内仅有蒸发器61工作，干燥介质温度下降，库内温度下降，进而压缩机吸气温度也随之下降。当库内温度下降至设定下限时，第二电磁阀51再打开，同时第三电磁阀52关闭。室外冷凝器56停止工作，而库内冷凝器48工作，库内温度逐步上升。室外冷凝器56的配置及相关控制及阀件的配置是为了防止意外工况发生，以保护热泵系统，位置库内干燥工况在设定范围内。正常情况一般不会产生库内冷凝器48与室外冷凝器56之间的切换。

在图7热泵系统中，为保证库内冷凝器48正常工作，其换热管内冷凝的制冷剂液体必须及时泄放到储液器60中。因此，储液器60的安装位置应低于室内冷凝器48排液口的位置，否侧库内温度会逐渐下降并偏离设定平衡点温度范围。

 本发明主要存在以下四个工作循环：

（1）物料循环

进料装置                                               

  进料端转鼓 出料端转鼓  出料装置；

（2）热泵除湿风循环

引流风机

 输送网带物料层

 导风板

 蒸发器

 室内冷凝器

 袋式除尘器 

 引流风机；

（3）循环扰流风循环

扰流风机

 输送网带物料层

 导风板

 风筒

 扰流风机；

（4）热泵系统制冷剂循环

制冷压缩机  库内冷凝器

  膨胀阀 蒸发器 压缩机  ； 

           

          

                  

室外冷凝器

具体的：

物料循环：螺旋输送装置的电机驱动一对转鼓转动，由于输送网带导轨上的输送网带端部与转鼓接触，依靠转鼓旋转带来的摩擦力驱动输送网带运动自进料端向出料端移动，物料通过进料装置进入保温库体内，沿输送网带自前向后依次通过进料端转鼓和出料端转鼓外围的螺旋状导轨。

热泵除湿风循环：在物料在保温库体内移动时，空气先经过袋式除尘器过滤气流中杂质，再经过蒸发器进行降温，空气中的部分水蒸气凝结成水凝结成水珠，因重力作用滑落到集水盘通过排水管集中排到保温库体外；出蒸发器的空气再经过库内冷凝器，通过库内冷凝器对空气加热升温，进而使得空气的相对湿度下降，使其拥有重新吸收水分的能力，出库内冷凝器的空气在引流风机的作用下，沿导风板封闭的路径流过，带走物料表面的水份，空气的相对湿度增加，含湿量增加，然后再次回到干燥介质处理箱，如此循环。

循环扰流风循环：由于通过干燥介质热泵处理模块的风量不宜过大，避免因大风速将已冷凝的水带走而引起干燥介质热泵处理模块的干燥能力下降、失效。因此设置了干燥介质扰流模块，通过扰流风机   提高空气通过物料表面的速度，再经导风板回到风筒，再由扰流风机排出，有效利用仍然具有较高吸湿能力的空气，同时提高空气流经物料的速度以提升物料表面水蒸发量。

热泵系统制冷剂循环：压缩机排出的制冷剂为高温气体，经油分离器除油后进入库内冷凝器，在库内冷凝器内高温气体状态的制冷剂与库内冷凝器外的空气热交换冷凝成制冷剂液体，这部分液体进入储液器内储存，储液器内的制冷器液体在压力作用下，经膨胀阀节流加压成汽液混合物进入蒸发器内，制冷剂在蒸发器内与蒸发器外的库内空气热交换吸热气化为低温低压制冷剂气体，然后进入压缩机，如此反复循环实现热泵的工作。当库内温度过高时或者检测到热泵系统压缩机吸气温度过高时，切断库内冷凝器段管路，导通室外冷凝器段管路，进而取消原有库内冷凝器的放热，实现库内温度的降低。

Claims (5)

1.一种物料表面水热泵干燥装置，其特征在于：主要包括进料齿轮机构、进料装置、保温库体、螺旋输送装置、干燥介质处理箱、出料装置、出料齿轮机构、导风组件和热泵系统，

保温库体内置干燥介质处理箱以及具有输送网带的螺旋输送装置，保温库体的前后端设置进料装置和出料装置，进料装置和出料装置作为螺旋输送装置在进料端和出料端侧向外的延伸段，进料装置和出料装置的端部分别安装有对输送网带换向的进料齿轮机构和出料齿轮机构；

螺旋输送装置采用双螺旋输送结构，主要包括输送网带、转鼓、转鼓支架、输送网带导轨、输送网带导轨支撑，转鼓有一对，在转鼓的中心设置垂直方向的中轴，中轴两端安装有轴承，下轴承安装在保温库体的地台上，上轴承安装在转鼓支撑架上，转鼓由带减速机的电机通过链条传动驱动转动；输送网带导轨通过输送网带导轨支撑安装在转鼓支撑架上并呈螺旋状环绕在转鼓外围，输送网带导轨上的输送网带端部与转鼓接触；

干燥介质处理箱包括上部分干燥介质热泵处理模块和下部分干燥介质扰流模块，干燥介质热泵处理模块包括袋式除尘器、风管和引流风机，干燥介质热泵处理模块还内置有热泵系统的蒸发器、库内冷凝器，袋式除尘器、热泵系统蒸发器、风管、库内冷凝器和引流风机前后依次设置；干燥介质扰流模块由扰流风机、扰流风筒组成，扰流风机设置在扰流风筒的后端，与引流风机上、下对应；

导风组件包括内侧挡风板、外侧挡风板、侧边挡风板和导风板，其中，外侧挡风板、内侧挡风板围绕输送网带设置，具体包括位于各螺旋状导轨内圈的内侧挡风板，位于两螺旋状导轨外圈的外侧挡风板，位于干燥介质热泵处理模块两侧的侧边挡风板，以及位于干燥介质热泵处理模块袋式除尘器前侧的导风板；

热泵系统包括压缩机组、膨胀阀、蒸发器、库内冷凝器、单向阀和储液器，压缩机组、库内冷凝器、单向阀、储液器、膨胀阀和蒸发器依次串接构成一个热泵工作循环回路；所述热泵系统还配备有一个与库内冷凝器并联的室外冷凝器，在室外冷凝器及库内冷凝器的进口处分别设置切换用第三电磁阀和第一电磁阀。

2.根据权利要求1所述的物料表面水热泵干燥装置，其特征在于：所述保温库体由发泡保温材料内、外设置有不锈钢薄板构成；所述螺旋输送装置的输送网带导轨上面安装有降低滑动摩擦力的输送网带导轨滑动条；所述螺旋输送装置的链条传动结构上配备有链条张紧装置A，输送网带上配备有输送带张紧装置B；所述干燥介质热泵处理模块还配备一个位于蒸发器下方的集水盘，集水盘就是一个上部开口的矩形托盘，矩形托盘的底部接一延伸至保温库体外的排水管，排水管具有一段存水弯。

3.根据权利要求1或2所述的物料表面水热泵干燥装置，其特征在于：所述输送网带主要包括链板、金属编织网和穿杆，在金属编织网的两侧及中间设置三道链条，每道链条由若干链板首尾衔接构成，输送网带沿运行方向均匀分布若干平行设置的穿杆，穿杆沿输送网带幅宽方向穿过三道链条上对应的链板与链板活动连接。

4.根据权利要求1或2所述的物料表面水热泵干燥装置，其特征在于：所述热泵系统的膨胀阀前安装有第一电磁阀，在压缩机进口前安装气液分离器，压缩机出口后安装油分离器。

5.根据权利要求1或2所述的物料表面水热泵干燥装置，其特征在于：所述保温库体的一侧或多侧安装有保温库门。

Images