CN103453759A - 空气源热泵水循环换热干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气源热泵水循环换热干燥系统，该系统的热泵机组由两种用途各异的热泵机组构成，一种用作制热水，一种用作制冷水，制热水机组与热水箱及热水管道构成制热水循环回路，热水箱与加热换热器、循环水泵及热水管道构成热水换热循环回路，加热换热器将热水的热能传递给空气，加热烘干房内温度；而制冷水机组与冷水箱及冷水管道构成制冷水循环回路，冷水箱与除湿换热器、循环水泵及冷水管道构成冷水凝结循环回路，除湿换热器中运行的冷却水，使得烘干房内湿热空气遇到除湿换热器即在其表面冷凝成水，并排出烘干房外。本发明还将制冷循环冷凝器排出的热风导入制热循环的蒸发器中，提高了系统的整体能效。本发明给出的烘干房，升温除湿效果明显，房内温度均匀，应用前景良好。

Description

空气源热泵水循环换热干燥系统

技术领域

本发明涉及干燥设备技术领域，尤其为一种利用热泵技术的封闭式干燥系统。

背景技术

热泵干燥设备按干燥介质与外界环境的连通程度，可划分为，敞开式、半敞开式和封闭式三大类。热泵技术以其节能、环保等特点，正逐步被应用到干燥设备。传统热泵干燥设备只是利用热泵基本性能，将空气源中存在着的热能转换成一定温度的热风，而将热风通入烘干房干燥物品。这类热泵干燥设备虽然可以替代传统煤加热或电加热的干燥设备，并在节能、环保方面取得不小的进展，但是，热泵工作过程，自身也有能量消耗，如何进一步提高热泵换能的效率，更充分地利用空气能源，这仍然是热泵干燥设备所面临的技术难题。

发明内容

本发明的目的是在传统热泵干燥设备技术基础之上，构建一个能适用于封闭式干燥设备的空气源热泵水循环干燥系统，进一步提高热泵干燥系统的能源利用效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，该空气源热泵水循环换热烘干系统的构成包括有，空气源热泵机组、热水箱、加热换热器、热水管道、冷水箱、除湿换热器、冷水管道、循环水泵及烘干房，其特征在于：所述空气源热泵机组由两种空气源热泵机组构成，一种为制热水热泵机组，一种为制冷水热泵机组，制热水热泵机组与热水箱及热水管道构成制热水循环回路，热水箱与加热换热器、循环水泵及热水管道构成热水换热循环回路，所述加热换热器置于烘干房内，加热换热器将高温热水的热能传递给烘干房内空气，加热提升烘干房内温度；而制冷水热泵机组与冷水箱及冷水管道构成制冷水循环回路，冷水箱与除湿换热器、循环水泵及冷水管道构成冷水凝结循环回路，所述除湿换热器置于烘干房内，除湿换热器中运行的冷水使得烘干房内湿热空气中的水分在除湿换热器表面冷凝成水，冷凝水排出烘干房之外。

在上述技术方案中，所述制冷水热泵机组和所述制热水热泵机组均由压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器、循环水泵及管道构成，所述制冷水热泵机组的冷凝器与所述制热水热泵机组的蒸发器密闭在同一空间内，并通过导风装置将制冷水热泵机组在制冷水过程中由冷凝器向外排出的热空气吹到制热水热泵机组的蒸发器，从而使这部分本应浪费的热能被制热水热泵机组在制热水过程中加以利用，提高了制热水热泵机组的效率，降低了系统的总能耗。

在上述技术方案中，所述加热换热器由若干毛细管构成，毛细管编排成规则形状，热水箱中热水循环地流过毛细管，持续地与毛细管周围的低温空气进行换热，提高烘干房内空气温度；所述除湿换热器由若干冷却水管和冷凝水收集器构成，冷却水管编排成规则形状，冷水箱中的冷水循环地流过冷却水管，持续地与冷却水管周围高温湿热空气进行换热，从而在冷却水管外表面冷凝结水，位于冷却水管下方的冷凝水收集器收集凝结水并将其排出烘干房。

在上述技术方案中，所述毛细管材质为金属、或为耐高温塑料、或为陶瓷；所述冷却水管材质为金属、或为塑料，或为陶瓷；所述毛细管内径为0.50mm至30.00mm。

在上述技术方案中，所述烘干房由地面基础保温层、保温侧围墙壁和保温顶盖构成，保温侧围墙壁和保温顶盖之间设置有墙壁阻热层，加热换热器的毛细管沿保温侧围墙壁立面排布，在毛细管朝向烘干房中心一侧设置紊流板，在烘干房底部、保温侧围墙壁与紊流板之间设置有风扇，风扇将经毛细管换热加热后的热空气向上方吹，热空气经紊流板上的通孔进入烘干房中部的烘干区域；所述除湿换热器的冷却水管设置在烘干房上部，冷凝水收集器倾斜地设置在冷却水管下方，冷凝水收集器通过管道将冷凝水排到烘干房外。所述紊流板是在竖直立板上开启若干水平高度不同的通槽或通孔，并在每条通槽或通孔的上边沿处设置导风板，且导风板的长度随着其所处水平高度的上升而加长。所述冷凝水收集器由接水盘和冷凝水外排管构成，接水盘的横向呈波浪凹凸起伏状、纵向边缘有流水槽，流水槽连通冷凝水外排管，并在接水盘起伏斜面上开有通孔，接水盘和冷凝水外排管均呈非水平放置，使滴入接水盘的冷凝水先流入低凹处，再顺势流入接水盘排水槽，最后经冷凝水外排管排至烘干房外。或者，所述接水盘的横向呈起伏三角形、纵向边缘有流水槽，流水槽连通冷凝水外排管，并在接水盘起伏三角形斜面上开有通孔，且通孔上沿口处有一圈突起，接水盘和冷凝水外排管均呈非水平放置，使滴入接水盘的冷凝水先流入低凹处，再顺势流入接水盘排水槽，最后经冷凝水外排管排至烘干房外。

本发明优点是：

1、采用热循环水作为烘干加热所需的高温热源，升温效果明显好于热风热源，毛细管形式的加热换热器可以方便地布置在烘干房内部所需要的位置，这可使烘干房内部各空间位置的温度基本相同，再加之紊流板和风扇的合理使用，比传统采用热风口吹热风的加热形式更为均匀。采用冷循环水作为烘干除湿所需的低温冷源，毛细管形式的除湿换热器配合冷凝水收集器，能将烘干房内部湿热空气冷凝成水而排出，有效地降低了烘干房内部湿度。本发明的加热过程和冷凝过程均在烘干房内部空间内完成，物品烘干过程中产生的热湿气体不需要外排，而是经冷凝过程，析出热湿气体中的水份排掉，而热湿气体的部分热量仍然驻留在烘干房内，从而降低了烘干房能耗。

2、本发明采用了高能效比的空气源热泵来产生循环热水和循环冷水，同时将热水循环子系统和冷水循环子系统作为一个热系统进行热工设计，将制冷循环冷凝器排出的热风导入制热循环的蒸发器中，有效的利用了制冷循环的冷凝热，提高了系统整体能源利用效率。

附图说明

图1是本发明实施例一空气源热泵水循环换热干燥原理示意图。

图2是本发明实施例二空气源热泵水循环换热系统构成示意图。

图3是本发明实施例三空气源热泵水循环换热烘干房结构横向剖视图。

图4是本发明实施例三空气源热泵水循环换热烘干房结构纵向剖视图。

图5是本发明实施例三接水盘斜面板结构示意图。

图6是本发明实施例三接水盘斜面板结构剖面图，图5的A-A视图。

以上附图中，1是导风装置，2是烘干房保温层，10是压缩机，11是蒸发器，12是节流阀，13是冷凝器，14是储热水箱，15是加热换热器，16是热水管道，17是循环水泵，20是压缩机21是冷凝器，22是节流阀，23是蒸发器，24是储冷水箱，25是除湿换热器，26是冷水管道，27是循环水泵， 101是制热水热泵机组，102是连通箱体，103是制冷水热泵机组，104是储热水箱，105是储冷水箱，106是循环热水泵，107是循环冷水泵，108是热水管道，109是冷水管道，110是除湿换热器，111是冷凝水收集器，112是冷凝水储箱，113是烘干房，114是毛细管加热换热器，201是烘干房保温顶盖，202是冷凝水外排管道，203是墙壁阻热层，204是烘干房保温侧围墙壁，205是加热毛细水管，206是风扇形成的气流方向，207是冷凝水收集器，208是接水盘，209是冷却水管，210是冷凝水，211是导风板，212是通风孔（槽），213是风扇，214是冷凝水外排管，215是接水盘斜面上的通孔，216是接水盘流水槽，217是进冷却水孔，218是墙壁阻热层，219是加热毛细水管，220是进热水孔，221是紊流板，222是烘干房门口，223是紊流板进风口，224是烘干房地面基础保温层，225是接水盘斜面通孔上沿口处的突起圈。

具体实施方式

实施例一：

本实施例为一种空气源热泵水循环换热干燥系统，其构成及连接关系如附图1所示。

本实施例所给出的空气源热泵水循环换热系统包括有制热水循环回路及热水换热循环回路，还包括有制冷水循环回路及冷水凝结循环回路，如附图1所示，制热水循环回路包括有压缩机10、蒸发器11、节流阀12、冷凝器13、储热水箱14以及连通管道，热水换热循环回路包括有储热水箱14、加热换热器15、热水管道16、循环水泵17；如附图1所示，制冷水循环回路包括有压缩机20、蒸发器21、节流阀22、冷凝器23、储冷水箱24以及连通管道，冷水凝结循环回路包括有储冷水箱24、除湿换热器25、冷水管道、循环水泵27。在蒸发器11与冷凝器21之间设置导风装置1，加热换热器15和除湿换热器25均设置在封闭的干燥空间内。

实施例二：

本实施例为一种实用的空气源热泵水循环换热干燥系统，其构成及连接关系如附图2所示。

本实施例将制热水循环回路中的压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器集成为热水热泵机组101，同时也将制冷水循环回路中的压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器集成为冷水热泵机组103。

本实施例还通过连通箱体形式的导风装置102，将制冷水热泵机组103的冷凝器与制热水热泵机组101的蒸发器密闭局限在同一空间内，使得制冷水热泵机组运行过程中产生的热能，再次被制热水热泵机组在制热水过程中加以利用，提高了制热水热泵机组的效率，降低了系统的总能耗。

本实施例中，制热水热泵机组101通过管道与储热水箱104构成制热水循环回路；制冷水热泵机组103通过管道与储冷水箱105构成制冷水循环回路，储热水箱104通过循环水泵106、热水管道108与毛细管加热换热器114连通，在烘干房113内部构成一个热水循环加热回路。储冷水箱105通过循环水泵107、冷水管道109与烘干房内部的除湿换热器110连通，冷凝水收集器111位于除湿换热器110下方，冷凝水收集器111经管道排至烘干房外部的冷凝水储箱112。

本实施例是通过制热水热泵机组产生的循环热水经毛细管加热换热器111均匀地与烘干房100内部空气进行加温换热，提升烘干房内部空气温度，同时通过制冷水热泵机组产生的循环冷水经除湿换热器冷凝烘干房内的蒸汽，从而达到除湿的效果。

本实施例将制冷水循环子系统放出的热量（热风的形式）传输给制热循环子系统，提高了制热循环子系统的吸热温度，进而提高了制热效率、节省了能源。

针对具体的烘干房或烘干设备，本实施例所给出干燥系统中热水循环子系统和冷水循环子系统会有不同的布置形式，通过整体合理性系统设计，使干燥系统与烘干房或烘干设备共同作用，以实现良好的干燥功能和节能效果。

实施例三：

本实施例给出了一种实用烘干房的结构设计实例，其结构横向剖视如附图3，其结构纵向剖视如附图4所示。

本实施例烘干房由保温侧围墙壁204和保温顶盖201以及地面基础保温层224构成，保温侧围墙壁204和保温顶盖201之间设置有墙壁阻热层203，加热换热器的毛细管205沿保温侧围墙壁204立面排布，在毛细管205朝向烘干房中心一侧设置竖立的紊流板221，该紊流板221是在竖直立板上开启若干水平高度不同的通槽或通孔212，并在每条通槽或通孔212的上边沿处设置导风板211，且导风板211的长度随着其所处水平高度的上升而加长，在烘干房底部、保温侧围墙壁204与紊流板221之间设置有风扇213，风扇213将经毛细管205换热加热后的热空气向上方206吹动，热空气经紊流板上导风板221的导引并穿过紊流板上的通槽或通孔212进入烘干房中部的烘干区域。本实施例中，墙壁阻热层203阻断了保温侧围墙壁204与保温顶盖201之间的热传导途径，有效地减少了烘干房内部热量的无效损失。

本实施例除湿换热器采用冷却水管209，冷凝水收集器207设置在冷却水管209下方，冷却水管209和冷凝水收集器207设置在烘干房上部由保温顶盖201所围成的空间内，冷凝水收集器207由接水盘208和冷凝水外排管214构成，接水盘208呈波浪三角形，并在三角形斜面上开有通孔215，接水盘208和冷凝水外排管214均非水平放置，使滴入接水盘208的冷凝水210先流入三角形底角处，再顺势流入接水盘流水槽216，最后经冷凝水外排管214排至烘干房外。

本实施例为避免冷凝水从接水盘斜面上的通孔流入到烘干房，一方面从结构设计上解决，即使得接水盘斜面通孔不处在除湿换热器冷却水管的正下方，另一方面在接水盘斜面通孔上沿口处设置一圈突起225（参见附图5和附图6），从而阻止接水盘斜面流过的冷凝水从该通孔滴至烘干房烘干区域。

本实施例的空气源热泵水循环换热干燥系统与实施例二相同，在此不重复叙述。

本实施例的储热水箱的热水管穿过保温墙壁上的进热水孔220，将热水输送给加热换热毛细管205，储冷水箱的冷水管穿过保温墙壁上的进冷水孔217，将冷水输送给除湿换热冷却水管209。毛细管205加热其周围空气，紊流板221和风扇213共同作用，将热空气以紊流方式吹入烘干房中心烘干区域，烘干物品受热后，其所含水份挥发，所形成的湿热气体穿过接水盘斜面上的通孔，与冷却水管接触，所形成的冷凝水滴入接水盘，经流水槽和冷凝水外排管排出烘干房。本实施例中加热换热毛细管205采用聚四氟乙烯材料制成，毛细管内径为10mm。

本实施例将烘干房实用结构要求与本发明空气源热泵水循环换热干燥系统做了系统设计，充分考虑了烘干房内部的升温速率、温度均匀、除湿效果以及整体能效。

本实施例经过多组实验，得到以下实验结果：

首先，烘干房内部升温效果很好，空载的时候温度可以在90分钟升温至80℃，最高温度可以达到83℃，有负荷时温度可以升到65℃左右。

其次，冷凝除湿效果很好，冷凝出水率达53%。

再次，烘干房内部温度分布均匀。采用分布式毛细管加热，使烘房内的温度更均匀。

第四，烘干房内所设置的紊流板和风扇相互作用，明显增加了烘干房内部空气的扰流效果，进一步缩短了烘干时间。

Claims (8)

1.一种空气源热泵水循环换热干燥系统，该空气源热泵水循环换热烘干系统的构成包括有，空气源热泵机组、热水箱、加热换热器、热水管道、冷水箱、除湿换热器、冷水管道、循环水泵及烘干房，其特征在于：所述空气源热泵机组由两种空气源热泵机组构成，一种为制热水热泵机组，一种为制冷水热泵机组，制热水热泵机组与热水箱及热水管道构成制热水循环回路，热水箱与加热换热器、循环水泵及热水管道构成热水换热循环回路，所述加热换热器置于烘干房内，加热换热器将高温热水的热能传递给烘干房内空气，加热提升烘干房内温度；而制冷水热泵机组与冷水箱及冷水管道构成制冷水循环回路，冷水箱与除湿换热器、循环水泵及冷水管道构成冷水凝结循环回路，所述除湿换热器置于烘干房内，除湿换热器中运行的冷水使得烘干房内湿热空气中的水分在除湿换热器表面冷凝成水，冷凝水排出烘干房之外。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述制冷水热泵机组和所述制热水热泵机组均由压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器、循环水泵及管道构成，所述制冷水热泵机组的冷凝器与所述制热水热泵机组的蒸发器密闭在同一空间内，并通过导风装置将制冷水热泵机组在制冷水过程中由冷凝器向外排出的热空气吹到制热水热泵机组的蒸发器。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述加热换热器由若干毛细管构成，毛细管编排成规则形状，热水箱中热水循环地流过毛细管，持续地与毛细管周围的低温空气进行换热，提高烘干房内空气温度；所述除湿换热器由若干冷却水管和冷凝水收集器构成，冷却水管编排成规则形状，冷水箱中的冷水循环地流过冷却水管，持续地与冷却水管周围高温湿热空气进行换热，从而在冷却水管外表面冷凝结水，位于冷却水管下方的冷凝水收集器收集凝结水并将其排出烘干房。

4.根据权利要求3所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述毛细管材质为金属、或为耐高温塑料、或为陶瓷；所述冷却水管材质为金属、或为塑料，或为陶瓷；所述毛细管内径为0.50mm至30.00mm。

5.根据权利要求1或2或3所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述烘干房由地面基础保温层、保温侧围墙壁和保温顶盖构成，保温侧围墙壁和保温顶盖之间设置有墙壁阻热层，加热换热器的毛细管沿保温侧围墙壁立面排布，在毛细管朝向烘干房中心一侧设置紊流板，在烘干房底部、保温侧围墙壁与紊流板之间设置有风扇，风扇将经毛细管换热加热后的热空气向上方吹，热空气经紊流板上的通孔进入烘干房中部的烘干区域；所述除湿换热器的冷却水管设置在烘干房上部，冷凝水收集器倾斜地设置在冷却水管下方，冷凝水收集器通过管道将冷凝水排到烘干房外。

6.根据权利要求5所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述紊流板是在竖直立板上开启若干水平高度不同的通槽或通孔，并在每条通槽或通孔的上边沿处设置导风板，且导风板的长度随着其所处水平高度的上升而加长。

7.根据权利要求5所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述冷凝水收集器由接水盘和冷凝水外排管构成，接水盘的横向呈波浪凹凸起伏状、纵向边缘有流水槽，流水槽连通冷凝水外排管，并在接水盘起伏斜面上开有通孔，接水盘和冷凝水外排管均呈非水平放置，使滴入接水盘的冷凝水先流入低凹处，再顺势流入接水盘排水槽，最后经冷凝水外排管排至烘干房外。

8.根据权利要求7所述的空气源热泵水循环换热干燥系统，其特征在于：所述接水盘的横向呈起伏三角形、纵向边缘有流水槽，流水槽连通冷凝水外排管，并在接水盘起伏三角形斜面上开有通孔，且通孔上沿口处有一圈突起，接水盘和冷凝水外排管均呈非水平放置，使滴入接水盘的冷凝水先流入低凹处，再顺势流入接水盘排水槽，最后经冷凝水外排管排至烘干房外。

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