CN103604288B - 全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机及其实现方法，解决现有的物料高温烘干方式存在能耗高的问题。本发明包括内部设有温湿度传感器的保温烘房，通过第一回风管与该保温烘房连通的第一热交换器，通过第二回风管与第一回风管连通的二次加热器，进风口与该二次加热器相对应、出风口与保温烘房连通的送风机，进风口与第一热交换器出风口相对应、出风口连接有第三回风管的回风机，设置在第三回风管内的排风降温装置，设置在第三回风管一端和第一热交换器进风口之间的热泵除湿装置，以及与温湿度传感器连接的控制器。本发明结构合理，使用方便，具有良好的节能效果，并且环保，因此，其适于推广应用。

Description

全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机及其实现方法

技术领域

    本发明涉及一种热泵机组，具体地说，是涉及一种全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机及其实现方法。

背景技术

在我国，高温烘干主要应用在一些特殊的物料场所，例如茶叶、城市淤泥、尖果、肥料等产品的高温烘干。高温烘干常用的烘干方式有蒸汽烘干、微波烘干、热风炉烘干等。由于物料的干燥必须至少满足两个条件：加温和排湿，而高温烘干的过程中排湿会浪费很大的热量，这种热量的浪费有时会占到总热量的70%。

具体来说，传统的高温烘干方式的不足主要表现在以下方面：

1、通过蒸汽烘干和热风炉烘干需要燃烧大量煤、柴等一次能源，排湿时直接将高温高湿气体排出烘房外，能源耗巨大，同时燃烧煤的同时产生大量的有害气体及废渣，如一氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等CO₂等有害气体，大量的氮化物和硫化物造成酸雨等灾害，与国家节能环保的可持续发展政策相反。

2、在高温烘干过程中，例如采用蒸汽烘干和热风炉烘干，烘房内部温度主要通过燃料的增减量来调节，因而烘房内的温度不能稳定控制，温差较大，物料烘干的产品质量得不到保障。

3、在高温烘干过程中，燃烧煤、柴过程中产生的热量在物料排湿时大部分热能直接排出室外，没有得到循环利用。节能效果及差。

4、在排湿时，有些物料（例如材叶）中的香味及营养成分会直接排出室外，降低茶叶的功效，另一方面，在物料的烘干过程中，会出现有害气体进入物料烘干房内，形成二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机及其实现方法，主要解决现有的物料高温烘干方式存在能耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机，包括内部设有温湿度传感器的保温烘房，通过第一回风管与该保温烘房连通的第一热交换器，通过第二回风管与第一回风管连通的二次加热器，进风口与该二次加热器相对应、出风口与保温烘房连通的送风机，进风口与第一热交换器出风口相对应、出风口连接有第三回风管的回风机，设置在第三回风管内的排风降温装置，设置在第三回风管一端和第一热交换器进风口之间的热泵除湿装置，以及与温湿度传感器连接的控制器。

进一步地，所述第一回风管中靠近第一热交换器处设有与控制器连接的第一电动风阀。

再进一步地，所述第二回风管中设有与控制器连接的第二电动风阀。

具体地税，所述排风降温装置包括设置在第三回风管中的第二热交换器，以及进风口与该第二热交换器出风口相对应的排风机。

具体地说，所述热泵除湿装置包括依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、膨胀阀、蒸发器以及分离器，并且该分离器还回连于压缩机；所述蒸发器固定在第三回风管一端，所述冷凝器固定在第一热交换器出风口处。

更进一步地，所述储液罐与膨胀阀之间还设有过滤器。

在上述硬件基础上，本发明还提供该全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机的实现方法，包括以下步骤：

（1）控制器控制第二电动风阀打开，同时启动送风机；

（2）保温烘房内部空气在送风机带动下经第二回风管进入到二次加热器中进行加热；

（3）加热后的空气经送风机抽入，并再次回送到保温烘房中；

（4）依次循环步骤（2）、（3），直到保温烘房内部温度符合烘干温度；

（5）控制器控制第一电动风阀打开，并分别开启回风机和排风机；

（6）保温烘房内一部分空气继续经由第二回风管进入到二次加热器中进行加热，另一部分空气则由回风机经由第一热交换器吸入到第三回风管中；

（7）进入到第三回风管的空气在排风机吸入外界空气后在第二热交换器中进行热交换，空气温度和湿度均降低；

（8）空气依次与热泵除湿装置产生的高温高压气态制冷剂和低温低压液态制冷剂进行热交换，形成中间温度干燥空气；

（9）中间温度干燥空气进入到第一热交换器中，与后续由保温烘房进入到第一热交换器中的空气进行热交换，形成高温干燥空气；

（10）高温干燥空气经送风机吸入到二次加热器中进行加热，并再次回送到保温烘房中；

（11）依次循环步骤（6）～（10）。

具体地说，所述步骤（8）包括以下步骤：

（8a）压缩机将低温低压气态制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂，并输送到冷凝器中；

（8b）制冷剂在冷凝器中与同时进入冷凝器、且温度和湿度均降低的空气进行热交换，形成气液混合态制冷剂，并进入到储液罐中进行分离；

（8c）分离后，液态制冷剂存储在储液罐中，气态制冷剂则进入到过滤器中进行过滤；

（8d）过滤后的气态制冷剂进入到膨胀阀中进行节流，形成低温低压液态制冷剂；

（8e）低温低压液态制冷剂进入到蒸发器中，与同时从第二热交换器进入到蒸发器的空气进行热交换，形成低温低压气液混合态制冷剂，空气则变为中间温度干燥空气；

（8f）低温低压气液混合态制冷剂进入到分离器中进行气液分离；

（8g）分离的低温低压液态制冷剂存储在分离器中，而低温低压气态制冷剂则进入到压缩机中；

（8h）依次循环步骤（8a）～（8g）。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明结构巧妙，设计合理，流程清晰、明了，且使用方便。

（2）本发明将热泵除湿技术、全热新风交换技术及二次加热器（电加热或蒸汽加热）技术有机结合为一体，其烘干温度可达到80℃～400℃左右，温度可依据需要来进行调整，扩宽了不同物料烘干的应用领域。

（3）本发明采用循环换热方式，将前后两次不同温度和湿度的空气在热交换器中进行热交换，从而一方面确保了保温烘房的烘干温度，另一方面也减轻了后续空气在设备中除湿的压力，增加除湿量。

（4）本发明全程采用自动化控制，不需要人员操作即可实现自动烘干，一方面可节省烘干时的人力成本，另一方面也可以依据物料烘干的要求，采用分时段温湿度控制，自动加温排湿，温度精度可控制0.1度以内，湿度精度可控制0.2%以内，可适用于流水线物料的烘干，烘干物料的品质、层色、香味得到提高，保证烘干品质。

（5）本发明由经验丰富的工程师经过大量的计算和实际实验后设计得出，其很好地将理论与实际进行了结合，具有烘干和除湿效果好、无需使用燃料、且可以实现能量循环利用的优点，因此，其相比现有技术来说，具有突出的实质性特点和显著的进步。

（6）本发明性价比高、节能、环保，很好地改善了物料高温烘干技术的不足，解决了现有技术存在的缺陷，因此，其具有广泛的市场应用前景和巨大的市场发展潜力，适于大范围推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中C处旋转后的放大示意图。

图3为本发明对物料进行预热时的使用状态图。

图4为本发明对保温烘房内部空气进行除湿时的使用状态示意图。

其中，附图标记对应的零部件名称为：

1-压缩机，2-冷凝器，3-储液罐，4-过滤器，5-膨胀阀，6-蒸发器，7-分离器，8-第三回风管，9-排风机，10-第二热交换器，11-回风机，12-二次加热器，13-第一热交换器，14-送风机，15-保温烘房，16-第一回风管，17-第一电动风阀，18-第二回风管，19-第二电动风阀，20-控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1、2所示，本发明包括内部设有温湿度传感器的保温烘房15，通过第一回风管16与该保温烘房15连通的第一热交换器13，通过第二回风管18与第一回风管16连通的二次加热器12，进风口与该二次加热器相对应、出风口与保温烘房15连通的送风机14，进风口与第一热交换器13出风口相对应、出风口连接有第三回风管8的回风机11，设置在第三回风管8内的排风降温装置，热泵除湿装置，以及与温湿度传感器连接的控制器20。

排风降温装置用于降低进入第三回风管8中的空气温度，具体地说，其包括设置在第三回风管8内的第二热交换器10，以及进风口与该第二热交换器出口相对应的排风机9。而热泵除湿装置则用于将从第三回风管8出来的空气进行除湿，其包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、储液罐3、过滤器4、膨胀阀5、蒸发器6以及分离器7，并且该分离器7还回连于压缩机1；所述蒸发器6固定在第三回风管8一端，所述冷凝器2固定在第一热交换器13出风口处。本实施例所述的第一热交换器13和第二热交换器10均为现有技术，其中，第一热交换器13具有两个进风口和两个出风口，可以同时进入两路空气进行热交换，该第一热交换器13其中一个进风口与第一回风管2连接，冷凝器2则固定在第一热交换器13的另一进风口处，第一热交换器13其中一个出风口与二次加热器12对应，另一个出风口则与回风机11对应。

此外，所述第一回风管16中设有第一电动风阀17，该第一电动风阀17靠近第一热交换器13处；而所述第二回风管18中设有第二电动风阀19。第一电动风阀17和第二电动风阀19均与控制器20连接，由控制器20控制打开或关闭，利用第一电动风阀17和第二电动风阀19的开启或关闭，可实现空气在第一回风管16和/或第二回风管18中流动。

按照上述硬件基础，下面对本发明的工作过程进行详细叙述，本发明首先对保温烘房15内的空气进行加热，使其达到物料预热所需温度，然后再对物料进行烘干。物料烘干过程中空气所产生的湿度，则通过干燥除湿的方式对其进行除湿，整个过程具体如下：

（1）控制器控制第二电动风阀打开，同时启动送风机；

（2）保温烘房内部空气在送风机带动下经第二回风管进入到二次加热器中进行加热；

（3）加热后的空气经送风机抽入，并再次回送到保温烘房中；

（4）依次循环步骤（2）、（3），直到保温烘房内部温度符合烘干温度；

（5）控制器控制第一电动风阀打开，并分别开启回风机和排风机；

（6）保温烘房内一部分空气继续经由第二回风管进入到二次加热器中进行加热，另一部分空气则由回风机经由第一热交换器吸入到第三回风管中；

（7）进入到第三回风管的空气在排风机吸入外界空气后在第二热交换器中进行热交换，空气温度和湿度均降低；

（8）空气依次与热泵除湿装置产生的低温低压气态制冷剂和高温高压气态制冷剂进行热交换，形成中间温度干燥空气；

该步骤的具体步骤如下：

（8a）压缩机将低温低压气态制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂，并输送到冷凝器中；

（8b）制冷剂在冷凝器中与同时进入冷凝器、且温度和湿度均降低的空气进行热交换，形成气液混合态制冷剂，并进入到储液罐中进行分离；

（8c）分离后，液态制冷剂存储在储液罐中，气态制冷剂则进入到过滤器中进行过滤；

（8d）过滤后的气态制冷剂进入到膨胀阀中进行节流，形成低温低压液态制冷剂；

（8e）低温低压液态制冷剂进入到蒸发器中，与同时从第二热交换器进入到蒸发器的空气进行热交换，形成低温低压气液混合态制冷剂，空气则变为中间温度干燥空气；

（8f）低温低压气液混合态制冷剂进入到分离器中进行气液分离；

（8g）分离的低温低压液态制冷剂存储在分离器中，而低温低压气态制冷剂则进入到压缩机中；

（8h）依次循环步骤（8a）～（8g）；

（9）中间温度干燥空气进入到第一热交换器中，与后续由保温烘房进入到第一热交换器中的空气进行热交换，形成高温干燥空气；

（10）高温干燥空气经送风机吸入到二次加热器中进行加热，并再次回送到保温烘房中；

（11）依次循环步骤（6）～（10）。

为方便理解本发明的技术方案，本实施例以一个实例来对本发明进行阐述。

假设物料烘干的温度为150℃才能达到要求，利用控制器20控制第二电动风阀19开启。当送风机14、二次加热器12全部启动后，保温烘房15的内部空气在送风机14的作用下，经第一回风管16依次通过第二回风管18、二次加热器12，该二次加热器12在启动时拥有多级调节制热器，最高温度可达到400℃。当空气经过二次加热器12时，空气吸收二次加热器12的热量温度会迅速升高，然后又在送风机14的作用下送入保温烘房15，在送风机14不断循环保温烘房15空气的作用下，保温烘房15内部烘干温度短时间内即可达到设定的温度，然后对物料进行预热，如图3所示。

如图4所示，放在保温烘房15的物料，随着温度的快速升高，水份也被快速蒸发出来，在保温烘房15内形成水蒸气，保温烘房15内的湿度也不断增大，温湿度传感器检测保温烘房15的湿度，并将信号实时反馈至控制器20，此时，控制器20控制第一电动风阀17打开，同时启动回风机11、压缩机1和排风机9，保温烘房15的高温高湿空气一部分（以A表示）继续经由第二回风管18进入到二次加热器12中进行加热；另一部分高温高湿空气（以B表示）则通过第一回风管16进入到第一热交换器13，并由回风机11吸入到第三回风管8中。当150℃空气经过第三回风管8进入到第二热交换器10时，排风机9带动室外空气与第二热交换器10中的150℃空气进行热交换，其目的是当150℃的空气经过第二热交换器10后进入蒸发器6时的空气温度稳定在60℃以内。

在蒸发器6中，部分B路空气中的水份会在第二热交换器10中凝结，空气中的湿度及温度都被降低。在当60℃的B路空气经过蒸发器6时，由于压缩机1在运行，蒸发器6内的制冷剂温度可达到-25℃，这样一来，B路空气经过蒸发器6时温度会降低到40度以内，空气中大量的水蒸气凝结成水珠，并通过排水孔被排到室外，同时60度的B路空气变成了低温40度以下的干燥空气。而当该B路空气经过冷凝器2时，由于冷凝器2内的制冷剂最高温度可达到115℃，因此，该低温干燥空气又重新被加热到60℃。然后当空气经过第一热交换器13时，便形成了后续进入第一热交换器13的150℃的B路空气与60℃的B路空气进行热交换，这样一来，60℃的B路空气在第一热交换器13的作用下被加热到105℃，然后在送风机14的带动下与从第二回风管18进入的A路空气混合，然后再经过二次加热器12升到150℃后又被送入保温烘房15内部，同时通过第一热交换器13、回风机11进入第二热交换器10的150℃后续B路空气温度也被降低到105℃，这样一来进入到蒸发器6中的空气温度更容易得到保证，不仅减轻了蒸发器6的除湿压力，而且还增加了除湿量。如此循环，保温烘房15内的物料即可达到烘干和保温的目的。同时由于采用封闭式的烘干除湿工艺，物料的烘干品质不存在二次污染，并且还减少了营养成分的散失，从而使得物料烘干的质量得到了保证。

在上述过程中，空气在流动的同时，压缩机1将低温低压气态制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂，并输送到冷凝器2中，制冷剂在冷凝器2中与同时进入的B路空气进行热交换，形成气液混合态制冷剂，并进入到储液罐3中进行气液分离。

分离后，液态制冷剂存储在储液罐3中，气态制冷剂则进入到过滤器4中进行过滤。过滤后的气态制冷剂进入到膨胀阀5中进行节流，形成低温低压液态制冷剂。

低温低压液态制冷剂进入到蒸发器6中，与同时从第二热交换器10进入到蒸发器6的B路空气进行热交换，形成低温低压气液混合态制冷剂，B路空气则变为中间温度干燥空气，并依次进入到冷凝器2、第一热交换器13中进行热交换，然后在送风机14作用下进入到二次加热器12中加热，形成高温干燥空气，最后回到保温烘房15中。

而低温低压气液混合态制冷剂则进入到分离器7中进行气液分离，分离的低温低压液态制冷剂存储在分离器7中，而低温低压气态制冷剂则进入到压缩机1中。

本领域技术人员根据上述实施例的内容，并在结合现有技术和公知常识后，可以毫无疑义地知晓本发明完整的技术方案。而值得说明的是，上述实施例仅为本发明较佳的实现方式，不应当用以限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神下所作出的任何毫无实质意义的改动和润色，或是进行等同置换，其所解决的技术问题实质上与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机的实现方法，其特征在于，所述的全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机包括内部设有温湿度传感器的保温烘房，通过第一回风管与该保温烘房连通的第一热交换器，通过第二回风管与第一回风管连通的二次加热器，进风口与该二次加热器相对应、出风口与保温烘房连通的送风机，进风口与第一热交换器出风口相对应、出风口连接有第三回风管的回风机，设置在第三回风管中的第二热交换器，进风口与该第二热交换器出风口相对应的排风机，设置在第三回风管一端和第一热交换器进风口之间的热泵除湿装置，以及与温湿度传感器连接的控制器；所述第一回风管中靠近第一热交换器处设有与控制器连接的第一电动风阀；所述第二回风管中设有与控制器连接的第二电动风阀；所述的实现方法则包括以下步骤：

（1）控制器控制第二电动风阀打开，同时启动送风机；

（2）保温烘房内部空气在送风机带动下经第二回风管进入到二次加热器中进行加热；

（3）加热后的空气经送风机抽入，并再次回送到保温烘房中；

（4）依次循环步骤（2）、（3），直到保温烘房内部温度符合烘干温度；

（5）控制器控制第一电动风阀打开，并分别开启回风机和排风机；

（6）保温烘房内一部分空气继续经由第二回风管进入到二次加热器中进行加热，另一部分空气则由回风机经由第一热交换器吸入到第三回风管中；

（7）进入到第三回风管的空气在排风机吸入外界空气后在第二热交换器中进行热交换，空气温度和湿度均降低；

（8）空气依次与热泵除湿装置产生的高温高压气态制冷剂和低温低压液态制冷剂进行热交换，形成中间温度干燥空气；

（9）中间温度干燥空气进入到第一热交换器中，与后续由保温烘房进入到第一热交换器中的空气进行热交换，形成高温干燥空气；

（10）高温干燥空气经送风机吸入到二次加热器中进行加热，并再次回送到保温烘房中；

（11）依次循环步骤（6）～（10）。

2.根据权利要求1所述的全封闭式双效热回收双源超高温热泵烘干机的实现方法，其特征在于，所述的热泵除湿装置包括依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、膨胀阀、蒸发器以及分离器，并且该分离器还回连于压缩机；所述蒸发器固定在第三回风管一端，所述冷凝器固定在第一热交换器出风口处；所述储液罐与膨胀阀之间还设有过滤器；所述的步骤（8）则包括以下步骤：

（8a）压缩机将低温低压气态制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂，并输送到冷凝器中；

（8b）制冷剂在冷凝器中与同时进入冷凝器、且温度和湿度均降低的空气进行热交换，形成气液混合态制冷剂，并进入到储液罐中进行分离；

（8c）分离后，液态制冷剂存储在储液罐中，气态制冷剂则进入到过滤器中进行过滤；

（8d）过滤后的气态制冷剂进入到膨胀阀中进行节流，形成低温低压液态制冷剂；

（8e）低温低压液态制冷剂进入到蒸发器中，与同时从第二热交换器进入到蒸发器的空气进行热交换，形成低温低压气液混合态制冷剂，空气则变为中间温度干燥空气；

（8f）低温低压气液混合态制冷剂进入到分离器中进行气液分离；

（8g）分离的低温低压液态制冷剂存储在分离器中，而低温低压气态制冷剂则进入到压缩机中；

（8h）依次循环步骤（8a）～（8g）。