CN103644724A

CN103644724A - 一种新型热泵干燥装置

Info

Publication number: CN103644724A
Application number: CN201310641067.9A
Authority: CN
Inventors: 赵海波; 吴坤
Original assignee: Yantai University
Current assignee: Yantai University
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: CN103644724B

Abstract

本发明公开了一种新型热泵干燥装置，其包括制冷剂回路、干燥介质回路以及供电系统三部分，其特征在于制冷剂回路包括压缩机（1）、主冷凝器（2）、辅助冷凝器（3）、蒸发器（4）、节流阀（5）、储液器（6）、气液分离器（7）、制冷剂流量调节阀（8）、制冷剂流量调节阀（9）；干燥介质回路包括主冷凝器风机（10）、辅助冷凝器风机（11）、蒸发器风机（12）、干燥箱（16）、风量调节阀（17-1）~（17-17）、挡水板（14）、转轮除湿器（13）等；供电系统包括太阳能电池板（18）、蓄电池组（19）、市电接线端子（20）、控制器（21）和压缩机（1），本发明能够减少温室气体和环境污染物的排放，改进了干燥箱内气流分布特性，提高了干燥速度和产品质量。

Description

一种新型热泵干燥装置

技术领域：

本发明涉及一种新型热泵干燥装置，属于热泵利用技术领域。

背景技术：

干燥能耗在国家能源消耗中占很大比例。热泵具有节能、干燥介质温度与湿度参数可调等优点，在干燥中得到了越来越多的应用。现有热泵干燥装置和工艺过程中，尚有以下三方面的问题需要改进：首先，在我国火力发电占较大比例的背景下，通过市电驱动热泵系统运行仍会带来间接的环境污染和大量的温室气体排放。采用可再生新能源发电来驱动热泵干燥装置，能有效的缓解环境污染和减少温室气体排放。

其次，在干燥箱空间较大、干燥物料较多时，干燥介质流过干燥箱截面时，分布均匀性差，干燥过程中干燥箱不同位置处物料的温度变化和脱水速率差别较大，导致干燥终了时靠近干燥箱进口处的物料干燥过度而靠近出口处的物料还没完全干燥，影响了最终产品的质量，因此，有必要改进干燥箱的送风均匀性以提高干燥成品的质量。

再次，在热泵干燥中，通过蒸发器吸收热量，经压缩机连同压缩机输入功率一起传递给冷凝器，在冷凝器中将热量传给干燥空气，为了避免冷凝器温度过高或获得合适的干燥温度，常常设一辅助冷凝器将多余热量排放到环境，造成了额外的能量浪费。另一方面，随着热泵干燥的进行尤其是在干燥的后半段，干燥速度明显较慢，蒸发器运行工况变差，除湿能力降低。这些问题都亟待解决。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种能够减少温室气体和环境污染物的排放，改进了干燥箱内气流分布特性，提高了干燥速度和产品质量的新型热泵干燥装置。

本发明的的目的可以通过如下措施来达到：一种新型热泵干燥装置，其包括制冷剂回路、干燥介质回路以及供电系统三部分，其特征在于制冷剂回路包括压缩机，压缩机连接第一制冷剂流量调节阀和第二制冷剂流量调节阀，第二制冷剂流量调节阀连接主冷凝器，第一制冷剂流量调节阀连接辅助冷凝器，主冷凝器和辅助冷凝器均连接储液器,储液器连接节流阀，节流阀连接蒸发器，蒸发器连接气液分离器，气液分离器连接压缩机；干燥介质回路包括主冷凝器风机，主冷凝器风机通过风道与主冷凝器连接，主冷凝器通过风道与第一风量调节阀、第七风量调节阀连接，第七风量调节阀通过风道分别与第八风量调节阀和第九风量调节阀连接，第十风量调节阀通过风道分别与第十一风量调节阀和第十二风量调节阀连接，干燥箱分别通过风道与第一风量调节阀、第十风量调节阀、第十一风量调节阀、第二风量调节阀、第九风量调节阀、第八风量调节阀连接，第十二风量调节阀通过风道与第三风量调节阀和第十三风量调节阀连接，第三风量调节阀通过风道分别与第十四风量调节阀和蒸发器风机连接，蒸发器风机通过风道和转轮除湿器连接，转轮除湿器的一侧通过风道与辅助冷凝器连接，辅助冷凝器通过风道与辅助冷凝器风机连接，辅助冷凝器风机通过风道与第十五风量调节阀连接，转轮除湿器另一侧通过风道与第四风量调节阀和第五风量调节阀连接，第四风量调节阀通过风道与蒸发器连接，蒸发器通过风道与挡水板连接，第五风量调节阀通过风道与第六风量调节阀和第十六风量调节阀连接，挡水板通过风道与第六风量调节阀和第十六风量调节阀连接，第六风量调节阀通过风道分别与第十七风量调节阀和主冷凝器风机连接；供电系统包括太阳能电池板，太阳能电池板连接蓄电池组，太阳能电池板发出的电蓄存在蓄电池组中，蓄电池组与控制器连接，市电接线端子与控制器连接，控制器连接压缩机。

为了进一步实现本发明的目的，所述的蒸发器下方设有接水盘。

本发明同已有技术相比可产生如下积极效果：本发明由制冷剂回路、干燥介质回路以及供电系统三个部分组成，制冷剂回路包括：压缩机、主冷凝器、辅助冷凝器、储液器、节流阀、蒸发器、气液分离器、制冷剂流量调节阀等，干燥介质回路包括由风道连接的风机、干燥箱、风量调节阀、挡水板、接水盘、转轮除湿器等。供电系统包括太阳能电池板、蓄电池、控制器等。控制器根据蓄电池电量大小，确定是由蓄电池、市电还是二者联合为热泵压缩机提供动力。制冷剂回路中的蒸发器吸收室外空气或者流出干燥箱的干燥介质的热量，并通过压缩机将其转移到冷凝器散热，干燥介质吸收冷凝器散热后进入干燥箱加热待干燥的物料。在风量调节阀组合调节作用下，干燥介质进出干燥箱的方向可灵活改变，实现上进风下出风干燥、左侧进风右侧出风、右侧进风左侧出风等进出风方式的单独或组合运行。干燥介质通过转轮除湿器进行除湿，并利用部分制冷剂凝结散热来再生，实现冷凝热的综合利用。本发明具有如下优点：一、本发明通过太阳能电池板发电输入蓄电池，控制器判断蓄电池电量高低决定由蓄电池、市电或二者联合驱动热泵系统中的压缩机；二、通过调节干燥箱连同风管内的风量调节阀，在干燥过程的不同阶段改变干燥介质通过干燥箱的方向，实现风向的灵活转换，以获得更高的干燥成品质量；三、通过转轮除湿器除去流出干燥箱的干燥介质的部分水分，利用辅助冷凝器完成转轮除湿器的再生过程，避免了冷凝热量的浪费，同时还提高了蒸发器的蒸发温度，改善蒸发器的工作条件，提高了热泵系统的运行效率；四、通过风管内风量调节阀的调节还可实现开式和闭式热泵干燥循环。综合上述，本发明通过太阳能发电驱动压缩机、改变干燥箱内干燥介质流向和利用冷凝热再生转轮除湿器实现干燥介质除湿，不仅提高了热泵干燥的效果，减少了温室气体与污染物的排放，还能改进干燥成品的质量。可见，本发明提出的新型热泵干燥装置具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。

附图说明：

图1为本发明的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明的另一种实施方式的结构示意图；

具体实施方式：下面结合附图对本发明的最佳实施方式做详细说明：

实施例1：一种新型热泵干燥装置（参见图1），其包括制冷剂回路、干燥介质回路以及供电系统三部分。制冷剂回路包括压缩机1、主冷凝器2、辅助冷凝器3、蒸发器4、节流阀5、储液器6、气液分离器7、第一制冷剂流量调节阀8、第二制冷剂流量调节阀9。压缩机1连接第一制冷剂流量调节阀8和第二制冷剂流量调节阀9，第二制冷剂流量调节阀9连接主冷凝器2，第一制冷剂流量调节阀8连接辅助冷凝器3，主冷凝器2和辅助冷凝器3均连接储液器6,储液器6连接节流阀5，节流阀5连接蒸发器4，蒸发器4连接气液分离器7，气液分离器7连接压缩机1。干燥介质回路包括主冷凝器风机10、辅助冷凝器风机11、蒸发器风机12、干燥箱16、风量调节阀17-1~17-17、挡水板14、接水盘15、转轮除湿器13等。主冷凝器风机10通过风道与主冷凝器2连接，主冷凝器2通过风道与第一风量调节阀17-1、第七风量调节阀17-7连接，第七风量调节阀17-7通过风道分别与第八风量调节阀17-8和第九风量调节阀17-9连接，第十风量调节阀17-10通过风道分别与第十一风量调节阀17-11和第十二风量调节阀17-12连接，干燥箱16分别通过风道与第一风量调节阀17-1、第十风量调节阀17-10、第十一风量调节阀17-11、第二风量调节阀17-2、第九风量调节阀17-9、第八风量调节阀17-8连接，第十二风量调节阀17-12通过风道与第三风量调节阀17-3和第十三风量调节阀17-13连接，第三风量调节阀17-3通过风道分别与第十四风量调节阀17-14和蒸发器风机12连接，蒸发器风机12通过风道和转轮除湿器13连接，转轮除湿器13的一侧通过风道与辅助冷凝器3连接，辅助冷凝器3通过风道与辅助冷凝器风机11连接，辅助冷凝器风机11通过风道与第十五风量调节阀17-15连接，转轮除湿器13另一侧通过风道与第四风量调节阀17-4和第五风量调节阀17-5连接，第四风量调节阀17-4通过风道与蒸发器4连接，蒸发器4下方设有接水盘15，蒸发器4通过风道与挡水板14连接，第五风量调节阀17-5通过风道与第六风量调节阀17-6和第十六风量调节阀17-16连接，挡水板14通过风道与第六风量调节阀17-6和第十六风量调节阀17-16连接，第六风量调节阀17-6通过风道分别与第十七风量调节阀17-17和主冷凝器风机10连接。供电系统包括太阳能电池板18、蓄电池组19、市电接线端子20、控制器21和压缩机1。太阳能电池板18连接蓄电池组19，太阳能电池板18发出的电蓄存在蓄电池组19中，蓄电池组19与控制器21连接，市电接线端子20与控制器21连接，控制器21连接压缩机1，控制器21按照蓄电池组优先原则向压缩机1供电。

该热泵干燥装置运行时，太阳能电池板18发出的电蓄存在蓄电池组19中，控制器21根据蓄电池组19的蓄电量决定是由蓄电池组19单独为压缩机1供电，还是由市电20或市电20与蓄电池组19组合为压缩机1供电，压缩机1得电后启动运行，具体的干燥运行可实现三种运行模式运行：开式干燥、闭式干燥循环和混合干燥循环。在开式干燥中，第三风量调节阀17-3、第六风量调节阀17-6全关，第十三风量调节阀17-13、第十四风量调节阀17-14，第十六风量调节阀17-16、第十七风量调节阀17-17全开运行；在闭式干燥循环中，第三风量调节阀17-3、第六风量调节阀17-6全开，第十三风量调节阀17-13、第十四风量调节阀17-14、第十六风量调节阀17-16、第十七风量调节阀17-17全关运行；在混合干燥循环中，第三风量调节阀17-3、第六风量调节阀17-6、第十三风量调节阀17-13、第十四风量调节阀17-14、第十六风量调节阀17-16、第十七风量调节阀17-17呈最大开度或部分开度运行。

热泵干燥运行时，制冷剂在蒸发器4中吸收干燥介质的显热和潜热，变成气体后进入气液分离器7，接着被压缩机1压缩变成高温高压的蒸气后分成两路分别经第一制冷剂流量调节阀8、第二制冷剂流量调节阀9进入辅助冷凝器3和主冷凝器2，在辅助冷凝器3中将热量传给外界空气使其温度升高，在主冷凝器2中将热量传给干燥介质使其温度升高，气体制冷剂在辅助冷凝器3和主冷凝器2中放热凝结成液体进入储液器6，再经节流阀5节流后进入蒸发器4，继续下一个循环。

在闭式循环中，蒸发器风机12不运行，主冷凝器风机10和辅助冷凝器风机11投入运行，干燥介质从干燥箱16流出后，经第三风量调节阀17-3、蒸发器风机12进入转轮除湿器13除去部分水分，转轮除湿器13的再生部分是由辅助冷凝器3回路实现的，室外空气经第十五风量调节阀17-15、辅助冷凝器风机11进入辅助冷凝器3吸收热量后温度升高，该空气进入转轮除湿器13的再生部分放热后流出，转轮除湿器13实现循环再生。从转轮除湿器13流出的干燥介质分成两路，一路经第五风量调节阀17-5，另一路经第四风量调节阀17-4进入蒸发器4，在蒸发器4中放出潜热和部分显热，凝结水落入接水盘15后排出，出风经挡水板14后与第一路混合，通过调节第四风量调节阀17-4和第五风量调节阀17-5的开度实现两路混合出风的相对湿度调节，混合风经第六风量调节阀17-6进入主冷凝器风机10，接着在主冷凝器2中吸收制冷剂放热后温度升高后进入干燥箱16。干燥介质在干燥箱16中的进风和出风位置采取分段变换方式，在干燥的前半段，第七风量调节阀17-7、第八风量调节阀17-8、第九风量调节阀17-9、第十风量调节阀17-10、第十一风量调节阀17-11、第十二风量调节阀17-12全闭，第一风量调节阀17-1和第二风量调节阀17-2全开，干燥介质从干燥箱16的左侧进风、右侧流出，依次经过第一风量调节阀17-1、干燥箱16、第二风量调节阀17-2；在干燥的中间段，第一风量调节阀17-1、第二风量调节阀17-2、第九风量调节阀17-9、第十风量调节阀17-10全闭，第七风量调节阀17-7、第八风量调节阀17-8、第十一风量调节阀17-11、第十二风量调节阀17-12全开，干燥介质从干燥箱16的上侧进风、下侧流出，依次经过第七风量调节阀17-7、第八风量调节阀17-8、干燥箱16、第十一风量调节阀17-11、第十二风量调节阀17-12；在干燥的后期阶段，第一风量调节阀17-1、第二风量调节阀17-2、第八风量调节阀17-8、第十一风量调节阀17-11全闭，第七风量调节阀17-7、第九风量调节阀17-9、第十风量调节阀17-10、第十二风量调节阀17-12全开，干燥介质从干燥箱16的右侧进风、左侧流出，依次经过第七风量调节阀17-7、第九风量调节阀17-9、干燥箱16、第十风量调节阀17-10、第十二风量调节阀17-12。干燥过程中，通过上述风量调节阀的切换实现了进出风方向的变换，有利于改善干燥箱内不同位置处干燥成品干燥程度的差异，为了进一步提高干燥成品的质量，还可将整个干燥阶段分成若干周期，在每个干燥周期内实现干燥介质进出干燥箱方向的变换。

在开式循环中，蒸发器风机12、主冷凝器风机10和辅助冷凝器风机11都投入运行，干燥介质从室外空气引入，经第十七风量调节阀17-17、主冷凝器风机10，接着在主冷凝器2中吸收制冷剂放热后温度升高后进入干燥箱16。干燥介质在干燥箱16中的进风和出风位置变换方式与闭式循环一样，可以在干燥的不同阶段采取不同的变换方式，干燥介质流出干燥箱16后，经过第十三风量调节阀17-13直接排到大气中。

在混合干燥循环中，蒸发器风机12、主冷凝器风机10和辅助冷凝器风机11都投入运行，干燥介质的流动与闭式循环基本一致，区别在于以下四个位置：一是干燥介质流出干燥箱16后一部分干燥介质直接通过第十三风量调节阀17-13排掉，另一部分经过第三风量调节阀17-3继续循环；二是干燥介质经过第三风量调节阀17-3后，与第四风量调节阀17-14进风混合，一起进入蒸发器风机12；三是蒸发器4出风一部分经第十六风量调节阀17-16排出，另一部分经第十六风量调节阀17-6继续循环；四是干燥介质经过第六风量调节阀17-6后，与第七风量调节阀17-17进风混合，一起进入主冷凝器风机10。上述风量调节阀的开度由系统控制根据调节参数的要求自动调节。

实施例2：一种新型热泵干燥装置（参见图2），其与实施例1基本相同，差别在于转轮除湿器13的除湿部分置于蒸发器4旁通风道中，此实施例中，可避免转轮除湿器13对干燥介质除湿过度，导致干燥介质在蒸发器4中显热放热产生额外的能量浪费。

上述实施例中，蒸发器可以是翅片管、板翅式等换热器形式，与制冷剂换热的介质可以相应选择空气；压缩机可以是直流压缩机，也可以增加逆变器部件后采用交流压缩机等；冷凝器可以采用翅片管式、板翅式等形式的换热器；节流阀可以是热力阀、电子膨胀阀等。

Claims

1.一种新型热泵干燥装置，其包括制冷剂回路、干燥介质回路以及供电系统三部分，其特征在于制冷剂回路包括压缩机（1），压缩机（1）连接第一制冷剂流量调节阀（8）和第二制冷剂流量调节阀（9），第二制冷剂流量调节阀（9）连接主冷凝器（2），第一制冷剂流量调节阀（8）连接辅助冷凝器（3），主冷凝器（2）和辅助冷凝器（3）均连接储液器（6）,储液器（6）连接节流阀（5），节流阀（5）连接蒸发器（4），蒸发器（4）连接气液分离器（7），气液分离器（7）连接压缩机（1）；干燥介质回路包括主冷凝器风机（10），主冷凝器风机（10）通过风道与主冷凝器（2）连接，主冷凝器（2）通过风道与第一风量调节阀（17-1）、第七风量调节阀（17-7）连接，第七风量调节阀（17-7）通过风道分别与第八风量调节阀（17-8）和第九风量调节阀（17-9）连接，第十风量调节阀（17-10）通过风道分别与第十一风量调节阀（17-11）和第十二风量调节阀（17-12）连接，干燥箱（16）分别通过风道与第一风量调节阀（17-1）、第十风量调节阀（17-10）、第十一风量调节阀（17-11）、第二风量调节阀（17-2）、第九风量调节阀（17-9）、第八风量调节阀（17-8）连接，第十二风量调节阀（17-12）通过风道与第三风量调节阀（17-3）和第十三风量调节阀（17-13）连接，第三风量调节阀（17-3）通过风道分别与第十四风量调节阀（17-14）和蒸发器风机（12）连接，蒸发器风机（12）通过风道和转轮除湿器（13）连接，转轮除湿器（13）的一侧通过风道与辅助冷凝器（3）连接，辅助冷凝器（3）通过风道与辅助冷凝器风机（11）连接，辅助冷凝器风机（11）通过风道与第十五风量调节阀（17-15）连接，转轮除湿器（13）另一侧通过风道与第四风量调节阀（17-4）和第五风量调节阀（17-5）连接，第四风量调节阀（17-4）通过风道与蒸发器（4）连接，蒸发器（4）通过风道与挡水板（14）连接，第五风量调节阀（17-5）通过风道与第六风量调节阀（17-6）和第十六风量调节阀（17-16）连接，挡水板（14）通过风道与第六风量调节阀（17-6）和第十六风量调节阀（17-16）连接，第六风量调节阀（17-6）通过风道分别与第十七风量调节阀（17-17）和主冷凝器风机（10）连接；供电系统包括太阳能电池板（18），太阳能电池板（18）连接蓄电池组（19），太阳能电池板（18）发出的电蓄存在蓄电池组（19）中，蓄电池组（19）与控制器（21）连接，市电接线端子（20）与控制器（21）连接，控制器（21）连接压缩机（1）。

2.根据权利要求1所述的一种新型热泵干燥装置，其特征在于所述的蒸发器（4）下方设有接水盘（15）。