CN103994643B - 热泵冷端散热式密封除湿烘房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热泵冷端散热式密封除湿烘房，包括烘干室、除湿回热室和加热室，其中所述除湿回热室的进风侧与烘干室连接，所述除湿回热室的出风侧与加热室连接，所述加热室的出风侧与烘干室连接，其中所述除湿回热室内置有位于除湿回热室进风侧的除湿盘管和位于除湿回热室出风侧的热回收盘管，所述除湿盘管和热回收盘管的冷媒管路相互串联，所述除湿盘管与热回收盘管的冷媒管路串联后的出口端还连接有对外散热器，所述的热泵冷水循环管路中设置有流量控制器；本烘房结构通过位于除湿回热室的除湿盘管与热回收盘管、对外散热器以及热风盘管相配合，实现热泵冷端除湿段的冷媒对外自然散热的效果而实现节能。

Description

热泵冷端散热式密封除湿烘房

技术领域

本发明涉及节能制冷技术和热能技术领域，特别是一种利用热泵冷热联供进行除湿和加热的密封烘房。

背景技术

热泵以其零排放、高能效、安全可靠和操控便捷等特点受到大众青睐，尤其以烘干行业为代表的高能耗行业，热泵已得到广泛应用，基于热泵具有同时制热和制冷的特性，非常适用于密封烘房的空气加热和冷凝除湿，密封式烘房通过将室内水蒸气冷凝后排出，物料干燥过程没有新风进入，避免吸入冷风、湿气、尘埃和昆虫，同时减少了物料气味的散失，密封式烘房具有不受气候影响、卫生和节能的优点。

热泵除湿烘房在稳定工作状态下，从物料中蒸发的水分所吸收的热量等于该部分水蒸气冷凝所释放的热量，物料中的液态水最后转化成冷凝水排出的过程其热量没有改变，由于烘房没有对外排风，加上保温层使其对外热交换甚微，热量只在烘房内各种介质中相互转移，显热方面也几乎没有消耗，因此，烘房只需要从外部输入等量的热量和冷量就可以维持其水分蒸发、介质升温和水分冷凝、介质降温的需要，即对来自热泵的热量和冷量的需求几乎是相等的，由于热泵工作时输出热量多于冷量的特性，会导致烘房内部、循环水和热泵组成的整个系统中热量不断累积，最终导致冷量不足而影响冷凝除湿效果甚至触发热泵过热停机，因此，整个系统必须对外散热才能维持系统内冷热平衡，保证其冷凝除湿能力的持续稳定。

烘房冷凝除湿所需的冷量来自热泵冷端输出的冷媒，通常情况下环境温度高于所有除湿冷媒流段的温度，所以冷媒不可能向环境释放热量，而现有技术一般通过两种方法处理，一种是通过增加制冷机以更低的温度对除湿环节较高温流段的冷媒进一步降温，但这种方法增加了设备投资，也额外增加了制冷耗电。而最普遍的另一种做法是采用对热泵冷热三联供机组或热泵冷热联供机组的热端冷媒进行散热或者直接从烘房内排出热风来实现，由于热泵热端冷媒或烘房的热风的热量均来自于压缩机做功产生，对其散热无疑是损失了压缩机耗电，也等于用热泵高的制热能效迁就其低的制冷能效，所浪费的热量相当于热泵压缩机的输入功率。当烘房进行温湿度独立调节时，当某一时段烘房对冷量的需求大于热量时，传统热端散热方法其热量损失量会更多。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种热泵冷端散热式密封除湿烘房。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

热泵冷端散热式密封除湿烘房，包括烘干室、除湿回热室和加热室，其中所述除湿回热室的进风侧与烘干室连接，所述除湿回热室的出风侧与加热室连接，所述加热室的出风侧与烘干室连接，所述烘干室、除湿回热室和加热室形成闭式循环风道结构，其中所述除湿回热室内置有位于除湿回热室进风侧的除湿盘管和位于除湿回热室出风侧的热回收盘管，所述除湿盘管和热回收盘管的冷媒管路相互串联，所述除湿盘管与热回收盘管的冷媒管路串联后的出口端还连接有对外散热器，所述除湿盘管、热回收盘管和对外散热器通过以串联的方式接入热泵冷水循环管路形成闭式循环水路结构，所述的热泵冷水循环管路中设置有流量控制器。

作为一个优选项，所述除湿回热室的出风侧与烘干室之间设置有加热室，所述加热室内置有热风盘管，所述热风盘管连接有热泵热水循环管路，所述热风盘管与热泵热水循环管路连成闭式循环管路结构。

作为一个优选项，所述除湿盘管、热回收盘管和热风盘管为多组迂回导热管往返穿越多层散热片并紧密结合而成的液-气热交换器。

作为一个优选项，所述对外散热器为可向烘房外部散热的风机盘管热交换器或水冷式热交换器。

作为一个优选项，所述热回收盘管由除湿盘管中延伸外凸部分的盘管形成，所述除湿盘管和热回收盘管内部迂回冷媒管路组件一体成型，所述除湿盘管和热回收盘管之间的过风路径为呈U字型路径，适用于卧式和立式的风道结构，乃至大风量高风速的空气除湿。

作为一个优选项，所述除湿盘管和热回收盘管的迂回冷媒管路组件相互独立设置，所述除湿盘管和热回收盘管之间的过风路径为呈直线路径，其风道结构简单，适用于卧式风道结构。

作为一个优选项，所述烘干室和加热室之间设有旁通风道。

作为一个优选项，所述流量控制器为变频水泵或水流量比例阀。

作为一个优选项，所述除湿盘管的下方设置有冷凝水接水盘，所述冷凝水接水盘开有排水口。

本发明的有益效果是：本烘房结构通过位于除湿回热室的除湿盘管与热回收盘管、对外散热器以及热风盘管相配合，实现热泵冷端除湿段的冷媒对外自然散热的效果而实现节能，其优点包括，①由于封闭烘房中蒸发水分和冷凝除湿所需要的热量和冷量相等，也由于而热泵输出热量大于冷量，为调节热泵系统的冷热平衡，取代传统技术中从热泵热端冷媒或烘房散热的方式，由此节约了相当于压缩机输入功率的电量；②通过对除湿循环水的流量控制和对外散热器对外的散热量控制，可灵活控制热泵的冷热量输出比例，以适应烘房在不同工况的冷热量需求，为烘房的温湿度稳定或可控提供保证和支持。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明中另一个实施例的结构示意图；

图4是本发明中另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，热泵冷端散热式密封除湿烘房，包括烘干室11和除湿回热室12和加热室13，其中所述除湿回热室12的进风侧与烘干室11连接，所述除湿回热室12的出风侧与加热室13连接，所述的加热室13出风侧与烘干室11连接，烘干室11、除湿回热室12和加热室13可设置在一个烘房室1中，所述加热室13的出风端处安装有热风风机15，所述烘干室11、除湿回热室12和加热室13形成闭式循环风道结构，其中所述除湿回热室12内置有位于除湿回热室12进风侧的除湿盘管2和位于除湿回热室12出风侧的热回收盘管3，所述除湿盘管2和热回收盘管3的冷媒管路相互串联，所述除湿盘管2与热回收盘管3的冷媒管路串联后的出口端还连接有对外散热器41，用于向与来自烘房外部的流动换热介质接触散热，例如图1中外散热器41所采用的是水冷式热交换器。所述除湿盘管2、热回收盘管3和对外散热器41通过以串联的方式接入热泵冷水循环管路4形成闭式循环水路结构，所述的热泵冷水循环管路中设置有流量控制器42，热泵冷水循环管路4内所循环流动冷媒与热泵的制冷端进行热交换。

其中所述除湿盘管2、热回收盘管3和对外散热器41以串联的方式接入热泵冷水循环管路4连成闭式循环管路结构，所述热风盘管5与热泵热水循环管路6连成闭式循环管路结构。热泵冷水循环管路4和热泵热水循环管路6的另一侧分别与热泵的制冷端和制热端进行热交换。

作为一个优选项，所述除湿盘管2、热回收盘管3和热风盘管5为多组导热管迂回穿越多层散热片并与散热片紧密结合而成的液-气热交换器。

烘干室11中的物料受热风作用使其内部水分挥发至房内空间，所产出的湿热空气被风机吸入至除湿回热室12，经过除湿和余热回收后，进入加热室13重新加热后进入烘房循环用于物料干燥。

烘房循环空气中的湿热空气通过除湿盘管2进行冷凝除湿，除湿循环水把所吸收湿热空气的全热带入热回收盘管3并释放于除湿后的冷空气，因此减少了冷空气后续加热的能耗，由于除湿前的湿热空气焓值较高，除湿循环水因此吸收了相对多的热量，比热容较低的干冷空气只带走其一部分热量，由于热回收盘管3与对外散热器41的水路连通，这样可将余下部分热量通过对外散热器41向烘房1外散发。具体参照图1、图4，所述除湿盘管2和热回收盘管3的迂回冷媒管路组件相互独立设置，这种结构过风路径呈直线路径，使风道结构简单，适用于卧式风道结构。或者参照图2、图3，过风路径呈U字型，所述热回收盘管3由除湿盘管2中延伸穿过U字型过风路径外凸部分的盘管形成，所述除湿盘管2和热回收盘管3内部迂回冷媒管路组件一体成型，这种结构过风路径呈U字型路径，可防止风力或重力作用使冷凝水进入回热盘管内，适用于卧式和立式的风道结构，更适用于大风量高风速的空气除湿。

当除湿盘管2和热回收盘管3内的循环水流动时，通过吸收来自除湿盘管2热量的热回收盘管3，首先对除湿后的冷风释放热量，然后再通过对外散热器41对烘房1外释放热量，但前提是热回收盘管3对冷风释放热量后其出水温度必须高于外部散热介质的温度，才可以通过自然散热的方式散热，而且需要有足够的温差才可以散发出相当于热泵压缩机输入功率的热量以维持系统的冷热平衡，提高进入对外散热器41的水温是最可行的办法，除湿盘管2内的水在除湿过程吸收了湿热空气的潜热和显热使其温度提升，当其吸收湿热空气的潜热（Q₁）和显热（q₁）和对除湿后冷空气释放的显热（q₂）后，水温升幅≈（Q₁+q₁-q₂）/(水比热容x水流量)，在设计除湿盘管2和热回收盘管3时，只要前者的换热面积大于后者，除湿盘管2从湿热空气中吸收的显热量就会大于热回收盘管3对冷空气所释放的显热量，再加上冷凝水的逐步降温也会对除湿盘管2释出少量显热，基本保证q₁-q₂＞0，也就是水温升幅值＞Q1/（水比热容x水流量），从以上公式分析，只要发生冷凝除湿，除湿循环水的温度就会提高，其升幅与除湿量成正比，与除湿循环水流量成反比，如果在35℃气温下用15℃的冷水进行除湿，由于除湿循环水的初始温度比环境温度要低20℃，只有把除湿循环水的出水温度提升20℃以上，对外散热器41才有可能对外自然散热，要满足这个条件，则“单位除湿循环水量”（以下简称循环水量）必须实现“最低冷凝除湿量”（以下简称除湿量），而“除湿量/循环水量”比值是否足够取决于空气除湿前后的含水量差值和单位时间的除湿风量，可通过提高烘房温度或加大除湿风量的手段满足这项要求。

“除湿量/循环水量”比值要求跟环境温度有关，如在冷凝温度15℃，环境温度25℃时，除湿循环水出来时的温度比初始温度提升15℃即达到30℃时，5℃的散热温差就可以自然散发足够的热量，根据水的比热和汽化热值的关系计算，要消耗约1kg的蒸气潜热才能让33kg水升温15℃，此时最低除湿量必须大于除湿循环水流量的1/33，即“除湿量/循环水量”比值＞1/33，其吸收冷凝水的热量就可以使除湿循环水出水温度提高15℃以上，但在环境温度35℃时，除湿循环水前后至少提升25℃即达到40℃时，才能达到5℃的换热温差散，根据同样计算，此时最低除湿量必须大于除湿循环水流量的1/20，即“除湿量/循环水量”比值＞1/20，其吸收冷凝水的热量才可以使除湿循环水出水温度提高25℃以上，由此可见当冷凝温度一定时，环境温度越高，上述的“除湿量/循环水量”比值就要求越大，显示对于烘干工艺的条件约束就越大，反之则越少。

但是，除湿循环水流量不是越少越好，如果流量过少会导致冷量供应不足导致除湿盘管2整体温度上升而降低除湿效率，较为理想的流量，是在逐步减少除湿冷水流量时热回收盘管3出水温度的升温速率出现明显下降的拐点数值，而当外部气温较低，也就是环境与烘房的温差较大，或者外部散热条件的改善（如通过天然冷水散热）时，可以适当提高除湿循环水的流量，有利于除湿效率的提高。

既要满足除湿效率的需要，也要让对外散热器41有足够的对外换热温差，除湿循环水流量是关键，因此，根据不同外部散热条件和不同的烘房工况通过流量控制器42对除湿循环水流量的合理控制是本发明的重要组成部分。

环境温度过高对本发明的冷端散热产生不利影响，由于热量传递需要一定的换热温差，从热回收盘管3进入对外散热器41的水温肯定低于烘房温度，而外部介质的温度又要低于该水温才能散热，相当于两段换热温差的叠加，即烘房与外部介质的温差必须大于该叠加温差才能有效散热，通常情况下该叠加温差要在10℃以上，即烘房温度要高于环境换热介质温度10℃以上，例如在室外气温35℃时，烘房内部温度要高于45℃才能使外置散热器有效对外散热。因此，在高温天气下，对一些热敏感的物料（如种子）干燥会受到影响。

本发明虽然同时受烘房与环境之温差值下限和“除湿量/循环水量”比值下限的约束，但当前者条件改善时，后者的约束范围就跟随减少，换言之，只要达到烘房温度高于50℃以上或环境温度低于20℃以下的两项其中任何一项条件时，“除湿量/循环水量”比值下限的约束力几乎解除，在实际操作中，各种制约因素同时出现的概率甚微，由于大多数烘房的工作温度在50℃以上，在这个工况下，本发明的产品基本上可满足绝大部分场合的使用要求。

由于热泵蒸发器所吸收的热量全部来自于其冷凝器释放的热量，而且在整个闭式系统内热量多于冷量，热泵任何情况下都不需要从外部吸取热量，使热泵可以在任何气温环境下工作，在低温环境下，因其冷端散热条件更好使除湿效率更高，本发明与传统非密封热泵烘房刚好相反，环境温度越低对其性能发挥越有利，甚至是零下30℃的环境下也无损热泵制热、制冷能效比和烘房的除湿烘干性能指标。

在本发明的结构中，热回收盘管3同时对内对外传递热量产生了非常正面的作用，其一：热回收盘管3会对除湿盘管2除湿冷却后的空气加热，这样减少了空气在热水盘管5后续升温所需的热量，降低了热泵热负载而实现节能；其二：热回收盘管3与对外散热器41所接入循环换热系统归属于热泵的制冷端，利用已完成除湿和余热回用任务后的除湿循环水的散热无损烘房的除湿或加热性能，更基于这部分热量全部来自于热泵的冷端而非热端，在实现热泵系统和烘房冷热循环系统的热平衡的同时，使热泵极高的制热能效所产生的热量全部用于烘房加热。

所述对外散热器41为风机盘管热交换器或水冷式热交换器，负责向烘房外部散热。风机盘管热交换器，即风机盘管机组热交换器，多应用于空调领域末端设备。而水冷式热交换器的体积小，散热效率更高。

所述加热室13的出风侧处安装有热风风机15，该风机作为对除湿回热室12、加热室13和烘干室11内空气循环的驱动机构。

所述除湿盘管出风口端增加除湿风机14，并在所述的烘干室11与加热室之间增加旁通风道，适用于低含水量物料的烘干，使烘房11的循环风量大于除湿风量，有利于节能。

所述热泵冷水循环管路4中所连接的流量控制器42，由流量控制器42控制的冷水先后流经除湿盘管2、热回收盘管3和对外散热器41。其中所述流量控制器42为变频水泵或水流量比例阀。

所述除湿盘管2的下方设置有冷凝水接水盘，所述冷凝水接水盘开有排水口，用于收集和排出除湿盘管2上析出的冷凝水。

参照图2，作为另一种实施例，包括由烘干室11、除湿回热室12、加热室13、由除湿盘管2和热回收盘管3组成的组合换热器、热水盘管5、热风风机16、对外散热器41、流量控制器42、热泵冷水循环管路4、热泵热水循环管路6组成；组合换热器和对外散热器41以串联的方式接入热泵冷水循环管路4，组合换热器由串接运水管路的除湿盘管2和热回收盘管3组成，除湿盘管2的出风口与热回收盘管3的进风口连通，由流量控制器42控制的冷水流经除湿盘管2和热回收盘管3后再进入对外散热器41，对外散热器41与外界换热介质接触，其中本实施例中的外散热器41为风机盘管热交换器。所述除湿盘管2和热回收盘管3之间通过U字状通风管路连接，所述的组合换热器包括由所述除湿盘管2和其穿过隔板的部分结构所形成的热回收盘管组成，此时组合换热器为一台阶状的换热盘管，除湿盘管2靠迎风面的部分导热铜管延伸出来与热回收盘管3共用，除湿盘管2与热回收盘管3的过风方向相反。

参照图3，作为另一个实施例，包括由烘干室11、除湿回热室12、由除湿盘管2和热回收盘管3组成的组合换热器、热水盘管5、加热室13、热风风机15、对外散热器41、流量控制器42、热泵冷水循环管路4、热泵热水循环管路6组成；该应用实施例装置可通过外接进风和回风两条通风管与其他独立的烘干室1连通，即烘干室11（图3没有标示处）位于除湿回热室12远端处，并通过管道与除湿回热室12、加热室13连接，通过循环风机作用使烘干室与除湿回热室之间的空气产生闭式循环，成为烘干室和除湿回热室相互分离的分体式热泵冷端散热式密封除湿烘房。组合换热器和对外散热器41以串联的方式接入热泵冷水循环管路4，组合换热器由同一串接冷媒回路的除湿盘管2和热回收盘管3组成，由流量控制器42控制的冷媒流经除湿盘管2和热回收盘管3后再进入对外散热器41，对外散热器41与外界换热介质接触。该应用实施例装置可通过外接进风和回风两条通风管与其他独立的烘干室连通，或者将该应用实施例与另外独立的烘干室一侧的敞开面拼接，成为分体式热泵冷端散热式密封除湿烘房。

参照图4，所述烘干室11和加热室13之间设有旁通风道16，使一定比例的热空气能从旁通风道16经过，这样可以使烘干室11的循环风量不受除湿风量的约束。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，例如，对外散热器41在采用水冷式热交换器时，水冷式热交换器可以设置于烘房1外部或内部，在设置于烘房内部时，只要把外部冷水引入内置的水冷式热交换器进行换热，就可以实现其向外部介质散热的效果。还有，通过多风道切换风阀，使加热室13与除湿回热室12可以分别与烘房的末端出风口与末端回风口相互切换，这样可以定时切换物料的迎风方向和背风方向，使烘房内的物料干燥更加均匀，烘干室11的进出风口可以设置在烘房的上下位置或左右位置，等等。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

经过实践证明，该发明通过位于除湿回热室12的除湿盘管2与热回收盘管3、对外散热器41以及热风盘管5相配合，使热泵制冷端除湿段的冷媒对外自然散热变成可能，用自然散热的手段提升热泵的制冷能效使其靠近甚至超过热泵的制热能效，可在烘干室11中不同的工况时灵活调整热泵输出的冷热比例，实现烘房热风温度和除湿冷凝温度的稳定或可控，同时提高热泵综合能效比实现节能，可广泛应用于农产品、海产品、中药材、烟草、衣物布料等的除湿干燥。

Claims (9)

1.热泵冷端散热式密封除湿烘房，包括烘干室（11）、除湿回热室（12）和加热室（13），其特征在于：其中所述除湿回热室（12）的进风侧与烘干室（11）连接，所述除湿回热室（12）的出风侧与加热室（13）连接，所述加热室（13）的出风侧与烘干室（11）连接，所述烘干室（11）、除湿回热室（12）和加热室（13）形成闭式循环风道结构，其中所述除湿回热室（12）内置有位于除湿回热室（12）进风侧的除湿盘管（2）和位于除湿回热室（12）出风侧的热回收盘管（3），所述除湿盘管（2）和热回收盘管（3）的冷媒管路相互串联，所述除湿盘管（2）与热回收盘管（3）的冷媒管路串联后的出口端还连接有对外散热器（41），所述除湿盘管（2）、热回收盘管（3）和对外散热器（41）通过以串联的方式接入热泵冷水循环管路（4）形成闭式循环水路结构，所述的热泵冷水循环管路中设置有流量控制器（42）。

2.根据权利要求1所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述除湿回热室（12）的出风侧与烘干室（11）之间设置有加热室（13），所述加热室（13）内置有热风盘管（5），所述热风盘管（5）连接有热泵热水循环管路（6），所述热风盘管（5）与热泵热水循环管路（6）连成闭式循环管路结构。

3.根据权利要求2所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述除湿盘管（2）、热回收盘管（3）和热风盘管（5）为多组迂回导热管往返穿越多层散热片并紧密结合而成的液-气热交换器。

4.根据权利要求1所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述对外散热器（41）为可向烘房外部散热的风机盘管热交换器或水冷式热交换器。

5.根据权利要求3所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述热回收盘管（3）由除湿盘管（2）中延伸外凸部分的盘管形成，所述除湿盘管（2）和热回收盘管（3）内部迂回冷媒管路组件一体成型，所述除湿盘管（2）和热回收盘管（3）之间的过风路径为呈U字型路径。

6.根据权利要求3所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述除湿盘管（2）和热回收盘管（3）的迂回冷媒管路组件相互独立设置，所述除湿盘管（2）和热回收盘管（3）之间的过风路径为呈直线路径。

7.根据权利要求1所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述烘干室（11）和加热室（13）之间设有旁通风道（16）。

8.根据权利要求1所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述流量控制器（42）为变频水泵或水流量比例阀。

9.根据权利要求1所述的热泵冷端散热式密封除湿烘房，其特征在于：所述除湿盘管（2）的下方设置有冷凝水接水盘，所述冷凝水接水盘开有排水口。