CN104019643B - 带废热回收的农产品热泵干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于农产品干燥技术领域，公开一种带废热回收的农产品热泵干燥系统，其包括：干燥箱、热泵系统和控制系统。干燥箱包括干燥室和空气处理室，干燥室和空气处理室被位于干燥箱内的分隔板分隔开，通过位于分隔板上的送风口和回风口连通；热泵系统是由蒸发器、膨胀阀、冷凝器、压缩机及连接管道构成的封闭循环系统，其中冷凝器安装在干燥箱的空气处理室内，为空气提供热量，其他部件与室外风机组合成一柜体，安装在干燥箱外，干燥室排出的热湿废气由与顶部排湿口外部连接的引风管引至蒸发器的迎风侧。本发明的热泵干燥系统，将干燥室排出的湿热废气作为热泵系统热源的一部分，实现了废热的有效利用，提高了能源利用效率，节省了农产品干燥能耗。

Description

带废热回收的农产品热泵干燥系统

技术领域

本发明涉及一种农产品干燥系统，尤其涉及一种带废热回收的热泵干燥系统。

背景技术

干燥是工业系统各部门中应用最为广泛的重要工序之一，同时也是能耗较大的过程。在某些工业发达国家，干燥消耗的能量约占全国总能耗的13%～20%；在我国，干燥消耗的能量约占总能耗的10%。因此，干燥过程的节能是一个十分值得关注的问题。

农产品干燥可以提高产品的储藏性能，延长储存期，改善食品品质，便于运输流通。作为农业大国，我国农产品的干燥市场非常广阔，开发相应的关键设备，有利于提高我国的农产品干燥技术水平，减少采收后损失，提高干燥产品品质，降低农产品干燥能耗。

热泵是一种消耗少量电能或燃料能来制取大量热能的装置。主要部件为压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。热泵干燥技术是一种节能干燥技术，可以回收排气废热，还可以利用环境、地源、水源中的低品位热源作为干燥能源，做到能量的循环利用，达到干燥过程中节能减排的目的。

目前热泵干燥的研究主要集中在过程控制和制冷组件。本发明提出一种农产品热泵干燥系统，在满足农产品特定干燥工艺的前提下，实现了干燥设备结构紧凑，干燥产品品质优秀，干燥过程节能明显、能源利用率显著提高。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是在保证农产品特定干燥工艺的前提下，提供一种高效节能的农产品热泵干燥系统。

（二）技术方案

为实现以上功能，本发明提提一种带废热回收的农产品热泵干燥系统，其包括干燥箱、热泵系统和控制系统，所述干燥箱包括干燥室和空气处理室，所述干燥室和所述空气处理室被位于干燥箱内的分隔板分隔，所述干燥室和所述空气处理室通过位于所述分隔板上的回风口和送风口连通，所述回风口位于所述分隔板的顶部，所述送风口位于所述分隔板的底部；

所述干燥室顶部设置排湿口，所述排湿口外连接引风管；所述空气处理室顶部设置新风口，所述空气处理室内设置冷凝器和风机，所述冷凝器位于所述风机上方；

所述热泵系统包括冷凝器、膨胀阀、蒸发器、压缩机以及连接管道，所述冷凝器位于所述空气处理室内，所述膨胀阀、蒸发器和压缩机位于干燥箱外的热泵外机内，所述热泵外机内还包括室外风机，所述冷凝器、膨胀阀、蒸发器、压缩机通过连接管道顺序连接，所述引风管的管口位于所述蒸发器的迎风侧。

优选的，所述回风口设置回风阀，所述新风口设置新风阀。

优选的，所述回风阀设置成卷帘门。

优选的，所述干燥室还包括导流罩，其位于所述排湿口与干燥室顶部连接处。

优选的，所述导流罩为圆锥形。

优选的，所述风机为变频风机。

优选的，所述室外风机位于热泵外机的与蒸发器相邻或者相对的一侧。

优选的，所述热泵外机底部下方设置积水盘。

优选的，所述积水盘置于与热泵外机底部连接的框架上。

优选的，放置积水盘的框架与所述热泵外机底部焊接或者螺纹连接。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明将干燥室排出的热湿废气作为热泵系统热源的一部分，实现废热的有效利用，能源利用率提高，从而达到节能效果；

（2）本发明把干燥室排湿口排出来的湿热废气引至蒸发器，解决了冬季外部环境温度较低时蒸发器结霜问题，提高蒸发温度，优化热泵系统的运行，节省能源；

（3）本发明的干燥箱、热泵外机、控制系统实现模块化，整个系统结构紧凑、连接简单、占用空间小，便于在不同干燥作业区移动；

（4）本发明在新风口和回风口设置新风阀和回风阀，实现送入干燥室内的空气温湿度以及干燥室排湿量的精确控制，且回风阀可以有效控制不同干燥阶段的回风量；

（5）本发明干燥室顶部安装导流罩，减少干燥室排湿阻力，使干燥室排湿口排湿流畅、农产品干燥均匀，优化农产品干燥时间；

（6）本发明利用变频风机转速的变化实现干燥不同农产品、相同农产品不同干燥阶段对送入干燥室的空气流量的需求，通过控制系统实现干燥过程中不同阶段动力设备的精确控制，提高干燥农产品的品质，节省干燥能耗。

附图说明

图1是本发明带废热回收的农产品热泵干燥系统的结构示意图；

图2是本发明带废热回收的农产品热泵干燥系统只引用新风阶段工作模式图；

图3是本发明带废热回收的农产品热泵干燥系统同时引入新风和回风阶段工作模式图；

图4是本发明带废热回收的农产品热泵干燥系统闭式循环阶段工作模式图。

图中，1：干燥室；2：空气处理室；3：分隔板；4：回风口；5：送风口；6：新风口；7：回风阀；8：新风阀；9：排湿口；10：引风管；11：保温层；12：支撑角铁；13：干燥箱外壁；14：导流罩；15：冷凝器；16：风机；17：热泵外机；18：膨胀阀；19：蒸发器；20：压缩机；21：室外风机；22：连接管道；23：积水盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，而非限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供的带废热回收的农产品热泵干燥系统，包括干燥箱、热泵系统和控制系统（控制系统不是本发明的研究重点，在图中未显示）。

干燥箱包括装载被干燥农产品的干燥室1和为干燥室1提供热空气的空气处理室2，干燥室1和空气处理室2被位于干燥箱内的分隔板3分隔，干燥室1和空气处理室2通过位于分隔板3上的回风口4和送风口5连通，回风口4位于分隔板3的顶部，送风口5位于分隔板3的底部，回风口4设置回风阀7，干燥箱外壁13是保温材料。

干燥室1顶部设置导流罩14，导流罩14与排湿口9连通，排湿口9外连接引风管10，导流罩9和引风管10外设置保温层11；空气处理室2顶设置新风口6，新风口6设置新风阀8，空气处理室2内设置冷凝器15和风机16，冷凝器15位于风机16上方。

热泵系统包括冷凝器15、膨胀阀18、蒸发器19、压缩机20以及连接管道22，冷凝器15位于空气处理室2内，膨胀阀18、蒸发器19、压缩机20位于干燥箱外的热泵外机17内，冷凝器15、膨胀阀18、蒸发器19、压缩机20通过连接管道22顺序连接，热泵外机17内还包括室外风机21，引风管10的管口位于蒸发器19的迎风侧。

如图1所示，农产品在干燥室内分层放置。在干燥室1内壁和分隔板3上的支撑角铁12上放置搁物架，农产品置于搁物架上。农产品分层放置，能够增加干燥室1内农产品的容量，提高干燥室1的利用率，提高能源利用率，从另一方面降低干燥能耗。

为阻止干燥箱内热量向外传递，干燥箱内的热量损失较小，达到较好的保温效果，干燥箱外壁13的保温材料优选绝热性能较好的保温材料，如聚氨酯保温板、岩棉板等。为使干燥室内排出的热湿空气中的热能得到更好的保持，优选的，导流罩14与引风管10外部设置保温层11。

引风管10将排湿口9排出的热湿空气引至蒸发器19的迎风侧，排湿口9排出的废热空气成为热泵系统工作的热源之一，有效利用了废热，提高能源利用率，节约能源，降低干燥能耗；引风管10将排湿口9排出的热湿空气引至蒸发器19的迎风侧，在外部环境温度较低时，有效防止蒸发器19结霜，提高蒸发器19的换热效率，保证热泵系统运行。

在空气处理室2的顶部设置新风口6，在新风口6安装新风阀8，新风阀8的开口可以根据不同干燥阶段的需求任意调节；在回风口4安装回风阀7，回风阀的开口根据不同干燥阶段的需求任意调节；优选的，新风阀8为自动控制阀门，回风阀7为自动控制的卷帘门。

利用风机16把空气处理室2内加热处理的空气送入干燥室1与农产品进行换热，根据不同农产品的干燥特点、农产品不同干燥阶段的需求确定进入干燥室1热空气的温度、湿度、流量和流速，通过调节新风口6和回风口4的空气比例达到需要空气湿度，根据干燥需要的空气流量确定新风阀8和回风阀7的开口大小。

为了达到节能效果，且更好的控制不同阶段送入干燥室1的风量和风速，优选的，风机16选用变频风机。

新风阀8、回风阀7和风机16的安装改变了传统干燥系统单一的干燥模式，根据不同农产品的干燥特点、相同农产品不同阶段的干燥需求，调节送入干燥室的空气的温度、湿度、流速和流量，提高农产品干燥品质，节省干燥能耗。

导流罩14为圆锥形，导流罩14的设置使干燥室1内的热湿空气均匀的进入排湿口9，使干燥室内农产品干燥的更为均匀，缩短干燥室内最上层农产品与最下层农产品干燥的时间差，优化农产品的干燥时间，节约农产品干燥能耗。

热泵系统是由冷凝器15、膨胀阀18、蒸发器19、压缩机20及连接管道22构成的封闭循环系统，冷凝器15、膨胀阀18、蒸发器19、压缩机20通过连接管道顺序连接。冷凝器15安装在空气处理室2内为空气提供热量，膨胀阀18、蒸发器19、压缩机20与室外风机21组合成一体柜热泵外机17，安装在干燥箱外。

室外风机21提供的风压使蒸发器19吸收引风管10排出的热湿空气以及外界空气，室外风机21在热泵外机17内的位置可以自由变动，一般情况下，室外风机21安装在与蒸发器19相邻或者相对一侧。如图1所示，室外风机21位于热泵外机17的顶部，与蒸发器19相邻一侧。

下面结合附图1对热泵系统的工作流程具体描述如下：热泵系统工作时，在室外风机21的风压作用下，空气不断流经蒸发器19，这部分空气包括从干燥室排湿口9排出的热湿空气，热湿空气与蒸发器19管道内的制冷工质换热，制冷工质吸收热湿空气中的热量蒸发，由低温低压的气液两相变成低温低压的气体，低温低压的制冷工质气体经压缩机20升压后变成高温高压的气体，高温高压的制冷工质气体在空气处理室2内的冷凝器15中放出热量加热空气处理室2内的空气，制冷工质气体本身冷凝成液体，制冷工质液体经膨胀阀18节流后变成低温低压的气液两相进入蒸发器14开始下一次循环。空气处理室2内与冷凝器15换热后的空气升温后经送风口5送到干燥室1与农产品进行热湿交换。

为了将蒸发器19冷凝下的凝结水收集起来，本发明还可以在热泵外机17底部下方设置积水盘23。积水盘23可以直接焊接在热泵外机17上，也可以与热泵外机17以螺纹连接。优选的，积水盘23置于与热泵外机17连接的框架上，该框架与热泵外机17焊接或者螺纹连接。

控制系统在整个干燥过程中有重要作用，但控制系统不在本发明的范围内，控制系统的设计原理如下：

将PLC（可编程逻辑控制器）面板、控制开关、温度控制器等集成在一箱体内，安装在干燥箱外，用于控制干燥设备的运行。控制系统储存了一定的干燥曲线，用户可以通过PLC面板进行编辑。通过控制系统用户可以选择手动模式或自动控制模式执行干燥过程，若选定自动模式，干燥过程将按照用户选定的干燥曲线自动运行完成干燥，但在干燥过程中，用户可以对运行的干燥曲线进行修改；若选择手动模式，用户需根据需要手动启动或关闭风机，压缩机和风阀。

下面结合附图对农产品不同干燥阶段本发明的工作模式做具体描述：

在农产品干燥的初始阶段，多数农产品需要尽快排除其中的湿气，这一阶段通常称为大排湿阶段，图2显示了该阶段系统的工作模式。该阶段，为了保证农产品的颜色和形状，新风阀8是完全打开状态，而回风阀7是完全闭合状态。此时，进入干燥室2的热空气与农产品完成一次热湿交换后由排湿口9完全排出。由于此阶段被干燥的农产品本身温度低，水分含量大，加热的是来自外界的温度较低的新鲜空气，热泵系统需要持续工作，不断为农产品干燥提供所需的热量。其中根据被干燥的农产品的不同，调节风机16的转速，改变送入干燥室的空气流量。

当农产品干燥过程达到一定阶段，其中所含水分明显减少，如果仍按照图2所示系统进行干燥就会造成能源浪费，此时可以按照如图3所示干燥模式。通过调节新风阀8和回风阀7的开口大小获得所需的空气，这两股空气在冷凝器15前混合，经冷凝器15加热后，被风机16送入干燥室1，经与农产品进行热湿交换后一部分经排湿口9排出干燥室，另一部分经回风口4处打开的回风阀7进入下一循环。在这一干燥过程中送入干燥室的空气流量由风机16根据干燥工艺要求进行调整。

当农产品干燥到后期，农产品内的水分已经很少，与之换热的热空气的湿度变化不大，可以按照如图4所示的闭式循环模式工作。此时，完全关闭新风阀8，开启回风阀7，送风口5处的空气流量根据干燥工艺要求通过风机16调节。由于没有外部空气进入干燥箱，也没有气体从排湿口9排出。通常情况下，此模式由于农产品水分低，蒸发缓慢，与空气的热湿交换量少，热泵所要提供的热量相应减少，热泵系统进入间歇工作状态。

综上所述，本发明提供的带废热回收的农产品热泵干燥系统，实现了废热的有效利用，提高了能源利用率，节约干燥能耗；通过引风管将排湿口排出的废气引至蒸发器，降低了蒸发器在低温环境下结霜的风险，提高蒸发温度，优化热泵系统的运行，降低干燥能耗；采用加装新风阀、回风阀和变频风机自由调节送入干燥室的热空气的温度、湿度、流量和流速，实现了传统单一干燥模式向不同干燥模式的转变；根据不同农产品的干燥特点、相同农产品不同阶段的干燥需求设定切实可行的干燥模式，提高农产品干燥品质，且整个系统节能明显，能量利用率显著提高；干燥室顶部加装导流罩减小农产品的排湿阻力，使干燥更加均匀，优化干燥时间，节省干燥能耗；且该系统设备采用模块化设置，结构紧凑、体积小，可以通过吊装放到拖车上，在不同作业区使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带废热回收的农产品热泵干燥系统，包括干燥箱、热泵系统和控制系统，其特征在于：

所述干燥箱包括干燥室(1)和空气处理室(2)，所述干燥室(1)和所述空气处理室(2)被位于干燥箱内的分隔板(3)分隔，所述干燥室(1)和所述空气处理室(2)通过位于所述分隔板(3)上的回风口(4)和送风口(5)连通，所述回风口(4)位于所述分隔板(3)的顶部，所述送风口(5)位于所述分隔板(3)的底部；

所述干燥室(1)顶部设置排湿口(9)，所述排湿口(9)外连接引风管(10)；所述空气处理室(2)顶部设置新风口(6)，所述空气处理室(2)内设置冷凝器(15)和风机(16)，所述冷凝器(15)位于所述风机(16)上方；

所述热泵系统包括冷凝器(15)、膨胀阀(18)、蒸发器(19)、压缩机(20)以及连接管道(22)，所述冷凝器(15)位于所述空气处理室(2)内，所述膨胀阀(18)、蒸发器(19)和压缩机(20)位于干燥箱外的热泵外机(17)内，所述热泵外机(17)内还包括室外风机(21)，所述冷凝器(15)、膨胀阀(18)、蒸发器(19)、压缩机(20)通过连接管道(22)顺序连接，所述引风管(10)的管口位于所述蒸发器(19)的迎风侧；

所述回风口(4)设置回风阀(7)，所述新风口(6)设置新风阀(8)。

2.根据权利要求1所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述回风阀(7)设置成卷帘门。

3.根据权利要求1所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述干燥室(1)还包括导流罩(14)，其位于所述排湿口(9)与干燥室(1)顶部连接处。

4.根据权利要求3所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述导流罩(14)为圆锥形。

5.根据权利要求1所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述风机(16)为变频风机。

6.根据权利要求1所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述室外风机(21)位于热泵外机(17)的与蒸发器(19)相邻或者相对的一侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述热泵外机(17)底部下方设置积水盘(23)。

8.根据权利要求7所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：所述积水盘(23)置于与热泵外机(17)底部连接的框架上。

9.根据权利要求8所述的带废热回收的农产品热泵干燥系统，其特征在于：放置积水盘(23)的框架与所述热泵外机(17)底部焊接或者螺纹连接。