CN104197649A - 一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以工作在排湿干燥和加热烘干两种模式下的热泵与太阳能联合供热的烘干房。该烘干房在太阳照射时段，用太阳能加热。在夜间或连阴天用热泵加热烘干物料。该热泵配套有室内蒸发器和室外蒸发器，可以根据烘干房内空气湿度，在排湿干燥和加热烘干两种模式间转换，节约能源，提高烘干速度。该烘干房的东、西、南墙面均由空气集热器代替，阳光板盖板直接固定在烘干房框架上，空气集热器内的吸热芯板也固定在烘干房框架内侧，盖板和吸热芯板间形成加热温室。吸热芯板的背面即为烘干房内壁，吸热芯板背面直接加热烘干房内的空气。在烘干房内设有室内循环风机，加强烘干房内空气流动与冷热空气混合。该烘干房由微电脑控制器全自动控制。

Description

一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房

技术领域

本发明涉及一种应用太阳能与热泵联合供热的烘干房，尤其是热泵可以在除湿干燥模式和加热烘干模式间转换，并于太阳能联合供热的烘干房。

背景技术

     许多水果不易保存与长途运输，制成干果却受到广大消费者喜爱。很多蔬菜制干后有着特殊口感与香味，得到很多人的青睐。传统的果蔬干制加工采用晾晒的方法，不但晾晒时间长，容易失去一部分营养，色泽变差，而且在晾晒过程中易受到污染，影响成品的卫生。利用烘干房加工果蔬是一种先进卫生的加工方法，加工的产品色泽好，营养保持多，卫生。新疆是瓜果之乡，在政府大力发展特色林果业政策的推动下，新疆的各种特色水果产量成倍增长。有些水果，像葡萄、杏、无花果等不易保存和长途运输，制约了发展及果农的收入进一步的提高。近年政府又大力推广热风烘干房建设，就地转化深度加工，提高了果农的收入，推动了特色水果的发展。但是，现在建设的热风烘干房都是以燃煤作为热源，存在很大弊端，污染环境，排放大量的温室气体，增加加工成本，冲减了果农的收入。

    新疆太阳能资源丰富，尤其是盛产水果的南疆地区，是太阳能资源一类地区，因此利用太阳能作为热源，烘干加工鲜果，是一项利国利民的先进技术。但是太阳能很不稳定，夜间和阴雨多云天气无法向烘干房提供热能，因此需要第二能源作为补充，在太阳能无法提供热能的时段，向烘干房提供热能。

王新民专利“太阳能烘干房”，专利申报号：ZL2011204029481，公开了一种太阳能烘干房，该烘干房用透明材料做房顶，阳光直接照射到烘干房内，加热烘干房内的空气，烘干房内的物料，这种烘干房存在热风流动差，底层物料无法接受到阳光直射，温度低干燥慢，整体效率低，尤其阳光直接照射物料，存在很多弊端，有许多物料在干燥过程中阳光直接照射会影响干燥物的色泽，降低成品的品质和等级。

    柴杰美发明的专利“太阳能烘干房”，专利号：ZL2013208127923，屋顶设置了空气集热器，从屋顶的空气集热器出来的热风经热风管进入烘干房内地面上的散热器，加热烘干房，提高烘干房的温度，烘干物料。在墙体内有盘管换热器进一步加热从空气集热器出来的热风。该烘干房效率低，耗能高。因为空气输送中如果弯道多，必然会加大风阻，输送效率低，风机功耗成倍增加。更重要的是该烘干房内没有设热风循环系统，烘干速度慢。在烘干过程中，温度、湿度、空气流速三个因素都很重要。

山东农业大学的专利“一种热泵烘干房”（申报号CN201320583321）H和徐枝泉的专利“一种热泵烘干房”（申报号CN201220634490）设计了一种利用热泵做热源的烘干房，在这两个专利设计中，将热泵作为空气源热泵，从空气中吸收热量，向烘干房供热。但是这两个专利对热泵利用不充分，在烘干房湿度较大时，热泵处在除湿干燥模式有着显著的节能效果。同时在两个专利没考虑应用太阳能对烘干房供热。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能和热泵联合向烘干房供热的高效节能的烘干房，它在太阳充分照射时段应用太阳能为烘干房供热，在太阳无法为烘干房供热的时段，由热泵向烘干房供热，同时热泵工作可以在两种模式间自动切换，在烘干房内空气湿度≧80%时，热泵工作处在除湿干燥模式，当烘干房内湿度﹤80%时，热泵处在加热干燥模式。

为解决上述技术问题，本发明利用矩形钢管制作烘干房框架，在屋顶以及东墙、西墙、南墙框架直接用透明阳光板覆盖，构成全透明的墙面，太阳从日出直到日落，处在不同方位，辐射的阳光都可以被烘干房集热器吸热芯板吸收。在阳光板后面距离7cm处安装有空气集热器吸热芯板，空气集热器吸热芯板用薄钢板制作，在接受阳光辐射的吸热面喷涂有黑色的吸热涂料。在阳光板和吸热芯板吸热面之间形成温室，空气集热器受到阳光辐射，温室内空气和吸热芯板被加热，当温室内空气温度达到设定的上限值时，控制器开启加热风机，加热风机将热空气吸取并排放至烘干房内。为使热空气均匀流动，在加热风机前方安装有两块分流板，从风机出来的热空气，在分流板的作用下，流向烘干房的前、中、后方。烘干房内的空气通过位于东、西、南墙面下端的集热器进风道补充，形成在空气集热器内流动的气流，在气流流经空气集热器的温室时被辐射的阳光和吸热芯板加热，再由加热风机输送到烘干房内，烘干房内的空气温度不断升高。

空气集热器的吸热芯板用长方形框固定在阳光板后面的烘干房框架上，一面喷涂有吸热涂料，这面朝着阳光，背面朝着烘干房，作为烘干房的内壁，可以直接向烘干房内散热，加热流经其表面的的空气。在吸热芯板吸热面上有一层扰流网，对流经吸热芯板表面的气流起到扰动作用，提高加热效率。

为弥补太阳能的不稳定性，本发明采用热泵作为第二热源，在无阳光照射的时段，控制器将切换到热泵工作状态。

热泵是一种节能新技术，它的COP在3~5之间，就是输入1度电能，它可以输出3~5倍的热能。在本发明中，热泵有两种工作模式，除湿干燥模式和加热烘干模式，这两种模式由控制器根据烘干房内湿度切换，当烘干房内湿度≧80%时，控制器切换到室内蒸发器工作，进入热泵的循环湿热空气先通过室内蒸发器，在热湿空气通过蒸发器时，空气中的水蒸气被蒸发器冷凝成为水，流入集水盘，并被排出烘干房，在水蒸气冷凝过程中，释放潜热被蒸发器吸收。通过蒸发器的空气成为干空气，再进入热泵的冷凝器被加热，从冷凝器出来的干热空气对被烘干物进行加热并带走水分，变为湿热空气进入蒸发器。如此循环，被烘干物内的水分逐渐减少。当烘干房内湿度≤80%时，控制器将切换室外蒸发器工作，此时热泵转换为加热模式，室外蒸发器吸收室外空气中的热能，室外蒸发器内的工质吸热由液态转化为气态，被压缩机吸收并压缩进入冷凝器，工质通过冷凝器向烘干房内放热，工质转化为液态。

烘干房内在东西两侧分别设有6台轴流风机，作为烘干房室内循环风机，6台风机分上下两排，分别位于底部和中部，在循环风机的作用下，空气不断流过被烘干物的表面，将从被烘干物蒸发出的水分带走，并对被烘干物体加热。同时在循环风机的作用下，室内空气充分混合，使得烘干房内各点的温度一致，减少温度差，提高被烘干物干燥的一致性。

在烘干房向北的背面，用夹芯彩钢板制作保温墙面，在其上设有两个排湿孔，在太阳光充足，烘干房内温度上升超过烘干工艺上限时，可利用排湿孔排湿，并带走部分热能，保持烘干房内的温度在烘干工艺设定的范围内。热泵的室外蒸发器固定在背面墙上。

 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房的主视图。

图2是一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房的后视图。

图3是一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房的侧视图。

图4是图1所示热泵和太阳能联合供热的烘干房A-A向剖视图。

图5是图3所示热泵和太阳能联合供热的烘干房B-B向剖视图。

图6是热泵和太阳能联合供热的烘干房空气集热器的剖视图。

图7是热泵和太阳能联合供热的烘干房的热泵工作原理图。

 

具体实施方式

图1是本发明一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房的主视图。该烘干房的屋顶安装有空气集热器1、东墙面安装有空气集热器3、西墙面安装有空气集热器2和南墙面安装有空气集热器4。在墙面集热器的下有空气集热器的进风道5。

图2是本发明一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房的后视图。在烘干房的北墙面有排湿孔15，并安装有热泵的室外蒸发器13，北墙面用具有保温功能的彩钢夹心板制作。

图3是本发明一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房的侧视图。在西墙面安装有太阳能空气集热器2，在空气集热器2的下端有进风道5，在屋顶安装有空气集热器1，在南墙面安装有空气集热器4.

图4是图1所示热泵和太阳能联合供热的烘干房A-A向剖视图。南墙面空气集热器4的上端与屋顶空气集热器的下端连通，屋顶集热器的上端与安装在烘干房室内上部的热风上风道9连通，在热风上风道9上设计安装加热风机6。空气集热器受到阳光照射，内部温度上升，当空气集热器内的温度上升到设定温度上限，控制器开启加热风机6，在加热风机6的吸引力作用下，热空气从南墙空气集热器进入屋顶空气集热器，再进入热风上风道9，进入加热风机6，在加热风机的作用下进入烘干房内。烘干房内的空气从烘干房墙下面的空气集热器进风道进入空气集热器，形成太阳能加热系统的空气循环通道。

可以清楚看到在侧面设计安装有6台轴流风机，作为室内空气循环流通的动力，室内空气循环可以加快被干燥物的水分蒸发，加快干燥速度。同时使空气充分混合，减少室内不同点的温度差。

图5是图3所示热泵和太阳能联合供热的烘干房B-B向剖视图。在烘干房的上部有热风上风道9，它安装在烘干房后墙上，贯穿烘干房的东西，两端分别连接东墙面空气集热器2和西墙面空气集热器2。在热风上风道9上安装有加热风机6，能够将热风上风道内的热空气排出到烘干房内，加热烘干房内的空气。在烘干房两内侧，装有室内循环风机7，室内空气循环路径图中用箭头表示。在室内上部，左右各安装有1台热泵，热泵由室内蒸发器11、热泵压缩机10、冷凝器12组成，在热泵工作时，室内空气从蒸发器11进入，从冷凝器12排出，排出的热空气进入室内循环风机7的进气道内，并被室内循环风机7吹入烘干房内。当烘干房内空气湿度大于80%时，热泵工作在除湿干燥模式，湿热空气进入室内蒸发器11，由于室内蒸发器11温度很低，空气中的水蒸气降温冷凝成水，在冷凝相变过程中，释放出潜热，这些潜热热能被蒸发器11吸收，由热泵内的工质在压缩机10的作用下，将热能携带进入冷凝器12释放，加热从蒸发器11出来的干冷空气，干冷空气被加热后，变为干热空气进入烘干房，干燥被加工的物品。经试验证明，在烘干房内空气湿度大的情况下，这种除湿干燥模式比加热烘干节能达到40%~50%。在烘干房内空气湿度降低后，这种模式的节能效果消失，因此，当烘干房内空气湿度≤80%，控制器将关闭室内蒸发器11，启动室外蒸发器13，热泵变为加热烘干模式.

东墙面空气集热器3和西墙面空气集热器2的上部分别与热风上风道9对应处开有出气孔，东墙面空气集热器3、西墙面空气集热器2内的被阳光辐照加热的空气由此孔进入热风上风道9。

图6是热泵和太阳能联合供热的烘干房空气集热器的剖视图。空气集热器用阳光板制作盖板16，在盖板后面有吸热芯板18，吸热芯板18接受阳光辐照的一面喷涂有吸热涂料，在吸热芯板18的表面，在设有一层扰流网17，作用是对流经吸热芯板18表面的空气起到扰动作用，加强热交换，提高加热效率。阳光板盖板16直接安装固定在烘干房框架19上，吸热芯板18固定在矩形钢管制作的框架20上，吸热芯板框架20固定在烘干房框架19上，吸热芯板18的背面作为烘干房的内壁，吸热芯板18被阳光辐照温度升高后，背面可以直接加热烘干房内的空气。

图7是热泵和太阳能联合供热的烘干房的热泵工作原理图。热泵由压缩机10、冷凝器12、室内蒸发器11、室外蒸发器13组成。当控制器开启电磁阀23，并关闭电磁阀24，室内蒸发器11工作，热泵进入排湿干燥模式。当控制器关闭电磁阀23，开启电磁阀24，室外蒸发器13工作，热泵进入加热烘干模式。图中22为与室内蒸发器11配套的节流阀，21为与室外蒸发器13配套的节流阀，25是排出室内蒸发器11的冷凝水的排水管。

Claims (3)

1.一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房，由屋顶空气集热器（1）、西墙面空气集热器（2）、东墙面空气集热器（3）、南墙面空气集热器（4）、室内蒸发器（11）、室外蒸发器（13）、冷凝器（12）、压缩机（10）组成烘干房的供热系统，其特征在于：由室内蒸发器（11）、室外蒸发器（13）、冷凝器（12）和压缩机（10）组成的热泵，根据烘干房内空气湿度，在除湿干燥模式和加热烘干模式之间切换工作，与太阳能加热装置联合给烘干房供热，烘干房的烘干加热有太阳能加热烘干、热泵除湿干燥模式、热泵加热烘干模式三种方式，全自动控制器根据设定程序，控制这三种模式相互转换。

2.按照权利要求1所述一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房，其特征在于：由屋顶空气集热器（1）、西墙面空气集热器（2）、东墙面空气集热器（3）、南墙面空气集热器（4）与夹芯彩钢板制作的北墙面构成烘干房房体，空气集热器的吸热芯板背面就是烘干房内壁，能够直接加热烘干房内的空气。

3.按照权利要求1所述一种工作在两种模式下的热泵和太阳能联合供热的烘干房，其特征在于：热泵系统有室内蒸发器（11）和室外蒸发器（13）两个蒸发器，控制器根据烘干房内的湿度控制两个蒸发器的状态，当控制器切换到室内蒸发器（11）工作时，热泵处在除湿干燥模式，当控制器切换的室外蒸发器（13）工作时，热泵处于加热烘干模式。