CN104776709A - 一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，此系统由太阳能集热器、多个阀门、储水箱、干燥室、循环风机、安装于干燥室内墙壁上的盘管、隔离板、循环水泵、冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀、进风风机、排风风机组成。本系统将太阳能与热泵供能特点相结合，可在不同气候条件下完成连续干燥作业。本系统通过多种供能模式的切换或联合，可实现太阳能蓄能供热模式（单独）、热泵干燥除湿模式（单独）、太阳能热泵联合蓄能供热模式，共三种运行模式。本系统的优点是干燥室内温度相对均匀，克服了传统干燥室存在热风死角和室内温度分布不均的问题，且节能效果好，充分利用发挥热泵和太阳能的功能，在干燥室不工作的时候，能够利用其来产热水储热、供暖，一机多用，大大发挥了其功能。

Description

一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统

技术领域

本发明涉及一种干燥系统，特别涉及一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

我国能源需求压力、温室气体排放量和燃料价格的增加促使人们大力开发可再生能源。太阳能因其资源丰富、对环境友好而被认为是解决当前能源危机和环境污染的理想能源。随着太阳能热利用技术的日趋成熟，太阳能的开发、利用与人们的生产、生活之间的联系也越来越紧密。其中，太阳能干燥因其具有节能、无污染、对环境友好等特点而逐渐受到重视。

现有的太阳能干燥系统，很多是通过空气集热器收集热能，采用向干燥室内吹热风的方式进行干燥，但是由于热空气的热容较小，太阳辐照变化会导致风温波动较大，且无法蓄能，干燥系统在夜间无法利用太阳能干燥，单独的太阳能系统缺乏干燥持续性、稳定性。

另外，传统热风干燥室还存在热风死角和室内温度分布不均的问题。受物料堆放方式影响，热风在干燥室内循环阻力较大，特别是对于进、出风口设计不合理的干燥室，往往会出现室内温度分布不均甚至出现热风死角，导致局部物料干燥效果差或无法干燥，进而影响整体干燥物料质量。

有的热泵干燥系统采用分体式结构，占地面积较大，影响美观，且无余热回收或回收效果较差，干燥物料后的高湿热空气直接排出干燥室，并未将其余热供给热泵蒸发器提高热泵COP，因此节能效果不明显，特别是在寒冷季节，耗能。

此外，传统干燥系统功能单一，某些物料季节性明显，如烤烟，野生菌等，干燥系统在干燥期过后基本属于闲置状态，导致干燥系统投资回收期较长，经济性差。

发明内容

本发明技术解决的问题之一是：克服现有太阳能干燥技术中存在的上述缺陷或不足，提供了一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统。该系统将太阳能与热泵供能相结合，通过多种供能模式的切换或联合，能在不同气候条件下完成连续干燥作业，运行成本低，节能效果好。

本发明技术解决的问题之二是：克服了传统干燥系统功能单一的缺点。在不需要干燥的时间段内，能够利用太阳能集热器和热泵产生热水为用户供暖或提供生活用水，一机多用，大大缩短了投资回收期。

本发明技术解决方案是：一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，其特征在于包括太阳能蓄能供热系统、热泵干燥除湿蓄能系统。所述太阳能蓄能供热系统包括太阳能集热器、储水箱、循环管路和安装于干燥室内壁上的换热盘管，循环管路由连接管道、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一循环水泵、第二循环水泵构成；所述热泵干燥除湿蓄能系统包括干燥室、隔离板、循环风机、进风风机、排风风机、压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、排湿管、四通阀和置于储水箱内的换热器，干燥室分为物料区和热泵区。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明采用水作为储热和传热工质，太阳能集热器可根据实际需要，采用价格低廉的真空管集热器，或采用与干燥室结合较好的平板式集热器。水温随太阳辐照波动性较小，水温恒定，能够保证干燥室内干燥温度的恒定均衡。且有一定蓄热能力，夜间或白天短时间无太阳辐射时仍能持续工作。

(2)本发明在干燥室内墙面上布置换热盘管，其分布均匀，能够保证干燥室内温度相对均匀，克服了传统热风干燥室存在热风死角和室内温度分布不均的问题。

(3)本发明将热泵的蒸发器和冷凝器集成到干燥室内，能够充分利用干燥物料后的尾气余热，克服了传统干燥室将尾气直接排到室外，造成热量损失的缺点，而热泵蒸发器能够吸收干燥物料后的尾气余热，提高热泵的COP，节能效果大大加强。

(4)本发明由于将供热设备——热泵集成到干燥室内，所以整个干燥过程中热空气的循环只在室内独立进行，很少与外界进行热交换，保证了室内温度恒定，对外损失热量更少，加热空气所需能量更少，更加节能。

(5) 本发明在干燥室内采用了循环风机强化干燥室内的空气流动，克服了传统干燥室出现的温度不均和室内空气流动性的缺点，能够使物料干燥速度更快，干燥均匀性更好。

(6)本发明充分利用发挥热泵和太阳能的功能，在干燥室不工作的时候，能够利用其来产热水储热、供暖，一机多用，大大发挥了其功能，克服了传统干燥室在非干燥季节就闲置的缺点。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明的干燥室正视图。

附图标记说明：太阳能集热器1；第一阀门2；第二阀门3；第三阀门4；循环风机5；冷凝器6；压缩机7；蒸发器8；膨胀阀9；排湿管10；进风口11；进风风机12；排风口13；排风风机14；四通阀15；安装于干燥室内壁上的换热盘管16；干燥区17；第二循环水泵18；储水箱19；第一循环水泵20；置于储水箱内的换热器21；干燥室22；隔离板23；。

具体实施方式

在下面的描述中，将描述本发明的各种不同的方面。为了便于解释，将陈述特定的配置和细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本发明可能是在没有在此提及的特定细节的情况下实现的，这对于熟悉这项技术的人将是明显的。此外，为了突出本发明，众所周知的特征可能被省略或简化。

现在参照图1，它是本发明的实施方案构成和结构示意图。本发明的太阳能蓄能供热系统由太阳能集热器1通过第一阀门2、第二阀门3和第一循环水泵20与储水箱19相连构成太阳能蓄能循环回路；储水箱19通过第二阀门3、第三阀门4和第二循环水泵18与安装于干燥室内壁上的换热盘管16相连接构成太阳能供热循环回路。

在本发明的热泵干燥除湿蓄能系统中，干燥室22内的隔离板23将其分为干燥区17和热泵所在区域；其所述热泵所在区域内有循环风机5和热泵设备。

所述循环风机5将强制使干燥室22内的热空气循环流动，依次经过循环风机5-干燥区17-蒸发器8-冷凝器6-循环风机5，从而完成一个热泵加热干燥物料的过程。

所述热泵设备的连接工作方式为：蒸发器8两端分别与压缩机7和膨胀阀9相连，压缩机7和膨胀阀9的另一端分别接有1个四通阀15，四通阀15又与冷凝器6和置于储水箱19内的换热器21相连接；通过调节四通阀15的闭合方向来完成热泵工作模式的切换，即可使热泵循环工作过程为冷凝器6-压缩机7-膨胀阀9-蒸发器8来实现干燥除湿模式或使热泵循环工作过程为蒸发器8-膨胀阀9-压缩机7-来实现蓄能模式。

所述蒸发器8底部外表面装有排湿装置10，经过物料区17后的湿空气再通过蒸发器8时由于蒸发器8外表面温度较低，湿空气达到其露点温度便会在蒸发器8外面析出水滴，水滴汇集后经排湿装置10排出干燥室22，完成排湿过程。

所述干燥室22的同侧墙壁上开有进风口11和排风口13。

所述进风口上装有进风风机12；所述排风口上装有排风风机14。当物料湿度过大，蒸发器8上的排湿负荷过重时启动排风风机14，强制排出部分湿空气；当干燥室内温度过高时，启动进风风机12，强制进风以降低室内温度。

本发明有3种使用模式：太阳能蓄能供热模式（单独）、热泵干燥除湿模式（单独）、太阳能热泵联合蓄能供热模式。

太阳能蓄能供热模式（单独）：此种工作方式是在短时期内间歇性干燥情况下，太阳辐射较好，物料对温度要求不高，可以不需热泵工作，仅靠太阳能即可完成，节约能源。具体工作方式为：启动第一循环水泵20，开启第一阀门2、第二阀门3，储水箱19中的水经第一循环水泵20运输至太阳能集热器1中加热后，热水经太阳能集热器1和储水箱19之间构成的回路，把热量储存于储水箱19中；当储水箱中的热水温度高于干燥室内的温度时，开启第三阀门4，部分热水进入安装于干燥室内墙壁上的盘管6，盘管中的热水与室内的冷空气换热，使得室内温度升高，启动进风风机12、排风风机14和循环风机5，热空气经循环风机5再经隔离板23的外围进入干燥区17内，且放出热量并吸收物料水分后，经如图2所示位于上方的排风风机14从排风口17排出，新鲜空气经如图2所示位于下方的进风风机12从进风口11进入干燥室22。启动第二循环水泵18，盘管中换热过后的冷却水经第二循环水泵18运输至储水箱19。

热泵干燥除湿模式（单独）：此种工作方式是在太阳资源不好，如阴雨天、晚上或需要连续干燥的情况下，并且物料对温度要求较高，太阳能干燥无法满足的情况下工作。具体工作方式为：初始阶段，干燥室22内的冷空气作为热泵循环工作的低温热源，通过热泵循环工作逐渐加热干燥室22内的冷空气。启动循环风机5，循环风机5强制使干燥室22内的热空气循环流动，依次经过循环风机5-隔离板23的外围-干燥区17-蒸发器8-冷凝器6-循环风机5，从而完成一个热泵加热干燥物料的过程。其中，当经过物料区17后的湿空气通过蒸发器8外壁析出水滴时，水滴汇集后经排湿装置10排出干燥室22，完成排湿过程。若物料湿度过大，蒸发器8上的排湿负荷过重时启动如图2所示位于上方的排风风机14，强制排出部分湿空气；若当干燥室内温度过高时，启动如图2所示位于下方的进风风机12，强制进风以降低室内温度。

太阳能热泵联合蓄能供热模式：此种工作方式是在供热干燥阶段，太阳能和热泵相结合而同时工作。当系统处于干燥季节时，该模式等效于热泵干燥除湿模式（单独）的基础上，加上太阳能蓄能供热模式（单独）。具体工作方式为：启动第一循环水泵20，开启第一阀门2、第二阀门3，储水箱19中的水经第一循环水泵20运输至太阳能集热器1中加热后，热水经太阳能集热器1和储水箱19之间构成的回路，把热量储存于储水箱19中；当储水箱中的热水温度高于干燥室内的温度时，开启第三阀门4，部分热水进入安装于干燥室内墙壁上的盘管6，盘管中的热水与室内的冷空气换热，同时，通过调节四通阀15的闭合方向切换热泵工作模式为热泵干燥除湿模式。干燥室22内的冷空气经太阳能和热泵的双重供热，使得干燥室22内冷空气迅速变热。此时，启动循环风机5，循环风机5强制使干燥室22内的热空气循环流动，依次经过循环风机5-隔离板23的外围-干燥区17-蒸发器8-冷凝器6-循环风机5，完成一个加热干燥物料的过程；另外，启动第二循环水泵18，盘管中换热过后的冷却水经第二循环水泵18运输至储水箱19。在上述过程中，当经过物料区17后的湿空气通过蒸发器8外壁析出水滴时，水滴汇集后经排湿装置10排出干燥室22，完成排湿过程。若物料湿度过大，蒸发器8上的排湿负荷过重时，启动如图2所示位于上方的排风风机14，强制排出部分湿空气；若当干燥室内温度过高时，启动如图2所示位于下方的进风风机12，强制进风以降低室内温度。当系统处于非干燥季节，不需要干燥时，采取蓄能方式，即跟传统的太阳能-热泵热水系统产生热水，为用户供暖或提供生活用水。具体的工作方式为：启动第一循环水泵20，开启第一阀门2、第二阀门3，储水箱19中的水经第一循环水泵20运输至太阳能集热器1中加热后，热水经太阳能集热器1和储水箱19之间构成的回路，把热量储存于储水箱19中；同时，通过调节四通阀15的闭合方向切换热泵工作模式为热泵蓄能模式。打开膨胀阀9，在蒸发器8中的制冷剂吸收干燥室22内的热量后不断地蒸发，从蒸发器8出来的制冷剂被吸进压缩机7，经压缩机7压缩后，制冷剂进入置于储水箱19内的换热器21，制冷剂与储水箱19内的水换热后经膨胀阀9再回到蒸发器8中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，包括太阳能蓄能供热系统、热泵干燥除湿蓄能系统，其特征是：太阳能蓄能供热系统的循环管路上设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一循环水泵、第二循环水泵，且第三阀门与安装于干燥室内壁上的换热盘管相连，并设置有由太阳能集热器和储水箱组成的蓄能系统；热泵干燥除湿蓄能系统的循环管路设置有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀，蒸发器接有排湿管，蒸发器两端分别与压缩机和膨胀阀相连，压缩机和膨胀阀的另一端分别接有一个四通阀，四通阀的另一端又与冷凝器和置于储水箱内的换热器相连接，干燥室内设置有隔离板、循环风机，且干燥室的同侧墙壁上开有进风口和排风口，进风口和排风口上分别装有进风风机、排风风机。

2.如权利要求1所述的一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，其特征是太阳能供热干燥采用的是热水盘管方式。

3.如权利要求1所述的一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，其特征是热泵干燥除湿蓄能系统是将热泵置于干燥室内，用蒸发器作为除湿装置，设置了排湿口。

4.如权利要求1所述的一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，其特征是储水箱中设有一换热器，在干燥室不工作的时候，能够利用热泵干燥除湿蓄能系统中，蒸发器里的工质与储水箱中的水换热，实现热泵蓄能。

5.如权利要求1所述的一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，其特征是干燥室内设有循环风机，其强制使干燥室内的热空气循环流动。

6.如权利要求1所述的一种太阳能与热泵联合一体化的多功能干燥系统，其特征是在压缩机和冷凝器之间以及冷凝器和膨胀阀之间分别接有四通阀，通过调节四通阀的闭合方向来完成热泵工作模式的切换。