CN104949477B - 一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统。该系统包括高温热泵子系统、太阳能辅助子系统、温湿度控制调节子系统、烘干房子系统。本发明将高温热泵技术、空调调节技术、可再生能源高效利用技术和辅助电加热技术有机结合，拓宽了不同物料烘干的应用领域，提高了高温热泵烘干系统运行的可靠性、稳定性和经济性；本发明通过控制器PLC及相关执行机构的智能调节，针对物料烘干工艺的要求，采用分时段温湿度控制策略，实现烘干过程的全自动控制，同时提高了烘干物料的品质、成色和香味，保证了烘干物料的质量；本发明直接利用太阳能作为物料烘干辅助热源，性价比高，节能环保。

Description

一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统。

背景技术

在我国，传统的烘干技术主要是通过燃油、燃气、燃煤或燃烧木材等一次能源产生热量进行产品烘干，不但能耗大、效率低，还会产生大量的废气、废水、废渣、尘埃等有害物质，造成酸雨、雾霾等灾害，严重污染环境。同时，采用传统能源的烘干技术，在物料的烘干过程中，会出现有害气体进入烘干房，使物料里含有硫等有害物质，形成二次污染。因此，传统的烘干工艺需要改进。

目前的新型烘干技术主要有两种，一种是采用电热管直接加热技术，操作简单，但效率太低，运行成本较高，与国家的节能政策相反；另一种是采用热泵烘干技术，节能环保，已有部分企业开始使用，但现有的热泵烘干技术，系统功能过于简单，智能调节性较差，引起烘干房的温度、湿度波动较大，不能满足烘干工艺的温、湿度调节要求，导致热泵系统总体效率不高，运行寿命降低。另外，目前的新型烘干技术对于可再生能源的直接利用很少，限制了热泵烘干技术的推广应用。

发明内容

本发明的目的正是为了提供一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，以解决现有烘干工艺中环境污染严重、效率较低、运行成本高、温湿度调节较差、可再生能源利用效率低等突出技术问题。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统包括高温热泵子系统、太阳能辅助子系统、温湿度控制调节子系统、烘干房子系统；其中所述的高温热泵子系统包括压缩机、节流装置、风冷冷凝器、风冷蒸发器、油分离器、储液器、干燥过滤器、视液镜、能量调节阀、喷液阀、过冷器、吸气压力调节阀、高压调节阀、差动调节阀以及连接管道；其中所述压缩机的排气口分为两个接口，其中一个排气口通过能量调节阀与吸气压力调节阀进口相连接，另一个排气口通过油分离器分别与风冷冷凝器进口和差动调节阀进口相连接，而风冷冷凝器出口通过高压调节阀分别与差动调节阀出口和储液器的进口相连接，然后储液器的出口依次通过干燥过滤器、视液镜和过冷器分别与节流装置进口和喷液阀进口相连接，其中节流装置出口通过风冷蒸发器与吸气压力调节阀进口相连接；喷液阀出口通过过冷器与压缩机的相应进气口相连，所述吸气压力调节阀出口与压缩机吸气口相连接；所述的太阳能辅助子系统包括集热器风机、太阳能空气集热器以及连接风管；其中所述的集热器风机安装在箱体顶盖右侧，并与物料间内的出风口相通，集热器风机出口通过连接风管与太阳能空气集热器的进风口相连接，太阳能空气集热器出口通过连接风管与箱体顶盖左侧相连接，并与风冷冷凝器的进风端相连通；所述的温湿度控制调节子系统包括能量调节阀、风冷冷凝器风机、风冷蒸发器风机、排湿排热风机、新风风机、电加热器、回风风机、集热器风机、控制器、温度传感器Ⅰ、湿度传感器及连接导线；其中所述的温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、湿度传感器分别安装于箱体的物料间内、太阳能空气集热器出风管内和回风口处，通过连接导线分别与控制器的输入端相连接，所述的控制器的输出端通过连接导线分别与能量调节阀的电机、风冷冷凝器风机的电机、风冷蒸发器风机的电机、排湿排热风机的电机、新风风机的电机、电加热器、回风风机的电机、集热器风机的电机相连接；所述的烘干房子系统包括箱体、房门、回风隔板、物料车、排湿排热风机、新风风机、回风风机、集热器风机、过滤网、风冷冷凝器和电加热器；其中所述的房门安装在箱体的右端，所述的排湿排热风机安装于房门的上侧，所述的新风风机安装于箱体的左端的下侧，所述的回风风机、集热器风机分别安装于回风隔板上侧、箱体的顶盖右侧；其中过滤网安装在新风风机的前部，所述的风冷冷凝器、电加热器依次安装于物料间前端的进风口，所述物料车存放于物料间进风口处，所述回风隔板安装于物料间上端，用于组成物料间的回风风道。

本发明中所述喷液阀出口通过过冷器与压缩机的中压补气腔相连。

本发明中所述喷液阀出口通过过冷器、吸气压力调节阀与压缩机的吸气口相连接。通过设置在压缩机出口的感温控制装置调节喷液阀的开度，进而控制进入过冷器的喷液量。

本发明中所述的压缩机为定频压缩机、分档压缩机、变频压缩机或补气增焓压缩机中的任意一种；所述的风冷冷凝器、风冷蒸发器为管翅式、层叠式或平行流式换热器中的任意一种；所述的风冷冷凝器风机、风冷蒸发器风机、排湿排热风机、新风风机、回风风机、集热器风机为变频风机、定频风机或调档风机中的任意一种；所述的节流装置为热力膨胀阀、毛细管膨胀阀或电子膨胀阀中的任意一种；所述的喷液阀为压力式喷液阀或温度式喷液阀中的任意一种；所述的能量调节阀为热动式能量调节阀、电磁式能量调节阀或电动式能量调节阀中的任意一种；所述的吸气压力调节阀为一种受阀后压力（即压缩机吸气压力）控制的比例性调节阀；所述的高压调节阀为一种受阀前压力（即冷凝压力）控制的比例性调节阀；所述的电加热器为PTC电加热器、不锈钢加热器、流体防爆电加热器或电红外加热器中的任意一种；所述过冷器为板式换热器、套管换热器或闪发器中的任意一种。

本发明的原理及有益效果如下：

本发明提供的一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其结构巧妙，系统设计优化匹配，将高温热泵技术、空调调节技术、可再生能源高效利用技术和辅助电加热技术有机结合，其烘干温度调节范围在35℃~90℃之间，拓宽了不同物料烘干的应用领域，提高了高温热泵烘干系统运行的可靠性、稳定性和经济性。

本发明提供的一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，通过控制器PLC及相关执行机构的智能调节，针对物料烘干工艺的要求，采用分时段温湿度控制策略，温度控制精度可达0.2℃以内，湿度控制精度可达0.5%以内，实现烘干过程的全自动控制，同时提高了烘干物料的品质、成色和香味，保证了烘干物料的质量。

本发明提供的一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，直接利用太阳能作为物料烘干辅助热源，性价比高，节能环保，解决了现有高温烘干技术的一些缺陷，因此，本发明具有广泛的市场应用前景和巨大的市场潜力，适用于大范围推广应用。

附图说明

图1为本发明的第一种实施方式的连接结构图。

图2为本发明的第二种实施方式的连接结构图。

图中序号：1压缩机，2节流装置，3风冷冷凝器，3-1风冷冷凝器风机，4风冷蒸发器，4-1风冷蒸发器风机，5油分离器，6储液器，7干燥过滤器，8视液镜，9-1能量调节阀，9-2控制器（可编程控制器），9-3温度传感器Ⅰ、9-5温度传感器Ⅱ，9-4湿度传感器，10喷液阀，11过冷器，12吸气压力调节阀，13高压调节阀，14差动调节阀，15箱体，16房门，17回风隔板，18物料车，19排湿排热风机，20新风风机，21过滤网，22电加热器，23回风风机，24集热器风机，25太阳能空气集热器。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

实施例1

如图1所示，本实施例主要包括高温热泵子系统、太阳能辅助子系统、温湿度控制调节子系统、烘干房子系统；其中所述的高温热泵子系统包括压缩机1、节流装置2、风冷冷凝器3、风冷蒸发器4、油分离器5、储液器6、干燥过滤器7、视液镜8、能量调节阀9-1、喷液阀10、过冷器11、吸气压力调节阀12、高压调节阀13、差动调节阀14以及连接管道；其具体连接关系为压缩机1的排气口分为两个接口，其中一个接口通过能量调节阀9-1与吸气压力调节阀12进口相连接，另一个接口通过油分离器5分别与风冷冷凝器3进口和差动调节阀14进口相连接，而风冷冷凝器3出口通过高压调节阀13分别与差动调节阀14出口和储液器6的进口相连接，然后储液器6的出口依次通过干燥过滤器7、视液镜8和过冷器11分别与节流装置2进口和喷液阀10进口相连接，其中节流装置2出口通过风冷蒸发器4与吸气压力调节阀12进口相连接，喷液阀10出口通过过冷器11与吸气压力调节阀12进口相连接，所述吸气压力调节阀12出口与压缩机吸气口相连接；所述的太阳能辅助子系统包括集热器风机24、太阳能空气集热器25以及连接风管；其中所述的集热器风机24安装在箱体15顶盖右侧，并与物料间内的出风口相通，集热器风机24出口通过连接风管与太阳能空气集热器25的进风口相连接，太阳能空气集热器25出口通过连接风管与箱体15顶盖左侧相连接，并与风冷冷凝器3的进风端相连通；所述的温湿度控制调节子系统包括能量调节阀9-1、风冷冷凝器风机3-1、风冷蒸发器风机4-1、排湿排热风机19、新风风机20、电加热器22、回风风机23、集热器风机24、控制器9-2（优选可编程控制器）、温度传感器Ⅰ9-3、湿度传感器9-4及连接导线；其中所述的温度传感器Ⅰ9-3、温度传感器Ⅱ9-5、湿度传感器9-4分别安装于箱体15的物料间内、太阳能空气集热器25出风管内和回风口处，通过连接导线分别与控制器9-2的输入端相连接，所述的控制器9-2的输出端通过连接导线分别与能量调节阀9-1的电机、风冷冷凝器风机3-1的电机、风冷蒸发器风机4-1的电机、排湿排热风机19的电机、新风风机20的电机、电加热器22、回风风机23的电机、集热器风机24的电机相连接；所述的烘干房子系统包括箱体15、房门16、回风隔板17、物料车18、排湿排热风机19、新风风机20、回风风机23、集热器风机24、过滤网21、风冷冷凝器3和电加热器22；其中所述的房门16安装在箱体15的右端，所述的排湿排热风机19安装于房门16的上侧，所述的新风风机20安装于箱体15的左端的下侧，所述的回风风机23、集热器风机24分别安装于回风隔板17上侧、箱体15的顶盖右侧；其中过滤网21安装在新风风机20的前部，所述的风冷冷凝器3、电加热器22依次安装于物料间前端的进风口，所述物料车18存放于物料间进风口处，所述回风隔板17安装于物料间上端，用于组成物料间的回风风道。

实施例2

如图2所示，该实施例与实施例1相比其不同之处在于：过冷器11不再与吸气压力调节阀12进口相连接，而是与压缩机1中压补气腔相连接。

本发明所述的压缩机1为定频压缩机、分档压缩机、变频压缩机、补气增焓压缩机中的任意一种形式；所述的风冷冷凝器3、风冷蒸发器4为管翅式、层叠式、平行流式换热器中的任意一种结构形式；所述的风冷冷凝器风机3-1、风冷蒸发器风机4-1、排湿排热风机19、新风风机20、回风风机23、集热器风机24为变频风机、定频风机、调档风机中的任意一种形式；所述的节流装置2为热力膨胀阀、毛细管膨胀阀或电子膨胀阀中的任意一种结构形式；所述的喷液阀10为压力式喷液阀、温度式喷液阀中的任意一种结构形式；所述的能量调节阀9-1为热动式能量调节阀、电磁式能量调节阀、电动式能量调节阀中的任意一种形式；所述的吸气压力调节阀12为一种受阀后压力（即压缩机吸气压力）控制的比例性调节阀；所述的高压调节阀13为一种受阀前压力（即冷凝压力）控制的比例性调节阀；所述的电加热器22为PTC电加热器、不锈钢加热器、流体防爆电加热器、电红外加热器中的任意一种形式；所述过冷器11为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。

通过上述四个子系统的优化匹配组合，控制器PLC智能调节，本发明的工作流程如下：

（1）基本能级工作模式

当物料烘干工艺刚开始，高温热泵烘干系统不需要能量、温湿度调节时，可采用此工作模式。温湿度控制调节子系统的流程为：控制器9-2根据温度传感器Ⅰ、Ⅱ和湿度传感器9-4输入的信息，打开风冷冷凝器风机3-1、风冷蒸发器风机4-1、回风风机23，且调为最大风速，关闭能量调节阀9-1、排湿排热风机19、新风风机20、电加热器22和集热器风机24。高温热泵子系统的流程为：吸气压力调节阀12和高压调节阀13全开，喷液阀10和差动调节阀14关闭，压缩机1排出的高温高压的制冷剂蒸气通过油分离器5进入箱体15内的风冷冷凝器3释放热量变成高压的过冷或饱和的液态制冷剂，然后依次经过高压调节阀13、储液器6、干燥过滤器7、视液镜8、过冷器11进入节流装置2，过冷的液态制冷剂经过节流装置2的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，进入风冷蒸发器4吸收热量后变为低压的过热制冷剂蒸气，然后通过吸气压力调节阀12进入压缩机1进行下一个循环过程。烘干房子系统流程为：箱体15内的空气经风冷冷凝器3吸收热量升温后，经过电加热器22进入物料间，高温的空气加热物料车18上的物料后，释放出热量降温，同时吸收了物料的水分，湿度增加，然后经过回风隔板17上侧的回风风机23进入风冷冷凝器3进入下一循环。

（2）调节能级工作模式

A. 吸气节流能量调节

当夏季室外温度较高时，压缩机1吸气压力过高，会引起电机负荷过大，此时吸气压力调节阀12根据阀后压力（即压缩机吸气压力）控制压缩机1的吸气压力，当吸气压力升高时，吸气压力调节阀12关小，使风冷蒸发器4出口的制冷剂过热蒸气节流，以较低的吸气压力进入压缩机。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

B. 喷液冷却能量调节

当冬季室外温度较低，蒸发压力和蒸发温度较低时，或物料烘干工艺过程中，冷凝压力和冷凝温度过高时，或能量调节过程中引起过热度过大时，可能引起压缩机1排气温度过高，喷液阀10会根据压缩机1的排气温度，调节进入吸气压力调节阀12前的喷液量，降低压缩机的吸气过热度，防止压缩机1排气温度过高，同时，为了防止节流装置2前的液态制冷剂闪发，经过喷液阀10节流的气液两相制冷剂，先通过过冷器11，吸收一部分液态制冷剂的热量后再进入吸气压力调节阀12前，这样保证了节流装置2前制冷剂的过冷度，提高蒸发器的单位容积制冷量和压缩机效率。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

C. 热气旁通能量调节

当物料烘干工艺过程中，物料间的温升过快时，控制器9-2根据温度传感器Ⅰ9-3输入的信息，打开能量调节阀9-1，压缩机1排出的高温高压的制冷剂蒸气一部分旁通经过能量调节阀9-1，节流降压后进入压缩机吸气口，降低了风冷冷凝器3的放热量，防止了压缩机1较低吸气压力下运行。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

D. 冷凝器回流法能量调节

当冬季室外温度非常低，高温热泵系统刚启动时，冷凝压力过低时，节流装置2前后压差太小，供液动力不足，无法向风冷蒸发器4提供足够的供液量，通过调节风冷冷凝器风机3-1、风冷蒸发器风机4-1仍没效果时，可采用此调节方法。开机后，高压调节阀13关闭，差动调节阀14打开，将压缩机1排气一部分旁通到储液器6，使储液器6中压力升高。当冷凝压力升高到高压调节阀13开启值以上时，高压调节阀13稍开启，随着物料间温度的升高，维持正常冷凝压力平衡时，高压调节阀13的开度增大至全开，差动调节阀14的开度变小至全关，热泵制冷剂走正常循环路径。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

E. 排热能量调节

当系统采用热气旁通+喷液冷却能量调节时，物料间的温升仍然过快时，控制器9-2根据温度传感器Ⅰ9-3输入的信息，打开排湿排热风机19、新风风机20，通过一部分低温新风的排入和一部分高温回风的排出，保证物料间的温升速率。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

F. 排湿工作模式

当物料烘干工艺过程中，物料间湿度过大时，控制器9-2根据湿度传感器9-4输入的信息，打开排湿排热风机19、新风风机20，通过一部分低温新风的排入和一部分高温回风的排出，保证物料间的湿度。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

G. 太阳能辅助能量调节

当室外太阳能辐射强度较大时，控制器9-2根据温度传感器Ⅱ9-5输入的信息，打开集热器风机24。物料间内的出风一部分或全部（主要由回风风机23调节决定）通过集热器风机24进入太阳能空气集热器25，吸收太阳能热辐射升温后，进入箱体15顶盖左侧，再经过风冷冷凝器3、辅助电加热器22进入物料间放出热量，加热物料车18的物料后排出物料间，进入下一循环。当物料间的温升速率过慢时，控制器9-2根据温度传感器Ⅰ9-3输入的信息，启动基本能级工作模式，风冷冷凝器3对进风二次加热，以满足物料间的温升要求。

H. 辅助电加热能量调节

当物料烘干工艺过程中，物料间的温升速率过慢，高温热泵机组本身的能量调节还不能满足要求时，控制器9-2根据温度传感器Ⅰ9-3输入的信息，打开辅助电加热器22，对经过风冷冷凝器3的空气进行二次加热，用于满足物料间的温升速率的要求。其他工作流程与基本能级工作模式相同。

Claims (10)

1.一种太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：它包括高温热泵子系统、太阳能辅助子系统、温湿度控制调节子系统、烘干房子系统；其中所述的高温热泵子系统包括压缩机（1）、节流装置（2）、风冷冷凝器（3）、风冷蒸发器（4）、油分离器（5）、储液器（6）、干燥过滤器（7）、视液镜（8）、能量调节阀（9-1）、喷液阀（10）、过冷器（11）、吸气压力调节阀（12）、高压调节阀（13）、差动调节阀（14）以及连接管道；其中所述压缩机（1）的排气口分为两个接口，其中一个排气口通过能量调节阀（9-1）与吸气压力调节阀（12）进口相连接，另一个排气口通过油分离器（5）分别与风冷冷凝器（3）进口和差动调节阀（14）进口相连接，而风冷冷凝器（3）出口通过高压调节阀（13）分别与差动调节阀（14）出口和储液器（6）的进口相连接，然后储液器（6）的出口依次通过干燥过滤器（7）、视液镜（8）和过冷器（11）分别与节流装置（2）进口和喷液阀（10）进口相连接，其中节流装置（2）出口通过风冷蒸发器（4）与吸气压力调节阀（12）进口相连接；喷液阀（10）出口通过过冷器（11）与压缩机的相应进气口相连，所述吸气压力调节阀（12）出口与压缩机吸气口相连接；所述的太阳能辅助子系统包括集热器风机（24）、太阳能空气集热器（25）以及连接风管；其中所述的集热器风机（24）安装在箱体（15）顶盖右侧，并与物料间内的出风口相通，集热器风机（24）出口通过连接风管与太阳能空气集热器（25）的进风口相连接，太阳能空气集热器（25）的出口通过连接风管与箱体（15）顶盖左侧相连接，并与风冷冷凝器（3）的进风端相连通；所述的温湿度控制调节子系统包括能量调节阀（9-1）、风冷冷凝器风机（3-1）、风冷蒸发器风机（4-1）、排湿排热风机（19）、新风风机（20）、电加热器（22）、回风风机（23）、集热器风机（24）、控制器（9-2）、温度传感器Ⅰ（9-3）、湿度传感器（9-4）及连接导线；其中所述的温度传感器Ⅰ（9-3）、温度传感器Ⅱ（9-5）、湿度传感器（9-4）分别安装于箱体（15）的物料间内、太阳能空气集热器（25）出风管内和回风口处，通过连接导线分别与控制器（9-2）的输入端相连接，所述的控制器（9-2）的输出端通过连接导线分别与能量调节阀（9-1）的电机、风冷冷凝器风机（3-1）的电机、风冷蒸发器风机（4-1）的电机、排湿排热风机（19）的电机、新风风机（20）的电机、电加热器（22）、回风风机（23）的电机、集热器风机（24）的电机相连接；所述的烘干房子系统包括由箱体（15）、房门（16）、回风隔板（17）、物料车（18）、排湿排热风机（19）、新风风机（20）、回风风机（23）、集热器风机（24）、过滤网（21）、风冷冷凝器（3）和电加热器（22）；其中所述的房门（16）安装在箱体（15）的右端，所述的排湿排热风机（19）安装于房门（16）的上侧，所述的新风风机（20）安装于箱体（15）的左端的下侧，所述的回风风机（23）、集热器风机（24）分别安装于回风隔板（17）上侧、箱体（15）的顶盖右侧；其中过滤网（21）安装在新风风机（20）的前部，所述的风冷冷凝器（3）、电加热器（22）依次安装于物料间前端的进风口，所述物料车（18）存放于物料间进风口处，所述回风隔板（17）安装于物料间上端，用于组成物料间的回风风道。

2.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：喷液阀（10）出口通过过冷器（11）与压缩机（1）的中压补气腔相连。

3.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：喷液阀（10）出口通过过冷器（11）、吸气压力调节阀（12）与压缩机（1）的吸气口相连接。

4.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述的压缩机（1）为定频压缩机、分档压缩机、变频压缩机或补气增焓压缩机中的任意一种；所述的风冷冷凝器（3）、风冷蒸发器（4）为管翅式、层叠式或平行流式换热器中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述的风冷冷凝器风机（3-1）、风冷蒸发器风机（4-1）、排湿排热风机（19）、新风风机（20）、回风风机（23）、集热器风机（24）为变频风机、定频风机或调档风机中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述的节流装置（2）为热力膨胀阀、毛细管膨胀阀或电子膨胀阀的任意一种；所述的喷液阀（10）为压力式喷液阀或温度式喷液阀中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述的能量调节阀（9-1）为热动式能量调节阀、电磁式能量调节阀或电动式能量调节阀中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述的吸气压力调节阀（12）为一种受阀后压力控制的比例性调节阀；所述的高压调节阀（13）为一种受阀前压力控制的比例性调节阀。

9.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述的电加热器（22）为PTC电加热器、不锈钢加热器、流体防爆电加热器或电红外加热器中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的太阳能辅助智能型高温热泵烘干系统，其特征在于：所述过冷器（11）为板式换热器、套管换热器或闪发器中的任意一种。