CN105300079B - 一种带有涡流管的除湿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有涡流管的除湿装置，包括压缩机、回热器、冷却器、待干燥气体供应单元、干燥室以及风机，还包括涡流管和再热器，所述压缩机出口与所述回热器的热端进口相连，所述回热器的热端出口与所述涡流管的进口相连，所述涡流管的冷端出口与所述冷却器的冷端进口相连，所述涡流管的热端出口与所述再热器的热端进口相连，所述再热器的热端出口流体与所述冷却器的冷端出口进入所述压缩机；待干燥气体供应单元与所述冷却器的热端进口连接，所述冷却器的热端出口与所述回热器的冷端进口相连，所述回热器的冷端出口与所述再热器的冷端进口相连，所述再热器与干燥室连接；本发明在保证系统稳定运行的前提下提高了干燥温度，减小了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及除湿技术领域，特别涉及一种带有涡流管的除湿装置。
背景技术
干燥是工农业生产中广泛使用且耗能巨大的加工环节，世界范围内对干燥过程的节能技术开展了大量研究。传统的开式电加热干燥法将干燥室出来的湿度大、温度相对高的空气直接排入大气，浪费了其中大量的显热和潜热，并且开式循环的性能随环境空气状况的变化而变化。热泵干燥系统则通过蒸发器将干燥室出口空气中的热量回收，并可以在稳定工况下运行。目前已广泛地应用于木材干燥、食品加工、蔬菜脱水、陶瓷烘干、皮革干燥、生物制品及化工原料干燥等领域。如图1所示，传统型的热泵干燥系统包括：压缩机1、回热器2、节流阀10、冷却器4、干燥室6、辅助冷却器8以及风机7。
然而，热泵干燥的温度大都集中在40℃～60℃之间，为了能使热泵干燥所适用的干燥物料范围扩大，所以设法提高干燥的温度也是研究的一个热点。目前较常用的方法是通过辅助加热系统，将经过冷凝器加热过的空气进一步提高其温度，这种方法虽然简单有效，但能源消耗显著增加。
为了解决热泵干燥的升温问题，公告号为CN 101504247A的中国专利文献公开了一种空气源高温热泵除湿干燥设备，该专利采用多个翅片蒸发器构成逐级除湿降温系统，采用多个翅片冷凝器构成逐级加热升温系统。该装置相对于一般的燃料加热和电加热等高温干燥方法，可以降低高温干燥的能耗以及运行成本。然而，该加热系统的加热量限制于热泵系统的冷凝温度，无法进一步提升干燥温度。
涡流管是一种结构非常简单的能量分离装置，它可以将一股高压流体分离成冷热不同的两股流体，在一定的进口压力下，其冷端出口温度可达-50℃，而热端出口温度可达140℃以上。且涡流管的制冷效应的效率介于等熵膨胀和等焓膨胀之间，相对于传统的膨胀机，其结构简单且无运动部件，相对于节流阀，其效率更高。
基于涡流管可以同时实现制冷制热的效果，目前也有一些将涡流管应用于除湿系统的装置。如公开号为CN 104174261A的中国专利文献公开了一种基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置，该干燥装置利用涡流管的冷热出口流体实现除湿溶液的冷却和再生。然而，该装置结构较复杂，影响系统可靠性。又如公开号为CN 103727606A的中国专利文献公开了一种使用涡流管冷却及再生的转轮除湿系统及其空气处理方法。采用固态吸附原理的转轮除湿机进行，由于其再生耗能量较大，造价也较高，影响经济性。此外，由于该系统送风风机出口压力并不高，涡流管在该系统中的作用并不显著。
发明内容
本发明提供了一种带有涡流管的除湿装置，结合涡流管与热泵干燥技术，提高干燥温度，改善高温干燥热泵系统的性能。
一种带有涡流管的除湿装置，包括压缩机、回热器、冷却器、待干燥气体供应单元、干燥室以及风机，还包括涡流管和再热器，所述压缩机出口与所述回热器的热端进口相连，所述回热器的热端出口与所述涡流管的进口相连，所述涡流管的冷端出口与所述冷却器的冷端进口相连，所述涡流管的热端出口与所述再热器的热端进口相连，所述再热器的热端出口流体与所述冷却器的冷端出口流体汇合后进入所述压缩机，所述干燥室用于放置待干燥的物品。
待干燥气体供应单元与所述冷却器的热端进口连接，所述冷却器的热端出口与所述回热器的冷端进口相连，所述回热器的冷端出口与所述再热器的冷端进口相连，所述再热器的冷端出口与干燥室的进口连接，所述风机为待干燥气体进入干燥室提供驱动力。风机的安装位置可以根据需要进行安装。
本发明合理配置系统部件，优化系统控制，重组系统结构从而改善高温干燥热泵在高温环境中的性能，将涡流管与热泵干燥的优点相结合，克服现有热泵除湿技术的干燥温度较低的问题。
本发明的结构适用于封闭式或是开式除湿装置，优选的，所述除湿装置为封闭结构，还包括辅助冷却器，所述干燥室作为待干燥气体供应单元，所述干燥室的出口与所述辅助冷却器的热端进口连接，所述辅助冷却器的热端出口与所述冷却器的热端进口连接。封闭结构适用于需要将干燥气体循环的情况，例如循环的干燥气体为可回收的惰性气体。
辅助冷却器用于初步冷却自干燥室排出的高温待干燥气体，优选的，所述辅助冷却器通过环境空气冷却。环境的温度低于干燥室排出的高温待干燥气体，适合进行初步冷却，冷却成本低，还可以采用水冷的方式。
为了进一步提高系统的性能，充分利用能源，提高系统运行的COP，优选的，还包括辅助回热器，所述干燥室与所述辅助回热器的热端进口相连，所述辅助回热器的热端出口与所述辅助冷却器的热端进口相连，所述冷却器的热端出口与所述辅助回热器的冷端进口相连，所述辅助回热器的冷端出口与所述回热器的冷端进口相连。
为了方便制造和使用，优选的，所述除湿装置为开式结构，所述待干燥气体供应单元为进气口与环境连接的过滤器，所述过滤器的出口与所述冷却器的热端进口连接，所述干燥室的出口与环境相连通。
所述压缩机、回热器、涡流管和冷却器通过工质循环连接形成热泵系统，为了降低环境污染，优选的，热泵系统的工质为自然工质，如二氧化碳、氮、碳氢类物质，或由它们组成的混合物；进一步优选的，工质为二氧化碳，其为性能优良的自然工质，有益于环境，市场前景较大。
冷流比是涡流管冷端出口流体的质量流量与进口流体的质量流量之比。优选的，所述涡流管选用的冷流比为0.6～0.8。本发明具有良好的制热效应，特别是在冷流比为0.7左右时，涡流管具有最佳制热效应。即在相同的进气压力工况下，涡流管热端出口流体具有最高温度。故选用的冷流比为0.6～0.8时再热器对干燥后的气体加热效果最佳。
优选的，所述涡流管的冷端和热端的温度差大于100℃，涡流管冷端出口的流体可以对中温待干燥气体充分进行冷却除湿，而热端出口流体可通过再热器进一步提升干燥气体温度，因此涡流管分离温度温差越大越好，可以提高本发明的除湿效果和除湿后的温度，当温度差大于100℃后，效果显著。
本发明的有益效果：
本发明在传统热泵干燥系统中增设了涡流管与再热器的组合，利用涡流管对回热器出口的气体进行温度分离，利用冷流体进行待干燥气体的除湿过程，同时利用热流体将干燥后的气体进一步加热，提高干燥气体的温度，并且整个过程无需额外的加热装置或能量损耗，可解决现有热泵除湿技术的干燥温度较低的问题，并且涡流管结构简单，安装维修方便，整体性能可靠且经济合理。
附图说明
图1是传统型热泵除湿装置的流程图。
图2是实施例1的带涡流管的除湿装置的流程图。
图3是实施例2的带涡流管的除湿装置的流程图。
其中：1、压缩机；2、回热器；3、涡流管；4、冷却器；5、再热器；6、干燥室；7、风机；8、辅助冷却器；9、辅助回热器；10、节流阀；11、过滤器。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，本实施例为采用CO2作为工质的带涡流管与辅助回热装置的除湿装置，包括：压缩机1、回热器2、涡流管3、冷却器4、再热器5、干燥室6、风机7、辅助冷却器8与辅助回热器9。压缩机1与回热器2的热端进口相连，回热器2的热端出口与涡流管3的进口相连，涡流管3的冷端出口与冷却器4的冷端进口相连，涡流管3的热端出口与再热器5的热端进口相连，再热器5的热端出口流体与冷却器4的冷端出口流体汇合后进入压缩机1，冷却器4带有冷凝水出口。
干燥室6与辅助回热器9的热端进口相连，辅助回热器9的热端出口与辅助冷却器8的热端进口相连，辅助冷却器8的热端出口与冷却器4的热端进口相连，冷却器4的热端出口与辅助回热器9的冷端进口相连，辅助回热器9的冷端出口与回热器2的冷端进口相连，回热器2的冷端出口与再热器5的冷端进口相连，再热器5的冷端出口与风机7进口相连，风机7的出口与干燥室6相连。箭头方向为工质和待干燥气体的循环方向。
在本实施例中，选用的工质为CO2，工作时，低温低压CO2经过压缩机1压缩成高温高压状态，然后进入回热器2加热干燥后的空气，降温后的高压CO2从回热器2流出，进入涡流管3实现降压并温度分离，涡流管3冷端出口的低温低压CO2对待干燥空气经冷却器4进行降温除湿，涡流管3的热端出口的高温低压CO2对再热器5中的空气进行加热，涡流管3冷端出口的低温CO2经冷却器4升温后与经再热器5降温的高温CO2相混合，进入压缩机1完成整个热泵循环；
干燥室6出口的待除湿的空气依次进入辅助回热器9与辅助冷却器8降温，然后通过冷却器4再次进行除湿过程，除湿后的气体经辅助回热器9回热后，继续进入回热器2加热升温，然后流经再热器5通过涡流管3的热端出口高温CO2再次加热升温，干燥后的热空气经风机7进入干燥室6提供干燥高温的空气，完成整个除湿循环。
通过对本实施例与传统型的热泵除湿装置的模拟计算，结果见表1。
表1传统型和实施例1的热泵除湿装置的干燥性能对比
上述对比的系统的额定除湿量都为18kg/h，涡流管选用具有最佳制热效应的冷流比0.79。由该表可以看出，与传统型系统比较，本实施例的干燥温度有着显著的提高，此外，本实施例具有较高的热泵系统COPh以及较高的干燥系统除湿率SMER，节能效果显著。
实施例2
如图3所示，本实施例为采用CO2作为工质的带涡流管的开式除湿装置，包括：压缩机1、回热器2、涡流管3、冷却器4、再热器5、干燥室6、风机7与过滤器11。压缩机1与回热器2的热端进口相连，回热器2的热端出口与涡流管3的进口相连，涡流管3的冷端出口与冷却器4的冷端进口相连，涡流管3的热端出口与再热器5的热端进口相连，再热器5的热端出口流体与冷却器4的冷端出口流体汇合后进入压缩机1；
过滤器11与风机7入口相连，风机7出口与冷却器4的热端进口相连，冷却器4的热端出口与回热器2的冷端进口相连，回热器2的冷端出口与再热器5的冷端进口相连，再热器5的冷端出口与干燥室6相连。
在本实施例中，选用的工质为CO2，工作时，低温低压CO2经过压缩机1压缩成高温高压状态，然后进入回热器2加热干燥后的空气，降温后的CO2从回热器2流出，进入涡流管3实现降压并温度分离，涡流管3出口的低温CO2对待干燥空气经冷却器4进行降温除湿，除湿后的气体经回热器2加热升温，然后流经再热器5通过涡流管3的热端出口高温CO2再次加热升温，干燥后的热空气进入干燥室6提供干燥高温的空气，涡流管3出口的低温CO2经冷却器4升温后与经再热器5降温的高温CO2相混合，进入压缩机1完成整个热泵循环；
新鲜空气进入过滤器11过滤后通过风机7进入冷却器4进行除湿过程，除湿后的气体进入回热器2加热升温，然后流经再热器5再次加热升温，干燥后的热空气经风机7进入干燥室6提供干燥高温的空气，完成整个除湿过程。
通过对本实施例与传统型的热泵除湿装置的模拟计算，结果见表2。
表2传统型和实施例2的热泵除湿装置的干燥性能对比
上述对比的系统的额定除湿量都为18kg/h，涡流管选用的冷流比为0.7，可见涡流管在一定冷流比范围内，本实施例的热泵系统COPh高于传统系统COPh，其干燥温度也高于传统型的除湿系统干燥温度。
Claims (8)
1.一种带有涡流管的除湿装置，包括压缩机、回热器、冷却器、待干燥气体供应单元、干燥室以及风机，其特征在于，还包括涡流管和再热器，所述压缩机出口与所述回热器的热端进口相连，所述回热器的热端出口与所述涡流管的进口相连，所述涡流管的冷端出口与所述冷却器的冷端进口相连，所述涡流管的热端出口与所述再热器的热端进口相连，所述再热器的热端出口流体与所述冷却器的冷端出口流体汇合后进入所述压缩机；
待干燥气体供应单元与所述冷却器的热端进口连接，所述冷却器的热端出口与所述回热器的冷端进口相连，所述回热器的冷端出口与所述再热器的冷端进口相连，所述再热器的冷端出口与干燥室的进口连接，所述风机为待干燥气体进入干燥室提供驱动力；
所述涡流管选用的冷流比为0.6～0.8。
2.如权利要求1所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，所述除湿装置为封闭结构，还包括辅助冷却器，所述干燥室作为待干燥气体供应单元，所述干燥室的出口与所述辅助冷却器的热端进口连接，所述辅助冷却器的热端出口与所述冷却器的热端进口连接。
3.如权利要求2所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，所述辅助冷却器通过环境空气冷却。
4.如权利要求2或3所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，还包括辅助回热器，所述干燥室与所述辅助回热器的热端进口相连，所述辅助回热器的热端出口与所述辅助冷却器的热端进口相连，所述冷却器的热端出口与所述辅助回热器的冷端进口相连，所述辅助回热器的冷端出口与所述回热器的冷端进口相连。
5.如权利要求1所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，所述除湿装置为开式结构，所述待干燥气体供应单元为进气口与环境连接的过滤器，所述过滤器的出口与所述冷却器的热端进口连接，所述干燥室的出口与环境相连通。
6.如权利要求1所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，热泵系统的工质为自然工质。
7.如权利要求6所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，所述工质为二氧化碳。
8.如权利要求1所述的带有涡流管的除湿装置，其特征在于，所述涡流管的冷端和热端的温度差不小于100℃。
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