CN105783485A - 一种内燃机驱动热泵干燥装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内燃机驱动热泵干燥装置，包括热泵干燥系统、干燥介质循环系统和热量回收循环系统。热泵干燥系统包括热泵循环系统和水循环系统：热泵循环系统是由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器首尾依次相接而成，水循环系统包括内燃机、以及依次连接的缸套换热器、烟气换热器、再热器和第一水泵，缸套换热器和烟气换热器分别与内燃机相连，内燃机通过联轴器驱动压缩机工作；干燥介质循环系统包括依次排布的过滤器、蒸发器、预热器、冷凝器、再热器、物料仓和热回收器；热量回收循环系统由预热器、第二水泵和热回收器依次连接构成。本发明的装置能提高干燥效率、降低能耗，减少对周围环境造成的污染问题，有效地提高了系统的能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机驱动热泵干燥装置，属于空气调节技术和食品干燥技术领域。
背景技术
国内现代干燥技术是从20世纪50年代逐渐发展起来的。近年来，中国逐渐实现了干燥技术行业的工业化。然而目前能源消耗量大、利用效率偏低是食品干燥领域面临的一个重要的急需解决的技术难题。若能提高干燥过程的能量利用率，每年可节约大量的能源。
干燥过程的节能问题被人们所重视。目前，热泵干燥主要是回收干燥废气中的潜热，用于干燥过程。热泵干燥技术就是基于这样背景下发展起来的一种新型节能干燥技术。它利用热泵除去从干燥室出来的湿空气的水分，获得大量潜热后，对除湿后的空气重新加热。
同传统干燥方法相比，热泵干燥具有以下优点：(1)节约能源。热泵干燥装置充分利用湿空气通过蒸发器时释放的热量来进行干燥。(2)提高产品质量。将传感及控制技术结合起来应用于热泵干燥，通过准确调节蒸发器温度、冷凝器温度和气流速度，来调节干燥介质的温度、湿度及物料的干燥速度，可对干燥质量进行实时控制。(3)环境友好。对于全封闭热泵干燥装置，干燥过程中不向外排放空气，也无需补充新鲜空气，可以避免废气对大气的污染，也可避免由于换气导致的物料污染。特别适用于食品、药材等物料的干燥。(4)干燥范围广。热泵干燥装置的干燥介质温度范围一般为-20-100℃，相对湿度范围一般为15-80％，适合对多种类型物料的干燥。
目前的热泵干燥装置在干燥介质温度较低(0-60℃)时，与其它干燥方式相比有较大优势，而当要求的干燥介质温度较高时，完全靠热泵冷凝器加热干燥介质有一定的难度，此时必须通过提高压缩机的压比来提高压缩机的排气温度。这不仅会对压缩机产生负面影响，而且会使热泵系统的能源效率大幅下降，热泵的成本明显上升。所以在目前热泵干燥技术的发展中，提高干燥温度成为其中的一个重点。通过加装辅助加热系统，使通过冷凝器的空气进一步加热以提高干燥温度，是目前广泛采用的方式之一。
在燃气机驱动热泵干燥装置方面，目前已经有一些文献和专业研究资料。中国专利CN102788493A设计了一种燃气机驱动的热泵干燥装置，利用废热回收来提高能源的利用率；专利CN204168981U设计了一种燃气式粮食干燥机，采用新能源为燃料，可减少对环境的污染；专利CN02822947.9设计了利用燃气轮机的干燥机系统及使用方法。
然而，现有的燃气机驱动热泵干燥技术主要存在几个问题：(1)经过蒸发器冷却降温除湿后，温度为10-15℃的新风立即被送入冷凝器进行加热升温；由于冷凝器的冷凝温度一般为50℃左右，因此新风经过冷凝器加热后，其温度上升幅度接近30℃，属于大温差传热过程，能源利用效率低，明显不合理。(2)来自于物料仓的高温高湿的排风没有被有效回收利用，而是直接排放到外界环境中，造成能源浪费和环境热污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的内燃机驱动热泵干燥装置，在不增加系统装置能耗的基础上，通过回收系统装置的排风余热，实现小温差传热，进一步提高系统送风温度，减少对周围环境造成的热污染，提高能源利用率。
本发明采用的技术方案是：
一种内燃机驱动热泵干燥装置，包括热泵干燥系统、干燥介质循环系统和热量回收循环系统；所述热泵干燥系统包括热泵循环系统和水循环系统：热泵循环系统是由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器首尾依次相接而成，水循环系统包括内燃机、以及依次连接的缸套换热器、烟气换热器、再热器和第一水泵，缸套换热器和烟气换热器分别与内燃机相连，所述内燃机通过联轴器驱动所述压缩机工作；所述干燥介质循环系统包括依次排布的过滤器、所述蒸发器、预热器、所述冷凝器、所述再热器、物料仓和热回收器；所述热量回收循环系统由所述预热器、第二水泵和所述热回收器依次连接构成。
所述热泵循环系统(制冷循环)的压缩机由内燃机驱动，压缩机做功并利用蒸发器回收低品位热能，在冷凝器中加以利用。热泵工质在蒸发器内吸收经过过滤处理的新风的热量，使之气化吸热，经压缩机压缩后，进入冷凝器中冷凝，并将热量传给空气。由冷凝器出来的热空气再进入物料仓，对湿物料进行干燥。
所述缸套换热器的内管接内燃机的冷却循环水，其外部水套一端接烟气换热器，另一端与第一水泵相接，所述烟气换热器的内管接内燃机的排烟管，通过水泵实现内燃机产生热水的热交换，其外部套管与缸套换热器的另一侧，将热水送入再热器，散热后的热水由水泵重新送入缸套换热器完成循环。
所述预热器的进口与蒸发器相连，其出口与冷凝器相连，经过蒸发器降温冷却后的新风，立即被送入冷凝器进行加热升温，在此过程中温度上升幅度接近30℃，属于大温差传热过程。预热器的目的就在于降低这部分的传热温差，提高该传热过程能源利用效率。
所述热量回收循环系统利用热回收器把实现干燥作用后高温高湿的排风中的热能收集起来，再与水泵控制的水循环进行热交换，将回收的热能通过水传递给预热器。所述热回收器的入口与物料仓的排风出口相连，安装在物料仓的后面，处于干燥介质循环系统的末端，热回收器的出口与大气相通。其目的在于回收自于物料仓的高温高湿的排风中的热能，减少能源的浪费和热环境污染。
本发明通过热泵干燥系统和热量回收循环系统两者的共同作用，提供一种内燃机驱动热泵干燥装置，其有益效果是：(1)在不增加整个系统总能耗的基础上，通过回收系统装置的排风余热，对送风进行热湿预处理；(2)与普通内燃机驱动热泵干燥装置相比，本发明系统装置的送风温度可提高5-10℃，改进后的系统装置最大传热温差从35℃左右下降至约20℃；(3)本发明的装置能提高干燥效率、降低能耗，减少对周围环境造成的热污染，可提高系统的能源利用效率约15％。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
如图1所示，本发明的装置包括热泵干燥系统、干燥介质循环系统和热量回收循环系统三个部分。其中热泵干燥系统包括热泵循环(制冷循环)和水循环两部分，两者通过联轴器2相互作用。热泵循环系统是由内燃机13驱动的压缩机1、膨胀阀3、蒸发器6、冷凝器4首尾依次相接而成，水循环系统包括依次连接的缸套换热器11、烟气换热器10、再热器8和水泵9，缸套换热器11和烟气换热器10分别连接到内燃机13。内燃机13通过联轴器2传给压缩机1做功，完成制冷循环，此外还将回收的余热传递给再热器8中的新风，实现余热的高效回收利用。
干燥介质循环系统包括依次排布的过滤器7、蒸发器6、预热器5、冷凝器4、再热器8、物料仓15和热回收器16。热量回收循环系统包括预热器5、水泵14和热回收器16。热回收器16回收从物料仓15排出的高温高湿空气中的余热，并传给预热器5用于预热从蒸发器6排出的低温低湿的新风。
本发明装置的具体工作工程为：
内燃机13通过联轴器2与压缩机1相连，将燃气送入内燃机13，由内燃机13把燃气燃烧后释放的热能转化成动力来驱动热泵系统的压缩机1。制冷剂蒸汽经压缩机1压缩后在冷凝器4中冷凝放热，经膨胀阀3节流变成液态，温度降低，然后在蒸发器6中吸热蒸发，制冷剂蒸汽被吸入压缩机1，完成制冷剂循环。
与此同时，内燃机13产生的燃烧产物，烟气和热水分别通过烟气换热器10、缸套换热器11将热量传递给由水泵9驱动的水循环，之后再将热量送入再热器8，此为水循环系统。
来自外界的常态干燥介质-空气，经过滤处理，进入蒸发器6的含湿量较高的干燥介质被降温去湿，变成含湿量较低的冷干燥介质进入预热器5，被热回收装置回收的热量初步加热，之后进入冷凝器4被加热成含湿量较低的热干燥介质，由再热器8进行最后的干燥达到预定要求，进入物料仓15，带走被干燥物料的水分后成为含湿量较高的热干燥介质进入热回收器16，最后低温低湿的空气被排入大气，完成干燥介质的循环。
从物料仓15排出的高温高湿的气体进入热回收器16，热回收器16将热能吸收并传递给水泵14驱动的水循环，经由水的循环过程再将热能传递给再热器8，对再热器8中的气体加热，实现了能量的回收利用，此为热回收循环系统。
Claims (4)
1.一种内燃机驱动热泵干燥装置，其特征在于，包括热泵干燥系统、干燥介质循环系统和热量回收循环系统；
所述热泵干燥系统包括热泵循环系统和水循环系统：热泵循环系统是由压缩机(1)、膨胀阀(3)、蒸发器(6)和冷凝器(4)首尾依次相接而成，水循环系统包括内燃机(13)、以及依次连接的缸套换热器(11)、烟气换热器(10)、再热器(8)和第一水泵(9)，缸套换热器(11)和烟气换热器(10)分别与内燃机(13)相连，所述内燃机(13)通过联轴器(2)驱动所述压缩机(1)工作；
所述干燥介质循环系统包括依次排布的过滤器(7)、所述蒸发器(6)、预热器(5)、所述冷凝器(4)、所述再热器(8)、物料仓(15)和热回收器(16)；
所述热量回收循环系统由所述预热器(5)、第二水泵(14)和所述热回收器(16)依次连接构成。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机驱动热泵干燥装置，其特征在于，所述缸套换热器(11)的内管接内燃机(13)的冷却循环水，所述缸套换热器(11)的外部水套的一端接烟气换热器(10)的外部套管，另一端与第一水泵(9)相接；所述烟气换热器(10)的内管接内燃机(13)的排烟管。
3.根据权利要求1所述的一种内燃机驱动热泵干燥装置，其特征在于，所述预热器(5)的进口与蒸发器(6)出口相通，所述预热器(5)的出口与冷凝器(4)的进口相连。
4.根据权利要求1所述的一种内燃机驱动热泵干燥装置，其特征在于，所述热回收器(16)的入口与物料仓(15)的排风出口相连，并处于干燥介质循环系统的末端，所述热回收器(16)的出口与外界环境相通。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20160720 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |