CN106440748A - 一种热泵干燥装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热泵干燥装置，其特征是包括热泵循环系统和干燥介质循环通道；热泵循环系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器构成，压缩机为单个或多个变频压缩机；干燥介质循环通道按照干燥介质的流向布置为：干燥室排出的热湿空气由回风口导入，依次经过热管蒸发端和蒸发器得到降温除湿；然后再依次经过过滤器、风机、热管冷凝端和冷凝器得到加热升温，并经送风口进入干燥室；风机为变频风机或有级调速风机。本发明热泵干燥装置高效安全的运行能适应不同气候条件及干燥对象的多样性，实现高效的余热回收，实现废气热能的资源化利用。

Description

一种热泵干燥装置
技术领域
本发明涉及制冷热泵技术的应用领域，具体涉及一种智能型热泵干燥装置。
背景技术
干燥是工业、农副产品和食品加工业等生产过程中的一个重要的工序，干燥过程是高能耗过程，干燥装置及其干燥过程控制与干燥加工产品的品质包括：色、香、味、保质期、营养成分等密切相关，也与生产效率、成本、能耗等密切相关。
热泵干燥是应用蒸气压缩式制冷技术，从空气、或其它余热资源中吸收热能，热效率是电热的三倍以上，加热干燥过程无污染物排放，生产过程洁净、安全，与传统的燃煤、燃气和电热等干燥装置相比，其具有高效节能、环境友好、安全可靠、自动化程度高，生产成本低、产品质量好等优势。
物料干燥，尤其是为满足不同种类农产品的干燥工艺、产品质量指标的要求，由于干燥对象的初始含水量和热湿特性的差异、干燥过程物料含水量的动态变化、室外温湿度的变化，需要调节干燥装置的运行参数，以平衡干燥过程内部和外部扰动，满足干燥工艺要求的送风温度、湿度、甚至包括送风量，并保持干燥对象的品质。但是，现有技术中的热泵干燥装置不能满足不同物料及其工作工艺和质量指标要求，难以适应不同气候条件及干燥对象的多样性。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种热泵干燥装置，以满足现代农业规模化生产和不同种类农产品、食品、制药、造纸等工业的干燥工艺需求，在不同气候条件下干燥设备都能高效、安全运行，适应不同气候条件及干燥对象的多样性，高效回收余热，实现废气热能的资源化利用，提高其自动化和智能化性能。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明热泵干燥装置的结构特点是：包括热泵循环系统和干燥介质循环通道；
所述热泵循环系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器构成，所述压缩机为单个或多个变频压缩机；
所述干燥介质循环通道按照干燥介质的流向布置为：干燥室排出的热湿空气由回风口导入，依次经过热管的热管蒸发端和蒸发器得到降温除湿；然后再依次经过过滤器、风机、热管冷凝端和冷凝器得到加热升温，并经送风口进入干燥室；所述热管由置于下端的热管蒸发端和置于上端的热管冷凝端构成为整体式热管或分离式热管，所述风机为变频风机或有级调速风机。
本发明热泵干燥装置的结构特点也在于：
所述热泵干燥装置是设置在机壳中的整体结构，所述机壳的内腔由水平隔板分割为下通道和上通道，回风口为下通道入口，送风口为上通道出口，回风口和送风口同处在机壳的右端，所述下通道和上通道在机壳的左端形成上下连通；在机壳的左端分别设置排风调节阀门和新风调节阀门；压缩机、热管蒸发端和蒸发器位于下通道中，回风在下通道中得到降温除湿及余热回收；过滤器、风机、热管冷凝端和冷凝器位于上通道，干燥介质在上通道中得到加热。
本发明热泵干燥装置的结构特点也在于：
设置所述排风调节阀门和新风调节阀门为闭式、开式或半开式工作状态；
闭式工作状态为：排风调节阀门和新风调节阀门均关闭，形成闭式热泵干燥装置；
开式工作状态为：排风调节阀门和新风调节阀门均开启，利用所述排风调节阀门封闭所述下通道和上通道在机壳的左端的上下连通，通过热管蒸发端和蒸发器余热回收后的回风全部经开启的排风调节阀门排出；全部采用由新风调节阀门引入的新风经过滤器和风机，并在热管冷凝端和冷凝器中得到加热升温后经送风口进入干燥室，形成开式空气循环；
半开式工作状态为：排风调节阀门和新风调节阀门均为半开启，所述排风调节阀门部分封闭所述下通道和上通道在机壳的左端的上下连通，通过热管蒸发端和蒸发器降温除湿和余热回收后的回风在半开启的排风调节阀门中部分排出，并通过半开启的新风调节阀门混入部分新风，形成半开式空气循环。
本发明热泵干燥装置的结构特点也在于：热管内充注R134a或其它导热性能好的环保制冷剂；在蒸发器的下方设置接水盘及排水通道。
本发明热泵干燥装置的结构特点也在于：设置热泵干燥装置的控制方式是，以送风干球温度为目标参数，应用模糊控制规则控制压缩机能量的加载或减载；
令：T为设定送风干球温度，T1为实时检测获得的送风干球温度；
则：送风温度偏差ΔT为：ΔT＝T-T1；
将送风温度偏差ΔT划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
将变化率dΔT/dt划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
将压缩机能量的加载或减载的调节量U划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
建立模糊规则，根据测量获得ΔT，计算获得dΔT/dt，经模糊化计算，并将模糊化计算结果转化为精确量，以此控制压缩机能量的加载或减载的调节量U，进而调节制热量，精确控制送风干球温度。
本发明热泵干燥装置的结构特点也在于：所述排风调节阀和新风调节阀是以联动的形式调节开度的联动阀，排风调节阀的开度θ为：
其中：为室外空气的相对湿度，Ta为室外空气温度；A是与被干燥对象的初始含水量以及设定的干燥后的含水量相关的系数；B是与室外温度以及设定送风温度有关的系数；A和B是通过实验获得的数据。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明热泵干燥装置满足现代农业规模化生产和不同种类农产品、食品、制药、造纸等工业的干燥工艺需求，高效安全运行，适应不同气候条件及干燥对象的多样性，实现高效的余热回收，实现废气热能的资源化利用；
2、本发明利用热管蒸发端回收回气的余热并降温预冷，提升蒸发器的除湿能力；热管冷凝端在加热通道中放热，预热干燥介质，节省热泵的能耗，高效节能效果明显；
3、本发明中设置排风调节阀门和新风调节阀门，根据室外温湿度变化、干燥介质送风参数、被干燥对象的热湿特性自动调节阀门的开度，能使送风温度稳定，保持干燥系统节能运行；
4、本发明热泵干燥装置采用模糊控制技术调节压缩机的能量，送风温度精确，干燥产品的品质好；
5、本发明热泵干燥装置为整体式结构，便于工业化生产和现场安装，结构紧凑。
附图说明
图1为本发明热泵干燥系统示意图；
图2为本发明控制系统示意图；
图中标号：1压缩机；2热管；3蒸发器；4接水盘；5排风调节阀门；6新风调节阀门；7过滤器；8风机；9膨胀阀；10冷凝器；11机壳；12送风口；13隔板；14回风口；21热管蒸发端；22热管冷凝端；30控制系统；31中央微处理器；32测量单元；33驱动模块；34控制面板。
具体实施方式
本实施例中热泵干燥装置包括热泵循环系统和干燥介质循环通道。
图1所示，热泵循环系统由压缩机1、冷凝器10、膨胀阀9和蒸发器3构成，压缩机1为单个或多个变频压缩机；干燥介质循环通道按照干燥介质的流向布置为：干燥室排出的热湿空气由回风口14导入，依次经过热管2的热管蒸发端21和蒸发器3得到降温除湿；然后再依次经过过滤器7、风机8、热管冷凝端22和冷凝器10得到加热升温，并经送风口12进入干燥室；热管2由置于下端的热管蒸发端21和置于上端的热管冷凝端22构成为整体式热管或分离式热管，风机8为变频风机或有级调速风机。
图1所示的热泵干燥装置是设置在机壳11中的整体结构，机壳11的内腔由水平隔板13分割为下通道和上通道，回风口14为下通道入口，送风口12为上通道出口，回风口14和送风口12同处在机壳11的右端，下通道和上通道在机壳11的左端形成上下连通；排风调节阀门5和新风调节阀门6同处在机壳11的左端；压缩机1、热管蒸发端21和蒸发器3位于下通道中，回风在下通道中得到降温除湿及余热回收；过滤器7、风机8、热管冷凝端22和冷凝器10位于上通道，干燥介质在上通道中得到加热。本实施例中风机5为变频风机，根据干燥进程和被干燥对象含湿量的变化或除湿量的变化调节风机转速。
本实施例中，在干燥介质循环通道中分别设置排风调节阀门5和新风调节阀门6，并设置排风调节阀门5和新风调节阀门6为闭式、开式或半开式工作状态。
闭式工作状态为：排风调节阀门5和新风调节阀门6均关闭，形成闭式热泵干燥装置，在闭式热泵干燥装置中，干燥介质可以是空气，也可以是其它具有吸水性的气体。
开式工作状态为：排风调节阀门5和新风调节阀门6均开启，利用排风调节阀门5封闭热泵干燥装置下通道和上通道在机壳11的左端的上下连通，通过热管蒸发端21和蒸发器3降温除湿和余热回收后的回风全部经开启的排风调节阀门5排出；全部采用由新风调节阀门6引入的新风经过滤器7和风机8，并在热管冷凝端22和冷凝器10中得到加热升温后经送风口12进入干燥室，形成以空气为干燥介质的开式空气循环。
半开式工作状态为：排风调节阀门5和新风调节阀门6均为半开启，排风调节阀门5部分封闭热泵干燥装置下通道和上通道在机壳11的左端的上下连通，通过热管蒸发端21和蒸发器3降温除湿和余热回收后的回风在半开启的排风调节阀门5中部分排出，并通过半开启的新风调节阀门6混入部分新风，形成以空气为干燥介质的半开式空气循环。
本实施例中采用分离式热管或整体式热管，在热管2中充注R134a或其它导热性能好的环保制冷剂，热管2在系统中发挥节能器或经济器的作用，回收回气的余热，在除湿前进行预冷，即降温，将热量直接转移至加热侧，在加热侧预热干燥介质；在蒸发器3的下方设置接水盘4及排水通道。
具体实施中，设置热泵干燥装置的控制方式是：以送风干球温度为目标参数，应用模糊控制规则控制压缩机1能量的加载或减载；
令：T为设定送风干球温度，T1为实时检测获得的送风干球温度；
则：送风温度偏差ΔT为：ΔT＝T-T1；
将送风温度偏差ΔT划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
将变化率dΔT/dt划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
将压缩机1能量的加载或减载的调节量U划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
建立模糊规则，根据测量获得ΔT，计算获得dΔT/dt，经模糊化计算，并将模糊化计算结果转化为精确量，以此控制压缩机1能量的加载或减载的调节量U，进而调节制热量，精确控制送风干球温度。
本实施例中设置自动调节方式，排风调节阀5和新风调节阀6是由电机驱动的以联动的形式调节开度的自动控制联动阀，排风调节阀5的开度θ为：式中：为室外空气的相对湿度，Ta为室外空气温度；排风调节阀5开启时，排出部分或全部气体，风机流量不变，由新风调节阀6流入等量的空气。
A是与被干燥对象的初始含水量以及设定的干燥后的含水量相关的系数，A越大，排风调节阀5和新风调节阀6的开度越大；若是室外空气含湿量大，就不宜开大调节阀；当设定的干燥后的含水量小，室外空气含湿量越大，调节阀开度越小；B是与室外温度以及设定送风温度有关的系数，室外温度越高，调节阀开度越大；室外温度越低，设定的送风温度越高，调节阀开度就越小，否则由于进入的低温空气量大，就需要多消耗能源用于加热干燥介质，增加压缩机能耗。对于不同的干燥对象，A和B是通过实验获得，在获得A和B和实验数据之后，本发明热泵干燥装置即可实现智能化控制。
图2所示应用于本发明热泵干燥装置的控制系统30是由中央微处理器31、测量单元32、驱动模块33和控制面板34组成，其中，测量单元32用于检测各参数，包括：室外空气温度Ta、室外空气的相对湿度和送风干球温度T1等，中央微处理器31根据干燥设备的运行状况和设定的运行模式进行计算并发出控制指令，用于控制压缩机1的能量，排风调节阀门5和新风调节阀门6的开度，以及风机8的速度和风量。
干燥过程：
干热空气在风机8的驱动下送入干燥室，与被干燥对象进行充分的热湿交换，空气温度降低、含湿量和相对湿度增大，干燥室排出的热湿空气通过回风口14进入本发明热泵干燥装置，首先通过热管蒸发端21放热冷却降温，再经过蒸发器3进一步降温和除湿，冷凝水被蒸发器3下侧的接水盘4收集并排出；在半开式运行的工作模式下，部分空气通过排风调节阀门5排出，排出量受排风调节阀门5的开度控制；由新风调节阀门6引入部分新鲜空气，新鲜空气与经过降温除湿的回气相混合；随后经过过滤器7滤除杂质，并受风机8驱动，通过热管冷凝端22加热，冷凝器10进一步加热，空气温度上升到设定值、相对湿度下降，干热空气通过送风口12进入干燥室；以此循环往复，至干燥对象达到设定的含水量或干度。
对于闭式工作状态，通过蒸发器3放热除湿后的回风不排出，也无新风进入，整机为闭式循环。设置不同的空气循环方式可以更好地适应外界环境的变化，当外界温度较高、空气较为干燥时，采用开式空气循环，或增大新风量；当气温较低或梅雨季节，减小新风量，或采用闭式空气循环。这样的设计形式不仅利于节能、而且有助于提高干燥效率和产品质量。
比如对于一些特定的食品或药品进行干燥，采用闭式热泵干燥装置，干燥介质可以是空气或其它具有吸水性的气体，送风温度可以设定在8～15℃，若蒸发器的蒸发温度低于0℃，需要设置蒸发器除霜，采用电热除霜或热气除霜。

Claims (6)

1.一种热泵干燥装置，其特征是包括热泵循环系统和干燥介质循环通道；
所述热泵循环系统由压缩机(1)、冷凝器(10)、膨胀阀(9)和蒸发器(3)构成，所述压缩机(1)为单个或多个变频压缩机；
所述干燥介质循环通道按照干燥介质的流向布置为：干燥室排出的热湿空气由回风口(14)导入，依次经过热管(2)的热管蒸发端(21)和蒸发器(3)得到降温除湿；然后再依次经过过滤器(7)、风机(8)、热管冷凝端(22)和冷凝器(10)得到加热升温，并经送风口(12)进入干燥室；所述热管(2)由置于下端的热管蒸发端(21)和置于上端的热管冷凝端(22)构成为整体式热管或分离式热管，所述风机(8)为变频风机或有级调速风机。
2.根据权利要求1所述的热泵干燥装置，其特征是：
所述热泵干燥装置是设置在机壳(11)中的整体结构，所述机壳(11)的内腔由水平隔板(13)分割为下通道和上通道，回风口(14)为下通道入口，送风口(12)为上通道出口，回风口(14)和送风口(12)同处在机壳(11)的右端，所述下通道和上通道在机壳(11)的左端形成上下连通；在机壳(11)的左端分别设置排风调节阀门(5)和新风调节阀门(6)；压缩机(1)、热管蒸发端(21)和蒸发器(3)位于下通道中，回风在下通道中得到降温除湿及余热回收；过滤器(7)、风机(8)、热管冷凝端(22)和冷凝器(10)位于上通道，干燥介质在上通道中得到加热。
3.根据权利要求2所述的热泵干燥装置，其特征是：
设置所述排风调节阀门(5)和新风调节阀门(6)为闭式、开式或半开式工作状态；
闭式工作状态为：排风调节阀门(5)和新风调节阀门(6)均关闭，形成闭式热泵干燥装置；
开式工作状态为：排风调节阀门(5)和新风调节阀门(6)均开启，利用所述排风调节阀门(5)封闭所述下通道和上通道在机壳(11)的左端的上下连通，通过热管蒸发端(21)和蒸发器(3)余热回收后的回风全部经开启的排风调节阀门(5)排出；全部采用由新风调节阀门(6)引入的新风经过滤器(7)和风机(8)，并在热管冷凝端(22)和冷凝器(10)中得到加热升温后经送风口(12)进入干燥室，形成开式空气循环；
半开式工作状态为：排风调节阀门(5)和新风调节阀门(6)均为半开启，所述排风调节阀门(5)部分封闭所述下通道和上通道在机壳(11)的左端的上下连通，通过热管蒸发端(21)和蒸发器(3)降温除湿和余热回收后的回风在半开启的排风调节阀门(5)中部分排出，并通过半开启的新风调节阀门(6)混入部分新风，形成半开式空气循环。
4.根据权利要求1所述的热泵干燥装置，其特征是：在所述热管(2)中充注R134a或其它导热性能好的环保制冷剂；在蒸发器(3)的下方设置接水盘(4)及排水通道。
5.根据权利要求1所述的热泵干燥装置，其特征是：设置热泵干燥装置的控制方式是，以送风干球温度为目标参数，应用模糊控制规则控制压缩机(1)能量的加载或减载；
令：T为设定送风干球温度，T1为实时检测获得的送风干球温度；
则：送风温度偏差ΔT为：ΔT＝T-T1；
将送风温度偏差ΔT划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
将变化率dΔT/dt划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
将压缩机(1)能量的加载或减载的调节量U划分为五个等级，由大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；
建立模糊规则，根据测量获得ΔT，计算获得dΔT/dt，经模糊化计算，并将模糊化计算结果转化为精确量，以此控制压缩机(1)能量的加载或减载的调节量U，进而调节制热量，精确控制送风干球温度。
6.根据权利要求3所述的热泵干燥装置，其特征是：所述排风调节阀(5)和新风调节阀(6)是以联动的形式调节开度的联动阀，排风调节阀(5)的开度θ为：
其中：为室外空气的相对湿度，Ta为室外空气温度；A是与被干燥对象的初始含水量以及设定的干燥后的含水量相关的系数；B是与室外温度以及设定送风温度有关的系数；A和B是通过实验获得的数据。
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