CN108224915A - 一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统及使用方法,属于热泵技术领域。该系统包括压缩机、蒸发器、膨胀机构、两级冷凝器等构成的热泵系统和风机、高低温烘干室、单向阀等构成的烘干风系统。本发明基于最小熵增原理,通过空气在两级冷凝器中与热泵工质换热,分级利用压缩机排气热焓的潜热与显热,加热出的空气温度突破100℃,拓展了目前热泵烘干机只能制取80℃以下热空气的功能。此外,通过阀门进行调节混合高、低温热空气可大大拓宽制取的热空气温度范围,进而可适应不同的温度使用条件。本发明在一定条件下可以替代电烘干机、燃气烘干机等烘干设备,用于烘干木材、粮食、茶叶等物料,可大大节约能源,提高能源利用率,具有很大的实用价值。

Description

一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统及使用方法
技术领域
本发明涉及热泵技术领域。
背景技术
热泵是一种基于逆卡诺循环原理的热能提升装置,热泵工质在蒸发器内从环境热源吸收热量,通过压缩机提高热能品位,再通过冷凝器将热量释放出来。在热泵循环中,只需要在压缩机处对工质做少量功,热泵即可释放出大量的热量,即热泵的供热量会大于消耗的功量。因此,热泵是一种非常经济和环保的装置,现如今在多个领域均有广泛的应用。
以物料烘干为例,包括烘谷、木材干燥等,现在市面上存在不少基于热泵原理的烘干机,但是这些烘干机大多无法提供持续高温,并且温度值维持在相对较低的范围内。理论研究证实,当烘干空气温度达到90℃时,烘干能力是80℃空气的1.5倍左右。由此可以看出更高烘干温度能够大大提高烘干能力,而较低的烘干温度则会使烘干机的应用受限。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题而提出一种可提供100℃以上持续高温空气的单系统双温区热泵烘干机系统及使用方法。
本发明的技术方案为:
一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统, 该系统包括压缩机、一级冷凝器、二级冷凝器、膨胀机构、蒸发器、引风机一、引风机二、高温烘干室、低温烘干室和鼓风机;
所述压缩机依次连接所述一级冷凝器、二级冷凝器、膨胀机构和蒸发器,形成循环回路;
所述鼓风机的进口通大气,鼓风机的出口依次与所述蒸发器和二级冷凝器相连;
所述二级冷凝器的空气出口分为两路,一路与所述一级冷凝器相连,另一路经所述引风机二与所述低温烘干室相连;
所述一级冷凝器经所述引风机一与所述高温烘干室相连;
所述高温烘干室和低温烘干室的出口与大气相通。
优选地,所述一级冷凝器、二级冷凝器和蒸发器均采用逆流换热方式。
优选地,所述高温烘干室和低温烘干室的空气出口经所述鼓风机与所述蒸发器的空气入口相连,热泵工质吸收带有余热的空气的热量同时使得热空气中的水蒸气凝结,使空气变干燥。
优选地,所述蒸发器上设置蒸发器排水口,用于排出冷凝水。
优选地,所述引风机一的出口与所述引风机二的出口相连接,连接管路上安装单向阀,使高温空气可以流向低温空气管道与低温空气混合,从而使所得热空气温度可调节。
一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统使用方法,该使用方法包括工质热力循环和空气循环过程;
工质热力循环过程为:
经压缩机压缩做功,压缩机出口工质温度控制在设定温度,然后工质进入一级冷凝器放出显热,工质温度降低至70℃左右,接着进入二级冷凝器放出潜热,再经膨胀机构节流降温并进入蒸发器吸收空气余热和环境热源的热量,最后进入压缩机升温升压,如此完成一个热力循环过程;
空气循环过程为:
较低温较干燥空气进入二级冷凝器处吸热变成65℃左右热空气,该65℃左右热空气可直接进入低温烘干室,也可进入一级冷凝器进一步吸热变成超过100℃超高温空气并进入高温烘干室,流量比例可由引风机一和引风机二调节,空气流经高温烘干室和低温烘干室吸收被烘干物料的水分,湿度增加;
从高温烘干室和低温烘干室排出的带有余热且湿度较大的空气在蒸发器中与工质发生热交换,温度进一步降低,形成冷凝水;水从蒸发器排水口排出,空气变为较低温较干燥状态并进入二级冷凝器,如此完成一个空气循环过程;
引风机一的出口与引风机二的出口连接管路上的单向阀可使高温空气流向低温空气管道与低温空气混合,从而得到温度符合要求的空气。
优选地,工质热力循环过程中压缩机出口工质温度的设定值为110℃以上。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
经节流降温的工质吸收从两烘干室排出的带余热的空气热量和环境热量,提高了进入压缩机的工质温度,分级利用压缩机排出工质的潜热与显热,从而可获得大于100℃的高温热空气和65℃左右的低温热空气,热空气温度上限的提高大大增强了烘干能力;此外,带余热潮湿空气在蒸发器中经工质吸热,空气温度降低使得空气中的水蒸气凝结,空气变得干燥更有利于后续烘干;通过单向阀门使部分高温热空气与低温热空气混合,从而得到符合温度要求的热空气,拓宽了应用范围。
附图说明
图1是本发明的系统原理图;
图2是本发明的热泵工质循环系统压焓图;
图3是本发明的热泵工质循环系统温熵图;
图1中:1-压缩机 ,2-一级冷凝器, 3-二级冷凝器, 4-膨胀机构, 5-蒸发器, 6-引风机一, 7-引风机二, 8-高温烘干室, 9-低温烘干室, 10-鼓风机, 11-蒸发器排水口, 12-单向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示的系统原理图,压缩机1依次连接一级冷凝器2、二级冷凝器3、膨胀机构4和蒸发器5,形成循环回路;
高温烘干室8和低温烘干室9的出口依次与鼓风机10、蒸发器5和二级冷凝器3相连,蒸发器5上设置蒸发器排水口11;
二级冷凝器3的空气出口分为两路,一路与一级冷凝器2相连,另一路经引风机二7与低温烘干室9相连;
一级冷凝器2经引风机一6与高温烘干室8相连;
引风机一6的出口与引风机二7的出口相连接,连接管路上安装单向阀12。
一级冷凝器(2)、二级冷凝器(3)和蒸发器(5)均采用逆流换热方式。
从压缩机1出来的高温工质温度控制在110℃以上,工质进入一级冷凝器2放出显热,工质温度降低至70℃左右,再进入二级冷凝器3放出潜热,然后经膨胀机构4节流降温并进入蒸发器5吸收空气余热和环境热源的热量,最后进入压缩机升温升压,如此完成一个工质热力循环过程。
较低温较干燥空气进入二级冷凝器3吸收热泵工质潜热变成65℃左右热空气;二级冷凝器3出口热空气分为两路,一路经引风机二7进入低温烘干室9,另一路进入一级冷凝器2进一步吸收热泵工质的显热变成超过100℃超高温空气并经引风机一6进入高温烘干室8,流量比例可由引风机一6和引风机二7调节;空气流经高温烘干室8和低温烘干室9吸收被烘干物料的水分,湿度增加;从高温烘干室8和低温烘干室9流出的带有余热且湿度较大的空气在蒸发器5中与工质发生热交换,温度进一步降低,形成冷凝水流;冷凝水流从蒸发器排水口11流出,如此完成一个空气循环过程。
引风机一6的出口与引风机二7的出口相连接,连接管路上安装单向阀12,使高温空气流向低温空气管道与低温空气混合,从而得到温度符合要求的空气。
图2是热泵工质循环系统压焓图,图3是热泵工质循环系统温熵图。工质在蒸发器出口达到状态点1,进入压缩机压缩达到状态点2,进入一级冷凝器放出显热达到高压干饱和状态点2’,工质再到二级冷凝器放出潜热至饱和液状态点3,然后经过等熵节流降温降压至状态点4,并进入一级蒸发器吸收环境热源和两烘干室排出的带余热的空气热量,回到低压干饱和状态点1’并最终回到状态点1,从而完成一个工质热力循环过程。
应当指出的是:以上所述仅为本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统,其特征在于,包括压缩机(1)、一级冷凝器(2)、二级冷凝器(3)、膨胀机构(4)、蒸发器(5)、引风机一(6)、引风机二(7)、高温烘干室(8)、低温烘干室(9)和鼓风机(10);
压缩机(1)依次连接一级冷凝器(2)、二级冷凝器(3)、膨胀机构(4)和蒸发器(5),形成循环回路;
鼓风机(10)的进口通大气,鼓风机(10)的出口依次连接蒸发器(5)和二级冷凝器(3);
二级冷凝器(3)的空气出口分为两路,一路与一级冷凝器(2)相连,另一路经引风机二(7)与低温烘干室(9)相连;
一级冷凝器(2)经引风机一(6)与高温烘干室(8)相连;
高温烘干室(8)和低温烘干室(9)的出口与大气相通。
2.根据权利要求1所述的超高温单系统双温区热泵烘干机系统,其特征在于,一级冷凝器(2)、二级冷凝器(3)和蒸发器(5)均采用逆流换热方式。
3.根据权利要求1所述的超高温单系统双温区热泵烘干机系统,其特征在于,高温烘干室(8)和低温烘干室(9)的出口经鼓风机(10)与蒸发器(5)相连。
4.根据权利要求1所述的超高温单系统双温区热泵烘干机系统,其特征在于,蒸发器(5)上设置蒸发器排水口(11)。
5.根据权利要求1所述的超高温单系统双温区热泵烘干机系统,其特征在于,引风机一(6)的出口与引风机二(7)的出口相连接,连接管路上安装单向阀(12)。
6.一种超高温单系统双温区热泵烘干机系统使用方法,其特征在于,包括工质热力循环和空气循环:
工质热力循环过程为:
经压缩机(1)压缩做功,压缩机(1)出口的工质温度控制在设定温度,然后工质依次进入一级冷凝器(2)和二级冷凝器(3)放热,再经膨胀机构(4)节流降温并进入蒸发器(5)吸收空气余热和环境热源的热量,最后进入压缩机升温升压,如此完成一个热力循环过程;
空气循环过程为:
较低温较干燥空气进入二级冷凝器(3)处吸热变成65℃左右热空气,该65℃左右热空气可直接进入低温烘干室(9),也可进入一级冷凝器(2)进一步吸热变成超过100℃超高温空气并进入高温烘干室(8),流量比例可由引风机一(6)和引风机二(7)调节,热空气流经高温烘干室(8)和低温烘干室(9)吸收被烘干物料的水分,湿度增加;
从高温烘干室(8)和低温烘干室(9)排出的带有余热且湿度较大的空气在蒸发器(5)中与工质发生热交换,温度进一步降低,形成冷凝水;水从蒸发器排水口(11)排出,同时空气变为较低温较干燥状态并进入二级冷凝器(3),如此完成一个空气循环过程;
引风机一(6)的出口与引风机二(7)的出口连接管路上的单向阀(12)可使高温空气流向低温空气管道与低温空气混合,从而得到温度符合要求的空气。
7.根据权利要求6所述的超高温单系统双温区热泵烘干机系统使用方法,其特征在于,工质热力循环过程中,压缩机(1)出口的工质温度的设定值为110℃以上。
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