CN108375283A - 一种闭环双蒸发器烘干热泵及挥发油回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种闭环双蒸发器烘干热泵，该双蒸发器烘干热泵由氟系统和烘干机框架构成；烘干机框架通过隔板构成封闭的烘干室和室内介质循环通道；主蒸发器、次蒸发器并联构成氟系统的低压区；主蒸发器安装在烘干室外，次蒸发器与冷凝器安装在烘干室内；压缩机出口通过四通换向阀连接至冷凝器，冷凝器通过节流装置后有两个并联支路，一路连接次蒸发器，另一路连接主蒸发器；主蒸发器、次蒸发器再通过四通阀换向阀依次连接气液分离器、压缩机。本发明闭环双蒸发器烘干热泵是一种不需更换运行模式、升温模式下也能除湿的烘干系统，升温快，烘干室内湿度可控，具有节能、高效除湿等特点，目前已应用于滁菊、香菇的干燥，以及滁菊挥发油回收。

Description

一种闭环双蒸发器烘干热泵及挥发油回收方法

技术领域

本发明属于制冷、干燥与除湿技术领域，涉及一种热泵烘干设备及挥发油回收方法，尤其涉及一种封闭循环液化除湿技术的双蒸发器烘干设备，特别适用于食品和特色农产品的除湿干燥及挥发油液化回收。

背景技术

闭环双蒸发器烘干热泵由氟系统和烘干机框架构成一体机，热泵主、次蒸发器并联构成氟系统的低压区，扩大低压区容量，使次蒸发器可获得更低温度，干燥时主蒸发器作为主要吸热换热器，吸收环境中的热量；冷凝器、次蒸发器以及隔板构成封闭烘干室干燥系统，烘干室内设多条介质循环通道，冷凝器加热介质，安装次蒸发器的循环通道为烘干室内的局部低温区；物料由冷凝器热风加热，物料中水分、挥发油扩散到空气中形成湿热介质，通过局部低温区的湿热介质，水分和挥发油快速淅出而成为干冷介质，干冷介质与湿热介质在轴流风机的驱动下汇合，完成湿度和温度的中和，汇合后的介质再经冷凝器加热，如此循环，完成物料干燥和挥发油回收。闭环双蒸发器烘干热泵，是一种不需更换运行模式、升温模式下也能除湿的烘干系统，具有节能、高效除湿、回收挥发油等特点，目前已应用于滁菊、香菇的干燥，以及滁菊挥发油回收。

目前常见的热泵烘干设备主要有全封闭循环式，开式两种形式。全封闭式循环烘干热泵，在密闭烘干房内，由除湿蒸发器和冷凝器构成，除湿模式时，冷凝器热风加热物料，使物料中水分扩散到介质中形成湿热介质，湿热介质全部经过除湿蒸发器表面，除去湿热介质中的水分，此时密闭环境中的蒸发器和冷凝器不能与外界换热，蒸发器仅回收冷凝器释放的热量，会造成冷热相抵，没有节能效果，只能依靠压机的做功进行升温，在除湿阶段没有升温能力；升温模式时，需要关闭除湿蒸发器，从而升温时不具备除湿能力，达不到随时控制烘干室内湿度；全封闭循环式为了达到除湿和升温的目的，会在除湿模式和升温模式间不断切换，造成系统的波动。

开式烘干热泵，冷凝器安装在烘干室内，蒸发器安装在烘干室外，蒸发器不断从环境中吸收热量，冷凝器热风加热物料，使物料中水分扩散到介质中形成湿热介质，当烘干室内湿热介质湿度达到一定程度时，由于烘干室内不具备除湿装置，只能通过烘干室排出部分湿热介质，吸入新风与湿热介质中和降低湿度，从而达到除湿效果，开式烘干热泵会对环境造成污染，也不利于副产物的收集。

综上所述，目前的烘干热泵难以保证持续升温除湿、闭环烘干，且现有技术不能满足物料烘干的同时进行挥发油液化回收。

近年来申请的一些双蒸发器专利，如公告号CN101666526B “一种双蒸发器调温除湿空调机组”（中国发明专利，专利申请号：200910183355.8），该调温除温机通过两个完全独立的氟系统，根据被调区域室内空气或机组进风的含湿量调节流经两个蒸发器的空气流量控制机组的出风湿度，根据被调区域室内空气或机组温度调节流经两个冷凝器的制冷剂流量控制机组的出风温度，实现机组出风温度与湿度的连续、独立控制。

公告号CN105021013A“一种带显热回收和多效除湿功能的热泵系统”，该热泵系统由两个独立的制冷剂回路系统，通过送、回风口加装的风管与不同的干燥室实现连接，能进行开式除湿和闭式除湿两种模式。

公告号CN106907877A “一种双蒸发器交替除霜空气源热泵机组及除霜方法”（中国发明专利，专利号：201710140965.4），在空气源热泵系统中设置两个并联的风冷式蒸发器，当其中一个风冷式蒸发器结霜并进入除霜模式时，切换到另一个蒸发器，并利用空气源热泵系统中的冷凝器出口高压高温制冷剂将需要除霜的蒸发器表面的霜层融化去除，实现除霜，实现除霜过程中冷媒不换向，提高了使用过程中的舒适性。

公告号CN104930740B “一种双蒸发器制冷系统”（中国发明专利，专利申请号：201510367396.8）实现制冷系统制冰工况和制冷工况采用不同蒸发器。

公告号CN206113184U“双蒸发器除湿热泵机组”（中国发明专利，专利申请号：201621092010.3）通过切换电磁阀在除湿模式和升温模式间切换，能有效提高除湿前期室内温度快速升高，大大降低了除湿前期的使用能耗。

这些双蒸发器专利与本发明无论是运行原理还是实现功能均不同。

发明内容

针对现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种能持续升温除湿、具有较好节能效果，又能液化回收挥发油的闭环双蒸发器单压机制冷回路烘干热泵，闭环双蒸发器烘干热泵主蒸发器与次蒸发器并联，烘干室内次蒸发器冷媒容量较少，换热面积较小，仅烘干室内循环介质的一部分与次蒸发器接触进行换热，形成局部除湿。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种闭环双蒸发器烘干热泵，该双蒸发器烘干热泵由氟系统和烘干机框架构成，该双蒸发器烘干热泵既可以是一体机形式，也可以是氟系统构成的热泵主机和烘干房组合的形式；

所述烘干机框架通过隔板构成封闭的烘干室和室内介质循环通道；

主蒸发器、次蒸发器并联构成所述氟系统的低压区；主蒸发器安装在烘干室外，次蒸发器与冷凝器安装在烘干室内；

压缩机一出口通过四通换向阀连接至所述冷凝器，该冷凝器通过节流装置后有两个并联支路，一路连接次蒸发器，另一路连接主蒸发器；主蒸发器、次蒸发器再通过所述四通阀换向阀连接至气液分离器，气液分离器连接压缩机。

进一步方案，冷凝器作为烘干室内的热源，加热烘干物料，次蒸发器形成烘干室内局部低温区，为介质提供冷量，冷凝出介质中的水分和挥发油；次蒸发器的换热面积、冷媒容量均小于主蒸发器、冷凝器的换热面积、冷媒容量。

进一步方案，所述节流装置为电子膨胀阀；冷凝器为翅片换热器。

进一步方案，所述烘干机框架内设有轴流风机与托盘，冷凝器作为物料干燥升温的热源，在轴流风机的作用下，形成气流通过换热器的翅片，加热空气并传热至托盘中的物料。

进一步方案，所述主蒸发器、次蒸发器的氟路上分别布置有第一电磁二通阀、第二电磁二通阀，通过控制第一电磁二通阀、第二电磁二通阀的开关，选择主、次蒸发器通断。

进一步方案，该闭环双蒸发器烘干热泵的工作方式为：

开启压缩机，冷媒在压缩机的加压下，形成高温高压的气态冷媒；冷媒途经四通换向阀流至冷凝器，烘干机框架组构成密闭循环烘干室；冷凝器中的冷媒释放热量后，由气态变成液态，经过节流装置；从节流装置流出的冷媒分为两路，一路连接次蒸发器，另一路连接主蒸发器。

进一步方案，当烘干室处于升温除湿干燥时，氟路上布置的第一电磁二通阀、第二电磁二通阀均开启，在主、次蒸发器中冷媒吸收热量再次由液态变成气态，在流回四通换向阀前先汇合，经四通阀换向阀后回到气液分离器，冷媒进行气液分离，回到压缩机，冷媒如此循环往复，实现双蒸发器烘干热泵快速升温、除湿。

进一步方案，当处于物料烘干后期，物料湿度较小，烘干室内温度较高，进行恒温除湿，以实现节能烘干，选择第一电磁二通阀断、第二电磁二通阀通，以全除湿模式运行，冷媒不流入主蒸发器。

进一步方案，还包括控制系统，所述控制系统包括人机界面与嵌入式控制器主板，二者通过modbus协议通讯，人机界面作为人与机器数据交换的平台，嵌入式控制器检测温度、湿度、氧气浓度，并将温度、湿度、氧气浓度参数传递至人机界面显示，嵌入式控制器进行逻辑处理，以温度作为目标，启停压缩机；以湿度为目标，进行模式切换，控制机组是否进行回软过程；通过检测物料向介质中水分扩散速度，判断物料烘干所处阶段。

本发明的另一个目的在于提供一种基于闭环双蒸发器烘干热泵的挥发油的回收方法，烘干机框架将介质循环通道分隔成多条，介质为闭环回路循环，介质在每次循环过程，除去部分水蒸汽和挥发油，进行局部除湿；烘干室外安装主蒸发器，热泵工作时，主蒸发器持续吸取环境中的热量；烘干室内安装冷凝器与次蒸发器，冷凝器为烘干室内热源，介质被循环加热再传热至烘干物料，物料中的水分、挥发油扩散到介质中形成湿热介质；次蒸发器温度维持在介质露点温度以下，成为烘干室内的冷源，安装次蒸发器的循环通道为烘箱内的局部低温区，在低温区湿热介质中的水蒸汽与挥发油吸收冷量而液化；经局部除湿的介质成为干冷介质，未处理的介质仍为湿热介质，干冷介质与湿热介质在风机的驱动下汇合，完成湿度和温度的中和，再经冷凝器加热，如此往复循环，通过除湿累加完成物料干燥和挥发油回收。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、由于次蒸发器冷媒容量较少，在升温模式运行不会对氟系统正常运行造成冲击，保证机组升温时也能除湿；

2、局部除湿过程中热交换的介质只占所有循环介质的一部分，不会造成封闭空间内蒸发器与冷凝器冷热相抵；

3、局部除湿维持了次蒸发器温度平衡，次蒸发器保持在烘干室内露点温度以下，能实现烘干过程中持续调节烘干室内湿度；

4、烘干过程不需切换机组运行模式，能实现快速升温和湿度控制，整个烘干过程通过少量多次冷凝湿热空气中的水分和挥发油，实现物料烘干和挥发油回收；

5、烘干过程在全封闭循环烘干环境中完成，物料中的挥发油不会扩散到外界环境中，烘干室外主蒸发器能不断从环境中吸收热量，不仅提高了烘干室内升温速度，还保证了机组的运行性能。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明介质循环通道循环示意图。

图中：1-气液分离器，2-四通换向阀，3-压缩机，4-主蒸发器，5-托盘，6-烘干室框架，7-冷凝器，8-轴流风机，9-节流装置，10-次蒸发器，11-第一电子二通阀，12-第二电子二通阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如无特别说明，以下“介质”均为空气。

实施例1

如图1所示，一种闭环双蒸发器烘干热泵，由氟系统和烘干机框架6构成，该双蒸发器烘干热泵既可以是一体机形式，也可以是氟系统构成的热泵主机和烘干房组合的形式；烘干机框架6通过隔板构成封闭的烘干室和室内介质循环通道；主蒸发器4、次蒸发器10并联构成所述氟系统的低压区；主蒸发器4安装在烘干室外，次蒸发器10与冷凝器7安装在烘干室内；压缩机3一出口通过四通换向阀2连接至所述冷凝器7，该冷凝器7通过节流装置9后有两个并联支路，一路连接次蒸发器10，另一路连接主蒸发器4；主蒸发器4、次蒸发器10再通过所述四通阀换向阀2连接至气液分离器1，气液分离器1连接压缩机3。节流装置9为电子膨胀阀；冷凝器7为翅片换热器。烘干机框架6内设有轴流风机8与托盘5，冷凝器7作为物料干燥升温的热源，在轴流风机8的作用下，形成气流通过换热器的翅片，加热空气并传热至托盘5中的物料。主蒸发器4、次蒸发器10的氟路上分别布置有第一电磁二通阀11、第二电磁二通阀12，通过控制第一电磁二通阀11、第二电磁二通阀12的开关，选择主、次蒸发器通断。

还包括控制系统，所述控制系统包括人机界面与嵌入式控制器主板，二者通过modbus协议通讯，人机界面作为人与机器数据交换的平台，嵌入式控制器检测温度、湿度、氧气浓度，并将温度、湿度、氧气浓度参数传递至人机界面显示，嵌入式控制器进行逻辑处理，以温度作为目标，启停压缩机；以湿度为目标，进行模式切换，控制机组是否进行回软过程；通过检测物料向介质中水分扩散速度，判断物料烘干所处阶段。

闭环双蒸发器烘干热泵的工作方式为：

当烘干室处于升温除湿干燥时，开启压缩机3，冷媒在压缩机3的加压下，形成高温高压的气态冷媒；冷媒途经四通换向阀2流至冷凝器7，烘干机框架6组构成密闭循环烘干室；冷凝器7中的冷媒释放热量后，由气态变成液态，经过节流装置9；从节流装置9流出的冷媒分为两路，一路连接次蒸发器10，另一路连接主蒸发器4；氟路上布置的第一电磁二通阀11、第二电磁二通阀12均开启，在主、次蒸发器中冷媒吸收热量再次由液态变成气态，在流回四通换向阀2前先汇合，经四通阀换向阀2后回到气液分离器1，冷媒进行气液分离，回到压缩机3，冷媒如此循环往复，实现双蒸发器烘干热泵快速升温、除湿。升温除湿干燥阶段冷媒流向为：压缩机3→四通换向阀2→冷凝器7→节流装置9→主蒸发器4、次蒸发器10→第一电磁二通阀11、第二电磁二通阀12→四通换向阀2→气液分离器1→压缩机3。

实施例2

当处于物料烘干后期，物料湿度较小，烘干室内温度较高，进行恒温除湿，以实现节能烘干，选择第一电磁二通阀11断、第二电磁二通阀12通，以全除湿模式运行，冷媒不流入主蒸发器4，此时冷媒流向为：压缩机3→四通换向阀2→冷凝器7→节流装置9→次蒸发器10→第二电磁二通阀12→四通换向阀2→气液分离器1→压缩机3。

实施例3

闭环双蒸发器烘干热泵用于挥发油的回收：

烘干机框架6构成多条介质循环通道，介质在轴流风机8的驱动下，流经冷凝器7表面，加热介质，热风传热至托盘5上的物料，加热物料，使物料中的水分与挥发油扩散到介质中，形成湿热油性空气，介质循环通道分为局部低温区和纯介质通道，局部低温区是在介质循环通道中安装次蒸发器10形成，纯介质通道仅作为介质的循环，不进行液化处理，局部低温区因为有次蒸发器的原因，风阻大于纯介质通道，所以烘干室中循环介质以湿热介质为主，通过局部低温区的部分湿热介质与次蒸发器10换热，形成局部除湿，水分和挥发油快速淅出成为干冷介质，干冷介质与湿热介质在再次加热前汇合，如此循环，液态水分和挥发油在重力作用下，沿低温区循环通道内壁流动到通道的底部，低温区循环通道具备较好的密封性，能防止液体渗漏，在低温区循环通道底部开设集液口，通过导管将液态水分和挥发油导出到烘干室外，收集水分和挥发油的混合物，用于油水分离器收集纯净的挥发油。

闭环双蒸发器烘干热泵是一种不需更换运行模式、升温模式下也能除湿的烘干系统，升温快，可随时控制烘箱内湿度，具有节能、高效除湿、回收挥发油等特点，目前已应用于滁菊、香菇的干燥，以及滁菊挥发油回收。

氟路上安装四通换向阀2，当烘干刚完成，此时烘干室内温度较高，物料中酶活性也较高，不利于物料保存，高温下工作也会造成工作人员不适，此时给四通换向阀2上电，改变冷媒流向，利用冷媒完成烘干室内降温，能实现烘干室中快速降温，保证物料品质，也提供了舒适的工作环境；氟路上安装四通换向阀2，可以实现烘干工艺的精确控制，烘干时由于冷凝器与烘干室内介质存在温差，或烘干工艺要求降低烘干温度时（例如一开始50°烘干，现在改成40°烘干），此时给四通换向阀2上电，改变冷媒流向，利用冷媒完成烘干室内降温，实现精确烘干。

此时冷媒流向：压缩机3→主蒸发器4→四通换向阀2→冷凝器7→四通换向阀2→气液分离器1→压缩机3。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，该双蒸发器烘干热泵由氟系统和烘干机框架（6）构成，该双蒸发器烘干热泵既可以是一体机形式，也可以是氟系统构成的热泵主机和烘干房组合的形式；

所述烘干机框架（6）通过隔板构成封闭的烘干室和室内介质循环通道；

主蒸发器（4）、次蒸发器（10）并联构成所述氟系统的低压区；主蒸发器（4）安装在烘干室外，次蒸发器（10）与冷凝器（7）安装在烘干室内；

压缩机（3）一出口通过四通换向阀（2）连接至所述冷凝器（7），该冷凝器（7）通过节流装置（9）后有两个并联支路，一路连接次蒸发器（10），另一路连接主蒸发器（4）；主蒸发器（4）、次蒸发器（10）再通过所述四通阀换向阀（2）连接至气液分离器（1），气液分离器（1）连接压缩机（3）。

2.根据权利要求1所述的一种闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，冷凝器（7）作为烘干室内的热源，加热烘干物料，次蒸发器（10）形成烘干室内局部低温区，为介质提供冷量，冷凝出介质中的水分和挥发油。

3.根据权利要求1所述的一种闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，所述节流装置（9）为电子膨胀阀；冷凝器（7）为翅片换热器。

4.根据权利要求1所述的一种闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，所述烘干机框架（6）内设有轴流风机（8）与托盘（5），冷凝器（7）作为物料干燥升温的热源，在轴流风机（8）的作用下，形成气流通过换热器的翅片，加热空气并传热至托盘（5）中的物料。

5.根据权利要求1所述的一种闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，所述主蒸发器（4）、次蒸发器（10）的氟路上分别布置有第一电磁二通阀（11）、第二电磁二通阀（12），通过控制第一电磁二通阀（11）、第二电磁二通阀（12）的开关，选择主、次蒸发器通断。

6.根据权利要求1-5任一项所述的闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，该闭环双蒸发器烘干热泵的工作方式为：

开启压缩机（3），冷媒在压缩机（3）的加压下，形成高温高压的气态冷媒；冷媒途经四通换向阀（2）流至冷凝器（7），烘干机框架（6）组构成密闭循环烘干室；冷凝器（7）中的冷媒释放热量后，由气态变成液态，经过节流装置（9）；从节流装置（9）流出的冷媒分为两路，一路连接次蒸发器（10），另一路连接主蒸发器（4）。

7.根据权利要求6所述的闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，当烘干室处于升温除湿干燥时，氟路上布置的第一电磁二通阀（11）、第二电磁二通阀（12）均开启，在主、次蒸发器中冷媒吸收热量再次由液态变成气态，在流回四通换向阀（2）前先汇合，经四通阀换向阀（2）后回到气液分离器（1），冷媒进行气液分离，回到压缩机（3），冷媒如此循环往复，实现双蒸发器烘干热泵快速升温、除湿。

8.根据权利要求6所述的闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，当处于物料烘干后期，物料湿度较小，烘干室内温度较高，进行恒温除湿，以实现节能烘干，选择第一电磁二通阀（11）断、第二电磁二通阀（12）通，以全除湿模式运行，冷媒不流入主蒸发器（4）。

9.根据权利要求1-5任一项所述的闭环双蒸发器烘干热泵，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括人机界面与嵌入式控制器主板，二者通过modbus协议通讯，人机界面作为人与机器数据交换的平台，嵌入式控制器检测温度、湿度、氧气浓度，并将温度、湿度、氧气浓度参数传递至人机界面显示，嵌入式控制器进行逻辑处理，以温度作为目标，启停压缩机；以湿度为目标，进行模式切换，控制机组是否进行回软过程；通过检测物料向介质中水分扩散速度，判断物料烘干所处阶段。

10.一种基于权利要求1-5任一项所述的闭环双蒸发器烘干热泵的挥发油的回收方法，其特征在于，烘干机框架将介质循环通道分隔成多条，介质为闭环回路循环，介质在每次循环过程，除去部分水蒸汽和挥发油，进行局部除湿；烘干室外安装主蒸发器，热泵工作时，主蒸发器持续吸取环境中的热量；烘干室内安装冷凝器与次蒸发器，冷凝器为烘干室内热源，介质被循环加热再传热至烘干物料，物料中的水分、挥发油扩散到介质中形成湿热介质；次蒸发器温度维持在介质露点温度以下，成为烘干室内的冷源，安装次蒸发器的循环通道为烘箱内的局部低温区，在低温区湿热介质中的水蒸汽与挥发油吸收冷量而液化；经局部除湿的介质成为干冷介质，未处理的介质仍为湿热介质，干冷介质与湿热介质在风机的驱动下汇合，完成湿度和温度的中和，再经冷凝器加热，如此往复循环，通过除湿累加完成物料干燥和挥发油回收。