CN108759347A - 一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统 - Google Patents

一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，包括制冷剂循环系统、供水系统和空气干燥系统，并可根据热水和干燥需求调节制冷剂流量，实现精准供能。其中：制冷剂循环系统，用于对供水系统的水进行分级加热，以及空气干燥系统中的循环空气进行加热；供水系统，用于将外部流入的水输送给制冷剂循环系统进行分级加热，并存储加热后的水；空气干燥系统，用于形成循环流动的空气，并将所述制冷剂循环系统加热处理后的循环空气，对待干燥的物料进行干燥处理，实现不同干燥箱的间歇干燥。本发明可以有效地利用系统内压缩机的排气温度，来实现热水供应和物料干燥，实现热量的合理梯级利用。

Description

一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统
技术领域
本发明涉及热泵干燥技术领域，特别是涉及一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统。
背景技术
目前，热泵干燥系统按结构可分为闭式系统、半开式系统、开式系统，其中闭式系统可有效利用废气中的冷凝潜热因而效率较高。但是，传统的闭式系统内设有两个冷凝器，一个用于升温阶段加热干燥介质，一个用于避免干燥介质温度过高，此部分热量往往排入大气中，从而带来能源浪费。
对于二氧化碳热泵系统(即以二氧化碳作为制冷剂的热泵系统)，其内压缩机的排气温度高(即排出的制冷剂气体温度高)，能用于生产热水和提供更高的干燥温度。
但是，目前还没有一种装置，其可以有效地利用二氧化碳热泵系统内压缩机的排气温度，来实现热水供应和物料干燥，避免宝贵的资源浪费，节约用户的经济支出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，其可以有效地利用系统内压缩机的排气温度，来实现热水供应和物料干燥，避免宝贵的资源浪费，节约用户的经济支出，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，包括制冷剂循环系统、供水系统和空气干燥系统，并可根据热水和干燥需求来调节制冷剂流量，其中：
制冷剂循环系统，用于对供水系统的水进行分级加热，以及空气干燥系统中的循环空气进行加热；
供水系统，用于将外部流入的水输送给制冷剂循环系统进行分级加热，并存储加热后的水；
空气干燥系统，用于形成循环流动的空气，并将所述制冷剂循环系统加热处理后的循环空气，对待干燥的物料进行干燥处理，实现不同干燥箱的间歇干燥。
其中，所述制冷剂循环系统包括压缩机、一级水冷冷却器、二级水冷冷却器、风冷冷却器、膨胀阀和蒸发器，其中：
所述压缩机的制冷剂出口与一级水冷冷却器的制冷剂进口相连通；
所述一级水冷冷却器的制冷剂出口分别与二级水冷冷却器的制冷剂进口和风冷冷却器的制冷剂进口相连通；
所述二级水冷冷却器的制冷剂出口和风冷冷却器的制冷剂出口汇流后与膨胀阀的制冷剂进口相连通；
所述膨胀阀的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂进口相连通；
所述蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂进口相连通。
其中，所述一级水冷冷却器的制冷剂出口与二级水冷冷却器之间的连接管路上设置有第一制冷剂流量调节阀；
所述一级水冷冷却器的制冷剂出口与风冷冷却器之间的连接管路上设置有第二制冷剂流量调节阀。
其中，所述供水系统包括热水箱和水流量调节阀，其中：
所述水流量调节阀的一端与外部水源相连通，所述水流量调节阀的另一端与二级水冷冷却器的进水口相连通；
所述二级水冷冷却器的出水口与一级水冷冷却器的进水口相连通；
所述一级水冷冷却器的出水口与热水箱的进水口相连通。
其中，所述水流量调节阀的一端通过水泵与外部水源相连通。
其中，所述空气干燥系统包括一级干燥箱、二级干燥箱和真空泵，其中：
所述风冷冷却器的空气出口分别与一级干燥箱的进风口和二级干燥箱的进风口相连通；
所述一级干燥箱的出风口和二级干燥箱的出风口汇流后与蒸发器的空气进口相连通；
所述蒸发器的空气出口与风冷冷却器的空气进口相连通；
所述真空泵的空气进口分别与一级干燥箱的空气抽出口和二级干燥箱的空气抽出口相连通；
所述真空泵的空气出口分别与一级干燥箱的空气抽入口和二级干燥箱的空气抽入口相连通。
其中，所述风冷冷却器的空气出口与一级干燥箱的进风口之间的连接管路上设置有第一风阀；
所述风冷冷却器的空气出口与二级干燥箱的进风口之间的连接管路上设置有第二风阀。
其中，所述真空泵的空气进口与一级干燥箱的空气抽出口之间的连接管路上设置有第三风阀；
所述真空泵的空气进口与二级干燥箱的空气抽出口之间的连接管路上设置有第四风阀；
所述真空泵的空气出口与一级干燥箱的空气抽入口之间的连接管路上设置有第五风阀；
所述真空泵的空气出口与二级干燥箱的空气抽入口之间的连接管路上设置有第六风阀。
其中，所述一级干燥箱的出风口上设置有第七风阀，所述二级干燥箱的出风口上设置有第八风阀。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，其可以有效地利用系统内压缩机的排气温度，来实现热水供应和物料干燥，避免宝贵的资源浪费，节约用户的经济支出，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统的结构示意图；
图中，1为压缩机，2为一级水冷冷却器，3为二级水冷冷却器，4为风冷冷却器，5为膨胀阀，6为蒸发器，7为热水箱，8为一级干燥箱，9为二级干燥箱，10为第一制冷剂流量调节阀，11为水流量调节阀，12为第二制冷剂流量调节阀，13为真空泵；
14为第一风阀，15为第二风阀，16为第三风阀，17为第四风阀，18为第五风阀，19为第六风阀，20为第七风阀，21为第八风阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，包括制冷剂循环系统、供水系统和空气干燥系统，并可根据热水和干燥需求调节制冷剂流量，实现精准供能，其中：
制冷剂循环系统，用于对供水系统的水进行分级加热(具体是通过一级水冷冷却器2和二级水冷冷却器3)，以及空气干燥系统中的循环空气进行加热；具体过程为：高温排气先对预热后的水(具体是通过一级水冷冷却器2)进行加热，随后制冷剂分两路，一路用于对供水系统的水进行预热(具体是通过二级水冷冷却器3)，另一路对空气干燥系统中的循环空气进行加热；
供水系统，用于将外部流入的水输送给制冷剂循环系统进行分级加热，并存储加热后的水；
空气干燥系统，用于形成循环流动的空气，并将所述制冷剂循环系统加热处理后的循环空气，对待干燥的物料进行干燥处理，实现不同干燥箱的间歇干燥。
需要说明的是，对于制冷剂循环系统，其是通过制冷剂(例如二氧化碳CO2)的循环利用，经过制冷剂的压缩、冷却、膨胀和蒸发，来实现对外部空气和水的加热操作，从而实现能量转移。
在本发明中，所述制冷剂循环系统包括压缩机1、一级水冷冷却器2、二级水冷冷却器3、风冷冷却器4、膨胀阀5和蒸发器6，其中：
所述压缩机1的制冷剂出口与一级水冷冷却器2的制冷剂进口相连通；
所述一级水冷冷却器2的制冷剂出口分别与二级水冷冷却器3的制冷剂进口和风冷冷却器4的制冷剂进口相连通；也就是说，一级水冷冷却器2的制冷剂出口通过两条输出支路，分别与二级水冷冷却器3和风冷冷却器4相连通；
所述二级水冷冷却器3的制冷剂出口和风冷冷却器4的制冷剂出口汇流后与膨胀阀5的制冷剂进口相连通；
所述膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口相连通；
所述蒸发器6的制冷剂出口与压缩机1的制冷剂进口相连通。
因此，基于以上结构可知，本发明实现了制冷剂的循环利用。
具体实现上，所述压缩机1为二氧化碳压缩机，即以二氧化碳为制冷剂的压缩机。
具体实现上，所述一级水冷冷却器2的制冷剂出口与二级水冷冷却器3之间的连接管路上设置有第一制冷剂流量调节阀10；
所述一级水冷冷却器2的制冷剂出口与风冷冷却器4之间的连接管路上设置有第二制冷剂流量调节阀12。
因此，通过第一制冷剂流量调节阀10和第二制冷剂流量调节阀12，可以实现相应管路上的制冷剂流量的调节。
在本发明中，所述供水系统包括热水箱7和水流量调节阀11，其中：
所述水流量调节阀11的一端与外部水源相连通，所述水流量调节阀11的另一端与二级水冷冷却器3的进水口相连通；
所述二级水冷冷却器3的出水口与一级水冷冷却器2的进水口相连通；
所述一级水冷冷却器2的出水口与热水箱7的进水口相连通。
具体实现上，所述水流量调节阀11的一端通过水泵与外部水源相连通。
具体实现上，所述外部水源可以为外部的纯净水容器，或者是安装有纯净水过滤器的外部自来水管道。也就是说，优选为经过处理过的水。
需要说明的是，热水箱7用于存储经过一级水冷冷却器2、二级水冷冷却器3加热后的水，并让用户使用。而通过调节水流量调节阀11，可以调节流入到一级水冷冷却器2、二级水冷冷却器3中水的流量，从而使得调节一级水冷冷却器2的出水口的水温，满足用户想要的特定水温。
对于本发明，压缩机1的排气温度高，能够使得经过一级水冷冷却器2初次预热后的水温更高，从而压缩机1的排气温度下降后，再分成两路，一路用于加热空气干燥系统中的空气，另一路用于预热二级水冷冷却器3中流经的水。
在本发明中，所述空气干燥系统包括一级干燥箱8、二级干燥箱9和真空泵13，其中：
所述风冷冷却器4的空气出口分别与一级干燥箱8的进风口和二级干燥箱9的进风口相连通；
所述一级干燥箱8的出风口和二级干燥箱9的出风口汇流后与蒸发器6的空气进口相连通；
所述蒸发器6的空气出口与风冷冷却器4的空气进口相连通；
所述真空泵13的空气进口分别与一级干燥箱8的空气抽出口和二级干燥箱9的空气抽出口相连通；
所述真空泵13的空气出口分别与一级干燥箱8的空气抽入口和二级干燥箱9的空气抽入口相连通。
具体实现上，所述风冷冷却器4的空气出口与一级干燥箱8的进风口之间的连接管路上设置有第一风阀14；
所述风冷冷却器4的空气出口与二级干燥箱9的进风口之间的连接管路上设置有第二风阀15。
具体实现上，所述真空泵13的空气进口与一级干燥箱8的空气抽出口之间的连接管路上设置有第三风阀16；
所述真空泵13的空气进口与二级干燥箱9的空气抽出口之间的连接管路上设置有第四风阀17；
所述真空泵13的空气出口与一级干燥箱8的空气抽入口之间的连接管路上设置有第五风阀18；
所述真空泵13的空气出口与二级干燥箱9的空气抽入口之间的连接管路上设置有第六风阀19。
具体实现上，所述一级干燥箱8的出风口上设置有第七风阀20，所述二级干燥箱9的出风口上设置有第八风阀21。
需要说明的是，对于本发明，所述蒸发器6为风冷式蒸发器。一级干燥箱8和二级干燥箱9为中空的干燥箱，内部用于放置待干燥的物料。
需要说明的是，对于空气干燥系统，其通过循环的、经过加热后的干燥空气，来不断加热一级干燥箱8和二级干燥箱9内放置的待干燥物料，除去物料内部水分，同时，真空泵13可以实现一级干燥箱8和二级干燥箱9之间干燥介质(如空气)的交换，可间歇性地为一级干燥箱8和二级干燥箱9提供不同的空气压力，使干燥过程处于变压条件下。
需要说明的是，对于本发明，任意两个相互连通的部件之间是通过一段中空的管路相连通。
为了更加清楚本发明的技术构思，下面就本发明的具体工作过程进行详细说明。
对于外部水源提供的水，经过水流量调节阀11进入二级水冷冷却器3完成第一步吸热，然后进入一级水冷冷却器2完成第二步吸热，达到用户指定的温度后，及时储存在热水箱7内；当二级水冷冷却器3内的制冷剂流量增大时，通过水流量调节阀11同步增大水的流量，否则减小的水流量。因此，可以为用户提供所需要的热水，实现热水供应。
为了满足用户对物料干燥的需求，关闭第二风阀15、第四风阀17、第五风阀18、第八风阀21，打开第一风阀14、第三风阀16、第六风阀19、第七风阀20，干燥的介质(如空气)经风冷冷却器4加热后，再进入一级干燥箱8中，加热一级干燥箱8内部放置的待干燥的物料，同时打开真空泵13，将二级干燥箱9内的空气抽送到一级干燥箱8，使得一级干燥箱8内的空气压力升高，而二级干燥箱9内的空气压力降低；在间隔预设时间长度后，打开第二风阀15、第四风阀17、第五风阀18、第八风阀21，关闭第一风阀14、第三风阀16、第六风阀19、第七风阀20，使得干燥介质经风冷冷却器4加热后，再进入二级干燥箱9中加热其内部的物料，同时打开真空泵13，将一级干燥箱8内的空气抽送到二级干燥箱9，使得二级干燥箱9内的空气压力升高，而一级干燥箱8内的空气压力降低；随后，干燥的空气进入蒸发器6内，在进行降温除湿后，再回到风冷冷却器4中。
需要说明的是，在对物料进行干燥处理的初期，物料的干燥速率高且物料本身加热需要大量能量，此时，调大第二制冷剂流量调节阀12的开度，调小第一制冷剂流量调节阀10的开度，使得进入风冷冷却器4中的制冷剂流量增大，而进入二级水冷冷却器3的制冷剂流量减少，同时调节水流量调节阀11，减少水的流入流量，在满足干燥需求的同时，能够产生较少的热水；
在对物料进行干燥处理的后期，物料的干燥速率下降，需要的热量随之下降，调大第一制冷剂流量调节阀10的开度，调小第二制冷剂流量调节阀12的开度，使得进入风冷冷却器4的制冷剂流量降低，而进入二级水冷冷却器3的制冷剂流量增大，同时调节水流量调节阀11，增大水的流入流量，在保证干燥空气温度的同时，能够产生较多的热水，避免了热量的浪费。
基于以上技术方案可知，对于本发明，其可以同时实现热水供应和物料干燥，热水可用于干燥工厂引用或生活使用，同时热水的流量可根据干燥条件对供能需求的不同而进行条件，另外，考虑到干燥空气压力波动有益于干燥的进行，而专门设置了两个间歇性变压的干燥箱，最终提高干燥的脱水速率。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，其可以有效地利用系统内压缩机的排气温度，来实现热水供应和物料干燥，避免宝贵的资源浪费，节约用户的经济支出，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可供热水的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，包括制冷剂循环系统、供水系统和空气干燥系统，并可根据热水和干燥需求来调节制冷剂流量，其中：
制冷剂循环系统，用于对供水系统的水进行分级加热，以及空气干燥系统中的循环空气进行加热；供水系统，用于将外部流入的水输送给制冷剂循环系统进行分级加热，并存储加热后的水；
空气干燥系统，用于形成循环流动的空气，并将所述制冷剂循环系统加热处理后的循环空气，对待干燥的物料进行干燥处理，实现不同干燥箱的间歇干燥。
2.如权利要求1所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述制冷剂循环系统包括压缩机(1)、一级水冷冷却器(2)、二级水冷冷却器(3)、风冷冷却器(4)、膨胀阀(5)和蒸发器(6)，其中：
所述压缩机(1)的制冷剂出口与一级水冷冷却器(2)的制冷剂进口相连通；
所述一级水冷冷却器(2)的制冷剂出口分别与二级水冷冷却器(3)的制冷剂进口和风冷冷却器(4)的制冷剂进口相连通；
所述二级水冷冷却器(3)的制冷剂出口和风冷冷却器(4)的制冷剂出口汇流后与膨胀阀(5)的制冷剂进口相连通；
所述膨胀阀(5)的制冷剂出口与蒸发器(6)的制冷剂进口相连通；
所述蒸发器(6)的制冷剂出口与压缩机(1)的制冷剂进口相连通。
3.如权利要求2所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述一级水冷冷却器(2)的制冷剂出口与二级水冷冷却器(3)之间的连接管路上设置有第一制冷剂流量调节阀(10)；
所述一级水冷冷却器(2)的制冷剂出口与风冷冷却器(4)之间的连接管路上设置有第二制冷剂流量调节阀(12)。
4.如权利要求1所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述供水系统包括热水箱(7)和水流量调节阀(11)，其中：
所述水流量调节阀(11)的一端与外部水源相连通，所述水流量调节阀(11)的另一端与二级水冷冷却器(3)的进水口相连通；
所述二级水冷冷却器(3)的出水口与一级水冷冷却器(2)的进水口相连通；
所述一级水冷冷却器(2)的出水口与热水箱(7)的进水口相连通。
5.如权利要求4所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述水流量调节阀(11)的一端通过水泵与外部水源相连通。
6.如权利要求1至5中任一项所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述空气干燥系统包括一级干燥箱(8)、二级干燥箱(9)和真空泵(13)，其中：
所述风冷冷却器(4)的空气出口分别与一级干燥箱(8)的进风口和二级干燥箱(9)的进风口相连通；
所述一级干燥箱(8)的出风口和二级干燥箱(9)的出风口汇流后与蒸发器(6)的空气进口相连通；
所述蒸发器(6)的空气出口与风冷冷却器(4)的空气进口相连通；
所述真空泵(13)的空气进口分别与一级干燥箱(8)的空气抽出口和二级干燥箱(9)的空气抽出口相连通；
所述真空泵(13)的空气出口分别与一级干燥箱(8)的空气抽入口和二级干燥箱(9)的空气抽入口相连通。
7.如权利要求6所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述风冷冷却器(4)的空气出口与一级干燥箱(8)的进风口之间的连接管路上设置有第一风阀(14)；
所述风冷冷却器(4)的空气出口与二级干燥箱(9)的进风口之间的连接管路上设置有第二风阀(15)。
8.如权利要求6所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述真空泵(13)的空气进口与一级干燥箱(8)的空气抽出口之间的连接管路上设置有第三风阀(16)；
所述真空泵(13)的空气进口与二级干燥箱(9)的空气抽出口之间的连接管路上设置有第四风阀(17)；
所述真空泵(13)的空气出口与一级干燥箱(8)的空气抽入口之间的连接管路上设置有第五风阀(18)；
所述真空泵(13)的空气出口与二级干燥箱(9)的空气抽入口之间的连接管路上设置有第六风阀(19)。
9.如权利要求7所述的二氧化碳热泵干燥系统，其特征在于，所述一级干燥箱(8)的出风口上设置有第七风阀(20)，所述二级干燥箱(9)的出风口上设置有第八风阀(21)。
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