CN108870878A - 直接热泵集成变压干燥系统及方法 - Google Patents

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岳晨
王彬
王鹏恩
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B9/00Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards
    • F26B9/06Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards in stationary drums or chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F26B21/04Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure partly outside the drying enclosure

Abstract

本发明公开了一种直接热泵集成变压干燥系统和方法,属于能源与动力等领域。其特征在于:该系统以常规直接热泵的蒸发器为冷源、冷凝器为热源,循环空气经空气压缩机增压升温后,在干燥箱中与湿物料发生热湿交换后温度降低、湿度增加,然后被分为两路:一路经循环风机与干燥箱入口的高温空气混合降低入口物料的热损伤;另一路通过蒸发器降温后,再经膨胀机降压凝结出水分,进入气液分离器,其中气体在冷凝器中吸收热量后,进入空气压缩机开始下一轮循环。该系统在闭式空气循环中增加了压缩机和膨胀机,通过调整空气压缩机和冷媒压缩机压比,可以适应不同的干燥箱温度和凝水率需求。该系统采取闭式循环,不受外界环境空气洁净度、温度和湿度的影响,同时由于膨胀机回收了部分膨胀功,系统不仅可以有效节能,而且能够有效除湿。

Description

直接热泵集成变压干燥系统及方法
技术领域
本发明涉及一种直接热泵集成变压干燥系统及方法,属于能源与动力领域。
背景技术
现代工业中,为了物料的使用和进一步加工,通常会采取干燥的方法,干燥技术不仅广泛应用于食品、化工、医药等行业,在生物技术,纳米技术等新兴产业中也发挥着重要作用。干燥在目前是高能耗操作,在生产总耗能中占比较高。同时不同的物料对于干燥后的特性要求不同,干燥中需要不同的操作条件,对于干燥方法和干燥设备就有不同的需求。因此,有必要设计高效节能,同时适用范围广的干燥系统。
现在常规的干燥系统以热泵干燥为主,按照干燥介质与外界环境的连通程度,可分为开式,半开式和封闭式三大类。开式热泵干燥装置结构简单,操控方便,但是受环境温度影响大;封闭式干燥装置可省去进气净化设备,没有对环境的废气排放污染,干燥温度可调节,干燥介质也有多种选择;半开式干燥装置则介于两者之间。但是在这三种干燥装置中,以空气做干燥介质为例,湿空气的露点一般只取决于湿空气的含湿量,而本发明设计的直接热泵集成变压干燥系统对进入干燥室的热空气加压,提高湿空气露点,增强空气吸湿能力,对干燥室出来的湿空气经冷凝后膨胀降压,降低湿空气露点,提高凝水率,能够极大的提高干燥效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直接热泵集成变压干燥系统及方法。
该系统包括空气压缩机、干燥箱、循环风机、蒸发器、膨胀机、气液分离器、冷凝器、节流阀、冷媒压缩机;
蒸发器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口;
冷凝器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口;
气液分离器包括入口、气体出口和液体出口;
干燥箱入口与空气压缩机出口相连,干燥箱出口分两路:一路经过循环风机与干燥箱入口相连;另一路与蒸发器热侧入口相连,蒸发器热侧出口经过膨胀机后,与气液分离器入口相连,气液分离器气体出口与冷凝器冷侧入口相连,冷凝器冷侧出口经空气压缩机后与干燥室入口相连;冷凝器热侧出口经过节流阀后,与蒸发器冷侧入口相连,蒸发器冷侧出口经过冷媒压缩机后与冷凝器热侧入口相连。
根据本发明所述的一种直接热泵集成变压干燥系统的工作方法,该系统包括两个闭式循环:闭式空气循环和冷媒制冷循环;其中闭式空气循环压力可变。在闭式空气循环中,循环空气经空气压缩机压缩后进入干燥箱,在干燥箱中与湿物料发生热湿交换,湿物料被加热干燥,循环空气被冷却加湿后分为两路:一路经循环风机与干燥箱入口的高温空气混合;另一路进入蒸发器热侧,被其冷侧的制冷剂冷却并冷凝出液态水后,进入膨胀机对外膨胀做功并降温凝结,膨胀机出口的乏汽再进入气液分离器,凝结水分离出来后从气液分离器液体出口排出,气体从气液分离器气体出口排出,进入冷凝器冷侧,被其热侧的制冷剂加热后排出,进入空气压缩机开始下一轮循环;
在冷媒制冷循环中,制冷剂经冷媒压缩机增压后进入冷凝器热侧,向其冷侧的循环空气放热,再经过节流阀后进入蒸发器冷侧,吸收其热侧循环空气的热量,蒸发成气体后排出,进入冷媒压缩机开始下一轮循环。
相比常规的干燥系统,上述系统的优势主要体现在以下三个方面:
第一是操作温度和凝水率可调。系统增加了循环空气压缩机,可以通过调整闭式空气循环空气压缩机压比和热泵循环冷媒压缩机的压比,可以调整干燥箱的操作温度和凝水率。
第二是受外界影响小。空气循环采取闭式循环,干燥不受外界环境空气的洁净度、温度和湿度的影响。
第三是干燥耗能低。系统在空气循环中增加了膨胀机, 可以回收部分膨胀功,因此该系统较为节能。
附图说明
图1是本发明提出的一种直接热泵集成变压干燥系统;
图中标号名称:1、循环空气,2、空气压缩机,3、干燥箱,4、湿物料,5、循环风机,6、蒸发器,7、膨胀机,8、气液分离器,9、凝结水,10、冷凝器,11、节流阀,12、冷媒压缩机,13、制冷剂。
具体实施方式
下面参照附图说明直接热泵集成变压干燥系统的工作过程。
该系统包括两个闭式循环:闭式空气循环和冷媒制冷循环;
在闭式空气循环中,循环空气1经空气压缩机2压缩后进入干燥箱3,在干燥箱3中与湿物料4发生热湿交换,湿物料4被加热干燥,循环空气1被冷却加湿后分为两路:一路经循环风机5与干燥箱3入口的高温空气混合;另一路进入蒸发器6热侧,被其冷侧的制冷剂13冷却并冷凝出液态水后,进入膨胀机7对外膨胀做功并降温凝结,膨胀机出口的乏汽再进入气液分离器8,凝结水9分离出来后从气液分离器8液体出口排出,气体从气液分离器8气体出口排出,进入冷凝器10冷侧,被其热侧的制冷剂13加热后排出,进入空气压缩机2开始下一轮循环;
在冷媒制冷循环中,制冷剂13经冷媒压缩机12增压后进入冷凝器10热侧,向其冷侧的循环空气1放热,再经过节流阀11后进入蒸发器6冷侧,吸收其热侧循环空气1的热量,蒸发成气体后排出,进入冷媒压缩机12开始下一轮循环。

Claims (2)

1.一种直接热泵集成变压干燥系统,其特征在于:
该系统包括空气压缩机(2)、干燥箱(3)、循环风机(5)、蒸发器(6)、膨胀机(7)、气液分离器(8)、冷凝器(10)、节流阀(11)、冷媒压缩机(12);
蒸发器(6)包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口;
冷凝器(10)包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口;
气液分离器(8)包括入口、气体出口和液体出口;
干燥箱(3)入口与空气压缩机(2)出口相连,干燥箱(3)出口分两路:一路经过循环风机(5)与干燥箱入口(4)相连;另一路与蒸发器(6)热侧入口相连,蒸发器(6)热侧出口经过膨胀机(7)后,与气液分离器(8)入口相连,气液分离器(8)气体出口与冷凝器(10)冷侧入口相连,冷凝器(10)冷侧出口经空气压缩机后(2)与干燥室(3)入口相连;冷凝器(10)热侧出口经过节流阀(11)后,与蒸发器(6)冷侧入口相连,蒸发器(6)冷侧出口经过冷媒压缩机(12)后与冷凝器(10)热侧入口相连。
2.根据权利要求1所述的直接热泵集成变压干燥系统的工作方法,其特征在于包括以下过程:
该系统包括两个闭式循环:闭式空气循环和冷媒制冷循环;
在闭式空气循环中,循环空气(1)经空气压缩机(2)压缩后进入干燥箱(3),在干燥箱(3)中与湿物料(4)发生热湿交换,湿物料(4)被加热干燥,循环空气(1)被冷却加湿后分为两路:一路经循环风机(5)与干燥箱(3)入口的高温空气混合;另一路进入蒸发器(6)热侧,被其冷侧的制冷剂(13)冷却并冷凝出液态水后,进入膨胀机(7)对外膨胀做功并降温凝结,膨胀机出口的乏汽再进入气液分离器(8),凝结水(9)分离出来后从气液分离器(8)液体出口排出,气体从气液分离器(8)气体出口排出,进入冷凝器(10)冷侧,被其热侧的制冷剂(13)加热后排出,进入空气压缩机(2)开始下一轮循环;
在冷媒制冷循环中,制冷剂(13)经冷媒压缩机(12)增压后进入冷凝器(10)热侧,向其冷侧的循环空气(1)放热,再经过节流阀(11)后进入蒸发器(6)冷侧,吸收其热侧循环空气(1)的热量,蒸发成气体后排出,进入冷媒压缩机(12)开始下一轮循环。
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