CN108895808A - 热泵集中处理空气型挂面干燥装置 - Google Patents

Abstract

热泵集中处理空气型挂面干燥装置，包括烘干间和设备间，烘干间内部设有用于悬挂并沿左右方向输送挂面的挂面输送线，烘干间内设有送风回风系统，设备间内设有热泵系统，送风回风系统包括位于烘干间顶部的送风管道和位于烘干间底部的回风管道，送风管道和回风管道均沿左右水平方向设置，送风管道上开设有若干个送风风口，送风管道的一端穿出烘干间伸入到设备间内，送风管道内设有散热管，散热管连接有外置热源，烘干间内安装有排风扇。本发明具有结构简单紧凑、减少原有热源投入、降低成本、提高热泵运行效率、对排湿废热进行余热回收等优点。

Description

热泵集中处理空气型挂面干燥装置

技术领域

本发明涉及热泵干燥设备领域，具体为一种热泵集中处理空气型挂面干燥装置。

背景技术

目前公知的挂面干燥设备主要以煤、天然气、液化石油气、生物柴油为燃料提供热源，由于煤燃料燃烧产生的烟尘富含大量一氧化碳、二氧化碳等污染物，污染环境，现燃煤型干燥设备基本被取缔，燃烧天然气、液化石油气作为替代燃料大量使用在挂面干燥领域，但燃烧天然气、液化石油气等燃料费用较燃煤高很多，导致烘干成本急剧增加，压缩挂面烘干企业利润空间。

目前，挂面热泵干燥多采用空气源热泵，被加热的空气送入烘干车间内，与挂面换热后直接以废气的形式排出，但废气中含有蒸汽潜热和高温显热，这就造成大量能源的浪费，并且环境温度较低时，空气源热泵受环境温度的影响比较大，并且能效比较低，不利于全国大面积应用。

众所周知，热泵干燥设备是物料干燥的专用设备，热泵为干燥设备提供热量供给，把经过升温后的气流送入烘干车间内，高温干燥的气流把物料中的水汽带走，从而达到干燥的目的。随着高温气流不断带走水汽，气流的温度的逐渐降低，湿度增加，对物料的脱水能力逐渐降低；当气流湿度达到设定湿度目标后排出一部分烘干房内的热湿空气，引入环境中的干燥空气，继续进行脱水干燥过程。目前已有利用烘干挂面的排湿空气进行余热回收的热泵设备，可利用排湿空气中的大量热能，提高热泵能效比，解决了其在寒冷地区（如我国东北地区）的应用。但因为物料干燥过程受季节、环境温度影响，一年四季中烘干过程的热量需求差别较大，所以在选配热泵时，为保证全年正常运行，会按照最大热负荷进行匹配，此时热泵设备选配会很大，热泵干燥设备的初始投资很大，不利于全国大面积推广应用。

现提出一种热泵集中处理空气型挂面干燥装置，可在原有热源（燃烧天然气等）的基础上引入热泵设备，对排湿废热进行余热回收，热泵辅助原有常规热源进行挂面干燥，可以起到减少原有热源投入，降低挂面烘干成本的效果，并且初始投资也大大减少，适用于在原有的烘干间的基础上进行项目改造升级。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单紧凑、减少原有热源投入、提高热泵整体运行效率、对排湿废热进行余热回收的热泵集中处理空气型挂面干燥装置,便于旧有设备的升级改造。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

热泵集中处理空气型挂面干燥装置，包括烘干间和设备间，烘干间内部设有用于悬挂并沿左右方向输送挂面的挂面输送线，烘干间内设有送风回风系统，设备间内设有热泵系统；

送风回风系统包括位于烘干间顶部的送风管道和位于烘干间底部的回风管道，送风管道和回风管道均沿左右水平方向设置，送风管道上开设有若干个送风风口，送风管道的一端穿出烘干间伸入到设备间内，送风管道内设有散热管，散热管连接有外置的热源，烘干间内安装有排风扇，排风扇位于送风管道与挂面输送线之间且排风扇的出风风向朝向挂面输送线，回风管道上设有若干个出风风口，回风管道的一端穿出烘干间伸入设备间内；

以气流的方向为下游方向，热泵系统设有若干组，各组热泵系统包括通过制冷剂管路循环连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，设备间内设有加热室和余热回收室，加热室和余热回收室分别设有进风口和出风口，加热室的出风口与送风管道伸入设备间的一端相连接，加热室的进风口与回风管道伸入设备间的一端相连接，加热室的进风口处的回风管道内设有回风风机，散热管上游的送风管道内设有送风风机，冷凝器设置在加热室内，蒸发器设置在余热回收室内，压缩机和膨胀阀位于设备间内且压缩机和膨胀阀构成热泵主机，伸入设备间的回风管道上沿气流方向依次连接有排湿风道和新风风道，余热回收室的进风口与排湿风道相连接，余热回收室的进风口处的排湿风道内设有排湿风机，余热回收室的出风口连接有排风风道，排风风道与大气相通，排风风道内设有排风风机，各新风风道一端与回风管道相连接，新风风道另一端连接有新风风机。

各个蒸发器上游和下游的余热回收室内设有第一空腔段，余热回收室内沿上下游方向交替间隔设有N+1个第一空腔段和N级蒸发器，N为正整数；沿气流由上游到下游的方向，N级蒸发器分别为第一级蒸发器至第N级蒸发器。

各个冷凝器上游和下游的加热室内设有第二空腔段，加热室内沿上下游方向交替间隔设有N+1个第二空腔段和N级冷凝器，沿气流由上游到下游的方向，N级冷凝器分别为第一级冷凝器至第N级冷凝器。

各个蒸发器的周向外壁连接在余热回收室的内壁上。

各个冷凝器的周向外壁连接在加热室的内壁上。

同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中加热室内加热的是新风和部分回风的混合空气，当新风量较小或新风温度较高时，本发明不受外界新风条件的影响，依然可以把热量更多的输入到烘干间内。相比加热室内加热的没有回风、只有新风的技术方案相比，能够利用回风中的热量，减少加热室需要提供的热量。当然，相比加热室内加热的没有回风、只有新风的技术方案，本发明在原有挂面干燥装置的基础上改造起来就相对稍复杂一些，需要将回风和新风混合起来通入加热室。

（2）本发明的设备间内设有加热室，回风管道与加热室的进风口相连接，回风管道上设有新风风道，加热室内设有冷凝器，各个冷凝器在加热室内的回路上串联设置，回风管道内的一部分湿热气流和新风风道内进入的新风合流后经过加热室，送风管道内设有散热管，散热管连接有外置的热源并由外置的热源进行加热，相比与将散热管设置在烘干间内挂面输送线的上方和设备间内不设置加热室不对湿热气流进行回收，湿热气流和新风在加热室内依次通过各级冷凝器，各冷凝器沿气流方向呈串联式分布，湿热气流和新风混合后依次通过第一级冷凝器、第二级冷凝器至第N级冷凝器，湿热气流和新风的混合气流被逐级加热，相较各级冷凝器沿气流方向并联设置的方式，能够获得更高的出风温度。湿热气流和新风被逐级加热后再次经过散热管后进行二次加热，湿热气流和新风被加热的温度高，烘干效率高，能够快速的对烘干间内的面条进行烘干，且将一部分湿热气流送进送风管道内重新循环，利用效率高，短时间内将湿热气流内的蒸汽挥发掉，湿热气流和新风能在短时间内被加热到很高的温度，然后在通过送风管道进入烘干间，满足了烘干间内挂面被快速烘干的需求；

（3）本发明利用外置热源对烘干间内的挂面进行烘干，然后在原有外置热源的基础上引入热泵系统，将烘干间内的潮湿的空气进行排湿和余热回收，热泵系统与原有的外置热源联合提供热能对挂面进行烘干，减少了原有的外置热源的投入，降低了挂面烘干的成本，对排湿废热进行余热回收；

（4）本发明的加热室将回收的空气进行加热，加热后的空气通过送风风机进入送风管道，被加热后的空气的热量直接用于烘干挂面，不改变送风管道内原有的散热管，不改变原有的外置热源，不影响外置热源连接的散热管进行散热烘干，设备简单，改造简单，不影响原有设备的运行，仅作为热源补充使用，非常适于对现有的烘干设备进行升级改造，避免直接淘汰旧有的设备造成资源浪费；

（5）本发明的各个热泵系统的冷凝器并排间隔设置于加热室内，回风风机使回收的空气和新风依次通过各个冷凝器，从而逐级升高回收的空气和新风的温度，然后被加热的回收的空气和新风通过送风风机送进烘干间内，能效比高；各个热泵系统的蒸发器并排间隔设置于余热回收室内，排湿风机使排湿风道内潮湿空气依次通过各个蒸发器并产生凝结水，从而逐级降低潮湿空气的温度，相比于只设置一级蒸发器，本发明将潮湿空气内的能量（显热和潜热）利用的更加充分，使潮湿空气的温度得到了最大程度的降低，且将潮湿空气中的水分凝结为液态，各个热泵系统的蒸发器吸收利用这个相变放出大量的汽化潜热和温度降低放出的显热，高效地回收利用潮湿空气内的废热，结构简单紧凑，节约了能源；

（6）本发明使用过程中，热泵系统提供了挂面干燥过程中的一部分能量，由于热泵系统提供的能量只占总热量的一部分，可以使得热泵系统在整个烘干过程中保持持续运转，仍然依靠散热管连接的热源进行烘干并控制烘干间内的工艺温度，本发明结构简单、系统稳定、控制简便；并且由于烘干间内的潮湿空气含有巨大的废热，潮湿空气使得各个热泵系统的蒸发器温度较高，从而使得热泵系统的运转效率很高，产生同样热量的情况下耗电成本远远低于原有耗能成本，节能效果好，且受环境温度等因素影响小；相比于普通的热泵系统具有更加广泛的适应性，尤其适合于项目节能改造升级；

（7）同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1，各组热泵系统中，蒸发器中的蒸发压力和冷凝器中的冷凝压力的差值最为均衡，这样各组热泵系统中压缩机的功率（负荷）最为平均。在整体功率一定的条件下，多个压缩机的功率越平均，整体能耗越低。因此，同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1，就从整体上降低了热泵系统的能耗。

综上所述，本发明具有结构简单紧凑、减少原有热源投入、降低成本、提高热泵运行效率、对排湿废热进行余热回收、便于旧有设备的升级改造等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是烘干间的竖向截面图；

图3是各个热泵系统的原理示意图。

具体实施方式

图1-图3中的箭头方向为该处流体的流动方向。

如图1-3所示，本发明的热泵集中处理空气型挂面干燥装置，包括烘干间1和设备间10，烘干间1内部设有用于悬挂并沿左右方向输送挂面的挂面输送线24，烘干间1内设有送风回风系统，设备间10内设有热泵系统；

送风回风系统包括位于烘干间1顶部的送风管道3和位于烘干间1底部的回风管道22，送风管道3和回风管道22均沿左右水平方向设置，送风管道3上开设有若干个送风风口2，送风管道3的一端穿出烘干间1伸入到设备间10内，送风管道3内设有散热管5，散热管5连接有外置热源并由外置热源进行加热，烘干间1内安装有排风扇4，排风扇4位于送风管道3与挂面输送线24之间且排风扇4的出风风向朝向挂面输送线24，回风管道22上设有若干个出风风口21，回风管道22的一端穿出烘干间1伸入设备间10内；本发明适于在旧有挂面干燥设备的基础上进行改进。所述的外置热源指旧有的挂面干燥设备固有的热源，如燃烧天然气的热源等等。散热管5内可为热蒸汽、导热油或热水等传热介质，均为导热（传热）常用技术，具体不再详述。

以气流的方向为下游方向，热泵系统设有若干组，热泵系统包括通过制冷剂管路循环连接的压缩机25、冷凝器7、膨胀阀26和蒸发器15，设备间10内设有加热室8和余热回收室14，加热室8和余热回收室14分别设有进风口和出风口，加热室8的出风口与送风管道3伸入设备间的一端相连接，加热室8的进风口与回风管道22伸入设备间的一端相连接，加热室8的进风口处的回风管道22内设有回风风机20，散热管5上游的送风管道3内设有送风风机6，冷凝器7设置在加热室8内，蒸发器15设置在余热回收室14内，压缩机25和膨胀阀26位于设备间10内且压缩机25和膨胀阀26构成热泵主机23，伸入设备间10的回风管道22上沿气流方向依次连接有排湿风道17和新风风道19，余热回收室14的进风口与排湿风道17相连接，余热回收室14的进风口处的排湿风道19内设有排湿风机16，余热回收室14的出风口连接有排风风道12，排风风道12与大气相通，排风风道12内设有排风风机13，新风风道19一端与回风管道22相连接，新风风道19另一端连接有新风风机18，设备间10不是密封的空间，新风风机18将设备间10内的空气送入回风管道22，设备间10外的空气从设备间10的非密封处（如缝隙）进入设备间10；

各个热泵系统的蒸发器15上游和下游的余热回收室14内设有第一空腔段11，余热回收室14内沿上下游方向交替间隔设有N+1个第一空腔段11和N级蒸发器15，N为正整数；沿上下游方向，N级蒸发器15依次为第一级蒸发器、第二级蒸发器至第N级蒸发器。每级蒸发器的蒸发器数量大于等于1。

各个冷凝器7上游和下游的加热室8内设有第二空腔段27，加热室8沿上下游方向交替间隔设有N+1个第二空腔段27和N级冷凝器7，沿气流由上游到下游的方向，N级冷凝器分别为第一级冷凝器至第N级冷凝器；每级冷凝器的冷凝器数量大于等于1。

各个蒸发器15的周向外壁连接在余热回收室14的内壁上；

各个冷凝器7的周向外壁连接在加热室8的内壁上；

余热回收室14的底部设有凝结水盘，凝结水盘上连接有排水管，排水管伸出设备间（凝结水盘和排水管均为现有技术，图未示）；

烘干间1内设有温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器均与一电控装置相连接，电控装置可以采用PLC或单片机，温度传感器、湿度传感器和电控装置均为现有技术，图未示；

其中，挂面输送线24、排风扇4、热泵系统的各个部件、送风风机6、排风风机13、新风风机18、排湿风机16和回风风机20等均为现有技术，其具体结构不再详述。

同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1。即：第一级蒸发器的级数为1，第N级蒸发器的级数为N，第一级冷凝器的级数为1，第N级冷凝器的级数为N。同一热泵系统中，如果其中的蒸发器为第一级蒸发器，则其中的冷凝器为第N级冷凝器。这样设置的优点在于：各组热泵系统中，蒸发器中的蒸发压力和冷凝器中的冷凝压力的差值最为均衡，这样各组热泵系统中压缩机的功率（负荷）最为平均。在整体功率一定的条件下，多个压缩机的功率越平均，整体能耗越低。因此，同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1，就从整体上降低了热泵系统的能耗。

其原理在于：本领域技术人员均知，对于压缩式制冷系统中的制冷剂来说，制冷剂压力越高，温度也越高。

空气由上游向下游依次通过第一级蒸发器至第N级蒸发器时，气流温度逐渐降低。第一级蒸发器处的气流温度最高，第一级蒸发器中的制冷剂压力（即蒸发压力）也最高。第N级蒸发器处的气流温度经过多级蒸发器降温后其温度最低，第N级蒸发器中的制冷剂压力（即蒸发压力）也最低。

类似的道理，空气由上游向下游依次通过第一级冷凝器至第N级冷凝器时，气流温度逐渐升高。第一级冷凝器处的气流温度最低，第一级冷凝器中的制冷剂压力（即冷凝压力）也最低。第N级冷凝器处的气流温度经过多级冷凝器升温后其温度最高，第N级冷凝器中的制冷剂压力（即冷凝压力）也最高。

因此，第一级蒸发器与第N级冷凝器属于同一热泵系统，就能够使最高的蒸发压力与最高的冷凝压力相对应；同理，第N级蒸发器与第一级冷凝器属于同一热泵系统，就能够使最低的蒸发压力与最低的冷凝压力相对应。同理，第N-1级蒸发器与第二级冷凝器属于同一热泵系统，就能够使次低的蒸发压力与次低的冷凝压力相对应。这样，就保证了多个压缩机的进出口（压缩机进口连接蒸发器，进口压力反应蒸发压力；压缩机出口连接冷凝器，出口压力为冷凝压力）的制冷剂压力差最为平均，从整体上降低了热泵系统的能耗。

本发明的具体使用方法如下：

本发明适用于挂面生产线，挂面生产线为成熟的现有技术。

当挂面生产线开机后、本发明刚开始启动、挂面通过挂面输送线24刚开始进入烘干间1内或者烘干间1内的挂面较少时，烘干间1内的湿度较小，暂时不需要进行排湿，各个热泵系统暂时不启动。

新风风机18、送风风机6和排风扇4启动，新风风机18将设备间10内较为干燥的空气（挂面烘干时产生水蒸汽，因此烘干间1内的湿度高于设备间10）通过送风风机6送进送风管道3内，热源通过散热管5对送风管道3内的空气进行加热，送风管道3内的空气经送风风口2进入烘干间1内。

排风扇4转动，排风扇4将送风管道3内加热后的空气吹向烘干间1的底部并经过挂面输送线24，挂面生产线稳定工作后，挂面陆续进入烘干间1，烘干间1内开始产生稳定的潮湿空气，此时依次打开各个热泵系统，送风风机6、排湿风机16和排风风机13启动，排风扇4将相对干燥的空气吹向烘干间1的底部，干燥的空气在经过挂面输送线24时与挂面进行湿热交换变为湿热风流，潮湿的空气经出风风口21进入回风管道22内形成湿热风流，在送风风机6和排湿风机16的共同作用下，一部分湿热风流与新风风机18送入的新风混合，然后通过加热室8被各个冷凝器7加热，另一部分湿热风流依次通过第一级蒸发器、第二级蒸发器和第N级蒸发器后在排风风机13的作用下排出设备间10，在此过程中，热泵系统通过压缩机25的运行，系统冷媒（即制冷剂）经膨胀阀26在蒸发器15中蒸发吸热逐级将湿热风流降温，同时湿热风流中的水蒸汽被冷凝成水，热泵系统中的制冷剂吸收了湿热风流中大部分的显热和潜热。同样在压缩机25的作用下，制冷剂在冷凝器7中产生高压而由气态相变为液态，将其从湿热风流中吸收的热量释放到经过冷凝器7的气流中，对其进行加热，然后经过送风风机6的作用送入送风管道3内。

各个热泵系统通过对余热进行回收和自身产生热量的外置热源共同对挂面进行烘干，热泵系统产生同样热量的情况下的耗电成本远远低于原有耗能成本，节能效果好。

本发明受环境温度等因素影响极小，相比普通热泵具有更加广泛的适用性，尤其适合项目节能改造升级。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.热泵集中处理空气型挂面干燥装置，其特征在于：包括烘干间和设备间，烘干间内部设有用于悬挂并沿左右方向输送挂面的挂面输送线，烘干间内设有送风回风系统，设备间内设有热泵系统；

送风回风系统包括位于烘干间顶部的送风管道和位于烘干间底部的回风管道，送风管道和回风管道均沿左右水平方向设置，送风管道上开设有若干个送风风口，送风管道的一端穿出烘干间伸入到设备间内，送风管道内设有散热管，散热管连接有外置的热源，烘干间内安装有排风扇，排风扇位于送风管道与挂面输送线之间且排风扇的出风风向朝向挂面输送线，回风管道上设有若干个出风风口，回风管道的一端穿出烘干间伸入设备间内；

以气流的方向为下游方向，热泵系统设有若干组，各组热泵系统包括通过制冷剂管路循环连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，设备间内设有加热室和余热回收室，加热室和余热回收室分别设有进风口和出风口，加热室的出风口与送风管道伸入设备间的一端相连接，加热室的进风口与回风管道伸入设备间的一端相连接，加热室的进风口处的回风管道内设有回风风机，散热管上游的送风管道内设有送风风机，冷凝器设置在加热室内，蒸发器设置在余热回收室内，压缩机和膨胀阀位于设备间内且压缩机和膨胀阀构成热泵主机，伸入设备间的回风管道上沿气流方向依次连接有排湿风道和新风风道，余热回收室的进风口与排湿风道相连接，余热回收室的进风口处的排湿风道内设有排湿风机，余热回收室的出风口连接有排风风道，排风风道与大气相通，排风风道内设有排风风机，各新风风道一端与回风管道相连接，新风风道另一端连接有新风风机。

2.根据权利要求1所述的热泵集中处理空气型挂面干燥装置，其特征在于：各个蒸发器上游和下游的余热回收室内设有第一空腔段，余热回收室内沿上下游方向交替间隔设有N+1个第一空腔段和N级蒸发器，N为正整数；沿气流由上游到下游的方向，N级蒸发器分别为第一级蒸发器至第N级蒸发器。

3.根据权利要求2所述的热泵集中处理空气型挂面干燥装置，其特征在于：各个冷凝器上游和下游的加热室内设有第二空腔段，加热室内沿上下游方向交替间隔设有N+1个第二空腔段和N级冷凝器，沿气流由上游到下游的方向，N级冷凝器分别为第一级冷凝器至第N级冷凝器。

4.根据权利要求1所述的热泵集中处理空气型挂面干燥装置，其特征在于：各个蒸发器的周向外壁连接在余热回收室的内壁上。

5.根据权利要求1所述的热泵集中处理空气型挂面干燥装置，其特征在于：各个冷凝器的周向外壁连接在加热室的内壁上。

6.根据权利要求3所述的热泵集中处理空气型挂面干燥装置，其特征在于：同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1。