CN109024767B - 一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，包括机箱、上部风道、干燥室、环路热管、蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置、四通换向阀、凝水盘、水净化装置、储水箱、喷淋装置及风机。淡水制备与热泵干燥一体化装置于包括三种工作模式：制水加干燥模式、纯制水模式、纯干燥模式，由热泵系统、淡水制备系统、干燥系统三个部分组成，分别对应制冷剂循环回路、淡化水通路和空气通路三个独立的流路。与现有技术相比，本发明能比传统的海水淡化设备和干燥设备更加节能，更能节省大量的空间。本发明使用热管技术，可对空气进行预冷和预热，以达到进一步节能的目的。本发明中，产品从空气中取水，产品的使用不受地理位置的限制。

Description

一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机

技术领域

本发明涉及一种可同时实现淡水制备与物品干燥的装置，尤其是涉及一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机。

背景技术

淡水是人类社会生存和发展所必要的资源，但是近现代以来，随着工业化进程的加快、人类各方面需求的不断增长，水污染问题越来越严重，因此许多国家地区都面临淡水资源的危机。我国也是淡水资源严重匮乏国之一，人均淡水资源量只占世界人均水量的1/4，严重低于世界平均水平，因此发展淡水制备技术显得尤为重要。

对海岛或海边居民及海上船舶而言，淡水不仅是日常生产生活的必需品，也是海上航行和作业时的重要保障资源。目前，我国有6500余个海岛(海南岛，港澳台除外)，其中有常住人口的占433个，常住人口为452万，但这些海岛总体情况开发程度不高。并且我国也在积极开发海岛，故淡水需求必然急剧增加。海水淡化则是海洋环境下获取淡水的主要途径，且已发展成为一种较为可靠的工业技术。然而针对偏远海岛、海船等环境下淡水制备的需求，这些淡水制取的工业型设备却过于庞大，制水量与家庭需求普遍不符，均为吨/天级，且需要靠近大海(水源)，无法满足海岛居民、海船以及地震救援等极端情况下的需求。并且，海水淡化需要消耗大量的一次能源或二次能源，在大理倡导节能减排的背景下，如何在实现淡水制备的同时消耗更少的能源，是一个亟待解决的问题。

除此之外，随着人们生活水平的提高，无论国内外都有越来越多的人选择购买烘干机或干衣机来应对潮湿天气。尤其对于海岛、海边居民，以及船舶人员而言，由于海洋环境下空气湿度较大，衣物或食品等都不宜采用直接晾晒的方法，因此干燥物品困难的问题也尤为明显。但如果使用传统的烘干机或干衣机，不仅需要消耗额外的能源，还会占据大量的空间，这对于电量紧缺、人员密集的海洋环境而言，节能性和经济性都不佳。

中国专利CN 106698559 A提出了一种热泵海水淡化装置，利用热泵技术，冷凝器加热海水使其蒸发，蒸发器凝结水蒸气使之析出水以完成淡水制取，但该技术方案并未利用潮湿的海面空气，也没有将热泵系统的淡水制备功能与干燥物品功能相结合，装置的使用地理位置受限且冷凝器长期浸泡海水中容易腐蚀及结垢，能耗较高；中国专利CN106592176 A提出了一种直排式干衣机，通过加热装置来加热空气以实现衣物的干燥，但该技术方案并未明确加热装置的具体实现方法，也未曾提到热泵干衣技术；中国专利CN106480682 A提出了一种高效的直排式热泵干衣机，通过热泵系统吸收干衣机排气和干衣机所处环境空气的热量来达到加热干衣筒进口空气的目的，但该技术方案并未将热泵系统的干衣功能与淡水制备功能相结合，能耗较高。

发明内容

本发明的目的是为了同时解决海岛或海边居民及海上船舶的淡水制备和物品干燥问题，并在传统装置设备的基础上提高节能性和经济性，而提供一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机。本发明多模式热泵式淡水制备与干燥一体机有制水加干燥、纯制水、纯干燥三种模式可切换。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

淡水制备与热泵干燥一体化装置于包括三种工作模式：制水加干燥模式、纯制水模式、纯干燥模式，由热泵系统、淡水制备系统、干燥系统三个部分组成，分别对应制冷剂循环回路、淡化水通路和空气通路三个独立的流路。

一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，包括机箱、上部风道、干燥室、环路热管、蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置、四通换向阀、凝水盘、水净化装置、储水箱、喷淋装置及风机，

所述机箱内分为第一箱室与第二箱室，所述环路热管、蒸发器、凝水盘均设置于第一箱室内，所述凝水盘位于蒸发器下方，所述冷凝器、压缩机、节流装置、四通换向阀均设置于第二箱室内，

所述上部风道位于机箱上部，所述干燥室靠近机箱的第二箱室设置，

所述机箱内的第一箱室与第二箱室之间设有第二风阀，所述机箱的第一箱室与外部环境之间设置有第一风阀与第五风阀，所述机箱的第一箱室与上部风道之间设置有第十风阀，所述机箱的第二箱室与干燥室之间设置有第三风阀，所述机箱的第二箱室与外部环境之间设置有第六风阀，所述机箱的第二箱室与上部风道之间设置有第九风阀，所述干燥室与外部环境之间设有第三风阀，所述干燥室与上部风道之间通过风道连接，在风道上顺序设置有第七风阀与第八风阀，

所述蒸发器、冷凝器均具备制冷剂通道与空气通道，

所述四通换向阀的第一接口、第二接口分别通过制冷剂连接管路与压缩机的出口和入口连通，所述四通换向阀的第三个接口、蒸发器的制冷剂通道、节流装置、冷凝器的制冷剂通道、所述四通换向阀的第四接口通过制冷剂连接管依次连接，构成闭式循环的制冷剂流路；制冷剂在制冷剂流路中循环流动，

所述凝水盘通过冷凝水管依次连接水净化装置与储水箱，构成淡化水通路，所述淡化水通路为开式的流路；

所述喷淋装置位于上部风道内，

控制第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀的启闭，实现空气通路为开式的流路或闭式的流路，进而实现三种工作模式：制水加干燥模式、纯制水模式、纯干燥模式。

在第二风阀、第四风阀、第五风阀处分别设置有第一风机、第二风机、第三风机。即本发明中风机位于空气通路中需要吸入空气或排出空气的地方。

所述蒸发器位于环路热管冷端与环路热管热端之间，所述环路热管冷端、蒸发器、环路热管热端的空气通道均通过风道连通。

所述冷凝器的空气通道与第一风机及干燥室通过风道连通。

所述水净化装置与储水箱位于机箱外部。所述凝水盘可以收集从空气通道凝结的冷凝水，水净化装置可以净化凝结水，储水箱可以存储淡水。

所述蒸发器选择翅片管换热器、微通道换热器、板式换热器、管壳式换热器、降膜式换热器或套管式换热器等制冷系统换热器；

所述冷凝器选择翅片管换热器、微通道换热器、板式换热器、管壳式换热器、降膜式换热器或套管式换热器等制冷系统换热器。

所述节流装置可以为毛细管、短管和电子节流装置等制冷系统节流装置。

在制水加干燥模式时，第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀开启，第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀关闭。系统从周围环境中吸入相对湿度较大的空气，先通过环路热管预冷，再经过蒸发器冷却，预冷和冷却过程均能使空气凝结出液态水，进入底部的凝水盘，并通过水净化装置进行净化，实现淡水的制备。蒸发器冷却后的低温干燥空气通过环路热管预热，再经过冷凝器变成高温干燥的空气，并由风机送入干燥室干燥物品，带走物品中的水分后变成中温高湿空气排到环境中。

纯制水模式时，第五风阀、第六风阀、第九风阀、第十风阀开启，第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第七风阀、第八风阀关闭。在用水需求较大或不需要干燥物品时，采用纯制水模式，系统从冷凝器一端吸入环境空气，经过冷凝器加热，再通过喷淋装置喷海水等其他形式的非淡水加湿，成为高温高湿的空气。然后通过环路热管预冷和蒸发器冷却，凝结出液态水，再由水净化装置净化，得到所需要的淡水。冷却后的低温干燥空气通过排风风机排到环境中。淡化水通路与制水加干燥模式相同。

纯干燥模式时，第一风阀、第二风阀、第三风阀、第七风阀、第八风阀、第十风阀开启，第四风阀开启，第五风阀、第六风阀、第九风阀关闭。在环境温度较低且需要干燥物品时，采用纯干燥模式，系统从进风口一端吸入环境空气并关闭机箱左端进风口风阀，通过环路热管、蒸发器、冷凝器成为温度较高的干燥空气，送入干燥室带走部分水分，再通过干燥室上方通道重新送回蒸发器一侧，完成一次循环流路。多次循环后，成为高温干燥的空气，将干燥室的物品干燥完成后排到大气中。

为了解决海岛或海边居民及海上船舶的淡水取用和物品干燥困难问题，本发明提出了一种淡水制备与热泵干燥一体化装置，利用蒸气压缩式热泵原理，通过蒸发器冷凝湿空气中的水蒸气制备淡水，冷凝器放出的热量加热去水后的干燥空气以干燥物品。相对比于传统的海水淡化和干燥物品装置，本发明输入一份功耗可以得到两份产出，不仅更加节能，而且大大节省了设备所占的空间，经济性也得到了提升。此外，针对干燥时间远低于制水时间、部分极端工况下空气温度太低干衣能力不足的情况，本发明还有纯制水模式和纯干衣模式，能效可极大提高。三种模式切换使用，以满足不同需求、不同环境工况下的使用。

与现有技术相比，本发明利用海洋环境下的空气，通过热泵系统同时实现淡水制备和物品干燥的功能，既能比传统的海水淡化设备和干燥设备更加节能，更能节省大量的空间。除此之外，本发明使用热管技术，可对空气进行预冷和预热，以达到进一步节能的目的。本发明中，产品从空气中取水，产品的使用不受地理位置的限制。

附图说明

图1为本发明多模式热泵式淡水制备与干燥一体机的结构示意图；

图2为本发明多模式热泵式淡水制备与干燥一体机的制水加干燥模式工作流程图；

图3为本发明多模式热泵式淡水制备与干燥一体机的纯制水模式工作流程图；

图4为本发明多模式热泵式淡水制备与干燥一体机的纯干燥模式工作流程图。

图中标号：1为第一风阀、5为第二风阀、11为第三风阀、13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、22为第九风阀、23为第十风阀，2为环路热管冷端、4为环路热管热端，3为蒸发器、6为第一风机、12为第二风机、17为第三风机，7为节流装置，8为四通换向阀，9为冷凝器，10为压缩机，14为凝水盘，15为水净化装置，16为储水箱，24为喷淋装置，A为机箱，B为上部风道，C为干燥室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

参考图1，一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，包括机箱A、上部风道B、干燥室C、环路热管、蒸发器3、冷凝器9、压缩机10、节流装置7、四通换向阀8、凝水盘14、水净化装置15、储水箱16、喷淋装置24及风机，

机箱A内分为第一箱室与第二箱室，环路热管、蒸发器3、凝水盘14均设置于第一箱室内，凝水盘14位于蒸发器3下方，冷凝器9、压缩机10、节流装置7、四通换向阀8均设置于第二箱室内，

上部风道B位于机箱A上部，干燥室C靠近机箱A的第二箱室设置，

机箱A内的第一箱室与第二箱室之间设有第二风阀5，机箱A的第一箱室与外部环境之间设置有第一风阀1与第五风阀18，机箱A的第一箱室与上部风道B之间设置有第十风阀23，机箱A的第二箱室与干燥室C之间设置有第三风阀11，机箱A的第二箱室与外部环境之间设置有第六风阀19，机箱A的第二箱室与上部风道B之间设置有第九风阀22，干燥室C与外部环境之间设有第四风阀13，干燥室C与上部风道B之间通过风道连接，在风道上顺序设置有第七风阀20与第八风阀21，

蒸发器3、冷凝器9均具备制冷剂通道与空气通道，

四通换向阀8的第一接口、第二接口分别通过制冷剂连接管路与压缩机10的出口和入口连通，四通换向阀8的第三个接口、蒸发器3的制冷剂通道、节流装置7、冷凝器9的制冷剂通道、四通换向阀8的第四接口通过制冷剂连接管依次连接，构成闭式循环的制冷剂流路；制冷剂在制冷剂流路中循环流动。

凝水盘14通过冷凝水管依次连接水净化装置15与储水箱16，构成淡化水通路，淡化水通路为开式的流路。

喷淋装置24位于上部风道B内。

控制第一风阀1、第二风阀5、第三风阀11、第四风阀13、第五风阀18、第六风阀19、第七风阀20、第八风阀21、第九风阀22、第十风阀23的启闭，实现空气通路为开式的流路或闭式的流路，进而实现三种工作模式：制水加干燥模式、纯制水模式、纯干燥模式。

在第二风阀5、第四风阀13、第五风阀18处分别设置有第一风机6、第二风机12、第三风机17。即本发明中风机位于空气通路中需要吸入空气或排出空气的地方。

蒸发器3位于环路热管冷端2与环路热管热端4之间，环路热管冷端2、蒸发器3、环路热管热端4的空气通道均通过风道连通。

冷凝器9的空气通道与第一风机6及干燥室C通过风道连通。

水净化装置15与储水箱16位于机箱A外部。凝水盘14可以收集从空气通道凝结的冷凝水，水净化装置15可以净化凝结水，储水箱16可以存储淡水。

蒸发器3选择翅片管换热器、微通道换热器、板式换热器、管壳式换热器、降膜式换热器或套管式换热器等制冷系统换热器；

冷凝器9选择翅片管换热器、微通道换热器、板式换热器、管壳式换热器、降膜式换热器或套管式换热器等制冷系统换热器。

节流装置7可以为毛细管、短管和电子节流装置等制冷系统节流装置。

实施例2

在实施例1的基础上，在制水加干燥模式时，第一风阀1、第二风阀5、第三风阀11、第四风阀13开启，第五风阀18、第六风阀19、第七风阀20、第八风阀21、第九风阀22、第十风阀23关闭。系统从周围环境中吸入相对湿度较大的空气，先通过环路热管预冷，再经过蒸发器冷却，预冷和冷却过程均能使空气凝结出液态水，进入底部的凝水盘，并通过水净化装置进行净化，实现淡水的制备。蒸发器冷却后的低温干燥空气通过环路热管预热，再经过冷凝器变成高温干燥的空气，并由风机送入干燥室干燥物品，带走物品中的水分后变成中温高湿空气排到环境中。

工作流程如图2所示，制水加干燥模式主要工作过程为：

在制冷剂循环回路中，制冷剂经过压缩机10压缩成为高温高压的气体，通过四通换向阀8进入冷凝器9，冷却成为高温高压制冷剂液体并放出热量加热空气。液态制冷剂经过节流装置7，节流成为低温低压的液体，再进入蒸发器3，吸热成为低温低压的制冷剂气体并凝结空气中的水蒸气。气态制冷剂离开蒸发器3，通过四通换向阀8回到压缩机10，完成制冷剂循环。

在空气通路中，系统通过风阀1吸入环境空气，空气经过环路热管冷端2和蒸发器3冷却成为低温干燥的空气并凝结出液态水，再经过环路热管热端4和冷凝器9加热成为高温干燥空气，通过风阀11进入干燥室干燥物品，干燥完成后的中温高湿空气由风阀13排到环境中，完成空气通路。

在淡化水通路中，空气在热管冷端2和蒸发器3凝结出的液态水进入凝水盘14，并通过水净化装置15进行净化，最终送入储水箱16储存，完成淡化水通路。

实施例3

在实施例1的基础上，纯制水模式时，第五风阀18、第六风阀19、第九风阀22、第十风阀23开启，第一风阀1、第二风阀5、第三风阀11、第四风阀13、第七风阀20、第八风阀21关闭。

在用水需求较大或不需要干燥物品时，采用纯制水模式，系统从冷凝器一端吸入环境空气，经过冷凝器加热，再通过喷淋装置喷海水等其他形式的非淡水加湿，成为高温高湿的空气。然后通过环路热管预冷和蒸发器冷却，凝结出液态水，再由水净化装置净化，得到所需要的淡水。冷却后的低温干燥空气通过排风风机排到环境中。

在纯制水模式下的工作流程如图3所示，主要工作过程为：

制冷剂循环回路与制水加干燥模式相同。

在空气通路中，系统通过风阀19吸入环境空气，经过冷凝器9加热，加热后的高温空气通过风阀22送入上部风道，并由喷淋装置24喷海水等其他形式的非淡水加湿成为高温高湿的空气。高温高湿空气通过风阀23，经过环路热管冷端2和蒸发器3冷却成为低温干燥的空气并凝结出液态水，再由风阀18排到环境中，完成空气通路。

淡化水通路与制水加干燥模式相同。

实施例4

在实施例1的基础上，纯干燥模式时，第一风阀1、第二风阀5、第三风阀11、第七风阀20、第八风阀21、第十风阀23开启，第四风阀13开启，第五风阀18、第六风阀19、第九风阀22关闭。

在环境温度较低且需要干燥物品时，采用纯干燥模式，系统从进风口一端吸入环境空气并关闭机箱左端进风口风阀，通过环路热管、蒸发器、冷凝器成为温度较高的干燥空气，送入干燥室带走部分水分，再通过干燥室上方通道重新送回蒸发器一侧，完成一次循环流路。多次循环后，成为高温干燥的空气，将干燥室的物品干燥完成后排到大气中。

纯干燥模式下的工作流程如图4所示，主要工作过程为：

制冷剂循环回路与制水加干燥模式相同。

在空气通路中，系统通过风阀1吸入环境空气并关闭风阀1，空气经过环路热管冷端2和蒸发器3冷却，再经过环路热管热端4和冷凝器9加热，成为温度较高的干燥空气。干燥空气通过风阀11进入干燥室带走部分物品中的水分，再依次通过风阀20、21、23送回蒸发器3一侧，完成一次循环流路。经过多次循环后，成为高温干燥的空气，带走干燥室中物品的大部分水分并由风阀13排到环境中，完成空气通路。

本文中使用“第一”、“第二”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

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使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，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，本发明不限于上述实施例，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 (9)

1.一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，包括机箱(A)、上部风道(B)、干燥室(C)、环路热管、蒸发器(3)、冷凝器(9)、压缩机(10)、节流装置(7)、四通换向阀(8)、凝水盘(14)、水净化装置(15)、储水箱(16)、喷淋装置(24)及风机，

所述机箱(A)内分为第一箱室与第二箱室，所述环路热管、蒸发器(3)、凝水盘(14)均设置于第一箱室内，所述凝水盘(14)位于蒸发器(3)下方，所述冷凝器(9)、压缩机(10)、节流装置(7)、四通换向阀(8)均设置于第二箱室内，

所述上部风道(B)位于机箱(A)上部，所述干燥室(C)靠近机箱(A)的第二箱室设置，

所述机箱(A)内的第一箱室与第二箱室之间设有第二风阀(5)，所述机箱(A)的第一箱室与外部环境之间设置有第一风阀(1)与第五风阀(18)，所述机箱(A)的第一箱室与上部风道(B)之间设置有第十风阀(23)，所述机箱(A)的第二箱室与干燥室(C)之间设置有第三风阀(11)，所述机箱(A)的第二箱室与外部环境之间设置有第六风阀(19)，所述机箱(A)的第二箱室与上部风道(B)之间设置有第九风阀(22)，所述干燥室(C)与外部环境之间设有第三风阀(13)，所述干燥室(C)与上部风道(B)之间通过风道连接，在风道上顺序设置有第七风阀(20)与第八风阀(21)，

所述蒸发器(3)、冷凝器(9)均具备制冷剂通道与空气通道，

所述四通换向阀(8)的第一接口、第二接口分别与压缩机(10)的出口和入口连通，所述四通换向阀(8)的第三个接口、蒸发器(3)的制冷剂通道、节流装置(7)、冷凝器(9)的制冷剂通道、所述四通换向阀(8)的第四接口依次连接，构成闭式循环的制冷剂流路；

所述凝水盘(14)依次连接水净化装置(15)与储水箱(16)，构成淡化水通路；

所述喷淋装置(24)位于上部风道(B)内，

控制第一风阀(1)、第二风阀(5)、第三风阀(11)、第四风阀(13)、第五风阀(18)、第六风阀(19)、第七风阀(20)、第八风阀(21)、第九风阀(22)、第十风阀(23)的启闭，实现空气通路为开式的流路或闭式的流路，进而实现三种工作模式：制水加干燥模式、纯制水模式、纯干燥模式。

2.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，制水加干燥模式时，第一风阀(1)、第二风阀(5)、第三风阀(11)、第四风阀(13)开启，第五风阀(18)、第六风阀(19)、第七风阀(20)、第八风阀(21)、第九风阀(22)、第十风阀(23)关闭。

3.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，纯制水模式时，第五风阀(18)、第六风阀(19)、第九风阀(22)、第十风阀(23)开启，第一风阀(1)、第二风阀(5)、第三风阀(11)、第四风阀(13)、第七风阀(20)、第八风阀(21)关闭。

4.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，纯干燥模式时，第一风阀(1)、第二风阀(5)、第三风阀(11)、第七风阀(20)、第八风阀(21)、第十风阀(23)开启，第四风阀(13)开启，第五风阀(18)、第六风阀(19)、第九风阀(22)关闭。

5.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，在第二风阀(5)、第四风阀(13)、第五风阀(18)处分别设置有第一风机(6)、第二风机(12)、第三风机(17)。

6.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，所述蒸发器(3)位于环路热管冷端(2)与环路热管热端(4)之间，所述环路热管冷端(2)、蒸发器(3)、环路热管热端(4)的空气通道均通过风道连通。

7.根据权利要求5所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，所述冷凝器(9)的空气通道与第一风机(6)及干燥室(C)通过风道连通。

8.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，所述水净化装置(15)与储水箱(16)位于机箱(A)外部。

9.根据权利要求1所述的一种多模式热泵式淡水制备与干燥一体机，其特征在于，所述蒸发器(3)选择翅片管换热器、微通道换热器、板式换热器、管壳式换热器、降膜式换热器或套管式换热器；

所述冷凝器(9)选择翅片管换热器、微通道换热器、板式换热器、管壳式换热器、降膜式换热器或套管式换热器；

所述节流装置(7)为毛细管、短管或电子节流装置。