CN110455068A - 一种太阳能热泵除湿干燥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热泵除湿干燥系统，属于除湿干燥技术领域。所述系统包括吸收式热泵系统、太阳能集热循环系统和空气循环系统，吸收式热泵系统包括通过管路连接的发生器、风冷换热器、第一加热装置、除湿装置、吸收器和热交换器，太阳能集热循环系统包括通过管路依次连接的太阳能集热器、第一环形管路和第二加热装置，其系统管路内置有载热介质，第一环形管路设于所述发生器上并与之进行热交换；待处理气体自干燥室通入空气处理室，再依次经过除湿装置、第一加热装置、第二加热装置处理得到干燥气体，最后进入干燥室用于物料干燥。本发明充分利用绿色清洁能源太阳能进行除湿干燥，实现太阳能的梯级利用的同时降低除湿干燥系统能耗。

Description

一种太阳能热泵除湿干燥系统
技术领域
本发明属于除湿干燥技术领域，尤其是涉及一种太阳能热泵除湿干燥系统。
背景技术
干燥常指借热能使物料中水分(或溶剂)气化，并由惰性气体带走所生成的蒸汽的过程，干燥的目的通常是使得物料便于储存、运输、使用及食用等。日常生活中通常将潮湿物料置于阳光下暴晒以除去水分，但是如葡萄干、枸杞等制作过程，为不破坏其原营养成分及口感，并不适置于阳光下曝晒以除去水分。
随着科学技术发展，干燥的方法逐渐多样化，如红外灯干燥、烘箱干燥、流化床干燥、冷冻干燥等，这些干燥方法已具备市场化成熟的设备，但大多数干燥技术存在能耗高或环境污染等问题。
公开号为CN107218790A的专利文献公开了一种热泵除湿干燥装置，该系统采用机械压缩热泵的蒸发器进行待处理气体除湿，而后利用热泵的冷凝器加热干燥气体，即集除湿与干燥为一体，充分利用冷凝热与压缩机排气余热，但系统关键部件压缩机，消耗高品位电能，存在能耗高的问题。
CN 204806840 U公开了一种太阳能高温热泵干燥设备，包括太阳能工程机和高温热泵除湿干燥系统。该设备利用太阳能实现蓄能干燥，但是仍采用压缩式热泵这种需要高品位电能驱动的方式进行除湿干燥。
因此，提供一种能耗低、效率高的除湿干燥系统是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用太阳能及太阳能驱动吸收式热泵复合式除湿干燥系统，实现太阳能梯级利用的同时降低除湿干燥系统能耗，用于解决现有干燥系统能耗高等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能热泵除湿干燥系统，包括吸收式热泵系统、太阳能集热循环系统和空气循环系统，
所述吸收式热泵系统包括通过管路依次连接构成循环回路的发生器、风冷换热器、第一加热装置、除湿装置、吸收器和热交换器，所述吸收式热泵系统管路内填充有制冷剂；
所述太阳能集热循环系统包括通过管路依次连接的太阳能集热器、第一环形管路和第二加热装置，所述太阳能集热循环系统管路内置有载热介质，所述第二加热装置与太阳能集热器之间的管路上设有将载热介质泵回太阳能集热器的循环泵，所述第一环形管路设于所述发生器上并与之进行热交换；
所述空气循环系统包括空气处理室和干燥室，所述除湿装置、第一加热装置、第二加热装置依次设于空气处理室内，待处理气体自干燥室回风口通入空气处理室，再依次经过除湿装置、第一加热装置、第二加热装置处理得到干燥气体，最后进入干燥室用于物料干燥。
本发明中，吸收式热泵制冷剂循环由太阳能驱动，待处理的气体经过所述除湿装置时释放热量并冷凝出水分，所述第一加热装置的主要热源来自太阳能，经过所述第一加热装置后的干燥气体再经过所述第二加热装置进行加热，所述第二加热装置的热源是利用与发生器热交换之后的太阳能余热。
具体工作原理为：太阳能集热器采集热量，经载热介质将热量传递至第一环形管路，与发生器进行热交换，驱动吸收式热泵系统的制冷循环，为待处理空气提供除湿条件，再通过第二加热装置，将热量带给待加热的空气，而后，散热后的载热介质由循环泵泵回太阳能集热器；
吸收式热泵制冷剂循环由太阳能驱动，热量经发生器依次传递至风冷换热器和第一加热装置(即第二冷凝器)，与除湿后的待处理气体进行热交换；
待处理的气体经过除湿装置(即蒸发器)时释放热量并冷凝出水分，此过程中释放的热量传递至吸收器，经除湿后的干燥气体通过第一加热装置进行第一次加热，再通过第二加热装置加热，得到干燥气体用于干燥室干燥。
发生器发生之后的浓溶液与吸收器之后经溶液泵泵回发生器的稀溶液通过热交换器进行热回收。
所述第一加热装置与除湿装置之间的管路上以及所述吸收器与热交换器之间的管路上均设有节流阀。
作为优选，太阳能集热循环系统中，所述第二加热装置与所述循环泵之间的设有第二环形管路，所述第二环形管路设于所述吸收器上并与之进行热交换。吸收器吸收的热量传递至第二环形管路的载热介质，为泵回太阳能集热器的载热介质预热，以实现能量最大化利用。
作为优选，所述回风口处设有将干燥室中的待处理空气送入空气处理室的风机。
作为优选，所述干燥室设有干燥气体送风口，所述送风口采用孔板送风。
风机将干燥室内待处理气体引入空气处理室，首先经过除湿装置，蒸发器吸收湿空气中的显热和潜热，空气中的水蒸气达到露点温度而结露析出，此时湿空气状态为低温低湿度的空气，再依次经第一加热装置和第二加热装置加热，得到高温低湿的空气，经送风口送入干燥室用于干燥，因送风温度高、含湿量小，可实现低能耗、高品质、快速干燥。
作为优选，所述干燥室设有新风引入装置。源自干燥室的待处理气体包括部分室外新风与室内回风。
作为优选，所述干燥室设有排风口。干燥室具有排风及新风口，以确保被干燥物品的质量。
作为优选，所述制冷剂为H2O-LiBr溶液工质，但本发明的制冷剂并不限于此。
作为优选，所述载热介质为水，但本发明可采用的载热介质并不限于此。水作为载热介质，集热器出口温度不超过100℃，热量用于驱动吸收式热泵后，余热进入第二加热装置，第二加热装置可升温至35-60℃，可调节温度并不限于此，该温度下的干燥风特别适合用于干燥葡萄干、枸杞等需要阴干处理的食品。干燥过程的温度、风速、除湿率及除湿周期可依照物料要求进行调整。
本发明还提供了上述太阳能热泵除湿干燥系统的运行方法，包括：
(1)待处理气体自干燥室回风口进入空气处理室，先经过除湿装置进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程中释放的热量传递至吸收器内；
(2)太阳能集热循环系统与发生器进行热交换，发生器内制冷剂携带热量经风冷换热器后传递至第一加热装置，经除湿后的干燥气体通过第一加热装置进行第一次加热；
(3)经第一加热装置加热后的干燥气体通过第二加热装置，利用与发生器热交换之后的太阳能余热对干燥空气进行再次加热；
(4)经除湿和两次加热后的干燥气体送入干燥室用于物料干燥。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明中将太阳能和太阳能驱动吸收式热泵复合式系统应用于除湿干燥设备中，利用太阳能驱动吸收式热泵工作，替代传统除湿干燥设备中的压缩式热泵，避免高品位电能消耗，有效节能。
(2)太阳能集热器出口载热介质具有温度高、能量品位高的特点，本发明优先利用此太阳能驱动吸收式热泵循环，在实现除湿与加热共同进行的同时保证了吸收式热泵的性能；与发生器换热后的载热介质温度降低、能量品位稍低，用于空气侧的第二阶段加热，是太阳能的再次利用，符合能量匹配充分利用的原则；太阳能回水利用吸收式热泵的吸收热，为回水预热，以实现能量最大化利用。
本发明实现能源匹配与梯级利用，有助于减少除湿干燥机的能源消耗，同时，余热回收装置有助于提高能源利用率。
附图说明
图1为实施例1的太阳能热泵除湿干燥系统示意图。
图2为实施例2的太阳能热泵除湿干燥系统示意图。
其中：11、太阳能集热器；12、第一环形管路；13、第二加热装置；14、循环泵；15、第二环形管路；20、发生器；21、风冷换热器；22、第一加热装置；23、除湿装置；24、吸收器；25、热交换器；26、第一节流阀；27、溶液泵；28、第二节流阀；29、冷却水管路；31、空气处理室；32、干燥室；33、回风口；34、送风口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种太阳能热泵除湿干燥系统，包括太阳能集热循环系统、吸收式热泵系统和空气循环系统。
太阳能集热循环系统包括通过管路依次连接的太阳能集热器11、第一环形管路12、第二加热装置13，从而构成一个循环回路，其系统管路内置有载热介质。第二加热装置13与太阳能集热器11之间的管路上设有将载热介质泵回太阳能集热器11的循环泵14。
吸收式热泵系统包括通过管路连接的发生器20、风冷换热器21、第一加热装置22、除湿装置23以及吸收器24和热交换器25，从而构成一个循环回路，其系统管路内填充有制冷剂。第一加热装置22与除湿装置23之间的管路上设有第一节流阀26。吸收器24与发生器20之间的管路上设有溶液泵27，溶液泵27将吸收器24的制冷介质泵回发生器20。吸收器24与热交换器25之间的管路上设有第二节流阀28。吸收器24上设有冷却水管路29。
其中第一环形管路12设于发生器20与之进行热交换，第一环形管路12内载热介质携带的太阳能热量传递至发生器20，进而驱动该系统制冷剂循环。
空气循环系统包括空气处理室31和干燥室32，除湿装置23、第一加热装置22、第二加热装置13依次从下至上设于空气处理室31内，空气处理室31与干燥室32的共壁面开设有回风口33和送风口34，回风口33设有将干燥室32气体吹入空气处理室31的风机，送风口34采用孔板送风。
上述系统的工作原理：
太阳能集热循环系统，载热介质通过太阳能集热器11收集太阳能，通过第一环形管路12散热，与发生器20进行热交换，驱动吸收式热泵制冷剂循环，然后通过第二加热装置13将热量带给待加热的空气，而后，散热后的载热介质通过循环泵14泵回太阳能集热器11。
吸收式热泵制冷剂循环由太阳能驱动，热量经发生器20依次传递至风冷换热器21和第一加热装置22，与空气处理室31内气体进行热交换，第一加热装置22作为吸收式热泵制冷剂循环的冷凝器。
除湿装置23作为吸收式热泵制冷剂循环的蒸发器，待处理的气体经过除湿装置23时释放热量并冷凝出水分，此过程中释放的热量传递至吸收器24，吸收热由冷却水管路29带走，发生器20发生之后的浓溶液与吸收器24之后经溶液泵27泵回发生器20的稀溶液通过热交换器25进行热回收。
热空气循环，源自干燥室32的待处理气体经回风口33的风机作用吹入空气处理室31，再依次经过除湿装置23、第一加热装置22、第二加热装置13，而后经送风口34送入干燥室32用于干燥，源自干燥室的待处理气体包括部分室外新风与室内回风，干燥室32设有排风装置。
上述太阳能热泵除湿干燥系统的运行方法，包括：
(1)待处理的空气自干燥室回风口33进入空气处理室31，先经过除湿装置23进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程中释放的热量传递至吸收器24；
(2)太阳能集热循环系统与发生器20进行热交换，并利用发生器20内制冷剂携带的热量依次传递至风冷换热器21和第一加热装置22，经除湿后的干燥气体通过第一加热装置22进行第一次加热；
(3)经第一加热装置22加热后的干燥气体通过第二加热装置13，利用与发生器热交换之后的太阳能余热对干燥空气进行再次加热；
(4)经除湿和两次加热后的干燥气体送入干燥室用于物料干燥。
具体地，将上述除湿干燥系统应用于新疆吐鲁番地区(室外温度41.1℃、湿度23.5％、含湿量11.69g/kg)，太阳能集热系统采用水作为载热介质为例，集热器出口温度为95℃时，先用于驱动采用H2O-LiBr溶液工质对的吸收式热泵，获取除湿装置端低温为7℃，用于除湿(性能系数约为0.77)，除湿后的空气经第一加热装置升温为30℃后进入第二加热装置，利用太阳能余热再次升温为40℃，此时相对湿度为19.6％，处理完成的空气(送风温度40℃、湿度19.8％、含湿量9.26g/kg)经送风口送入干燥室(室内温度30℃、湿度50％、含湿量13.53g/kg)用于干燥，因送风温度高、含湿量小，可实现低能耗、高品质、快速干燥，同时干燥室设有排风及新风口，以确保被干燥物品的质量。
以干燥5kg含水量80％的无核葡萄干为例，平铺3层，面积0.5m*0.5m，新风比30％，混合空气降温除湿总负荷为29511kJ，第一次加热总负荷为16770kJ，第二次加热总负荷为10686kJ，本实施例与传统凉荫房相比，送风与室内的含湿量差增大约2.32倍，可将干燥周期从45天缩短为19.4天，显著提高了干燥效率，弥补了无核白葡萄成熟快干燥周期长的缺陷；经计算，本实施例与机械压缩式热泵干燥系统相比可节约高品位电能2.74kW·h，节能效果显著。
实施例2
如图2所示，本实施例提供的太阳能热泵除湿干燥系统与实施例1的区别在于，在第二加热装置13与循环泵14之间的管路上增加了第二环形管路15，第二环形管路15设于吸收器24上并与之进行热交换。吸收器24吸收的热量部分传递至第二环形管路15内的载热介质，提高太阳能集热循环回路载热介质温度，以实现节能。
应用上述除湿干燥系统的干燥步骤包括：
待处理的空气经过除湿装置23进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程中释放的热量传递至吸收室24，将由第二环形管路15再利用；
太阳能集热循环通过发生器20将热量传递至第一加热装置22处；
经除湿后的干燥气体通过第一加热装置22进行第一次加热，此过程利用发生器20内制冷剂携带的热量传递至第一加热装置22；
经第一加热的干燥气体通过第二加热装置13，此过程利用太阳能余热对干燥空气进行再次加热；
经除湿和两次加热后的干燥气体用于干燥室32干燥。
本发明旨在采用太阳能进行除湿干燥，实现太阳能的多级利用的同时降低除湿干燥系统能耗，且系统加入回热装置，以实现能量利用的最大化，以理论分析为基础，证实本发明的优越性。

Claims (8)

1.一种太阳能热泵除湿干燥系统，其特征在于，包括吸收式热泵系统、太阳能集热循环系统和空气循环系统，
所述吸收式热泵系统包括通过管路连接构成循环回路的发生器、风冷换热器、第一加热装置、除湿装置、吸收器和热交换器，所述吸收式热泵系统管路内填充有制冷剂；
所述太阳能集热循环系统包括通过管路依次连接的太阳能集热器、第一环形管路和第二加热装置，所述太阳能集热循环系统管路内置有载热介质，所述第二加热装置与太阳能集热器之间的管路上设有将载热介质泵回太阳能集热器的循环泵，所述第一环形管路设于所述发生器上并与之进行热交换；
所述空气循环系统包括空气处理室和干燥室，所述除湿装置、第一加热装置、第二加热装置依次设于空气处理室内，待处理气体自干燥室回风口通入空气处理室，再依次经过除湿装置、第一加热装置、第二加热装置处理得到干燥气体，最后进入干燥室用于物料干燥。
2.如权利要求1所述的太阳能热泵除湿干燥系统，其特征在于，所述第二加热装置与所述循环泵之间的管路上设有第二环形管路，所述第二环形管路设于所述吸收器上并与之进行热交换。
3.如权利要求1所述的太阳能热泵除湿干燥系统，其特征在于，所述回风口处设有将干燥室中的待处理空气送入空气处理室的风机。
4.如权利要求1所述的太阳能热泵除湿干燥系统，其特征在于，所述干燥室设有干燥气体送风口，所述送风口采用孔板送风。
5.如权利要求1所述的太阳能热泵除湿干燥系统，其特征在于，所述干燥室设有新风引入装置。
6.如权利要求1所述的太阳能热泵除湿干燥系统，其特征在于，所述干燥室设有排风口。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的太阳能热泵除湿干燥系统的运行方法，其特征在于，包括：
(1)待处理气体自干燥室回风口进入空气处理室，先经过除湿装置进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程中释放的热量传递至吸收器内；
(2)太阳能集热循环系统与发生器进行热交换，发生器内制冷剂携带热量经风冷换热器后传递至第一加热装置，经除湿后的干燥气体通过第一加热装置进行第一次加热；
(3)经第一加热装置加热后的干燥气体通过第二加热装置，利用与发生器热交换之后的太阳能余热对干燥空气进行再次加热；
(4)经除湿和两次加热后的干燥气体送入干燥室用于物料干燥。
8.如权利要求7所述的太阳能热泵除湿干燥系统的运行方法，其特征在于，所述待处理气体包括部分室外新风与室内回风。
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