CN111588065A - 一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统 - Google Patents

一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统。所述含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统包括热泵系统和干燥系统，所述热泵系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器，所述压缩机固定安装在烤烟房墙体上，所述冷凝器安装在烤烟房墙体内设的空气混合室中，所述蒸发器安装在烤烟房墙体内设的干燥室中，而所述干燥系统包括风管、冷凝器、风机和蒸发器，所述风机安装在冷凝器的底部，所述风管安装在烤烟房墙体上并将干燥室与空气混合室相互连通。本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统具有解决烤烟热泵干燥系统能耗较高及不同阶段负荷变化以后负荷匹配合理性问题的优点。

Description

一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统
技术领域
本发明涉及地热能源开发技术领域，尤其涉及一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统。
背景技术
现有的开式系统干燥方式较为简单，通过不断通入新风进行置换排湿，干燥速率较快，但是直接排出的热湿空气造成了一定的热能损耗，不利于节能。
如果导入外界新风没有随着被干燥产品的湿度变化也会引起后期的湿度难以排出，闭式系统没有热能排出系统，但在干燥初期难以满足大排湿要求，太阳能与热泵结合能够有效提高热泵性能。因此将开式系统和闭式系统按照烤烟的不同阶段负荷变化进行有机结合，并配合太阳能辅助，形成含开闭式循环结合太阳能的热泵烤烟干燥系统，能够有效降低热泵干燥过程的能耗，实现烤烟过程的节能降耗。
因此，有必要提供一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种解决烤烟热泵干燥系统能耗较高及不同阶段负荷变化以后负荷匹配合理性问题的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统。
本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统包括：热泵系统和干燥系统，所述热泵系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器，所述压缩机固定安装在烤烟房墙体上，所述冷凝器安装在烤烟房墙体内设的空气混合室中，所述蒸发器安装在烤烟房墙体内设的干燥室中，而所述干燥系统包括风管、冷凝器、风机和蒸发器，所述风机安装在冷凝器的底部，所述风管安装在烤烟房墙体上并将干燥室与空气混合室相互连通。
优选的，所述风管的一端设有新风补风口和高湿空气排风口，且风管另一端的对应的烤烟房墙体上安装有太阳能集热器。
优选的，所述空气混合室的开设的高湿空气排风口处安装有第一板式换热器。
优选的，所述空气混合室的风口处开设有新风补风口，且新风补风口处安装有可调风阀。
优选的，所述烤烟房墙体开设的干燥室中安装有第二板式换热器。
针对烟叶烘烤工艺，此太阳能热泵干燥系统分为3个运行阶段：
A、排湿阶段：系统为开式，此时风门打向B点，而干燥室内的空气吸收物料中的水分成为高湿空气，经过干燥室底部的回风口后分为两路，利用可调风阀来调节空气流量，使得大约40％的湿空气经第二板式换热器与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器降温除湿之后回到第二板式换热器与高湿度的空气换热，预热后直接进入空气混合室或太阳能集热器，当太阳能充足时：风门打向D点，除湿后的空气进入太阳能集热器进一步加热，然后进入空气混合室；当太阳能不充足的时候：风门打向C点，除湿后的空气直接进入空气混合室，而剩余大约60％的空气经第一板式换热器换热后对外排出，同时对引入的新风进行加热，新风由新风补风口补充并在第一板式换热器中经预热后进入空气混合室，这两部分空气在空气混合室混合后，经风机送至冷凝器加热进一步升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环；
B、稳定干燥阶段：系统为闭式，此时风门分别打向A点、D点，干燥室内的空气吸收物料中的水分成为中湿空气，经过干燥室底部的回风口后分为两路；利用可调风阀来调节空气流量，使得大约40％的湿空气经第二板式换热器与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器降温除湿，之后回到第二板式换热器与中湿度的空气换热，预热后进入太阳能集热器进一步加热，然后进入空气混合室，剩余大约60％的空气直接进入空气混合室，而以上两部分空气在空气混合室混合后，经风机送去冷凝器加热升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环，而此时系统处在干燥中期，基本不需要从外界进入新风；
C、升温干燥阶段：系统为闭式，此时风门打向A点，干燥室内的空气吸收物料中的水分成为中湿空气，经过干燥室底部的回风口后全部进入第二板式换热器与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器降温除湿之后回到第二板式换热器与中湿度的空气换热，当太阳能充足时：风门打向D点，除湿后的空气进入太阳能集热器进一步加热，然后进入空气混合室；当太阳能不充足的时候：风门打向C点，除湿后的空气直接进入空气混合室，而以上两部分空气在空气混合室混合后，经风机送去冷凝器加热升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环，而在闭式循环阶段并且当干燥热负荷多余的时候，通过副冷凝器对外排热，以减轻干燥室的热负荷，实现热负荷的平衡。
与相关技术相比较，本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统具有如下有益效果：
本发明提供一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，一是实现了烤烟热泵干燥不同阶段的闭式循环与开式循环的适时切换，二是集成了热能回收与干燥工质的旁通，副冷凝器等提升系统热效率的手段和措施，三是辅以太阳能空气集热器以降低压缩机功率，最大限度提升了系统性能(COP)，同时还可以利用蓄热式太阳能空气集热器，进一步降低系统总功率。
附图说明
图1为本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统的烤烟房气流组织剖面的结构示意图；
图2为本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统的烤房流程结构示意图；
图3为图1热泵干燥系统的工作原理图；
图4为本发明中热泵干燥工质状态变化图；
图5为本发明中热泵干燥介质循环空气状态变化图。
图中标号：1、可调风阀；2、压缩机；3、烤烟房墙体；4、新风补风口；5、高湿空气排风口；6、副冷凝器；7、风管；8、太阳能集热器；9、冷凝器；10、风机；11、空气混合室；12、第一板式换热器；13、蒸发器；14、第二板式换热。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3、图4和图5，其中，图1为本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统的烤烟房气流组织剖面的结构示意图；图2为本发明提供的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统的烤房流程结构示意图；图3为图1热泵干燥系统的工作原理图；图4为本发明中热泵干燥工质状态变化图；图5为本发明中热泵干燥介质循环空气状态变化图。含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统包括：热泵系统和干燥系统。
在具体实施过程中，如图1和图2所示，热泵系统包括压缩机2、冷凝器9和蒸发器13，压缩机2固定安装在烤烟房墙体3上，冷凝器9安装在烤烟房墙体3内设的空气混合室11中，蒸发器13安装在烤烟房墙体3内设的干燥室中，而干燥系统包括风管7、冷凝器9、风机10和蒸发器13，风机10安装在冷凝器9的底部，风管7安装在烤烟房墙体3上并将干燥室与空气混合室11相互连通。
需要说明的是：考图4所示，热泵系统制冷剂工质的循环过程为：低温低压的饱和气态制冷剂状态点1进入压缩机1，在压缩机1中被压缩为高温高压的过热气状态点2进入冷凝器9，在冷凝器9中与周围低温空气换热变为高压中温饱和液状态点3进入节流阀，经节流阀后成为低温低压的饱和气与饱和液的混合物状态点4，并进入蒸发器13，吸收蒸发器13周围空气的热量变为低压低温的饱和气状态点1，再进入压缩机1开始循环，实现连续制热工作；参考图5所示，干燥系统中，1点为空气经过热泵冷凝器加热处理后的送风状态点，通过风机10将高温低湿空气送入干燥室对物料进行干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室内的空气带走物料中的水分变成状态点2，即为干燥室出口空气的状态，2点至3点即为干燥室出口的回风经过蒸发器13的状态变化，首先2点的空气与降温除湿后的空气进行换热，冷却处理至状态点3，3点的空气经过蒸发器13冷却除湿至状态点4，该过程不断析出冷凝水，即干燥介质空气通过一系列循环将物料中的水分变成冷凝水排出。冷却除湿后的4点空气再经冷凝器加热送入干燥室完成一次循环。
其中，风管7的一端设有新风补风口4和高湿空气排风口5，且风管7另一端的对应的烤烟房墙体3上安装有太阳能集热器8，而空气混合室11的开设的高湿空气排风口5处安装有第一板式换热器12，且空气混合室11的风口处开设有新风补风口4，且新风补风口4处安装有可调风阀1，烤烟房墙体3开设的干燥室中安装有第二板式换热器14。
针对烟叶烘烤工艺，此太阳能热泵干燥系统分为3个运行阶段：
A、排湿阶段：系统为开式，此时风门打向B点，而干燥室内的空气吸收物料中的水分成为高湿空气，经过干燥室底部的回风口后分为两路，利用可调风阀1来调节空气流量，使得大约40％的湿空气经第二板式换热器14与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器13降温除湿之后回到第二板式换热器14与高湿度的空气换热，预热后直接进入空气混合室11或太阳能集热器8，当太阳能充足时：风门打向D点，除湿后的空气进入太阳能集热器8进一步加热，然后进入空气混合室11；当太阳能不充足的时候：风门打向C点，除湿后的空气直接进入空气混合室11，而剩余大约60％的空气经第一板式换热器12换热后对外排出，同时对引入的新风进行加热，新风由新风补风口4补充并在第一板式换热器12中经预热后进入空气混合室11，这两部分空气在空气混合室11混合后，经风机10送至冷凝器9加热进一步升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环；
B、稳定干燥阶段：系统为闭式，此时风门分别打向A点、D点，干燥室内的空气吸收物料中的水分成为中湿空气，经过干燥室底部的回风口后分为两路；利用可调风阀1来调节空气流量，使得大约40％的湿空气经第二板式换热器14与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器13降温除湿，之后回到第二板式换热器14与中湿度的空气换热，预热后进入太阳能集热器8进一步加热，然后进入空气混合室11，剩余大约60％的空气直接进入空气混合室11，而以上两部分空气在空气混合室11混合后，经风机10送去冷凝器9加热升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环，而此时系统处在干燥中期，基本不需要从外界进入新风；
C、升温干燥阶段：系统为闭式，此时风门打向A点，干燥室内的空气吸收物料中的水分成为中湿空气，经过干燥室底部的回风口后全部进入第二板式换热器14与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器13降温除湿之后回到第二板式换热器14与中湿度的空气换热，当太阳能充足时：风门打向D点，除湿后的空气进入太阳能集热器8进一步加热，然后进入空气混合室11；当太阳能不充足的时候：风门打向C点，除湿后的空气直接进入空气混合室11，而以上两部分空气在空气混合室11混合后，经风机送去冷凝器加热升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环，而在闭式循环阶段并且当干燥热负荷多余的时候，通过副冷凝器6对外排热，以减轻干燥室的热负荷，实现热负荷的平衡。
而本系统一是实现了烤烟热泵干燥不同阶段的闭式循环与开式循环的适时切换，二是集成了热能回收与干燥工质的旁通，副冷凝器等提升系统热效率的手段和措施，三是辅以太阳能空气集热器以降低压缩机功率，最大限度提升了系统性能(COP)，同时还可以利用蓄热式太阳能空气集热器，进一步降低系统总功率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语″中心″、″上″、″下″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，其特征在于，包括：
热泵系统，所述热泵系统包括压缩机(2)、冷凝器(9)和蒸发器(13)，所述压缩机(2)固定安装在烤烟房墙体(3)上，所述冷凝器(9)安装在烤烟房墙体(3)内设的空气混合室(11)中，所述蒸发器(13)安装在烤烟房墙体(3)内设的干燥室中；
干燥系统，所述干燥系统包括风管(7)、冷凝器(9)、风机(10)和蒸发器(13)，所述风机(10)安装在冷凝器(9)的底部，所述风管(7)安装在烤烟房墙体(3)上并将干燥室与空气混合室(11)相互连通。
2.根据权利要求1所述的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，其特征在于，所述风管(7)的一端设有新风补风口(4)和高湿空气排风口(5)，且风管(7)另一端的对应的烤烟房墙体(3)上安装有太阳能集热器(8)。
3.根据权利要求2所述的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，其特征在于，所述空气混合室(11)的开设的高湿空气排风口(5)处安装有第一板式换热器(12)。
4.根据权利要求2所述的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，其特征在于，所述空气混合室(11)的风口处开设有新风补风口(4)，且新风补风口(4)处安装有可调风阀(1)。
5.根据权利要求1所述的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，其特征在于，所述烤烟房墙体(3)开设的干燥室中安装有第二板式换热器(14)。
6.根据权利要求1-5任一所述的含开闭式循环的太阳能热泵干燥系统，其特征在于，针对烟叶烘烤工艺，此太阳能热泵干燥系统分为3个运行阶段：
A、排湿阶段：系统为开式，此时风门打向B点，而干燥室内的空气吸收物料中的水分成为高湿空气，经过干燥室底部的回风口后分为两路，利用可调风阀(1)来调节空气流量，使得大约40％的湿空气经第二板式换热器(14)与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器(13)降温除湿之后回到第二板式换热器(14)与高湿度的空气换热，预热后直接进入空气混合室(11)或太阳能集热器(8)，当太阳能充足时：风门打向D点，除湿后的空气进入太阳能集热器(8)进一步加热，然后进入空气混合室(11)；当太阳能不充足的时候：风门打向C点，除湿后的空气直接进入空气混合室(11)，而剩余大约60％的空气经第一板式换热器(12)换热后对外排出，同时对引入的新风进行加热，新风由新风补风口(4)补充并在第一板式换热器(12)中经预热后进入空气混合室(11)，这两部分空气在空气混合室(11)混合后，经风机(10)送至冷凝器(9)加热进一步升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环；
B、稳定干燥阶段：系统为闭式，此时风门分别打向A点、D点，干燥室内的空气吸收物料中的水分成为中湿空气，经过干燥室底部的回风口后分为两路；利用可调风阀(1)来调节空气流量，使得大约40％的湿空气经第二板式换热器(14)与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器(13)降温除湿，之后回到第二板式换热器(14)与中湿度的空气换热，预热后进入太阳能集热器(8)进一步加热，然后进入空气混合室(11)，剩余大约60％的空气直接进入空气混合室(11)，而以上两部分空气在空气混合室(11)混合后，经风机(10)送去冷凝器(9)加热升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环，而此时系统处在干燥中期，基本不需要从外界进入新风；
C、升温干燥阶段：系统为闭式，此时风门打向A点，干燥室内的空气吸收物料中的水分成为中湿空气，经过干燥室底部的回风口后全部进入第二板式换热器(14)与除湿后的空气换热，预冷后进入蒸发器(13)降温除湿之后回到第二板式换热器(14)与中湿度的空气换热，当太阳能充足时：风门打向D点，除湿后的空气进入太阳能集热器(8)进一步加热，然后进入空气混合室(11)；当太阳能不充足的时候：风门打向C点，除湿后的空气直接进入空气混合室(11)，而以上两部分空气在空气混合室(11)混合后，经风机送去冷凝器加热升温，再次进入干燥室干燥物料，完成一个循环，而在闭式循环阶段并且当干燥热负荷多余的时候，通过副冷凝器(6)对外排热，以减轻干燥室的热负荷，实现热负荷的平衡。
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