CN111795552B - 一种两级压缩热泵干燥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两级压缩热泵干燥系统，包括热泵系统和干燥系统两个单元，热泵系统由压缩机、风道冷凝器、室外冷凝器、风道高温蒸发器、风道低温蒸发器、室外蒸发器、回热器、节流部件、气液分离器、闪发蒸气分离器、电动控制阀组成；干燥系统由干燥箱、循环风机、排湿风机、主风道、旁通风道、风量调节阀、风口、温湿度传感器、控制器组成。本发明优点在于能够实现热湿空气的分级处理和温湿度独立控制，大大提高热泵干燥系统的性能、降低压缩机的功耗和减少高品位电能的消耗；能够满足预热、变温干燥阶段的需求，可以进行开式、半封闭式和封闭式干燥模式的切换，以满足不同季节不同物料的干燥工艺要求。

Description

一种两级压缩热泵干燥系统
技术领域
本发明属于干燥领域，具体涉及一种两级压缩热泵干燥系统。
背景技术
干燥是农产品加工的重要方式。传统的干燥方法为自然干燥法, 虽然节能，但干燥时间长，容易受气候变化、微生物污染等多方面的影响。热风干燥是目前最常用的干燥技术, 具有设备简单、操作容易和成本低廉等优势, 但热风干燥能源消耗较大、干燥不均、产品品质参差不齐。空气源热泵干燥是一种高效节能、环境友好、干燥条件可调节范围宽的热风干燥方法，它同时可很好地保持各种营养成分, 减少营养损失，具有广泛应用前景。但目前空气源热泵干燥系统仍存在一些问题，最主要的问题之一就是从干燥室出来的温度较高、湿度较大的热湿空气，需采用较低的蒸发温度来实现热湿空气的除湿过程，在除湿的过程中，损失了显热，同时压缩机的耗功较大。另外，热泵干燥系统的冷凝压力过高，制冷剂通过节流阀时的节流损失过大，导致系统整体性能下降。因此改善热泵系统循环和干燥系统的结构，以降低压缩机的功耗、减少高品位电能的消耗和提高热泵干燥系统的整体性能对热泵干燥系统的推广应用尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种两级压缩热泵干燥系统，该系统采用一台压缩机实现两级压缩，从而实现热湿空气的分级处理和温湿度独立控制，减小节流损失和压缩机的功耗，达到减少高品位能量的消耗、提高系统能源利用率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：所述两级压缩热泵干燥系统包括热泵子系统和干燥子系统两个单元。热泵子系统由压缩机1、风道冷凝器2a、室外冷凝器2b、风道高温蒸发器3a、风道低温蒸发器3b、室外蒸发器3c、回热器4、第一节流部件5a、第二节流部件5b、气液分离器6、闪发蒸气分离器7、第一电动控制阀8a、第二电动控制阀8b、第三电动控制阀8c、第四电动控制阀8d、第五电动控制阀8e组成，所述压缩机1设置排气口、低压吸气口和高压吸气口，压缩机1的排气口、第一电动控制阀8a、风道冷凝器2a进口依次串接，风道冷凝器2a出口经第一节流部件5a、闪发蒸气分离器7分为两支路，其中的一支路经第三电动控制阀8c与风道高温蒸发器3a入口相连，风道高温蒸发器3a出口与闪发蒸气分离器7的蒸气出口汇合，然后经气液分离器6与压缩机1的高压吸气口串接，另一支路经回热器4、第二节流部件5b、第四电动控制阀8d与风道低温蒸发器3b入口相连，风道低温蒸发器3b出口经回热器4与压缩机1的低压吸气口串接；干燥子系统由干燥箱9、循环风机10a、排湿风机10b、主风道11a、旁通风道11b、第一风量调节阀12a、第二风量调节阀12b、送风口13、出风口14、吸风口15、第一排风口16a、第二排风口16b、第一温湿度传感器19a、第二温湿度传感器19b、第一控制器20a和第二控制器20b组成，所述风道冷凝器2a置于主风道11a内或干燥箱9内，所述风道高温蒸发器3a、风道低温蒸发器3b置于主风道11a内，主风道11a内设置循环风机10a；所述干燥箱9内的高湿空气从出风口14进入主风道11a, 然后沿着主风道11a依次通过风道高温蒸发器3a、风道低温蒸发器3b、循环风机10a、风道冷凝器2a后，变成高温低湿空气，经过第一风量调节阀12a、出风口14进入干燥箱9，风道高温蒸发器3a底部设置积水盘17a和冷凝水管18a，风道低温蒸发器3b底部设置积水盘17b和冷凝水管18b，室外蒸发器3c底部设置积水盘17c和冷凝水管18c。
所述室外冷凝器2b的进口、出口分别与压缩机1排气口、风道冷凝器2a出口相连接，室外冷凝器2b入口处还设置第二电动控制阀6b。
所述室外蒸发器3c的进口经第五电动控制阀8e与第二节流部件5b相连，其出口经回热器4与压缩机1的低压吸气口串接。
所述主风道11a的吸风段和出风段上分别设置吸风口15和第一排风口16a、第一风量调节阀12a，以实现开式、半封闭式和封闭式干燥系统的切换以及风量的调节。
所述风道高温蒸发器3a的进风风道上设旁通风道11b，旁通风道11b的进口处设置第二风量调节阀12b, 旁通风道11b的出口接入风道低温蒸发器3b的出风风道上。所述干燥箱9的顶部设置排湿风机10b及第二排风口16b。
所述干燥箱9入口处风道设第一温湿度传感器19a，第一温湿度传感器19a的电信号输出端与第一控制器20a相连，第一控制器20a还与第一电动控制阀8a、第二电动控制阀8b、第三电动控制阀8c、第四电动控制阀8d、第五电动控制阀8e、压缩机1、循环风机10a的电信号线相连。所述干燥箱9的出风口14处风道设第二温湿度传感器19b，第二温湿度传感器19b的电信号输出端与第二控制器20b相连，第二控制器20b还与排湿风机10b的电信号相连，排湿风机10b与第二排风口16b联锁控制。
所述第一节流部件5a、第二节流部件5b为手动节流阀、毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀中的一种或几种。
所述热泵子系统所采用的工作介质为R134a、R1234yf、R152a、R32、R290、R600a等HFC或HC类制冷剂的任何一种。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种两级压缩热泵干燥系统，采用一台压缩机实现两级压缩。该热泵干燥系统能够满足预热、变温干燥阶段的需求，可以实现开式、半封闭式和封闭式干燥系统的切换。风道内设置两个蒸发温度不同的蒸发器，从而实现热湿空气的分级处理和温湿度独立控制，即从干燥室出来的热湿空气先通过蒸发温度较高的蒸发器（风道高温蒸发器）来消除全部显热或大部分显热、小部分潜热，空气温度降低之后再通过蒸发温度较低的蒸发器（风道低温蒸发器）以消除全部潜热（除湿）或小部分显热、大部分潜热，风道高温蒸发器的制冷剂出口与压缩机的高压吸入口相连，风道低温蒸发器的制冷剂出口与压缩机的低压吸入口相连，这样可以大大减小节流损失、降低压缩机的功耗，从而提高热泵干燥系统的性能和减少高品位电能的消耗；另外，本发明还设置了室外蒸发器、室外冷凝器、吸风口、排风口、旁通风道及风量调节阀以调节干燥箱的送风参数，满足不同物料的干燥工艺要求。
附图说明
图1是本发明的工作原理图。图1中的空心箭头表示系统各部分间所连管道中的制冷工质流向，实心箭头表示干燥介质—空气的流向。
附图标记：1-压缩机, 2a-风道冷凝器, 2b-室外冷凝器, 3a-风道高温蒸发器,3b-风道低温蒸发器, 3c-室外蒸发器, 4-回热器, 5a-第一节流部件, 5b-第二节流部件,6-气液分离器, 7-闪发蒸气分离器, 8a-第一电动控制阀, 8b-第二电动控制阀, 8c-第三电动控制阀, 8d-第四电动控制阀, 8e-第五电动控制阀, 9-干燥箱, 10a-循环风机,10b-排湿风机, 11a-主风道, 11b-旁通风道, 12a-第一风量调节阀, 12b-第二风量调节阀, 13-送风口, 14-出风口, 15-吸风口, 16a-第一排风口, 16b-第二排风口, 17a、17b、17c-积水盘, 18a、18b、18c-冷凝水管, 19a-第一温湿度传感器，19b-第二温湿度传感器，20a-第一控制器，20b-第二控制器。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出本实施例只用于对本发明做进一步解释说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟知人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进与调整。
本发明具体实施方式如下：所述两级压缩热泵干燥系统由热泵子系统、干燥子系统组成；
所述热泵子系统由压缩机1、风道冷凝器2a、室外冷凝器2b、风道高温蒸发器3a、风道低温蒸发器3b、室外蒸发器3c、回热器4、第一节流部件5a、第二节流部件5b、气液分离器6、闪发蒸气分离器7、第一电动控制阀8a、第二电动控制阀8b、第三电动控制阀8c、第四电动控制阀8d、第五电动控制阀8e组成，所述压缩机1设置排气口、低压吸气口和高压吸气口，压缩机1的排气口、第一电动控制阀8a、风道冷凝器2a进口依次串接，风道冷凝器2a出口经第一节流部件5a、闪发蒸气分离器7分为两支路，其中的一支路经第三电动控制阀8c与风道高温蒸发器3a入口相连，风道高温蒸发器3a出口与闪发蒸气分离器7的蒸气出口汇合，然后经气液分离器6与压缩机1的高压吸气口串接，另一支路经回热器4、第二节流部件5b、第四电动控制阀8d与风道低温蒸发器3b入口相连，风道低温蒸发器3b出口经回热器4与压缩机1的低压吸气口串接；所述室外冷凝器2b的进口、出口分别与压缩机1排气口、风道冷凝器2a出口相连接，室外冷凝器2b入口处还设置第二电动控制阀6b。所述室外蒸发器3c的进口经第五电动控制阀8e与第二节流部件5b相连，其出口经回热器4与压缩机1的低压吸气口串接。所述第一节流部件5a、第二节流部件5b为手动节流阀、毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀中的一种或几种。所述热泵子系统所采用的工作介质为R134a、R1234yf、R152a、R32、R290、R600a等HFC或HC类制冷剂的任何一种；
所述干燥子系统由干燥箱9、循环风机10a、排湿风机10b、主风道11a、旁通风道11b、第一风量调节阀12a、第二风量调节阀12b、送风口13、出风口14、吸风口15、第一排风口16a、第二排风口16b、第一温湿度传感器19a、第二温湿度传感器19b、第一控制器20a和第二控制器20b组成，所述风道冷凝器2a置于主风道11a内或干燥箱9内，所述风道高温蒸发器3a、风道低温蒸发器3b置于主风道11a内，主风道11a内设置循环风机10a；所述干燥箱9内的高湿空气从出风口14进入主风道11a, 然后沿着主风道11a依次通过风道高温蒸发器3a、风道低温蒸发器3b、循环风机10a、风道冷凝器2a后，变成高温低湿空气，经过第一风量调节阀12a、出风口14进入干燥箱9，风道高温蒸发器3a底部设置积水盘17a和冷凝水管18a，风道低温蒸发器3b底部设置积水盘17b和冷凝水管18b，室外蒸发器3c底部设置积水盘17c和冷凝水管18c。所述风道高温蒸发器3a的进风风道上设旁通风道11b，旁通风道11b的进口处设置第二风量调节阀12b, 旁通风道11b的出口接入风道低温蒸发器3b的出风风道上。所述干燥箱9的顶部设置排湿风机10b及第二排风口16b。所述主风道11a的吸风段和出风段上分别设置吸风口15和第一排风口16a、第一风量调节阀12a，以实现开式、半封闭式和封闭式干燥系统的切换以及风量的调节。
所述干燥箱9入口处风道设第一温湿度传感器19a，第一温湿度传感器19a的电信号输出端与第一控制器20a相连，第一控制器20a还与第一电动控制阀8a、第二电动控制阀8b、第三电动控制阀8c、第四电动控制阀8d、第五电动控制阀8e、压缩机1、循环风机10a的电信号线相连。所述干燥箱9的出风口14处风道设第二温湿度传感器19b，第二温湿度传感器19b的电信号输出端与第二控制器20b相连，第二控制器20b还与排湿风机10b的电信号相连，排湿风机10b与第二排风口16b联锁控制。
在本发明中，当热泵干燥系统启动时，第二电动控制阀8b、第三电动控制阀8c、第四电动控制阀8d均关闭，第一电动控制阀8a和第五电动控制阀8e均打开，启动压缩机1和循环风机10a，实现中间补气的室外空气源热泵两级压缩循环，开始干燥的预热阶段。中间补气的室外空气源热泵两级压缩循环的具体工作过程为：来自室外蒸发器3c的低压气态制冷剂经过回热器4之后，进入压缩机1的低压吸气口，来自于风道冷凝器2a的液态制冷剂经过第一节流阀5a节流之后变成湿蒸气，湿蒸气经过闪发蒸气分离器7分离出来的制冷剂蒸气通过气液分离器6进入压缩机1的高压吸气口。压缩机1出来的高温高压蒸气进入风道冷凝器2a, 冷凝放热以加热主风道11a内的空气之后变成高温高压液体，再经第一节流阀5a、闪发蒸气分离器7、回热器4、第二节流阀5b，进入室外蒸发器3c。与风道冷凝器2a内的制冷剂进行热量交换的空气温度升高之后经过送风口13进入干燥箱9。室外蒸发器3c表面产生的冷凝水流入积水盘17c，经冷凝水管18c排除。当第一温湿度传感器19a所检测到的温湿度达到了设定的干燥温湿度时, 控制器21a发出动作打开第一电动控制阀8a、第三电动控制阀8c、第四电动控制阀8d，关闭第二电动控制阀8b和第五电动控制阀8e，实现风道内空气源热泵两级压缩循环，进入干燥阶段。风道内空气源热泵两级压缩循环的具体工作过程为：来自风道高温蒸发器3a的制冷剂蒸气与来自闪发蒸气分离器7的制冷剂蒸气汇合后经过气液分离器6之后，进入压缩机1的高压吸气口，而来自风道低温热源蒸发器3b的制冷剂经过回热器4之后，进入压缩机1的低压吸气口，二者在压缩机1内升温升压后变成高温高压蒸气，再进入风道冷凝器2a, 冷凝放热以加热主风道11a内的空气之后，变成高温高压液体，依次经过第一节流阀5a、闪发蒸气分离器7，一部分进入风道高温蒸发器3a, 另一部分依次经回热器4、第二节流阀5b后进入风道低温热源蒸发器3b。与风道冷凝器2a内的制冷剂进行热量交换的空气温度升高之后经过送风口13进入干燥箱9。进入干燥箱9的高温低湿空气与干燥箱9内的物料进行热湿交换之后，温度降低，湿度增加，然后流出出风口14并沿着主风道11a流过风道高温蒸发器3a，与风道高温蒸发器3a内的制冷剂换热之后，温度和湿度降低，然后流经风道低温蒸发器3b，与风道低温蒸发器3b内的制冷剂换热之后，温度和湿度进一步降低，通过循环风机10a送往风道冷凝器2a。风道高温蒸发器3a和风道低温蒸发器3b表面产生的冷凝水流入积水盘17a、17b，经冷凝水管18a、18b排除。当第一温湿度传感器19a所检测到的温度高于设定温度时，第一控制器20a发出动作打开第二电动控制阀8b，减少通过风道冷凝器2a的制冷剂流量，通过室外冷凝器2b将多余的冷凝热释放到室外空气中，直到第一温湿度传感器19a所检测到的温度等于设定温度时，重新关闭第二电动控制阀8b。当第一温湿度传感器19a所检测到的湿度低于设定湿度时，打开第二风量调节阀12b，直到第一温湿度传感器19a所检测到的湿度等于设定湿度时。当第二温湿度传感器19b所检测到的湿度高于所设定湿度时，第二控制器20b发出动作打开排湿风机10b, 并联锁打开第二排风口16b。
以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和发明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述两级压缩热泵干燥系统包括热泵子系统和干燥子系统两个单元。热泵子系统由压缩机（1）、风道冷凝器（2a）、室外冷凝器（2b）、风道高温蒸发器（3a）、风道低温蒸发器（3b）、室外蒸发器（3c）、回热器（4）、第一节流部件（5a）、第二节流部件（5b）、气液分离器（6）、闪发蒸气分离器（7）、第一电动控制阀（8a）、第二电动控制阀（8b）、第三电动控制阀（8c）、第四电动控制阀（8d）、第五电动控制阀（8e）组成，所述压缩机（1）设置排气口、低压吸气口和高压吸气口，压缩机（1）的排气口、第一电动控制阀（8a）、风道冷凝器（2a）进口依次串接，风道冷凝器（2a）出口经第一节流部件（5a）、闪发蒸气分离器（7）分为两支路，其中的一支路经第三电动控制阀（8c）与风道高温蒸发器（3a）入口相连，风道高温蒸发器（3a）出口与闪发蒸气分离器（7）的蒸气出口汇合，然后经气液分离器（6）与压缩机（1）的高压吸气口串接，另一支路经回热器（4）、第二节流部件（5b）、第四电动控制阀（8d）与风道低温蒸发器（3b）入口相连，风道低温蒸发器（3b）出口经回热器（4）与压缩机（1）的低压吸气口串接；干燥子系统由干燥箱（9）、循环风机（10a)、排湿风机（10b）、主风道（11a）、旁通风道（11b）、第一风量调节阀（12a）、第二风量调节阀（12b）、送风口（13）、出风口（14）、吸风口（15）、第一排风口（16a）、第二排风口（16b）、第一温湿度传感器（19a）、第二温湿度传感器（19b）、第一控制器（20a）和第二控制器（20b）组成，所述风道冷凝器（2a）置于主风道（11a）内或干燥箱（9）内，所述风道高温蒸发器（3a）、风道低温蒸发器（3b）置于主风道（11a）内，主风道（11a）内设置循环风机（10a）；所述干燥箱（9）内的高湿空气从出风口（14）进入主风道（11a）, 然后沿着主风道（11a）依次通过风道高温蒸发器（3a）、风道低温蒸发器（3b）、循环风机（10a）、风道冷凝器（2a）后，变成高温低湿空气，经过第一风量调节阀（12a）、出风口（14）进入干燥箱（9），风道高温蒸发器（3a）底部设置积水盘（17a）和冷凝水管（18a），风道低温蒸发器（3b）底部设置积水盘（17b）和冷凝水管（18b），室外蒸发器（3c）底部设置积水盘（17c）和冷凝水管（18c）。
2.根据权利要求1所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述室外冷凝器（2b）的进口、出口分别与压缩机（1）排气口、风道冷凝器（2a）出口相连接，室外冷凝器（2b）入口处还设置第二电动控制阀（6b）。
3.根据权利要求1所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述室外蒸发器（3c）的进口经第五电动控制阀（8e）与第二节流部件（5b）相连，其出口经回热器（4）与压缩机（1）的低压吸气口串接。
4.根据权利要求1所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述主风道（11a）的吸风段和出风段上分别设置吸风口（15）和第一排风口（16a）、第一风量调节阀（12a），以实现开式、半封闭式和封闭式干燥系统的切换以及风量的调节。
5.根据权利要求1所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述风道高温蒸发器（3a）的进风风道上设旁通风道（11b），旁通风道（11b）的进口处设置第二风量调节阀（12b）,旁通风道（11b）的出口接入风道低温蒸发器（3b）的出风风道上。所述干燥箱（9）的顶部设置排湿风机（10b）及第二排风口（16b）。
6.根据权利要求1~5任一项所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述干燥箱（9）入口处风道设第一温湿度传感器（19a），第一温湿度传感器（19a）的电信号输出端与第一控制器（20a）相连，第一控制器（20a）还与第一电动控制阀（8a）、第二电动控制阀（8b）、第三电动控制阀（8c）、第四电动控制阀（8d）、第五电动控制阀（8e）、压缩机（1）、循环风机（10a）的电信号线相连。所述干燥箱（9）的出风口（14）处风道设第二温湿度传感器（19b），第二温湿度传感器（19b）的电信号输出端与第二控制器（20b）相连，第二控制器（20b）还与排湿风机（10b）的电信号相连，排湿风机（10b）与第二排风口（16b）联锁控制。
7.根据权利要求1~3任一项所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述第一节流部件（5a）、第二节流部件（5b）为手动节流阀、毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的两级压缩热泵干燥系统，其特征在于：所述热泵子系统所采用的工作介质为R134a、R1234yf、R152a、R32、R290、R600aHFC或HC类制冷剂的任何一种。
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