CN112097501A - 一种太阳能梯级利用的复合式干燥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能梯级利用的复合式干燥系统，属于除湿干燥技术领域。所述复合式干燥系统包括喷射式制冷系统、太阳能集热循环系统和空气循环系统，喷射式制冷系统包括发生器、喷射器、第一加热器和除湿器，太阳能集热循环系统包括太阳能集热器、第一加热盘管和第二加热器，第一加热盘管与发生器进行热交换，驱动喷射式制冷工作，待处理气体自干燥室通入空气处理室，依次经过除湿器、第一加热器、第二加热器处理得到干燥气体，最后进入干燥室用于物料干燥。本发明优先利用太阳能驱动喷射式制冷循环，在实现除湿与加热共同进行的同时保证了喷射式制冷的性能；与发生器换热后的余热用于空气侧的第二阶段加热，符合能量匹配充分利用的原则。

Description

一种太阳能梯级利用的复合式干燥系统
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梯级利用的复合式干燥系统。
背景技术
食品干燥主要是去除食品内的水分，以此来方便食品的存储，以及延长食品的放置时间。将潮湿物料置于阳光下暴晒以除去水分是日常生活中最传统的干燥方法，但在南方地区，因空气含湿量较大，导致干燥周期极长，被干燥物料的品质难以得到保证。而且，针对葡萄干、枸杞干等食品，并不适合置于阳光下曝晒以除去水分，为不破坏其原营养成分及口感，需阴干处理，但是晾荫房干燥依然存在周期长、品质差等问题。
随着科技的发展，除湿干燥的方法有很多，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。
专利文献CN 109489388 A公开了一种热泵和太阳能耦合的干燥装置，包括干燥小室、蒸发器、压缩机、冷凝器、太阳能集热器等部件，干燥装置内的循环空气在蒸发器处除湿，在冷凝器处加热，循环空气由风机提供动力，循环使用。该装置系统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。
专利文献CN 204806840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梯级利用干燥系统。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、温度可调、品质有保障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喷射式制冷复合式除湿干燥系统，实现能源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，实现干燥系统宽领域、性能优的应用。同时优化工作条件使得喷射式制冷系统工作在较高效率区域，弥补传统热驱动喷射式制冷性能低的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能梯级利用的复合式干燥系统，包括：
喷射式制冷系统，包括通过管路连接构成循环回路的发生器、喷射器、第一加热器和除湿器，其管路内填充有制冷剂；
太阳能集热循环系统，包括通过管路连接构成循环回路的太阳能集热器、第一加热盘管和第二加热器，其管路内置有载热介质，所述第一加热盘管设于所述发生器上并与之进行热交换；
空气循环系统，包括空气处理室和干燥室，所述除湿器、第一加热器、第二加热器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，再依次经过除湿器、第一加热器、第二加热器处理得到干燥气体，最后进入干燥室用于物料干燥。
本发明中，喷射式制冷循环由太阳能驱动，待处理的气体经过除湿器时释放热量并冷凝出水分，冷凝热经喷射器传递至第一加热器用于加热，第一加热器的另一热源来自太阳能，经过第一加热器后的干燥气体再经过第二加热器进行加热，第二加热器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加热盘管，与发生器进行热交换，驱动喷射式制冷系统的制冷循环，为待处理空气提供除湿条件，依次再通过第二加热器，将热量带给待加热的空气，最后，散热后的载热介质由循环泵泵回太阳能集热器；
喷射式制冷循环由太阳能驱动，热量经发生器传递至第一加热器(即冷凝器)，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器(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第一加热器，经除湿后的干燥气体通过第一加热器进行第一次加热，再通过第二加热器加热，得到干燥气体用于干燥室干燥。
进一步地，所述喷射器和第一加热器之间的管路上设置风冷换热器。通过控制风冷换热器以释放部分热量，实现对第一加热器温度调节。风冷换热器的开启或调频根据干燥物料的干燥条件而定。本发明的冷凝方式并不限于此。
所述第一加热器与除湿器之间的管路上设有节流阀。
进一步地，所述除湿器和发生器之间的管路上设置热回收器，所述第二加热器和太阳能集热器之间的管路上设置热回收盘管，所述热回收盘管设于所述热回收器上并与之进行热交换。喷射式制冷循环系统中制冷剂循环泵出口的制冷剂经热回收器回收太阳能余热，预热发生器前的制冷剂，以实现能量最大化利用。
进一步地，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。
风机将干燥室内待处理气体引入空气处理室，首先经过除湿器(即蒸发器)，吸收湿空气中的显热和潜热，较高的露点温度提高了喷射式制冷系统的蒸发器工作条件，从而显著提升喷射式制冷系统性能；同时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，再依次经第一加热器和第二加热器加热，得到具高温低湿特性的空气，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。
进一步地，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。
进一步地，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。
进一步地，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。
所述制冷剂可以为R245fa，但本发明的制冷剂并不限于此。
所述载热介质可以为水或导热油，但本发明可采用的载热介质并不限于此。
当水作为载热介质，集热器出口温度不超过100℃，热量用于驱动喷射式制冷后，余热进入第二加热器，第二加热器可升温至35-70℃，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果蔬干、黄花菜、木耳、干菜干等需要质保特殊处理的食品。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。
导热油作为载热介质，集热器出口温度可超过100℃，热量用于驱动喷射式制冷后，余热进入第二加热器，第二加热器可升温至60-100℃，可调节温度并不限于此，该温度下的干燥风特别适合用于高温干燥物料。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梯级利用的复合式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，先经过除湿器进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程释放的热量经喷射器传递至第一加热器；
(2)太阳能集热循环系统与发生器进行热交换，驱动喷射式制冷循环，经喷射器后制冷剂携带热量传递至第一加热器，经除湿后的干燥气体通过第一加热器进行第一次加热；
(3)经第一次加热后的干燥气体通过第二加热器，利用与发生器热交换之后的太阳能余热对干燥气体进行再次加热；
(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。
进一步地，所述待处理气体包括部分室外新风与室内回风。
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喷射式制冷复合式系统应用于除湿干燥设备中，利用太阳能驱动喷射式制冷工作，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喷射式制冷循环，在实现除湿与加热共同进行的同时保证了喷射式制冷的性能；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；太阳能回水通过热回收器为制冷剂预热，实现太阳能的最后一级利用，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的太阳能梯级利用复合式干燥系统示意图。
图2为实施例2的太阳能梯级利用复合式干燥系统示意图。
其中：1、发生器；2、喷射器；3、第一加热器；4、除湿器；5、第一循环泵；6、热回收器；7、节流阀；8、太阳能集热器；9、第一加热盘管；10、第二加热器；11、热回收盘管；12、第二循环泵；13、回风口；14、送风口；15、排风口；16、风冷换热器；A、空气处理室；B、干燥室。
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，但本发明并不局限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种太阳能梯级利用的复合式干燥系统，包括：喷射式制冷系统、太阳能集热循环系统和空气循环系统。
喷射式制冷系统包括通过管路连接发生器1、喷射器2、第一加热器3、除湿器4、第一循环泵5和热回收器6，从而构成一个循环回路，其系统管路内置有制冷剂。第一加热器3与除湿器4之间的管路上设有节流阀7。
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8、第一加热盘管9、第二加热器10、热回收盘管11和第二循环泵12，从而构成一个循环回路，其系统管路内置有载热介质。
其中第一加热盘管9设于发生器1上并与之进行热交换，第一加热盘管9内载热介质携带的太阳能热量传递至发生器1，进而驱动喷射式制冷系统的制冷剂循环；
热回收盘管11设于热回收器6上并与之进行热交换。
空气循环系统包括空气处理室A和干燥室B，除湿器4、第一加热器3、第二加热器10依次设于空气处理室内，空气处理室与干燥室的共壁面开设有回风口13和送风口14，回风口13设有将干燥室气体吹入空气处理室的风机，送风口14采用孔板送风。干燥室还设有排风口15。
上述太阳能梯级利用的复合式干燥系统的运行方法，包括：
(1)待处理气体自干燥室回风口13进入空气处理室，先经过除湿器4进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程释放的热量经喷射器2传递至第一加热器3；
(2)太阳能集热循环系统与发生器1进行热交换，驱动喷射式制冷循环，经喷射器2后制冷剂携带热量传递至第一加热器3，经除湿后的干燥气体通过第一加热器3进行第一次加热，制冷剂在泵回发生器1之前经热回收器6吸收太阳能余热；
(3)经第一次加热后的干燥气体通过第二加热器10，利用与发生器1热交换之后的太阳能余热对干燥气体进行再次加热；
(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海南海口地区(室外温度35.1℃、湿度59.3％、含湿量21.5g/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R245fa为制冷剂的喷射式制冷，获取除湿器端低温为12℃，用于除湿(性能系数约为0.35)，除湿后的空气经第一加热器升温为35℃后进入第二加热器，利用太阳能余热再次升温为50℃，处理完成的空气(送风温度50℃、湿度10.8％、含湿量8.82g/kg)经送风口送入干燥室(室内温度30℃、湿度61.8％、含湿量16.72g/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。
以去除1kg水分为例，新风比30％，混合空气降温除湿总负荷为5468kJ，第一次加热总负荷为2874kJ，第二次加热总负荷为1942kJ，本实施例与新疆地区传统凉荫房相比，送风与室内的含湿量差增大约4.3倍，可将干燥周期从45天缩短为10.7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1.53kW·h，节能效果显著。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，在喷射器2和第一加热器3之间的管路上增设风冷换热器16。通过控制风冷换热器16以释放部分热量，实现对第一加热器3温度调节。风冷换热器16的开启或调频根据干燥物料的干燥条件而定。
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，同时提高喷射制冷的工作条件，使得喷射式制冷系统工作在较高效率区域，这样即弥补了传统太阳能喷射式制冷系统的运行缺点，而且系统加入回热装置，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 (9)

1.一种太阳能梯级利用的复合式干燥系统，其特征在于，所述复合式干燥系统包括：
喷射式制冷系统，包括通过管路连接构成循环回路的发生器、喷射器、第一加热器和除湿器，其管路内填充有制冷剂；
太阳能集热循环系统，包括通过管路连接构成循环回路的太阳能集热器、第一加热盘管和第二加热器，其管路内置有载热介质，所述第一加热盘管设于所述发生器上并与之进行热交换；
空气循环系统，包括空气处理室和干燥室，所述除湿器、第一加热器、第二加热器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，再依次经过除湿器、第一加热器、第二加热器处理得到干燥气体，最后进入干燥室用于物料干燥。
2.如权利要求1所述的太阳能梯级利用的复合式干燥系统，其特征在于，所述喷射器和第一加热器之间的管路上设置风冷换热器。
3.如权利要求1所述的太阳能梯级利用的复合式干燥系统，其特征在于，所述除湿器和发生器之间的管路上设置热回收器，所述第二加热器和太阳能集热器之间的管路上设置热回收盘管，所述热回收盘管设于所述热回收器上并与之进行热交换。
4.如权利要求1所述的太阳能梯级利用的复合式干燥系统，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。
5.如权利要求1所述的太阳能梯级利用的复合式干燥系统，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所述的太阳能梯级利用的复合式干燥系统，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。
7.如权利要求1所述的太阳能梯级利用的复合式干燥系统，其特征在于，所述干燥室设有排风口。
8.如权利要求1-7任一项所述的太阳能梯级利用的复合式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，先经过除湿器进行除湿，气体冷凝出水分并释放热量，此过程释放的热量经喷射器传递至第一加热器；
(2)太阳能集热循环系统与发生器进行热交换，驱动喷射式制冷循环，经喷射器后制冷剂携带热量传递至第一加热器，经除湿后的干燥气体通过第一加热器进行第一次加热；
(3)经第一次加热后的干燥气体通过第二加热器，利用与发生器热交换之后的太阳能余热对干燥气体进行再次加热；
(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。
9.如权利要求8所述的太阳能梯级利用的复合式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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