CN112923681A - 热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，包括热泵系统、干燥箱，干燥箱的进风口与出风口分别与热泵系统通过通风管道连接，干燥箱的内部设置两个托架、若干托盘、全面孔板，托盘的两端分别与托架连接，托盘倾斜设置，高度较低的一端靠近进风口的位置，高度较高的一端靠近出风口的位置，全面孔板设置两个，分别位于进风口和出风口与托架之间，全面孔板、托架和托盘上设置若干通风孔，上层托盘的底部高于下层托盘的顶部。解决物料加热不均匀的问题。并且无运动部件，结构简单。此外，整个系统节水、热能利用充分、处理物料灵活，且热效率高。

Description

热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统

技术领域

本发明属于干燥技术领域，具体涉及热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

干燥指借助热能将物料内部的水分分离并除去的技术，广泛应用于化工、食品、医药、农林等产业领域。干燥是一种耗能非常高的过程。在发达国家，约有9％～25％的能源用于干燥过程；对于许多工业生产部门，15％以上的工业能源用于干燥过程。干燥不仅耗能多，排出的有害污染物也是环境污染的重要来源。随着人类社会对环境保护的要求越来越高，以及能源价格的不断提高，如何提高干燥效率，降低过程能耗，减少对环境的危害，是干燥发展的方向。

常见的干燥技术有热风干燥、热泵干燥、真空冷冻干燥、微波干燥、红外干燥、气体射流冲击干燥等。其中，热泵干燥是随热泵技术而发展起来的，具有节能减排的显著优势。热泵干燥设备中空气介质处于密封环境中，空气在循环过程中其携带物料中的粉尘、挥发性物质及有害气体等可以经过处理后再排放，可减少干燥过程对环境带来的危害。热泵干燥过程中可能会生成冷凝水，但目前往往是把冷凝水直接排放，没有进行回收利用。

物料在干燥过程中往往存在加热不均匀的问题，从而影响到物料的品质。为了解决此问题，有的直接将干燥箱设计成回转圆筒式、翻板式、网带式、和塔式等；有的在干燥箱内对托盘采用转动和滚动技术，如采用转盘、转鼓、转筒、螺旋转动，履带滚动等；有的在干燥箱内增加风机以增强对箱内空气的扰动；有的对干燥箱进风口和排放口的位置进行调整，等等。这些方式虽然可以解决干燥不均匀问题，但往往设计复杂、增加设备投资和运行成本，或者并不能解决加热不均匀的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，包括热泵系统、干燥箱，干燥箱的进风口与出风口分别与热泵系统通过通风管道连接，干燥箱的内部设置两个托架、若干托盘、全面孔板，托盘的两端分别与托架连接，托盘倾斜设置，高度较低的一端靠近进风口的位置，高度较高的一端靠近出风口的位置，全面孔板设置两个，分别位于进风口和出风口与托架之间，全面孔板、托架和托盘上设置若干通风孔，上层托盘的底部高于下层托盘的顶部。

相比于现有技术，利用干燥箱解决了物料干燥的均匀性问题。相比于现有的干燥方式，无需进行转动和滚动等复杂的干燥方式，现有的干燥方式，是通过对空气的扰动或这对使物料进行运动，提高接触效果，本发明，无需复杂的方式，可以实现物料干燥的均匀性。降低成本，干燥的物料品质好。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

(1)干燥箱内全面孔板、可调高度与倾斜度的搁架、倾斜多孔的托盘使得干燥箱内所有物料在干燥过程都是直接与干燥箱进口的干热空气接触，不会存在加热不均匀的现象，从而解决物料加热不均匀的问题。并且无运动部件，结构简单。

(2)充分利用干燥过程中物料中挥发的水分，可以给系统自供水，减少对水资源的消耗，节水。

(3)冷凝器加热-热管热回收-再热器微调的三段加热方式，使得整个系统的热能利用充分、热效率高。

(4)干燥箱可以进行串并联组合，增加物料同时干燥的处理品种和物料干燥量的灵活性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统结构图；

图2为蒸发器管路连接示意图；

图3为托盘示意图；

其中，1、压缩机，2-1、第一冷凝器，2-2、冷凝器，3、膨胀阀，4、蒸发器，5、风管，6、旁通阀，7、三通阀，8、热管，9、变频风机，10、再热器，11、风阀，12、干燥箱，13、冷凝水管，14、冷凝水箱，15、自动排气阀，16、液位感应器，17、水泵，18、排水管，19、全面孔板，20、托盘，21、滑轮，22、托架，23、充液管，24、开关阀，25、排污管，26、排污阀，27、隔板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，包括热泵系统、干燥箱，干燥箱的进风口与出风口分别与热泵系统通过通风管道连接，干燥箱的内部设置两个托架、若干托盘、全面孔板，托盘的两端分别与托架连接，托盘倾斜设置，高度较低的一端靠近进风口的位置，高度较高的一端靠近出风口的位置，全面孔板设置两个，分别位于进风口和出风口与托架之间，全面孔板、托架和托盘上设置若干通风孔，上层托盘的底部高于下层托盘的顶部。

在本发明的一些实施方式中，托盘上沿着进风口和出风口的方向上设置若干隔板，托盘靠近进风口的一端设置挡板，挡板与隔板相互垂直。

在本发明的一些实施方式中，挡板高度为托盘内烘干物料高度的1/6-1/10。

在本发明的一些实施方式中，通风管道上设置的干燥箱的数量为一个或多个。

在本发明的一些实施方式中，热泵系统包括蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器，蒸发器的出风口与第二冷凝器连接，蒸发器与第二冷凝器、第一冷凝器通过冷凝剂管路连接，蒸发器和第二冷凝器分别位于通风管道上。

可选的，通风管道上在第二冷凝器的出口处设置风机。

可选的，冷凝剂管路上设置压缩机、膨胀阀。

在本发明的一些实施方式中，蒸发器的内部靠近进风口的位置设置全面孔板，蒸发器的底部倾斜设置。

在本发明的一些实施方式中，第一冷凝器包括冷凝水箱和冷凝水箱内部的冷凝器，蒸发器底部，倾斜的低端位置与第一冷凝器通过冷凝水管连接，第一冷凝器与冷凝水排出管连接，蒸发器底部倾斜的低端位置连接排污管，冷凝水管的接口位于排污管接口的上方的侧壁上。

可选的，冷凝水排出管上设置水泵。

可选的，排污管上设置排污阀。

可选的，蒸发器的顶部连接充液管，充液管上设置开关阀。

在本发明的一些实施方式中，还包括热管，热管的两端分别与通风管道的内部，其中一端位于蒸发器的入口端，另一端位于第二冷凝器的出口端。

在本发明的一些实施方式中，还包括再热器，再热器设置在通风管道的热管与干燥箱之间的位置，再热器与外加热源连接。

首先，对节能干燥系统的主要结构进行阐述：

热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，是一种主要通过热泵进行干燥的系统，干燥箱内放置需要干燥的物料，干燥箱的进风口和出风口分别与通过通风管道与热泵系统连接，干燥的热风通过进风口和出风口的过程中与物料接触进行干燥。

干燥箱的内部包括托架、托盘、全面孔板，全面孔板与干燥箱内壁有距离间隔，形成静压室，以便降噪均压，便于进来的干热空气和排出的湿热空气在干燥箱内生成平行流，保证了物料在高度方向上的均匀。

全面孔板、托架和托盘上设置若干通风孔。热风可以直接通过全面孔板、托架和托盘，带走水分。托盘倾斜设置再加上全面孔板的设置，实现了物料干燥的均匀性。全面孔板和倾斜多孔的托盘使得干燥箱内所有物料在干燥过程都是直接与干燥箱进口的干热空气接触，不会存在不均匀的现象，从而解决物料加热不均匀的问题。避免影响干燥后的物料的品质。

干燥起始和结束时只需要通过托架的滑轮将物料推入，在整个干燥过程中没有任何运动部件，设计简单，运行方便。放置托盘的托架可以根据物料干燥要求调节托盘的倾斜度和各层托盘之间的高度。

相比于现有的回转圆筒式、翻板式、网带式、和塔式等的干燥箱设计，及转动和滚动技术进行干燥的方法，可以实现干燥的均匀性，解决了加热不均匀的问题。

托盘倾斜设置，若干托盘倾斜设置，保证上层托盘的底部高于下层托盘的顶部，这样水平的平行流穿过倾斜多孔的托盘，又近似平行地流向全面孔板的排出孔，不会存在气流方向上后面干燥物料受到前面物料热湿影响的现象。

托盘的倾斜角度与物料的种类相关，不同的物料种类设置不同的高度，并且托盘的倾斜角度，满足物料不会从托盘上滑落。

其次，对各个细节的结构进行分别阐述：

托盘上沿着进风口和出风口的方向上设置若干隔板，托盘靠近进风口的一端设置挡板，挡板与隔板相互垂直。隔板使托盘上的物料相互间隔。隔板间隔与需要干燥的物料形体有关。挡板的作用是阻挡物料从托盘上滑落。挡板高度为托盘内烘干物料高度的1/6-1/10。。挡板的高度在上述范围内，可以根据物料的形态进行设置。同时这个挡板的高度也与托盘的倾斜角度和物料的厚度有关，挡板越低，热风与物料的接触更加充分，挡板的高度对干燥的速率和干燥的物料的量具有一定的关系。但是，只要挡板在托盘倾斜高度的一定范围内，就会减少对物料干燥的影响。

全面孔板与进风口或出风口之间的距离通过计算可得。

通风管道上设置的干燥箱的数量为一个或多个。干燥箱可串联、并联及串并联组合使用。

串联针对不同除湿率的物料，这样物料经过干燥箱后排出的热风含湿量不同。当前一级干燥箱的排气不会对后一级干燥箱的物料产生不利影响，甚至可以有意识地让前一级干燥箱的排气对后一级干燥箱的物料产生影响，比如先对苹果干燥，后对蓝莓干燥，利用苹果干燥箱排气中携带的苹果挥发物质增加蓝莓的香气，这样可以增加蓝莓的口感。

并联针对相同物料，以解决单个干燥箱容量小的不足，而且可以根据需要关闭和开启需要的干燥箱数量，增加物料干燥量的灵活性。再热器设置在各个并联管段之前，因此该热泵型自供水-均匀干燥一体化的节能干燥系统可以同时对有不同温度需求的物料进行干燥。

串并联组合可以将串联和并联两种物料处理情况结合，更增加物料干燥处理品种和容量的灵活性。

下面对有关热泵系统的部分进行阐述：

热泵系统包括蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器，蒸发器的出风口与第二冷凝器连接，蒸发器与第二冷凝器、第一冷凝器通过冷凝剂管路连接，蒸发器和第二冷凝器分别位于通风管道上。空气除在蒸发器内换热，为热泵提供热量，然后通过主要冷凝器被加热外，加肋片的热管换热器对进蒸发器前的空气与出冷凝器的空气进行换热，从而可以降低进蒸发器的空气温度，提高前往干燥箱的空气温度。

通风管道上在第二冷凝器的出口处设置风机。在干燥箱的空气外循环风管中，风管中的空气流速可以根据干燥物料的需要，通过调节风阀开度设置，风机相应为变频风机。如果空气流速不变，则可以设为普通风机。

冷凝剂管路上设置压缩机、膨胀阀。

蒸发器的内部靠近进风口的位置设置全面孔板，蒸发器的底部倾斜设置。有助于提高换热效果。

第一冷凝器包括冷凝水箱和冷凝水箱内部的冷凝器，蒸发器底部，倾斜的低端位置与第一冷凝器通过冷凝水管连接，第一冷凝器与冷凝水排出管连接，蒸发器底部倾斜的低端位置连接排污管，冷凝水管的接口位于排污管接口的上方的侧壁上。冷凝水排出管上设置水泵。排污管上设置排污阀。蒸发器的顶部连接充液管，充液管上设置开关阀。这个设置使蒸发器具有两个功能，其一是排出冷凝水的作用，其二是冲洗的功能。

蒸发器为热泵提供低温热源，并生成冷凝水。通过孔板均匀流入的空气在放热的同时，其中的水蒸气在蒸发器表面冷凝，形成冷凝水。蒸发器底部有一定坡度，冷凝水管离蒸发器底部有一定的安全距离，避免底部可能产生的污染物进入冷凝水管。冷凝水经冷凝水管排至冷凝水箱，在冷凝水箱内收集，供随时使用。冷凝水箱上部有自动排气阀，以排出冷凝水流入过程中携带的空气。为了提高物料的洗涤效果或者使用人员的舒适度要求，可以通过附属冷凝器对冷凝水箱内的水加热。

蒸发器还设有冲洗功能。空气在与蒸发器换热过程中，其携带物料中的粉尘、挥发性物质及有害气体等可能随蒸发器表面上的冷凝水沉淀到蒸发器底部，或者在蒸发器表面沉积。在非干燥时间需要对蒸发器进行冲洗时，打开蒸发器上部的开关阀、蒸发器下部的排污阀，通过充液管向蒸发器内充入清洁剂、热水等，经全面孔板均匀流过蒸发器表面，然后与沉积在蒸发器底部的其他污染物一起通过排污管排放。或仅打开排污阀对蒸发器底部除污。

还包括热管，热管的两端分别与通风管道的内部，其中一端位于蒸发器的入口端，另一端位于第二冷凝器的出口端。热管的设置实现了热能的回收，使通风管道内的排出的热风的热量进行回收用于加热进入干燥箱的热风。

还包括再热器，再热器设置在通风管道的热管与干燥箱之间的位置，再热器与外加热源连接。为了避免换热后干燥箱的空气温度没有达到设定值，在干燥箱前有再热器对空气进一步加热，以达到设定温度。再热器白天可以利用太阳能提供能量，太阳不足时可以利用电、生物质等供能，夜间可以利用低谷电供能。这种对进干燥箱空气进行的加热-热回收-加热的三段加热，使得整个系统的能量利用最大化，提高热泵的能源效率，增加热泵设备寿命；再热器的设置增加了热泵干燥物料的多样性，使得整个系统兼有热泵干燥和热风干燥的优点。

最后对整个系统的循环进行阐述：

热泵的制冷剂循环如下：当干燥箱12内物料有热量需求时，压缩机1启动，蒸发器4排出的低温低压气相制冷剂经压缩机1压缩至高温高压气态，进入冷凝器2-1与风道内的空气换热，和/或进入冷凝器2-2，与冷凝水箱14内的水换热，将热量释放后冷凝，经膨胀阀3节流后变为气液两相的低压状态，进入蒸发器4与通过风管5输送过来经热管8换热后的低温高湿空气换热，制冷剂逐渐吸热蒸发为低温低压气态，进入压缩机1，完成热泵制热循环。

蒸发器的除污流程如下：在非干燥时间需要对蒸发器进行冲洗时，打开蒸发器4上部的开关阀24、蒸发器下部的排污阀26，通过充液管23向蒸发器4内充入清洁剂、热水等，经全面孔板19均匀流过蒸发器表面，然后与沉积在蒸发器底部的其他污染物一起通过排污管25排放。或仅打开排污阀26对蒸发器底部除污。

干燥箱的空气外循环如下：当干燥箱12内物料有热量需求时，除热泵系统外，变频风机9和再热器10启动。再热器10白天可以利用太阳能提供能量，太阳不足时可以利用电、生物质等供能，夜间可以利用低谷电供能。空气在风机作用下经加热后通过风管5流入干燥箱12。空气在干燥箱12内对物料进行热风干燥，湿度增加。排出的湿热空气经过加肋片的热管8与经冷凝器2-1初次换热后的进风进行二次换热，从而温度降低，成为低温高湿空气。然后在蒸发器4内为热泵的蒸发器4提供热量，同时空气中的水蒸气在蒸发器4表面冷凝，形成冷凝水。冷凝水经蒸发器4底部的冷凝水管13排至冷凝水箱14。经蒸发器4干燥后的空气温度低，经回收利用冷凝器2-1、热管8两次加热后，再由再热器10补充不足的热量，达到干燥箱12内物料干燥要求，完成空气外循环。

在通风管道上设置风阀11，风阀11可以根据干燥箱12内物料的要求调节进入的风速。变频风机9由风阀11后的压力来控制。再热器10提供的热量可以由再热器10前后的温度差来确定。干燥箱12前后的相对湿度差可以判断物料干燥程度是否满足要求。

干燥箱内的空气均匀流动如下：加热的空气流入干燥箱12后，先在全面孔板前形成的静压室内减噪解压，然后通过全面孔板19流出，与对面的全面孔板19共同作用，在干燥箱12内形成平行流。物料在倾斜的托盘20内均匀排布，干热空气对物料干燥后仍以平行流的方式流出干燥箱12。托盘20底部是透气的孔板或筛子等，便于空气对物料干燥后流出。全面孔板和倾斜多孔的托盘使得干燥箱12内所有的物料在干燥过程在保证了时间和空间上的均匀性，从而解决物料加热不均匀的问题。

冷凝水的流动流程如下：湿热空气经蒸发器4降温的同时，空气中的水蒸气在蒸发器4表面冷凝，形成冷凝水。冷凝水经蒸发器4底部的冷凝水管13排至冷凝水箱14。当达到冷凝水箱14最高液位，液位感应器16传递信号给水泵17，水泵17开启，将冷凝水箱14内的水排至洗涤槽。水泵17也可以由洗涤槽处的开启信号控制，以便使用。

为了提高物料的洗涤效果或者使用人员的舒适度要求，可以通过第二冷凝器内的冷凝器2-2对冷凝水箱14内的水加热。当冷凝水箱14的温度低于所需温度时，冷凝器2-2工作。此时，三通阀7开启冷凝器侧管路，关闭旁通管路，同时冷凝器2-1的旁通阀6开启，减少对空气加热的能量。当冷凝水箱14的温度高于所需温度时，冷凝器2-2停止工作。此时，三通阀7关闭冷凝器侧管路，开启旁通管路，同时冷凝器2-1的旁通阀6关闭，即冷凝器2-1工作，冷凝器2-2停止工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：包括热泵系统、干燥箱，干燥箱的进风口与出风口分别与热泵系统通过通风管道连接，干燥箱的内部设置托架、托盘、全面孔板，托盘的两端分别与托架连接，托盘倾斜设置，高度较低的一端靠近进风口的位置，高度较高的一端靠近出风口的位置，全面孔板设置两个，分别位于进风口和出风口与托架之间，全面孔板、托架和托盘上设置若干通风孔。

2.如权利要求1所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：托盘上沿着进风口和出风口的方向上设置若干隔板，托盘靠近进风口的一端设置挡板，挡板与隔板相互垂直。

3.如权利要求1所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：挡板高度为托盘内烘干物料高度的1/6-1/10。

4.如权利要求1所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：通风管道上设置的干燥箱的数量为一个或多个。

5.如权利要求1所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：热泵系统包括蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器，蒸发器的出风口与第二冷凝器连接，蒸发器与第二冷凝器、第一冷凝器通过冷凝剂管路连接，蒸发器和第二冷凝器分别位于通风管道上。

6.如权利要求5所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：通风管道上在第二冷凝器的出口处设置风机；

或，冷凝剂管路上设置压缩机、膨胀阀。

7.如权利要求5所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：蒸发器的内部靠近进风口的位置设置全面孔板，蒸发器的底部倾斜设置。

8.如权利要求5所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：第一冷凝器包括冷凝水箱和冷凝水箱内部的冷凝器，蒸发器底部，倾斜的低端位置与第一冷凝器通过冷凝水管连接，第一冷凝器与冷凝水排出管连接，蒸发器底部倾斜的低端位置连接排污管，冷凝水管的接口位于排污管接口的上方的侧壁上。

9.如权利要求5所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：还包括热管，热管的两端分别与通风管道的内部，其中一端位于蒸发器的入口端，另一端位于第二冷凝器的出口端。

10.如权利要求1所述的热泵型自供水均匀干燥一体化的节能干燥系统，其特征在于：还包括再热器，再热器设置在通风管道的热管与干燥箱之间的位置，再热器与外加热源连接。

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