CN113154867A - 一种温湿度分控燃气热泵干燥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温湿度分控燃气热泵干燥系统，其利用燃气发动机驱动热泵，通过热泵循环中的蒸发器与冷凝器对空气进行初级冷却除湿与预热，同时回收发动机的套缸废热与排烟废热，一部分用于驱动溶液除湿循环对冷却除湿后的空气进行深度除湿，另一部分用于再热被冷凝器加热后干空气，并且利用分流换向阀调节两部分的热量分配，实现干燥空气湿度与温度的独立控制，不仅提高了蒸发温度，而且降低了冷凝温度，实现了比电驱动热泵更低的能耗、工作时间与运行成本。本发明解决了传统电驱热泵所存在的热量不平衡，干燥时间长，除湿能力弱、系统效率低、冷凝热过剩等问题。
Description
技术领域
本发明属于热泵干燥设备技术领域，具体涉及一种温湿度分控燃气热泵干燥系统。
背景技术
随着“碳达峰”、“碳中和”的逐步推动落实，以空气源干燥热泵替代传统燃煤(油)和电热烘干技术得到了快速发展。据统计，空气源热泵干燥的运行费用是电加热干燥机的30％，燃油干燥机的40％，燃煤干燥机的60％。热泵干燥用途广泛，如烟叶烘烤，木材干燥，服装脱水，果蔬脱水，化工材料干燥，药材干燥，高档家具/汽车烤漆干燥，污泥、煤泥干燥等。
然而，传统的空气源热泵干燥机普遍采用电驱动，由于其自身的热力循环限制与不同干燥物品的特殊工艺需求，很难实现除湿冷负荷与加热热负荷的能量平衡，同时也带来干燥空气的温度与湿度无法分开控制所造成的能源浪费。此外，电驱热泵的蒸发温度过高会造成设备除湿能力不够的问题，而蒸发温度过低又会引发制冷量变小，进而除湿量也随之变小的矛盾。因此，对于高温热泵或者需要深度除湿的工艺需求，电驱热泵往往面临极高的循环压比，从而存在效率低、烘干时间长、冷凝热过剩等一系列问题，降低了设备能效与生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温湿度分控燃气热泵干燥系统，以解决现有电驱热泵干燥系统存在的效率低、热湿掺混等问题。
本发明所采用的技术方案为：
一种温湿度分控燃气热泵干燥系统，包括空气循环系统、热泵循环系统、燃气发动机、发动机废热回收系统和溶液除湿循环系统；
所述空气循环系统包括溶液除湿器和干燥室，所述溶液除湿器空气出口与所述干燥室空气进口通过送风管道相连，所述溶液除湿器空气进口与所述干燥室空气出口通过回风管道相连；
所述热泵循环系统包括依次相连并构成回路的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，其中，所述冷凝器设置在所述送风管道中，所述蒸发器设置在所述回风管道中，所述回风管道底部对应于所述蒸发器的位置开设有排水口；
所述发动机废热回收系统包括溶液加热器、分流换向阀、烟气换热器、套缸换热器、混流阀和空气再热器；所述套缸换热器设置在所述燃气发动机上，换热介质先后被所述套缸换热器和所述烟气换热器加热后，流向所述分流换向阀并分为两部分，一部分供给所述溶液加热器然后经所述混流阀回到所述套缸换热器，另一部分供给所述空气再热器后经所述混流阀回到所述套缸换热器；所述空气再热器设置在所述送风管道中，且依照空气流向，位于所述冷凝器后；
所述溶液除湿循环系统包括第二溶液泵、溶液换热器和再生器，所述溶液加热器设置在所述再生器中用于加热所述再生器内的溶液；所述第二溶液泵将所述溶液除湿器中的溶液经所述溶液换热器打入所述再生器中，所述再生器中的溶液经所述溶液换热器与所述溶液除湿器中经所述溶液换热器打入所述再生器的溶液换热后，流向所述溶液除湿器中喷淋。
进一步地，所述空气循环系统还包括热管，所述热管的蒸发端和冷凝端均设置在所述回风管道中，且依照空气流向，所述热管的蒸发端设置在所述蒸发器前，所述热管的冷凝端设置在所述蒸发器后。
进一步地，所述蒸发器采用盘管式蒸发器。
进一步地，所述蒸发器下方设置有接水盘，所述接水盘底部接排水管并经所述排水口引出。
进一步地，所述溶液除湿循环系统还包括用于所述溶液除湿器内溶液自循环喷淋的第一溶液泵和用于所述再生器内溶液自循环喷淋的第三溶液泵。
进一步地，所述换热介质为水。
进一步地，发动机废热循环的供水温度为90-95℃，回水温度为80-85℃。
进一步地，溶液除湿循环使用LiCl溶液，所述再生器内溶液的温度为70-80℃。
本发明的有益效果在于：
本发明利用燃气发动机驱动热泵，通过热泵循环中的蒸发器与冷凝器对空气进行初级冷却除湿与预热，同时回收发动机的套缸废热与排烟废热，一部分用于驱动溶液除湿循环对冷却除湿后的空气进行深度除湿，另一部分用于再热被冷凝器加热后干空气，并且利用分流换向阀调节两部分的热量分配，实现干燥空气湿度与温度的独立控制，不仅提高了蒸发温度，而且降低了冷凝温度，实现了比电驱动热泵更低的能耗、工作时间与运行成本。本发明解决了传统电驱热泵所存在的热量不平衡，干燥时间长，除湿能力弱、系统效率低、冷凝热过剩等问题。
附图说明
图1为本发明的温湿度分控燃气热泵干燥系统的结构示意图；
附图标记：1-溶液除湿器；2-第一溶液泵；3-第二溶液泵；4-溶液换热器；5-溶液加热器；6-第三溶液泵；7-再生器；8-分流换向阀；9-烟气换热器；10-套缸换热器；11-燃气发动机；12-混流阀；13-压缩机；14-冷凝器；15-节流阀；16-蒸发器；17-接水盘；18-热管；19-空气再热器；20-干燥室。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的温湿度分控燃气热泵干燥系统作进一步地详细说明。
如图1所示，一种温湿度分控燃气热泵干燥系统，包括空气循环系统、热泵循环系统、燃气发动机11、发动机废热回收系统和溶液除湿循环系统。
空气循环系统包括溶液除湿器1、干燥室20和热管18，溶液除湿器1空气出口与干燥室20空气进口通过送风管道相连，溶液除湿器1空气进口与干燥室20空气出口通过回风管道相连。
热泵循环系统包括依次相连并构成回路的压缩机13、冷凝器14、节流阀15和蒸发器16，其中，冷凝器14设置在送风管道中，蒸发器16设置在回风管道中，回风管道底部对应于蒸发器16的位置开设有排水口。
发动机废热回收系统包括溶液加热器5、分流换向阀8、烟气换热器9、套缸换热器10、混流阀12和空气再热器19。套缸换热器10设置在燃气发动机11上，换热介质(本实施例中，换热介质为水)先后被套缸换热器10和烟气换热器9加热后，流向分流换向阀8并分为两部分，一部分供给溶液加热器5然后经混流阀12回到套缸换热器10，另一部分供给空气再热器19后经混流阀12回到套缸换热器10。空气再热器19设置在送风管道中，且依照空气流向，位于冷凝器14后。
溶液除湿循环系统包括第二溶液泵3、溶液换热器4和再生器7，溶液加热器5设置在再生器7中用于加热再生器7内的溶液。第二溶液泵3将溶液除湿器1中的溶液经溶液换热器4打入再生器7中，再生器7中的溶液经溶液换热器4与溶液除湿器1中经溶液换热器4打入再生器7的溶液换热后，流向溶液除湿器1中喷淋。溶液除湿循环系统还包括用于溶液除湿器1内溶液自循环喷淋的第一溶液泵2和用于再生器7内溶液自循环喷淋的第三溶液泵6。
热管18的蒸发端和冷凝端均设置在回风管道中，且依照空气流向，热管18的蒸发端设置在蒸发器16前，热管18的冷凝端设置在蒸发器16后。
本实施例中，蒸发器16采用盘管式蒸发器。
蒸发器16下方设置有接水盘17，接水盘17底部接排水管并经排水口引出。
发动机废热循环的供水温度为90-95℃，回水温度为80-85℃。
溶液除湿循环使用LiCl溶液，再生器7内溶液的温度为70-80℃。
本发明的温湿度分控燃气热泵干燥系统的工作原理为：
热泵循环系统中，冷媒首先在蒸发器16中蒸发吸收热量变成蒸汽，然后被压缩机13压缩成高温高压状态后进入冷凝器14冷凝成高温高压液体，最后经节流阀15降温降压后回到蒸发器16，完成热泵循环。蒸发器16用于对空气进行初级冷却除湿，冷凝器14用于对除湿后的空气进行预热。
空气循环系统中，干燥室20出口的低温湿空气先经过热管18蒸发端预冷，经过蒸发器16冷却除湿后变成低温干燥的空气，然后由热管18的冷凝端预热，接着经溶液除湿器1深度除湿后变成热干空气，再被冷凝器14预热，最后由空气再热器19加热成高温干燥的空气进入干燥室20烘干物料。
发动机废热回收系统中，热水先后被套缸换热器10与烟气换热器9加热后流向分流换向阀8，分流换向阀8将一部分热水供给溶液加热器5以驱动溶液除湿循环，而另一部分热水供给空气再热器19，用于进一步加热被冷凝器14预热后的空气。两部分热水的流量由分流换向阀8分配，从而实现空气的温度与湿度的独立控制。
溶液除湿循环系统中，再生器7内的溶液被溶液加热器5加热后，所含的水蒸气被再生空气带走而变成浓溶液，浓溶液经溶液换热器4降温后流向溶液除湿器1喷淋，对蒸发器16除湿后的空气进行深度除湿，过程中的吸收热被冷却水带走，而除湿后的浓溶液吸收了空气中的水蒸气变成稀溶液，再由第二溶液泵3打回溶液换热器4，最终又回到再生器7，完成溶液除湿循环。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，包括空气循环系统、热泵循环系统、燃气发动机(11)、发动机废热回收系统和溶液除湿循环系统；
所述空气循环系统包括溶液除湿器(1)和干燥室(20)，溶液除湿器(1)空气出口与干燥室(20)空气进口通过送风管道相连，溶液除湿器(1)空气进口与干燥室(20)空气出口通过回风管道相连；
所述热泵循环系统包括依次相连并构成回路的压缩机(13)、冷凝器(14)、节流阀(15)和蒸发器(16)，其中，冷凝器(14)设置在所述送风管道中，蒸发器(16)设置在所述回风管道中，所述回风管道底部对应于蒸发器(16)的位置开设有排水口；
所述发动机废热回收系统包括溶液加热器(5)、分流换向阀(8)、烟气换热器(9)、套缸换热器(10)、混流阀(12)和空气再热器(19)；套缸换热器(10)设置在燃气发动机(11)上，换热介质先后被套缸换热器(10)和烟气换热器(9)加热后，流向分流换向阀(8)并分为两部分，一部分供给溶液加热器(5)然后经混流阀(12)回到套缸换热器(10)，另一部分供给空气再热器(19)后经混流阀(12)回到套缸换热器(10)；空气再热器(19)设置在所述送风管道中，且依照空气流向，位于冷凝器(14)后；
所述溶液除湿循环系统包括第二溶液泵(3)、溶液换热器(4)和再生器(7)，溶液加热器(5)设置在再生器(7)中用于加热再生器(7)内的溶液；第二溶液泵(3)将溶液除湿器(1)中的溶液经溶液换热器(4)打入再生器(7)中，再生器(7)中的溶液经溶液换热器(4)与溶液除湿器(1)中经溶液换热器(4)打入再生器(7)的溶液换热后，流向溶液除湿器(1)中喷淋。
2.根据权利要求1所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，所述空气循环系统还包括热管(18)，热管(18)的蒸发端和冷凝端均设置在所述回风管道中，且依照空气流向，热管(18)的蒸发端设置在蒸发器(16)前，热管(18)的冷凝端设置在蒸发器(16)后。
3.根据权利要求1所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，蒸发器(16)采用盘管式蒸发器。
4.根据权利要求1或3所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，蒸发器(16)下方设置有接水盘(17)，接水盘(17)底部接排水管并经所述排水口引出。
5.根据权利要求1所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，所述溶液除湿循环系统还包括用于溶液除湿器(1)内溶液自循环喷淋的第一溶液泵(2)和用于再生器(7)内溶液自循环喷淋的第三溶液泵(6)。
6.根据权利要求1所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，所述换热介质为水。
7.根据权利要求6所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，发动机废热循环的供水温度为90-95℃，回水温度为80-85℃。
8.根据权利要求1所述的温湿度分控燃气热泵干燥系统，其特征在于，溶液除湿循环使用LiCl溶液，再生器(7)内溶液的温度为70-80℃。
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