CN114680267B - 热泵与臭氧联合的物料处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物料处理技术领域，尤其涉及热泵与臭氧联合的物料处理装置和方法。该装置包括：处理系统，包括用于放置物料的处理室；臭氧系统，与处理室连接，用于在启动状态下向处理室内释放臭氧；热泵系统，与处理室连接，热泵系统包括一对换热器和压缩机，压缩机连接于一对换热器之间，一对换热器中的至少一个用于通过改变工作状态，以在臭氧系统向处理室内释放臭氧以前向处理室内输入冷量，并在臭氧系统向处理室内释放臭氧以后向处理室内输入热量；换向阀，连接于一对换热器之间，换向阀用于改变热泵系统的工作状态。该装置能针对同一处理系统内的同一批物料，利用同一套热泵系统工作状态的改变实现物料处理过程，并提高处理效率和装置可靠性。

Description

热泵与臭氧联合的物料处理装置和方法

技术领域

本发明涉及物料处理技术领域，尤其涉及热泵与臭氧联合的物料处理装置和方法。

背景技术

物料处理，指的是通过一定工艺要求调节物料所处环境因素，如温度、湿度、空气各组分比例、电磁波照射情况等，进而对物料含水率、化学成分、携菌情况等进行调控的过程。热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置，其具有一个吸热端和一个放热端，并能够利用输入能量将热量由低温侧输送至高温侧，因此可以用来实现环境因素的调节，已在粮食、农特产品干燥和保鲜方面获得应用。臭氧是氧气的一种同素异形体，可由臭氧发生器人为生成，具有强氧化性，对细菌、病毒、真菌等微生物具有杀灭和抑制作用，已在蔬菜、水果灭菌处理方面获得应用。

通常，利用热泵技术的物料处理装置(以下简称“热泵装置”)与利用臭氧技术的物料处理装置(以下简称“臭氧装置”)是相互独立的，当在一处对一批物料进行处理时，通常存在有装置占用空间大、投资成本高、工艺自动化程度低、以及物料转运劳动强度大等问题。但二者之间很难结合使用，这是因为两者之间相互产生不利影响，例如：热泵装置对物料所处环境产生的是升温的效果；而臭氧装置中的核心设备为臭氧发生器，臭氧发生器在高温环境中会出现臭氧产率下降、功耗上升、可靠性下降、寿命衰减等问题。

可见同一应用环境下，热泵装置与臭氧装置彼此独立使用会引起设计冗余且结合度不足的问题，而将两者简单组合，反而会产生反向效果，即容易导致物料处理效率降低、系统可靠性下降、寿命衰减的反向效果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种热泵与臭氧联合的物料处理装置，以解决同一应用环境下，现有的热泵装置与臭氧装置彼此独立使用会引起设计冗余且结合度不足的问题，而将两者简单组合，反而会产生反向效果，即容易导致物料处理效率降低、系统可靠性下降、寿命衰减的反向效果的问题。

本发明还提出一种热泵与臭氧联合的物料处理方法。

根据本发明第一方面实施例的一种热泵与臭氧联合的物料处理装置，包括：

处理系统，包括用于放置物料的处理室；

臭氧系统，与所述处理室连接，用于在启动状态下向所述处理室内释放臭氧；

热泵系统，与所述处理室连接，所述热泵系统包括一对换热器和压缩机，所述压缩机连接于一对所述换热器之间，一对所述换热器中的至少一个用于通过改变工作状态，以在所述臭氧系统向所述处理室内释放臭氧以前向所述处理室内输入冷量，并在所述臭氧系统向所述处理室内释放臭氧以后向所述处理室内输入热量；

换向阀，连接于一对所述换热器之间，所述换向阀用于改变所述换热器的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述控制机构包括换向阀，一对所述换热器包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器位于所述处理室外，所述第二换热器位于所述处理室内，所述第二换热器用于向所述处理室内输入冷量或热量；所述换向阀的一对端口连接于所述第一换热器与所述压缩机之间，所述换向阀的另一对端口连接于所述第二换热器与所述压缩机之间，所述换向阀用于通过改变内部工质流向，以改变所述第一换热器和/或所述第二换热器的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述换向阀包括阀体以及设置于所述阀体上的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一换热器与所述第一端口双向连通，所述第二换热器与所述第三端口双向连通，所述压缩机的输入端和输出端分别连接于所述第二端口和所述第四端口。

根据本发明的一个实施例，所述阀体内设有若干条第一单向流路和若干条第二单向流路，所述第一端口与所述第二端口之间、以及所述第四端口与所述第三端口之间分别连通有所述第一单向流路，所述第四端口与所述第一端口之间、以及所述第三端口与所述第二端口之间连通有所述第二单向流路。

根据本发明的一个实施例，还包括第一蓄热机构，所述第一蓄热机构成腔体结构套装于所述第一换热器及相应的所述风机的外部；所述第一蓄热机构用于基于所述换向阀的各端口启闭切换状态，与所述第一换热器之间进行热交换。

根据本发明的一个实施例，所述热泵系统还包括节流元件，所述节流元件连接于一对所述换热器之间。

根据本发明的一个实施例，每个所述换热器的一侧设有风机。

根据本发明的一个实施例，所述臭氧系统包括臭氧发生器和臭氧风门，所述臭氧风门可开闭的连接于所述臭氧发生器和所述处理室之间。

根据本发明的一个实施例，还包括电控系统，所述电控系统包括：

人机交互组件，包括机体、以及分别设置在所述机体上的触摸屏、按钮和指示灯；

传感器组件，包括分别与所述人机交互组件连接的温度传感器、湿度传感器和臭氧含量传感器，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述臭氧含量传感器分别安装于所述处理室内；

控制器，分别与所述传感器组件和所述人机交互组件连接。

根据本发明第二方面实施例的一种热泵与臭氧联合的物料处理方法，由如上所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置执行；

所述热泵与臭氧联合的物料处理方法包括：

将物料放置于处理系统的处理室内，并将所述处理室置为封闭空间；

驱动热泵系统向所述处理室内持续输入冷量，以使所述处理室内的温度降低并维持在第一温度范围内；

驱动臭氧系统向所述处理室内持续释放臭氧，以使所述处理室内的臭氧浓度升高并维持在浓度范围内，以使所述处理室内处于第一环境状态；

在所述处理室内处于所述第一环境状态一段时间以后，关闭所述臭氧系统，并驱动所述热泵系统向所述处理室内持续输入热量，以使所述处理室内的温度升高并维持在第二温度范围内，直至所述物料处理完毕。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明实施例的一种热泵与臭氧联合的物料处理装置，包括：处理系统，包括用于放置物料的处理室；臭氧系统与处理室连接，用于在启动状态下向处理室内释放臭氧；热泵系统与处理室连接，热泵系统包括一对换热器和压缩机，压缩机连接于一对换热器之间，一对换热器中的至少一个用于通过改变自身的工作状态，以在臭氧系统向处理室内释放臭氧以前向处理室内输入冷量，并在臭氧系统向处理室内释放臭氧以后向处理室内输入热量；控制机构与热泵系统连接，用于改变换热器的工作状态。该物料处理装置能够针对同一处理系统内的同一批物料，利用同一套热泵系统自身工作状态的改变，实现根据物料处理进展而选择性的对处理系统内释放冷量或热量，从而在处理系统内为臭氧系统的工作预先提供冷环境，以使热泵系统和臭氧系统之间相互协作，将热泵系统对臭氧系统的不利影响转化为两者整体的有机联合，进而实现提高物料处理效率、缩短物料处理时间、提高装置可靠性、以及提高装置使用寿命。

进一步的，与现有技术相比，该物料处理装置还能够减少装置体积、制造成本、使用人工，同时还具有更自动化的操作工艺和更高效的系统性能。

进一步的，通过控制机构改变换热器的工作状态，能够使物料处理过程中换热器的状态切换更加灵活、高效、便捷。

本发明实施例的一种热泵与臭氧联合的物料处理方法，由上述的热泵与臭氧联合的物料处理装置执行。该方法中，将物料放置在处理室内保持不动，先利用热泵系统向处理室内持续输入冷量，从而在处理室内为臭氧系统的工作预先提供冷环境；然后利用臭氧系统对处理室内持续释放臭氧，以达到物料处理过程中所需的臭氧浓度范围；最后，将上述热泵系统切换为向处理室内持续输入热量，从而使处理室内的环境升温。本方法所述的过程中，物料在处理室内无需移动，即针对同一处理系统内的同一批物料，利用同一套热泵系统自身工作状态的改变，实现根据物料处理进展而选择性的对处理系统内释放冷量或热量，从而在处理系统内为臭氧系统的工作预先提供冷环境，以使热泵系统和臭氧系统之间相互协作，将热泵系统对臭氧系统的不利影响转化为两者整体的有机联合，进而实现提高物料处理效率、缩短物料处理时间、提高装置可靠性、以及提高装置使用寿命。

进一步的，本发明所述的物料处理方法由上述的热泵与臭氧联合的物料处理装置执行，使得该物料处理方法具有上述物料处理装置的全部优点，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例热泵与臭氧联合的物料处理装置的结构原理示意图；

图2是本发明实施例第一种结构的热泵与臭氧联合的物料处理装置的结构示意图；

图3是本发明实施例第二种结构的热泵与臭氧联合的物料处理装置的结构示意图；

图4是本发明实施例第二种结构的热泵与臭氧联合的物料处理装置的处理室升温过程的原理图；

图5是本发明实施例第二种结构的热泵与臭氧联合的物料处理装置的处理室降温过程的原理图；

图6是本发明实施例第一种结构的热泵与臭氧联合的物料处理装置的安装有蓄热系统的结构示意图；

图7是本发明实施例第二种结构的热泵与臭氧联合的物料处理装置的安装有蓄热系统的结构示意图。

附图标记：

1：压缩机；21：第一换热器；22：第二换热器；31：第一风机；32：第二风机；4：节流器件；5：换向阀；6：臭氧发生器；71：第一臭氧风门；72：第二臭氧风门；8：臭氧风机；9：处理室；91：第一处理室风门；92：第二处理室风门；10：物料；

73：臭氧总风门；901：第一风门；902：第二风门；903：第三风门；904：第四风门；905：第五风门；906：第六风门；907：第七风门；908：第八风门；909：第九风门；910：第十风门；911：第十一风门；

111：第一空间；112：过渡空间；113：第二空间；

12：蓄热室；121：第一蓄热风门；122：第二蓄热风门；123：第一中间风门；124：第二中间风门；

131：第一蓄热机构；132：第二蓄热机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1至图5所示，本发明提供一种热泵与臭氧联合的物料处理装置(本发明实施例中可简称为“物料处理装置”)，并基于该物料处理装置，进一步提出了一种热泵与臭氧联合的物料处理方法(本发明实施例中可简称为“物料处理方法”)。

如图1所示，该物料处理装置包括处理系统、臭氧系统、热泵系统以及控制机构。其中，处理系统包括用于放置物料10的处理室9。臭氧系统与处理室9连接，用于在启动状态下向处理室9内释放臭氧。热泵系统与处理室9连接，热泵系统用于通过改变自身的工作状态，以在臭氧系统向处理室9内释放臭氧以前向处理室9内输入冷量，并在臭氧系统向处理室9内释放臭氧以后向处理室9内输入热量。控制机构与热泵系统连接，控制机构用于改变热泵系统的工作状态。该物料处理装置能够针对同一处理系统内的同一批物料10，无需移动物料10，而仅利用同一套热泵系统自身工作状态的改变，即可实现根据物料10处理进展而选择性的对处理系统内释放冷量或热量，从而在处理系统内为臭氧系统的工作预先提供冷环境，以使热泵系统和臭氧系统之间相互协作，将热泵系统对臭氧系统的不利影响转化为两者之间的整体有机联合，进而实现提高物料10处理效率、缩短物料10处理时间、提高装置可靠性、以及提高装置使用寿命。与现有技术相比，该物料处理装置还能够减少装置体积、制造成本、使用人工，同时还具有更自动化的操作工艺和更高效的系统性能。

可理解的，该物料处理装置中，处理室9优选为一封闭空间，其内部能够放置物料10。为了便于调节该处理室9内部的湿度和平衡处理室9内的气压，优选在处理室9的壁面上构造有至少一个外风门，利用外风门的开启实现处理室9与外部环境之间的连通，并利用外风门的关闭实现在处理室9内构造成封闭空间。例如图2所示的第一处理室风门91和第二处理室风门92。

需要说明的是，若热泵系统或臭氧系统的风机在启动时能够带动处理室9内的气流循环，则处理室9内可以不设置内风机；否则，在处理室9内需要设置能够保证气流循环的内风机。

在一个实施例中，如图2所示，上述热泵系统包括一对换热器以及压缩机1和节流器件4。压缩机1和节流器件4分别串联于一对换热器之间。优选的，压缩机1连接在一对换热器的第一端之间，节流器件4串联在一对换热器的第二端之间。由压缩机1、一对换热器和节流器件4构成的串联回路中，节流器件4用于控制该串联回路内流经的换热工质的流速以及管路启闭。

上述热泵系统中，一对换热器中的至少一个换热器用于向处理室9内输入冷量或热量。需要说明的是，热泵系统向处理室9内输入热量为热泵系统的第一状态，热泵系统向处理室9内输入冷量为热泵系统的第二状态。上述的热泵系统自身工作状态的改变具体是指：热泵系统在第一状态和第二状态之间切换。进一步的，优选一对换热器包括第一换热器21和第二换热器22，则上述的热泵系统自身工作状态的改变进一步是指：一对换热器中始终有一个换热器能够改变自身的工作状态，以实现在向处理室9内输入冷量和输入热量之间切换，例如图2所示的第一换热器21和第二换热器22；或者是，一对换热器中，一个换热器能够向处理室9内输入热量，另一个换热器能够向处理室9内输入冷量，通过切换一对换热器与处理室9之间的连通状态，从而实现在向处理室9内输入冷量和输入热量之间切换，例如图3至图5所示的第一换热器21和第二换热器22。

可理解的，为了加速换热器的换热效率，优选在每个换热器的一侧设有风机，例如图2至图5所示的安装于第一换热器21一侧的第一风机31、以及安装于第二换热器22一侧的第二风机32。

在一个实施例中，如图2所示，控制机构包括换向阀5，换向阀5串联在上述的串联回路中，用于改变串联回路内的换热工质的流向，从而实现对热泵系统中的换热器自身工作状态的可靠切换。如图2所示，换向阀5包括阀体以及设置于阀体上的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。第一换热器21位于处理室9外，第二换热器22位于处理室9内，第二换热器22用于通过改变自身工作状态以实现向处理室9内输入冷量或热量。其中，第一换热器21与第一端口双向连通，第二换热器22与第三端口双向连通，压缩机1的输入端和输出端分别连接于第二端口和第四端口。优选阀体内设有若干条第一单向流路和若干条第二单向流路，第一端口与第二端口之间、以及第四端口与第三端口之间分别连通有第一单向流路，第四端口与第一端口之间、以及第三端口与第二端口之间连通有第二单向流路。换向阀5用于通过切换上述的各端口的启闭，以改变阀体内的工质流向，从而改变第二换热器22的工作状态，即实现第二换热器22在向处理室9内输入冷量或输入热量之间切换。

需要说明的是，该物料处理装置还包括蓄热系统，蓄热系统与热泵系统连接。蓄热系统用于在热泵系统向处理室9内输入冷量的过程中蓄积热泵系统放热侧的热量，并且在热泵系统向处理室9内输入热量的过程中将蓄积的热量输送至热泵系统中。

如图6所示，蓄热系统可以包括第一蓄热机构131。第一蓄热机构131成腔体结构套装于第一换热器21及相应的风机的外部。其中，第一蓄热机构131用于基于换向阀5的各端口启闭切换状态，与第一换热器21之间进行热交换。

进一步的，将第一蓄热机构131构造为腔体结构，优选该腔体结构的第一蓄热机构131构造为含有蓄热材料的容器或结构以方便换热。第一换热器21和第一风机31按照上述如图6所示的安装位置安装于该腔体结构的第一蓄热机构131中，以便于第一蓄热机构131与第一换热器21之间进行热交换。当换向阀5通过端口切换操作将第一换热器21置为冷凝器的状态下，第一换热器21的热量经由第一风机31输送的气流带出并向外释放的过程中，部分热量会被第一蓄热机构131吸收，从而使第一蓄热机构131内部的蓄热材料温度上升，即，使得此部分能量蓄积在第一蓄热机构131中；当换向阀5通过端口切换操作将第一换热器21变为蒸发器的状态下，第一换热器21自外界吸热，则蓄积于第一蓄热机构131内的热量可以经由第一风机31输送的气流带给第一换热器21。该结构设置能够加速第一换热器21与外界热交换的效率，从而进一步提高装置整体的换热效率和换热量。

在一个实施例中，如图3所示，控制机构为一组控制室。控制室包括依次连接的第一空间111、过渡空间112和第二空间113。第一空间111、过渡空间112和第二空间113均与处理室9连接。第一换热器21位于第一空间111内，第二换热器22位于第二空间113内。

在第二空间113与处理室9连通的状态下，过渡空间112分别与第二空间113和处理室9连通，以使气流在处理室9、第二空间113、过渡空间112和处理室9之间依序流通并形成气流循环，如图4的箭头所示。该状态下，在臭氧系统启动并向处理室9内释放臭氧以前，和/或，臭氧系统向处理室9内释放臭氧的过程中，第二换热器22向处理室9内输入冷量。

在第一空间111与处理室9连通的状态下，第二空间113分别与第一空间111和处理室9连通，以使气流在处理室9、过渡空间112、第一空间111和处理室9之间依序流通并形成气流循环，如图5的箭头所示。该状态下，臭氧系统关闭，并且第一换热器21向处理室9内输入热量。

可见，该实施例中，通过切换不同空间与处理室9之间的连通状态，即可实现切换一对换热器与处理室9之间的连通状态，继而实现改变热泵系统的自身工作状态。

为了实现一对换热器与处理室9之间的连通状态的快速可靠切换，优选过渡空间112分别与第一空间111和第二空间113之间设有可开闭的内风门，第一空间111、过渡空间112和第二空间113分别与处理室9之间设有可开闭的内风门。为了实现第一空间111、过渡空间112、第二空间113和处理室9的内部气压调节，以及与外部环境之间的定期通风换气，优选第一空间111、过渡空间112、第二空间113和处理室9分别设有至少一个可开闭的外风门，外风门在开启状态下能连通外部环境。

如图3至图5所示，外风门包括第一风门901、第二风门902、第三风门903、第四风门904、第七风门907和第十一风门911。内风门包括第五风门905、第六风门906、第八风门908、第九风门909和第十风门910。其中，第一风门901和第四风门904分别设置在第一空间111与外部环境相邻接的侧壁上。第二风门902设置在过渡空间112与外部环境相邻接的侧壁上。第三风门903和第七风门907设置在第二空间113与外部环境相邻接的侧壁上。第十一风门911设置在处理室9与外部环境相邻接的侧壁上。第五风门905设置在第一空间111与过渡空间112相邻接的壁面上。第六风门906设置在过渡空间112与第二空间113相邻接的壁面上。第八风门908设置在第一空间111与处理室9相邻接的壁面上。第九风门909设置在过渡空间112与处理室9相邻接的壁面上。第十风门910设置在第二空间113与处理室9相邻接的壁面上。上述各个风门的启闭状态与热泵系统工作状态之间的具体关系在下述的物料处理方法中进行详细阐述，在此不再赘述。

需要说明的是，如图7所示，蓄热系统还可以包括第二蓄热机构132和蓄热室12。其中，蓄热室12包括蓄热空间、第一传热空间和第二传热空间。第二蓄热机构132安装于蓄热空间中。第一传热空间包围于第一空间111的所有外风门外，例如上述的第一风门901和第二风门902外，以便于通过第一风门901和第二风门902中至少一个风门的开启，实现第一传热空间与第一空间111之间的连通，以使气流的流通能够带动冷量或热量在第一传热空间与第一空间111之间进行交换。第二传热空间包围于第二空间113的所有外风门外，例如上述的第三风门903和第七风门907外，以便于通过第三风门903和第七风门907中至少一个风门的开启，实现第一传热空间与第二空间113之间的连通，以使气流的流通能够带动冷量或热量在第一传热空间与第二空间113之间进行交换。

为了便于第一传热空间和第二传热空间各自与外部环境之间的气流通断，优选第一传热空间和第二传热空间分别设有至少一个可开闭的外风门，即如图7所示，第一传热空间设有可启闭的第一蓄热风门121，第二传热空间设有可启闭的第二蓄热风门122。

为了便于第一传热空间和第二传热空间各自与蓄热空间之间的气流通断，以便于蓄热空间能够与第一传热空间和/或第二传热空间之间连通，从而利用气流流动使得第二蓄热机构132与第一传热空间和/或第二传热空间的气流进行热交换，进而间接与第一空间111和第二空间113的气流进行热交换，优选第一传热空间和第二传热空间分别通过可开闭的中间风门与蓄热空间连接。优选的，如图7所示，中间风门包括第一中间风门123和第二中间风门124，其中第一中间风门123设于第一传热空间与蓄热空间之间，第二中间风门124设于第二传热空间与蓄热空间之间。

具体如图7所示，在设有第一风门901和第四风门904的第一空间111外构造一包围结构作为第一传热空间，在设有第三风门903和第七风门907的第二空间113外构造一包围结构作为第二传热空间。蓄热空间连接与第一传热空间与第二传热空间之间并位于过渡空间外，但蓄热空间与过渡空间112之间不连通，即过渡空间112在第二风门902开启状态下仍能与外部环境连通。安装于蓄热空间内的第二蓄热机构132构造为含有蓄热材料的方便换热的容器或结构。

在如图4所示的物料处理装置的处理室9处于升温过程中，将第二中间风门124和第二蓄热风门122置于关闭状态，第一中间风门123置于打开状态，并且第一蓄热风门121初始为关闭状态。在第二蓄热机构132的温度升高到蓄热设定值时，开启第一蓄热风门121，从而使热量经由第一风门901和/或第四风门904排入第一传热空间中，部分热量被第二蓄热机构132吸收；在上述过程中，当第二蓄热机构132储存了足够的能量后，多余的能量向外界环境释放。

在如图5所示的物料处理装置的处理室9处于降温过程中，将第一中间风门122和第一蓄热风门121置于关闭状态，第二中间风门124置于打开状态，并且第二蓄热风门123初始为关闭状态。在第二蓄热机构132的温度降低到放热设定值时，开启第二蓄热风门124，从而使热量经由第三风门903和/或第七风门907进入第二空间113中；在上述过程中，当第二蓄热机构132的温度释放完毕后，热泵系统从外界环境吸收热量。

可理解的，上述的蓄热材料可以选用水、石蜡或蓄热砖。

可理解的，上述的含有蓄热材料的容器或结构是指：所述“容器”主要为用于盛放液体蓄热材料(例如水)或者相变蓄热材料(例如石蜡)的构造。容器适宜采用列管式换热器或者翅片管式换热器，以方便换热。所述“结构”是针对固体蓄热材料(例如蓄热砖)，固体蓄热材料可利用其自身外形，如蓄热砖上的凸凹槽等形式的流道，构成方便换热的结构。

在一个实施例中，臭氧系统包括臭氧发生器6和臭氧风门，臭氧风门可开闭的连接于臭氧发生器6和处理室9之间。优选的，臭氧系统还包括臭氧风机8，臭氧风机8设置在臭氧发生器6的一侧，臭氧风机8用于带动臭氧系统的臭氧空间内的气流流通，从而使气流能够充分流经臭氧发生器6，并通过气流能将臭氧送入处理室9中。

需要说明的是，若热泵系统或处理室9内的气流能够使处理室9内的气流充分流经臭氧系统，则臭氧系统内可以不设置臭氧风机8。

例如图2所示的臭氧系统中，臭氧空间为一两端连通于处理室9一侧的通道结构，臭氧发生器6和臭氧风机8设置于该通道结构内。上述的臭氧风门包括第一臭氧风门71和第二臭氧风门72，第一臭氧风门71和第二臭氧风门72分别可开闭的设置于通道结构的两端。

例如图3所示的臭氧系统中，臭氧空间为一连接于处理室9一侧的封闭空间，臭氧发生器6和臭氧风机8设置于该封闭空间内。上述的臭氧风门为可开闭的设置在封闭空间与处理室9之间的臭氧总风门73。臭氧总风门73优选为风阀。

可理解的，臭氧发生器6的臭氧产率与处理系统相关，应使得处理系统的处理室9内稳态臭氧浓度(即体积分数)至少大于0.5ppm。臭氧风机8输送的气流流经臭氧发生器6。臭氧风门包括用于执行其开关动作的执行机构。

可理解的，臭氧系统的启闭与热泵系统工作状态之间的具体关系在下述的物料处理方法中进行详细阐述，在此不再赘述。

在一个实施例中，该物料处理装置还包括电控系统，如图1所示，电控系统分别通过电气控制与热泵系统、处理系统和臭氧系统连接。具体的，电控系统包括人机交互组件、传感器组件和控制器。人机交互组件包括机体以及分别设置在机体上的触摸屏、按钮和指示灯，利用人机交互组件能够向操作者展示物料处理过程的各项输出参数，能使参与者输入各项参数，并且通过指示灯还能够对物料处理过程进行提示和预警。传感器组件包括分别与人机交互组件连接的温度传感器、湿度传感器和臭氧含量传感器，温度传感器、湿度传感器和臭氧含量传感器分别安装于处理室9内，以便于分别向控制器提供处理室9内的环境参数，例如实时温度、实时湿度以及实时臭氧浓度。控制器分别与传感器组件和人机交互组件连接，用于根据处理室9内的环境参数进行物料处理过程的推进，并且对处理过程中的物料10进行可靠监控。该控制器还可以预设温度范围和臭氧浓度范围，从而保证物料10处理进程的可靠性更高，自动化程度更高。

可理解的，传感器组件还包括常规设置的电参数仪表。控制器包括但不限于可编程逻辑控制器、单片机以及控制仪表。上述的电控系统还包括执行器件。执行器件包括但不限于断路器、接触器、热继电器和中间继电器等。

本发明实施例所述的物料处理方法由上述的物料处理装置执行。该方法中，将物料10放置在处理室9内保持不动，先利用热泵系统向处理室9内持续输入冷量，从而在处理室9内为臭氧系统的工作预先提供冷环境；然后利用臭氧系统对处理室9内持续释放臭氧，以达到物料处理过程中所需的臭氧浓度范围；最后，将上述热泵系统切换为向处理室9内持续输入热量，从而使处理室9内的环境升温。本方法所述的过程中，物料10在处理室9内无需移动，即针对同一处理系统内的同一批物料10，利用同一套热泵系统自身工作状态的改变，实现根据物料10处理进展而选择性的对处理系统内释放冷量或热量，从而在处理系统内为臭氧系统的工作预先提供冷环境，以使热泵系统和臭氧系统之间相互协作，将热泵系统对臭氧系统的不利影响转化为两者整体的有机联合，进而实现提高物料10处理效率、缩短物料10处理时间、提高装置可靠性、以及提高装置使用寿命。

进一步的，本发明所述的物料处理方法由上述的热泵与臭氧联合的物料处理装置执行，使得该物料处理方法具有上述物料处理装置的全部优点，在此不再赘述。

具体的，该物料处理方法包括以下步骤：

步骤一：将物料10放置于处理系统的处理室9内，并将处理室9置为封闭空间；

步骤二：驱动热泵系统向处理室9内持续输入冷量，以使处理室9内的温度降低并维持在第一温度范围内；

步骤三：驱动臭氧系统向处理室9内持续释放臭氧，以使处理室9内的臭氧浓度升高并维持在浓度范围内，以使处理室9内处于第一环境状态；

步骤四：在处理室9内处于第一环境状态一段时间以后，关闭臭氧系统，并驱动热泵系统向处理室9内持续输入热量，以使处理室9内的温度升高并维持在第二温度范围内，直至物料10处理完毕。

图2所示的物料处理装置中，采用一个换向阀5使的两个换热器的功能实现调换，即当换热阀处于不同导通状态时，同一换热器可以是蒸发器也可以调换为冷凝器，另一个换热器相反。基于此结构，本发明实施例所述的物料处理方法的具体实施过程如下所述：

(1)将物料10放置于处理系统的处理室9中，关闭处理室9的进料口并关闭第一处理室风门91和第二处理室风门92，使处理系统的处理室9与外界隔绝，形成一个封闭的空间。

(2)之后，热泵系统工作，即压缩机1、第一风机31和第二风机32运行，换向阀5处于使热泵系统向处理系统输入冷量的导通状态；热泵系统通过第二换热器22向处理室9内输入冷量，使处理室9内的温度降低，并通过处理室9内的温度传感器反馈实时温度，以控制压缩机1启停，从而使处理室9内的温度达到并维持在第一温度范围内。第一温度范围优选为2℃至5℃或处于该温度范围内的任意更小范围。

(3)当达到上述“处理室9内的温度达到并维持在第一温度范围内”后，臭氧系统工作，即第一臭氧风门71和第二臭氧风门72开启，臭氧风机8和臭氧发生器6运行，从而向处理室9内释放臭氧，使处理室9内的臭氧浓度升高，并通过处理室9内的臭氧含量传感器反馈实时臭氧浓度，以控制臭氧发生器6的启停，从而使处理室9内的臭氧浓度升高并维持在预设的臭氧浓度范围内，以使处理室9的内部环境处于第一环境状态。臭氧浓度范围优选为0.1ppm至8ppm或处于该臭氧浓度范围内的任意更小范围。

(4)保持上述工作状态一定时间，即维持处理室9内处于第一环境状态的时间在第一时间范围内。第一时间范围优选为1小时至10小时或处于该时间范围内的任意更小范围。

(5)在上述第一时间范围结束后，臭氧系统停止工作，即第一臭氧风门71和第二臭氧风门72完全关闭，臭氧风机8和臭氧发生器6停止工作；但热泵系统继续工作。该状态下，将换向阀5切换至使热泵系统向处理系统输入热量的导通状态，则第二换热器22向处理室9内输入热量，以使处理室9内的温度升高，并通过处理室9内的温度传感器反馈实时温度，以控制压缩机1启停，从而使处理室9内的温度达到并维持在第二温度范围内。第一温度范围优选为35℃至85℃或处于该温度范围内的任意更小范围；并且，通过调节处理系统的第一处理室风门91和第二处理室风门92，使处理室9内的湿度维持在预设的湿度范围内。湿度范围优选为20％至99％或处于该温度范围内的任意更小范围。则处理室9处于第二环境状态。

(6)保持上述工作状态一定时间，即维持处理室9内处于第二环境状态的时间在第二时间范围内。第二时间范围优选为0至30天或处于该时间范围内的任意更小范围。

(7)在上述第二时间范围结束后，热泵系统停止工作，处理系统停止工作，将处理室9中的物料10取出，则物料处理过程完成。

图3至图5所示的物料处理装置中，采用控制室的结构利用若干个可启闭的封闭空间分别将热泵系统的第一换热器21和第二换热器22隔开，并在各个封闭空间设置内风门和外风门，以利用内风门和外风门的启闭的组合动作，实现处理室9分别于与热泵系统的不同换热器连通，进而实现由热泵系统自身工作状态的改变。基于此结构，本发明实施例所述的物料处理方法的具体实施过程如下所述：

(1)如图4所示，将物料10放置于处理系统的处理室9中，关闭处理室9的进料口，并关闭第二风门902、第三风门903、第五风门905、第七风门907、第八风门908和第十一风门911，打开第九风门909和第十风门910风门，以使处理室9与第二换热器22所处的第二空间113连通并与外界环境隔绝，并利用过渡空间112作为气流循环中避免往来气流交叉而形成涡流的气流过渡通道，进而构造成一个连通于第二换热器22和处理室9之间的封闭空间。

(2)之后，热泵系统工作，即压缩机1、第一风机31和第二风机32运行，第一风门901和第四风门904开启，第一换热器21与外部环境交换热量，且第二换热器22向处理室9内输入冷量，如图4的箭头所示，以使处理室9内的温度降低，并通过处理室9内的温度传感器反馈实时温度，以控制压缩机1启停，从而使处理室9内的温度达到并维持在第一温度范围内。第一温度范围优选为2℃至5℃或处于该温度范围内的任意更小范围。

(3)当达到上述“处理室9内的温度达到并维持在第一温度范围内”后，如图4所示，臭氧系统工作，即臭氧总风门73开启，臭氧风机8和臭氧发生器6运行，从而向处理室9内释放臭氧，使处理室9内的臭氧浓度升高，并通过处理室9内的臭氧含量传感器反馈实时臭氧浓度，以控制臭氧发生器6的启停，从而使处理室9内的臭氧浓度升高并维持在预设的臭氧浓度范围内，以使处理室9的内部环境处于第一环境状态。该臭氧浓度范围优选为0.1ppm至8ppm或处于该臭氧浓度范围内的任意更小范围。

(4)保持上述工作状态一定时间，即维持处理室9内处于第一环境状态的时间在第一时间范围内。第一时间范围优选为1小时至10小时或处于该时间范围内的任意更小范围。

(5)在上述第一时间范围结束后，如图5所示，臭氧系统停止工作，即臭氧总风门73完全关闭，臭氧风机8和臭氧发生器6停止工作；但热泵系统继续工作，即压缩机1、第一风机31和第二风机32继续运行。但控制室的各个风门的状态有所变化，如图5所示，具体为：第一风门901、第四风门904、第六风门906和第十风门910关闭，第二风门902、第三风门903、第五风门905、第七风门907、第八风门908、第九风门909和第十一风门911开启，使第一换热器21向处理室9内输入热量，如图5的箭头所示，并使第二换热器22与外部环境交换热量；并且，第十一风门911的开启使得处理室9由于内外温差和气压差而使热空气快速进入处理室9内，从而加速使处理室9内的温度升高，并通过处理室9内的温度传感器反馈实时温度，以控制压缩机1启停，从而使处理室9内的温度达到并维持在第二温度范围内。第一温度范围优选为35℃至85℃或处于该温度范围内的任意更小范围；并且，通过调节处理系统的第二风门902和第十一风门911，使处理室9内的湿度维持在预设的湿度范围内。湿度范围优选为20％至99％或处于该温度范围内的任意更小范围。则处理室9处于第二环境状态。

(6)保持上述工作状态一定时间，即维持处理室9内处于第二环境状态的时间在第二时间范围内。第二时间范围优选为0至30天或处于该时间范围内的任意更小范围。

(7)在上述第二时间范围结束后，热泵系统停止工作，处理系统停止工作，将处理室9中的物料10取出，则物料处理过程完成。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，包括：

处理系统，包括用于放置物料的处理室；

臭氧系统，与所述处理室连接，用于在启动状态下向所述处理室内释放臭氧；

热泵系统，与所述处理室连接，所述热泵系统包括一对换热器和压缩机，所述压缩机连接于一对所述换热器之间，一对所述换热器中的至少一个用于通过改变工作状态，以在所述臭氧系统向所述处理室内释放臭氧以前向所述处理室内输入冷量，并在所述臭氧系统向所述处理室内释放臭氧以后向所述处理室内输入热量；

换向阀，连接于一对所述换热器之间，所述换向阀用于改变所述换热器的工作状态；

其中，一对所述换热器包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器位于所述处理室外，所述第二换热器位于所述处理室内，所述第二换热器用于向所述处理室内输入冷量或热量；所述换向阀的一对端口连接于所述第一换热器与所述压缩机之间，所述换向阀的另一对端口连接于所述第二换热器与所述压缩机之间，所述换向阀用于通过改变内部工质流向，以改变所述第一换热器和/或所述第二换热器的工作状态；

其中，在所述处理室的壁面上构造有至少一个外风门；

其中，所述臭氧系统包括臭氧发生器和臭氧风门，所述臭氧风门可开闭的连接于所述臭氧发生器和所述处理室之间；臭氧空间为一两端连通于所述处理室一侧的通道结构，所述臭氧发生器设置于该通道结构内；

所述热泵系统工作，通过所述处理室内的温度传感器反馈实时温度，以控制所述压缩机启停，以使所述处理室内的温度达到并维持在第一温度范围内或者第二温度范围内；通过所述处理室内的臭氧含量传感器反馈实时臭氧浓度，以控制所述臭氧发生器的启停，从而使所述处理室内的臭氧浓度升高并维持在预设的臭氧浓度范围内。

2.根据权利要求1所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，所述换向阀包括阀体以及设置于所述阀体上的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一换热器与所述第一端口双向连通，所述第二换热器与所述第三端口双向连通，所述压缩机的输入端和输出端分别连接于所述第二端口和所述第四端口。

3.根据权利要求2所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，所述阀体内设有若干条第一单向流路和若干条第二单向流路，所述第一端口与所述第二端口之间、以及所述第四端口与所述第三端口之间分别连通有所述第一单向流路，所述第四端口与所述第一端口之间、以及所述第三端口与所述第二端口之间连通有所述第二单向流路。

4.根据权利要求1所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，每个所述换热器的一侧设有风机。

5.根据权利要求4所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，还包括第一蓄热机构，所述第一蓄热机构成腔体结构套装于所述第一换热器及相应的所述风机的外部；所述第一蓄热机构用于基于所述换向阀的各端口启闭切换状态，与所述第一换热器之间进行热交换。

6.根据权利要求1至5任一项所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，所述热泵系统还包括节流元件，所述节流元件连接于一对所述换热器之间。

7.根据权利要求1至5任一项所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置，其特征在于，还包括电控系统，所述电控系统包括：

人机交互组件，包括机体、以及分别设置在所述机体上的触摸屏、按钮和指示灯；

传感器组件，包括分别与所述人机交互组件连接的温度传感器、湿度传感器和臭氧含量传感器，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述臭氧含量传感器分别安装于所述处理室内；

控制器，分别与所述传感器组件和所述人机交互组件连接。

8.一种热泵与臭氧联合的物料处理方法，其特征在于，由如权利要求1至7任一项所述的热泵与臭氧联合的物料处理装置执行；

所述热泵与臭氧联合的物料处理方法包括：

将物料放置于处理系统的处理室内，并将所述处理室置为封闭空间；

驱动热泵系统向所述处理室内持续输入冷量，以使所述处理室内的温度降低并维持在第一温度范围内；

驱动臭氧系统向所述处理室内持续释放臭氧，以使所述处理室内的臭氧浓度升高并维持在浓度范围内，以使所述处理室内处于第一环境状态；

在所述处理室内处于所述第一环境状态一段时间以后，关闭所述臭氧系统，并驱动所述热泵系统向所述处理室内持续输入热量，以使所述处理室内的温度升高并维持在第二温度范围内，直至所述物料处理完毕。