CN114992999A - 二级制热太阳能耦合热泵干燥系统 - Google Patents

二级制热太阳能耦合热泵干燥系统 Download PDF

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杨洋
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Abstract

本申请实施例公开了一种二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，太阳能集热储能组件；热泵干燥组件，与太阳能集热储能组件连接，能够通过太阳能集热储能组件为热泵干燥组件补充热量。通过设置太阳能集热储能组件与热泵干燥组件连接，热泵干燥组件与回热除湿贮能组件连接，实现低碳能源干燥物料，同时通过设置太阳能集热储能组件还解决了热泵干燥组件在低温环境下工作效率低的问题。相较于现有的通过人工太阳能晾晒，以及化石燃料加热供能干燥的技术方案来说，本申请的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统更加节能环保，同时还能保障热泵在低温环境下稳定可靠的运行。

Description

二级制热太阳能耦合热泵干燥系统
技术领域
本申请涉及干燥系统技术领域，尤其涉及一种二级制热太阳能耦合热泵干燥系统。
背景技术
传统干燥采用露天自然干燥方法，易受气候影响，也受风砂、灰尘、虫蚁等的污染，难以保障干燥食品农副产品的质量。
人工干燥依靠化石燃料提供热能，一方面对环境造成污染，另一方面难以保证被干燥食品或农副产品的质量，容易造成二次污染。
面对当今资源危机和环境危机的背景下，如何低碳环保的实现干燥成为亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的为：提供一种低碳环保的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，以解决物料干燥的问题。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本申请提供一种二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，包括：
太阳能集热储能组件；
热泵干燥组件，与所述太阳能集热储能组件连接，能够通过所述太阳能集热储能组件为所述热泵干燥组件补充热量；
回热除湿贮能组件，与所述热泵干燥组件连接，能够通过所述热泵干燥组件和所述回热除湿贮能组件进行干燥除湿，并将干燥除湿过程中产生的冷凝热回收至太阳能集热储能组件。
可选地，所述太阳能集热储能组件包括：真空光集热器；贮热水箱，与所述真空光集热器连接，为所述贮热水箱提供热量；承压换热水箱，与所述贮热水箱连接，为所述承压换热水箱提供热量；循环水泵，设置在所述真空光集热器与所述贮热水箱之间，用于驱动热量交换；温差控制器，用于检测真空集热器出口温度与所述贮热竖向中部的温度，通过温差控制器控制循环水泵启停。
可选地，在贮热水箱与真空集热器之间安装温度探头与所述温差控制器连接。
可选地，所述热泵干燥组件包括沉浸式盘管蒸发器，设置在干燥箱内的循环回风风道内；第一涡旋压缩机，与所述管翅式空气蒸发器连接；管翅式空气冷凝器，与所述第一涡旋压缩机连接，并通过第一膨胀电磁阀与第一三通阀连接；第一三通阀，其中一个输出端与管翅式空气蒸发器连接，管翅式空气蒸发器通过第二三通阀与第一涡旋压缩机连接；第一三通阀的另一个输出端与沉浸式盘管蒸发器连接；
其中，在第一涡旋压缩机的输入端和输出端均设置有压力表；在管翅式空气冷凝器上设有冷凝风机；在管翅式空气蒸发器上设置有蒸发风机。
可选地，所述回热除湿贮能组件包括：除湿蒸发器，除湿蒸发器的输入端通过第二电磁膨胀阀与所述沉浸式盘管冷凝器连接；除湿蒸发器的输出端通过第二涡旋压缩机与所述沉浸式盘管冷凝器连接。
可选地，热泵干燥组件具有并联式双蒸发器，能够同时从空气和太阳能集热储能组件中吸收热量，以保障热泵干燥组件稳定制热。
可选地，通过太阳能、空气能、电能为干燥物料提供所需热量。
可选地，太阳能集热储能组件，在白天通过集热器集热贮能，夜晚在低温工况下热泵干燥组件制热性能衰减时太阳能热水作为辅助热源对热泵进行辅助补能。
可选地，还包括干燥箱体，所述回热除湿贮能组件和热泵干燥组件与所述干燥箱体连接，对所述干燥箱体进行干燥。
可选地，所述干燥箱体的主体结构通过聚氨酯保温板围合形成，所述干燥箱体内设置有物料架，所述物料架上设置有物料盘。
实施本申请实施例，将具有如下有益效果：
通过设置太阳能集热储能组件与热泵干燥组件连接，热泵干燥组件与回热除湿贮能组件连接，实现低碳能源为物料干燥，同时通过设置太阳能集热储能组件还解决了热泵干燥组件在低温环境下工作效率低的问题。相较于现有的通过人工太阳能晾晒，以及化石燃料加热供能干燥的技术方案来说，本申请的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统更加节能环保，同时还能保障热泵在低温环境下稳定可靠的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请二级制热太阳能耦合热泵干燥系统的原理图。
图中：10-太阳能集热储能组件；11-真空光集热器；12-贮热水箱；13-承压换热水箱；14-第一循环水泵；15-温差控制器；16-温度探头；17-第二循环水泵；18-第一电磁阀；19-第二电磁阀；20-热泵干燥组件；21-沉浸式盘管蒸发器；22-第一涡旋压缩机；221-压力表；23-管翅式空气冷凝器；231-冷凝风机；24-第一三通阀；25-第二三通阀；26-管翅式空气蒸发器；261-蒸发风机；27-第一膨胀电磁阀；30-回热除湿贮能组件；31-除湿蒸发器；32-第二电磁膨胀阀；33-沉浸式盘管冷凝器；34-第二涡旋压缩机；40-干燥箱体；41-聚氨酯保温板；42-物料架；43-物料盘。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如根据上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(根据附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本申请提供一种二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，通过太阳能集热储能组件和回热除湿贮能组件储存热量，在低温时为热泵干燥组件提供热量，从而保障热泵干燥组件在低温环境下能够稳定可靠的工作。
参考图1，本申请提供一种二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，包括太阳能集热储能组件10、热泵干燥组件20和回热除湿贮能组件30，太阳能集热储能组件10与热泵干燥组件20连接，为热泵干燥组件20提供热能，回热除湿贮能组件30与热泵干燥组件20连接为热泵干燥组件20提供正常工作所需的热能。具体地，回热除湿贮能组件30将干燥除湿过程中产生的冷凝热回收至太阳能集热储能组件10，再通过太阳能集热储能组件10为热泵干燥组件20供能，进而提高能量的利用率，达到低碳环保的目的。
由上述可知，本申请的技术方案通过太阳能集热储能组件10和回热除湿贮能组件30为热泵干燥组件20正常稳定工作提供能量，使得本申请的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统能够在低温环境下保持工作效能。
在一些实施方式中，太阳能集热储能组件10包括真空光集热器11、贮热水箱12、承压换热水箱13、第一循环水泵14和温差控制器15，真空光集热器11朝南固定安装在空旷的无遮挡区域，真空光集热器11的出口与贮热水箱12的上部连接，具体地贮热水箱12通过第一循环水泵14与真空光集热器11连通；温差控制器15用于检测真空光集热器11和贮热水箱12之间的温差，并与第一循环水泵14信号连接，温差控制器15根据真空光集热器11和贮热水箱12之间的温差值与设定值比较，控制第一循环水泵14的启停，即控制真空光集热器11与贮热水箱12之间的能量交换。更为具体地，在真空光集热器11与贮热水箱12之间安装温度探头16，温度探头16与温差控制器15信号连接，为温差控制器15提供真空光集热器11与贮热水箱12的温度信息。
在一些实施方式中，二级制热太阳能耦合热泵干燥系统包括两个串联的真空光集热器11，贮热水箱12的底端与温差控制器15连接，之后再经循环水泵与真空光集热器11连接，真空光集热器11的输出端与贮热水箱的顶端连接，从而使得贮热水箱底部的低温经真空光集热器11加热后储存在贮热水箱12的顶端。同时贮热水箱12的顶端与热泵干燥组件20连接，为热泵干燥组件20提供热源。
在一些实施方式中，热泵干燥组件20包括沉浸式盘管蒸发器21、第一涡旋压缩机22、管翅式空气冷凝器23、第一三通阀24、第二三通阀25。沉浸式盘管蒸发器21设置在热泵干燥组件20的干燥箱内的循环回风风道内，第一涡旋压缩机22的输入端与管翅式空气蒸发器26连接，第一涡旋压缩机22的输出端与管翅式空气冷凝器23连接，管翅式空气冷凝器23通过第一膨胀电磁阀27与第一三通阀24的输入端连通；第一三通阀24的一个输出端与管翅式空气蒸发器26连接，管翅式空气蒸发器26通过第二三通阀25与第一涡旋压缩机22的输入端连接；第一三通阀24的另一个输出端与沉浸式盘管蒸发器21连接；其中，在第一涡旋压缩机22的输入端和输出端均设置有压力表221，以检测两端的压力情况，便于操作者识别第一涡旋压缩机22两端的压力，进而识别第一涡旋压缩机22是否为正常工作状态，从而保障本申请的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统工作的可靠性。在管翅式空气冷凝器23上设有冷凝风机231，在管翅式空气蒸发器26上设置有蒸发风机261，从而使得管翅式空气冷凝器23和管翅式空气蒸发器26能够稳定可靠的工作。
优选地，热泵干燥组件20具有并联式双蒸发器，能够同时从空气和太阳能集热储能组件中吸收热量，以保障热泵干燥组件20稳定制热，从而在低温工况下稳定可靠的工作。
在一些实施方式中，回热除湿贮能组件30包括除湿蒸发器31，除湿蒸发器31的输入端通过第二电磁膨胀阀32与沉浸式盘管冷凝器33连接，除湿蒸发器31的输出端通过第二涡旋压缩机34与沉浸式盘管冷凝器33连接，从而将回热除湿产生的热量回收。
可选地，干燥箱体40包括聚氨酯保温板41、物料架42、物料盘43、回风风机26和回风风道27组成。干燥箱体40维护结构由聚氨酯保温板41拼接而成，干燥箱体40侧面隔出循环回风风道27，在回风风道的入口处安装的回风风机26为轴流回风风机，物料架42和物料盘43放置在干燥箱体40内，物料盘43放置在物料架42上。
可选地，本申请的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，通过太阳能(太阳能集热储能组件)、空气能(回热除湿贮能组件)和电能(热泵干燥组件)共同为干燥物料提供所需的能量，从而保障热泵干燥系统在低温工况下仍能够保持其工作效能。
当外界环境温度相对较高时，第一电磁阀18关闭，第二电磁阀19打开，运行单独空气源热泵制热模式，制冷工质从外界环境中吸收热量即可满足干燥箱内热量需要。
当外界环境温度进一步降低，热泵干燥组件20制热性能衰减至无法满足干燥箱干燥需要时，第一电磁阀18和第二电磁阀19同时打开，运行空气源和太阳能集热储能组件10，形成耦合制热模式，制冷工质一路通过管翅式空气蒸发器23从外界环境中吸收热量，另外一支路通过沉浸式盘管蒸发器21从太阳能集热储能组件10加热的热水中吸收热量；当外界环境温度降低至空气的露点温度以下，管翅式空气蒸发器23结霜严重时，第二电磁膨胀阀32关闭，只打开第一电磁膨胀阀27，运行单独太阳能热水源制热模式，制冷工质只通过沉浸式盘管蒸发器21从热水中吸收热量。
回热除湿贮能组件30的启停可通过湿度、温度、时间来进行控制，当由湿度参量控制时，当干燥箱40内的湿度传感器采集的数据大于设定湿度参量时，回热除湿贮能组件30的第二涡旋压缩机34启动，干燥箱40内循环流动的湿热水蒸气在除湿蒸发器31出冷凝成冷凝水并放出热量，冷凝水沿着排水口排出干燥箱40，冷凝热由二级除湿回热子系统中的制冷工质回收至承压换热水箱13中，供热泵干燥组件20补能使用。相似地，当通过温度参数和时间参数来控制时，通过采集相应的参数值来控制回热除湿贮能组件30的工作状态。在补能至第二天时，环境温度升高，单独空气源制热能够满足干燥箱内部物料干燥所需热量时，太阳能集热储能组件10中的第一电磁阀18关闭，热泵系统切换为单独空气源制热模式，以此来根据实际的运行工况进行模式的切换。
第二天日出后，太阳能真空集热器11不断吸收太阳能热量，重新加热经过换热温度降低的太阳能热水，以此循环往复，实现白天太阳能集热贮能，夜间辅助对空气源热泵干燥机组补能的模式，进而保障空气源热泵干燥组件20在高原、严寒、大温差工况下的稳定制热，实现除湿回热贮能。
在一些实施例中，太阳能集热储能组件10在白天通过真空光集热器11集热贮能，加热贮热水箱12中的水，夜晚在低温工况下热泵干燥组件20制热性能衰减时，太阳能加热的热水作为辅助热源对热泵干燥组件20进行辅助补能。具体地，太阳能集热储能组件10与承压换热水箱13之间通过第二循环水泵17，将太阳能热水循环至承压水箱内，给热泵干燥组件20补能。
以上所述实施例的各个技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，包括：
太阳能集热储能组件；
热泵干燥组件，与所述太阳能集热储能组件连接，能够通过所述太阳能集热储能组件为所述热泵干燥组件补充热量；
回热除湿贮能组件，与所述热泵干燥组件连接，能够通过所述热泵干燥组件和所述回热除湿贮能组件进行干燥除湿，并将干燥除湿过程中产生的冷凝热回收至太阳能集热储能组件。
2.根据权利要求1所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，所述太阳能集热储能组件包括：
真空光集热器；
贮热水箱，与所述真空光集热器连接，为所述贮热水箱提供热量；
承压换热水箱，与所述贮热水箱连接，为所述承压换热水箱提供热量；
循环水泵，设置在所述真空光集热器与所述贮热水箱之间，用于驱动热量交换；
温差控制器，用于检测真空集热器出口温度与所述贮热水箱中部的温度，通过温差控制器控制循环水泵启停。
3.根据权利要求2所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，在贮热水箱与真空集热器之间安装温度探头与所述温差控制器连接。
4.根据权利要求2所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，所述热泵干燥组件包括：
沉浸式盘管蒸发器，设置在干燥箱内的循环回风风道内；
第一涡旋压缩机，与所述管翅式空气蒸发器连接；
管翅式空气冷凝器，与所述第一涡旋压缩机连接，并通过第一膨胀电磁阀与第一三通阀连接；
第一三通阀，其中一个输出端与管翅式空气蒸发器连接，管翅式空气蒸发器通过第二三通阀与第一涡旋压缩机连接；第一三通阀的另一个输出端与沉浸式盘管蒸发器连接；
其中，在第一涡旋压缩机的输入端和输出端均设置有压力表；在管翅式空气冷凝器上设有冷凝风机；在管翅式空气蒸发器上设置有蒸发风机。
5.根据权利要求4所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，所述回热除湿贮能组件包括：
除湿蒸发器，所述除湿蒸发器的输入端通过第二电磁膨胀阀与所述沉浸式盘管冷凝器连接；所述除湿蒸发器的输出端通过第二涡旋压缩机与所述沉浸式盘管冷凝器连接。
6.根据权利要求1所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，热泵干燥组件具有并联式双蒸发器，能够同时从空气和太阳能集热储能组件中吸收热量，以保障热泵干燥组件稳定制热。
7.根据权利要求1所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，通过太阳能、空气能、电能为干燥物料提供所需能量。
8.根据权利要求1所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，太阳能集热储能组件，在白天通过真空光集热器集热贮能，夜晚在低温工况下热泵干燥组件制热性能衰减时太阳能热水作为辅助热源对热泵干燥组件进行辅助补能。
9.根据权利要求1所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，还包括干燥箱体，所述回热除湿贮能组件和热泵干燥组件与所述干燥箱体连接，对所述干燥箱体进行干燥。
10.根据权利要求9所述的二级制热太阳能耦合热泵干燥系统，其特征在于，所述干燥箱体的主体结构通过聚氨酯保温板围合形成，所述干燥箱体内设置有物料架，所述物料架上设置有物料盘。
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