CN115289827B - 一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置及烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置，包括：气体循环回路，其包括依次连接的冷凝器、气体加热器和烘干柜；还包括设置于烘干柜与冷凝器间的第一气体流路，第二气体流路；第一气体流路中设有气体冷却器；第二气体流路中设有回热器、蒸发器；从烘干柜流出的气体经第一气体流路中的气体冷却器和第二气体流路中的回热器、蒸发器后在回热器混合，并经冷凝器、气体加热器返回至烘干柜；制冷剂循环回路，其包括连接于气体冷却器和气体加热器间的压缩机；还公开了烘干装置的烘干方法。该烘干装置及其烘干方法能够解决热泵烘干送风时高温和低湿需求之间的矛盾，提升热泵循环能效，解决热泵干燥系统不同阶段能量需求不匹配的矛盾。

Description

一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置及烘干方法

技术领域

本发明涉及干燥除湿领域，用于衣物、食品、蔬菜、药材等干燥场合，具体涉及一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置及方法。

背景技术

热泵干燥系统由于单位能耗除湿量(SMER)高而在干燥除湿领域得到广泛应用。烘干物干燥时，前期需经历升温吸热过程，升温越快，热泵系统干燥效率越高。目前常见的空气循环布置方式有：主冷凝器串联辅助冷凝器、蒸发器前增加空气与外界空气辅助冷却器等。通过现有的布置方式有利于中后期干燥过程的稳定。但现有的布置方式并不能缩短前期升温时间，目前烘干物的升温所需热量主要依靠压缩机的功转热，升温时间占到了烘干总时间的30％以上。

众所周知，高温低湿空气在单次循环下对烘干物的干燥能力更强，在热泵干燥系统中为了获得高温低湿空气，则需要热泵循环冷凝温度更高、蒸发温度更低，由此导致热泵循环能效更低，压缩机功耗更高，高温和低湿需求两者之间存在矛盾。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置及烘干方法，该烘干装置及其烘干方法能够解决热泵烘干送风时高温和低湿之间的矛盾，提升热泵循环能效，解决热泵干燥系统不同阶段能量需求不匹配的矛盾。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置，包括：

气体循环回路，所述气体循环回路中包括依次连接的冷凝器、气体加热器和烘干柜；还包括设置于所述烘干柜与所述冷凝器间的第一气体流路，第二气体流路；所述第一气体流路中设有气体冷却器；所述第二气体流路中设有回热器、蒸发器；从所述烘干柜流出的气体经所述第一气体流路中的气体冷却器和所述第二气体流路中的回热器、蒸发器后在所述回热器混合，并经所述冷凝器、所述气体加热器返回至所述烘干柜；

制冷剂循环回路，所述制冷剂循环回路包括连接于所述气体冷却器和所述气体加热器间的压缩机。

优选地，所述制冷剂循环回路还包括连接于所述气体冷却器与所述气体加热器间的辅助换热器；所述制冷剂循环回路具有第一状态、第二状态；在所述第一状态时，所述辅助换热器与所述蒸发器相并联；在第二状态时，所述辅助换热器与所述冷凝器相并联。

进一步优选地，所述制冷剂循环回路包括制冷剂主流路、第一制冷剂支路和第二制冷剂支路；

所述制冷剂主流路由所述压缩机、所述气体加热器、所述冷凝器、节流阀、所述蒸发器、所述冷却器依次连接并形成回路；

所述第一制冷剂支路由所述节流阀的出口、所述辅助换热器、所述气体冷却器的入口依次连接形成；

所述第二制冷剂支路由所述气体加热器出口、所述辅助换热器、所述节流阀入口依次连接形成；

在所述第一状态时，所述制冷剂主流路、所述第一制冷剂支路为通路状态，所述第二制冷剂支路为关闭状态；在所述第二状态时，所述制冷剂主流路、所述第二制冷剂支路为通路状态，所述第一制冷剂支路为关闭状态。

进一步优选地，在所述辅助换热器的两端分别设有第一控制阀、第二控制阀；所述第一控制阀和所述第二控制阀为三通阀；所述第一控制阀连接于所述辅助换热器的出口、所述气体冷却器的入口和所述节流阀的入口间；所述第二控制阀连接于所述气体加热器的出口、所述辅助换热器的入口和所述蒸发器的入口间；所述第一控制阀、所述第二控制阀用于制冷剂循环回路在所述第一状态和所述第二状态间切换。

一种烘干方法，所述烘干方法使用上述封闭式零湿排放高效热泵烘干装置。

具体的，所述烘干方法包括：

第一阶段：通过第一控制阀，使辅助换热器与气体冷却器的入口间通路打开，辅助换热器与节流阀的入口间通路关闭；通过第二控制阀，使节流阀的出口与辅助换热器间通路打开，气体加热器与辅助换热器间通路关闭；

第一阶段气体流动过程为：气体从烘干柜流出后分为两路，一路进入第一气体流路，另一路进入第二气体流路，第一气体流路、第二气体流路中的气体汇合后流入回热器，并经冷凝器、气体加热器返回至烘干柜；

第一阶段制冷剂流动过程为：制冷剂从压缩机流出依次进入气体加热器、冷凝器、节流阀，从节流阀流出后分为两路，一路沿制冷剂主流路通过蒸发器，另一路沿第一制冷剂支路通过辅助换热器，制冷剂主流路、第一制冷剂支路中的制冷剂在气体冷却器的入口前汇合并流入气体冷却器，再返回至压缩机；

第二阶段：通过第一控制阀，使辅助换热器与气体冷却器通路关闭，辅助换热器与节流阀的入口间通路打开；通过第二控制阀，使节流阀的出口与辅助换热器间通路关闭，气体加热器的出口与辅助换热器通路打开；

第二阶段气体流动过程为：气体从烘干柜流出后分为两路，一路进入第一气体流路，另一路进入第二气体流路，第一气体流路、第二气体流路中的气体汇合后流入回热器，并经冷凝器、气体加热器返回至烘干柜；

第二阶段制冷剂流动过程为：制冷剂从压缩机流出后进入气体加热器，从气体加热器流出后分为两路，一路沿制冷剂主流路通过冷凝器，另一路沿第二制冷剂支路通过辅助换热器，制冷剂主流路、第二制冷剂支路中的制冷剂在节流阀的入口前汇合并流入节流阀，再依次进入蒸发器、气体冷却器，最后返回至压缩机。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明热泵烘干装置中，将蒸发器与气体冷却器相连，使制冷剂从蒸发器流出后进入气体冷却器，使得制冷剂蒸汽过热，气体冷却器加大了单位流量制冷剂对气体降温除湿时的焓差，从而减小制冷剂循环流量，降低压缩机功耗；同时制冷剂过热可保证压缩机排气温度更高，通过设置气体加热器，与循环气体逆流换热，可保证循环气体进入烘干柜的温度更高，循环气体单次带湿能力更强。

2.在气体循环回路中通过设置第一气体流路、第二气体流路，能够使气体与制冷剂间的传热温差更为均匀，减少不可逆热损失。具体的，在气体冷却器中匹配汽态制冷剂与循环气体热容流率(比热容×质量流量)，结合气体与汽态制冷剂逆流换热，使得两股流体在气体冷却器中的传热温差均匀，减小不可逆热损失；匹配循环气体在回热器中的热容流率，在回热器中降温气体相对湿度高且会析湿，通过分流使得降温气体流量小于升温气体流量，再结合逆流换热，有利于在回热器中两股流体的传热温差均匀，减小不可逆热损失。

3.在气体循环回路中设置回热器，用于两股气体逆流换热，具体为从烘干柜流出的高温高湿气体与从蒸发器、气体冷却器流出的低温低湿气体之间逆流换热，有利于减小制冷剂在蒸发器、气体冷却器内的除湿负担，进而减小制冷剂质量流量，降低压缩机功耗；同时设置回热器可提高气体流入冷凝器的温度，提升气体与相变制冷剂之间的传热温差均匀性，减小不可逆热损失。

4.在气体循环回路中设置依次连接的冷凝器和气体加热器，实现对气体梯级升温，减少不可逆热损失。

5.使制冷剂循环回路具有第一状态和第二状态，在第一状态时，辅助换热器与蒸发器相并联，使辅助换热器作为蒸发器，从柜外环境中吸收热量，缩短升温时间，同时由于烘干物温度快速升高，可提升烘干物表面饱和气体含湿量，增大烘干物与气体间质交换驱动力，提升干燥效率；在第二状态时，辅助换热器与冷凝器相并联，使辅助换热器作为冷凝器，将多余热量排至柜外环境中，保证烘干物温度稳定以及制冷剂循环时工作状态的稳定，解决热泵烘干装置各阶段能量需求不匹配的矛盾。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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为本发明实施例中封闭式零湿排放高效热泵烘干装置的电气连接示意图；

图2为本发明实施例中第一阶段气体、制冷剂流动示意图；

图3为本发明实施例中第二阶段气体、制冷剂流动示意图。

以上附图的附图标记：1、烘干柜；2、气体冷却器；3、回热器；4、蒸发器；5、冷凝器；6、气体加热器；7、第一风扇；8、压缩机；9、节流阀；10、第一控制阀；11、第二控制阀；12、辅助换热器；13、第二风扇。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：参见图1～3所示，一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置，包括气体循环回路和制冷剂循环回路。所述气体循环回路中包括依次连接的、冷凝器5、气体加热器6、第一风扇7和烘干柜1；还包括设置于所述烘干柜1与所述冷凝器5间的第一气体流路，第二气体流路；所述第一气体流路中设有气体冷却器2；所述第二气体流路中设有回热器3、蒸发器4；从所述烘干柜1流出的气体经所述第一气体流路中的气体冷却器2和所述第二气体流路中的回热器3、蒸发器4后在所述回热器3混合，并经所述冷凝器5、所述气体加热器6返回至所述烘干柜1。

所述制冷剂循环回路包括连接于所述气体冷却器2和所述气体加热器6间的压缩机8。

通过在热泵烘干装置中增设气体冷却器2和气体加热器6，采用制冷剂过热方式，在压缩机8同等压比下，降低蒸发温度可保证循环气体低含湿量，降低冷凝温度的同时，还可保证循环气体高温从而提升气体单次循环的干燥能力。

在一个优选地实施方式中，所述制冷剂循环回路还包括连接于所述气体冷却器2与所述气体加热器6间的辅助换热器12；与所述辅助换热器12相对的第二风扇13。所述制冷剂循环回路具有第一状态、第二状态；在所述第一状态时，所述辅助换热器12与所述蒸发器4相并联；在第二状态时，所述辅助换热器12与所述冷凝器5相并联。在第一状态时，辅助换热器12与蒸发器4相并联，使辅助换热器12作为蒸发器4，从柜外环境中吸收热量，缩短升温时间，同时由于烘干物温度快速升高，可提升烘干物表面饱和气体含湿量，增大烘干物与气体间质交换驱动力，提升干燥效率；在第二状态时，辅助换热器12与冷凝器5相并联，使辅助换热器12作为冷凝器5，将多余热量排至柜外环境中，保证烘干物温度稳定。

具体的，所述制冷剂循环回路包括制冷剂主流路、第一制冷剂支路和第二制冷剂支路。

所述制冷剂主流路由所述压缩机8、所述气体加热器6、所述冷凝器5、节流阀9、所述蒸发器4和所述气体冷却器2依次连接并形成回路；所述第一制冷剂支路由所述节流阀9的出口、所述辅助换热器12、所述气体冷却器2的入口依次连接形成；所述第二制冷剂支路由所述气体加热器6的出口、所述辅助换热器12和所述节流阀9的入口依次连接形成。

在所述第一状态时，所述制冷剂主流路、所述第一制冷剂支路为通路状态，所述第二制冷剂支路为关闭状态；在所述第二状态时，所述制冷剂主流路、所述第二制冷剂支路为通路状态，所述第一制冷剂支路为关闭状态。

参见图1所示，在所述辅助换热器12的两端分别设有第一控制阀10、第二控制阀11；所述第一控制阀10和所述第二控制阀11为三通阀；所述第一控制阀10连接于所述辅助换热器12的出口、所述气体冷却器2的入口和所述节流阀9的入口间；所述第二控制阀11连接于所述气体加热器6的出口、所述辅助换热器12的绕口和所述蒸发器4的入口间；所述第一控制阀10、所述第二控制阀11用于制冷剂循环回路在所述第一状态和所述第二状态间切换。

一种烘干方法，所述烘干方法使用上述封闭式零湿排放高效热泵烘干装置。

具体的，所述烘干方法包括：前期的烘干物升温干燥阶段和中后期的烘干物控温干燥阶段。

第一阶段(烘干物升温干燥阶段)：通过第一控制阀，使辅助换热器12与气体冷却器的入口间通路打开，辅助换热器12与节流阀9的入口间通路关闭；通过第二控制阀11，使节流阀9的出口与辅助换热器12间通路打开，辅助换热器12与气体加热器6间通路关闭。即在制冷剂循环回路中使制冷剂主流路、第一制冷剂支路呈通路状态，第二制冷剂支路呈关闭状态。

参见图2所示，图中实心箭头为气体循环回路中气体流动过程。具体的，气体从烘干柜1流出后分为两路，一路进入第一气体流路，即流入气体冷却器2；另一路进入第二气体流路，即依次进入回热器3、蒸发器4。第一气体流路、第二气体流路中的气体汇合后流入回热器3，并经冷凝器5、气体加热器6返回至烘干柜1。

参见图2所示，图中空心箭头为制冷剂循环回路中制冷剂流动过程。制冷剂从压缩机8流出依次进入气体加热器6、冷凝器5、节流阀9，从节流阀9流出后分为两路，一路沿制冷剂主流路通过蒸发器4。另一路沿第一制冷剂支路通过辅助换热器12，制冷剂主流路、第一制冷剂支路中的制冷剂在气体冷却器的入口前汇合并流入气体冷却器，再返回至压缩机。

在制冷剂主流路中，将蒸发器4与气体冷却器2相连，使制冷剂从蒸发器4流出后进入气体冷却器2，使得制冷剂蒸汽过热，气体冷却器加大了单位流量制冷剂对气体降温除湿时的焓差，从而减小制冷剂循环流量，降低压缩机8功耗。同时制冷剂过热可保证压缩机8排气温度更高，通过设置气体加热器，与循环气体换热，可保证循环气体进入烘干柜1的温度更高，循环气体单次带湿能力更强。

将从压缩机8流出的制冷剂分流至制冷剂主流路、第一制冷剂支路，使位于第一制冷剂支路中的制冷剂可通过辅助换热器12吸收柜外的热量，缩短升温时间，同时由于烘干物温度快速升高，可提升烘干物表面饱和气体含湿量，增大烘干物与气体间质交换驱动力，提升干燥效率。

第二阶段(烘干物控温干燥阶段)：通过第一控制阀，使辅助换热器12与气体冷却器2通路关闭，辅助换热器12与节流阀9的入口间通路打开；通过第二控制阀11，使辅助换热器12与节流阀9的出口间通路关闭，辅助换热器12与气体加热器6通路打开。即在制冷剂循环回路中使制冷剂主流路、第二制冷剂支路呈通路状态，第一制冷剂支路呈关闭状态。

参见图3所示，图中实心箭头为气体循环回路中气体流动过程。该过程与第一阶段中气体流动过程相同。

参见图3所示，图中空心箭头为制冷剂回路中制冷剂流动过程。制冷剂从压缩机8流出后进入气体加热器6，从气体加热器6流出后分为两路，一路沿制冷剂主流路通过冷凝器5，另一路沿第二制冷剂支路通过辅助换热器12，制冷剂主流路、第二制冷剂支路中的制冷剂在节流阀9的入口前汇合并流入节流阀9，再依次进入蒸发器4、气体冷却器2，最后返回至压缩机8。。辅助换热器12与冷凝器5相并联，使辅助换热器12作为冷凝器5，将多余热量排至柜外环境中，保证烘干物温度稳定。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种封闭式零湿排放高效热泵烘干装置，其特征在于，包括：

气体循环回路，所述气体循环回路中包括依次连接的冷凝器、气体加热器和烘干柜；还包括设置于所述烘干柜与所述冷凝器间的第一气体流路，第二气体流路；所述第一气体流路中设有气体冷却器；所述第二气体流路中设有回热器、蒸发器；从所述烘干柜流出的气体经所述第一气体流路中的气体冷却器和所述第二气体流路中的回热器、蒸发器后在所述回热器混合，并经所述冷凝器、所述气体加热器返回至所述烘干柜；

制冷剂循环回路，所述制冷剂循环回路包括制冷剂主流路、第一制冷剂支路和第二制冷剂支路；所述制冷剂循环回路还包括分别连接于所述气体冷却器和所述气体加热器间的压缩机、辅助换热器；

所述制冷剂主流路由所述压缩机、所述气体加热器、所述冷凝器、节流阀、所述蒸发器、所述气体冷却器依次连接并形成回路；

所述第一制冷剂支路由所述节流阀的出口、所述辅助换热器、所述气体冷却器的入口依次连接形成；

所述第二制冷剂支路由所述气体加热器出口、所述辅助换热器、所述节流阀入口依次连接形成；

所述制冷剂循环回路具有第一状态、第二状态；在所述第一状态时，所述制冷剂主流路、所述第一制冷剂支路为通路状态，所述第二制冷剂支路为关闭状态，所述辅助换热器与所述蒸发器相并联；在所述第二状态时，所述制冷剂主流路、所述第二制冷剂支路为通路状态，所述第一制冷剂支路为关闭状态，所述辅助换热器与所述冷凝器相并联。

2.根据权利要求1所述的封闭式零湿排放高效热泵烘干装置，其特征在于：在所述辅助换热器的两端分别设有第一控制阀、第二控制阀；所述第一控制阀和所述第二控制阀为三通阀；所述第一控制阀连接于所述辅助换热器的出口、所述气体冷却器的入口和所述节流阀的入口间；所述第二控制阀连接于所述气体加热器的出口、所述辅助换热器的入口和所述蒸发器的入口间；所述第一控制阀、所述第二控制阀用于制冷剂循环回路在所述第一状态和所述第二状态间切换。

3.一种烘干方法，其特征在于，所述烘干方法使用如权利要求1-2任意所述的封闭式零湿排放高效热泵烘干装置。

4.根据权利要求3所述的烘干方法，其特征在于，所述烘干方法包括：

第一阶段：通过第一控制阀，使辅助换热器与气体冷却器的入口间通路打开，辅助换热器与节流阀的入口间通路关闭；通过第二控制阀，使节流阀的出口与辅助换热器间通路打开，气体加热器与辅助换热器间通路关闭；

第一阶段气体流动过程为：气体从烘干柜流出后分为两路，一路进入第一气体流路，另一路进入第二气体流路，第一气体流路、第二气体流路中的气体汇合后流入回热器，并经冷凝器、气体加热器返回至烘干柜；

第一阶段制冷剂流动过程为：制冷剂从压缩机流出依次进入气体加热器、冷凝器、节流阀，从节流阀流出后分为两路，一路沿制冷剂主流路通过蒸发器，另一路沿第一制冷剂支路通过辅助换热器，制冷剂主流路、第一制冷剂支路中的制冷剂在气体冷却器的入口前汇合并流入气体冷却器，再返回至压缩机；

第二阶段：通过第一控制阀，使辅助换热器与气体冷却器通路关闭，辅助换热器与节流阀的入口间通路打开；通过第二控制阀，使节流阀的出口与辅助换热器间通路关闭，气体加热器的出口与辅助换热器通路打开；

第二阶段气体流动过程为：气体从烘干柜流出后分为两路，一路进入第一气体流路，另一路进入第二气体流路，第一气体流路、第二气体流路中的气体汇合后流入回热器，并经冷凝器、气体加热器返回至烘干柜；

第二阶段制冷剂流动过程为：制冷剂从压缩机流出后进入气体加热器，从气体加热器流出后分为两路，一路沿制冷剂主流路通过冷凝器，另一路沿第二制冷剂支路通过辅助换热器，制冷剂主流路、第二制冷剂支路中的制冷剂在节流阀的入口前汇合并流入节流阀，再依次进入蒸发器、气体冷却器，最后返回至压缩机。