相变换热平衡的烘干装置及其工作方法
技术领域
本发明属于干燥技术领域，特别是一种相变换热平衡的烘干装置及其工作方法。
背景技术
现有负压干燥技术采用真空泵将蒸发滚筒抽成负压环境，并利用外部加热装置加速物料中的水分蒸发完成干燥过程，在水分蒸发相变过程中需不断由外部加热装置提供热量，从而需要大量能量输入。本发明通过将蒸发滚筒与凝结腔的一体化设计，使凝结过程的放热与蒸发过程的吸热保持热流平衡，从而不需要附加提供更多热量达到节能目的。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种相变换热平衡的烘干装置及其工作方法，能使热流从高温凝结腔通过两个腔体之间的导热连接管道传递至低温蒸发滚筒，具有节能、结构简单、成本低的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种相变换热平衡的烘干装置包括：
负压腔，其为中心对称结构，中心对称结构的中心轴线相对于水平面倾斜第一角度，负压腔包括用于开闭的负压腔门、管路连接负压腔的第一阀门和第三阀门，第一阀门和第三阀门开闭以调节负压腔的压力；
真空泵，其连接于第一阀门和负压腔之间的管路；
加热装置，其设于所述负压腔内；
蒸发滚筒，其为与所述负压腔共轴的中心对称结构，容纳待干燥物料的所述蒸发滚筒一端开口与所述负压腔内部连通，另一端经由管道连通凝结腔；
凝结腔，其为与所述负压腔共轴的圆锥状腔体，其一端安装第二阀门，其另一端通过管道连通所述蒸发滚筒，所述凝结腔、管道和蒸发滚筒可转动地安装在负压腔内，圆锥状腔体具有相对于其中心轴线倾斜第二角度的侧面母线，所述第一角度大于第二角度；
风机，其安装在所述管道，以将蒸发滚筒中的水蒸气送入凝结腔。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述凝结腔经由支架可转动地安装于负压腔内，所述支架连接用于驱动凝结腔转动的驱动机构。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述管道设有给电机供电的滑轨电极。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述凝结腔、蒸发滚筒、管道由导热材料构成且连为一体。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述蒸发滚筒为圆柱体结构。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述蒸发滚筒内的水分蒸发过程中引起温度降低，凝结腔中蒸气凝结引起温度升高，从而使热流从凝结腔通过管道传递至蒸发滚筒。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述蒸发滚筒的直径大于所述圆锥状腔体的最大直径。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，第一阀门、第二阀门和第三阀门包括电磁阀。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述负压腔内容纳具有蒸发相和凝结相的工作液体。
相变换热平衡的烘干装置的工作方法包括以下步骤，
倾斜放置负压腔，将待干燥物料置于蒸发滚筒内；
关闭负压腔门，打开第一阀门，关闭第二阀门和第三阀门，启动真空泵和加热装置，且转动凝结腔、管道和蒸发滚筒，使负压腔内的温度压力状态达到水的沸点临界值后关闭第一阀门；
启动风机使蒸发滚筒内的压力降低，凝结腔内的压力升高，水分在蒸发滚筒内蒸发，并在凝结腔内凝结，通过控制加热装置的加热功率和风机的转速使蒸发滚筒内的水分状态达到沸点以上，凝结腔内的水分状态达到沸点以下实现凝结；
烘干结束后，打开第二阀门和第三阀门使负压腔内压力恢复到大气压，并排出水。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的相变换热平衡的烘干装置利用内置风机控制蒸发滚筒内及凝结腔内的水分状态，实现蒸发与凝结过程的热量交换，具有结构简单，能耗低、成本低的优点。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的相变换热平衡的烘干装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的相变换热平衡的烘干装置的工作区域示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1至图2所示，相变换热平衡的烘干装置包括：
负压腔1，其为中心对称结构，中心对称结构的中心轴线相对于水平面倾斜第一角度，负压腔1包括用于开闭的负压腔门7、管路连接负压腔1的第一阀门8A和第三阀门8C，第一阀门8A和第三阀门8C开闭以调节负压腔1的压力；
真空泵2，其连接于第一阀门8A和负压腔1之间的管路；
加热装置10，其设于所述负压腔1内；
蒸发滚筒6，其为与所述负压腔1共轴的中心对称结构，容纳待干燥物料的所述蒸发滚筒6一端开口与所述负压腔1内部连通，另一端经由管道3连通凝结腔4；
凝结腔4，其为与所述负压腔1共轴的圆锥状腔体，其一端安装第二阀门8B，其另一端通过管道3连通所述蒸发滚筒6，所述凝结腔4、管道3和蒸发滚筒6可转动地安装在负压腔1内，圆锥状腔体具有相对于其中心轴线倾斜第二角度的侧面母线，所述第一角度大于第二角度；
风机5，其安装在所述管道3，以将蒸发滚筒6中的水蒸气送入凝结腔4。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述凝结腔4经由支架9可转动地安装于负压腔1内，所述支架9连接用于驱动凝结腔4转动的驱动机构。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述管道3设有给电机供电的滑轨电极11。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述凝结腔4、蒸发滚筒6、管道3由导热材料构成且连为一体。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述蒸发滚筒6为圆柱体结构。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述蒸发滚筒6内的水分蒸发过程中引起温度降低，凝结腔4中蒸气凝结引起温度升高，从而使热流从凝结腔4通过管道3传递至蒸发滚筒6。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述蒸发滚筒6的直径大于所述圆锥状腔体的最大直径。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，第一阀门8A、第二阀门8B和第三阀门8C包括电磁阀。
所述的相变换热平衡的烘干装置中，所述负压腔1内容纳具有蒸发相和凝结相的工作液体。
在一个实施例中，装置包含负压腔1，真空泵2，管道3，凝结腔4，风机5，蒸发滚筒6，负压腔门7，第一阀门8A，第二阀门8B，第三阀门8C，支架9，支架驱动及加热装置10，滑轨电极11。其中，凝结腔4为圆锥状腔体，其一端安装有第二阀门8B，其另一端与圆柱状蒸发滚筒6通过管道3连通在一起成为一个整体，且三者共轴，通过支架9和支架驱动及加热装置10安装在负压腔1内。负压腔1为圆柱状腔体，顶端面上有负压腔门7，其轴线与蒸发滚筒共轴，风机5安装在管道3内通过滑轨电极11供电；支架驱动及加热装置10可对蒸发滚筒进行加热，也可对凝结腔4、圆柱状的蒸发滚筒6、管道3三者构成的部件进行驱动使其在负压腔1内转动。所述蒸发滚筒6一端开口与负压腔1内部连通，另一端开口通过管道3与凝结腔4连通。凝结腔4、圆柱状的蒸发滚筒6、管道3三者由导热良好的材料构成且连为一体，能保证三部分之间导热良好。风机5能够将蒸发滚筒6中的水蒸气送入凝结腔4。
相变换热平衡的烘干装置的工作方法包括以下步骤，
倾斜放置负压腔1，将待干燥物料置于蒸发滚筒6内；
关闭负压腔门7，打开第一阀门8A，关闭第二阀门8B和第三阀门8C，启动真空泵2和加热装置10，且转动凝结腔4、管道3和蒸发滚筒6，使负压腔1内的温度压力状态达到水的沸点临界值后关闭第一阀门8A；
启动风机5使蒸发滚筒6内的压力降低，凝结腔4内的压力升高，水分在蒸发滚筒6内蒸发，并在凝结腔4内凝结，通过控制加热装置10的加热功率和风机5的转速使蒸发滚筒6内的水分状态达到沸点以上，凝结腔4内的水分状态达到沸点以下实现凝结；
烘干结束后，打开第二阀门8B和第三阀门8C使负压腔1内压力恢复到大气压，并排出水。
工作过程如下：将负压腔1倾斜放置，使其中轴与水平面的第一角度的夹角α大于凝结腔中轴与侧面母线的第二角度的夹角β，将待干燥物料置于蒸发滚筒6内，关闭负压腔门7，打开第一阀门8A，关闭第二阀门8B，关闭第三阀门8C，启动真空泵2和支架驱动及加热装置10，使负压腔1内的温度压力状态达到水的沸点临界值后第一阀门8A，然后启动风机5使蒸发滚筒6内的压力降低，凝结腔内的压力升高，水分在蒸发滚筒6内快速蒸发，并在凝结腔4内凝结，通过控制支架、驱动及加热装置10的加热功率和风机5的转速使蒸发滚筒6内的水分状态达到沸点以上，凝结腔4内的水分状态达到沸点以下实现凝结。烘干过程中凝结腔4、圆柱状的蒸发滚筒6、管道3三者构成的部件在支架驱动及加热装置10的驱动下滚动。烘干结束后，打开第二阀门8B和第三阀门8C使负压腔1内压力恢复到大气压，并排出水。
负压腔出口处的真空泵通过抽取负压腔内的空气使腔内形成负压空间。蒸发滚筒内温度及压力状态、凝结腔内温度及压力状态均通过蒸发滚筒与凝结腔之间的风机及蒸发滚筒壳体上的加热装置分别被控制在水的沸点以上及以下。蒸发滚筒内的水分蒸发过程中引起温度降低，凝结腔中蒸气凝结引起温度升高，从而使热流从高温凝结腔通过两个腔体之间的导热连接部分传递至低温蒸发滚筒，从而达到节省蒸发滚筒加热量的目的。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。