CN116839346A - 一种闭式热平衡除湿烘干机组 - Google Patents
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Abstract
本发明属于闭式烘干技术领域，具体为一种闭式热平衡除湿烘干机组，包括：气体处理机组、高温除湿循环机组、热平衡制冷除湿循环机组；所述气体处理机组包括依次连接的高温进气管、蒸发降温管、冷凝升温管；所述高温除湿循环机组包括通过管道依次连接的高温压缩机、高温冷凝器、高温节流机构、高温蒸发器；所述热平衡制冷除湿循环机组包括通过管道依次连接的热平衡压缩机、热平衡冷凝器、热平衡节流机构、热平衡蒸发器；本发明通过高温除湿循环机组和热平衡制冷除湿循环机组在气体处理机组的内部对烘干气体进行除湿烘干，实现了闭式除湿烘干过程中湿度和热量的双重平衡，可以精确的控制气体处理机组内烘干环境的温湿度。
Description
技术领域
本发明涉及闭式烘干技术领域，具体为一种闭式热平衡除湿烘干机组。
背景技术
烘干技术被广泛应用于食品生产、皮革、造纸、印刷、医药、化工等行业。传统的烘干技术是通过加热提高被烘干物料和烘干气体(通常是空气)的温度，使物料中含有的水或其它挥发物进入烘干气体中，再排出到系统以外。热泵作为热源用于烘干的技术可以达到节能减排的目的，随着节能减排的要求越来越高，采用热泵进行烘干的技术已经被广泛应用。
在很多特殊的烘干场合(如：挥发物中存在对环境有污染的物质；被烘干物料有洁净度要求等)，需要采用闭式烘干的方法。在烘干过程中，对烘干气体预先进行除湿，将水(或挥发物)冷凝成液体，可以降低气体中水蒸气(或挥发物)的分压力，从而达到更高效的烘干效果。且在闭式烘干系统中，将水(或挥发物)从气体中冷凝成液态排出到系统外可以保持系统的湿平衡。
在热力系统中，将水(或挥发物)从被烘干物料中蒸发到烘干气体中，再冷凝成液体排出的过程，需要源源不断输入能量。这些输入闭式系统中的能量都会转换为热量对气体进行加热，使得系统的温度不断上升；因此需要保持热力系统中的热量平衡。
当前的闭式烘干机组注重加热性能，通过升温烘干气体被动地进行除湿，烘干效果不稳定；当前的闭式烘干机组缺乏维持热平衡的手段，仅通过自然漏热的方式来降温，在输入能量不高的情况下，烘干气体温度会随着物料温度或环境温度的波动而波动，进而会导致烘干效果不稳定；当前的闭式烘干机组在能量输入较大的情况下，会通过串联冷凝器的方式来实现热量平衡，由于制冷系统中冷凝热的分配会大幅波动，而冷凝热分配的大幅波动会带动烘干气体的温度大幅波动，所以这也会导致烘干效果不稳定；在间歇性烘干系统中，烘干环境(烘干室)内的物料在初始温度较低(或常温)，结束时温度较高，因此在烘干结束后需要对烘干室内进行冷却；直接引入环境空气进行冷却会导致空气中的水汽进入物料中，因此需要采用制冷的方式对烘干室内进行冷却，而当前的烘干设备都不能作为制冷机组对烘干室进行有效的降温。
发明内容
本发明的目的在于提供一种闭式热平衡除湿烘干机组，以解决上述背景技术中提出的当前的闭式烘干机组的烘干效果不稳定且不能对烘干室进行有效的降温的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种闭式热平衡除湿烘干机组，包括：
气体处理机组，所述气体处理机组包括依次连接的高温进气管、蒸发降温管、冷凝升温管；所述冷凝升温管的外侧在靠近出气口的一端设置有旁通风阀；
高温除湿循环机组，所述高温除湿循环机组包括通过管道依次连接的高温压缩机、高温冷凝器、高温节流机构、高温蒸发器；所述高温蒸发器位于蒸发降温管的内侧且通过管道与高温压缩机连接，所述高温冷凝器位于冷凝升温管的内侧；
热平衡制冷除湿循环机组，所述热平衡制冷除湿循环机组包括通过管道依次连接的热平衡压缩机、热平衡冷凝器、热平衡节流机构、热平衡蒸发器；所述热平衡蒸发器位于蒸发降温管的内侧且通过管道与热平衡压缩机连接，所述热平衡冷凝器位于气体处理机组的外侧；
控制模块，所述控制模块包括与热平衡压缩机和高温压缩机电性连接的控制器，以及位于高温进气管进气口内侧的回风温湿度传感器和位于冷凝升温管出气口内侧的送风温湿度传感器，所述回风温湿度传感器和送风温湿度传感器与控制器电性连接。
优选的，所述气体处理机组的内侧安装有板式热回收器，所述高温进气管与蒸发降温管以及蒸发降温管与冷凝升温管均通过板式热回收器进行连接。
优选的，所述高温进气管的进风口内侧安装有进气风机，所述冷凝升温管的出气口内侧安装有排气风机，所述热平衡冷凝器的外侧安装有散热风机。
优选的，还包括通过管道依次连接的除湿压缩机、除湿冷凝器、除湿节流机构、除湿蒸发器；所述除湿蒸发器位于蒸发降温管的内侧且通过管道与除湿压缩机连接，所述除湿冷凝器位于冷凝升温管的内侧。
优选的，所述蒸发降温管内侧由进气端向出气端流通的气流依次经过除湿蒸发器、高温蒸发器和热平衡蒸发器。
优选的，所述冷凝升温管内侧由进气端向出气端流通的气流依次经过高温冷凝器和除湿冷凝器。
优选的，还包括位于蒸发降温管内侧的热管热回收器蒸发段以及位于冷凝升温管内侧的热管热回收器冷凝段，所述热管热回收器蒸发段输出端通过管道与热管热回收器冷凝段的输入端连接，所述热管热回收器冷凝段的输出端通过管道与热管热回收器蒸发段的输入端连接。
优选的，所述高温进气管的进气口设置有处理风阀。
优选的，所述冷凝升温管通过旁通风阀与高温进气管的进气口连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过高温除湿循环机组和热平衡制冷除湿循环机组在气体处理机组的内部对烘干气体进行除湿烘干，实现了闭式除湿烘干过程中湿度和热量的双重平衡，可以精确的控制气体处理机组内烘干环境的温湿度，并且采用热泵技术降低系统能效；在间歇性烘干后，关闭其它循环机组，只开启热平衡制冷除湿循环机组对烘干环境进行主动冷却，在冷却过程中可以持续除湿，防止物料吸湿后湿度增大；
2)在烘干过程中，被烘干物料的进料速度，被烘干物料中的含水(挥发物)量的变化，均会影响烘干效果，通过旁通风阀的开度来调整旁通风的比例，进而对处理风的比例进行调整，从而对目标送风含湿量进行控制，以实现烘干效果的稳定控制，同时减少处理风的比例也可以起到节能的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一工作原理图；
图2为本发明实施例二工作原理图；
图3为本发明实施例三工作原理图；
图4为本发明实施例四工作原理图。
图中：
1-1高温压缩机、1-2高温冷凝器、1-3高温节流机构、1-4高温蒸发器；
2-1热平衡压缩机、2-2热平衡冷凝器、2-3热平衡节流机构、2-4热平衡蒸发器；
3-1进气风机、3-2排气风机、3-3散热风机；
4-1处理风阀、4-2旁通风阀；
5-1热管热回收器蒸发段、5-2热管热回收器冷凝段；
6板式热回收器；
7-1除湿压缩机、7-2除湿冷凝器、7-3除湿节流机构、7-4除湿蒸发器；
G1高温进气管、G2蒸发降温管、G3冷凝升温管；
TH1回风温湿度传感器、TH2送风温湿度传感器、TH3控制器。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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的限制。
实施例一：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种闭式热平衡除湿烘干机组，包括：气体处理机组、高温除湿循环机组、热平衡制冷除湿循环机组和控制模块；
气体处理机组包括依次连接的高温进气管G1、蒸发降温管G2、冷凝升温管G3；需要除湿的高温气体从高温进气管G1的进气口进入，然后气体中的水分在蒸发降温管G2中液化，通过降温对气体除湿，除湿后的气体在冷凝升温管G3升温，升温后的气体从冷凝升温管G3的出气口排出，在高温进气管G1、蒸发降温管G2和冷凝升温管G3的管道较短时，只需在冷凝升温管G3的出气口设置一个排气风机3-2即可。
高温除湿循环机组包括高温压缩机1-1、高温冷凝器1-2、高温节流机构1-3、高温蒸发器1-4和附件(图中未画出)；高温压缩机1-1位于气体处理机组的外侧，高温压缩机1-1的输出端通过管道与冷凝升温管G3内侧的高温冷凝器1-2连接，高温冷凝器1-2的输出端通过管道与气体处理机组外侧的高温节流机构1-3连接，高温节流机构1-3通过管道与蒸发降温管G2内侧的高温蒸发器1-4连接，高温蒸发器1-4的输出端通过管道与高温压缩机1-1的输入端连接。制冷剂通过高温压缩机1-1的压缩后进入高温冷凝器1-2，制冷剂在高温冷凝器1-2内对冷凝升温管G3内侧的烘干气体进行加热并被冷凝成液态，液态制冷剂经过高温节流机构1-3降压后进入高温蒸发器1-4蒸发，液态制冷剂在高温蒸发器1-4内对蒸发降温管G2内侧的烘干气体进行降温除湿。
热平衡制冷除湿循环机组包括热平衡压缩机2-1、热平衡冷凝器2-2、热平衡节流机构2-3、热平衡蒸发器2-4和附件(图中未画出)；热平衡压缩机2-1、热平衡冷凝器2-2和热平衡节流机构2-3位于气体处理机组的外侧，热平衡冷凝器2-2的外侧设置有散热风机3-3，热平衡压缩机2-1的输出端通过管道与热平衡冷凝器2-2的输入端连接，热平衡冷凝器2-2的输出端通过管道与热平衡节流机构2-3连接，热平衡节流机构2-3通过管道与蒸发降温管G2内侧的热平衡蒸发器2-4连接，热平衡蒸发器2-4的输出端通过管道与热平衡压缩机2-1的输入端连接。制冷剂通过热平衡压缩机2-1压缩后进入热平衡冷凝器2-2，热平衡冷凝器2-2外侧的散热风机3-3将制冷剂的冷凝热释放到环境空气中，使制冷剂冷凝成液态，液态制冷剂经过热平衡节流机构2-3降压后进入热平衡蒸发器2-4蒸发，对蒸发降温管G2内侧的烘干气体进行降温除湿。
控制模块包括回风温湿度传感器TH1、送风温湿度传感器TH2和控制器TH3；回风温湿度传感器TH1位于高温进气管G1进气口的内侧，用于检测进入气体的温湿度；送风温湿度传感器TH2位于冷凝升温管G3出气口的内侧，用于检测排出气体的温湿度；回风温湿度传感器TH1和送风温湿度传感器TH2在检测完毕后将数据反馈给控制器TH3，控制器TH3根据反馈数据对高温压缩机1-1及热平衡压缩机2-1的负荷比例进行调节；通过调节高温压缩机1-1的负荷比例，可以对烘干气体的湿度进行调节；通过调节热平衡压缩机2-1的负荷比例，可以对烘干气体的温度进行调节。
烘干气体在进入蒸发降温管G2后，先经过高温蒸发器1-4，然后再经过热平衡蒸发器2-4。
本装置热平衡冷凝器2-2的散热量等于压缩机总耗功、烘干风机总功率之和减去系统的散热量，如下式：
Q＝Wc1+Wc2+Wf－Qr
Q:热平衡冷凝器2-2散热量，kW；
Wc1:高温压缩机1-1功率，kW；
Wc2:热平衡压缩机2-1功率，kW；
Wf:热平衡冷凝器2-2和散热风机3-3的总输入功率，kW；
Qr:本装置的总自然散热量，kW。
高温进气管G1的进气口设置有处理风阀4-1，冷凝升温管G3的外侧在靠近出气口的一端设置有旁通风阀4-2；对于变负荷的烘干场合，除湿量会根据被烘干物料的进料速度，被烘干物料中的含水挥发物量的变化而变化，通过处理风阀4-1和旁通风阀4-2的开度，调整进入高温进气管G1以及冷凝升温管G3中的风量，实现风量的按需分配，使处理风的风量与除湿烘干需求匹配，从而在保持系统的烘干风量维持稳定的情况下实现部分负荷节能的目标。当烘干场合的负荷稳定时，可以关闭旁通风阀4-2，此时只有处理风阀4-1开通。
处理风量和旁通风量的比例如下式：
rb＝1-rp
rp：处理风比例；
rb：旁通风比例；
Wb：回风含湿量，g/kg.da；
Ws：目标送风含湿量，g/kg.da；
Wp：处理风含湿量，g/kg.da。
实施例二：
如图2，本发明提供一种技术方案：一种闭式热平衡除湿烘干机组，包括：气体处理机组、高温除湿循环机组、热平衡制冷除湿循环机组、控制模块和处理风阀4-1、旁通风阀4-2；
在回风温度与处理风温度差值较大时，可以设置热回收器来对回风预冷，并对处理风进行加热；
热回收器为热管换热器，热管换热器包括热管热回收器蒸发段5-1和热管热回收器冷凝段5-2，热管热回收器蒸发段5-1输出端通过管道与热管热回收器冷凝段5-2的输入端连接，热管热回收器冷凝段5-2的输出端通过管道与热管热回收器蒸发段5-1的输入端连接，热管热回收器蒸发段5-1位于蒸发降温管G2的内侧，热管热回收器冷凝段5-2位于冷凝升温管G3的内侧；烘干气体回风先经过热管热回收器蒸发段5-1进行冷却，同时热管热回收器蒸发段5-1内的液态制冷剂蒸发为气体，制冷剂压力升高并通过管路进入到热管热回收器冷凝段5-2；烘干气体经过冷却除湿后温度较低，进入到冷凝升温管G3后，热管热回收器冷凝段5-2对烘干气体进行加热，同时热管内制冷剂蒸汽冷凝为液体，并通过管路进入到热管热回收器蒸发段5-1。烘干气体在进入蒸发降温管G2后，先后依次经过热管热回收器蒸发段5-1、高温蒸发器1-4和热平衡蒸发器2-4被冷却干燥形成处理风，处理风在进入冷凝升温管G3后，依次经过热管热回收器冷凝段5-2和高温冷凝器1-2被加热。
实施例三：
如图3，本发明提供一种技术方案：一种闭式热平衡除湿烘干机组，包括：气体处理机组、高温除湿循环机组、热平衡制冷除湿循环机组、控制模块和旁通风阀4-2；
此时气体处理机组的管路较长，因此除了排气风机3-2和散热风机3-3外还需要在高温进气管G1的进风口设置进气风机3-1；
冷凝升温管G3通过旁通风阀4-2与高温进气管G1的进气口连通，烘干气体进入高温进气管G1后，通过旁通风阀4-2的开度，调整直接进入冷凝升温管G3的风量，进而对高温进气管G1中可以进入蒸发降温管G2的风量进行调整。
在回风温度与处理风温度差值较大时，可以设置热回收器来对回风预冷，并对处理风进行加热；
热回收器是板式热回收器6，板式热回收器6安装在气体处理机组的内侧，高温进气管G1与蒸发降温管G2以及蒸发降温管G2与冷凝升温管G3均通过板式热回收器6进行连接；烘干气体经过板式热回收器6形成交叉的逆流换热，对回风进行冷却的同时对处理风进行加热。
实施例四：
如图4，本发明提供一种技术方案：一种闭式热平衡除湿烘干机组，包括：气体处理机组、高温除湿循环机组、热平衡制冷除湿循环机组、控制模块和旁通风阀4-2、板式热回收器6；
当烘干机组的温差特别大时，仅采用板式热回收器6和热平衡制冷除湿循环机组时，循环的压比很高，这会导致循环效率不高，且循环的压比高时压缩机的工况恶劣，进而会导致故障率升高；此时可以增加串联除湿热泵机组；
串联除湿热泵机组包括除湿压缩机7-1、除湿冷凝器7-2、除湿节流机构7-3、除湿蒸发器7-4；除湿冷凝器7-2位于冷凝升温管G3的内侧，除湿蒸发器7-4位于蒸发降温管G2的内侧，除湿压缩机7-1的输出端通过管道与除湿冷凝器7-2输入端连接，除湿冷凝器7-2的输出端通过管道与除湿节流机构7-3连接，除湿节流机构7-3通过管道与除湿蒸发器7-4连接，除湿蒸发器7-4的输出端通过管道与除湿压缩机7-1的输入端连接；烘干气体经除湿蒸发器7-4冷却除湿后，依次经过高温蒸发器1-4和热平衡蒸发器2-4进一步除湿，使湿度达到烘干要求；除湿后的气体依次经过高温冷凝器1-2和除湿冷凝器7-2加热后温度可达烘干要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于，包括：
气体处理机组，所述气体处理机组包括依次连接的高温进气管(G1)、蒸发降温管(G2)、冷凝升温管(G3)；所述冷凝升温管(G3)的外侧在靠近出气口的一端设置有旁通风阀(4-2)；
高温除湿循环机组，所述高温除湿循环机组包括通过管道依次连接的高温压缩机(1-1)、高温冷凝器(1-2)、高温节流机构(1-3)、高温蒸发器(1-4)；所述高温蒸发器(1-4)位于蒸发降温管(G2)的内侧且通过管道与高温压缩机(1-1)连接，所述高温冷凝器(1-2)位于冷凝升温管(G3)的内侧；
热平衡制冷除湿循环机组，所述热平衡制冷除湿循环机组包括通过管道依次连接的热平衡压缩机(2-1)、热平衡冷凝器(2-2)、热平衡节流机构(2-3)、热平衡蒸发器(2-4)；所述热平衡蒸发器(2-4)位于蒸发降温管(G2)的内侧且通过管道与热平衡压缩机(2-1)连接，所述热平衡冷凝器(2-2)位于气体处理机组的外侧；
控制模块，所述控制模块包括与热平衡压缩机(2-1)和高温压缩机(1-1)电性连接的控制器(TH3)，以及位于高温进气管(G1)进气口内侧的回风温湿度传感器(TH1)和位于冷凝升温管(G3)出气口内侧的送风温湿度传感器(TH2)，所述回风温湿度传感器(TH1)和送风温湿度传感器(TH2)与控制器(TH3)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：所述气体处理机组的内侧安装有板式热回收器(6)，所述高温进气管(G1)与蒸发降温管(G2)以及蒸发降温管(G2)与冷凝升温管(G3)均通过板式热回收器(6)进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：所述高温进气管(G1)的进风口内侧安装有进气风机(3-1)，所述冷凝升温管(G3)的出气口内侧安装有排气风机(3-2)，所述热平衡冷凝器(2-2)的外侧安装有散热风机(3-3)。
4.根据权利要求1所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：还包括通过管道依次连接的除湿压缩机(7-1)、除湿冷凝器(7-2)、除湿节流机构(7-3)、除湿蒸发器(7-4)；所述除湿蒸发器(7-4)位于蒸发降温管(G2)的内侧且通过管道与除湿压缩机(7-1)连接，所述除湿冷凝器(7-2)位于冷凝升温管(G3)的内侧。
5.根据权利要求4所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：所述蒸发降温管(G2)内侧由进气端向出气端流通的气流依次经过除湿蒸发器(7-4)、高温蒸发器(1-4)和热平衡蒸发器(2-4)。
6.根据权利要求4所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：所述冷凝升温管(G3)内侧由进气端向出气端流通的气流依次经过高温冷凝器(1-2)和除湿冷凝器(7-2)。
7.根据权利要求1所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：还包括位于蒸发降温管(G2)内侧的热管热回收器蒸发段(5-1)以及位于冷凝升温管(G3)内侧的热管热回收器冷凝段(5-2)，所述热管热回收器蒸发段(5-1)输出端通过管道与热管热回收器冷凝段(5-2)的输入端连接，所述热管热回收器冷凝段(5-2)的输出端通过管道与热管热回收器蒸发段(5-1)的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：所述高温进气管(G1)的进气口设置有处理风阀(4-1)。
9.根据权利要求1所述的一种闭式热平衡除湿烘干机组，其特征在于：所述冷凝升温管(G3)通过旁通风阀(4-2)与高温进气管(G1)的进气口连通。
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