CN204329542U - 一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，包括热泵干燥系统、进风通道、出风通道、连接进风通道和出风通道的干燥室；热泵干燥系统包括安装在进风通道内的冷凝器和安装在出风通道内的蒸发器;冷凝器与干燥室之间设有加热器；空气自进风通道的进风口进入，依次经过冷凝器和加热器后成为高温干燥空气输送到干燥室内，进行干燥作业变成潮湿空气；湿空气排出至蒸发器上凝析出水分后排出出风通道。本实用新型加设一加热器，用于提高干燥系统的干燥作业启动速度和干燥空气的温度，提高干燥作业的传热传质强度，从而提高了蒸发器吸热强度；再由蒸发器吸热强度的提高，来提高冷凝器放热强度，从而使热泵干燥系统进入重热负荷运行状态。

Description

一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机

技术领域

本实用新型涉及干燥装置设计技术领域，尤其涉及一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机。

背景技术

热泵，作为一种热量的搬运工具，作为一种提高土壤、空气、水中的低品位热量品质以获得较高品位热量的设备，在节能减排的背景下，在采暖、热水、干燥等领域，获得了越来越广泛的应用。热泵节能的本质，就是注入少量的电能来驱动压缩机，通过压缩机的吸排气操作，将在蒸发器中吸收了大量低品位热量的低压制冷剂气体，压缩成高压气体进入冷凝器实现高温位放热。

通常把确定工况下的热泵冷凝器放热功率与压缩机吸入的电功率的比值，叫做热泵的能效比。这个能效比，一般在4附近，即1kw的电功率输入可以将土壤、空气、水中的低品位热量，搬运到人们所需要的高温位去，进行加热、干燥等作业，并且在高温位获得4kw左右的加热功率。

热泵的节能特点，使之在采暖、热水、干燥等等领域，获得了广泛的应用。但热泵用于物料干燥等用途时，也存在着明显的问题,具体如下：

①热泵干燥系统启动过程所需的时间偏长

由于热泵干燥系统是一个由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀和控制单元所组成的蒸汽压缩式制冷装置，运行时，制冷剂在由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀组成的封闭管路内循环并且不断发生相变以进行蒸发吸热和冷凝放热，而冷凝压力必须足够高，制冷剂气体才能够在冷凝器中冷凝放热，蒸发压力必须足够低，制冷剂液体才能够在蒸发器中蒸发吸热。

所以热泵干燥系统启动之后，在压缩机的推动下，冷凝器内制冷剂气体压力逐步升高直至与冷凝压力相应的制冷剂气体冷凝温度高于冷凝器所在环境空 气的温度从而能够对环境空气有效放热；蒸发器内制冷剂气体的压力逐步降低直至与蒸发压力相应的制冷剂液体蒸发温度低于蒸发器所在环境介质的温度从而能够从环境介质有效吸热；这时，热泵干燥系统才开始进入干燥状态；而要达到稳定的干燥工况，还要首先把待干燥的含湿物料进行加热，这也需要一定的时间。热泵干燥系统启动过程所需的时间偏长。

②热泵冷凝器出风温度偏低，热湿负荷偏低，干燥能力偏弱

热泵干燥系统的干燥功能，是通过冷凝器放热来加热空气，提高空气的温度、降低空气的相对湿度，也就是提高空气的吸湿能力，来实现的。

表1

参照表一，为不同温度空气的饱和含湿量以及不同温度未饱和空气的吸湿能力表，其中空气饱和湿度即饱和含湿量，空气的干燥能力即吸湿能力，与空气的温度直接关联：温度越高，空气的饱和湿度即饱和含湿量、干燥能力即吸湿能力也就越高。由表1中可知，80℃、30％的不饱和空气的最大吸湿能力达到381.5g水蒸汽/kg干空气，是50℃、30％的不饱和空气的最大吸湿能力达到60.34g水蒸汽/kg干空气的6.3倍！

现在工业和民用热泵干燥机，冷凝器出风温度偏低，一般只有50℃左右，热湿负荷明显偏低，干燥能力明显偏弱。而热泵冷凝器出风温度偏低，热负荷强度不足，根本原因在于蒸发器的蒸发温度、蒸发压力偏低，因为热泵冷凝器放出的热量中，少量来源于压缩机的压缩功，主体还是来自于蒸发器从低温热源吸收的热量。

参照图1-3，如果热泵蒸发器的蒸发压力、蒸发温度降低，则热泵干燥系统 的制冷剂流量、蒸发器管路内侧的蒸发对流复合换热系数、蒸发器吸热量将出现全面下降；反过来，如果热泵蒸发器的蒸发压力、蒸发温度升高，则热泵干燥系统的制冷剂流量、蒸发器管路内侧的蒸发对流复合换热系数、蒸发器吸热量将出现全面升高，冷凝器管路内侧的冷凝对流复合换热系数、冷凝器放热量、冷凝温度、冷凝压力也将随之全面升高！

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，包括进风通道、出风通道、干燥室和热泵干燥系统，所述进风通道和所述出风通道均与所述干燥室相连通；

所述热泵干燥系统包括有冷凝器和蒸发器，所述冷凝器安装在所述进风通道内，所述蒸发器安装在所述出风通道内，所述冷凝器与干燥室之间设置有加热器；

空气自所述进风通道的进风口进入，依次经过所述冷凝器和加热器后成为高温干燥空气被输送到所述干燥室内，与需被干燥物进行热湿交换变成潮湿空气；潮湿空气排出至所述蒸发器上，经所述蒸发器冷凝析出水分后排出所述出风通道。

较佳地，所述进风通道的进风口内设置有风机。

较佳地，所述进风通道的进风口上设置有第一滤网。

较佳地，所述干燥室的出风口与所述蒸发器之间设置有第二滤网。

较佳地，所述热泵干燥系统包括压缩机，所述蒸发器和所述冷凝器内的管道相连并与所述压缩机形成一供制冷剂流经的循环通道；所述制冷剂自所述压缩机开始依次流经所述冷凝器和所述蒸发器内的管道。

较佳地，所述蒸发器的制冷剂管道的入口前设置有节流装置。

较佳地，所述蒸发器的底部设置有一集水槽，所述集水槽通过一水管与一回收水箱或下水道相连通。

较佳地，所述干燥室内设置有一转动料箱，所述转动料箱呈桶状，所述转动料箱的侧壁上设置有若干通孔。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本实用新型提供的一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，在冷凝器出风口加装加热器，提高了干燥空气的温度和干燥能力，加快了被干燥含湿物料的预热升温和水分蒸发，大幅提高了蒸发器的蒸发温度、蒸发压力和热负荷，从而大幅提高了冷凝器的冷凝温度、冷凝压力和放热强度，形成了蒸发器与冷凝器的热负荷强度互相促进、竞相提高的“正反馈”局面，使“加热器的加热功率+压缩机压缩功”和“蒸发器出风与冷凝器进风的焓差+热泵干燥系统漏热”达到平衡，热泵干燥系统在“重热负荷”状态下高效运行，根本解决了“热泵干燥系统启动过程所需的时间偏长”特别是“现在工业和民用热泵干燥机，冷凝器出风温度偏低，热湿负荷明显偏低，干燥能力明显偏弱”的问题。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中：

图1为热泵系统中制冷剂质量流量随蒸发温度的变化图；

图2为热泵系统蒸发器中制冷剂管内换热系数随蒸发温度的变化图；

图3为热泵系统蒸发器吸热量随蒸发温度的变化图；

图4为本实用新型加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机的结构示意图；

图5为转动料箱的结构示意图；

图6为焓湿图上加热启动重热负荷热泵干燥空气开路循环路径图；

图7为压焓图上加热启动重热负荷热泵干燥制热循环图。

符号说明：

1-进风通道

101-进风口

2-出风通道

201-出风口

3-干燥室

4-第一滤网

5-风机

6-冷凝器

7-加热器

8-第二滤网

9-蒸发器

10-回收水箱

11-转动料箱

1101-通孔

12-压缩机

13-节流装置

具体实施方式

参见示出本实用新型实施例的附图，下文将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本实用新型的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

本实用新型提供了一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，生产方式可以为间歇式，即干燥对象被“一笼一笼”地放入高温干燥空气中进行干燥除湿；干燥介质为空气或者氮气等在高温状态具有很高吸湿能力的气态物质，此处均不作限制。

具体的，参照图4-5，该加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机包括进风通道1、出风通风道2、干燥室3和热泵干燥系统。其中，需被干燥的潮湿物品放置于干燥室3内，干燥室3进风通道1的一端为与外界相连通的进风口101，另一端与干燥室3相连通；出风通道2的一端为与外界相通的出风口201，另一端与干燥室3相连通。进风通道1内设置有风机5，风机5设置在靠近进风口101处，风机5可采用离心风机，此处不作限制；在风机5的作用下外界空气自进风口101进入到进风通道1，经过干燥室3后进入出风通道2，最后从出风通道2的出风口201排出干燥机。

在本实施例中，热泵干燥系统包括冷凝器6、蒸发器9和压缩机12，其中蒸发器9和冷凝器6均包括管道及设置在管道外侧的翅片，冷凝器6、蒸发器9和压缩机12之间通过管道顺序连通形成一供制冷剂流经的循环通道，且该循环通道内充有制冷剂；该循环通道上还是设置有节流装置13，节流装置13位于蒸发器9的管道的进口端上，用于降低流进蒸发器9内的制冷剂的压力，节流装置13可采用节流阀、毛细管、电子膨胀阀等，此处不作限制。自压缩机12开始制冷剂依次流经冷凝器6→节流装置13→蒸发器9，最后又回到压缩机12内。

其中，制冷剂的循环工作原理具体如下：

自压缩机12出来的被加压后的高温制冷剂气体，流经冷凝器6的管道，实现放热降温，将热量传递给流经冷凝器6的空气，同时高温制冷剂气体冷凝液化成低温的制冷剂液体输出；低温的制冷剂液体经过节流装置13减压后，被输入到蒸发器9的管道内，吸收流经蒸发器9的空气的热量后，蒸发成为低压制冷剂气体；压缩机12再对由蒸发器9过来的低压制冷剂气体进行加压后，输送给冷凝器6，从而形成一完整的制冷剂循环。

在本实施例中，冷凝器6设置在进风通道内且位于风机5与干燥室3的进口之间；蒸发器9设置在出风通道2内，蒸发器9的底部设置有一集水槽，集水槽通过一水管与一回收水箱10或下水道相连通。在本实施例中，进风通道1内还设置有加热器7，加热器7位于冷凝器6与干燥室3的进口之间，其中加热器7可以是电加热或蒸汽加热，也可以是燃气燃烧加热，此处不作限制。空气经过冷凝器6加热后，又经过加热器7再次进行加热；本实用新型在冷凝器6出风口之后、干燥作业之前加装一只加热器7，以便提高热泵干燥系统的干燥作业启动速度和干燥空 气的温度，提高干燥作业的传热传质强度；通过提高干燥作业的传热传质强度，来提高蒸发器9吸热强度；再由蒸发器9吸热强度的提高，来提高冷凝器6放热强度，从而使热泵干燥系统进入重热负荷运行状态。

在本实施例中，进风通道1的进风口上设置有第一滤网，防止外界灰尘、杂质等随空气进入到干燥机内；干燥室3的出风口与蒸发器9之间设置有第二滤网8，用于防止干燥室3内的部分物料的碎屑随空气流向蒸发器9，从而影响蒸发器9正常运行。

在本实施例中，干燥室3内设置有一转动料箱11，转动料箱11呈桶状结构，其一圈侧壁上设置有若干个通孔1101；转动料箱11与一动力装置相连，动力装置为转动料箱11提供动力使其绕中心轴转动。将需被干燥的物料置于转动料箱11内，经过冷凝器6和加热器7获得的高温干燥空气，通过若干通孔1101流经转动料箱11内部的潮湿物料，与潮湿物料进行热湿交换完成干燥作业，转动料箱11不停的转动，可达到不停的更换物料干燥面的效果，从而有力加快干燥效率。

本法实用新型提供的一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，所使用的干燥空气采用开路循环方式，其干燥过程为：

干燥机外部环境中的空气被风机5吸入，流过冷凝器6被加热成高温度、低湿度的干燥空气，流过加热器7被进一步的进行加热；从加热器7流出的干燥空气流过含湿物料进行干燥作业，此时干燥空气作“等焓”变化，空气的焓值(能量密度)不变，但干燥空气温度大幅下降、相对湿度和绝对含湿量快速增加，干燥空气的显热转变成了水蒸汽的潜热，空气的湿负荷快速增大；对含湿物料完成干燥作业之后，携带了大量湿负荷(水蒸汽)的湿热空气流进蒸发器9，在蒸发器9中放热降温，当湿热空气温度下降到相应的露点温度以下，空气中的水蒸汽在蒸发器9上放热冷凝析出；经过蒸发器9析出了大部分水蒸汽的饱和空气，温度和绝对含湿量都大为降低，焓值大为降低，最后从出风通道2的出风口201排出机外。

本实用新型提供的一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，通过在冷凝器出风口之后、干燥作业之前加装加热器，以便提高热泵干燥系统的干燥作业启动速度和干燥空气的温度，其中加热器在干燥过程的各阶段的运行情况具体如下：

一、在热泵干燥系统启动时和干燥除湿的早期阶段，加热器投入工作：

①加热器7投入工作，其放出的热量与冷凝器6的放热量叠加，大幅度地、快速地提高了干燥空气的温度、加热能力和干燥吸湿能力；

②被大幅度地、快速地提高了温度、加热能力和干燥吸湿能力的干燥空气，穿越干燥对象(例如潮湿衣物)，加快了干燥对象的升温速度和蒸发去湿速度，干燥空气与干燥对象之间进行热量交换，在湿空气焓湿图上表现为等焓增湿过程，干燥空气的温度降低湿度增加，但空气的焓值(即空气的能量密度)不变，参照图7中所示；

③被降温、增湿的空气，其焓值没有变化；这种热湿空气流向蒸发器，与环境大气相比，大幅提高了蒸发器9进风的温度和湿度，也就是大幅增加了蒸发器9的热负荷，包括空气经过蒸发器9降温释放出的显热负荷和空气中水蒸汽经过蒸发器9冷凝析出所释放出的潜热负荷。这种显热和潜热的叠加，大幅增加了蒸发器空气侧的热负荷；这种大幅增加的蒸发器空气侧热负荷，又大幅提高了蒸发器管路里制冷剂的蒸发温度、蒸发压力、蒸发器管路内侧的蒸发对流复合换热系数、蒸发器吸热量；

④蒸发器9的热负荷的大幅增加，大幅提高了蒸发器9管路里制冷剂的蒸发温度、蒸发压力、蒸发器9管路内侧的蒸发对流复合换热系数、蒸发器吸热量，而这又从根本上提高了压缩机12吸入的制冷剂气体的密度，大幅提高了热泵干燥系统内制冷剂的质量流量，从而又进一步提高冷凝器9的冷凝压力、冷凝温度、冷凝器管路内侧的冷凝对流复合换热系数和制冷剂气体冷凝放热强度。

如此，在热泵干燥系统启动时和干燥作业的早期阶段，加热器7的投入使用，强化了干燥过程，增加了蒸发器热负荷，进而增加了冷凝器的热负荷，形成了蒸发器9与冷凝器6的热负荷强度互相促进、竞相提高的“正反馈”局面，直至“加热器的加热功率+压缩机压缩功率”和“蒸发器出风与冷凝器进风的焓差+热泵干燥系统漏热”逐步达到平衡，热泵干燥系统在“重热负荷”状态下高效运行。

二、在热泵干燥系统干燥除湿的中后期阶段，加热器继续工作：

①加热器投入工作，其放出的热量与热泵冷凝器的放热量叠加，大幅度地、快速地提高了干燥空气的温度、加热能力和干燥吸湿能力；

②在热泵干燥系统干燥除湿的中后期阶段，因为干燥对象(例如潮湿衣物)表面的自由水分已经蒸发，进入降速干燥阶段，经过冷凝器6和加热器7之后的高温干燥空气与干燥对象之间继续进行热量交换，在湿空气焓湿图上仍然表现为等焓增湿过程，其焓值没有变化，但其温度下降较少、含湿量增加较少，参照图7所示；这种高温空气流向蒸发器9，与环境大气相比，大幅提高了蒸发器9进风的温度，也就是大幅增加了蒸发器9的热负荷。这种大幅增加的蒸发器9空气侧热负荷，又大幅提高了蒸发器9管路里制冷剂的蒸发温度、蒸发压力、蒸发器管路内侧的蒸发对流复合换热系数、蒸发器吸热量；

③蒸发器9的热负荷的大幅增加，大幅提高了蒸发器9管路里制冷剂的蒸发温度、蒸发压力、蒸发器9管路内侧的蒸发对流复合换热系数、蒸发器吸热量，而这又从根本上提高了压缩机吸入的制冷剂气体的密度，大幅提高了热泵干燥系统内制冷剂的质量流量，从而继续进一步提高冷凝器的冷凝压力、冷凝温度、冷凝器管路内侧的冷凝对流复合换热系数和制冷剂气体冷凝放热强度。

如此，在热泵干燥系统运行的后期阶段，加热器的使用，仍然强化了干燥过程，增加了蒸发器热负荷，进而增加了冷凝器的热负荷，形成了蒸发器与冷凝器的热负荷强度互相促进、竞相提高的“正反馈”局面，使“加热器的加热功率+压缩机压缩功”和“蒸发器出风与冷凝器进风的焓差+热泵干燥系统漏热”，达到平衡，热泵干燥系统继续在“重热负荷”状态下高效运行。

综上所述，本实用新型提供了一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，包括热泵干燥系统、进风通道、出风通道、连接进风通道和出风通道的干燥室；热泵干燥系统包括安装在进风通道内的冷凝器和安装在出风通道内的蒸发器，冷凝器与干燥室之间还设有加热器；空气自进风通道的进风口进入，依次经过冷凝器和加热器后获得高温干燥空气输送到干燥室内，进行干燥作业变成潮湿空气；湿空气排出至蒸发器上凝析出水分后排出出风通道。本实用新型加设一加热器，用于提高干燥系统的干燥作业启动速度和干燥空气的温度，提高干燥作业的传热传质强度，从而提高了蒸发器吸热强度；再由蒸发器吸热 强度的提高，来提高冷凝器放热强度，从而使热泵干燥系统进入重热负荷运行状态。

本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神或范围。尽管已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (8)

1.一种加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，包括进风通道、出风通道、干燥室和热泵干燥系统，所述进风通道和所述出风通道均与所述干燥室相连通；

所述热泵干燥系统包括有冷凝器和蒸发器，所述冷凝器安装在所述进风通道内，所述蒸发器安装在所述出风通道内；

所述冷凝器与干燥室之间设置有加热器；

空气自所述进风通道的进风口进入，依次经过所述冷凝器和加热器后成为高温干燥空气被输送到所述干燥室内，与需被干燥物进行热湿交换变成潮湿空气；潮湿空气排出至所述蒸发器上，经所述蒸发器冷凝析出水分后排出所述出风通道。

2.根据权利要求1所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述进风通道的进风口内设置有风机。

3.根据权利要求2所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述进风通道的进风口上设置有第一滤网。

4.根据权利要求1所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述干燥室的出风口与所述蒸发器之间设置有第二滤网。

5.根据权利要求1所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述热泵干燥系统包括压缩机，所述蒸发器和所述冷凝器内的管道相连并与所述压缩机形成一供制冷剂流经的循环通道；所述制冷剂自所述压缩机开始依次流经所述冷凝器和所述蒸发器内的管道。

6.根据权利要求5所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述蒸发器的制冷剂管道的入口前设置有节流装置。

7.根据权利要求5所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述蒸发器的底部设置有一集水槽，所述集水槽通过一水管与一回收水箱或下水道相连通。

8.根据权利要求1所述的加热启动并且重热负荷运行的高温热泵干燥机，其特征在于，所述干燥室内设置有一转动料箱，所述转动料箱呈桶状，所述转动料箱的侧壁上设置有若干通孔。