CN208887331U - 高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，包括除尘机构、上游离心风机、下游离心风机、除湿加热通道和N组热泵系统，N为正整数；除尘机构具有除尘进风管和除尘出风管；上游离心风机的出风口连接除湿加热通道的进风口，除湿加热通道的出风口连接下游离心风机的进风口，下游离心风机的出风口用于连接烘干设备的进风口；每组热泵系统的蒸发器和冷凝器设置于除湿加热通道的内部；除湿加热通道内沿上下游方向依次设有第一级蒸发器至第N级蒸发器、雾水分离器以及第一级冷凝器至第N级冷凝器。本实用新型在烘干过程对环境无扬尘、能够除湿并较为节能，提升了物料的烘干效果。

Description

高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统

技术领域

本实用新型涉及烘干技术领域，尤其涉及高尘环境下的热泵烘干系统。

背景技术

目前传统烘干形式是通过燃烧煤、天然气、柴油、生物质颗粒、酒精等燃料产生蒸汽，蒸汽通过列管换热器循环分级将热量输送到烘干物料表面，从而烘干物料本身。传统的烘干方式依赖燃料燃烧，在产生热量的同时也释放出了大量有毒有害气体。同时，烘干热风流经物料时会产生扬尘，在有些烘干场合产生的扬尘较为严重；烘干时产生的扬尘直接排放于大气中，对周围环境带来了极大的破坏。由于传统的烘干方式能量利用率很低，热源寿命也只有4~5年，因而使用成本过高。并且以上燃料的市场价格波动很大，给产品烘干成本控制带来很大的困难。

目前，市场缺少一种烘干过程无扬尘、较为节能的热泵烘干系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种烘干过程对环境无扬尘、能够除湿并较为节能的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统。

为实现上述目的，本实用新型的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统包括除尘机构、上游离心风机、下游离心风机、除湿加热通道和N组热泵系统，N为正整数；

以风的流动方向为下游方向；

除尘机构具有用于连接烘干设备的出风口的除尘进风管和连接上游离心风机的进风口的除尘出风管；

上游离心风机的出风口连接除湿加热通道的进风口，除湿加热通道的出风口连接下游离心风机的进风口，下游离心风机的出风口用于连接烘干设备的进风口；

每组热泵系统均包括通过制冷剂管路循环连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器；每组热泵系统的压缩机和膨胀阀设置于除湿加热通道外部，每组热泵系统的蒸发器和冷凝器设置于除湿加热通道的内部；

除湿加热通道内沿上下游方向依次设有第一级蒸发器至第N级蒸发器、雾水分离器以及第一级冷凝器至第N级冷凝器；同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1。

还包括有设置在除湿加热通道内的分离式热管换热器，分离式热管换热器具有蒸发段和冷凝段，蒸发段和冷凝段通过介质管路连接在一起；分离式热管换热器的蒸发段设置在第一级蒸发器上游侧的除湿加热通道内，分离式热管换热器的冷凝段设置在第一级冷凝器与雾水分离器之间的除湿加热通道内。

还包括有三通，三通的一个接口分别连接除湿加热通道的上游端，三通的另一个接口连接上游离心风机的出风口，三通的第三个接口连接有旁通管，旁通管的另一端连接在雾水分离器与第一级冷凝器之间的除湿加热通道上，旁通管上设有风门；所述旁通管和三通外均设有保温层；

上游离心风机的出风口通过所述三通连接除湿加热通道的进风口。

所述第一级蒸发器至第N级蒸发器下方的除湿加热通道向下设有冷凝水收集水槽，冷凝水收集水槽的底部向下连接有冷凝水排水管，冷凝水排水管上设有排水阀。

所述除尘机构包括上大下小的除尘罐，除尘罐底部连接有闭风器；除尘进风管连接在所述除尘罐侧壁上；除尘罐顶端连接所述除尘出风管；

除尘进风管上方的除尘罐内并排间隔设有若干竖向设置的折叠滤芯，各折叠滤芯均具有顶端敞口的内孔，各折叠滤芯的内孔分别与除尘出风管相连通。

所述闭风器下方设有尘土收集箱。

所述除尘机构还包括有反吹装置，反吹装置包括气泵，气泵的进气管与大气相通，气泵的出气管连接有高压缓冲罐，高压缓冲罐连接有若干反吹管，反吹管与折叠滤芯一一对应设置且反吹管与折叠滤芯的内孔相通；各反吹管上均设有用于控制反吹高压气流的通断的脉冲电磁阀。

所述除尘机构还包括有用于检测空气滤芯内外压差的压差开关，压差开关设置在除尘罐顶部与除尘出风管之间。

本实用新型具有如下的优点：

本实用新型使用了独特的灰尘收集装置，风路又是封闭循环，所以烘干过程对外无扬尘，大大减少了环境污染。气流在经过各级蒸发器时得到降温除湿。

由于热泵系统是利用电能转化为机械能致使冷媒在系统中实现热量的搬运，而不是电能直接转换热能，所以其能量利用率远高于传统烤房，是传统烤房使用成本的1/4——1/2。

进一步，同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1，各组热泵系统中，蒸发器中的蒸发压力和冷凝器中的冷凝压力的差值最为均衡，这样各组热泵系统中压缩机的功率（负荷）最为平均。在整体功率一定的条件下，多个压缩机的功率越平均，整体能耗越低。因此，同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1，就从整体上降低了多组热泵系统的能耗。

本实用新型在生产全程排出的只有冷凝水与干冷空气，对周边环境无影响，无污染零排放。

分离式热管换热器的蒸发段在除湿加热通道的上游侧（此处的气流刚从烘干设备流出，温度较高）吸收气流中的热量，并通过分离式热管换热器的冷凝段将热量释放入各级蒸发器下游的除湿加热通道。这样，可以减少各级蒸发器从气流中吸收的热量，避免经过各级蒸发器吸热后气流温度过低，气流在经过第一级冷凝器前也能够从分离式热管换热器的冷凝段处吸收热量，保证第一级冷凝器处也具有足够的冷凝温度，保证系统稳定运行。各级蒸发器与分离式热管换热器的蒸发段均吸收气流中的热量，因此相比不设置分离式热管换热器，气流温度在经过各级蒸发器后能够降得更低，保证除湿效果（气流温度越低，除湿效果越好）。气流除湿效果提升后，经过除湿加热通道后重新进入烘干设备的气流更为干燥，能够在烘干设备中吸收更多的来自物料的水分，自然也提升了物料的烘干效果。

旁通管的设置，可以通过风门的开启度控制旁路风风量的大小，当气流温度较低时，使部分或全部气流不经过蒸发器而直接经过冷凝器。工作人员可以根据系统运行情况调整风门开启量。在风门打开时，由于部分气流不经过蒸发器，因而蒸发器处的温度会降低，此时除湿加热通道的侧壁向外散发的冷量自然会增多一些。

保温层的设置，可以减少高温气流中的热量向外的散失量，减少系统能耗。

冷凝水收集水槽和排水阀的设置，便于打开排水阀排出冷凝水，防止冷凝水在除湿加热通道越积越多，同时排水后可以关闭排水阀，防止温度较高的气流通过排水管流入环境，造成能量损失。除尘机构结构简单，能够通过若干折叠滤芯对气流进行有效过滤。尘土收集箱能够防止尘土污染地面，并扩散开来污染环境。

反吹装置的设置，便于在折叠滤芯侧壁附着的尘土较多、滤阻升高、过滤效果下降时，利用气泵产生高压气体，利用高压缓冲罐将高压气体均匀分配给各反吹管，打开脉冲电磁阀，使高压气流经过反吹管反吹入折叠滤芯的内孔，使折叠滤芯膨胀并震动，使其表面的灰尘脱落，从而使折叠滤芯恢复正常的过滤功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；图1中的箭头所示方向为该处流体（气流或冷凝水）的流动方向；

图2是热泵系统的结构示意图。图2中箭头所示方向为制冷剂的流动方向。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统包括除尘机构、上游离心风机1、下游离心风机2、除湿加热通道3和N组热泵系统，N为正整数；本实施例中，N=3。

以风的流动方向为下游方向；

除尘机构具有用于连接烘干设备的出风口的除尘进风管4和连接上游离心风机1的进风口的除尘出风管5；烘干设备如烘干车间、烘干室或烘干塔等等用于直接烘干物料的装置，物料在烘干设备中得到烘干。烘干设备为常规装置，图未示。

上游离心风机1的出风口连接除湿加热通道的进风口6，除湿加热通道的出风口7连接下游离心风机2的进风口，下游离心风机的出风口8用于连接烘干设备的进风口；

每组热泵系统均包括通过制冷剂管路9循环连接的压缩机10、冷凝器11、膨胀阀12和蒸发器13；每组热泵系统的压缩机10和膨胀阀12设置于除湿加热通道3外部，每组热泵系统的蒸发器13和冷凝器11设置于除湿加热通道3的内部；

除湿加热通道3内沿上下游方向依次设有第一级蒸发器14、第二级蒸发器15至第N级蒸发器16（本实施例中即第三级蒸发器）、雾水分离器17以及第一级冷凝器18、第二级冷凝器19至第N级冷凝器20（本实施例中即第三级冷凝器）；同一热泵系统中的冷凝器11与蒸发器13的级数和为N+1，本实施例中N+1＝4。即第一级蒸发器14与第N级冷凝器20属于同一热泵系统，第2级蒸发器与第N-1级冷凝器属于同一热泵系统，以此类推，第N级蒸发器16与第一级冷凝器18属于同一热泵系统；

同一热泵系统中的冷凝器11与蒸发器13的级数和为N+1，各组热泵系统中，蒸发器13中的蒸发压力和冷凝器11中的冷凝压力的差值最为均衡，这样各组热泵系统中压缩机10的功率（负荷）最为平均。在整体功率一定的条件下，多个压缩机10的功率越平均，整体能耗越低。因此，同一热泵系统中的冷凝器11与蒸发器13的级数和为N+1，就从整体上降低了多组热泵系统的能耗。

还包括有设置在除湿加热通道3内的分离式热管换热器，分离式热管换热器具有蒸发段21和冷凝段22，蒸发段21和冷凝段22通过介质管路连接在一起（分离式热管换热器为常规技术，具体结构不再详述，图未示介质管路）；分离式热管换热器的蒸发段21设置在第一级蒸发器14上游侧的除湿加热通道3内，分离式热管换热器的冷凝段22设置在第一级冷凝器18与雾水分离器17之间的除湿加热通道3内。分离式热管换热器内具有介质，如氟利昂或水；介质管路上优选设置有输送泵，输送泵能够保证冷凝段冷凝的液态工质顺畅地回流至蒸发段。输送泵为常规技术，图未示。

这种结构，可以使分离式热管换热器的蒸发段21在除湿加热通道3的上游侧（此处的气流刚从烘干设备流出，温度较高）吸收气流中的热量，并通过分离式热管换热器的冷凝段22将热量释放入各级蒸发器下游的除湿加热通道3。这样，可以减少各级蒸发器从气流中吸收的热量，避免经过各级蒸发器吸热后气流温度过低，气流在经过第一级冷凝器18前也能够从分离式热管换热器的冷凝段22处吸收热量，保证第一级冷凝器18处也具有足够的冷凝温度，保证系统稳定运行。各级蒸发器与分离式热管换热器的蒸发段21均吸收气流中的热量，因此相比不设置分离式热管换热器，气流温度在经过各级蒸发器后能够降得更低，保证除湿效果（气流温度越低，除湿效果越好）。气流除湿效果提升后，经过除湿加热通道3后重新进入烘干设备的气流更为干燥，能够在烘干设备中吸收更多的来自物料的水分，自然也提升了物料的烘干效果。

还包括有三通23，三通23的一个接口分别连接除湿加热通道3的上游端，三通23的另一个接口连接上游离心风机1的出风口，三通23的第三个接口连接有旁通管24，旁通管24的另一端连接在雾水分离器17与第一级冷凝器18之间的除湿加热通道3上，旁通管24上设有风门25；所述旁通管24和三通23外均设有保温层；保温层为常规技术，如发泡层；图未示保温层。

上游离心风机1的出风口通过所述三通23连接除湿加热通道的进风口6。

旁通管24的设置，可以通过风门25的开启度控制旁路风风量的大小，当气流温度较低时，使部分或全部气流不经过蒸发器13而直接经过冷凝器11。工作人员可以根据系统运行情况调整风门25开启量。在风门25打开时，由于部分气流不经过蒸发器13，因而蒸发器13处的温度会降低，此时除湿加热通道3的侧壁向外散发的冷量自然会增多一些。

保温层的设置，可以减少高温气流中的热量向外的散失量，减少系统能耗。

所述第一级蒸发器14至第N级蒸发器16下方的除湿加热通道3向下设有冷凝水收集水槽26，冷凝水收集水槽26的底部向下连接有冷凝水排水管27，冷凝水排水管27上设有排水阀28。

冷凝水收集水槽26和排水阀28的设置，便于打开排水阀28排出冷凝水，防止冷凝水在除湿加热通道3越积越多，同时排水后可以关闭排水阀28，防止温度较高的气流通过排水管流入环境，造成能量损失。

所述除尘机构包括上大下小的除尘罐29，除尘罐29底部连接有闭风器30；除尘进风管4连接在所述除尘罐29侧壁上；除尘罐29顶端连接所述除尘出风管5；

除尘进风管4上方的除尘罐29内并排间隔设有若干竖向设置的折叠滤芯31，各折叠滤芯31均具有顶端敞口的内孔32，各折叠滤芯31的内孔32分别与除尘出风管5相连通。

除尘机构结构简单，能够通过若干折叠滤芯31对气流进行有效过滤。

所述闭风器30下方设有尘土收集箱33。尘土收集箱33能够防止尘土污染地面，并扩散开来污染环境。

所述除尘机构还包括有反吹装置，反吹装置包括气泵34，气泵的进气管35与大气相通，气泵的出气管36连接有高压缓冲罐37，高压缓冲罐37连接有若干反吹管38，反吹管38与折叠滤芯31一一对应设置且反吹管38与折叠滤芯31的内孔32相通；各反吹管38上均设有用于控制反吹高压气流的通断的脉冲电磁阀39。

反吹装置的设置，便于在折叠滤芯31侧壁附着的尘土较多、滤阻升高、过滤效果下降时，利用气泵34产生高压气体，利用高压缓冲罐37将高压气体均匀分配给各反吹管38，打开脉冲电磁阀39，使高压气流经过反吹管38反吹入折叠滤芯31的内孔32，使折叠滤芯31膨胀并震动，使其表面的灰尘脱落，从而使折叠滤芯31恢复正常的过滤功能。

所述除尘机构还包括有用于检测空气滤芯内外压差的压差开关40，压差开关40设置在除尘罐29顶部与除尘出风管5之间。

当压差变大时，说明附着在折叠滤芯31上的尘土增多。压差开关40感应到的压差增大到设定值时，关闭上游离心风机1和下游离心风机2，打开脉冲电磁阀39，使储存在高压缓冲罐37内的高压气体对各折叠滤芯31进行反吹，清除折叠滤芯31上附着的尘土，恢复其正常的过滤功能。

同一热泵系统中的冷凝器11与蒸发器13的级数和为N+1。即：第一级蒸发器14的级数为1，第N级蒸发器16的级数为N，第一级冷凝器18的级数为1，第N级冷凝器20的级数为N。同一热泵系统中，如果其中的蒸发器13为第一级蒸发器14，则其中的冷凝器11为第N级冷凝器20。这样设置的优点在于：各组热泵系统中，蒸发器13中的蒸发压力和冷凝器11中的冷凝压力的差值最为均衡，这样各组热泵系统中压缩机10的功率（负荷）最为平均。在整体功率一定的条件下，多个压缩机10的功率越平均，整体能耗越低。因此，同一热泵系统中的冷凝器11与蒸发器13的级数和为N+1，就从整体上降低了热泵系统的能耗。

其原理在于：本领域技术人员均知，对于压缩式制冷系统中的制冷剂来说，制冷剂压力越高，温度也越高。

空气（气流）由上游向下游依次通过第一级蒸发器14至第N级蒸发器16时，气流温度逐渐降低。第一级蒸发器14处的气流温度相对其他蒸发器13处最高，第一级蒸发器14中的制冷剂压力（即蒸发压力）也最高。第N级蒸发器16处的气流温度经过多级蒸发器降温后其温度最低，第N级蒸发器16中的制冷剂压力（即蒸发压力）也最低。

类似的道理，空气由上游向下游依次通过第一级冷凝器18至第N级冷凝器20时，气流温度逐渐升高。第一级冷凝器18处的气流温度最低，第一级冷凝器18中的制冷剂压力（即冷凝压力）也最低。第N级冷凝器20处的气流温度经过多级冷凝器升温后其温度最高，第N级冷凝器20中的制冷剂压力（即冷凝压力）也最高。

因此，第一级蒸发器14与第N级冷凝器20属于同一热泵系统，就能够使最高的蒸发压力与最高的冷凝压力相对应；同理，第N级蒸发器16与第一级冷凝器18属于同一热泵系统，就能够使最低的蒸发压力与最低的冷凝压力相对应。同理，第N-1级蒸发器与第二级冷凝器19属于同一热泵系统，就能够使次低的蒸发压力与次低的冷凝压力相对应。这样，就保证了多个压缩机10的进出口（压缩机10进口连接蒸发器13，进口压力反应蒸发压力；压缩机10出口连接冷凝器11，出口压力为冷凝压力）的制冷剂压力差最为平均，从整体上降低了热泵系统的能耗。

使用时，烘干设备中的湿热含尘气流（含尘量较大）通过除尘进风管4进入除尘罐29，并向上通过各折叠滤芯31的侧壁进入各折叠滤芯31的内孔32，进而进入除尘出风管5。气流在通过折叠滤芯31时得到过滤，部分灰尘下落至闭风阀处，部分灰尘附着在折叠滤芯31上。除尘出风管5内的气流在上游离心风机1的作用下进入三通23。当风门25全开时，绝大部分气流不通过各级蒸发器而直接通过各级冷凝器。当风门25半开时，部分气流通过蒸发器13部分气流直接经过各级冷凝器。当风门25关闭时，全部气流经过各级蒸发器。

气流通过分离式热管换热器的蒸发段21和各级蒸发器时被不断吸收热量。分离式热管换热器的冷凝段22将热量直接释放在第一级冷凝器18处。气流经过各级蒸发器后温度变得较低，其内的水蒸发发生凝结，凝结水收集在冷凝水收集水槽26内，通过排水阀28排出。排水后需要关闭排水阀28，防止气流从排水阀28流走。

气流经过过各级蒸发器后通过雾水分离器17，进一步将气流携带的水分分离出来，使得通过各级蒸发器后的气流含水量更少，更有利于下一步干燥物料。

气流通过雾水分离器17后，经分离式热管换热器的冷凝段22和各级冷凝器不断加热升温，从而成为干燥的高温气流。在下游离心风机2的作用下，高温干燥气流重新被送入烘干设备，对烘干设备内的物料进行烘干。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：包括除尘机构、上游离心风机、下游离心风机、除湿加热通道和N组热泵系统，N为正整数；

以风的流动方向为下游方向；

除尘机构具有用于连接烘干设备的出风口的除尘进风管和连接上游离心风机的进风口的除尘出风管；

上游离心风机的出风口连接除湿加热通道的进风口， 除湿加热通道的出风口连接下游离心风机的进风口，下游离心风机的出风口用于连接烘干设备的进风口；

每组热泵系统均包括通过制冷剂管路循环连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器；每组热泵系统的压缩机和膨胀阀设置于除湿加热通道外部，每组热泵系统的蒸发器和冷凝器设置于除湿加热通道的内部；

除湿加热通道内沿上下游方向依次设有第一级蒸发器至第N级蒸发器、雾水分离器以及第一级冷凝器至第N级冷凝器；同一热泵系统中的冷凝器与蒸发器的级数和为N+1。

2.根据权利要求1所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：还包括有设置在除湿加热通道内的分离式热管换热器，分离式热管换热器具有蒸发段和冷凝段，蒸发段和冷凝段通过介质管路连接在一起；分离式热管换热器的蒸发段设置在第一级蒸发器上游侧的除湿加热通道内，分离式热管换热器的冷凝段设置在第一级冷凝器与雾水分离器之间的除湿加热通道内。

3.根据权利要求1所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：还包括有三通，三通的一个接口分别连接除湿加热通道的上游端，三通的另一个接口连接上游离心风机的出风口，三通的第三个接口连接有旁通管，旁通管的另一端连接在雾水分离器与第一级冷凝器之间的除湿加热通道上，旁通管上设有风门；所述旁通管和三通外均设有保温层；

上游离心风机的出风口通过所述三通连接除湿加热通道的进风口。

4.根据权利要求1所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：所述第一级蒸发器至第N级蒸发器下方的除湿加热通道向下设有冷凝水收集水槽，冷凝水收集水槽的底部向下连接有冷凝水排水管，冷凝水排水管上设有排水阀。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：

所述除尘机构包括上大下小的除尘罐，除尘罐底部连接有闭风器；除尘进风管连接在所述除尘罐侧壁上；除尘罐顶端连接所述除尘出风管；

除尘进风管上方的除尘罐内并排间隔设有若干竖向设置的折叠滤芯，各折叠滤芯均具有顶端敞口的内孔，各折叠滤芯的内孔分别与除尘出风管相连通。

6.根据权利要求5所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：所述闭风器下方设有尘土收集箱。

7.根据权利要求5所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：所述除尘机构还包括有反吹装置，反吹装置包括气泵，气泵的进气管与大气相通，气泵的出气管连接有高压缓冲罐，高压缓冲罐连接有若干反吹管，反吹管与折叠滤芯一一对应设置且反吹管与折叠滤芯的内孔相通；各反吹管上均设有用于控制反吹高压气流的通断的脉冲电磁阀。

8.根据权利要求7所述的高尘环境下除湿型热回收封闭循环热泵烘干系统，其特征在于：所述除尘机构还包括有用于检测空气滤芯内外压差的压差开关，压差开关设置在除尘罐顶部与除尘出风管之间。