CN109595926A - 一种补气增焓热泵干燥***及干燥方法 - Google Patents

一种补气增焓热泵干燥***及干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种补气增焓的热泵干燥***，包括：热泵循环子***和干燥空气循环子***，热泵循环子***包括压缩机、中压蒸发器、低压蒸发器、冷凝器，压缩机出口与冷凝器制冷剂入口相连；冷凝器出口分为两个支路，第一支路与中压蒸发器的制冷剂入口相连，第二支路与低压蒸发器制冷剂入口相连，中压蒸发器制冷剂出口与压缩机补气口相连，低压蒸发器制冷剂出口与压缩机入口相连，干燥空气循环子***包括主风道、主风机、旁路风道和旁路风机。本发明还公开一种补气增焓的热泵干燥***的干燥方法。本发明利用中压蒸发器对干燥循环空气进行预冷处理，减少了能量品位的浪费，降低了压缩机的耗功，提高了***的干燥性能，是一种节能、高效、易于调节的热泵干燥***。本发明的干燥***节能、高效、易于调节。

Description

一种补气增焓热泵干燥***及干燥方法
技术领域
本发明属于干燥技术领域，特别是涉及一种补气增焓热泵干燥***及干燥方法。
背景技术
目前，农业、食品、化工、制陶业、医药、矿产加工、制浆造纸、木材加工等行业，所有生产过程几乎都要用到干燥，干燥物料的质量取决于是否很好地控制恒定的温度。而热泵烘干技术是目前的一项新兴技术，是一种温和的、接近自然的干燥方式，更适合大部分农产品、药材等热敏性物料的干燥。
目前，主流热泵干燥主要是除湿型的热泵干燥***。干燥空气被热泵***的冷凝器加热成高温低湿空气进入干燥室对湿物料进行干燥，出干燥室后的高湿空气再经过热泵***的蒸发器进行冷却除湿，高湿空气中的水分在蒸发器表面冷凝成冷凝水后排掉,从蒸发器出来后的干燥空气再经冷凝器加热，如此进行循环，达到了干燥除湿的效果。热泵干燥***在蒸发器进行的冷凝除湿过程中，湿空气先被冷却至露点温度之后才开始析出水分，进行除湿。而湿空气冷却到露点温度这个过程所需要的冷量并没有使湿空气析出水分，因此这部分冷量称为无效冷量。但由于传统的热泵干燥采用同一个蒸发器对冷却和除湿进行统一的处理，导致采用高品位的冷量处理低品位的冷量的“高能低用”的问题。这样不仅由于蒸发温度过低从而导致压缩机的功耗增加，还导致热泵的干燥性能下降。因此，如果能够设计一种热泵干燥***，利用较高的蒸发温度先将湿空气处理至接近露点，再采用较低的蒸发温度进行除湿，将有效的减少能量品位的浪费，减少压缩机的耗功，提高热泵的干燥性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种补气增焓热泵干燥***及干燥方法，解决现有热泵技术中热泵能耗高，干燥性能差的问题。
为解决以上技术问题，本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，包括：热泵循环子***和干燥空气循环子***，所述的热泵循环子***包括压缩机、中压蒸发器、低压蒸发器、冷凝器，所述的中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器依次设置在干燥空气循环子***的主风道内，所述冷凝器入口与压缩机的制冷剂出口相连；所述的冷凝器出口分为两个支路，其中第一支路与中压蒸发器的制冷剂入口相连，第二支路与低压蒸发器制冷剂入口相连，所述的中压蒸发器制冷剂出口与压缩机补气口相连，所述的低压蒸发器制冷剂出口与压缩机制冷剂入口相连。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的热泵循环子***还包含两个膨胀阀，第一膨胀阀设置在中压蒸发器入口的制冷剂管路上，第二膨胀阀设置在低压蒸发器入口的管路上，所述的膨胀阀选自热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的热泵循环子***还包含制冷剂流量调节阀，调节阀设置在第一支路的第一膨胀阀之前，所示的流量调节阀选自电动阀、电磁阀中的一种。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的热泵循环子***还包括止回阀，所述的止回阀设置在压缩机补气口的制冷剂管路上。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的热泵循环子***的压缩机是变频压缩机。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，还包括冷凝水管路，所述的冷凝水管路设置在中压蒸发器和低压蒸发器下部。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的干燥空气循环子***包括干燥室、主风道、主风机，所述主风道分别与干燥室入风口、出风口连接形成闭环通道，与干燥室入风口连接的主风道中设有所述冷凝器，与干燥室出风口连接的主风道中设有所述中压蒸发器，所述低压蒸发器设置在主风道中并处于所述中压蒸发器与冷凝器之间；在主风道上还设有主风机，驱动循环空气在主风道与干燥室构成的闭环通道内循环，循环空气在主风道内依次经过中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器后进入干燥室。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的干燥空气循环子***还包括过滤器、辅助热源，所述的过滤设置在干燥室干燥空气出口的主风道上，所述的辅助热源设置在冷凝器出口的主风道上。
本发明提供一种补气增焓热泵干燥***，所述的干燥空气循环子***还包括旁路风道，所述旁路风道一端设置在低压蒸发器与冷凝器之间的主风道上，另一端与干燥室入风口连接；在旁路风道中设有旁路风机，驱动低压蒸发器与冷凝器之间的循环空气进入干燥室，所述的旁路风道上还设置有风量调节阀。
本发明还公开一种如本发明的补气增焓热泵干燥***的干燥方法，包括以下步骤：
干燥室出口的高湿干燥空气，先经过过滤器，过滤空气中可能含有的杂质，然后由主风机输送，在主风道内依次经过中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器，进行预冷、除湿和加热，然后进入到干燥室内对待干燥物进行干燥；
通过调节热泵干燥***中的制冷剂流量调节阀，调节低压蒸发器和中压蒸发器的制冷剂流量分配，使低压蒸发器和中压蒸发器协同工作，利用中压蒸发器中较高蒸发温度的制冷剂对循环空气进行预冷，加速循环空气的降温速度、低压蒸发器中较低蒸发温度的制冷剂对循环空气进行除湿，降低除湿过程消耗的冷量，提高循环除湿性能；
当进入中压蒸发器的循环空气湿度较大，温度较低时，调小制冷剂流量调节阀的开度，减小中压蒸发器中制冷剂的流量，降低中压蒸发器的换热量；同时，增大低压蒸发器中制冷剂的流量，提高低压蒸发器的换热量，使循环空气先在中压蒸发器中预冷却(不除湿)、然后在低压蒸发器中除湿；
当进入中压蒸发器的循环空气温度较高时，调大制冷剂流量调节阀的开度，增加中压蒸发器中制冷剂的流量，提高中压蒸发器的换热量，利用中压蒸发器中较高蒸发温度的制冷剂，使循环空气快速降温，得到充分的预冷，进而在低压蒸发器中能够有更好的除湿效果；
当热泵干燥***中的冷凝器热量无法保证进入到干燥室内的干燥空气的温度时，开启辅助热源，进一步地提升温度；当热泵干燥***中的冷凝器热量较大，干燥空气的温度超过干燥工艺要求时，打开旁路风道的风量调节阀，通过控制风量调节阀的开度，控制旁通风量与主风量之比，实现干燥室入口干燥空气的参数控制。同时，可以利用压缩机变频进而调节热泵的容量，协同上述两种控制方式，使***的运行性能与控制达到最佳。
有益效果
本发明提供的一种补气增焓热泵干燥***及工作方法，采用了中压蒸发器和低压蒸发器联合协同对干燥循环空气进行处理，中压蒸发器利用较高蒸发温度的制冷剂对循环空气进行预冷、低压蒸发器利用较低蒸发温度的制冷剂对循环空气进行除湿。首先，经过除湿之后的循环空气，在低压蒸发器中更容易使温度低于露点温度，大大增加相同蒸发器面积下的除湿量，最大限度地保证循环空气的参数；其次，对于制冷***而言，蒸发温度越低性能越差，能耗越高，采用中压蒸发器可以实现提高冷却用的制冷剂温度，有利于机组性能。
并利用中压蒸发器产生的中压制冷剂蒸汽对压缩机进行补气增焓，可以有效地降低压缩机的比功，显著降低压缩机的功耗，提高制热量，从而热泵性能得到显著提升；同时，设置调节阀、辅助热源和旁路风道，通过调节压缩机频率，改变压缩机的输气量，从而调节制冷剂的流量，达到控制热泵的容量的目的，这样能够调节冷凝器、蒸发器的换热量，从而控制循环空气的温湿度，以满足不同负荷需求下的干燥室的干燥需求；大大提高了干燥***的调节性能，使得实际运行的效果得到保障。本发明的干燥***节能、高效、易于调节。
本发明利用中低压蒸发器的设置，一方面提高了干燥循环空气的除湿效果；另一方面通过中压制冷剂对压缩机补气的形式，降低了压缩机的功耗，提高了冷凝器的制热量，从而提高了热泵循环的性能，是一种节能、高效的热泵干燥***。
本发明提供的一种补气增焓热泵干燥***及工作方法，采用了中压蒸发器和低压蒸发器联合对干燥循环空气进行处理，提高循环空气的除湿效果，保证干燥室内的工艺参数要求；并利用中压蒸发器产生的中压制冷剂蒸汽对压缩机进行补气增焓，显著降低压缩机的功耗，提高制热量，从而热泵性能得到显著提升；同时，设置调节阀、辅助热源和旁路风道，大大提高了干燥***的调节性能，使得实际运行的效果得到保障。本发明的干燥***节能、高效、易于调节。
附图说明
附图1为本发明补气增焓热泵干燥***的结构示意图。
图中，1、压缩机；2、冷凝器；3、制冷剂流量调节阀；4、第一膨胀阀；5、中压蒸发器；6、第二膨胀阀；7、低压蒸发器；8、止回阀；9、主风机；10干燥室；11、过滤器；12、风量调节阀；13、旁路风机；14、辅助热源；15、主风道；16、旁路风道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参见附图1，本发明公开一种补气增压热泵干燥***，包括热泵循环子***和干燥空气循环子***。
所述的热泵循环子***包括压缩机1、中压蒸发器5、低压蒸发器7、冷凝器2，所述的中压蒸发器5、低压蒸发器7和冷凝器2依次设置在干燥空气循环子***的主风道15内，所述冷凝器2入口与压缩机1的制冷剂出口相连；所述的冷凝器2出口分为两个支路，其中第一支路与中压蒸发器5的制冷剂入口相连，第二支路与低压蒸发器7制冷剂入口相连，所述的中压蒸发器5制冷剂出口与压缩机1补气口相连，所述的低压蒸发器7制冷剂出口与压缩机1制冷剂入口相连，在所述的第一支路上设置有第一膨胀阀4和制冷剂流量调节阀3，对过冷的制冷剂液体进行降压节流，并调节制冷剂的流量；在所述的第二支路上设置有第二膨胀阀6，对过冷的制冷剂液体进行降压节流；在所述的压缩机1补气管路上还设置有止回阀8，保证压缩机内的制冷剂蒸汽不会回灌到中压蒸发器内；
所述的干燥空气循环子***包括干燥室10、主风道15、主风机9、过滤器11、辅助热源14、旁路风道16，所述主风道分别与干燥室10入风口、出风口连接形成闭环通道，与干燥室10入风口连接的主风道15中设有所述冷凝器2，与干燥室10出风口连接的主风道中设有所述中压蒸发器5，所述低压蒸发器7设置在主风道15中并处于所述中压蒸发器5与冷凝器2之间；在主风道15上还设有主风机9，驱动循环空气在主风道15与干燥室10构成的闭环通道内循环，循环空气在主风道15内依次经过中压蒸发器5、低压蒸发器7和冷凝器2后进入干燥室；所述的过滤器11设置在干燥室10干燥空气出口的主风道15上，所述的辅助热源14设置在冷凝器2出口的主风道15上；所述旁路风道16一端设置在低压蒸发器7与冷凝器2之间的主风道15上，另一端与干燥室10入风口连接；在旁路风道16中设有旁路风机13，驱动低压蒸发器7与冷凝器2之间的循环空气进入干燥室10，所述的旁路风道16上还设置有风量调节阀12；
具体的，低压制冷剂蒸汽经过压缩机1压缩到中压之后，与来自中压蒸发器5的中压制冷剂蒸气混合后，被压缩机1继续压缩到高压高温的状态，然后进入到冷凝器2中，在冷凝器2中制冷剂被循环干燥空气冷却，变成高压常温的制冷剂液体。然后，制冷剂液体分成两个支路，第一支路的制冷剂液体被第一膨胀阀4降压节流到中压的状态，然后进入到中压蒸发器5中蒸发，对循环空气进行预冷，保证后续循环空气除湿的高效性，然后中压制冷剂蒸汽从压缩机1的补气口进入到压缩机中；第二支路的制冷剂液体被第二膨胀阀6降压节流到低压的状态，然后进入到低压蒸发器7中蒸发，对循环空气进行冷却除湿处理，然后低压的制冷剂蒸汽从压缩机1的吸气口进入到压缩机中。低压蒸发器7和中压蒸发器5中所产生的冷凝水，通过冷凝水管路排出。
具体的，高温干燥的循环空气在干燥室10内对高湿物料进行干燥处理后，变成高含湿量的空气，从干燥室10内排出。在经过过滤器过滤后，通过主风机9输送，依次经过中压蒸发器5、低压蒸发器7、冷凝器2和辅助热源14，进行预冷、除湿、加热和再热处理。循环空气经过中压蒸发器5预冷之后，能够提高其在低压蒸发器7中的除湿效果，保证循环空气的状态满足干燥室10的参数要求。辅助热源14在冷凝器2的放热量不足时开启，对循环空气补充热量。
进一步，经过低压蒸发器7之后的循环空气，通过旁路风道16，旁通一部分到干燥室10的入口，当冷凝器2的放热量过多时，开启风量调节阀12，调节主风道15和旁路风道16的风量比，在干燥室10的入口与经过处理之后的循环空气进行混合，从而达到调节的目的。
实施例2
本发明补气增焓热泵干燥***的干燥方法，包括：
干燥室出口的高湿干燥空气，先经过过滤器，过滤空气中可能含有的杂质，然后由主风机输送，在主风道内依次经过中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器，进行预冷、除湿和加热，然后进入到干燥室内对待干燥物进行干燥；
通过调节热泵干燥***中的制冷剂流量调节阀，调节低压蒸发器和中压蒸发器的制冷剂流量分配，使低压蒸发器和中压蒸发器协同工作，利用中压蒸发器中较高蒸发温度的制冷剂对循环空气进行预冷，加速循环空气的降温速度、低压蒸发器中较低蒸发温度的制冷剂对循环空气进行除湿，降低除湿过程消耗的冷量，提高循环除湿性能；
当进入中压蒸发器的循环空气湿度较大，温度较低时，调小制冷剂流量调节阀的开度，减小中压蒸发器中制冷剂的流量，降低中压蒸发器的换热量；同时，增大低压蒸发器中制冷剂的流量，提高低压蒸发器的换热量，使循环空气先在中压蒸发器中预冷却(不除湿)、然后在低压蒸发器中除湿；
当进入中压蒸发器的循环空气温度较高时，调大制冷剂流量调节阀的开度，增加中压蒸发器中制冷剂的流量，提高中压蒸发器的换热量，利用中压蒸发器中较高蒸发温度的制冷剂，使循环空气快速降温，得到充分的预冷，进而在低压蒸发器中能够有更好的除湿效果；本发明利用中低压蒸发器的设置，一方面提高了干燥循环空气的除湿效果；另一方面通过中压制冷剂对压缩机补气的形式，降低了压缩机的功耗，提高了冷凝器的制热量，从而提高了热泵循环的性能，是一种节能、高效的热泵干燥***。
当热泵干燥***中的冷凝器热量无法保证进入到干燥室内的干燥空气的温度时，开启辅助热源，进一步地提升温度；当热泵干燥***中的冷凝器热量较大，干燥空气的温度超过干燥工艺要求时，打开旁路风道的风量调节阀，通过控制风量调节阀的开度，控制旁通风量与主风量之比，实现干燥室入口干燥空气的参数控制。同时，可以利用压缩机变频进而调节热泵的容量，协同上述两种控制方式，使***的运行性能与控制达到最佳。
本发明提供的一种补气增焓热泵干燥***及工作方法，采用了中压蒸发器和低压蒸发器联合对干燥循环空气进行处理，提高循环空气的除湿效果，保证干燥室内的工艺参数要求；并利用中压蒸发器产生的中压制冷剂蒸汽对压缩机进行补气增焓，显著降低压缩机的功耗，提高制热量，从而热泵性能得到显著提升；同时，设置调节阀、辅助热源和旁路风道，大大提高了干燥***的调节性能，使得实际运行的效果得到保障。本发明的干燥***节能、高效、易于调节。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种补气增焓热泵干燥***，其特征在于，包括：热泵循环子***和干燥空气循环子***，所述的热泵循环子***包括压缩机、中压蒸发器、低压蒸发器、冷凝器，所述的中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器依次设置在干燥空气循环子***的主风道内，所述冷凝器入口与压缩机的制冷剂出口相连；所述的冷凝器出口分为两个支路，其中第一支路与中压蒸发器的制冷剂入口相连，第二支路与低压蒸发器制冷剂入口相连，所述的中压蒸发器制冷剂出口与压缩机补气口相连，所述的低压蒸发器制冷剂出口与压缩机制冷剂入口相连。
2.如权利要求1所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的热泵循环子***还包含两个膨胀阀，第一膨胀阀设置在中压蒸发器入口的制冷剂管路上，第二膨胀阀设置在低压蒸发器入口的管路上，所述的膨胀阀选自热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种。
3.如权利要求1所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的热泵循环子***还包含制冷剂流量调节阀，调节阀设置在第一支路的第一膨胀阀之前，所示的流量调节阀选自电动阀、电磁阀中的一种。
4.如权利要求1所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的热泵循环子***还包括止回阀，所述的止回阀设置在压缩机补气口的制冷剂管路上。
5.如权利要求1所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的热泵循环子***的压缩机是变频压缩机。
6.如权利要求1-5任一项所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，还包括冷凝水管路，所述的冷凝水管路设置在中压蒸发器和低压蒸发器下部。
7.如权利要求6所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的干燥空气循环子***包括干燥室、主风道、主风机，所述主风道分别与干燥室入风口、出风口连接形成闭环通道，与干燥室入风口连接的主风道中设有所述冷凝器，与干燥室出风口连接的主风道中设有所述中压蒸发器，所述低压蒸发器设置在主风道中并处于所述中压蒸发器与冷凝器之间；在主风道上还设有主风机，驱动循环空气在主风道与干燥室构成的闭环通道内循环，循环空气在主风道内依次经过中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器后进入干燥室。
8.如权利要求7所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的干燥空气循环子***还包括过滤器、辅助热源，所述的过滤设置在干燥室干燥空气出口的主风道上，所述的辅助热源设置在冷凝器出口的主风道上。
9.如权利要求8所述的补气增焓热泵干燥***，其特征在于，所述的干燥空气循环子***还包括旁路风道，所述旁路风道一端设置在低压蒸发器与冷凝器之间的主风道上，另一端与干燥室入风口连接；在旁路风道中设有旁路风机，驱动低压蒸发器与冷凝器之间的循环空气进入干燥室，所述的旁路风道上还设置有风量调节阀。
10.如权利1-9中任意一项所述的补气增焓热泵干燥***的干燥方法，包括以下步骤：
干燥室出口的高湿干燥空气，先经过过滤器，然后由主风机输送，在主风道内依次经过中压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器，进行预冷、除湿和加热，然后进入到干燥室内对待干燥物进行干燥；
通过调节热泵干燥***中的制冷剂流量调节阀，调节低压蒸发器和中压蒸发器的制冷剂流量分配，使低压蒸发器和中压蒸发器协同工作，利用中压蒸发器中较高蒸发温度的制冷剂对循环空气进行预冷，加速循环空气的降温速度，利用低压蒸发器中较低蒸发温度的制冷剂对循环空气进行除湿，降低除湿过程消耗的冷量，提高循环除湿性能；
通过调节辅助热源及旁路风道的风量调节阀控制旁通风量与主风量之比，调节干燥室入口干燥空气的参数；同时，利用压缩机变频调节热泵的容量的协同控制方式，使***的运行性能与控制达到最佳。
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