CN104807318A - 中高温热泵变温干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中高温热泵变温干燥装置。本发明利用了中高温热泵干燥温度区间（0－80℃）宽、干燥介质（空气）湿度可控的技术优势，通过调节电动温湿度控制风阀，获得可控的封闭、半开以及全开式热泵系统，实现农产品的变温、变湿分段干燥，达到干燥过程低能耗、干燥产品质量高的目的。变温干燥可避免物料在高含水环境中热破坏，变湿干燥可避免物料表面结壳、硬化，有利于内部水分向表面迁移。本发明干燥装置采用间歇干燥方式。本发明较以电能消耗为主的热风干燥设备，能效显著，其干燥产品质量更易控制。本发明可广泛应用农产品、水产品等热敏性物料的干燥，也可用于生物制品、中成药、化工等行业的干燥。

Description

中高温热泵变温干燥装置

技术领域

本发明涉及一种热敏性农产品中高温热泵干燥装置，尤其涉及高附加值农产品物料的中高温热泵干燥机。

背景技术

农产品具有热敏性，其干燥一直是加工难题。传统热风干燥由于干燥温度高，易引起生物、物理化学变化，致使物料表面板结、有效成分破坏，产品品质下降。冷冻干燥、真空干燥由于投资费用、操作费用高，并没有广泛应用于农产品干燥过程中。低温热泵干燥（0℃－45℃）是一种能效显著而又切实可行的干燥方法，其干燥产品质量高、品质好，但其缺点是干燥时间太长，低温干燥容易引起生物污染。

近几年随着中高温热泵技术的发展，中高温热泵作为温度高于55℃的热源主要应用于供暖和提供生活热水。市场上，相关干燥设备主要是中高温热泵烘房和封闭式烘箱。烘房主要是利用中高温热泵直接或间接加热空气干燥物料，间歇向环境排湿空气达到干燥物料的目的。这类烘房干燥温度、湿度不易控制，产品质量不稳定。封闭式烘箱主要是利用热泵装置将干燥器排出的低温、高湿空气经除湿、升温后，成为高温、低湿的空气作为干燥介质再进入干燥器，如此往复使物料得到干燥。这类烘厢存在着干燥后期热效率下降问题。

研究发现，在农产品干燥初期采用低温干燥，可以避免高水分环境下高温对营养成分的热破坏；随着物料水分的降低，有效成分对温度不敏感，采用高温终止干燥可以防止微生物污染，缩短干燥时间。这种分段式变温干燥更适合热敏感性农产品的脱水过程。中高温热泵由于干燥温度区间宽（0℃－80℃），更容易实现农产品变温、变湿度干燥。变温干燥可避免物料在高含水环境中热破坏，变湿干燥可避免物料表面结壳、硬化，有利于内部水分向表面迁移。

热泵干燥的原理是利用热泵装置将干燥器排出的低温、高湿空气经除湿、升温后，成为高温、低湿的空气作为干燥介质再进入干燥器，如此往复使物料得到干燥。热泵干燥作为一种能效显著的干燥方式正逐渐被应用到多种干燥领域，特别是食品和木材等固体干燥领域。本发明主要是利用中高温热泵干燥温度范围宽、干燥介质（空气）湿度可控的技术优势，通过调节电动湿温度控制风阀，获得封闭、半开以及全开式系统，实现设备的变温、变湿干燥，达到干燥过程低能耗、干燥产品质量高的目的。

发明内容

本发明的主要目的就是利用中高温热泵干燥温度范围宽（0℃－80℃）、干燥介质（空气）湿度可控的技术优势，通过调节湿温度控制风阀，获得封闭、半开以及全开式系统，实现设备的变温、变湿干燥，解决低温热泵干燥时间长，易引起生物污染以及封闭式热泵干燥系统干燥后期热效率下降问题。

本发明利用辅助冷凝器实现封闭式干燥系统的恒温控制，满足农产品不同干燥工艺的要求。干燥初期，物料含有大量水分，高温干燥易引起物料有效成分的热破坏。因此，干燥初期高含水农产品易采用低温热泵干燥。干燥过程中，干燥介质的温度因热泵作用不断升高，当温度达到设定干燥温度时，辅助风机、辅助冷凝器工作，并将多余的热量排至环境中。此时，热泵的除湿作用依然进行，干燥介质的相对湿度保持在低值，可实现对物料的恒温、低湿持续干燥。

本发明利用温湿度控制风阀实现干燥系统的半开、全开方式，解决热泵干燥后期热效率下降问题。随着干燥的进行，物料含水量降低，封闭式热泵干燥系统内干燥介质的绝对湿度下降，热泵从干燥介质中可回收的热量减少，热泵系统热效率下降，节能效果不明显。此时，采用半开或全开式干燥系统，可以将环境空气中的热量进行回收、利用，提高热泵系统的热效率。另外，调节温湿度控制风阀开启程度可以实现系统变湿度干燥，满足不同农产品干燥工艺的需求。

本发明干燥厢采用导风板和均风板组合设计，克服了干燥器内干燥效率低以及因质、热传递不均引起的“干燥死角”问题。

本发明是这样实现的，一种中高温热泵变温干燥装置，由中高温热泵装置、干燥厢体、导风板、多孔均风板、电动温湿度控制风阀、三通风管构成，干燥厢体内设物料架、导风板、温湿度传感器并设有进料门；其特征在于，干燥厢体内设有多孔均风板，形成干燥仓和风道两个独立的仓体；干燥厢体上端连进风管，并通过带电动温湿度控制风阀的三通风管与中高温热泵装置相通，干燥厢体下端连接出风管并通过带电动温湿度控制风阀的三通风管与中高温热泵装置相通，并构成回路。干燥厢体经三通风管与中高温热泵装置相连；三通风管与外界环境的断通由电动温湿度控制风阀控制，可实现系统封闭干燥，亦可与外部环境相通后实现系统开放式干燥。

冷凝器、辅助冷凝器、节流阀、蒸发器、储液罐、中高温压缩机、双向阀由铜管依次连接后与主风机、辅助风机、集水盘置于热泵箱体中构成中高温热泵装置。制冷剂采用以R134a为主的复合工质。其中，压缩机、辅助风机和辅助冷凝器暴露于环境中；压缩机的进口经储液罐后与蒸发器相通，其出口经双向阀后分别与冷凝器、辅助冷凝器相通；冷凝器、辅助冷凝器的另一端经节流阀与蒸发器相通，冷凝器配置了主风机，辅助冷凝器配置了辅助风机。

干燥厢内设有导风板和均风板；其进风口经三通风管与中高温热泵装置的冷凝器相通，其出风口经三通风管与中高温热泵装置的蒸发器相通构成回路；三通风管均由电动温湿度控制风阀控制并可与外界相通。

封闭式中高温热泵干燥是这样实现的，与外界相通的三通风管关闭，在干燥仓与热泵装置间形成封闭回路。

半开、全开式中高温热泵干燥系统是这样实现的，与外界相通的三通风管呈半开或全开状态，外界空气在主风机的作用下可部分或全部进入热泵装置和干燥仓。

本发明与其它干燥设备相比较，具有以下优点：

（1）   较热风干燥设备，采用了能效显著的热泵干燥技术。相比以电为能源的加热方式，更节约能耗。

（2）   中高温热泵干燥温度范围宽，根据工艺需要，农产品可以实现变温干燥，生产出高品质产品。

（3）   通过调节湿温度控制风阀，实现半开以及全开式干燥系统，可避免封闭式干燥系统干燥后期热效率下降问题。

（4）   干燥仓内设导风板、均风板。干燥仓内气体流速和温度场分布均匀，传热、传质效率高，避免了因热、质传递不匀引起的“干燥死角”，提高了产品干燥品质和干燥效率。

附图说明

图1为本发明的实施例结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1 的A向外观图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明。

本发明由冷凝器1、压缩机2、储液罐3、蒸发器4、集水盘5、带电动温湿度控制风阀6的三通风管、出风管7、物料架8、多孔均风板9、导风板10、温湿度传感器11、干燥厢体12、进风管13、带电动温湿度控制风阀14的三通风管、主风机15、中高温热泵箱体16、进料门17、辅助风机18、辅助冷凝器19组成；具体连接图如附图1、附图2和附图3。冷凝器1、蒸发器4、辅助冷凝器19、压缩机2、储液罐4以及节流阀、双向阀由铜管联结后与主风机15、辅助风机18、集水盘5置于热泵箱体16中构成中高温热泵装置。其中，压缩机2、储液罐3、辅助风机18和辅助冷凝器19暴露于环境中。压缩机2的进口经储液罐3后与蒸发器4相通，其出口经双向阀后分别与冷凝器1、辅助冷凝器19相通；冷凝器1、辅助冷凝器19的另一端经节流阀与蒸发器4相通，冷凝器1配置了主风机15，辅助冷凝器19配置了辅助风机18。干燥厢体12内设物料架8、多孔均风板9、导风板10、温湿度传感器11并设有进料门15。干燥厢体12内设有多孔均风板9，形成干燥仓和风道两个独立的仓体；干燥厢体12上端连进风管13，并通过带电动温湿度控制风阀14的三通风管与中高温热泵装置的冷凝器1相通，干燥厢体12下端连接出风管7并通过带电动温湿度控制风阀6的三通风管与中高温热泵装置的蒸发器4相通，并构成回路。

本发明封闭干燥时，先将进料门15打开，把物料放在物料架8上，关上进料门15，关闭与外界相通的电动温湿度控制风阀6和电动温湿度控制风阀14。设置热泵干燥温度后，接通电源，即可开始对物料进行干燥。干燥过程中，干燥仓出风管7出来的温度较低、相对湿度较大的干燥介质（空气）经由三通阀6后，与蒸发器4进行热交换，完成空气的除湿和潜热的回收，除湿下来的冷凝水由集水盘5收集并排至环境；相对湿度较低的空气经冷凝器1时被加热，成为较高温度的干燥气。温度较高、相对湿度较低的干燥气由主风机15，经进风管13鼓入干燥仓，并通过导风板10、透过多孔均风板9对物料架3上的物料进行接触干燥、质热传递，成为温度较低、相对湿度较大的空气。如此往复，最终实现物料干燥。干燥完全的物料经进料门17出仓。

本发明工作时，干燥厢体12内的温度超过设置的干燥温度时，中高温热泵装置的冷凝器1停止工作，辅助冷凝器19、辅助风机18开始工作，并将多余的热量排至环境中；热泵的除湿功能一直进行，干燥气的相对湿度始终保持在低值，可实现物料的恒温干燥。

本发明封闭干燥时，可以依据物料特性设置梯度升温干燥方式，实现物料分段式变温干燥。

本发明封闭干燥后期，物料含湿量下降，干燥仓出风管7出来的干燥介质的湿度下降，蒸发器4从干燥介质中可回收的热量减少，热泵系统热效率下降，节能效果变得不明显。这时，部分或全部开启三通风管中的电动温湿度控制风阀6、14，外界环境中含有较高湿度的空气在主风机15的作用下从电动温湿度控制风阀6进入中高温热泵装置中，与出风管7中含湿量较低的空气混合，经蒸发器5的降湿、冷凝器1的升温后，部分高温、低湿的空气经进风管13进入干燥仓干燥物料，部分空气经电动温湿度控制风阀14排至环境。来自外界环境湿空气的降湿（冷凝热）过程为热泵系统带来了新的热量来源，提高了系统的热效率。

本发明开放式干燥系统中电动温湿度控制风阀6、14开度的变化可为干燥系统提供可控的湿度变化，实现物料的变湿干燥。

Claims (3)

1.一种中高温热泵变温干燥装置，由中高温热泵装置、干燥厢体、导风板、多孔均风板、电动温湿度控制风阀、三通风管构成，干燥厢体内设物料架、导风板、温湿度传感器并设有进料门；其特征在于，干燥厢体内设有多孔均风板，形成干燥仓和风道两个独立的仓体；干燥厢体上端连进风管，并通过带电动温湿度控制风阀的三通风管与中高温热泵装置相通，干燥厢体下端连接出风管并通过带电动温湿度控制风阀的三通风管与中高温热泵装置相通，并构成回路。

2.根据权利要求1所述的中高温热泵变温干燥装置，其特征在于，由冷凝器、辅助冷凝器、节流阀、蒸发器、储液罐、中高温压缩机、双向阀由铜管依次连接后与主风机、辅助风机、集水盘置于热泵箱体中构成中高温热泵装置；其中，压缩机、辅助风机和辅助冷凝器暴露于环境中；压缩机的进口经储液罐后与蒸发器相通，其出口经双向阀后分别与冷凝器、辅助冷凝器相通；冷凝器、辅助冷凝器的另一端经节流阀与蒸发器相通，冷凝器配置了主风机，辅助冷凝器配置了辅助风机。

3.根据权利要求1所述的中高温热泵变温干燥装置，其特征在于，进风管通过带电动温湿度控制风阀的三通风管与中高温热泵装置的冷凝器相通，出风管并通过带电动温湿度控制风阀的三通风管与中高温热泵装置的蒸发器相通。