CN105937847A - 一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，包括干燥间和设备间，干燥间与设备间之间设置有进风口和出风口，干燥间与设备间之间形成一闭路空气循环；设备间内设置有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和逆流式换热器，压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器的管道顺序连接形成一供制冷剂流经过的循环通道；干燥间内的高温湿空气自进风口流进所述设备间内，湿空气进入设备间内后顺序流经逆流式换热器的热风通道、蒸发器、逆流式换热器的冷风通道、冷凝器，最后经出风口输送回干燥间；其中，冷风通道与所述热风通道中的空气逆向流动，逆流式换热器用于蒸发器的低温出风与蒸发器的高温进风之间的热交换。

Description

一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置

技术领域

本发明涉及干燥装置设计技术领域，具体涉及一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置。

背景技术

空气闭路循环的热泵干燥系统，例如热泵干衣机、热泵烟叶干燥房、热泵木材干燥房等等，是一个将蒸汽压缩式制冷系统设置在存放有被干燥介质的密闭空间里，干燥介质（例如空气）在密闭空间里闭路循环进行干燥作业的装置。

空气闭路循环的热泵干燥系统，就是利用压缩机将制冷剂在蒸发器吸收的低温热源的低温位热量，输送到处在高温热源的冷凝器中再释放给干燥介质（例如空气），从而使干燥介质的温度上升、相对湿度下降、干燥特性得以恢复、干燥过程得以持续进行的高效热工系统。

空气闭路循环的热泵干燥系统，干燥早期的干燥脱水效率极高：在向空气闭路循环的热泵干燥系统内投入一批含湿物料（如潮湿衣物、收获的潮湿谷物、采摘的潮湿烟叶等等）之后，热泵干燥系统开始运行，早期由于处在含湿物料的恒速干燥阶段，含湿物料与高温干燥空气热湿交换强度大，水分蒸发强度大，高温干燥空气快速降温放热，空气湿度加大，热泵系统的蒸发器的湿负荷在蒸发器总制冷量中的占比就比较大，脱水（干燥）的效率很高；

而到了热泵干燥的中后期，含湿物料进入降速干燥阶段，此时含湿物料的表面水分已经基本蒸发完毕，物料深层水分向表面扩散再蒸发进入空气，含湿物料与高温干燥空气热湿交换强度变小，水分蒸发强度变小，向干燥空气输送水蒸汽的能力快速下降，高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换之后降温幅度较小、相对湿度较低。

参照图1：为现有热泵干衣试验曲线图，横轴为时间，左纵轴对应于干燥区空气温度，右纵轴对应于干燥区空气相对湿度；

在该120min的热泵干衣过程中，蒸发器的进风温度不断走高，从25℃逐步攀升到58℃，进风的相对湿度逐步降低，由74%(对应于右纵轴)回落到10%，蒸发器进风的露点温度在15～23℃之间摆动；而蒸发器出风温度在7～15℃之间。在干燥过程后期，蒸发器进出风的温差高达58-15 = 43℃，此时的干燥（脱水）效率很低。

因此，在空气闭路循环的热泵干燥的中后期，蒸发器所吸入空气表现出“温度高、相对湿度低”的特点，蒸发器将所吸入空气降温到露点温度所放出的显热，在蒸发器总制冷量中的占比很高；也就是说，蒸发器将所吸入空气降温到露点温度以下再将空气中的水蒸汽冷凝为液态水所放出的潜热，在蒸发器总制冷量中的占比很低甚至为零，此时干燥（脱水）的效率很低。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供了一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，包括干燥间和设备间，所述干燥间与所述设备间之间设置有进风口和出风口，所述干燥间与所述设备间之间形成一闭路空气循环；所述设备间内设置有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和逆流式换热器，所述压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器的管道顺序连接形成一供制冷剂流经过的循环通道；

所述干燥间内的高温湿空气自所述进风口流进所述设备间内，湿空气进入所述设备间内后顺序流经所述逆流式换热器的热风通道、蒸发器、所述逆流式换热器的冷风通道、冷凝器，最后经所述出风口输送回所述干燥间；所述湿空气流经所述热风通道初步降温，流经所述蒸发器降温除湿，流经所述冷风通道吸热升温，流经所述冷凝器被再次升温；

其中，所述热风通道与所述冷风通道中的空气逆向流动，所述逆流式换热器用于所述蒸发器的低温出风与所述蒸发器的高温进风之间的热交换。

较佳地，所述逆流式换热器采用板式逆流式换热器。

较佳地，所述干燥间与所述设备间之间设置有两个进风口，分别为第一进风口和第二进风口；

所述第一进风口的进风顺序为空气流经所述逆流式换热器的热风通道、蒸发器、逆流式换热器的冷风通道、冷凝器，形成第一空气流经路径；

所述第二进风口的进风为空气直接流经所述冷凝器，形成第二空气流经路径；

所述第一空气流经路径和第二空气流经路径的出风混合后输送回所述干燥间内。

较佳地，所述冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器和第二冷凝器的制冷剂管道串联；

所述第一空气流经路径流经所述第一冷凝器，所述第二空气流经路径流经所述第二冷凝。

较佳地，所述设备间内还设置有第一风机，所述第一风机设置在所述冷凝器的出风处，用于推动空气穿过所述冷凝器。

较佳地，所述设备间内设置有第二风机，所述第二风机设置在所述逆流式换热器的冷风通道的出风处，用于推动空气穿过所述逆流式换热器和蒸发器。

较佳地，所述设备间设置在所述干燥间的侧面，所述进风口和所述出风口均设置在所述干燥间的侧面，且所述出风口位于所述干燥间侧面的底部。

较佳地，所述设备间设置在所述干燥间的底部，所述进风口设置在所述干燥间的底部，所述出风口设置在所述干燥间的顶部，所述设备间通过设在所述设备间侧面的旁路风道与所述出风口连通。

本发明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：

1）本发明提供的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，通过设置逆流式换热器，用于蒸发器的低温出风与蒸发器的高温进风之间的热交换；在干燥末期，使蒸发器的高温进风（回风）的温度经过逆流换热器降低到接近于蒸发器的低温出风的温度，从而使所吸入空气中的水蒸汽冷凝为液态水所放出的潜热在蒸发器总制冷量中的占比大幅提高，从而根本解决了热泵干燥装置在含湿物料干燥末期出现的脱水（干燥）效率严重降低的问题，大幅提高了除湿效率；

2）本发明提供的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，采用的是逆流式换热器，特别是采用板式逆流换热器，相比于顺流、错流式换热器，逆流式换热器传热效率高, 具有单位体积热交换面积大、热负荷大的特点，适于气-气换热。

附图说明

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

图1为现有热泵干衣试验曲线图；

图2为本发明实施例1中带逆流式换热器的高效热泵干燥装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2中带逆流式换热器的高效热泵干燥装置的结构示意图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明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发明的范围。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。

本发明提供了一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，将逆流式换热器引入空气闭路循环中，利用蒸发器的低温出风来降低蒸发器进风的温度，从而提高蒸发器滤除空气中水蒸汽的湿负荷在蒸发器总制冷量中的占比，提高除湿效率。

具体的，该带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，包括有干燥间和设备间，被干燥物置于干燥间内；干燥间与设备间之间设置有进风口和出风口，干燥间与设备间之间形成一闭路空气循环；设备间内设置有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和逆流式换热器，压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器的管道顺序连接形成一供制冷剂流经过的循环通道。

干燥过程中，干燥间内产生的高温湿空气自进风口流进设备间内；湿空气进入设备间内后，首先流经逆流式换热器的热风通道，进行换热降温；然后流经蒸发器，进行降温除湿；流经蒸发器后的空气再流经逆流式换热器的冷风通道，进行换热升温；从逆流式换热器的冷风通道流出的空气流经冷凝器，被再次升温，从而变成高温干燥空气；高温干燥空气最后经由出风口输送回干燥间内，对含湿物料进行干燥。

其中，逆流式换热器的热风通道与冷风通道中的空气逆向流动，实现蒸发器的低温出风与蒸发器的高温进风之间的热交换；

其中，逆流式换热器可采用板式逆流式换热器，当然也可采用其他形式的逆流式换热器，此处不作限制。

其中，空气流经的各路线可通过风道的设置来实现，此处不作限制。

其中，干燥间和设备间的位置关系、内部各部件的排布形式，均可根据具体情况来调整，此处不作限制。

其中，被干燥物（含湿物料）可以是茶叶、烟叶、衣物、粮食等物品，此处不作限制。

本发明提供的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，通过设置逆流式换热器，用于蒸发器的低温出风与蒸发器的高温进风之间的热交换；在干燥末期，使蒸发器的高温进风（回风）的温度经过逆流换热器降低到接近于蒸发器的低温出风的温度，从而使所吸入空气中的水蒸汽冷凝为液态水所放出的潜热在蒸发器总制冷量中的占比大幅提高，从而根本解决了热泵干燥装置在含湿物料干燥末期出现的脱水（干燥）效率严重降低的问题，提高除湿效率。

同时，本发明中采用的是逆流式换热器，相比于顺流、错流式换热器，逆流式换热器传热效率最高, 具有单位体积热交换面积大、热负荷大的特点，适于气-气换热。

具体的，如果采用逆流换热器，并且若换热器的换热面积足够大、换热器冷热流体两个通道的空气质量流量相同，忽略换热器、风道漏热等因素，则来自干燥间的高温进风在穿越逆流换热器热风通道之后的温度T’，接近于蒸发器低温出风温度t；而蒸发器的低温出风（温度为t）在穿越逆流换热器冷风通道之后的温度t’，则接近于逆流换热器之前的来自干燥间的高温进风温度T，热交换效果好；逆流换热器的单位体积热交换面积大，热交换效率高；

如果采用顺流板式换热器，并且换热器的换热面积足够大、换热器冷热流体两个通道的空气质量流量相同，换热器冷热流体两个通道的进风温度分别为T、t，忽略换热器漏热等因素，则蒸发器进风穿越换热器热风通道之后的温度T’，只能接近于（T+t）*1/2；由此可见，逆流式换热器相对于顺流、错流式换热器，换热效果好。

以下结合本发明的优选实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

参照图2，本发明提供了一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，包括干燥间12和设备间1，设备间1设置在干燥间12的侧面，被干燥物13置于干燥间12内；干燥间12的侧面设置有与设备间1相通的进风口11和出风口10。本实施例将将设备间1设置在干燥间12的侧面，便于干燥间12底部与顶部气流的沟通。

在本实施例中，设备间1内设置有蒸发器2、逆流式换热器4、冷凝器、压缩机8、风机9。具体的，压缩机8、冷凝器、蒸发器2的管道顺序连接形成一供制冷剂循环的通道，蒸发器2与冷凝器之间的制冷剂管道上还设置有节流装置5（具体可为毛细管）。

在本实施例中，蒸发器2、逆流式换热器4和冷凝器自上而下顺序设置在设备间1内；具体的，进风口通过风道连通逆流式换热器4的热风通道，热风通道再通过风道连通蒸发器2，蒸发器2再通过风道连通逆流式换热器4的冷风通道，冷风通道再通过风道连通冷凝器，冷凝器再通过风道连通出风口10；出风口10处设置有风机9，风机9用于推动空气循环。

在本实施例中，干燥间12的侧面上设置有两个进风口，分别为第一进风口和第二进风口；第一进风口的进风顺序流经逆流式换热器4的热风通道、蒸发器2、逆流式换热器4的冷风通道、冷凝器，形成第一空气流经路径；第二进风口的进风直接流经冷凝器，形成第二空气流经路径；第一空气流经路径和第二空气流经路径的出风混合后输送回干燥间12内。

在本实施例中，冷凝器包括第一冷凝器6和第二冷凝器7，第一冷凝器6和第二冷凝器7的制冷剂管道串联；第一空气流经路径流经第一冷凝器6，第二空气流经路径流经第二冷凝7。其中第一冷凝器6和第二冷凝器7可分开设置，也可并排设置，此处不做限制。

本发明设置有第一进风口和第一空气流经路径，是为了解决蒸发器低温出风与高温进风的热交换和进风的除湿；而第二进风口和第二空气流经路径，是为了扩大冷凝器的散热面积和冷凝器的通风量，降低冷凝压力；第一空气流经路径和第二空气流经路径两者通风量之间的比例关系，可以通过这两个空气流经路径上对应的第一冷凝器6和第二冷凝器7翅片片距来调节，例如，减小第二空气流经路径上第二冷凝器7翅片的片距，即加密翅片，就可以增加流动阻力即降低该路径的通风量。

实施例2

参照图3，本发明提供了一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，本实施例是在实施例1的基础上进行的修改，本实施例相对于实施例1存在以下区别技术特征：

在本实施例中，设备间1设置在干燥间12的底部；干燥间12的底部设置有与设备间1相通的进风口11，干燥间12的顶部设置有出风口10，且设备间1通过设在设置在干燥间12侧面的旁路风道14连接出风口。

在本实施例中，第一冷凝器和第二冷凝器合并成一完整的冷凝器16。

在本实施例中，设备间1内设置有第一风机15和第二风机17；第一风机15设置在冷凝器16的出风处，用于推动空气穿过冷凝器16；第二风机17设置在逆流式换热器4的冷风通道的出风处，用于推动进风空气穿过逆流式换热器4的热风通道降温放热、穿过蒸发器2进一步降温除湿、再穿过逆流式换热器4的冷风通道吸热升温。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明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发明的精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (8)

1.一种带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，包括干燥间和设备间，所述干燥间与所述设备间之间设置有进风口和出风口，所述干燥间与所述设备间之间形成一闭路空气循环；所述设备间内设置有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和逆流式换热器，所述压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器的管道顺序连接形成一供制冷剂流经过的循环通道；

所述干燥间内的含湿空气自所述进风口流进所述设备间内，湿空气进入所述设备间内后顺序流经所述逆流式换热器的热风通道、蒸发器、所述逆流式换热器的冷风通道、冷凝器，最后经所述出风口输送回所述干燥间；所述湿空气流经所述逆流式换热器热风通道降温预冷，流经所述蒸发器降温除湿，流经所述逆流式换热器冷风通道吸热升温，流经所述冷凝器被再次升温；

其中，所述逆流式换热器热风通道与所述冷风通道中的空气逆向流动，所述逆流式换热器用于所述蒸发器的低温出风与所述蒸发器的高温进风之间的热交换。

2.根据权利要求1所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述逆流式换热器采用板式逆流式换热器。

3.根据权利要求1所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述干燥间与所述设备间之间设置有两个进风口，分别为第一进风口和第二进风口；

所述第一进风口的进风顺序为空气流经所述逆流式换热器的热风通道、蒸发器、逆流式换热器的冷风通道、冷凝器，形成第一空气流经路径；

所述第二进风口的进风为空气直接流经所述冷凝器，形成第二空气流经路径；

所述第一空气流经路径和第二空气流经路径的出风混合后输送回所述干燥间内。

4.根据权利要求3所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器和第二冷凝器的制冷剂管道串联；

所述第一空气流经路径流经所述第一冷凝器，所述第二空气流经路径流经所述第二冷凝器。

5.根据权利要求1所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述设备间内还设置有第一风机，所述第一风机设置在所述冷凝器的出风处，用于推动空气穿过所述冷凝器。

6.根据权利要求1或5所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述设备间内设置有第二风机，所述第二风机设置在所述逆流式换热器的冷风通道的出风处，用于推动空气穿过所述逆流式换热器和蒸发器。

7.根据权利要求1所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述设备间设置在所述干燥间的侧面，所述进风口和所述出风口均设置在所述干燥间的侧面，且所述出风口位于所述干燥间侧面的底部。

8.根据权利要求1所述的带逆流式换热器的高效热泵干燥装置，其特征在于，所述设备间设置在所述干燥间的底部，所述进风口设置在所述干燥间的底部，所述出风口设置在所述干燥间的顶部，所述设备间通过设在所述设备间侧面的旁路风道与所述出风口连通。