CN110455067A - 双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粮仓通风干燥技术，特别是指双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统。包括双级热泵系统、制冷系统和转轮除湿系统，所述双级热泵系统包括压缩机Ⅰ，风冷冷凝器Ⅰ、风冷蒸发器Ⅰ、压缩机Ⅱ，风冷冷凝器Ⅱ和风冷蒸发器Ⅱ；所述制冷系统包括压缩机Ⅲ、风冷冷凝器Ⅲ、储液器、风冷蒸发器Ⅲ、风冷蒸发器Ⅳ；所述转轮除湿系统包括空气处理循环和再生风循环，包括风冷蒸发器Ⅲ、转轮除湿段Ⅰ、风冷蒸发器Ⅳ、电加热器Ⅰ、显热交换器、风冷冷凝器Ⅰ、风冷冷凝器Ⅱ和电加热器Ⅱ，各设备之间通过管道连接。本发明通过转轮除湿方法来获取低温或高温干燥空气，空气相对湿度可以降的比较低，因此同等条件下，粮食的干燥效率和保鲜率更高。
Description
技术领域
本发明涉及粮仓通风干燥技术，特别是指双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统。
背景技术
粮食在储存的过程中，粮情例如温度、湿度、水分、虫害等变化会影响到粮食的质量与数量。粮仓内的温度较高，较高的温度会影响到储存粮食的质量，因此，需要对粮仓进行通风换气处理，现有的通风系统能耗高、且当外部空气湿度较大时，外部空气的进入导致粮仓内粮食的霉变。
随着国家一系列惠农政策的实施，促使粮食规模化种植、集中机收的面积越来越多，农民对新收获的小麦不进行晾晒即出售，粮库对入库粮食的质量控制越来越难，这就导致高水分粮食直接入仓的现象。为了保证粮食的安全储藏，必须对其进行适度的干燥处理，而现有的干燥方法，如利用烘干机进行烘干需要消耗大量的化石能源，成本高，而自然通风干燥，耗时长，受外部环境天气因素影响大。冷凝法除湿干燥技术，虽然也能满足粮食的干燥要求，但是设备运行成本较高，在高湿、大风量情况下效率低，运行中排水不便等问题。
本课题组前期公开的专利CN201910097403.5中公开了通过热泵溶液除湿相结合的方法制取干燥空气，实现粮食就仓干燥。室外空气先经过蒸发器进行冷却降温，然后再送入除湿器与溶液进行热、质交换被除湿。空气除湿前先冷却的好处是抑制了除湿过程中溶液的温升，提高了除湿效率。经除湿器除湿后的干燥空气再流经另一蒸发器进行冷却，满足仓内低温干燥送风参数要求。热泵溶液除湿系统由于系统中含有溴化锂，氯化锂等腐蚀性成分的除湿液体，系统中需要使用抗腐蚀性器件，成本较大，而且系统较为复杂，而本系统无腐蚀性问题，系统制造成本较低，使用寿命较长，且节能效果明显。
发明内容
本发明提出双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，解决了高水分粮仓内快速获取低温或高温干燥空气的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，包括双级热泵系统、制冷系统和转轮除湿系统，所述双级热泵系统包括压缩机Ⅰ，风冷冷凝器Ⅰ、风冷蒸发器Ⅰ、压缩机Ⅱ，风冷冷凝器Ⅱ和风冷蒸发器Ⅱ；所述制冷系统包括压缩机Ⅲ、风冷冷凝器Ⅲ、储液器、膨胀阀Ⅲ、膨胀阀Ⅳ、风冷蒸发器Ⅲ、风冷蒸发器Ⅳ；所述转轮除湿系统包括空气处理循环和再生风循环，空气处理循环包括风冷蒸发器Ⅲ、转轮除湿段Ⅰ、风冷蒸发器Ⅳ和电加热器Ⅰ，再生风循环包括显热交换器、风冷冷凝器Ⅰ、风冷冷凝器Ⅱ和电加热器Ⅱ，各设备之间通过管道连接。
所述双级热泵系统中，风冷冷凝器Ⅰ与风冷蒸发器Ⅰ之间设有膨胀阀Ⅰ，风冷冷凝器Ⅱ与风冷蒸发器Ⅱ之间设有膨胀阀Ⅱ；压缩机Ⅰ出口与风冷冷凝器Ⅰ相连，风冷蒸发器Ⅰ与压缩机Ⅰ相连，压缩机Ⅱ出口与风冷冷凝器Ⅱ相连，风冷蒸发器Ⅰ、风冷蒸发器Ⅱ和风冷冷凝器Ⅲ设置与同一平面，其中风冷蒸发器Ⅱ设置于风冷蒸发器Ⅰ的前侧。
所述制冷循环系统中，储液器与风冷蒸发器Ⅲ之间设有膨胀阀Ⅲ、与风冷蒸发器Ⅳ之间依次设有膨胀阀Ⅳ和电磁阀，压缩机Ⅲ的出口与风冷冷凝器Ⅲ相连，风冷冷凝器Ⅲ的出口连接储液器，经储液器后分两路，一路进入风冷蒸发器Ⅲ，另一路进入风冷蒸发器Ⅳ，风冷蒸发器Ⅲ与风冷蒸发器Ⅳ的出口合并后回到压缩机Ⅲ的进口。
所述空气处理循环中，风冷蒸发器Ⅲ、转轮除湿段Ⅰ、风冷蒸发器Ⅳ和电加热器Ⅰ，相邻依次设置，并设于同一水平面。
所述再生风循环中，显热交换器、风冷冷凝器Ⅰ、风冷蒸发器Ⅱ、电加热器Ⅱ和转轮再生段Ⅱ相邻依次设置，并设于同一水平面。
所述压缩机Ⅰ选用R134a或R22常温热泵工质，压缩机Ⅱ选用临界温度大于120℃的高温热泵工质或二氧化碳工质。
所述再生风循环和空气处理循环中的各设备均由保温风道连接，各保温风道端口均由风机驱动送风。
所述双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统的控制方法，粮仓低温干燥时，电加热器Ⅰ不开启，粮仓高温干燥时，开启电加热器Ⅰ。
本发明中所述的热泵系统工作原理如下：
制冷循环系统工作原理如下：压缩机Ⅲ压缩后的高温高压气体进入风冷冷凝器Ⅲ冷凝放热后变成高温高压的液体，然后进入储液器，储液器出来的制冷剂分两路，一路经膨胀阀Ⅲ进入风冷蒸发器Ⅲ，吸收来自于处理风的热量辅助初步除湿；另一路经膨胀阀Ⅳ进入风冷蒸发器Ⅳ，吸收来自于转轮除湿机的后风的热量。
双级热泵系统工作原理如下：双级热泵由两个蒸汽压缩式循环构成，第一级为常温热泵循环，第二级为高温热泵循环，经过卡诺循环的原理，吸收制冷系统中，风冷冷凝器Ⅲ加热后和显热交换器预热后的混合风热量，一并泵送到再生风循环系统中，其中压缩机Ⅱ的风冷蒸发器Ⅱ在前侧，保证二级高温热泵能够保持较高的冷凝温度，最大限度的提高再生风的加热温度，采用二级热泵的原理利用热泵梯级加热，可以使系统稳定的加热和运行。
转轮除湿系统包括空气处理循环和再生风循环，所述空气处理循环中，新风通过风冷蒸发器Ⅰ降温和辅助除湿，然后进入转轮进行除湿，再进入风冷蒸发器Ⅱ降温，最后经过电加热器处理到相应的温度，所述再生风处理循环中，新风与转轮出来的再生风通过显热交换器升温后，进入风冷冷凝器Ⅰ、风冷冷凝器Ⅱ进行梯级加热后通过电加热器Ⅰ加热到所需温度，再进入转轮除湿段Ⅰ，出来后进入显热交换器，最后和风冷冷凝器Ⅲ加热后的热风混合。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过热泵转轮除湿相结合的方法制取干燥空气，实现高水分粮食的就仓干燥。再生风一部分通过显热热交换器进行热回收，制冷系统余热作为热泵系统蒸发器的热源可以有效的提高热泵的加热温度，并且采用两级热泵进行加热，最大限度的提高再生风的加热温度，系统节能效果显著。
2、本发明通过转轮除湿方法来获取低温或高温干燥空气，空气相对湿度可以降的比较低，因此同等条件下，粮食的干燥效率和保鲜率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明热泵溶液复合式粮食就仓干燥系统的结构示意图。
图中，1转轮除湿段Ⅰ，2电加热Ⅱ，3压缩机Ⅱ，4风冷冷凝器Ⅱ，5膨胀阀Ⅱ，6压缩机Ⅰ，7风冷冷凝器Ⅰ，8膨胀阀Ⅰ，9显热交换器，10风冷冷凝器Ⅲ，11压缩机Ⅲ，12为储液器，13风冷蒸发器Ⅱ，14风冷蒸发器Ⅰ，15膨胀阀Ⅲ、16膨胀阀Ⅳ，18为电磁阀，17风冷蒸发器Ⅲ、19风冷蒸发器Ⅳ，20电加热器Ⅰ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，包括双级热泵系统、制冷系统和转轮除湿系统，所述双级热泵系统包括压缩机Ⅰ6，风冷冷凝器Ⅰ7、风冷蒸发器Ⅰ14、压缩机Ⅱ3，风冷冷凝器Ⅱ4和风冷蒸发器Ⅱ13；所述制冷系统包括压缩机Ⅲ11、风冷冷凝器Ⅲ10、储液器12、膨胀阀Ⅲ15、膨胀阀Ⅳ16、风冷蒸发器Ⅲ17、风冷蒸发器Ⅳ19；所述转轮除湿系统包括空气处理循环和再生风循环，空气处理循环包括风冷蒸发器Ⅲ17、转轮除湿段Ⅰ1、风冷蒸发器Ⅳ19和电加热器Ⅰ20，再生风循环包括显热交换器9、风冷冷凝器Ⅰ7、风冷冷凝器Ⅱ4和电加热器Ⅱ2，各设备之间通过管道连接。所述双级热泵系统中，风冷冷凝器Ⅰ7与风冷蒸发器Ⅰ14之间设有膨胀阀Ⅰ8，风冷冷凝器Ⅱ4与风冷蒸发器Ⅱ13之间设有膨胀阀Ⅱ5；压缩机Ⅰ6出口与风冷冷凝器Ⅰ7相连，风冷蒸发器Ⅰ7与压缩机Ⅰ6相连，压缩机Ⅱ3出口与风冷冷凝器Ⅱ4相连，风冷蒸发器Ⅰ14、风冷蒸发器Ⅱ13和风冷冷凝器Ⅲ10设置与同一平面，其中风冷蒸发器Ⅱ13设置于风冷蒸发器Ⅰ14的前侧。所述制冷循环系统中，储液器12与风冷蒸发器Ⅲ17之间设有膨胀阀Ⅲ15、与风冷蒸发器Ⅳ19之间依次设有膨胀阀Ⅳ16和电磁阀18，压缩机Ⅲ11的出口与风冷冷凝器Ⅲ10相连，风冷冷凝器Ⅲ10的出口连接储液器12，经储液器12后分两路，一路进入风冷蒸发器Ⅲ17，另一路进入风冷蒸发器Ⅳ19，风冷蒸发器Ⅲ17与风冷蒸发器Ⅳ19的出口合并后回到压缩机Ⅲ11的进口。所述空气处理循环中，风冷蒸发器Ⅲ17、转轮除湿段Ⅰ1、风冷蒸发器Ⅳ19和电加热器Ⅰ20，相邻依次设置，并设于同一水平面。所述再生风循环中，显热交换器9、风冷冷凝器Ⅰ7、风冷蒸发器Ⅱ4、电加热器Ⅱ2和转轮再生段Ⅱ1相邻依次设置，并设于同一水平面。所述压缩机Ⅰ6选用R134a或R22常温热泵工质，压缩机Ⅱ3选用临界温度大于120℃的高温热泵工质或二氧化碳工质。所述再生风循环和空气处理循环中的各设备均由保温风道连接，各保温风道端口均由风机驱动送风。所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统的控制方法，粮仓低温干燥时，电加热器Ⅰ20不开启，粮仓高温干燥时，开启电加热器Ⅰ20。
转轮二级热泵具体实施方式：分别开启一级热泵系统的压缩机Ⅰ6、二级热泵系统的压缩机Ⅱ3，驱动蒸汽压缩式热泵循环；两级热泵系统的显热交换器交错布置，为了获得更好的工作效果将二级热泵系统的冷凝器Ⅱ4布置于一级热泵系统的风冷冷凝器Ⅰ7之后，而其二级热泵系统的风冷蒸发器Ⅱ13为了得到更高的温度，将其布置于一级热泵系统的风冷蒸发器Ⅰ14之后。
制冷系统的具体实施方式：低温送风方式，压缩机Ⅲ11压缩后的高温高压气体进入风冷冷凝器Ⅲ10冷凝放热后变成高温高压的液体，然后进入储液器12，储液器12出来的制冷剂分两路一路经过节流降压后进入风冷蒸发器Ⅲ17。另一路经过膨胀阀Ⅳ16节流降温后进入风冷蒸发器Ⅳ19；风冷冷凝器Ⅲ10的热量传递给新风后与转轮除湿段Ⅰ1中的转轮除湿机出来的废气混合送入热泵循环系统；高温送风方式，压缩机Ⅲ11压缩后的高温高压气体进入风冷冷凝器Ⅲ10冷凝放热后变成高温高压的液体，然后进入储液器12，储液器12出来的制冷剂一路经过节流降压后进入风冷蒸发器Ⅲ17、另一路关闭电磁阀18，不再流通。
转轮再生风循环具体实施方式，转轮再生风处理的流程是新风与从转轮除湿段Ⅰ1出来的热风经过显热交换器9换热后，进入风冷冷凝器Ⅰ7、风冷蒸发器Ⅱ4依次加热升温，然后通过辅助电加热器Ⅱ2加热，进入转轮除湿段Ⅰ1，出来后进入显热交换器9换热然后与通过制冷系统的风冷冷凝器Ⅲ10的新风混合送入双级热泵系统的风冷蒸发器Ⅱ13和风冷蒸发器Ⅰ14中，最后排入大气。
低温空气处理具体实施方式，新风通过风机驱动，先经过风冷蒸发器Ⅲ17进行降温辅助除湿，然后进入转轮除湿段Ⅰ1进行除湿，出来后进入风冷蒸发器Ⅳ19进行降温处理到20℃左右的干燥空气，期间开启电磁阀18，关闭电加热器Ⅰ20，
高温处理空气处理具体实施方式，新风经过风机驱动先经过风冷蒸发器Ⅲ17进行降温辅助除湿，然后进入转轮除湿段Ⅰ1进一步除湿，最后经过电热器Ⅰ20加热到45℃左右的高温干燥空气，期间关闭电磁阀18，关闭风冷蒸发器Ⅳ19。
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 (8)
1.双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：包括双级热泵系统、制冷系统和转轮除湿系统，所述双级热泵系统包括压缩机Ⅰ（6），风冷冷凝器Ⅰ（7）、风冷蒸发器Ⅰ（14）、压缩机Ⅱ（3），风冷冷凝器Ⅱ（4）和风冷蒸发器Ⅱ（13）；所述制冷系统包括压缩机Ⅲ（11）、风冷冷凝器Ⅲ（10）、储液器（12）、膨胀阀Ⅲ（15）、膨胀阀Ⅳ（16）、风冷蒸发器Ⅲ（17）、风冷蒸发器Ⅳ（19）；所述转轮除湿系统包括空气处理循环和再生风循环，空气处理循环包括风冷蒸发器Ⅲ（17）、转轮除湿段Ⅰ（1）、风冷蒸发器Ⅳ（19）和电加热器Ⅰ（20），再生风循环包括显热交换器（9）、风冷冷凝器Ⅰ（7）、风冷冷凝器Ⅱ（4）和电加热器Ⅱ（2），各设备之间通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：所述双级热泵系统中，风冷冷凝器Ⅰ（7）与风冷蒸发器Ⅰ（14）之间设有膨胀阀Ⅰ（8），风冷冷凝器Ⅱ（4）与风冷蒸发器Ⅱ（13）之间设有膨胀阀Ⅱ（5）；压缩机Ⅰ（6）出口与风冷冷凝器Ⅰ（7）相连，风冷蒸发器Ⅰ（7）与压缩机Ⅰ（6）相连，压缩机Ⅱ（3）出口与风冷冷凝器Ⅱ（4）相连，风冷蒸发器Ⅰ（14）、风冷蒸发器Ⅱ（13）和风冷冷凝器Ⅲ（10）设置与同一平面，其中风冷蒸发器Ⅱ（13）设置于风冷蒸发器Ⅰ（14）的前侧。
3.根据权利要求1所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：所述制冷循环系统中，储液器（12）与风冷蒸发器Ⅲ（17）之间设有膨胀阀Ⅲ（15）、与风冷蒸发器Ⅳ（19）之间依次设有膨胀阀Ⅳ（16）和电磁阀（18），压缩机Ⅲ（11）的出口与风冷冷凝器Ⅲ（10）相连，风冷冷凝器Ⅲ（10）的出口连接储液器（12），经储液器（12）后分两路，一路进入风冷蒸发器Ⅲ（17），另一路进入风冷蒸发器Ⅳ（19），风冷蒸发器Ⅲ（17）与风冷蒸发器Ⅳ（19）的出口合并后回到压缩机Ⅲ（11）的进口。
4.根据权利要求1所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：所述空气处理循环中，风冷蒸发器Ⅲ（17）、转轮除湿段Ⅰ（1）、风冷蒸发器Ⅳ（19）和电加热器Ⅰ（20），相邻依次设置，并设于同一水平面。
5.根据权利要求1所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：所述再生风循环中，显热交换器（9）、风冷冷凝器Ⅰ（7）、风冷蒸发器Ⅱ（4）、电加热器Ⅱ（2）和转轮再生段Ⅱ（1）相邻依次设置，并设于同一水平面。
6.根据权利要求1所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：所述压缩机Ⅰ（6）选用R134a或R22常温热泵工质，压缩机Ⅱ（3）选用临界温度大于120℃的高温热泵工质或二氧化碳工质。
7.根据权利要求1-6任一项所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：所述再生风循环和空气处理循环中的各设备均由保温风道连接，各保温风道端口均由风机驱动送风。
8.权利要求7所述的双级热泵转轮复合式粮仓干燥系统，其特征在于：粮仓低温干燥时，电加热器Ⅰ（20）不开启，粮仓高温干燥时，开启电加热器Ⅰ（20）。
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2019
- 2019-08-13 CN CN201910745623.4A patent/CN110455067A/zh active Pending
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