CN110487064B - 一种热泵干燥装置 - Google Patents

Abstract

一种热泵干燥装置，包括热泵循环单元和闭式风循环单元，所述闭式风循单元包括冷凝器、干燥室、第一除湿蒸发器、第二除湿蒸发器、第一冷凝水管、第二冷凝水管；所述热泵循环单元包括第一压缩机、第二压缩机、冷凝器、第一除湿蒸发器、第二除湿蒸发器、直接式蒸发器、辅助冷凝器、液罐、第一节流部件、第二节流部件、第一单向阀、第二单向阀、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀；热泵循环单元根据不同的温度工况可调节实现预热升温阶段、高温干燥阶段、中温干燥阶段与低温冷却阶段。本发明能够实现预热、高温干燥、中温干燥与低温冷却多种调节方式，能够满足物料烘干的不同需求。

Description

一种热泵干燥装置

技术领域

本发明属于干燥设备领域，具体涉及一种热泵干燥装置。

背景技术

目前，在我国能源条件及数量日趋紧张，燃料价格不断上涨的形势下，如何提高物料干燥的热能利用率，降低干燥成本，并能确保物料干燥质量，已成为物料干燥研究的重要方向。干燥除湿技术广泛应用于化工，食品，医药，农林产品和建筑材料等领域，各种热泵干燥技术层出不穷。干燥的能耗量很大，因此，为了降低干燥能耗，有必要开发研究提高能源利用效率的干燥设备。热泵干燥装置则是一种高效节能设备，是将热泵和干燥设备相结合，吸收或者回收低温热源热量，转化为高温热源后作为干燥热源的技术。其优势体现在能够把冷凝器制冷剂侧的潜热很好地转换为冷凝器空气侧的显热，使得它具有良好的干燥能力，而且能对干燥介质的温度、湿度进行准确独立的自动控制并且以节能减排、安全环保、提质 增效、适用范围广受到市场追捧，是新能源政策所提倡的一种方式,并在“雾霾战役”中担当重任。

现有热泵干燥技术使用的低温热源多为干燥室内的湿空气，在风道中热损失较大，在空气的温湿度独立控制方面没有过多涉及。风道内空气的能量如能做到温度，湿度独立控制，在热泵干燥过程中对于装置的能耗将是较大的节能优势，这是因为传统使用较低蒸发温度同时去除空气中的显热与潜热，耗功量较大，而空气中显热的去除采用较高温度蒸发温度就可以，机组的性能提升，压缩机的耗功也就相应的减少。在热泵干燥中充分地使用能量的分级处理，将显热，潜热分开处理，节省原本使用低温制冷剂去除显热的耗功量，提高能量的利用率，减少高品位能的消耗，使得热泵干燥设备高效低能耗运行是未来热泵干燥技术的发展目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种热泵干燥装置，同时能够实现烘干过程的预热阶段，高温干燥阶段，中温干燥阶段，低温冷却阶段。装置能够实现温湿度独立控制，提高装置能源利用率，减少高品位能量的消耗。

本发明的技术方案是：一种热泵干燥装置，包括闭式风循单元和热泵循环单元，所述闭式风循单元包括冷凝器、干燥室、第一除湿蒸发器、第二除湿蒸发器、第一冷凝水管、第二冷凝水管；所述热泵循环单元包括冷凝器、第一除湿蒸发器、第二除湿蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、直接式蒸发器、辅助冷凝器、储液罐、第一节流部件、第二节流部件、第一单向阀、第二单向阀、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀；

所述第一压缩机内的出口制冷工质经所述第一单向阀后进入所述辅助冷凝器，所述第二压缩机内的制冷工质经所述第二单向阀后与辅助冷凝器内的制冷工质汇合，汇合后通过所述第一电动阀流至所述冷凝器内并将制冷工质潜热热量传递给空气，随后进入到所述储液罐中，然后分别进入所述第一节流部件、所述第二节流部件的两个支路中节流降压；

其中一个支路，从第一节流部件出来的制冷工质分别经过预热阶段、高温干燥阶段、中温干燥阶段和低温冷却阶段，其中在预热阶段，制冷工质从所述第一节流部件经第四电动阀流至所述直接式蒸发器，然后回到所述第一压缩机中完成循环；在高温干燥阶段，中温干燥阶段，低温冷却阶段时，通过第三电动阀进入第二除湿蒸发器，然后回到第一压缩机中完成循环；另一个支路，出口制冷工质从储液罐经第五电动阀流至第二节流部件，然后进入第一除湿蒸发器，最后进入第二压缩机中完成循环。

进一步优化，所述冷凝器内设置有制冷工质，冷凝器的风道进口连接所述第二除湿蒸发器，风道出口连接所述干燥器的风道入口，干燥器的风道出口与所述第一除湿蒸发器风道入口连接。

进一步优化，所述闭式风循环单元内通有流经工作介质，所流经工作介质为空气，冷凝器内的制冷工质为HFC类制冷工质或HC类制冷工质中的一种。

进一步优化，所述第一冷凝水管和所述第二冷凝水管分别连接第一除湿蒸发器和第二除湿蒸发器，主要用于排出除湿过程的冷凝水。

进一步优化，所述第一除湿蒸发器、第二除湿蒸发器和冷凝器均为间接接触式热交换器。

进一步优化，所述第一除湿蒸发器、第二压缩机和第二节流部件通过制冷工质管道串联，第二除湿蒸发器、第一压缩机和第一节流部件通过制冷工质管道串联。

进一步优化，所述第一除湿蒸发器的制冷工质管道入口连接第二节流部件的制冷工质管道出口，第一除湿蒸发器的制冷工质管道出口与连第二压缩机的制冷工质管道入口接，第一除湿蒸发器风道入口连接干燥器风道出口，第一除湿蒸发器风道出口连接第二除湿蒸发器风道入口。

进一步优化，通过开启第一电动阀和第四电动阀，关闭第二电动阀、第三电动阀和第五电动阀以实现预热阶段；通过开启第一电动阀、第三电动阀和第五电动阀，关闭第二电动阀和第四电动阀以实现高温干燥阶段；通过开启第一电动阀和第三电动阀，关闭第二电动阀、第四电动阀和第五电动阀以实现中温干燥阶段；通过开启第二电动阀和第三电动阀，关闭第一电动阀、第四电动阀和第五电动阀以实现低温冷却阶段。

进一步优化，所述中温干燥阶段，空气在第二除湿蒸发器内得到降温除湿；低温冷却阶段，第二除湿蒸发器对风道内空气进行降温冷却。

进一步优化，所述第二除湿蒸发器风道进口与第一除湿蒸发器出口经风管连接，第二除湿蒸发器风道出口与所述冷凝器入口经风管连接。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种热泵干燥装置中，采用所述第一压缩机，第二压缩机并联运行。该热泵干燥设置能够满足预热，物料高温干燥，中温干燥，低温冷却四中运行模式，耗功量最大的高温干燥工况，使用两台压缩循环并联运行，分别设置制冷工质温度，使得干燥空气能够温湿度独立处理，能够有效的减少使用低温制冷剂去除显热的能耗，这对于能耗最大的前期干燥的节能有较大意义，提高压缩循环蒸发温度有利于循环的性能系数提高，减少高品位能量的消耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：1、冷凝器，2、干燥室，3、第一除湿蒸发器，4、第二除湿蒸发器，5、第一压缩机，6、第二压缩机，7、直接式蒸发器，8、辅助冷凝器，9、储液罐，10、第一节流部件，11、第二节流部件，12、第一单向阀，13、第二单向阀，14a、第一电动阀，14b、第二电动阀，14c、第三电动阀，14d、第四电动阀，14e、第五电动阀，15a、第一冷凝水管，15b、第二冷凝水管。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出本实施例只用于对本发明做进一步解释说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟知人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进与调整。

本发明的具体实施方式为：一种热泵干燥装置，包括闭式风循单元和热泵循环单元，所述闭式风循环单元内通有流经工作介质，所流经工作介质为空气，闭式风循单元包括冷凝器1、干燥室2、第一除湿蒸发器3、第二除湿蒸发器4、第一冷凝水管15a、第二冷凝水管15b，所述第一除湿蒸发器3、所述第二除湿蒸发器4和所述冷凝器1均为间接接触式热交换器，所述第一冷凝水管15a和所述第二冷凝水管15b分别连接第一除湿蒸发器3和第二除湿蒸发器4，主要用于排出除湿过程的冷凝水，冷凝器1内的制冷工质为HFC类制冷工质或HC类制冷工质中的一种；所述热泵循环单元包括冷凝器1、第一除湿蒸发器3、第二除湿蒸发器4、第一压缩机5、第二压缩机6、直接式蒸发器7、辅助冷凝器8、储液罐9、第一节流部件10、第二节流部件11、第一单向阀12、第二单向阀13、第一电动阀14a、第二电动阀14b、第三电动阀14c、第四电动阀14d、第五电动阀14e，第一除湿蒸发器3、所述第二压缩机6和所述第二节流部件11通过制冷工质管道串联，第二除湿蒸发器4、所述第一压缩机5和所述第一节流部件10通过制冷工质管道串联，第一除湿蒸发器3的制冷工质管道入口连接第二节流部件11的制冷工质管道出口，第一除湿蒸发器3的制冷工质管道出口与连第二压缩机6的制冷工质管道入口接，第一除湿蒸发器3风道入口连接干燥室2风道出口，第一除湿蒸发器3风道出口连接第二除湿蒸发器4风道入口；

所述第一压缩机5内的出口制冷工质经所述第一单向阀12后进入所述辅助冷凝器8，第二压缩机6内的制冷工质经所述第二单向阀13后与辅助冷凝器8内的制冷工质汇合，汇合后通过所述第一电动阀14a流至冷凝器1内并将制冷工质潜热热量传递给空气，随后进入到所述储液罐9中，然后分别进入第一节流部件10、第二节流部件11的两个支路中节流降压；

其中一个支路，从第一节流部件10出来的制冷工质分别经过预热阶段、高温干燥阶段、中温干燥阶段和低温冷却阶段，其中在预热阶段，制冷工质从所述第一节流部件10经第四电动阀14d流至所述直接式蒸发器7，然后回到第一压缩机5中完成循环；在高温干燥阶段，中温干燥阶段，低温冷却阶段时，通过第三电动阀14c进入第二除湿蒸发器4，然后回到第一压缩机5中完成循环；另一个支路，出口制冷工质从储液罐9经第五电动阀14e流至第二节流部件11，然后进入第一除湿蒸发器3， 中完成该阶段工况的空气循环以及整个阶段的热泵干燥装置的运行过程。

进一步优化，所述冷凝器1内设置有制冷工质，冷凝器1的风道进口连接所述第二除湿蒸发器4，风道出口连接所述干燥器2的风道入口，干燥室2的风道出口与第一除湿蒸发器3风道入口连接。

在本发明中，通过开启第一电动阀14a和第四电动阀14d，关闭第二电动阀14b、第三电动阀14c和第五电动阀14e以实现预热阶段，具体为：在热泵循环单元中，第一电动阀14a和第四电动阀14d开启，第二电动阀14b、第三电动阀14c和第五电动阀14e关闭，第一压缩机5、冷凝器1、直接式蒸发器7、储液罐9、第一单向阀12、第一节流部件10与干燥室2开始工作运行，直接式蒸发器7将从空气中吸收热量的制冷工质蒸汽输入第一压缩机5，第一压缩机5将制冷工质压缩为高温高压蒸汽，制冷工质出口连接第一单向阀12，第一电动阀14a与第一单向阀12之间设置的辅助冷凝器8处于关闭状态，该通道仅为制冷工质通道，第一电动阀14a制冷工质管道出口与冷凝器1串联，高温高压制冷工质在冷凝器1中释放热量成为高温高压制冷工质液体，液体经储液罐9进入第一节流部件10进行节流降压，降压后流经第四电动阀14d以及直接式蒸发器7，对于闭式风循环单元，冷凝器1、干燥室2、第一除湿蒸发器3和第二除湿蒸发器4之间通过供空气流通的风管连接，在此阶段，第一除湿蒸发器3不工作，仅作为空气通道，空气通过第一除湿蒸发器3进入第二除湿蒸发器4，最后通入到冷凝器1内，通过上述描述完成预热工况的空气循环以及整个阶段的热泵干燥装置的运行过程。

通过开启第一电动阀14a、第三电动阀14c和第五电动阀14e，关闭第二电动阀14b和第四电动阀14d以实现高温干燥阶段，具体为：在热泵循环单元中，第一电动阀14a、第三电动阀14c和第五电动阀14e开启，第二电动阀14b和第四电动阀14d关闭，冷凝器1、干燥室2、第一除湿蒸发器3、第二除湿蒸发器4、第一压缩机5、第二压缩机6、储液罐9、第一节流部件10、第二节流部件11、第一单向阀12和第二单向阀13运行，第一压缩机5将制冷工质转变为高温高压蒸汽，制冷工质管道出口连接第一单向阀12，辅助冷凝器8处于关闭状态，仅为制冷工质通道，第一电动阀14a与冷凝器1串联，高温高压制冷工质在冷凝器1中加热成为高温高压制冷工质液体，冷凝器1中的液体制冷工质通过储液罐9进入第一节流部件10进行一次节流降压，降压后流经第三电动阀14c以及第二除湿蒸发器4，然后在第二除湿蒸发器4中将空气降温除湿，制冷工质蒸发为低温低压蒸汽进入第一压缩机5，第二压缩机6将制冷工质转变为高温高压蒸汽，制冷工质出口连接第二单向阀13，第一电动阀14a制冷工质出口串接冷凝器1，高温高压制冷工质在所述冷凝器1中加热成为高温高压制冷工质液体，液体经储液罐9流入第二节流部件11进行二次节流降压，节流降压后的制冷工质在第一除湿蒸发器3中将空气降温除湿，制冷工质蒸发为低温低压蒸汽进入第二压缩机6，第一电动阀14a入口制冷工质来自两个管道，一是来自第二单向阀13，二是来自辅助冷凝器8，两个管道内的制冷工质汇合在一起，通过第一电动阀14a进入冷凝器1；储液罐9出口分为两个通道，一是通过第一节流部件10与第三电动阀14c，进入第二除湿蒸发器4，然后回到第一压缩机5中完成循环，二是通过第五电动阀14e与第二节流部件11，进入第一除湿蒸发器3，最后进入第二压缩机6中完成循环；

在闭式风循环单元中，冷凝器1、干燥室2、第一除湿蒸发器3、第二除湿蒸发器4均工作，并且上述四者的进风口和出风口之间均通过风管管道串联并形成空气循环通道，冷凝器1内的空气为高温低湿空气，冷凝器1风管出口进入干燥室2内，经干燥室2进入第一除湿蒸发器3，第一除湿蒸发器3将高温高湿空气处理为低温高湿空气后进入第二除湿蒸发器4并进行降温除湿，除湿后再次进入冷凝器1，通过上述描述完成高温干燥阶段的工况循环以及整个阶段的热泵干燥装置的运行过程。

通过开启第一电动阀14a和第三电动阀14c，关闭第二电动阀14b、第四电动阀14d和第五电动阀14e以实现中温干燥阶段，具体为：在热泵循环单元中，第一电动阀14a和第三电动阀14c开启，第二电动阀14b，第四电动阀14d和第五电动阀14e关闭，冷凝器1、干燥室2、第二除湿蒸发器4、第一压缩机5、辅助冷凝器8、储液罐9、第一节流部件10和第一单向阀12开始工作运行，第一压缩机5将制冷工质转变为高温高压蒸汽，制冷工质管道出口连接第一单向阀12，第一电动阀14a与第一单向阀12之间设置的辅助冷凝器8处于开启状态，辅助冷凝器8将部分余热排入外界环境中，第一电动阀14a与冷凝器1串联，高温高压制冷工质在冷凝器1中释放热量成为高温高压制冷工质液体，该液体经储液罐9进入第一节流部件10进行节流降压，降压后经第三电动阀14c进入第二除湿蒸发器4中将空气降温除湿，制冷工质蒸发为低温低压蒸汽进入再次第一压缩机5；在闭式风循环单元中，温度要求降低，并且物料内水分去除要求较低，冷凝器1、干燥室2和第二除湿蒸发器4开始工作运行，干燥室2内的中温高湿空气进入第一除湿蒸发器3中降温除湿，冷凝器1的风管入口处为低温低湿空气，冷凝器1的风管出口处为中温低湿空气，中温低湿空气进入干燥室2内进行物料干燥，通过上述描述完成中温干燥阶段的空气循环以及整个阶段的热泵干燥装置的运行过程。

通过开启第二电动阀14b和第三电动阀14c，关闭第一电动阀14a、第四电动阀14d和第五电动阀14e以实现低温冷却阶段，具体为：在热泵循环单元中，第二电动阀14b和第三电动阀14c开启，第一电动阀14a、第四电动阀14d和第五电动阀14e关闭，干燥室2、第二除湿蒸发器4、第一压缩机5、辅助冷凝器8、储液罐9、第一节流部件10和第一单向阀12开始工作运行，第一压缩机5将制冷工质转变为高温高压蒸汽，该蒸汽经第一单向阀12进入辅助冷凝器8，并将热量排入外界环境中，经辅助冷凝器8流出的制冷工质为冷凝后的液体，该液体通过第二电动阀14b进入储液罐9，然后进入第一节流部件10进行节流降压成为低温低压制冷工质液体，节流降压后的制冷工质在第二除湿蒸发器4中将空气降温冷却，制冷工质蒸发为低温低压蒸汽进入第一压缩机5；在闭式风循环单元中，温度较中温干燥工况低，仅干燥室2和第二除湿蒸发器4工作运行，干燥室2内的低温高湿空气进入第二除湿蒸发器4中并进行降温除湿，冷凝器1入口的低温低湿空气进入干燥室内进行物料干燥，形成空气干燥循环，该过程为内部空气的冷却，保证烘干效果。通过上述描述完成低温冷却阶段的空气循环以及整个阶段的热泵干燥装置的运行过程。

在本发明中，所述中温干燥阶段，空气在第二除湿蒸发器4内得到降温除湿；所述低温冷却阶段，第二除湿蒸发器4对风道内空气进行降温冷却。

以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和发明书中描述的只是发明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种热泵干燥装置，包括闭式风循单元和热泵循环单元，其特征在于：所述闭式风循单元包括冷凝器（1）、干燥室（2）、第一除湿蒸发器（3）、第二除湿蒸发器（4）、第一冷凝水管（15a）、第二冷凝水管（15b）；所述热泵循环单元包括冷凝器（1）、第一除湿蒸发器（3）、第二除湿蒸发器（4）、第一压缩机（5）、第二压缩机（6）、直接式蒸发器（7）、辅助冷凝器（8）、储液罐（9）、第一节流部件（10）、第二节流部件（11）、第一单向阀（12）、第二单向阀（13）、第一电动阀（14a）、第二电动阀（14b）、第三电动阀（14c）、第四电动阀（14d）、第五电动阀（14e）；

所述冷凝器（1）内设置有制冷工质，冷凝器（1）的风道进口连接所述第二除湿蒸发器（4），风道出口连接所述干燥器（2）的风道入口，干燥器（2）的风道出口与所述第一除湿蒸发器（3）风道入口连接，所述第一冷凝水管（15a）和所述第二冷凝水管（15b）分别连接第一除湿蒸发器（3）和第二除湿蒸发器（4），主要用于排出除湿过程的冷凝水；

所述第一压缩机（5）内的出口制冷工质经所述第一单向阀（12）后进入所述辅助冷凝器（8），所述第二压缩机（6）内的制冷工质经所述第二单向阀（13）后与辅助冷凝器（8）内的制冷工质汇合，汇合后通过所述第一电动阀（14a）流至所述冷凝器（1）内并将制冷工质潜热热量传递给空气，随后进入到所述储液罐（9）中，然后分别进入所述第一节流部件（10）、所述第二节流部件（11）的两个支路中节流降压；

其中一个支路，从第一节流部件（10）出来的制冷工质分别经过预热阶段、高温干燥阶段、中温干燥阶段和低温冷却阶段，其中在预热阶段，制冷工质从所述第一节流部件（10）经第四电动阀（14d）流至所述直接式蒸发器（7），然后回到所述第一压缩机（5）中完成循环；在高温干燥阶段，中温干燥阶段，低温冷却阶段时，通过第三电动阀（14c）进入第二除湿蒸发器（4），然后回到第一压缩机（5）中完成循环；另一个支路，出口制冷工质从储液罐（9）经第五电动阀（14e）流至第二节流部件（11），然后进入第一除湿蒸发器（3），最后进入第二压缩机（6）中完成循环。

2.如权利要求1所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，所述闭式风循环单元内通有流经工作介质，所流经工作介质为空气，冷凝器（1）内的制冷工质为HFC类制冷工质或HC类制冷工质中的一种。

3.如权利要求1所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，所述第一除湿蒸发器（3）、第二除湿蒸发器（4）和冷凝器（1）均为间接接触式热交换器。

4.如权利要求1所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，所述第一除湿蒸发器（3）、第二压缩机（6）和第二节流部件（11）通过制冷工质管道串联，第二除湿蒸发器（4）、第一压缩机（5）和第一节流部件（10）通过制冷工质管道串联。

5.如权利要求4所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，所述第一除湿蒸发器（3）的制冷工质管道入口连接第二节流部件（11）的制冷工质管道出口，第一除湿蒸发器（3）的制冷工质管道出口与连第二压缩机（6）的制冷工质管道入口接，第一除湿蒸发器（3）风道入口连接干燥器（2）风道出口，第一除湿蒸发器（3）风道出口连接第二除湿蒸发器（4）风道入口。

6.如权利要求5所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，通过开启第一电动阀（14a）和第四电动阀（14d），关闭第二电动阀（14b）、第三电动阀（14c）和第五电动阀（14e）以实现预热阶段；通过开启第一电动阀（14a）、第三电动阀（14c）和第五电动阀（14e），关闭第二电动阀（14b）和第四电动阀（14d）以实现高温干燥阶段；通过开启第一电动阀（14a）和第三电动阀（14c），关闭第二电动阀（14b）、第四电动阀（14d）和第五电动阀（14e）以实现中温干燥阶段；通过开启第二电动阀（14b）和第三电动阀（14c），关闭第一电动阀（14a）、第四电动阀（14d）和第五电动阀（14e）以实现低温冷却阶段。

7.如权利要求1所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，所述中温干燥阶段，空气在第二除湿蒸发器（4）内得到降温除湿；低温冷却阶段，第二除湿蒸发器（4）对风道内空气进行降温冷却。

8.如权利要求1所述的一种热泵干燥装置，其特征在于，所述第二除湿蒸发器（4）风道进口与第一除湿蒸发器（3）出口经风管连接，第二除湿蒸发器（4）风道出口与冷凝器（1）入口经风管连接。

Images