一種多功能熱泵乾燥裝置的製作方法
2023-11-03 20:09:47 3
本發明涉及製冷熱泵技術的應用領域，具體涉及一種智能型熱泵乾燥裝置。
背景技術：
乾燥是工業、農副產品和食品加工業等生產過程中的一個重要的工序，乾燥過程是高能耗過程，乾燥裝置及其乾燥過程控制與乾燥加工產品的品質包括：色、香、味、保質期、營養成分等密切相關，也與生產效率、成本、能耗等密切相關。
熱泵乾燥是應用蒸氣壓縮式製冷技術，從空氣、或其它餘熱資源中吸收熱能，熱效率是電熱的三倍以上，加熱乾燥過程無汙染物排放，生產過程潔淨、安全，與傳統的燃煤、燃氣和電熱等乾燥裝置相比，其具有高效節能、環境友好、安全可靠、自動化程度高，生產成本低、產品質量好等優勢。
物料乾燥，尤其是為滿足不同種類農產品的乾燥工藝、產品質量指標的要求，由於乾燥對象的初始含水量和熱溼特性的差異、乾燥過程物料含水量的動態變化、室外溫溼度的變化，需要調節乾燥裝置的運行參數，以平衡乾燥過程內部和外部擾動，滿足乾燥工藝要求的送風溫度、溼度、甚至包括送風量，並保持乾燥對象的品質。但是，現有技術中的熱泵乾燥裝置難以滿足不同物料及其乾燥工藝和質量指標要求，不能很好地適應室外環境條件(包括溫度、相對溼度)的變化及乾燥對象的多樣性。
技術實現要素：
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種熱泵乾燥裝置，以滿足現代農業規模化生產和不同種類農產品、食品、製藥、造紙等工業的乾燥工藝需求，在不同氣候條件下乾燥設備都能高效、安全運行，適應不同氣候條件及乾燥對象的多樣性，高效回收餘熱，實現廢氣熱能的資源化利用，提高其自動化和智能化性能。
本發明為解決技術問題採用如下技術方案：
本發明多運作模式的熱泵乾燥裝置的特點是：
所述熱泵乾燥裝置是將熱泵循環系統和乾燥介質熱溼處理通道共同設置在機殼中的整體結構，所述機殼的內腔由水平隔板分割為下通道和上通道，迴風口為下通道入口，送風口為上通道出口，迴風口和送風口同處在機殼的右端；所述下通道和上通道在機殼的左端形成上下連通；第一空氣過濾器、壓縮機、熱管蒸發端、蒸發器以及蒸發風機位於下通道中，迴風在下通道中得到餘熱回收和降溫除溼；第二空氣過濾器、膨脹閥、熱管冷凝端、冷凝器以及送風風機位於上通道，乾燥介質在上通道中得到加熱；
所述熱泵循環系統包括所述壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，所述壓縮機為單個變頻壓縮機或多個變頻壓縮機的組合；
在機殼的底板上，處在蒸發器和熱管蒸發端之間的位置上設置第一新風入口；
在水平隔板上，處在熱管冷凝端和冷凝器之間的位置上設置第一調節風門；
在機殼的左端、處在上通道的入口通道上設置第二新風入口；
在機殼的左端、處在下通道的出口通道上設置第二調節風門；
設置所述熱泵乾燥裝置具有快速加熱、閉式、開式和半開式四種不同的工作模式；
所述快速加熱工作模式為：在熱泵乾燥裝置啟動初期或工況轉換的快速加熱階段，第一新風入口、第一調節風門和第二調節風門為全開，第二新風入口關閉；利用全開的第二調節風門關斷下通道與上通道在機殼的左端的連通；送風風機將來自迴風口的迴風經第一調節風門直接導入冷凝器進行加熱，第一新風入口構成蒸發器的進風口，第二調節風門構成蒸發器的出風口；
所述閉式工作模式為：第一新風入口、第二新風入口、第一調節風門和第二調節風門均為關閉，來自迴風口的迴風經熱管蒸發端實現餘熱回收，經蒸發器實現降溫和除溼，再經熱管冷凝端和冷凝器實現加熱升溫後，經送風風機和送風口進入乾燥室，構成閉式空氣循環；
所述開式工作模式為：第一新風入口和第一調節風門關閉，第二調節風門和第二新風入口全開，利用全開的第二調節風門關斷下通道與上通道在機殼的左端的連通，在熱管蒸發端和蒸發器中得到餘熱回收後的迴風全部經第二調節風門排出機殼；由第二新風入口引入的完全新風依次經過濾器、熱管冷凝端和冷凝器得到加熱升溫，並經送風風機和送風口進入乾燥室，構成開式空氣循環；
所述半開式工作模式為：第二新風入口關閉，第一新風入口、第一調節風門和第二調節風門均為部分開啟，乾燥室的熱溼空氣由迴風口導入，一部分迴風通過第一調節風門進入冷凝器的空氣入口端，其餘部分迴風經過熱管蒸發端進行餘熱回收並降溫後，與第一新風入口引入的室外新風混合，再在蒸發器放熱和除溼後一部分在第二調節風門中排出，其餘部分進入上通道，後經過濾器、再經熱管冷凝端加熱後，與所述第一調節風門引入的迴風混合，通過冷凝器得到加熱升溫，最終由送風風機經送風口送入乾燥室，形成半開式空氣循環。
本發明多運作模式熱泵乾燥裝置的特點也在於：
所述熱管蒸發端和熱管冷凝端為重力型整體式熱管或為重力型分離式熱管，熱管中充注r134a或其它具有良好導熱性能的環保製冷劑；
所述送風風機和蒸發風機為變頻風機或有級調速風機；
所述第一調節風門和第二調節風門為電動式風門；所述第一新風入口和第二新風入口為電動或手動的可調式風口；
在所述蒸發器的下方設置接水盤，接水盤與排水通道相連通。
本發明多運作模式熱泵乾燥裝置的特點也在於：所述上通道和下通道也可以設置為處在同一平面中的平面布置形式。
本發明多運作模式熱泵乾燥裝置的特點也在於：設置所述多運作模式熱泵乾燥裝置的控制方式為：
設定所述熱泵乾燥裝置的送風乾球溫度為主控制參數、送風相對溼度為副控制參數，並以所述送風乾球溫度為優先控制級；
對於所述送風乾球溫度的調節是按如下方式應用模糊控制規則控制壓縮機能量的加載或減載予以實現；
令：t為設定送風乾球溫度，t1為實時檢測獲得的送風乾球溫度；
則：送風溫度的偏差δt為：δt＝t-t1；
將偏差δt劃分為五個等級，由大到小依次為：正大、正中、零、負中和負大；
將偏差δt的變化率dδt/dt劃分為五個等級，由大到小依次為：正大、正中、零、負中、負大；
將壓縮機能量的加載或減載的調節量u劃分為五個等級，由大到小依次為：正大、正中、零、負中、負大；
建立模糊規則，根據δt計算獲得dδt/dt，經模糊化計算，並將模糊化計算結果轉化為精確量，以此獲取控制壓縮機能量的加載或減載的調節量u，進而調節制熱量，精確控制送風乾球溫度；
對於所述送風相對溼度的控制方法為：
令：ts為設定送風相對溼度，ts1為實時檢測獲得的送風相對溼度；
則：送風相對溼度的偏差δts為：δts＝ts-ts1；
若δts＞0，則增大第一調節風門的開度α，反之則減小第一調節風門的開度α。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
1、本發明熱泵乾燥裝置設置了四個可調節風門，構成了快速加熱、閉式、半開式和開式四種工作模式，可精確控制乾燥機送風溫度，並調節送風的相對溼度在合適的範圍內，適應不同氣候條件及乾燥對象的多樣性，滿足各類農產品、食品、化工、製藥、造紙等工業的乾燥工藝需求；
2、本發明利用熱管蒸發端回收回氣的餘熱，並將熱量傳遞到熱管冷凝端直接利用；經熱管蒸發端降溫的回氣，再經過蒸發器進一步降溫，顯著提升乾燥機的除溼能力；熱管冷凝端在加熱通道中放熱，預熱乾燥介質，節省熱泵的能耗，實現了高效的餘熱回收或廢氣熱能的資源化利用；
3、本發明整體式乾燥機，結構緊湊，安裝便捷，所以連接管道焊接，避免製冷劑洩漏，使用壽命長；
4、本發明熱泵乾燥裝置採用模糊控制技術調節壓縮機的能量，精確控制送風溫度；採用組合式可調節風門，送風的相對溼度可控，有利於提高幹燥產品的品質，提高幹燥機效率。
附圖說明
圖1為本發明熱泵乾燥系統示意圖；
圖中標號：1壓縮機；2熱管蒸發端；3第一新風入口；4蒸發器；5接水盤；6蒸發風機；7第二調節風門；8第二新風入口；9第二空氣過濾器；10膨脹閥；11熱管冷凝端；12冷凝器；13送風風機；14機殼；15隔板；16第一調節風門；17第一空氣過濾器；18送風口；19迴風口。
具體實施方式
參見圖1，本實施例中多運作模式的熱泵乾燥裝置是將熱泵循環系統和乾燥介質熱溼處理通道共同設置在機殼14中的整體結構，機殼14的內腔由水平隔板15分割為下通道和上通道，迴風口19為下通道入口，送風口18為上通道出口，迴風口19和送風口18同處在機殼14的右端；下通道和上通道在機殼14的左端形成上下連通；第一空氣過濾器17、壓縮機1、熱管蒸發端2、蒸發器4以及蒸發風機6位於下通道中，迴風在下通道中得到餘熱回收和降溫除溼；第二空氣過濾器9、膨脹閥10、熱管冷凝端11、冷凝器12以及送風風機13位於上通道，乾燥介質在上通道中得到加熱；熱泵循環系統包括壓縮機1、冷凝器12、膨脹閥10和蒸發器4，壓縮機1為單個變頻壓縮機或多個變頻壓縮機的組合；上通道和下通道也可以設置為處在同一平面中的平面布置形式。
本實施例中，在機殼14的底板上，處在蒸發器4和熱管蒸發端2之間的位置上設置第一新風入口3；在水平隔板15上，處在熱管冷凝端11和冷凝器12之間的位置上設置第一調節風門16；在機殼14的左端、處在上通道的入口通道上設置第二新風入口8；在機殼14的左端、處在下通道的出口通道上設置第二調節風門7。
本實施例中熱泵乾燥裝置的乾燥介質熱溼處理通道受到四個風門的組合控制，實現快速加熱、閉式、開式和半開式四種不同的工作模式。
快速加熱工作模式為：在熱泵乾燥裝置啟動初期或工況轉換的快速加熱階段，第一新風入口3、第一調節風門16和第二調節風門7為全開，第二新風入口8關閉；利用全開的第二調節風門7關斷下通道與上通道在機殼14的左端的連通；送風風機13將來自迴風口19的迴風經第一調節風門16直接導入冷凝器12進行加熱，第一新風入口3構成蒸發器4的進風口，第二調節風門7構成蒸發器4的出風口。
閉式工作模式為：第一新風入口3、第二新風入口8、第一調節風門16和第二調節風門7均為關閉，來自迴風口19的迴風經熱管蒸發端2實現餘熱回收，經蒸發器4實現降溫和除溼，再經熱管冷凝端11和冷凝器12實現加熱升溫後，經送風風機13和送風口18進入乾燥室，構成閉式空氣循環。
開式工作模式為：第一新風入口3和第一調節風門16關閉，第二調節風門7和第二新風入口8全開，利用全開的第二調節風門7關斷下通道與上通道在機殼14的左端的連通，在熱管蒸發端2和蒸發器4中得到餘熱回收後的迴風全部經第二調節風門7排出機殼14；由第二新風入口8引入的完全新風依次經過濾器9、熱管冷凝端11和冷凝器12得到加熱升溫，並經送風風機13和送風口18進入乾燥室，構成開式空氣循環。
半開式工作模式為：第二新風入口8關閉，第一新風入口3、第一調節風門16和第二調節風門7均為部分開啟，乾燥室的熱溼空氣由迴風口19導入，一部分迴風通過第一調節風門16進入冷凝器12的空氣入口端，其餘部分迴風經過熱管蒸發端2進行餘熱回收並降溫後，與第一新風入口3引入的室外新風混合，再在蒸發器4放熱和除溼後一部分在第二調節風門7中排出，其餘部分進入上通道，後經過濾器9、再經熱管冷凝端11加熱後，與第一調節風門16引入的迴風混合，通過冷凝器12得到加熱升溫，最終由送風風機13經送風口16送入乾燥室，形成半開式空氣循環。
具體實施中，熱管蒸發端2和熱管冷凝端11為重力型整體式熱管或為重力型分離式熱管，熱管中充注r134a或其它具有良好導熱性能的環保製冷劑，熱管在系統中發揮節能器或經濟器的作用，用於回收回氣的餘熱，在除溼前進行預冷降溫，提高了蒸發器的除溼能力，同時將熱量直接轉移至加熱側，在加熱側預熱乾燥介質；送風風機13和蒸發風機6為變頻風機或有級調速風機，根據乾燥進程和被乾燥對象含溼量的變化或除溼量的變化調節風機轉速；第一調節風門16和第二調節風門7採用電動式風門；第一新風入口3和第二新風入口8採用電動或手動的可調式風口；在蒸發器4的下方設置接水盤5，接水盤5與排水通道相連通。
設置多運作模式熱泵乾燥裝置的控制方式為：
設定熱泵乾燥裝置的送風乾球溫度為主控制參數、送風相對溼度為副控制參數，並以送風乾球溫度為優先控制級；
對於送風乾球溫度的調節是按如下方式應用模糊控制規則控制壓縮機1能量的加載或減載予以實現；
令：t為設定送風乾球溫度，t1為實時檢測獲得的送風乾球溫度；
則：送風溫度的偏差δt為：δt＝t-t1；
將偏差δt劃分為五個等級，由大到小依次為：正大、正中、零、負中和負大；
將偏差δt的變化率dδt/dt劃分為五個等級，由大到小依次為：正大、正中、零、負中、負大；
將壓縮機1能量的加載或減載的調節量u劃分為五個等級，由大到小依次為：正大、正中、零、負中、負大；
建立模糊規則，根據δt計算獲得dδt/dt，經模糊化計算，並將模糊化計算結果轉化為精確量，以此獲取控制壓縮機1能量的加載或減載的調節量u，進而調節制熱量，精確控制送風乾球溫度；
對於送風相對溼度的控制方法為：
令：ts為設定送風相對溼度，ts1為實時檢測獲得的送風相對溼度；
則：送風相對溼度的偏差δts為：δts＝ts-ts1；
若δts＞0，則增大第一調節風門16的開度α，反之則減小第一調節風門16的開度α。
熱泵乾燥裝置工作過程：
乾熱空氣在送風風機13的驅動下送入乾燥室，與被乾燥對象進行充分的熱溼交換，空氣溫度降低、含溼量和相對溼度增大，乾燥室排出的熱溼空氣通過迴風口19進入本發明熱泵乾燥裝置，在半開式工作模式下，部分迴風通過第一調節風門16直接進入冷凝器12，其餘迴風經過熱管蒸發端2進行餘熱回收並降溫後，與第一新風入口3進入的室外新風混合，在蒸發器4中放熱和除溼，經第二調節風門7排出部分經蒸發器4降溫除溼的空氣，其餘經降溫除溼的空氣經過過濾器9潔淨、熱管冷凝端11加熱，與第一調節風門16引入的迴風混合，通過冷凝器12得到加熱升溫，然後由送風風機13經送風口16送入乾燥室；以此循環往復，至乾燥對象達到設定的含水量或幹度。
對於閉式工作狀態，迴風口19的迴風經熱管蒸發端2實現餘熱回收，經蒸發器4降溫和除溼，再經過熱管冷凝端11和冷凝器12加熱升溫，後經送風風機13和送風口18進入乾燥室，乾燥介質為閉式循環。
設置不同的空氣循環方式可以更好地適應外界環境的變化，當外界溫度較高、空氣較為乾燥時，採用開式空氣循環，或增大新風量；當氣溫較低或梅雨季節，減小新風量，或採用閉式空氣循環。這樣的設計形式不僅利於節能、而且有助於提高幹燥效率和產品質量；比如對於一些特定的食品或藥品進行乾燥，採用閉式熱泵乾燥裝置，乾燥介質可以是空氣或其它具有吸水性的氣體，送風溫度可以設定在8～15℃，若蒸發器的蒸發溫度低於0℃，需要設置蒸發器除霜，採用電熱除霜或熱氣除霜。