一種熱泵乾燥裝置的製作方法

2023-06-07 07:37:11

專利名稱：一種熱泵乾燥裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用熱風的乾燥設備，具體是一種熱泵乾燥裝置。
背景技術：
乾燥技術是眾多工業、農業生產加工過程中一項重要的工序，深入國民經濟各個領域。它同其它生產加工過程一樣，都須以消耗能源為代價，並且乾燥行業還是耗能較大的產業。在我國各種工業部門總能耗中，乾燥能耗從4% (化學工業)到35% (造紙工業)；在發達國家，如美國、法國、英國、日本等，有12%左右的工業能耗用於乾燥，並且在能源的使用上對環境造成較大汙染。因此原有的燃油、燃煤等高耗能、高汙染乾燥設備的使用受到嚴格限制甚至被禁止使用。尋找一種可替代原有舊式的乾燥設備，而且安全、環保、節能幹燥設備，顯得越來越有緊迫。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是是針對上述問題的不足，而提供一種能耗低且環保的與廂式乾燥器直接耦合的熱泵乾燥裝置。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是
一種熱泵乾燥裝置，包括具有進風口和出風口的乾燥器，其特徵在於還包括一風機和一熱泵系統，所述的熱泵系統包括壓縮機、冷凝器以及蒸發器，所述的蒸發器包括第一製冷劑進口、第一製冷劑出口、第一冷風出口以及第一熱風進口，所述的冷凝器包括第二製冷劑進口、第二製冷劑出口、第二熱風出口、第二冷風進口，所述的第一製冷劑出口與第二製冷劑進口通過第一管路連接，所述的第一製冷劑進口和第二製冷劑出口通過第二管路連接， 所述的壓縮機設置在所述的第一管路上，在所述的第二管路上設置有節流閥，所述的風機設置在第一冷風出口和第二冷風進口之間的第三管路上，第二熱風出口與所述的乾燥器的進風口連接，第一熱風進口與所述的乾燥器的出風口連接。在第二熱風出口和乾燥器進風口間設置新風口，在第一熱風進口與乾燥出風口間設置排風口。所述的熱泵系統還包括一回熱器，該回熱器設置在所述的第一管路和第二管路上。所述的乾燥器為廂式乾燥器；所述的壓縮機為漩渦壓縮機；所述的蒸發器為翅片管式蒸發器；所述的冷凝器為強迫式風冷冷凝器；所述的回熱器為盤管式回熱器。熱泵乾燥裝置是熱泵和乾燥器的有機結合，不同於常規的熱空氣乾燥裝置，它的空氣是經過熱泵的處理送入乾燥室內的。熱泵循環系統通常由冷凝器、節流閥、蒸發器和壓縮機這四大部件組成，完成的作用是從周圍環境中吸取熱量，並把它傳遞給被加熱的對象(溫度較高的物體)，即從低位熱源吸取熱量傳遞給高位熱源。根據熱力學第二定律，熱量只能自動從高溫熱源傳遞到低溫熱源，而不能自動從低溫熱源傳遞到高溫熱源。但熱泵卻是一種本身消耗一部分能量從低溫熱源吸收熱量，使其在較高溫度下放出可以利用熱量的裝置。由於獲得的可用熱量遠大於其本身消耗的能量，所以它是一種節能設備。成熟的熱泵技術還可以使得工作溫度和時間得到準確的控制。由於熱泵是一種高效制熱裝置(產出的熱能/消耗的能量>100%)，能夠源源不斷地往乾燥器輸入熱風並帶走溼份，因此熱泵乾燥裝置能夠以消耗少量的高質能(機械能、電能等)或高溫熱能為代價而達到同樣的乾燥要求，與此同時循環的熱風還可以經過蒸發器的冷卻排出凝結水。如上述這樣的以消耗電能為代價的乾燥裝置首先不會對環境造成任何汙染，而且高效節能、成本較低，如果能設計出通過對乾燥介質的溫度、溼度、氣流速度進行準確獨立控制的熱泵乾燥設備，它將在乾燥領域發揮重大的作用。有益效果
本設計將熱泵與乾燥器直接耦合，利用熱泵加熱空氣對物料進行乾燥，不僅利用了熱泵高效節能的特點，而且採用的封閉式或半封閉式空氣循環系統，使得空氣不斷地進行著升溫、吸溼和降溫除溼三過程的循環，使得熱泵系統的熱負荷保持在較低的水平。這樣不僅避免了傳統乾燥技術通過燃料的燃燒加熱空氣，產生大量的熱損失並對環境造成汙染等種種弊端，還可以通過對熱泵工質(氟利昂)的選擇和蒸發、冷凝溫度的控制來準確調節乾燥的溫度，通過對蒸風冷機的轉速調節控制空氣流速，從而控制乾燥強度。


圖I蒸汽式壓縮工質循環壓焓圖。圖2空氣在熱泵乾燥裝置中的循環變化示意圖。圖3封閉式熱泵乾燥裝置系統流程圖。圖4半封閉式熱泵乾燥裝置結構圖。其中1、蒸發器，11、第一製冷劑進口，12、第一製冷劑出口，13、第一冷風出口，14、 第一熱風進口，2、冷凝器，21、第二製冷劑進口，22、第二製冷劑出口，23、第二熱風出口，24、 第二冷風進口，3、貯液器，4、節流閥，5、壓縮機，6、油分離器，7、回熱器，8、風機，9、乾燥器，
91、熱風管道，92、感溫包，93、聯動電動蝶閥，94、乾燥託盤。
具體實施例方式熱泵乾燥裝置由兩個子系統組成一是以製冷劑為循環介質的熱泵子系統，二是以空氣為循環介質的乾燥子系統。(I)製冷劑循環實際循環過程中的熱泵系統是一個主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥及回熱器的閉路循環系統。熱泵系統內的工質循環如附圖1，其中橫坐標為比焓值h，縱坐標為絕對壓力的對數值lgP，工質從蒸發器流出經過壓縮機壓縮，從低溫低壓的氣態(點A)變為高溫高壓的氣態(點B);進入冷凝器後，向低溫環境放熱，被冷凝為高溫液體(點C);通過節流閥降溫降壓(點D)進入蒸發器，吸收環境熱量，蒸發為氣態。同樣在這個過程中，工質與外界也有兩次換熱過程，即冷凝器中的放熱過程和蒸發器中的吸熱過程， 實現了通過消耗一定能源將低溫熱源的熱「運送」到高溫熱源的目的。(2)空氣循環假設空氣進行全封閉式(如附圖3)循環過程，其狀態變化過程如附圖2。空氣在循環過程中依次流經蒸發器(空氣側)、冷凝器(空氣側)和乾燥器。從乾燥室裡出來的空氣在狀態點F進入熱泵蒸發器，溫度降低，相對溼度增加直至成為飽和的空氣(點 G);當溫度進一步降低時，空氣中水分被冷凝，過程沿著飽和線(Gl)進行；除溼後的空氣通過冷凝器溫度升高，然後在狀態點E進入乾燥室，這時的空氣溫度高、相對溼度低，不僅能加熱乾燥室內的物料使水蒸氣蒸發，同時又有很強的吸溼能力，將這部分水蒸氣帶離乾燥室，最後在蒸發器內冷凝排出系統。在這種循環的基礎上，適當引入一部分新風，經過冷凝器處理送入乾燥室，再將乾燥後的部分空氣排入大氣。這樣做可以解決因全封閉引起的乾燥室內溫度不斷升高的問題，從而構成半封閉式的空氣循環，即進入乾燥器的乾燥介質部分來自環境，部分來自處理過的循環廢氣。(3)耦合系統熱泵與乾燥器的耦合結構如附圖3、圖4所示。本發明的主要由熱泵系統和乾燥器9耦合而成，其中熱泵系統的主要部件有壓縮機5、冷凝器2、蒸發器I、回熱器7、節流閥4。輔助設備有貯液器3、油分離器6和若干控制閥門(未在圖中畫出)等。乾燥器9具有進風口和出風口，蒸發器I包括第一製冷劑進口 11、第一製冷劑出口 12、第一冷風出口 13以及第一熱風進口 14，冷凝器2包括第二製冷劑進口 21、第二製冷劑出口 22、第二熱風出口 23、第二冷風進口 24，其中第一製冷劑出口 12與第二製冷劑進口 21通過第一管路連接，第一製冷劑進口 11和第二製冷劑出口 22通過第二管路連接，壓縮機5設置在第一管路上，在第二管路上設置有節流閥4，風機8設置在第一冷風出口 13和第二冷風進口 24之間的第三管路上，第二熱風出口 23與乾燥器9的進風口連接，第一熱風進口 14與所述的乾燥器9的出風口連接。乾燥器選用水平氣流廂式乾燥器。廂式乾燥器中，一般用盤架盛放物料。優點是容易裝卸、物料損失小、盤易清洗。因此，對於需要經常更換產品、價高的成品或小批量物料，廂式乾燥器的優點十分顯著。壓縮機選用渦旋式壓縮機，屬於迴轉式壓縮機，靠迴轉體的旋轉運動改變氣缸的工作容積，周期性地將一定數量的低壓氣態製冷劑進行壓縮。與其他形式的壓縮機相比，渦旋式壓縮機具有效率高、振動小和噪聲低、結構簡單和可靠性高的特點，很適合小型熱泵系統使用。冷凝器選用強迫式風冷冷凝器，利用空氣使氣態製冷劑冷凝，製冷劑在風冷式冷凝器中的傳熱過程分為降低過熱、冷凝和再冷三個階段。藉助軸流風機或離心機，使空氣橫掠肋管管束，吸收管內製冷劑放出的熱量。蒸發器選用翅片管式蒸發器，通過製冷劑蒸發，吸收載冷劑(需要被冷卻的物質) 的熱量。由於其作用於冷卻空氣，該蒸發器也稱為空氣冷卻器或冷風機。節流閥選用外平衡式熱力膨脹閥，其特點是能根據蒸發器出口的蒸汽過熱度的大小，自動調節閥門的開度，以調節製冷劑的流量。具體作用為對高壓液態製冷劑進行節流降壓，保證冷凝器與蒸發器之間的壓力差，以使蒸發器中的液態製冷劑在要求的低壓下蒸發吸熱，冷凝器中的氣態製冷劑在給定的高壓下放熱冷凝；調節供入蒸發器的製冷劑流量，以適應系統熱負荷的變化，從而避免因部分製冷劑在蒸發器中未及氣化，而進入壓縮機，引起溼壓縮。
回熱器選用盤管式回熱器，通過回熱提高裝置的性能係數；保證節流前的液體在冷， 使得節流後的幹度降低；使出蒸發器的製冷劑充分氣化，防止壓縮機液擊。此外，為了使熱泵系統運行穩定，像其他空調設備一樣，可以添加高壓貯液器、油分離器等。前者用於貯存由冷凝器來的高壓液體製冷劑，以適應工況變化時熱泵系統中所需製冷劑量的變化，並減少補充製冷劑的次數，高壓貯液器一般為臥式結構；後者用來分離壓縮機排出氣體中夾帶的潤滑油。分離器的形式隨熱泵系統制熱量的大小和使用的工質而定。較常用的油分離器有洗滌式、過濾式和填料式等幾種形式。由於本設計為小型的氟利昂裝置，適合用過濾式油分離器。
權利要求
1.一種熱泵乾燥裝置，包括具有進風口和出風口的乾燥器，其特徵在於還包括一風機和一熱泵系統，所述的熱泵系統包括壓縮機、冷凝器以及蒸發器，所述的蒸發器包括第一製冷劑進口、第一製冷劑出口、第一冷風出口以及第一熱風進口，所述的冷凝器包括第二製冷劑進口、第二製冷劑出口、第二熱風出口、第二冷風進口，所述的第一製冷劑出口與第二製冷劑進口通過第一管路連接，所述的第一製冷劑進口和第二製冷劑出口通過第二管路連接，所述的壓縮機設置在所述的第一管路上，在所述的第二管路上設置有節流閥，所述的風機設置在第一冷風出口和第二冷風進口之間的第三管路上，第二熱風出口與所述的乾燥器的進風口連接，第一熱風進口與所述的乾燥器的出風口連接。
2.根據權利要求I所述的熱泵乾燥裝置，其特徵在於在第二熱風出口和乾燥器進風口間設置新風口，在第一熱風進口與乾燥出風口間設置排風口。
3.根據權利要求I所述的熱泵乾燥裝置，其特徵在於所述的熱泵系統還包括一回熱器，該回熱器設置在所述的第一管路和第二管路上。
4.根據權利要求1、2或3所述的熱泵乾燥裝置，其特徵在於所述的乾燥器為廂式乾燥器；所述的壓縮機為漩渦壓縮機；所述的蒸發器為翅片管式蒸發器；所述的回熱器為盤管式回熱器。
全文摘要
本發明公開了一種熱泵乾燥裝置，包括具有進風口和出風口的乾燥器，還包括一風機和一熱泵系統，熱泵系統包括壓縮機、冷凝器以及蒸發器，蒸發器包括第一製冷劑進口、第一製冷劑出口、第一冷風出口以及第一熱風進口，冷凝器包括第二製冷劑進口、第二製冷劑出口、第二熱風出口、第二冷風進口，風機設置在第一冷風出口和第二冷風進口之間的第三管路上，第二熱風出口與乾燥器的進風口連接，第一熱風進口與乾燥器的出風口連接。本發明將熱泵與乾燥器直接耦合，利用熱泵加熱空氣進行乾燥，不僅利用了熱泵高效節能的特點，而且採用的空氣循環系統，使得空氣不斷地進行著升溫、吸溼和降溫除溼三過程的循環，使得熱泵系統的熱負荷保持在較低的水平。
文檔編號F25B30/02GK102589273SQ20121008153
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者賀婷, 陳振乾 申請人:東南大學