一种烘干设备的制作方法

本发明涉及干燥器械技术领域，具体涉及一种热泵型烘干机。

背景技术：

烘干设备已广泛应用于各个行业和领域，如农业中的粮食、木材、农副产品烘干，以及印刷行业等等。目前广泛使用的烘干技术，需要使用大量的高品位能源，并且需要燃烧大量化石燃料或木材等，使用燃烧获得热量，不仅浪费高品位的热量，还会排放大量废气尾气，造成环境污染等问题。并且使用燃烧的方式获得热量，热源温度过高，排出的尾气温度也明显高于环境温度，造成大量的低品位热源浪费。现有的烘干技术在烘干过程中只能单纯的把加热物料后的热湿空气排放到大气中造成大量的余热浪费，并且只能利用环境空气对烘干后的物料进行降温，降温速率地下，并且会将空气中的水分重新输送到烘干后的物料中，导致物料含水量上升。同时，这些烘干技术都要使用柴油或天然气等化石燃料进行燃烧，不仅产生明火，而且会有高温部件，存在引发火灾的危险性

热泵烘干技术作为一种安全、高效、节能的烘干技术，已有许多科研工作者进行研究，并取得了一些进展。如申请号201110440463.6的发明专利，利用热泵原理，通过控制多个风阀来实现转变热泵烘干机升温和除湿功能。但是该烘干机需要安装多个风阀以及复杂的风道，使得整套烘干设备体积大，使用时占地体积大，但它却无法解决烘干后物料降温的问题。

又如申请号201410626179.1的发明专利，其利用电磁阀和单向阀来改变制冷剂在热泵循环中的流动方式实现热泵烘干机的升温和除湿功能。但是这种方案仍然无法解决烘干后物料的快速降温的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种加热、除湿、冷却三种功能于一体的热泵烘干设备，该设备结构简单，运行稳定可靠，高效节能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种烘干设备，包括可闭合的烘干仓、过滤装置、第一风机、第三换热器、单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第二风机、第二换热器、膨胀阀、第一换热器、汽液分离器、压缩机和四通换向阀；其中，所述烘干仓上设有风道，风道与烘干仓相连通；所述过滤装置设置于风道的入口处；所述第一风机设置在过滤装置和第三换热器之间的风道内；第三换热器和第一换热器分别设置于风道内；所述过滤装置、第一风机、第三换热器和第一换热器将风道分隔成几个腔室；所述四通换向阀设有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；第三换热器的入口通过管路与第一电磁阀的出口连接，第三换热器的出口通过管路与单向阀的入口连接，单向阀的出口分别通过管路与四通换向阀的第二入口电连接和第二换热器的出口连接；第一电磁阀的入口通过管路分别与膨胀阀的出口、第二电磁阀的入口连接；所述第二电磁阀的出口通过管路与第二换热器的入口连接；所述第一换热器的出口通过管路与膨胀阀的入口连接，它的入口通过管路与四通换向阀的第一出口连接；所述汽液分离器的入口通过管路与四通换向阀的第二出口连接，汽液分离器的出口通过管路与压缩机的入口连接；所述压缩机的出口通过管路与四通换向阀的第一入口连接；所述第二风机设置于第二换热器的外侧。

作为技术方案的进一步改进，以上所述的风道的出口设置在烘干仓的底部。

作为技术方案的进一步改进，以上所述的烘干仓的底部设有一隔板，隔板与烘干仓的底部构成一空腔，所述的风道的出口与隔板和烘干仓的底部构成的空腔连通，所述的隔板上均匀设置有若干出风口。

作为技术方案的进一步改进，以上所述风道的入口设置在烘干仓的顶部，风道与烘干仓形成半“回”形。

作为技术方案的进一步改进，以上所述烘干仓内侧和/或风道的外侧设有保温隔热材料。

作为技术方案的进一步改进，以上所述膨胀阀为电子膨胀阀。

作为技术方案的进一步改进，以上所述第一风机为离心风机。

作为技术方案的进一步改进，以上所述第二风机为轴流风机。

与现有技术相比，本发明的烘干设备具有如下优点：

1、本发明的烘干设备设有四通换向阀，使得烘干设备具有能够制热升温、除湿加热的烘干功能；还具有制冷除湿的降温干燥功能，将被干燥物料快速降温，并且能够有效避免被干燥物料在降温过程中产生返潮。

2、本发明的烘干设备设有汽液分离器，使烘干设备在转变工作模式时，能够有效的避免液态制冷剂进入压缩机中造成压缩机损坏，提高烘干设备运行的安全性和稳定性。

3、本发明的烘干设备设有过滤装置，能有效去除空气中的杂质，避免空气的杂质附着在换热器上造成换热器的换热效果下降，提高烘干设备的工作效率。

4、本发明的烘干设备采用热泵作为热源，不会产生高温热源以及火焰，也不使用可燃物作为燃料，更为安全可靠。

附图说明

图1为所述烘干设备的结构示意图。

图2为所述烘干设备制热升温模式的流程示意图。

图3为所述烘干设备除湿加热模式的流程示意图。

图4为所述烘干设备制冷除湿模式的流程示意图。

图5为所述烘干设备风道的出口设置在烘干仓底部的结构示意图。

附图标记为：1.烘干仓；2.过滤装置；3.第一风机；4.第三换热器；5.单向阀；6.第一电磁阀；7.第二电磁阀；8.第二风机；9.第二换热器；10.膨胀阀；11.第一换热器；12.汽液分离器；13.压缩机；14.风道；15.四通换向阀；151.四通换向阀第一入口；152.四通换向阀第一出口；153.四通换向阀第二出口；154.四通换向阀第二入口；16.烘干仓底部隔板

具体实施方式

下面结合附图1-4和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种烘干设备，包括可闭合的烘干仓(1)、过滤装置(2)、第一风机(3)、第三换热器(4)、单向阀(5)、第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第二风机(8)、第二换热器(9)、膨胀阀(10)、第一换热器(11)、汽液分离器(12)、压缩机(13)和四通换向阀(15)；其中，所述烘干仓(1)上设有风道(14)，风道(14)与烘干仓(1)相连通；所述过滤装置(2)设置于风道(14)的入口处；所述第一风机(3)设置在过滤装置(2)和第三换热器(4)之间的风道(14)内；第三换热器(4)和第一换热器(11)分别设置于风道(14)内；所述过滤装置(2)、第一风机(3)、第三换热器(4)和第一换热器(11)将风道(14)分隔成几个腔室；所述四通换向阀(15)设有第一入口(151)、第二入口(154)、第一出口(152)和第二出口(153)；第三换热器(4)的入口通过管路与第一电磁阀(6)的出口连接，第三换热器(4)的出口通过管路与单向阀(5)的入口连接，单向阀(5)的出口分别通过管路与四通换向阀(15)的第二入口(154)电连接和第二换热器(9)的出口连接；第一电磁阀(6)的入口通过管路分别与膨胀阀(10)的出口、第二电磁阀(7)的入口连接；所述第二电磁阀(7)的出口通过管路与第二换热器(9)的入口连接；所述第一换热器(11)的出口通过管路与膨胀阀(10)的入口连接，它的入口通过管路与四通换向阀(15)的第一出口(152)连接；所述汽液分离器(12)的入口通过管路与四通换向阀(15)的第二出口(153)连接，汽液分离器(12)的出口通过管路与压缩机(13)的入口连接；所述压缩机(13)的出口通过管路与四通换向阀(15)的第一入口(151)连接；所述第二风机(8)设置于第二换热器(9)的外侧。

所述过滤装置2能有效去除空气中的杂质，避免空气的杂质附着在换热器上从而影响换热器进行换热的效果，提高烘干设备的工作效率。

在第一风机3驱动下，烘干所需的空气进入第三换热器4和第一换热器11进行热交换；在第二风机8驱动下，空气进入第二换热器9进行热交换。

本发明中，烘干设备通过四通换向阀15的方向切换、第一电磁阀6和第二电磁阀7的开启和关闭，来实现制热升温模式、除湿加热模式和制冷除湿模式的切换。在烘干设备在运行过程中，可以根据所烘物料的状态在这三种模式中进行自动切换。

第一换热器11不仅在烘干时能够提供制热的效果，还能够在冷却时提供制冷效果。

本发明中，烘干设备在制热升温模式时，如图2所示，压缩机13、第一风机3和第二风机8均处于运行状态，第一电磁阀6处于关闭状态，第二电磁阀7处于开启状态，四通换向阀15自动切换，使得压缩机13与第一换热器11处于导通状态，同时也使得汽液分离器12与第二换热器9处于导通状态。

本发明中，烘干设备在除湿加热模式时，如图3所示，压缩机13、第一风机3处于运行状态，第二风机8处于停止状态，第一电磁阀6处于开启状态，第二电磁阀7处于关闭状态。四通换向阀15自动切换，使压缩机13与第一换热器11处于导通状态，同时也使汽液分离器12与第三换热器4处于导通状态。

本发明中，烘干设备在制冷除湿模式时，如图4所示，压缩机13、第一风机3、第二风机8均处于运行状态，第一电磁阀6处于关闭状态，第二电磁阀7处于开启状态。四通换向阀15自动切换，使压缩机13与第二换热器9处于导通状态，同时也使汽液分离器12与第一换热器11处于导通状态。

实施例2

与实施例1不同的地方在于：所述的风道(14)的出口设置在烘干仓(1)的底部。

由于风道(14)的出口空气都比烘干仓(1)进入循环之前的空气温度要高，高温的气体会由底往上运动，风道(14)的出口设置在烘干仓(1)的底部，有利于提高烘干效率，节约能耗。

实施例3

与实施例1或2不同的地方在于：所述的烘干仓(1)的底部设有一隔板，隔板与烘干仓(1)的底部构成一空腔，所述的风道(14)的出口与隔板和烘干仓(1)的底部构成的空腔连通，所述的隔板(16)上均匀设置有若干出风口。如图5所示。

由于风道(14)的出口空气都比烘干仓(1)进入循环之前的空气温度要高，高温的气体会由底往上运动，通过烘干仓(1)的底部设有一隔板(16)，隔板(16)与烘干仓(1)的底部构成一空腔，风道(14)的出口与隔板(16)和烘干仓(1)的底部构成的空腔连通，隔板(16)上均匀设置有若干出风口风道(14)的出口设置在烘干仓(1)的底部，不仅有利于提高烘干效率，节约能耗，同时还有利于对被烘干对象实现全方位、全面积的烘干，有效避免传统烘干设备中被烘干对象与仓底接触位置烘干不到位的情况发生。

实施例4

与实施例1不同的地方在于：所述风道(14)的入口设置在烘干仓(1)的顶部，风道(14)与烘干仓(1)形成半“回”形。

半“回”形设计有利于节约整个设备的空间，同时便于安装。

实施例5

与实施例3不同的地方在于：所述烘干仓(1)内侧和/或风道(14)的外侧设有保温隔热材料。

安装在烘干仓(1)内侧和/或风道(14)的外侧的保温隔热材料能够避免烘干仓(1)内侧和/或风道(14)内的空气与环境空气发生热交换导致的热量损失，从而降低设备的功耗，进而提升设备的能效。

实施例6

与实施例5不同的地方在于：所述膨胀阀(10)为电子膨胀阀。

相较于热力膨胀阀等节流装置，电子膨胀阀能够精确快速的控制膨胀阀开度，更精确的调节热泵系统的节流效果以及流量，精准控制过热度，使热泵系统更稳定的运行。当设备在制热升温工作模式、除湿加热工作模式、制冷除湿工作模式间相互切换时，电子膨胀阀可以迅速调节膨胀阀开度，及时应对热泵系统制冷剂流量的突然变化，避免出现热泵系统压力突然升高或降低导致的故障，提升设备运行的可靠性。

实施例7

与实施例1不同的地方在于：所述第一风机(3)为离心风机。

由于风道14中安装有过滤装置2，第三换热器4和第一换热器11，第一风机3驱动空气在风道14中流动需要克服较大的流动阻力。选用离型风机可以提供较轴流风机和贯流风机更大的送风压力，效率更高。第一风机3选用离心风机可以在流动阻力较大时，满足设备风量需求的情况下，设备功耗更低，从而提升设备的能效。

实施例8

与实施例7不同的地方在于：所述第二风机(8)为轴流风机。

由于第二风机8只需要驱动空气流经第二换热器9，所以空气的流动阻力较小。采用轴流风机在低流动阻力时，相较于离型风机和贯流风机能够在相同功率下获得更大的风量。第二风机8选用轴流风机可以在满足设备风量需求的情况下降低设备的总功率，从而提升设备的能效。

本发明的工作过程是：

烘干设备在制热升温工作模式：

首先，将需要烘干的物料放入烘干仓1内，然后打开压缩机13、第一风机3和第二风机8。第一电磁阀6切换为关闭状态，第二电磁阀7切换为开启状态。四通换向阀15切换，使得压缩机13与第一换热器11处于导通状态，同时也使得汽液分离器12与第二换热器9处于导通状态。烘干设备开始进入制热升温工作模式，如图2所示，此时，烘干仓1内的空气在第一风机3的驱动下，流向过滤装置2，并由过滤装置2除去空气中所含的杂质后，依次流入第三换热器4(由于第一电磁阀6为关闭状态，本工作模式中第三换热器4处于不工作状态)和第一换热器11，空气经第一换热器11加热后形成高温气流，流入烘干仓1中。其次，烘干仓1外的空气在第二风机8的驱动下，流入第二换热器9，空气经第二换热器9冷却后排放到烘干仓1外。如此，热泵系统利用第二换热器9冷却烘干仓1外的空气，并吸收空气中的热量，再将这些热量通过第一换热器11释放出来，释放出来的热量进入烘干仓1之后，将再次进入风道14，然后从第三换热器4流过来又经过第一换热器11的烘干仓1内的空气加热后形成高温气流。这些高温气流流入烘干仓1中。如此不断循环，因此，烘干仓1内空气的温度与被烘干物料的温度快速上升。

烘干设备在制热升温工作模式时，热泵系统中的制冷剂流动循环如下：汽液混合状态的制冷剂在第二换热器9中蒸发，吸收在第二风机8的驱动下流入第二换热器9的烘干仓1外空气的热量。此时，制冷剂由低温低压的液态变为低温低压的气态制冷剂。这些制冷剂流入四通换向阀15的第二入口154并从四通换向阀15的第二出口153流出，进入汽液分离器12中，气态制冷剂从汽液分离器12出来经过管路进入压缩机13，并在压缩机13中被压缩成高温高压的气态制冷剂后被排出。被排出的高温高压气态制冷剂经过四通换向阀15的第一入口151后，再从四通换向阀15的第一出口152出来经过管路进入第一换热器11中，并在第一换热器11中冷凝为中温高压的液态制冷剂，并将热量释放给风道14中流经第一换热器11表面的空气，并将空气加热升温。然后，液态制冷剂流经膨胀阀10发生节流效应，节流后的液态制冷剂变为低温低压的汽液混合物的制冷剂。这些汽液混合物的制冷剂通过处于开启状态的第二电磁阀7，然后从管路流入第二换热器9中，如此不断循环。在该模式下，由于第一电磁阀6切换为关闭状态，制冷剂不能通过第一电磁阀6而流入第三换热器4，因此第三换热器4在制热升温模式下不参与热泵系统的循环过程，且不与空气发生热交换。

除湿加热工作模式：

设备在制热升温工作模式运行一段时间后，烘干仓1内的温度不断上升，被烘干物料内部的水分也随着被加热而散发到烘干仓1内的空气中，使得烘干仓1内空气湿度不断上升。当烘干仓1内的传感器检测到空气温度和湿度达到预设值时，第二风机8自动关闭，第一电磁阀6切换为开启状态，第二电磁阀7切换为关闭状态。此时，压缩机13和第一风机3仍保持为运行状态；四通换向阀15保持为使得压缩机13与第一换热器11处于导通状态，同时也使得汽液分离器12与第二换热器9处于导通状态。然后，设备开始进入除湿加热工作模式，在该模式下烘干仓1内的空气在第一风机3的驱动下，流向过滤装置2，并由过滤装置2除去空气中所含的杂质后，依次流入第三换热器4和第一换热器11，在流经第三换热器4时，烘干仓1内的空气被冷却，空气中的水分被冷凝出来并排除烘干仓1之外，从而变为冷的干空气。然后这些冷的干空气流入第一换热器11，并在第一换热器11中被加热，然后变为热的干空气并流入烘干仓1中。

在除湿加热模式下，第二风机8不工作，第二换热器9也不与烘干仓1外的空气进行热交换。在此过程中，利用热泵系统的第三换热器4将流入风道14的空气冷却，并将空气的水分冷凝出来并排除烘干仓1之外，再利用第一换热器11将这些被除湿后的空气进行加热为热的干空气，并输送回烘干仓1内。如此不断循环，烘干仓1内空气中的水分不断被除去，空气湿度也迅速降低。此时，烘干仓1内空气温度也缓慢升高。如果烘干仓1内空气和物料温度上升速率不足，而空气湿度降低到预设值，则设备转换为制热升温工作模式。而当烘干仓1内设传感器检测到烘干仓内空气湿度达到预设值时，则设备进入除湿加热工作模式，如此不断切换工作模式，直到检测到被烘干物料的水分含量降低至预设值后，设备切换为制冷除湿工作模式。

烘干设备在除湿加热工作模式时，热泵系统中的制冷剂流动循环如下(参见图3)：汽液混合状态的制冷剂在第三换热器4中蒸发，吸收由第一风机3驱动下的流过第三换热器4的空气中的热量，制冷剂由低温低压的液态变为低温低压的气态制冷剂。这些低温低压的气态制冷剂从管路经过四通换向阀15第二入口154进入四通换向阀15，再从四通换向阀15第二出口153出来，然后经管路进入汽液分离器12中，气态制冷剂从汽液分离器12的出口出来，经过管路进入压缩机13，并在压缩机13中被压缩成高温高压的气态制冷剂后再排出；被排出的高温高压气态制冷剂经过四通换向阀15第一入口151进入四通换向阀15，再从四通换向阀15第一出口152出来，然后经管路进入第一换热器11中。这些高温高压气态制冷剂在第一换热器11中冷凝为中温高压的制冷剂液体，然后热量释放给风道14中流经第一换热器11表面的空气，并将空气加热升温。这些中温高压的制冷剂液体流经膨胀阀10发生节流效应，从而变为低温低压的汽液混合物制冷剂。这些低温低压的汽液混合物制冷剂流过正处于开启状态的第一电磁阀6，然后经管路再流入第三换热器4中，如此不断循环。在该模式下，由于第二电磁阀7切换为关闭状态，制冷剂不能从第二电磁阀7流入第二换热器9，因此第二换热器9在制热升温模式下不参与热泵系统的循环过程，且不与烘干仓外的空气发生热交换。

制冷除湿工作模式：

经过一段时间的制热升温工作模式和除湿加热工作模式运行后，当烘干仓1内设传感器检测到被烘干物料的水分含量降低至预设值时，第二风机8自动开启，第一电磁阀6切换为关闭状态，第二电磁阀7切换为开启状态，压缩机13和第一风机3仍保持为运行状态；四通换向阀15自动切换，使得压缩机13与第二换热器9处于导通状态，同时也使得汽液分离器12与第一换热器11处于导通状态。此时，烘干设备开始进入制冷除湿工作模式，在该模式下，烘干仓1内的空气在第一风机3的驱动下，流向过滤装置2，并由过滤装置2除去空气中所含的杂质后，依次流入第三换热器4和第一换热器11。烘干仓1内的空气流经第一换热器11时，被第一换热器11冷却。这时空气中的水分被冷凝出来，变为冷的干空气后流入烘干仓1中。烘干仓1外的空气在第二风机8的驱动下，流入第二换热器9，并被第二换热器9所加热，加热后的空气被排放到烘干仓1外。如此，热泵系统利用第一换热器11冷却流经它的烘干仓1内的空气，并从空气中吸收的热量。然后再将这些热量通过第二换热器9释放出来。如此不断循环，烘干仓1内的空气温度与被烘干物料温度快速下降。

烘干设备在制冷除湿工作模式时，如图4所示，热泵系统中的制冷剂流动循环如下：第一风机3驱动下，从烘干仓1出来的空气经第三换热器4出来，流入第一换热器11，第一换热器11吸收烘干仓出来的空气中的热量，此时汽液混合状态的制冷剂在第一换热器11中蒸发，制冷剂由低温低压的液态变为低温低压的气态制冷剂。然后，这些制冷剂流经四通换向阀15第一出口152，进入四通换向阀15，再从四通换向阀15的第二出口153出来经管路进入汽液分离器12中。这些气态制冷剂从汽液分离器12的出口出来，经过管路进入压缩机13，并在压缩机13中被压缩成高温高压的气态制冷剂后被排出。被排出的高温高压气态制冷剂从四通换向阀15第一入口151进入四通换向阀15，再从四通换向阀15第二入口154出来经管路进入第二换热器9中，在第二换热器9中冷凝为中温高压的制冷剂液体，并将热量释放给由第二风机8驱动下的流入第二换热器9的烘干仓1外的空气。然后制冷剂液体经管路流经膨胀阀10发生节流效应，节流后的制冷剂液体变为低温低压的汽液混合状制冷剂。这些汽液混合状制冷剂通过正处于开启状态的第二电磁阀7经管路流入第一换热器11中，如此不断循环。在该模式下，由于单向阀5为单向流通形式，制冷剂不能通过单向阀5流入第三换热器4。因此，第三换热器4在制热升温模式下，不参与热泵系统的循环过程，且不与空气发生热交换。

烘干设备在制冷除湿模式下运行，当烘干仓1内的传感器检测到被烘干物料温度降低至预设温度时，设备自动停止，压缩机13、第一风机3、第二风机8依次停止运行，第一电磁阀6，第二电磁阀7切换至关闭状态。四通换向阀15切换至压缩机13与第一换热器1处于导通状态，同时汽液分离器12与第二换热器9也处于导通状态。

本发明所述烘干设备，在热泵系统作为烘干设备热源，实现了集热泵制热、除湿、冷却三大功能于一体，不仅解决传统烘干方式使用燃烧方式获取热量造成污染的问题和安全问题，更为环保和安全，而且通过采用热泵原理进行制热和除湿，具有节能和除湿迅速的特点。在此之上，通过制冷除湿的功能，能够大幅加快被干燥物料的冷却速度和避免降温过程中的回潮现象，且能够减少30％以上的降温时间，从而缩短烘干过程的总耗时间，提高烘干作业效率和效果等优点。