一种基于CO2跨临界热泵循环的干燥系统的制作方法

本发明涉及热泵干燥技术领域，尤其涉及一种基于co2跨临界热泵循环的干燥系统。

背景技术：

干燥过程主要的能耗损失为湿空气的排放，物料的干燥是工农业生产中广泛使用且耗能巨大的加工工艺，据统计，在大多数发达国家物料干燥所消耗的能量约占全国总能耗的7％～15％，而热效率仅为25％～50％。自20世纪70年代初能源危机以来，世界各国均对干燥加工的节能技术展开了大量的研究，热泵干燥就是在这种背景下产生的一种新型节能干燥技术。

热泵可有效回收湿空气中的潜热和显热，显著提高能源利用率。相较常规的气流干燥，热泵干燥技术具有能源消耗少、干燥成本低、环境污染小、烘干品质高、适用范围广等优点，其优异的节能效果已被国内外的各种试验研究所证明。

但是，现有热泵干燥系统采用的制冷工质(制冷剂)多为hfcs和hcfcs，氟利昂对地球大气臭氧有破坏作用，大量使用会引起全球气候变暖，严重影响地球生态环境；而且，现有的制冷工质温度适应范围狭窄，在高温工况下较难满足干燥要求，在低温工况下会降低热泵的性能，甚至不能够正常运行，因而严重阻碍了热泵在高温和寒冷地区的推广应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对于上述问题，本发明提出了一种基于co2跨临界热泵循环的干燥系统，其以co2为制冷剂，能够适应较宽温度范围下的干燥工况，且对废热进行了有效回收，提高了系统能效。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于co2跨临界热泵循环的干燥系统，其包括：

用于盛放待干燥物料的干燥室；

以co2为制冷剂的制冷剂回路，所述制冷剂回路上依次设有压缩机、气体冷却器、节流装置(优选为节流阀)和蒸发器；以及，

以空气为干燥介质的干燥介质回路，所述干燥介质回路上设有所述气体冷却器、所述干燥室、换热器和所述蒸发器，所述换热器包括互相换热的第一管道和第二管道，所述气体冷却器的空气出口连通所述干燥室的空气入口，所述干燥室的空气出口连通所述第一管道的入口，所述第一管道的出口连通所述蒸发器的空气入口，所述蒸发器的空气出口连通所述第二管道的入口，所述第二管道的出口连通所述气体冷却器的空气入口。

进一步地，所述干燥介质回路上还设有旁通管路，所述旁通管路一端连通所述换热器与干燥室的空气出口之间的管路，另一端连通所述换热器与气体冷却器的空气入口之间的管路。

进一步地，所述旁通管路上设有第一风量调节阀。

进一步地，所述干燥室的空气出口与换热器之间的管路上设有除尘装置，以对干燥室流出的空气进行过滤，除去颗粒物。

进一步地，所述干燥介质回路上还设有风机，用于为系统提供干燥介质和为所述干燥介质的循环提供动力。

进一步地，所述制冷剂回路上还设有回热器，所述气体冷却器的制冷剂出口连通所述回热器的过冷入口，所述回热器的过冷出口连通所述节流装置的制冷剂入口，所述蒸发器的制冷剂出口连通所述回热器的过热入口，所述回热器的过热出口连通所述压缩机的制冷剂入口。

进一步地，所述蒸发器的空气出口与第二管道的入口之间的管路上设有第二风量调节阀和第三风量调节阀，所述第二风量调节阀用于引入新风，并对引入的风量进行调控；所述第三风量调节阀用于排出回风，并对排出的风量进行调控。通过第二风量调节阀、第三风量调节阀的调控，本发明可实现闭路式和半开放式单独运行或混合运行，保证了干燥过程中的热湿稳定性。

进一步地，所述蒸发器的底部设有用于储存冷凝水的储水盘，所述储水盘上设有排水管。

进一步地，所述第一管道为多个，且多个所述第一管道平行设置；和/或，所述第二管道为多个，且多个所述第二管道平行设置。

进一步地，该干燥系统还包括控制装置，所述控制装置包括用于控制制冷剂回路和干燥介质回路的控制开关以及分别与所述控制开关连接的温度传感器、湿度传感器和控制面板，所述温度传感器和湿度传感器均设置于所述干燥室内，所述控制开关分别与制冷剂回路和干燥介质回路电连接。

进一步地，所述干燥系统的外围设有保温材料；优选的，所述保温材料为聚氨酯保温板。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的干燥系统以co2为制冷剂、以空气为干燥介质，节能环保，且采用跨临界循环，能够适应较宽温度范围下的干燥工况。

本发明设有换热器，换热器包括互相交叉的第一管道和第二管道，干燥室的空气出口连通第一管道的入口，第一管道的出口连通蒸发器的空气入口，蒸发器的空气出口连通第二管道的入口，第二管道的出口连通气体冷却器的空气入口；进入换热器第一管道内的带有废热的空气与进入第二管道内的低温空气进行换热，换热后，第二管道流出的空气由于吸收了废热，使得温度升高，再经气体冷却器回流至干燥室，即废热得到了回收利用，从而提高了能效。

2、本发明设置了旁通管路，从干燥室流出的带有废热的空气即可经由旁通管路进入气体冷却器，再回流至干燥室，从而废热得到了进一步回收利用，因此进一步提高了能效。

3、本发明设置了回热器，在对制冷剂进行节流前，利用回热器对制冷剂进行过冷处理，可防止液态制冷剂在管路中出现闪发气体，使制冷剂充分液化，提高了制冷剂在蒸发器气化过程中的吸热量(即制冷量)，因而提高了运行效率；在制冷剂进入压缩机前，对制冷剂进行过热处理，使制冷剂充分气化，可避免压缩机出现“液击”现象。

附图说明

图1为本发明实施例所述干燥系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述干燥系统在闭路式流程下的结构示意图；

图3为本发明实施例所述蒸发器的结构示意图；

图4为本发明实施例所述换热器的结构示意图；

其中，1：压缩机；2：气体冷却器；3：节流阀；4：蒸发器；5：回热器；6：干燥室；7：换热器；8：第二风量调节阀；9：第三风量调节阀；10：第一风量调节阀；11：旁通管路；13：除尘装置；14：储水盘；15：排水管；16：换热器的第一管道；17：换热器的第二管道；

实心箭头：代表制冷剂的流向；

空心箭头：代表干燥介质的流向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～图4所示，本实施例提供了一种基于co2跨临界热泵循环的干燥系统，其以co2为制冷剂、以空气为干燥介质，包括干燥室6、制冷剂回路、干燥介质回路以及控制装置。

干燥系统的外围设有保温材料，保温材料为聚氨酯保温板。干燥室6的空气入口和干燥室6的空气出口相对设置在干燥室6的两端。

制冷剂回路上依次设有压缩机1、气体冷却器2、节流阀3和蒸发器4，压缩机1、气体冷却器2、节流阀3和蒸发器4之间的连接方式采用本领域常规技术手段。该制冷剂回路上还设有回热器5，气体冷却器2的制冷剂出口连通回热器5的过冷入口，回热器5的过冷出口连通节流阀3的制冷剂入口，蒸发器4的制冷剂出口连通回热器5的过热入口，回热器5的过热出口连通压缩机1的制冷剂入口。

干燥介质回路上设有上述气体冷却器2、上述干燥室6、换热器7和上述蒸发器4，换热器7包括互相交叉且换热的第一管道16和第二管道17(参见图4)，气体冷却器2的空气出口连通干燥室6的空气入口，干燥室6的空气出口连通第一管道16的入口，第一管道16的出口连通蒸发器4的空气入口，蒸发器4的空气出口连通第二管道17的入口，第二管道17的出口连通气体冷却器2的空气入口。

进一步地，该干燥介质回路上还设有旁通管路11，旁通管路11一端连通换热器7与干燥室6的空气出口之间的管路，另一端连通换热器7与气体冷却器2的空气入口之间的管路。旁通管路11上设有第一风量调节阀10，以调控回风量。干燥室6的空气出口与换热器7之间的管路上设有除尘装置13，以对干燥室6流出的空气进行过滤，除去颗粒物。干燥介质回路上还设有风机，用于为系统提供干燥介质和为干燥介质的循环提供动力。

蒸发器4的空气出口与第二管道17的入口之间的管路上设有第二风量调节阀8和第三风量调节阀9，第二风量调节阀8用于引入新风，并对引入的风量进行调控；第三风量调节阀9用于排出回风，并对排出的风量进行调控。蒸发器4的底部设有用于储存冷凝水的储水盘14，储水盘14上设有排水管15。

本实施例中，换热器7的第一管道16为多个，且多个第一管道16平行设置；第二管道17同样为多个，且多个第二管道17平行设置；而且，第一管道16和第二管道17垂直交叉。

控制装置包括用于控制制冷剂回路和干燥介质回路的控制开关以及分别与控制开关连接的温度传感器、湿度传感器和plc控制面板，温度传感器和湿度传感器均设置于干燥室6内，控制开关分别与制冷剂回路和干燥介质回路电连接。控制装置通过plc控制面板可设置不同温度下的干燥模式，温度传感器和湿度传感器分别感应干燥室6内的空气温度和空气湿度，然后将感应到的参数值传送至控制开关，控制开关再发出指令控制制冷剂回路和干燥介质回路的运行工况。plc控制面板内设置了控制程序，相关控制程序的编写使用本领域公知常识完成。在整个系统的运行中，风机的风量以及热泵机组压缩机1启停或变频均通过控制装置进行操控。

为详细说明该干燥系统的工作过程，本实施例对制冷剂回路和干燥介质回路的工作过程分别阐述，如下：

(1)制冷剂回路：启动压缩机1，压缩机1排出高温高压的气态制冷剂(co2气体)(此时的制冷剂处于超临界状态)，高温高压的气态制冷剂进入气体冷却器2并在其中放热、冷凝，之后，制冷剂进入回热器5中进行过冷处理，以确保制冷剂变为液态，液态制冷剂经节流阀3节流降压后，进入蒸发器4中吸热、蒸发，之后，制冷剂进入回热器5进行过热处理，以确保制冷剂变为气态，气态制冷剂进入压缩机1重新被压缩，然后进行下一个循环。

(2)干燥介质回路：将待干燥物料装于干燥室6内，启动风机，风机将空气输入气体冷却器2，此时空气与气体冷却器2进行换热，空气吸收气体冷却器2放出的热量后温度升高，但空气的含湿量不变，高温低湿的空气经干燥室6的空气入口进入干燥室6内与待干燥物料进行热湿交换，空气放热并吸收物料内的湿气，降温吸湿后的空气经干燥室6的空气出口排出，并经除尘装置13除杂，除杂后的空气有以下几种去向：

①、打开第一风量调节阀10，并控制回风量，除杂后的空气一部分经旁通管路11进入气体冷却器2，被重新用于干燥；

②、除杂后的空气在进入旁通管路11的同时，另一部分进入换热器7，再进入蒸发器4，在蒸发器4中降温除湿，变成低温的干燥空气，该干燥空气又有以下两种去向：

a、打开第三风量调节阀9，将该干燥空气直接排至系统外部；

b、关闭第三风量调节阀9，该干燥空气流入换热器7的第二管道17，并与第一管道16内的新一轮废气进行换热；换热后第一管道16内的废气被降温，然后进入蒸发器4被进一步降温除湿；换热后的第二管道17内的空气可与来自旁通管路11的废气进行混合，混合空气进入气体冷却器2进行加热升温，达到目标工况后排入干燥室6，对物料进行热湿交换；

在上述a和/或b进行的同时，均可打开或关闭第二风量调节阀8(分别如图1和图2所示)，当打开第二风量调节阀8时，可从外部环境引入新风，引入的新风可直接与旁通管路11内的废气混合，也可在换热器7内进行换热后再与旁通管路11内的废气混合，混合空气进入气体冷却器2进行加热升温，达到目标工况后排入干燥室6，对物料进行热湿交换；

另外，参见图3，上述工况在进行过程中，从蒸发器4析出的水分暂存在储水盘14中，然后经排水管15排至干燥系统外。

综上所述，本实施例的干燥系统以co2为制冷剂、以空气为干燥介质，节能环保，且采用跨临界循环，能够适应较宽温度范围下的干燥工况，保证了不同的物料干燥和不同的干燥方式，拓宽了热泵在高温和寒冷地区的推广应用。

该干燥系统设置了换热器，通过换热器对废热进行回收利用，大大提高了能效。该干燥系统设置了旁通管路，从干燥室流出的带有废热的空气即可经由旁通管路进入气体冷却器，再回流至干燥室，从而废热得到了进一步回收利用，因此进一步提高了能效。干燥系统的外围护结构采用保温材料，旁通管路的风量、压缩机的输入功率以及排风量的调节可实现不同温湿度的干燥工况。

该干燥系统设置了回热器，在对制冷剂进行节流前，利用回热器对制冷剂进行过冷处理，可防止液态制冷剂在管路中出现闪发气体，使制冷剂充分液化，提高了制冷剂在蒸发器气化过程中的吸热量(即制冷量)，因而提高了运行效率；在制冷剂进入压缩机前，对制冷剂进行过热处理，使制冷剂充分气化，可避免压缩机出现“液击”现象，改善了压缩机的工作条件。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。