热泵烘干系统的制作方法

本实用新型属于热泵烘干领域，具体是一种热泵烘干系统。

背景技术：

目前，物质干化主要以热风隧道式烘干、晒干、电加热热风干燥为主，然而，现有烘干方式存在以下问题：

1、烘干过程中，能耗高，电能的利用率只有80%左右；

2、污染严重，在使用过程中，以锅炉、天然气等作为热源，产生大量的颗粒物质排放到大气中，对环境造成严重污染；

3、不环保，原始烘干过程中，原材料裸露在空气中，在除湿的过程中，异味严重。

技术实现要素：

本实用新型提供一种耗电量低、无异味产生的热泵烘干系统。

本实用新型的技术解决方案是：

一种热泵烘干系统，其特征在于：包括烘干炉20、热泵机组一、与烘干炉联通的水冷管路11，所述烘干炉20上还设置有排风出口和排风入口，所述烘干炉20的排风出口通过排风管路与烘干炉的排风入口相联通，所述排风管路中和/或排风出口处和/或排风入口处设置有风机，所述热泵机组一中的蒸发器二10设置在排风管路中。

优选的，为了进一步提高热能利用率，上述热泵烘干系统还包括全热交换芯体19，所述烘干炉20的排风出口与全热交换芯体19的A风道入口相联通，全热交换芯体19的A风道出口与全热交换芯体19的B风道入口相联通，所述蒸发器二10设置于全热交换芯体19的A风道出口与全热交换芯体19的B风道入口之间，所述全热交换芯体19的B风道出口与烘干炉的排风入口相联通。

优选的，上述热泵烘干系统还包括与水冷管路11连接的真空泵13。

优选的，上述热泵机组一还包括蒸发器一6，所述蒸发器一6并联在蒸发器二10的两端，所述水冷管路11与热泵机组一的蒸发器一6的水冷通道联通；或者所述热泵烘干系统还包括热泵机组三，所述水冷管路11与热泵机组三的蒸发器一6的水冷通道联通。

优选的，上述热泵烘干系统还包括给烘干炉20提供热源的供热装置，所述供热装置包括加热循环管路22、位于加热循环管路22中的流体介质、串接在加热循环管路22中的循环泵18以及加热循环管路22的热源，所述加热循环管路22的热源为热泵机组一的冷凝器一2和/或位于加热循环管路22上的电辅加热装置。

优选的，上述水冷管路11与真空泵13之间还连接有封闭的储水箱12，储水箱12分为两个腔室，腔室一连接真空泵13和水冷管路11，腔室二通过管路一与大气相连，管路一上设置有阀门一16，腔室二通过排水管路与大气相连，排水管路上设置有阀门三17，阀门一16靠近储水箱的一端还通过管路二与腔室一连接，管路二上安装有阀门二15。

优选的，上述热泵机组一包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、蒸发器二10、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经节流装置一3、换热器一4的M通道回到压缩机1，另一路经换热器一4的N通道、节流装置二5、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换，蒸发器一6和蒸发器二10并联；或者所述热泵机组一包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、蒸发器二10、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经换热器一4的M通道、节流装置一3回到压缩机1，另一路经节流装置二5、换热器一4的N通道、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换，蒸发器一6和蒸发器二10并联。

优选的，上述热泵烘干系统还包括至少一组热泵机组二，所述热泵机组二包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经节流装置一3、换热器一4的M通道回到压缩机1，另一路经换热器一4的N通道、节流装置二5、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换；或者所述热泵机组二包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经换热器一4的M通道、节流装置一3回到压缩机1，另一路经节流装置二5、换热器一4的N通道、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换。

基于上述任意一种结构的热泵烘干方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉；

2】给烘干炉加热；打开水冷管路11，关闭排风管路；有真空泵时，打开真空泵；从烘干炉排出的水汽经水冷管路11排出；

3】关闭水冷管路11，打开风机和排风管路，打开热泵机组一中的蒸发器二，从烘干炉排出的水汽经蒸发器二冷凝排出，直至烘干结束。

优选的，上述烘干炉中添加有生物菌，步骤2】中，给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】。该生物菌是厌氧菌或者是好氧菌或者其他类型的菌，当生物菌是好氧菌时，步骤3】需要往烘干炉中通入氧气。

本实用新型的优点是：

（一）烘干原料全程处于密闭空间，无异味产生；第一个烘干过程消耗少量电能作为烘干炉的初始烘干能量使生物菌激活，第二个烘干过程无需额外给烘干炉提供热量，可利用生物菌产生的热量作为烘干热源，能量再利用，降低能耗，耗电量低。

（二）全热交换芯体，一方面起到预降温作用，另一方面对热能进行回收，减少热量损失。

（三）当水冷管路连接真空泵时，烘干炉为真空负压烘干，降低烘干炉中水的沸点，水在50℃时可以沸腾，压缩机冷凝温度低、压缩机耗电能少，在压缩机正常运行状态中，蒸发温度在10℃时，冷凝温度在80℃时，功率为12KW,冷凝温度在60℃时，功率为8KW，在此情况下每使用1kw.h可除去4.5kg水分，能效比高，耗电量低。

（四）热泵机组一的蒸发器一一方面对水汽降温实现除湿，一方面热泵机组一对烘干气体的热量进行回收，用于烘干炉的加热，节约能耗。

（五）在烘干产生气体之后，气体直接被送入冷凝器一中，生成液态水，干燥速度快；冷凝水箱无论在储存水还是在排出水时，都能保证整个系统的真空度。

（六）热泵机组的结构，可以使在整个系统在较低温度下也能正常运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例六真空热泵烘干系统的整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例六热泵机组二的连接示意图。

图3为本实用新型实施例六热泵机组一的连接示意图。

具体实施方式

以下实施例中出现的蒸发器一、蒸发器二、蒸发器三、热泵机组一、热泵机组二等名词后加数字的表述，是根据安装位置进行区别，并非对数量的限制。

实施例一

热泵烘干系统，包括烘干炉20、热泵机组一、与烘干炉联通的水冷管路11，所述烘干炉20上还设置有排风出口和排风入口，所述烘干炉20的排风出口通过排风管路与烘干炉的排风入口相联通，所述排风管路中和/或排风出口处和/或排风入口处设置有风机。

本实施例中的热泵机组一可以采用最简单结构的热泵机组，即压缩机、冷凝器一、蒸发器二10、节流装置串联构成的热泵机组，该热泵机组一中各结构和连接关系为现有成熟技术，在此不做赘述。所述热泵机组一中的蒸发器二10设置在排风管路中。

本实施例中，热泵烘干方法，包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉20；

2】给烘干炉加热，这里不限于采用何种加热方式；打开水冷管路11，关闭排风管路；烘干炉排出的水汽经水冷管路11排出；此为第一个烘干过程。

3】关闭水冷管路11，打开排风管路，打开风机和热泵机组一，烘干炉排出的水汽经排风管路中的蒸发器二冷凝成水排出，直至烘干结束。此为第二个烘干过程。

优选的，所述烘干炉中添加有生物菌，生物菌的发酵温度为50-85℃，步骤2】中，给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】，利用生物菌自身产生的热量作为烘干炉中物料蒸发所需要的热量。若不使用生物菌，也可直接使用第一个烘干过程直接烘干结束。

实施例二

热泵烘干系统，包括烘干炉20、热泵机组一、与烘干炉联通的水冷管路11、全热交换芯体19，所述烘干炉20上还设置有排风出口和排风入口，所述排风管路中和/或排风出口处和/或排风入口处设置有风机。

全热交换芯体19具有两个独立的风道。所述烘干炉20的排风出口与全热交换芯体19的A风道入口通过排风管路一211相联通，全热交换芯体19的A风道出口与全热交换芯体19的B风道入口通过管路相联通，所述蒸发器二10设置于全热交换芯体19的A风道出口与全热交换芯体19的B风道入口之间，所述全热交换芯体19的B风道出口与烘干炉的排风入口通过排风管路二212相联通。

本实施例中，热泵烘干方法，包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉20；

2】给烘干炉加热，这里不限于采用何种加热方式；打开水冷管路11，关闭排风管路；烘干炉排出的水汽经水冷管路11排出；此为第一个烘干过程。

3】关闭水冷管路11，打开排风管路、风机，打开热泵机组一，烘干炉排出的水汽先经排风管路中全热交换芯体19的A风道预先降温，再经过蒸发器二快速降温，使得空气中的水分冷凝成水排出，这时候空气变得干燥一些，但是温度很低，又重新经过全热交换芯体19的B风道预升温同时给A风道的潮湿空气预降温，被除湿的空气流经全热交换芯体A风道预降温，可以使蒸发器二降温除湿效率提高至少30%，同时预降温所散发的热量再由全热交换芯体B风道重新回收至少50%的热量，为无功耗回收热量；直至烘干结束；此为第二个烘干过程。

优选的，所述烘干炉中添加有生物菌，步骤2】中，给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】。

实施例三

在实施例一或者实施例二的基础上，所述热泵烘干系统还包括与水冷管路11连接的真空泵13，所述烘干炉20的真空度为-0.08MPa以下，整个系统变为真空热泵烘干系统。

在真空度为-0.08MPa的情况下，水在50℃时可以沸腾。采用真空泵，不仅可以降低水的沸点，节约初始状态时加热烘干炉所需的热量，还能减少压缩机的耗电能，而且，烘干过程在密闭环境下进行，无异味产生，保护环境，满足国家环保要求。

具体的，所述真空泵可以选择水环式真空泵或者螺杆真空泵。当选择水环式真空泵时，所述水环式真空泵的进液口和水环式真空泵的出液口之间连接有冷却水箱14；进一步的，水环式真空泵的出液口与冷却水箱14之间的管路上还设置有用于降温的风冷冷凝器；更进一步的，冷却水箱14上设置有测温头，冷却水箱14上还设置有泄水口和进水口。冷却水箱14初始条件下装有水，测温头用于冷却水箱14的温度采集，当温度高于等于“冷却水箱14的温度上限”比如35°时，冷却水箱14的泄水口打开，然后关闭泄水口，打开进水口；当温度低于等于“冷却水箱14的温度下限”比如30度，则冷却水箱14进水口关闭。冷却水箱的设置，可以保证水环式真空泵在适宜温度下工作，以便使真空度达到理想状态。

优选的，所述水冷管路11与真空泵13之间还连接有用于气液分离的储水箱12，储水箱12分为上下两个腔室，腔室一连接真空泵13和水冷管路11，负责收集流经蒸发器的水汽，腔室二通过管路一与大气相连，管路一上设置有阀门一16，腔室二通过排水管路与大气相连，排水管路上设置有阀门三17，阀门一16靠近储水箱的一端还通过管路二与腔室一连接，管路二上安装有阀门二15，优选的，腔室二上还安装有水位检测仪。工作时，阀门二15开，阀门一16和阀门三17关闭，上下腔室联通，从水冷管路11中过来的气液混合物中的液体通过阀门二15流到腔室二，此时整个水冷管路11依然可以保持真空状态，当腔室二的水达到指定水位时，水位检测仪输出信号，控制阀门二15关闭，阀门一16和阀门三17打开，此时，整个水冷管路11也依然可以保持真空状态，不会影响烘干工作的进行。

本实施例中，热泵烘干方法，包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉20；

2】给烘干炉加热，这里不限于采用何种加热方式；打开水冷管路11，关闭排风管路，打开真空泵，进行抽真空，烘干炉排出的水汽经水冷管路11排出， 当水汽进入储水箱12时，还有部分处于气液混合状态，储水箱分为上下两层，液态水直接从腔室一流至腔室二，当腔室二的水达到指定水位时，水位检测仪输出信号，控制阀门二15关闭，阀门一16和阀门三17打开，腔室二的水流出。此为第一个烘干过程。

3】关闭水冷管路11及真空泵，打开排风管路、风机，打开热泵机组一，直至烘干结束。此为第二个烘干过程。

实施例四

在实施例一或者实施例二或者实施例三的基础上，为了使水冷管路中的水汽能快速冷凝，可以使水冷管路11与另一个蒸发器进行换热，这个蒸发器可以是并联在热泵机组一中蒸发器二10的两端的蒸发器一6，所述水冷管路11与热泵机组一的蒸发器一6的水冷通道联通。

或者另设一个完整的热泵机组三，热泵机组三包括冷凝器、蒸发器一，所述水冷管路11与热泵机组三的蒸发器一6的水冷通道联通。

采用在蒸发器二10的两端并联蒸发器一6的方式时，热泵烘干方法，包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉；优选的，所述烘干炉中添加有生物菌；

2】给烘干炉加热；打开水冷管路11，关闭排风管路；有真空泵时，打开真空泵；启动热泵机组一，打开蒸发器一，关闭蒸发器二；从烘干炉排出的水汽经水冷管路11排出，并经过蒸发器一冷凝成水排出；给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】。此为第一个烘干过程。

3】关闭水冷管路11，打开排风管路，打开热泵机组一的蒸发器二，关闭热泵机组一蒸发器一，直至烘干结束。此为第二个烘干过程。

采用热泵机组三时，热泵烘干方法，包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉；优选的，所述烘干炉中添加有生物菌；

2】给烘干炉加热；打开水冷管路11，关闭排风管路；有真空泵时，打开真空泵；从烘干炉排出的水汽经水冷管路11排出；启动热泵机组三，打开蒸发器一，关闭热泵机组一；给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】。

3】关闭水冷管路11，打开排风管路、风机，打开热泵机组一的蒸发器二，关闭热泵机组三的蒸发器一，直至烘干结束。

优选的，水冷管路11与蒸发器一6换热后通过冷凝器二25与储水箱12连接，冷凝器二25可以选择风冷冷凝器、板式换热器、套管换热器等，冷凝器二用来给未完全冷却的液态水进行降温，回收热量，提高能效比。

实施例五

在实施例一或者实施例二或者实施例三或者实施例四的基础上，加热烘干炉时，采用的供热装置包括但不限于以下结构：供热装置包括加热循环管路22、位于加热循环管路22中的流体介质、串接在加热循环管路22中的循环泵18以及给流体介质加热的装置，也即加热循环管路22的热源。

给流体介质加热的装置可以是电辅加热装置，电辅加热装置位于加热循环管路22上，给流体介质加热的装置也可以是热泵机组一的冷凝器一，加热循环管路22与热泵机组一的冷凝器一进行换热，吸收冷凝器一的热量。优选的，两者可以同时存在，电辅加热装置可以快速给烘干炉升温，提供烘干炉的初始热量，冷凝器一对水冷管路11散发出的热量进行回收，减少热能流失。

加热循环管路22的一部分位于烘干炉20中，用于给烘干炉20提供热量。具体的，烘干炉20中设置有搅拌装置，搅拌装置的中心轴为中空轴，中空轴可以作为加热循环管路22的一部分管路，也可以在其他部分另外布局管路。加热循环管路22中的流体介质为导热性能良好的液体。

烘干炉上设置有测温头和真空计。

本实施例中，热泵烘干方法，包括以下步骤：

1】物料送入烘干炉；优选的，所述烘干炉中添加有生物菌；

2】打开循环泵18；打开电辅加热装置，给介质加热，从而给烘干炉加热；打开水冷管路11，关闭排风管路，有真空泵时，打开真空泵，进行抽真空，打开热泵机组一，使热泵机组一的蒸发器一与水冷管路11换热使水汽冷凝，热泵机组一的冷凝器一与加热循环管路22进行热交换使加热循环管路22中的流体介质变热，给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】；

3】关闭水冷管路11，打开排风管路、风机，打开热泵机组一的蒸发器二，依靠生物菌产生的热量烘出带烘干物料中的水分，经蒸发器二冷凝成水排出，直至烘干结束。

实施例六

在实施例一至五的基础上，热泵机组可以设置多组，例如在图1中，包括一组热泵机组一和多组热泵机组二。

热泵机组一可以采用以下两种结构中的任一一种。

热泵机组一的第一种结构：如图3，包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、蒸发器二10、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经节流装置一3、换热器一4的M通道回到压缩机1，另一路经换热器一4的N通道、节流装置二5、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换，蒸发器一6和蒸发器二10并联。蒸发器一6用来对真空泵从烘干炉抽出来的水汽进行除湿。蒸发器二10用于对风机从烘干炉抽出的水汽进行除湿。

热泵机组一的第二种结构：将热泵机组一的第一种结构中的节流装置一3和换热器一4的M通道位置对调，同时节流装置二5与换热器一4的N通道的位置对调，即所述热泵机组一包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、蒸发器二10、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经换热器一4的M通道、节流装置一3回到压缩机1，另一路经节流装置二5、换热器一4的N通道、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换，蒸发器一6和蒸发器二10并联。

如图2，热泵机组二可以采用以下两种结构中的任一一种，即相对于热泵机组一，热泵机组二不包括蒸发器二10。

热泵机组二的第一种结构，所述热泵机组二包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经节流装置一3、换热器一4的M通道回到压缩机1，另一路经换热器一4的N通道、节流装置二5、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换；

热泵机组二的第二种结构，所述热泵机组二包括压缩机1、冷凝器一2、换热器一4、蒸发器一6、节流装置一3、节流装置二5，所述压缩机1排出的高压高温气体通过冷凝器一2后分为两路，一路经换热器一4的M通道、节流装置一3回到压缩机1，另一路经节流装置二5、换热器一4的N通道、蒸发器一6后回到压缩机1，所述换热器一4的M通道和N通道进行热交换。

优选的，蒸发器一6可以选择套管换热器，具有抗腐蚀的优点。冷凝器一2可以选择板式换热器，换热器一4也可以选择板式换热器，节流装置一3为热力膨胀阀或者电子膨胀阀，节流装置二5为电子膨胀阀或者热力膨胀阀。蒸发器一6和冷凝器一2之间还可以选择性的设置有储液罐7、过滤器8、视液镜9等。蒸发器二10为翅片换热器。蒸发器一6和蒸发器二10所在的支路上均设置有电磁阀，以便使两个支路之间可以切换。

水冷管路可以是一根管路下来依次与每组热泵机组的蒸发器一6串联换热，水冷管路也可以是主管路分支下来并联换热，即水冷管路的每个分支分别与一组热泵机组的蒸发器一6换热，优选并联换热，如图3中所示，此时水冷管路的每个分支上都可以自动开启与关闭。

优选的，加热循环管路22还与热泵机组的冷凝器一2进行换热。加热循环管路22可以是一根管路下来依次与每组热泵机组的冷凝器一2串联换热，加热循环管路22可以是一根管路分支下来并联换热，即加热循环管路22的每个分支分别与一组热泵机组的冷凝器一2并联换热，优选并联换热，如图3中所示，此时加热循环管路22的每个分支上都可以自动切断和开启该支路。冷凝器吸收蒸发器换热吸收的热量用于加热循环管路中的介质，介质再把热量送到被加热的烘干炉中。

本实施例的运行过程是：

1】物料送入烘干炉；

2】打开循环泵18；打开电辅加热装置，给介质加热，从而给烘干炉加热；打开水冷管路11，关闭排风管路，有真空泵时，打开真空泵，进行抽真空；待烘干炉温度达到设定值时，热泵机组依次开始工作，使热泵机组一的蒸发器一和热泵机组二的蒸发器一与水冷管路11换热使水汽冷凝，热泵机组一和热泵机组二的冷凝器一与加热循环管路22进行热交换使加热循环管路22中的流体介质变热，给烘干炉加热到生物菌的发酵温度后，进入步骤3】；

3】关闭水冷管路，打开排风管路、风机，打开蒸发器二，关闭所有热泵机组的蒸发器一，直至烘干结束。

在此过程中，能效比可以达到4.5kg.水/kw.h。

本实施例的真空热泵烘干系统尤其适用于污泥烘干、餐厨垃圾烘干、鱼粉烘干等在烘干过程中可被搅拌而不受影响使用性质的物料。

效果说明：以烘干3000kg污泥为例，其湿度为80%，要求湿度由80%降低到30%。

则出水量：3000kg*0.72=2160kg；第一个烘干过程湿度由80%降到60%，除掉1.5吨水，第二个烘干过程湿度由60%降到30%，除掉0.6吨水。

设计烘干时间：24h，则平均出水量：2160kg/24h=90kg/h

设计使用压缩机2台：12HP

设计烘干温度：50℃~60℃

在此情况下：压缩机功率：7.7*2=15.4KW

其他电机功率：5kw

除湿效率为：90÷（15.4+5）=4.41kg水/kw.h。