太阳能辅助热泵干燥系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种太阳能辅助热泵干燥系统。本发明包括干燥室、热泵，还包括太阳能溶液再生器、内热/绝热两用型填料塔和绝热型填料塔；本发明提供了一种在全年不同季节能够充分利用太阳能的热泵干燥系统，在太阳能充裕的情况下利用太阳能对除湿后的稀溶液进行加热并再生，太阳能不足时利用热泵辅以太阳能实现对空气的除湿及加热过程，保证系统能够高效稳定的运行。采用溶液除湿方式时，溶液与空气直接接触，换热温差小，不可逆损失较小，可解决传统冷凝除湿方式存在的能耗较大问题；同时，溶液再生热以及部分加热空气的热量来自于太阳能，这部分能量可无偿利用，使得该系统在全年运行时节能效果显著。
【专利说明】太阳能辅助热泵干燥系统
【技术领域】
[0001]本发明属于干燥系统【技术领域】，具体涉及一种利用溶液除湿/加热技术的太阳能辅助热泵干燥系统。
【背景技术】
[0002]由于热泵干燥器能有效地回收利用空气中的热量，因此其运用越来越广泛。在热泵干燥器干燥室内对物料进行干燥后的空气湿度较大，传统的热泵干燥器采用冷凝除湿的方法对空气进行除湿:从干燥室出来的湿空气先经过热泵蒸发器将空气温度降低到露点温度以下析出水蒸气，然后再经过热泵冷凝器对除湿后的干空气升温最后送入干燥室对物料进行干燥。如此湿空气需先经过蒸发器降温，再经过冷凝器进行升温，造成了一定的能源损失，且热泵对湿空气冷凝除湿时蒸发温度需达到空气露点温度以下，因此热泵系统COP较低。
[0003]当湿空气与溶液直接接触时，二者之间的换热温差小，除湿时其除湿效率高，并且溶液还具有捕尘、杀菌等优点可对空气进行净化处理；而且，溶液的再生和吸热过程可利用太阳能这种可再生清洁能源来实现。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对传统热泵干燥系统能耗较大和热泵系统COP较低的问题，提供一种太阳能辅助热泵干燥系统，该系统利用太阳能对溶液进行升温和再生，而溶液则用来除湿并加热空气。
[0005]本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的:该太阳能辅助热泵干燥系统，包括干燥室、通过空气管道连接于干燥室的排风口与进风口之间的热泵；所述热泵包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置，所述干燥室的进风口安装有风机；其特点是:它还包括太阳能溶液再生器、内热/绝热两用型填料塔和绝热型填料塔；所述太阳能溶液再生器的溶液出口通过溶液管道依次与内热/绝热两用型填料塔和绝热型填料塔串联，绝热型填料塔的溶液出口再与太阳能溶液再生器的溶液进口连接；所述干燥室的排风口还通过空气管道依次与绝热型填料塔和内热/绝热两用型填料塔串联，内热/绝热两用型填料塔的排风口再与干燥室的进风口连接；所述绝热型填料塔的排风口同时还连接到热泵冷凝器的进气口上，热泵冷凝器的出气口与干燥室的进风口连接；所述太阳能溶液再生器的溶液进口和溶液出口的溶液管道上分别安装有电磁阀；所述干燥室排风口的两个分支空气管道上和干燥室进风口的两个分支空气管道上、所述绝热型填料塔的排风口的两个分支空气管道上、所述热泵冷凝器的进气口的两个分支空气管道上分别安装有风阀。
[0006]具体地说，所述内热/绝热两用型填料塔是在绝热型填料塔的基础上，在塔内安装有盘管，盘管的制冷剂进口和制冷剂出口通过制冷剂管道与热泵压缩机连接，盘管的制冷剂进口和制冷剂出口的制冷剂管道上分别安装有电磁阀；内热/绝热两用型填料塔的顶部设有排风口，排风口上安装有风阀，内热/绝热两用型填料塔的底部进风口还设有空气管道与大气联通，该空气管道上安装有风阀。
[0007]本发明的太阳能辅助热泵干燥系统，在太阳能充裕时段，可采用溶液对在干燥室内对物料干燥后的湿空气进行除湿并对除湿后的空气加热，然后利用太阳能实现对溶液的再生和升温，此时的内热/绝热两用型填料塔中的盘管内因无热流体输入故为绝热型填料塔；在过渡季节或冬季气温相对较高但太阳能又不足时段，采用溶液对在干燥室内对物料干燥后的湿空气进行除湿并利用热泵冷凝器中的冷凝热对除湿后空气进行加热，并利用太阳能对溶液进行预热然后进入内热/绝热两用型填料塔内再生，此时的内热/绝热两用型填料塔中的盘管内因输入了压缩机出口的部分高温制冷剂故为内热型填料塔；在冬季气温偏低太阳能无利用价值时段，系统则为一个传统的热泵干燥系统。本发明系统在传统热泵干燥系统的基础上，采用溶液除湿与冷凝除湿相结合，溶液的再生和加热过程可以利用太阳能，因此，相对传统热泵干燥系统，全年能耗较小，效率高。
[0008]本发明的工作原理及工作过程如下:
[0009]系统在太阳能充裕的情况下，系统运行包括干燥室、绝热型填料塔、内热/绝热两用型填料塔和太阳能溶液再生器。干燥室实现对物料的干燥过程，干燥后的湿空气送入绝热型填料塔内。绝热型填料塔实现对湿空气的除湿过程，从内热/绝热两用型填料塔送出的溶液从绝热型填料塔上部向下喷淋与从绝热型填料塔下部进入的湿空气直接接触，溶液与湿空气发生热质交换，浓溶液变成稀溶液后送入太阳能溶液再生器内，湿空气除湿后变为干空气送入内热/绝热两用型填料塔内。内热/绝热两用型填料塔实现对干空气的加热过程，内热/绝热两用型填料塔盘管阀门关闭，不向填料塔输送热量，因此此时该填料塔为一个绝热型填料塔；从太阳能溶液再生器内送出的溶液直接送入内热/绝热两用型填料塔内与从绝热型填料送出的干空气直接接触，从太阳能再生器送出的溶液温度相对较高而干空气温度相对较低，溶液在填料塔内可对干空气进行加热，加热后的干空气送入干燥室对物料进行干燥，溶液继续送入绝热型填料塔对湿空气进行除湿。太阳能再生器利用太阳能提高溶液温度并实现对溶液的再生过程。从干燥室出来的湿空气送入绝热型填料塔除湿，除湿之后的干空气送入内热/绝热两用型填料塔加热，加热后干空气送入干燥室继续干燥；从太阳能溶液再生器内出来的溶液送入内热/绝热两用型填料塔内对干空气加热,力口热后溶液送入绝热型填料塔对湿空气除湿，除湿后溶液送入太阳能溶液再生器再生，如此形成循环。
[0010]系统在过渡季节或冬季气温较高时段但太阳能又不足的情况下，系统运行包括干燥室、绝热型填料塔、内热/绝热两用型填料塔、太阳能溶液再生器以及热泵。干燥室实现对物料的干燥过程，干燥后的湿空气送入绝热型填料塔内。绝热型填料塔实现对湿空气的除湿过程，从内热/绝热两用型填料塔送出的溶液从绝热型填料塔上部向下喷淋与从绝热型填料塔下部进入的湿空气直接接触，溶液与空气发生热质交换，浓溶液变成稀溶液后送入太阳能溶液再生器内，湿空气除湿后变为干空气送入热泵冷凝器内。内热/绝热两用型填料塔实现对溶液的再生过程，由于该时段太阳能无法提供所需的溶液再生热，所以利用热泵压缩机出口部分高温制冷剂来补偿再生热，在内热/绝热两用型填料塔内实现对溶液的再生过程。内热/绝热两用型填料塔盘管阀门打开，盘管内输入压缩机出口处的部分高温制冷剂，因此此时该填料塔为一个内热型填料塔。从太阳能溶液再生器内送出的溶液送入内热/绝热两用型填料塔内，与送入填料塔的空气发生热质交换，稀溶液变成浓溶液后送入绝热型填料塔内，盘管内的制冷剂降温后返回压缩机，空气直接排入大气中。热泵产生的热量，一部分输送至内热/绝热两用型填料塔以实现对溶液的再生过程，一部分在冷凝器内实现对干空气的加热过程。此时热泵不需要对湿空气进行冷凝除湿，所以热泵可以采用较高的蒸发温度，这使得热泵系统的COP大幅提高。太阳能再生器利用太阳能实现对溶液的预热过程，从绝热型填料塔内出来的稀溶液先通过太阳能溶液再生器预热后再送入内热/绝热两用型填料塔。从干燥室出来的湿空气送入绝热型填料塔对空气进行除湿，除湿之后的干空气送入热泵冷凝器加热，加热后干空气送入干燥室继续干燥；从太阳能溶液再生器内预热后的溶液送入内热/绝热两用型填料塔内进行再生，然后溶液送入绝热型填料塔对湿空气除湿，除湿后溶液送入太阳能溶液再生器预热，如此形成循环。
[0011]系统在冬季气温偏低太阳能无利用价值的情况下，系统运行模式为一传统的热泵干燥系统，采用冷凝除湿的方法对空气进行除湿，系统运行包括干燥室和热泵。从干燥室出来的湿空气先经过热泵蒸发器进行降温除湿，冷却干燥后的空气再送入热泵冷凝器中，低温干燥空气吸收制冷剂在冷凝器中冷凝时释放的热量，变成干燥的热空气，再由风机送入干燥室，如此形成循环。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例的系统原理结构示意图。
[0013]图2是本发明实施例的系统夏季工况运行时的原理结构示意图。
[0014]图3是本发明实施例的系统过渡季节工况运行时的原理结构示意图。
[0015]图4是本发明实施例的系统冬季工况运行时的原理结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0017]参见图1，本实施例包括干燥室3、通过空气管道连接于干燥室3的排风口与进风口之间的热泵2 ;热泵2包括蒸发器7、冷凝器10、压缩机8和节流装置9，干燥室3的进风口安装有风机11。从图1中可见，它还包括太阳能溶液再生器1、内热/绝热两用型填料塔5和绝热型填料塔4。太阳能溶液再生器I的溶液出口通过溶液管道依次与内热/绝热两用型填料塔5和绝热型填料塔4串联，绝热型填料塔4的溶液出口再与太阳能溶液再生器I的溶液进口 a连接。干燥室3的排风口还通过空气管道依次与绝热型填料塔4和内热/绝热两用型填料塔5串联，内热/绝热两用型填料塔5的排风口再与干燥室3的进风口连接。绝热型填料塔4的排风口同时还连接到热泵冷凝器10的进气口上，热泵冷凝器10的出气口与干燥室3的进风口连接。太阳能溶液再生器I的溶液进口和溶液出口的溶液管道上分别安装有电磁阀13和电磁阀12 ;从图1中还可见，干燥室3排风口的两个分支空气管道上和干燥室进风口的两个分支空气管道上分别安装有风阀16、风阀17、风阀18、风阀19，绝热型填料塔4的排风口的两个分支空气管道上分别安装有风阀20、风阀21，热泵冷凝器10的进气口的两个分支空气管道上分别安装有风阀22、风阀23。太阳能溶液再生器I为现有技术，在此不再详述，其中6表示为风机。
[0018]参见图1，本实施例的内热/绝热两用型填料塔5是在绝热型填料塔4的基础上，在塔内安装有盘管，盘管的制冷剂进口和制冷剂出口通过制冷剂管道与热泵压缩机8连接，盘管的制冷剂进口和制冷剂出口的制冷剂管道上分别安装有电磁阀14和电磁阀15 ;内热/绝热两用型填料塔5的顶部设有排风口，排风口上安装有风阀25，内热/绝热两用型填料塔5的底部进风口还设有空气管道与大气联通，该空气管道上安装有风阀24。绝热型填料塔4为现有技术，在此不再详述。
[0019]系统在夏季太阳能充裕时段运行时，系统电磁阀12、13开启，电磁阀14、15、关闭；风阀17、18、21开启，风阀16、19、20、22、23、24、25关闭，系统运行主要设备太阳能溶液再生器1、干燥室3、绝热型填料塔4和内热/绝热两用型填料塔5，系统运行参见图2。从干燥室3送出的湿空气送入绝热型填料塔4内，在绝热型填料塔4内湿空气与溶液发生热质交换，湿空气在绝热型填料塔4内被除湿后送入内热/绝热两用型填料塔5中进一步除湿并加热升温，获得的干燥热空气送入干燥室3内干燥物料。溶液从太阳能溶液再生器I送出后进入内热/绝热两用型填料塔5对干空气进行除湿并加热，再送入绝热型填料塔4对湿空气除湿，除湿后溶液送入太阳能溶液再生器I内，然后利用太阳能与风机6送入的空气对溶液再生并提升溶液温度，继续送入内热/绝热两用型填料塔5内，如此形成循环。
[0020]系统在太阳能不足时段运行时，电磁阀12、13、14、15开启；风阀17、19、20、22、24、25开启，风阀16、18、21、23关闭，系统运行主要设备太阳能溶液再生器1、热泵2、干燥室3、绝热型填料塔4和内热/绝热两用型填料塔5，系统运行参见图3。从干燥室3送出的湿空气进入绝热型填料塔4内，在绝热型填料塔4内与溶液发生热质交换，湿空气被除湿，除湿后的干空气送入热泵冷凝器10进行加热，加热后的热干空气送入干燥室3内继续干燥物料；溶液在太阳能溶液再生器I内预热后送入内热/绝热两用型填料塔5内，然后利用热泵压缩机8出口处的部分热量补偿所需的再生热，再生后的溶液送入绝热型填料塔4内对湿空气进行除湿，除湿后溶液送入太阳能溶液再生器I ;热泵压缩机8出口处的高温制冷剂送入内热/绝热两用型填料塔5内，对溶液加热后制冷剂返回热泵压缩机8，如此形成循环。
[0021]系统在太阳能无利用价值时段运行时，电磁阀全部关闭，风阀16、19、23开启，风阀17、18、20、21、22、24、25关闭。此时系统运行的主要设备为热泵2和干燥室3，系统运行参见图4，此时系统的除湿方式为传统的冷凝除湿方式。从干燥室3送出的湿空气经过热泵蒸发器7进行降温除湿，冷却干燥后的空气再送入热泵冷凝器9中，低温干燥空气吸收冷凝器中制冷剂的热量，变成干燥的热空气，再由风机11送入干燥室，如此形成循环。
【权利要求】
1.一种太阳能辅助热泵干燥系统，包括干燥室、通过空气管道连接于干燥室的排风口与进风口之间的热泵；所述热泵包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置，所述干燥室的进风口安装有风机；其特征在于:它还包括太阳能溶液再生器、内热/绝热两用型填料塔和绝热型填料塔；所述太阳能溶液再生器的溶液出口通过溶液管道依次与内热/绝热两用型填料塔和绝热型填料塔串联，绝热型填料塔的溶液出口再与太阳能溶液再生器的溶液进口连接；所述干燥室的排风口还通过空气管道依次与绝热型填料塔和内热/绝热两用型填料塔串联，内热/绝热两用型填料塔的排风口再与干燥室的进风口连接；所述绝热型填料塔的排风口同时还连接到热泵冷凝器的进气口上，热泵冷凝器的出气口与干燥室的进风口连接；所述太阳能溶液再生器的溶液进口和溶液出口的溶液管道上分别安装有电磁阀；所述干燥室排风口的两个分支空气管道上和干燥室进风口的两个分支空气管道上、所述绝热型填料塔的排风口的两个分支空气管道上、所述热泵冷凝器的进气口的两个分支空气管道上分别安装有风阀。
2.根据权利要求1所述太阳能辅助热泵干燥系统，其特征在于:所述内热/绝热两用型填料塔是在绝热型填料塔的基础上，在塔内安装有盘管，盘管的制冷剂进口和制冷剂出口通过制冷剂管道与热泵压缩机连接，盘管的制冷剂进口和制冷剂出口的制冷剂管道上分别安装有电磁阀；内热/绝热两用型填料塔的顶部设有排风口，排风口上安装有风阀，内热/绝热两用型填料塔的底部进风口还设有空气管道与大气联通，该空气管道上安装有风阀。
【文档编号】F26B25/00GK103471374SQ201310453060
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】李永存, 熊慧灵, 高旭, 林爱晖, 邹声华, 王海桥, 王卫军, 刘荣华, 刘何青 申请人:湖南科技大学