一种外热启动与深度除湿的烘干装置的制作方法

本发明涉及干燥热泵设计
技术领域：
，尤其涉及一种外热启动与深度除湿的烘干装置。
背景技术：
：将热泵运用于含湿物料例如潮湿谷物的中低温干燥，具有鲜明的节能环保的特点，已经引起了热工
技术领域：
和社会各界的高度关注。相当多的的热泵空调企业，试水谷物热泵干燥，木材热泵干燥，烟叶、大枣、枸杞、葡萄、黑木耳、中草药等等农产品热泵干燥，米粉、面条、海产品、腌腊制品等等食物制品热泵干燥，取得了不俗的业绩。但是，热泵用于谷物干燥，还存在着如下关键技术问题：一、制取高温空气将使热泵制热能效比大幅降低通常，为了提高干燥强度和干燥效率，采取提高干燥装置进风温度的做法，也就是通过提高干燥空气的温度来提高干燥空气的焓值、降低干燥空气的相对湿度，从而提高干燥空气对含湿物料的加热能力和吸湿能力；但是，如果不是采用燃煤热风炉等等化石热源，而是采用热泵作为干燥热风的热源，那么，提高干燥装置进风温度以提高干燥空气对含湿物料的加热能力和吸湿能力的做法，就是“杀敌一千自损八百”，甚至“杀敌八百自损一千”，技术上、经济上都得不偿失。从下面的美国complan压缩机在不同蒸发温度与不同冷凝温度下的制热量测试报告中，可以得到如下关于热泵制热特性的重要结论：①热泵冷凝器的制热功率主要由蒸发温度(蒸发压力)决定，与蒸发温度正相关！②热泵系统的循环温升(冷凝温度-蒸发温度)决定制热能效比，并且循环温升与制热能效比负相关！在下表中，h-制热量，p-输入功率；系统过冷度sc＝8℃，回气过热度sh＝11℃1.热泵冷凝器的制热功率与蒸发温度正相关请看美国complan公司zwkse压缩机测试报告中冷凝器制热功率与蒸发温度(蒸发压力)的逻辑关系；在同一个冷凝温度(例如65℃)下，冷凝器制热功率在不同的蒸发温度时差别很大：蒸发温度每提高10℃，制热功率提高25％左右；zwkse压缩机驱动的热泵系统，冷凝器在蒸发温度-30℃与+15℃时的制热功率分别为4315w、12544w，相差190％。而在同一个蒸发温度(例如10℃)下，热泵机组在不同冷凝温度时的制热功率如下表：冷凝温度℃6555453525制热功率w1105911183113841163111903在同一个蒸发温度10℃条件下，热泵机组在25℃～65℃的不同冷凝温度时的制热功率11kw以上，在11～12kw之间，相差≤8％；这说明：热泵冷凝器的制热功率主要由蒸发温度(蒸发压力)决定，与蒸发温度正相关。2.热泵机组的循环温升与制热能效比负相关请看美国complan公司zwkse压缩机测试报告中的三个典型工况：①循环温升10℃(冷凝温度25℃蒸发温度15℃)工况在冷凝温度25℃蒸发温度15℃工况下，热泵系统的循环温升为10℃(冷凝温度25℃-蒸发温度15℃)，热泵机组的制热能效比(制热功率/电机功率)高达13860w/1427w＝9.7；如果加上风机电功率等因素，制热能效比也将达到7左右的水平；②循环温升60℃(冷凝温度65℃蒸发温度5℃)工况在冷凝温度65℃蒸发温度5℃工况下，循环温升为60℃，热泵机组的制热能效比降低到9774w/3187w＝3.1，而这3187w只是压缩机的电功率，如果加上风机电功率以及蒸发器将出现反转化霜系统不制热等等因素，全程制热能效比将降低到接近于2的水平；③循环温升95℃(冷凝温度65℃蒸发温度-30℃)工况在冷凝温度65℃蒸发温度-30℃工况下，循环温升达到95℃，热泵机组的制热能效比只有4315w/2853w＝1.52，而这2853w只是压缩机的电功率，如果加上风机电功率以及蒸发器反转化霜系统不制热等等因素，全程制热能效比将降低到接近于1的水平，热泵的节能特性丧失殆尽。上述美国complan公司zwkse压缩机测试报告表明：热泵制热能效比，与热泵系统的循环温升(冷凝温度-蒸发温度)成负相关关系；循环温升越低，制热能效比越高；循环温升越高，制热能效比越低，并且循环温升每扩大10℃，制热能效比降低20％左右；当循环温升达到60℃以上，热泵机组的经济性将会很差。二、干燥装置出风粉尘排放污染大气环境干燥过程中，谷物自身携带的和裹挟的谷毛、谷衣和泥土粉尘，在干燥装置中被干燥热风脱去水分之后，变得轻盈、稀松，肆意脱离谷物主体，随着干燥装置的出风排入大气环境，成为大气污染物的重要来源。技术实现要素：针对现有技术中干燥系统存在的问题，本发明提供了一种外热启动与深度除湿的烘干装置，包括热泵系统、干燥部分、与干燥部分相连通的干燥介质流入通道和流出通道，所述流入通道的输入端与所述流出通道的输出端连通，构成一供干燥介质循环的回路；所述干燥部分包括有两个或两个以上的干燥间；所述热泵系统包括至少一组单冷型热泵机组和至少一组冷暖型热泵机组；所述单冷型热泵机组包括有相连的第一压缩机、冷凝器、第一节流阀和蒸发器，所述冷凝器均设置在所述干燥介质流入通道内，至少一个蒸发器设置在所述流出通道内；所述冷暖型热泵机组包括有第一换热器、第二换热器、第二节流阀、第二压缩机和换向四通阀，所述第一换热器一端连接所述第二换热器的一端且之间连接有第二节流阀，所述第一换热器另一端、第二换热器的另一端以及第二压缩机的两端均连接所述换向四通阀；所述第一换热器位于所述流入通道与所述流出通道之间的通道上，所述第二换热器位于外部空气内。较佳地，所述第一换热器位于远离所述干燥部分的冷凝器的进风侧。较佳地，两个或两个以上的所述干燥间相并联，所述流入通道的输出端连接有一分配管，由所述流入通道输出的干燥介质通过所述分配管流向各个所述干燥间；两个或两个以上的干燥间还通过一汇总管与所述流出通道的输入端连接，由各个所述干燥间流出的干燥介质通过所述汇总管汇总流入到所述流出通道内。较佳地，所述热泵系统包括有两套或两套以上的单冷型热泵机组；所有单冷型热泵机组内的冷凝器自所述流入通道的进口开始向所述干燥间顺序排列设置，其每套相对应的且位于所述流出通道内的蒸发器自所述流出通道的出口开始向所述干燥间顺序排列设置。较佳地，所述热泵系统至少包括有三套热泵机组，其中至少两套所述热泵机组的蒸发器位于所述干燥介质流出通道内，至少一套所述热泵机组的蒸发器位于干燥介质流出通道外部大气环境内。较佳地，各所述冷凝器到所述干燥间之间的位置远近顺序，与其对应组的蒸发器到干燥间的位置远近顺序一致。较佳地，所述干燥介质为承载热量并且传递热量能够直接地或间接地加热含湿物料推动含湿物料中水分蒸发的介质，所述干燥介质采用空气或氮气或二氧化碳等等干燥介质。本发明提供的一种外热启动与深度除湿的烘干装置由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：1、本发明通过设置带四通阀的冷暖型热泵机组，在干燥系统启动时，通过调节四通阀，使得内置的第一换热器作为冷凝器使用，外置的第二换热器作为蒸发器使用；置于环境空气中的第二换热器吸收外部环境空气的热量，经热泵注入置于干燥系统内部的第一换热器，将由外部第二换热器吸收的热量加上第二压缩机的压缩功而组成的总热量释放给干燥系统内部空气，从而快速提升了干燥系统的热负荷，加快了启动进程；2、本发明通过设置带四通阀的冷暖型热泵机组，在干燥运行过程中，通过调节四通阀，使得内置的第一换热器作为蒸发器使用，外置的第二换热器作为冷凝器使用；第二换热器对单冷型热泵机组的蒸发器组之后的低温饱和空气再次进行降温除湿，吸收水蒸汽的冷凝热和少量空气显热，再注入外置的第一换热器，将干燥系统内的热量(主要是低温饱和空气中水蒸汽冷凝热)排往烘干装置之外，大幅降低了干燥系统内部冷凝器组入口空气的绝对含湿量，提高了干燥系统内循环空气的干燥能力、载湿能力；3、本发明采用热量梯级回收干燥空气梯级加热的单冷型热泵机组模块，大幅降低了各套单冷型热泵机组自身的冷凝器与蒸发器之间的循环温升、压差和压缩比，大幅度提高了各套热泵系统的制热功率和制热能效比，从而大幅度提高了整机的制热功率和制热能效比；4、本发明采用干燥气流闭路循环，运行中，单冷型热泵机组和带四通阀冷暖型热泵机组的第一换热器的翅片上的冷凝水水膜，吸附溶解了干燥装置出风中的粉尘，粉尘与冷凝水混合之后排入下水道，彻底解决了干燥装置含尘出风对环境大气的影响；5、本发明包括有两个或两个以上并联的干燥间，实现了一个大型热泵机组同时拖动多个干燥间的“一拖多”的运行模式，与物料干燥产业化商业化、干燥机大型化自动化的发展趋势相契合，并且相对于“一拖一”模式，大量地节约了风机、电控箱、除尘过滤设备等的设置，在降低投资的同时，还提高了设备的运行效率。附图说明结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：图1为本发明实施例一中外热启动与深度除湿的烘干装置的结构示意图；图2为本发明实施例二中外热启动与深度除湿的烘干装置的结构示意图；图3为本发明实施例二中干燥间的结构示意图；图4为本发明实施例二中烘干小车的结构示意图；图5为本发明实施例二中托盘的结构示意图；图6为本发明实施例三中外热启动与深度除湿的烘干装置的结构示意图；图7为本发明实施例三种干燥间的结构示意图。具体实施方式参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本
技术领域：
的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。本发明提供了一种外热启动与深度除湿的烘干装置，包括热泵系统、干燥部分、与干燥部分相连通的流入通道和流出通道，流入通道的输入端与流出通道的输出端连通，构成一供干燥介质循环的回路；干燥部分包括有两个或两个以上的干燥间；热泵系统包括至少一组单冷型热泵机组和至少一组冷暖型热泵机组；单冷型热泵机组包括有相连的第一压缩机、冷凝器、第一节流阀和蒸发器，冷凝器均设置在流入通道内，至少一个蒸发器设置在流出通道内；冷暖型热泵机组包括有第一换热器、第二换热器、第二节流阀、第二压缩机和换向四通阀，第一换热器一端连接第二换热器的一端且之间连接有第二节流阀，第一换热器另一端、第二换热器的另一端以及第二压缩机的两端均连接换向四通阀；第一换热器位于流入通道与流出通道之间的通道上，第二换热器位于外部空气内。进一步的，热泵系统包括有两套或两套以上的单冷型热泵机组；所有单冷型热泵机组内的冷凝器自流入通道的进口开始向所干燥间顺序排列设置，其每套相对应的且位于流出通道内的蒸发器自流出通道的出口开始向干燥间顺序排列设置。较优的，各冷凝器到所述干燥间之间的位置远近顺序，与其对应组的蒸发器到干燥间的位置远近顺序一致。其中，干燥间的设置数量可根据具体情况进行调整，可以只有两个，也可以为3、4、5、6……，此处不做限制，且多个干燥间呈并联关系。干燥间的具体结构形式本发明也不做限制，可根据被干燥物来进行调整，例如可以为干燥塔，可以为干燥房屋等。其中，热泵系统包括的各热泵机组的组数可根据具体情况来进行调整，此处不做限制。该烘干装置烘干的工作原理是：1、烘干原理用于干燥的介质进入流入通道中，流经冷凝器组被梯级加热成高温干燥的介质，然后被注入到干燥部分的各个干燥间内，与干燥间的被干燥物进行湿热交换之后，降温放出显热，推动被干燥物内的水分蒸发汽化，混合成暖湿介质，从各干燥间排出；由各干燥间排出的暖湿介质，汇合起来排送到流出通道中，流经蒸发器组被梯级降温放出显热，并深度除湿滤除水分，成为低温饱和介质；由流出通道排出的底纹饱和介质在被输送到流入通道内，被冷凝器组加热呈高温干燥的戒指，其干燥吸湿能力获得再生，开始下一个循环；如此循环往复，直至被干燥物烘干。2、热泵系统工作原理(1)外热启动过程在烘干装置启动时，通过对换向四通阀的调节将冷暖型热泵机组设置成“取暖”模式，即第一换热器作为冷凝器使用，第二换热器作为蒸发器使用；通过外置于环境空气中的第二换热器吸收外部环境空气的热量，经热泵注入置于干燥系统内部的第一换热器，将由第二换热器吸收的热量加上第二压缩机的压缩功而组成的总热量释放给干燥系统内部空气，以快速提升干燥系统的热负荷来加快启动进程；由于烘干装置启动时，烘干装置内部干燥介质和被干燥物的温度，与环境空气温度相差不大，所以带四通阀的冷暖型热泵系统吸收环境空气热量来加热干燥系统内部空气和物料，即执行“外热启动”任务时，该热泵系统的循环温升较小，制热能效比较高；(2)深度除湿过程在烘干装置完成启动进入运行之后，由于干燥系统已经具有较高的热负荷，并且还有单冷型热泵机组的第一压缩机功率作为“净功率”对闭路循环干燥系统形成持续的能量注入，干燥系统内部的温度将呈现缓慢爬升；此时，将冷暖型热泵机组设置成“制冷”模式，即第一换热器作为蒸发器使用，第二换热器作为冷凝器使用；在对内循环干燥气流进行热量梯级回收的单冷型热泵机组的蒸发器组之后，通过第一换热器(此时作为蒸发器)对单冷型热泵机组的蒸发器组之后的低温饱和空气再次进行降温除湿，吸收水蒸汽的冷凝热和少量空气显热，再注入外置第二换热器(此时作为冷凝器)，将干燥系统内的热量(主要是低温饱和空气中水蒸汽冷凝热)排往干燥系统之外，以进一步降低农产品干燥系统内部空气的绝对含湿量，提高干燥系统内循环空气的干燥能力、载湿能力；由于干燥系统内部从事热量梯级回收的单冷型热泵机组的蒸发器组之后的低温饱和空气，相对湿度为100％或者接近100％，所以该低温饱和空气的焓值依然比较高，与相对湿度在50％左右的环境空气相比，焓值接近甚至稍高一些；因此，工作在干燥系统内低温饱和空气与环境空气之间的带四通阀冷暖型热泵，蒸发温度较高、循环温升较低，该热泵机组的吸热功率较高、制热能效比较高。本发明提供的外热启动与深度除湿的烘干装置，具有以下优点：1、本发明通过带换向四通阀冷暖型热泵机组的设置，实现外热启动和深度除湿的功能，加快了启动过程，提高了干燥能力；2、本发明采用干燥气流闭路循环，单冷型热泵机组和带四通阀冷暖型热泵机组的第一换热器的翅片上的冷凝水水膜，吸附溶解了干燥装置出风中的粉尘，粉尘与冷凝水混合之后排入下水道，彻底解决了干燥装置含尘出风对环境大气的影响；3、本发明包括有两个或两个以上并联的干燥间，实现了一个大型热泵机组同时拖动多个干燥间的“一拖多”的运行模式，与物料干燥产业化商业化、干燥机大型化自动化的发展趋势相契合，并且相对于“一拖一”模式，大量地节约了风机、电控箱、除尘过滤设备等的设置，在降低投资的同时，还提高了设备的运行效率；4、本发明采用热量梯级回收干燥空气梯级加热的单冷型热泵机组模块，大幅降低了各套单冷型热泵机组自身的冷凝器与蒸发器之间的循环温升、压差和压缩比，大幅度提高了各套热泵系统的制热功率和制热能效比，从而大幅度提高了整机的制热功率和制热能效比。下面就具体实施例作进一步的说明：实施例1参照图1，在本实施例中，干燥部分包括有五个干燥间(3a、3b、3c、3d、3e)，五个干燥间(3a、3b、3c、3d、3e)相并联，输入端与流入通道1的输出端连通，输出端与流出通道2的输入端连通。具体的，流入通道1的输出端连接有一分配管8，由流入通道1输出的干燥介质通过分配管8流入到五个并联的干燥间(3a、3b、3c、3d、3e)内；五个干燥间(3a、3b、3c、3d、3e)的输出端连接到汇总管9上，由五个干燥间排出的介质汇总到汇总管9内，并由汇总管9输送到流出通道2内。当然，在其他实施例也可以只设置有两个或三个干燥间等，此处不做限制。在本实施例中，干燥间为一干燥塔结构，主要用来干燥谷物等，在其右侧设置有一提升机将干燥塔底部的被干燥物连续不断的输送到干燥塔的顶部，使得被干燥物从干燥塔顶部缓慢向下运动直至干燥塔的底部，如此循环往复直至被干燥物烘干。其中，干燥塔内布置有干燥段，干燥介质水平穿过干燥段，对经过干燥段的被干燥物进行干燥。当然，在其他实施例中，干燥间也可以为其他结构形式，此处不做限制。在本实施例中，干燥介质采用空气或者干燥介质，此处不做限制。在本实施例中，热泵系统包括有三组单冷型热泵机组，每组热泵机组均包括有冷凝器(4a、4b、4c)、蒸发器(5a、5b、5c)、第一压缩机(7a、7b、7c)和第一节流阀(6a、6b、6c)，冷凝器和蒸发器内的管道相连并与第一压缩机形成一供制冷剂流经的循环通道，制冷剂自第一压缩机开始依次流经冷凝器和蒸发器内的管道，第一节流阀设置冷凝器与蒸发器之间的管道上。自第一压缩机出来的被加压后的高温制冷剂气体，流经冷凝器的管道，实现放热降温，高温制冷剂气体冷凝液化经第一节流阀降压成低压的制冷剂液体输入到蒸发器的管道内，吸收热量蒸发成为低压制冷剂气体；第一压缩机再对由蒸发器过来的低压制冷剂气体进行加压后，输送给冷凝器，从而形成一完整的制冷剂循环。在本实施例中，三组单冷热泵机组的冷凝器4a、4b、4c均设置在流入通道1内，蒸发器5a、5b、5c均设置在流出通道2内。其中，三组热泵机组内的第4a、4b、4c自流入通道1的进口一侧开始向干燥部分的一侧顺序排列设置(即4a→4b→4c)，同时每组相对应的蒸发器5a、5b、5c自流出通道2的输出端开始向干燥间3的一侧顺序排列设置(即5a→5b→5c)。冷凝器4a、4b、4c之间间隔开一定距离，蒸发器5a、5b、5c之间也间隔开一定距离；较优的，各冷凝器到干燥间之间的位置远近顺序，与其对应组的蒸发器到干燥间的位置远近顺序一致。被干燥物置于干燥间内，干燥介质在风机10、11的作用下进入流入通1内。干燥介质进入到流入通道1后，依次经过冷凝器4a、4b、4c，吸收冷凝器内制冷剂气体冷凝放出的热量，干燥介质被梯级加热成高温空气；高温空气被输入到干燥间内，与干燥间内的被干燥物进行热湿交换；对被干燥物进行干燥后的含湿干燥介质输出进入到流出通道2内；含湿干燥介质进入流出通道2内后，依次流经蒸发器5c、5b、5a，与蒸发器内的制冷剂液体进行热交换，含湿干燥介质放出热量，蒸发器5c、5b、5a实现余热梯级回收，含湿干燥介质经过蒸发器5c、5b、5a时，降温冷凝析出水分；滤出水分的低温饱和干燥介质在风机的作用下，再次被送到流入通道1内，持续进行，直至烘干完成。当然，在其他实施例中热泵系统也可包括一个或者两个或者四个热泵机组等，此处不做限制，蒸发器组也可不全部位于流出通道内，也可只有一个蒸发器位于流出通道2内，此处不做限制。在本实施例中，热泵系统包括有一组冷暖型热泵机组，冷暖型热泵机组包括有第一换热器4d、第二换热器5d、第二节流阀6d、第二压缩机7d和换向四通阀12，第一换热器4d、第二节流阀6d、第二换热器5d、换向四通阀12顺序相连构成一回路，第二压缩机7d的两端也与换向四通阀12相连；其中，内置的第一换热器4d位于远离干燥部分的冷凝器的进风侧，即位于冷凝器4a的右侧，如图1中所示。进一步的，位于外部环境中的第二换热器5d的一侧还加设有风机，用于加快空气流过第二换热器5d。当然，在其他实施例中也可包括有两组或两组以上的冷暖型热泵机组，可根据具体情况来进行调整，此处不做限制。实施例2参照图2-5，本实施例是在实施例1基础上进行的修改。在本实施例中，该烘干装置包括有三个干燥间18，三个干燥间18并联。在本实施例中，干燥间为一干燥房，用于烘干枸杞、葡萄、大枣、辣椒等等。具体的，如图3-5中所示，干燥房内布置有多个烘干小车19；每个烘干小车19分为向下两层烘干空间1901、1902，烘干空间1901、1902左右敞开，使得烘干空间1901、1902形成一可供干燥介质流过的通道；烘干空间(1901、1902)内布置有多个托盘20，托盘20水平设置，通过烘干空间内侧壁上的支架1903实现安装，多个托盘20自上而下顺序间隔排列；其中，托盘20底部为一网板结构，便于相邻托盘20之间空气的流通，从而提高干燥效果。将被干燥物(枸杞、葡萄、大枣、辣椒等)均匀铺到托盘20上，再将托盘20插入到烘干小车19的上下烘干空间内；再将多个烘干小车19推入到烘干房内，多个烘干小车19左右排成一排，且紧挨在一起，多个烘干小车的上层烘干空间1901构成一条供干燥介质流过的上通道1801，多个烘干小车的下层烘干空间1902构成一条供干燥介质流过的下通道1802；烘干房一侧上下还设置有进口1903和出口1804，来自分配管8的高温干燥介质，自进口1803进入到上通道1801内，干燥介质自右向左顺序掠过小车上层放置的被干燥物；流到干燥房的另一侧后转弯进入到下通道1802内，干燥介质再自左向右顺序掠过小车下层放置的被干燥物，最后从出口1804排出。干燥介质行进过程中连续降温放热，推进被干燥物的水分蒸发成水蒸气，与干燥介质混合最后从出口1804排如到汇总管9内。实施例3参照图6-7，本实施例是在实施例1基础上进行的修改。在本实施例中，该烘干装置包括有三个干燥间21，三个干燥间21并联。在本实施例中，干燥间为一烤烟房，用于烘干烟叶等产品。具体的，如图7中所示，烤烟房包括有上下顺序设置有的上风包2101、烟叶悬挂空间2105和下风包2102；上风包2101的一侧布置有进口2103，下风包2102的一侧布置有出口2104，且进口2103、出口2104位于同侧；烟叶悬挂空间2105内悬挂有至少一层的烟叶层，例如图7中所示布置有三层烟叶层。烟叶烘干过程如下：来自分配管8的高温干燥的介质自烤烟房右上方的进风口2103，进入烟叶上方的上风包2101，扩散、减速，动压头转化为静压头，推动干燥介质自上而下流过3层烟叶层，降温放热，使烟叶水分吸热蒸发成为水蒸汽，水蒸汽与介质混合成为暖湿介质进入烟叶下方的下风包2102，在下风包2102汇聚之后从烤烟房右下方出风口2104排入到汇总管9内。本
技术领域：
的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本
技术领域：
的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。当前第1页12