一种采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置的制作方法

本发明涉及除湿装置设计技术领域，具体涉及一种采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置。

背景技术

气流闭路循环的热泵烘干装置，由生产高温干燥空气的热泵热风机组与承载含湿物料的烘干空间联合组成。

在气流闭路循环的热泵烘干装置中，热泵冷凝器生产的高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换，夺取含湿物料中的水分而成为暖湿空气回到热泵蒸发器，在蒸发器中降温除湿滤除水蒸汽，之后进入冷凝器吸热升温，温度升高相对湿度降低而再次成为高温干燥空气，开始下一轮循环，直至含湿物料干燥完成。

气流闭路循环的热泵烘干装置，由于热量闭路循环、没有含湿物料中的有效成分随着外排湿气流排出，因而干物质收获率提高、干物质品质提高。

但是，在气流闭路循环热泵烘干装置的运行过程中，随着含湿物料水分的蒸发、冷凝，烘干空间空气的相对湿度和绝对含湿量都越来越低，烘干回风(即烘干热泵的蒸发器进风)温度越来越高、含湿量却越来越低，致使蒸发器的显热负荷(用于吸收烘干回风降温放热的制冷量)在蒸发器总制冷量中的占比越来越高，而湿热负荷(用于吸收烘干回风中水蒸汽冷凝热的制冷量)占比越来越低，直至最终湿热负荷占比为零，蒸发器滤不出水来；

而在气流闭路循环热泵烘干装置的运行过程中，不断滤除干燥空气中的水蒸汽，降低干燥空气中的相对湿度与水蒸汽绝对含量，促进含湿物料中水分的持续蒸发，特别是解决烘干末期物料中尚存的少量水分的蒸发，是气流闭路循环烘干的核心问题。

为了应对蒸发器这个显热负荷在总制冷量中的占比越来越高问题，人们发明了进风预冷高效除湿技术，即在蒸发器进风口设置一个板式换热器，使板式换热器与蒸发器构成一个“进风预冷高效除湿模块”，用蒸发器的低温出风通过板式换热器的“冷流体通道”对板式换热器的“热流体通道”中的蒸发器高温进风实施“预冷”，降低蒸发器进风的温度、提高蒸发器进风的相对湿度，从而降低蒸发器显热负荷在总制冷量中的占比、提高湿热负荷在总制冷量中的占比、提高除湿量。

进风预冷高效除湿模块的运用，改变了气流闭路循环热泵烘干装置的烘干速度和烘干效果，但是新的问题接踵而至：

在气流闭路循环热泵烘干装置运行的早中期，回风温度不太高、相对湿度比较高，在蒸发器进风口配置较小面积的板式换热器就可以使蒸发器进风被蒸发器低温出风通过板式换热器预冷到“饱和”(相对湿度100％)状态，并且同样重要的是，可以保证蒸发器进风露点温度高、蒸发器热负荷高、制冷剂蒸发压力高、制冷剂质量流量大、制冷量大、除湿量大；

而在气流闭路循环热泵烘干装置运行的后期，由于烘干回风温度抬高、相对湿度降低、露点温度降低，原先在蒸发器进风口配置的那个“较小”面积的板式换热器就显得力不从心，无法使蒸发器进风被蒸发器低温出风有效预冷到“饱和”状态或者接近饱和状态，从而再次重复“蒸发器的显热负荷在蒸发器总制冷量中的占比越来越高、湿热负荷占比越来越低，直至最终湿热负荷占比为零，蒸发器滤不出水来，烘干过程的最后一公里没有完成”的老问题。

技术实现要素：

针对背景技术中提出的技术问题，本发明以处在蒸发器进风口的进风预冷错流换热器的换热面积与该换热器通风量的比值(即该换热器运行时的“面积风量比”)作为进风预冷高效除湿模块设计的核心指标，提供一种采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置，包括有壳体，所述壳体上设有进风口、出风口，且所述出风口处设置有第一风机；

所述壳体内设置有至少两套除湿系统，所述除湿系统包括有压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，所述压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的封闭系统；所述蒸发器一侧设有错流换热器，所述蒸发器的进风和出风通过风道分别经过所述错流换热器的热流体通道、冷流体通道，所述错流换热器顶部出风处设置有第二风机，所述蒸发器、错流换热器、第二风机和连接风道构成进风预冷高效除湿均匀布风模块；其中一套进风预冷高效除湿均匀布风模块的错流换热器运行时的面积风量比，大于另一套进风预冷高效除湿均匀布风模块的错流换热器运行时的面积风量比；其中所述面积风量比即为错流换热器的换热面积/风量。

多个所述进风预冷高效除湿模块顺序排列布置在所述壳体内，多个所述除湿系统的冷凝器上下顺序布置在所述壳体顶部的出风口处；

在所述第一风机的作用下，部分进风分别流经各个所述进风预冷高效除湿均匀布风模块后再流经所有的所述冷凝器，部分进风直接流经所有的冷凝器，最后从所述出风口排出。

较佳地，两进风预冷高效除湿均匀布风模块的错流换热器运行时风量相等，面积风量比大的错流换热器的换热面积，大于面积风量比小的错流换热器的换热面积。

较佳地，面积风量比大的错流换热器的换热面积，大于面积风量比小的错流换热器的换热面积；面积风量比大的错流换热器的运行时的风量，小于面积风量比小的错流换热器的运行时的风量。

较佳地，当两个所述错流换热器的体积相等时，换热板间距小、换热板数量多的错流换热器的换热面积大。

较佳地，选用大风机的进风预冷高效除湿均匀布风模块的运行时的风量大于选用小风机的进风预冷高效除湿均匀布风模块的运行时的风量。

较佳地，面积风量比大的错流换热器所对应的除湿系统的压缩机采用小压缩机，面积风量比小的错流换热器所对应的除湿系统的压缩机采用大压缩机。

较佳地，所述壳体内设置两套所述除湿系统，两进风预冷高效除湿均匀布风模块左右并排布置在所述壳体内；

不经过所述进风预冷高效除湿均匀布风模块的湿空气环绕所述进风预冷高效除湿均匀布风模块四周向上输送。

较佳地，所述第二风机采用离心风机。

较佳地，所述蒸发器的下方设置有接水盘。

较佳地，所述蒸发器、冷凝器采用翅片管换热器。

本发明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、本发明一种采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置，在气流闭路循环烘干末期的高温低湿条件下，具有卓越的除湿效果，解决了热泵烘干“最后一公里”问题：本发明将“大”面积风量比的进风预冷除湿模块，用于处理烘干后期的高温低湿回风，在高温低湿条件下具有卓越的除湿效果，将干燥后期的含有少量水蒸汽的高温干燥回风，用蒸发器低温出风通过“大”面积风量比的错流板式换热器进行“深度预冷”，从而更大幅度地降低蒸发器进风的温度、提高相对湿度，提高蒸发器的湿负荷占比，提高除湿能效和烘干能效，解决了热泵烘干“最后一公里”问题；

2、本发明一种采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置，一部分湿空气直接流过冷凝器，另一部湿空气先流经进风预冷高效除湿均匀布风模块后再流经冷凝器，从而冷凝器的通风量大于蒸发器通风量，降低了冷凝器中制冷剂气体的冷凝压力，从而降低了制冷除湿系统冷凝压力与蒸发压力的压差、压缩机的功耗、压缩机压缩比，大幅提高了除湿能效比；

同时，本发明提供的进风预冷高效除湿均匀布风模块由板式错流换热器、蒸发器、第二风机和相应风道组成；该模块具有蒸发器高温进风预冷、蒸发器低温出风再热的双重功能；而且，通过第二风机的设置，使得由错流换热器排出的滤除水分的干燥空气与不经过进风预冷高效除湿均匀布风模块的湿空气充分碰撞、扩散、混和，以提高冷凝器进风温湿度的均匀性，再经过冷凝器加热之后排出，从而具有气流断面上温度湿度的均匀性，从而带来了含湿物料烘干的均匀性。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，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为实施例1中本发明提供的采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置的结构示意图；

图2为实施例2中本发明提供的采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置的结构示意图。

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。

本发明提供了一种采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置，包括有一壳体，壳体上设置有进风口和出风口，出风口处设置有第一风机18；壳体1内设置有至少两套除湿系统，每套除湿系统均包括有压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，且压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的闭路系统。其中，每套除湿系统中的蒸发器一侧并排设置有一错流换热器，错流换热器具有交错布置两组换热通道，蒸发器的进风和出风分别经过错流换热器的两组换热通道，且错流换热器顶部出风处设置有第二风机，蒸发器、错流换热器、第二风机和相应风道构成进风预冷高效除湿均匀布风模块；其中一套除湿系统的错流换热器运行时的面积风量比，大于另一套除湿系统的错流换热器运行时的面积风量比。

其中，“面积风量比”即为错流换热器的换热面积与该换热器通风量的比值其中，多个进风预冷高效除湿模块顺序排列布置在壳体内，多个除湿系统的冷凝器上下顺序布置在壳体顶部的出风口处。

热泵烘干装置运行时，在第一风机的作用下，湿空气从进风口进入到外壳内，部分空气先分别流经各个进风预冷高效除湿均匀布风模块，其流经过程为：错流换热器的热流体通道、蒸发器、错流式换热器的冷流体通道、第二风机；然后在第二风机的作用下，由错流式换热器的冷流体通道输出的滤除水蒸汽的干燥空气与周围部分直接进入壳体1内的湿空气均匀混和后，再依次流经各套除湿系统的冷凝器，最终获得干燥空气从出风口排出。

本发明提供的热泵烘干装置具有以下优点：

1、本发明中一部分湿空气直接流经冷凝器，另一部湿空气先流经进风预冷高效除湿均匀布风模块后再流经冷凝器，从而使得冷凝器的通风量大于蒸发器通风量，降低了冷凝器中制冷剂气体的冷凝压力，从而降低了制冷除湿系统冷凝压力与蒸发压力的压差、压缩机的功耗、压缩机压缩比，大幅提高了除湿能效比；

2、本发明提供的进风预冷高效除湿均匀布风模块由错流换热器、蒸发器、第二风机和相应风道组成；该模块具有蒸发器高温进风预冷、蒸发器低温出风再热的双重功能；而且，通过第二风机的设置，使得由错流换热器排出的干燥空气与不经过进风预冷高效除湿均匀布风模块的湿空气充分碰撞、扩散、混和，再经过冷凝器加热之后排出，从而具有气流断面上温度湿度的均匀性，从而带来了含湿物料烘干的均匀性；特别有利于烘干工艺要求高的烘干过程，例如烟叶、香料、中草药的烘干过程；

3、本发明提供的热泵烘干装置包括有至少两套的除湿系统，且进一步的限定了其中一套除湿系统的错流换热器的换热面积大于另一套除湿系统的错流换热器的换热面积，换热器的换热面积大，热通道和冷通道的风量相对较小，面积风量比这个指标就大，冷热气体的换热效率就高；反之，换热器的换热面积小，热通道和冷通道的风量大，面积风量比这个指标就小，冷热气体的换热效率就低；本发明通过上述结构的限定，在实际运行中，通过配备相应的控制系统，控制以小面积风量比的进风预冷除湿模块(即配置换热面积小、风量较大风机的进风预冷高效除湿均匀布风模块)为主力承担烘干早期的除湿任务，控制以大面积风量比的进风预冷除湿模块(即配置换热面积较大、风量较小风机的进风预冷高效除湿均匀布风模块)为主力承担烘干后期的除湿任务；

气流闭路循环热泵烘干装置的技术关键问题，是要使对热量类型(显热、潜热)没有判别和选择能力的热泵蒸发器，尽可能多地吸收空气中水蒸汽的冷凝热，尽可能少地吸收空气的显热。连续地高强度地消灭掉源源不断从含湿物料中逸出的水蒸汽，把烘干空间空气里的水蒸汽还原为水，降低烘干空间空气的相对湿度，才是气流闭路循环热泵烘干的技术关键，才是气流闭路循环热泵烘干的“硬道理”。

烘干过程的能量和效率损失，主要发生在烘干的后期：含湿物料在烘干后期的含水率已经降低到很低的水平，水分主要存在于含湿物料的深层位置，例如烟叶烘干过程后期的烟筋里水分、衣物烘干后期的裤腰、口袋、衣领中的水分，这些水分向表面扩散速度慢，蒸发量很小；

本发明在气流闭路循环烘干末期的高温低湿条件下，具有卓越的除湿效果，解决了热泵烘干“最后一公里”问题：本发明将“大”面积风量比的进风预冷除湿模块，用于处理烘干后期的高温低湿回风，在高温低湿条件下具有卓越的除湿效果，将干燥后期的含有少量水蒸汽的高温干燥回风，用蒸发器低温出风通过“大”面积风量比的错流板式换热器进行“深度预冷”，从而更大幅度地降低蒸发器进风的温度、提高相对湿度，提高蒸发器的湿负荷占比，提高除湿能效和烘干能效，解决了热泵烘干“最后一公里”问题。

下面就具体实施例作进一步的说明：

实施例1

参照图1，在本实施例中热泵烘干装置包括有壳体1，壳体1上端设置有出风口102，下端设置有进风口101。

在本实施例中，壳体1内设置有两套除湿系统，分别为由压缩机10、蒸发器6、错流换热器7、第二风机5、节流装置4、冷凝器2构成的第一套除湿系统，以及由压缩机11、蒸发器13、错流换热器14、第二风机16、节流装置17、冷凝器3构成的第二套除湿系统；其中，蒸发器6、错流换热器7、第二风机5、构成的第一进风预冷高效除湿均匀布风模块，蒸发器13、错流换热器14、第二风机16构成第二进风预冷高效除湿均匀布风模块，第一进风预冷高效除湿均匀布风模块与第二进风预冷高效除湿均匀布风模块左右并排间隔设置在外壳1的中间位置；冷凝器2、冷凝器3上下设置。

当然，在其他实施例中除湿系统的套数可根据具体情况进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，错流换热器7、错流换热器14均采用板式错流换热器，其由多个交错布置的横向热通道和竖向冷通道组成。

在本实施例中，通过限定错流换热器7的换热面积小于错流换热器14的换热面积，从而限定错流换热器7运行时的面积风量比小于错流换热器14运行时的面积风量比。

进一步的，本实施例中通过在错流换热器7、错流换热器14体积相同的情况下，通过控制错流换热器7的换热通道的换热板间距8大于错流换热器14的换热通道的换热板间距15，从而实现了错流换热器7的换热面积小于错流换热器14的换热面积的功能；当然，在其他实施例中错流换热器7、错流换热器14换热量也可通过其他方式来控制大小，此处不做限制。

进一步的，在本实施例中，第二风机5的通风量大于第二风机16的通风量；进一步的，实现错流换热器7运行时的面积风量比小于错流换热器14运行时的面积风量比。具体的，如图1中所示，第二风机5选用大型风机、第二风机16选用小型风机，从而实现第二风机5的通风量大于第二风机16的通风量的目的。

当然，在其他实施例中也可通过其他手段实现对第二风机风量的调整，此处不做限制。

当然，在其他实施例中第二风机5、第二风机16也可选用相同大小的风机，此处不做限制。

在其他实施例中，限定错流换热器7运行时的面积风量比小于错流换热器14运行时的面积风量比的方式并不局限于以上所示，可通过适当调节自身的通风量和换热面积两个数值，即可实现面积风量比大小的调整，此处不做限制。

在本实施例中，蒸发器7的下方设置有接水盘9，蒸发器13的下方设置有接水盘12，在蒸发器上析出的水分流入到接水盘内，被收集排出。

在本实施例中，冷凝器、蒸发器均采用翅片管换热器。

下面就本实施例提供的采用不同面积风量比进风预冷高效除湿模块的热泵烘干装置的工作原理作进一步的说明：

在第一风机18的作用下，高温湿空气从进风口101进入到壳体1内，分成三路；

一路气流，环绕第一进风预冷高效除湿均匀布风模块、第二进风预冷高效除湿均匀布风模块向上输送；

另外两路气流，分别流经第一进风预冷高效除湿均匀布风模块、第二进风预冷高效除湿均匀布风模块后再向上输送；以第一进风预冷高效除湿均匀布风模块为例来说明，高温低湿空气进入到第一错流换热器的热通道内被冷通道内的的低温出风所降温“预冷”，被预冷之后的气流温度降低、相对湿度增加，再进入蒸发器6进一步降温除湿，滤除水蒸汽；离开蒸发器6的低温出风，进入板式错流换热器7的冷通道，被热通道的高温进风所加热，成为干燥空气再被第二风机7吸入、升压、排出，360°抛向四侧，与四周竖直向上输送的湿空气垂直相交，发生气体分子的相互碰撞、气体分子对壁面的反射，产生气流涡旋和相互强烈扩散，从而获得温度、湿度均匀化的气流，该气流再流经冷凝器2、3，获得高温干燥空气，在第一风机18的作用下从出风口102排出。

采用不同面积风量比的进风预冷除湿模块的烟叶热泵烘干装置，以密集型烤烟房为烘干空间，热泵机组配备两种“面积风量比”具有明显差异性的进风预冷除湿模块，产生明显的差异性效果：

①小面积风量比的进风预冷除湿模块，在中温高湿条件下具有卓越除湿效果

例如，小面积风量比的进风预冷除湿模块，采用错流板式换热器，换热器铝箔片距4.0mm，换热总面积90m²，处理风量2200m³/h，面积风量比在0.04h/m左右；采用7hp压缩机、r134a制冷剂，蒸发温度在9～19℃，制冷量在13.5～26kw；在35℃80％回风工况下，蒸发温度17℃，制冷量24kw，除湿量为32kg/h；在60℃10％回风工况下，蒸发温度9.5℃，制冷量13.6kw，除湿量5.5kg/h；

在35℃80％回风工况下，蒸发温度17℃，制冷量24kw，除湿量为32kg/h，单位制冷量对应除湿量为1.33kg/kwh；如果以热泵电功率为分母，则单位功率除湿量大约在4kg/kwh；这一指标十分卓越！

而在60℃10％回风工况下，蒸发温度9.5℃，制冷量13.6kw，除湿量5.5kg/h，单位蒸发器制冷量对应除湿量为0.4kg/kwh；如果以热泵电功率为分母，则单位功率除湿量大约在1kg/kwh，这一指标难以接受；

②大面积风量比的进风预冷除湿模块，在高温低湿条件下具有卓越的除湿效果

例如，大面积风量比的进风预冷除湿模块，采用错流板式换热器，换热器铝箔片距2.5mm，换热总面积80m²，处理风量900m³/h，面积风量比在0.09h/m左右；采用5hp压缩机、r134a制冷剂，蒸发温度在4～14℃，制冷量在7～14kw；在35℃80％回风工况下，蒸发温度13℃，制冷量14kw，除湿量为20kg/h；在60℃10％回风工况下，蒸发温度4℃，制冷量7kw，除湿量6.5kg/h；

在35℃80％回风工况下，蒸发温度13℃，制冷量14kw，除湿量为20kg/h，单位蒸发器制冷量对应除湿量为1.43kg/kwh；如果以热泵电功率为分母，则单位功率除湿量大约在4.3kg/kwh，这一指标十分卓越；

在60℃10％回风工况下，蒸发温度4℃，制冷量7kw，除湿量6.5kg/h；单位制冷量对应除湿量为0.93kg/kwh；如果以热泵电功率为分母，则单位功率除湿量大约在2.3kg/kwh，与低面积风量比的进风预冷除湿模块的1kg/kwh相比，大幅高出130％，这一指标十分卓越；

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行的进一步的调整。

参照图2，在本实施例中，换热面积大的错流换热器对应的除湿系统的压缩机采用小压缩机，换热面积小的错流换热器对应的除湿系统的压缩机采用大压缩机；即压缩机10采用大压缩机，压缩机11采用小压缩机。

进一步的说明，大压缩机即缸容量大的压缩机，小压缩机即缸容量小的压缩机。

本实施例，采用不同压缩机、不同面积风量比的进风预冷除湿模块的烟叶热泵烘干装置，以密集型烤烟房为烘干空间，热泵机组配备两种制冷量不同的压缩机、两种“面积风量比”具有明显差异性的进风预冷除湿模块，产生明显的差异性效果：

①在烘干早中期即中温高湿条件下，大压缩机、小面积风量比的进风预冷除湿模块，具有卓越除湿效果；

②在烘干后期即高温低湿条件下，小压缩机、大面积风量比的进风预冷除湿模块，具有卓越的除湿效果；此时烟叶进入干筋期，含湿量低、除湿量较小，与小功率压缩机的制冷量正好匹配。

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其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，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的精神和范围之内作出变化和修改。