一种高压电场热泵干燥系统

1.本发明涉及物料干燥技术领域，特别是涉及一种高压电场热泵干燥系统。


背景技术：

2.物料干燥涉及农产生产、食品加工、药品制造、化工生产、造纸和木材加工等干燥领域。通过干燥处理，不仅可以得到符合含水量要求的物料，还可对物料的其它性质产生影响。当前，在降低物料干燥过程中的能耗或提高干燥效果方面，使用较为广泛的为热泵干燥技术与高压电场干燥技术。
3.热泵包括依次将压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器及其它部件通过制冷剂管路连接而成的闭路循环系统，它是根据逆卡诺循环原理，以消耗少量高品质能(高温热能)为代价，从自然环境或余热资源吸热，以获得更多的输出热能，实现将低品位热能转化为高品位热能，从而取得了较好的节能效果。热泵干燥相对于常规干燥设备而言，成本低廉，但对物料干燥的基本原理本质相同，均是依靠热空气与被干燥物料间的对流换热，是等焓绝热加湿干燥过程。然而，热泵干燥的主要缺点是，在对物料的干燥后期，存在除湿效率下降、干燥速率降低、能耗增加的现象。
4.高压电场干燥技术作为电流体动力学干燥法，它是在高压电场下，电场力对物料中的极性水分子产生牵引作用，电场中的载能离子注入物料，把能量传给水分子，加速水分子团的破裂，从而加速水的蒸发速率，提高了物料的脱水或解冻效率。从电流体动力学角度，高压电场干燥技术主要是基于电渗透产生的“电动泵”作用和介电液体内部的电场和力的作用来加速物料的脱水或解冻。由于被干燥物料在干燥过程中温度不升高，从而实现了被干燥物料在较低温度下的干燥。与此同时，由于高压电场干燥的核心部分是高压电源，而高压静电电源的制造成本较低，这从整体上大大降低了干燥系统的成本，并且高压电场在对物料干燥的同时，还可杀灭存在于被干燥物料中的细菌、霉菌等微生物。另外，由于干燥时应用的是高电压小电流条件下产生的电场力，副产品只有臭氧，从而还具有节能环保的特点。但是，高压电场干燥技术在使用时存在明显的缺点为干燥速度相对较慢，对于一些含挥发性成分的物料，在干燥过程中易挥发性成分会与水分一起气化进入空气，对空气质量产生影响。
5.由上可知，尽管热泵干燥技术相对于传统干燥技术而言，成本低廉，节能效果好，但是，在对物料的干燥后期，存在除湿效率下降、干燥速率降低、能耗增加的现象。尽管高压电场干燥技术实现了对物料在较低的温度下进行干燥，并较好地确保了物料的生物活性，但是，存在干燥速度相对较慢的问题，并在对一些含挥发性成本的物料进行干燥时，易挥发性成分容易进入空气而对周围环境造成影响。


技术实现要素：

6.本发明实施例基于现有的热泵干燥技术与高压电场干燥技术所存在的缺点或不足，为此提供一种高压电场热泵干燥系统。
7.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高压电场热泵干燥系统，包括热泵系统，所述热泵系统包括冷凝器与蒸发器；还包括干燥室与高压电场干燥机构；所述干燥室、所述蒸发器、所述冷凝器依次通过循环风路连接成闭环，所述循环风路内通入有干燥介质，所述干燥室内设置所述高压电场干燥机构。
8.其中，所述干燥介质包括空气、二氧化碳气体或氮气中的任一种。
9.其中，所述循环风路上安装有风机，所述风机包括轴流风扇。
10.其中，所述风机包括多个，所述风机安装在所述冷凝器与所述干燥室之间和/或所述干燥室与所述蒸发器之间的循环风路上。
11.其中，所述高压电场干燥机构包括相对呈间隔设置的高压极板与接地极板，所述高压极板连接高压电源，所述高压电源采用可调直流电源。
12.其中，所述高压极板和/或所述接地极板分别安装在直线调节机构上，所述直线调节机构用于沿所述高压电场的电场方向调节所述高压极板与所述接地极板之间的间距。
13.其中，所述高压极板与所述接地极板包括多组，所述高压极板与所述接地极板在所述干燥室内呈左、右相对设置或上、下相对设置。
14.其中，所述干燥室内配设有温湿度检测单元；所述温湿度检测单元包括温度传感器、湿度传感器、控制模块和显示模块，所述温度传感器、所述湿度传感器及所述显示模块分别通讯连接所述控制模块。
15.本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
16.本发明实施例提供的高压电场热泵干燥系统，基于热泵系统，将干燥室依次与热泵系统的蒸发器、冷凝器通过循环风路连接成闭环，可构成干燥介质循环系统。
17.对于热泵系统而言，热泵系统为本领域所公知的将压缩机、冷凝器、节流元件、蒸发器及其它部件通过制冷剂管路连接而成的闭路循环系统。在热泵系统启动运行时，节流元件流出的气、液两相混合工质(制冷剂)进入蒸发器，在吸收干燥介质(湿润的空气)中的显热和水蒸气的潜热而蒸发为低温低压的气态工质，该低温低压的气态工质进入压缩机进行等熵压缩，从压缩机流出的高温高压气态工质进入冷凝器，并向流经的干燥介质释放热量而冷凝为液态工质，液态工质经节流元件的等焓绝热节流而转变为气、液两相混合工质，并以此循环工作。
18.相应地，对于干燥介质循环系统而言，高温低湿的气体(干燥介质)在进入干燥室并协同高压电场干燥机构对物料进行干燥处理后，将带走物料中的水分，并转换为高温高湿的气体进入蒸发器的其中一个换热通道，以将热量传递给蒸发器另一个换热通道内的工质，从而起到对低品位热量回收的目的；由于蒸发器的表面温度降到露点温度以下，从而实现对高温高湿气体的冷凝脱湿，并将其转换为低温低湿气体，所脱出的水分以冷凝水的形式从蒸发器中排出，达到了除湿的效果；接着，低温低湿的气体进入冷凝器的其中一个换热通道，并在吸收来自冷凝器另一个换热通道中流动的高温高压工质的冷凝热后，转换为高温低湿的气体，然后，再进入到干燥室内协同高压电场干燥机构对物料进行干燥，并以此循环；干燥介质在循环流动的过程中，不断把物料中的水分吸收并通过蒸发器冷凝除湿，从而实现了对物料的连续干燥作业。
19.由上可知，本发明巧妙地实现了热泵干燥技术与高压电场干燥技术的相耦合，不仅成本低廉，节能效果好，而且有效解决了高压电场干燥所存在的干燥效率低下的问题。由
于高压电场在对物料干燥中，是通过电场力和离子作用于物料中的水分子，也在一定程度上解决热泵干燥在干燥后期所存在的除湿效率下降、干燥速率降低及能耗增加的现象。与此同时，由于高压电场干燥机构在对物料干燥的过程中没有热量传递，从而不影响热泵干燥对干燥温度的控制，确保了较好的干燥品质，并能较好满足对含热不稳定性活性组分原料的干燥需求；另外，由于在对物料干燥过程中，干燥介质是在完全封闭的循环通道中循环流动，不需要不从环境中引入新鲜空气，也不向环境中排放废气，从而清洁环保，对环境没有废气排放污染，物料的干燥温度不受环境温度的限制，可灵活选择不同的干燥介质对不同的物料实施连续干燥作业。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例所示的高压电场热泵干燥系统的结构示意图；
22.图2为本发明实施例所示的高压电场在干燥室内的布置结构示意图。
23.图中：1、压缩机；2、冷凝器；3、节流元件；4、蒸发器；5、制冷剂管路；6、循环风路；7、风机；8、干燥室；9、高压电场干燥机构；91、高压极板；92、接地极板；93、直流高压发生器。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.参见图1，本实施例提供了一种高压电场热泵干燥系统，包括通过制冷剂管路5依次连接成闭环的压缩机1、冷凝器2、节流元件3及蒸发器4；还包括干燥室8与高压电场干燥机构9；干燥室8、蒸发器4、冷凝器2依次通过循环风路6连接成闭环，循环风路6内通入有干燥介质，干燥室8内设置高压电场干燥机构9。
27.具体的，如图1所示，本实施例所示的高压电场热泵干燥系统，基于压缩机1、冷凝器2、节流元件3及蒸发器4可构成本领域所公知的的热泵系统，其中，节流元件3为膨胀阀，通过将干燥室8、蒸发器4、冷凝器2依次通过循环风路6连接成闭环，可构成干燥介质循环系统。
28.对于热泵系统而言，在启动运行时，节流元件3流出的气、液两相混合工质(制冷剂)进入蒸发器4，吸收干燥介质(湿润的空气)中的显热和水蒸气的潜热而蒸发为低温低压
的气态工质，该低温低压的气态工质进入压缩机1进行等熵压缩，从压缩机1流出的高温高压气态工质进入冷凝器2，并向流经的干燥介质释放热量而冷凝为液态工质，液态工质经节流元件3的等焓绝热节流而转变为气、液两相混合工质，并以此循环工作。
29.相应地，对于干燥介质循环系统而言，高温低湿的气体(干燥介质)在进入干燥室8并协同高压电场干燥机构9对物料进行干燥处理后，将带走物料中的水分，并转换为高温高湿的气体进入蒸发器4的其中一个换热通道，以将热量传递给蒸发器4另一个换热通道内的工质，从而起到对低品位热量回收的目的；由于蒸发器4的表面温度降到露点温度以下，从而实现对高温高湿气体的冷凝脱湿，并将其转换为低温低湿气体，所脱出的水分以冷凝水的形式从蒸发器4中排出，达到了除湿的效果；接着，低温低湿的气体进入冷凝器2的其中一个换热通道，并在吸收来自冷凝器2另一个换热通道中流动的高温高压工质的冷凝热后，转换为高温低湿的气体，然后，再进入到干燥室8内协同高压电场干燥机构9对物料进行干燥，并以此循环；干燥介质在循环流动的过程中，不断把物料中的水分吸收并通过蒸发器4冷凝除湿，从而实现了对物料的连续干燥作业。
30.由上可知，本发明巧妙地实现了热泵干燥技术与高压电场干燥技术的相耦合，不仅成本低廉，节能效果好，而且可实现在低温状态下对物料实施高效率和高品质的干燥处理，有效解决了高压电场干燥所存在的干燥效率低下的问题。由于高压电场干燥机构9在对物料干燥中，是通过电场力和离子作用于物料中的水分子，也在一定程度上解决热泵干燥在干燥后期所存在的除湿效率下降、干燥速率降低及能耗增加的现象。与此同时，由于高压电场干燥机构9在对物料干燥的过程中没有热量传递，从而不影响热泵干燥对干燥温度的控制，确保了较好的干燥品质，并能较好满足对含热不稳定性活性组分原料的干燥需求；另外，由于在对物料干燥过程中，干燥介质是在完全封闭的循环通道中循环流动，不需要不从环境中引入新鲜空气，也不向环境中排放废气，从而清洁环保，对环境没有废气排放污染，物料的干燥温度不受环境温度的限制，可灵活选择不同的干燥介质对不同的物料实施连续干燥作业。
31.优选地，本实施例中干燥介质包括空气、二氧化碳气体或氮气中的任一种。
32.具体的，在物料的化学特性比较稳定，并在干燥过程中对氧化反应没有特定的要求时，可选用常规的空气作为干燥介质；而对于适合低氧干燥的物料，如：中药材、水果、火药等，干燥介质可选用二氧化碳气体或氮气。
33.优选地，本实施例中循环风路6上安装有风机7，风机7包括轴流风扇。
34.具体的，风机7用于对干燥介质在循环风路6中的定向流动提供驱动力，其中，干燥介质在循环风路6中进行循环流动的方向为：干燥介质从冷凝器2输出后，依次经过干燥室8和蒸发器4后，再返回冷凝器2，并以此循环。由此，由于风机7对干燥介质的定向驱动作用，大大加速了干燥室8内物料与循环流动的干燥介质相接触的效率，由于物料还在高压电场干燥机构9的作用下进行高压电场干燥处理，从而大大提升了热泵干燥技术与高压电场干燥技术对物料进行协同干燥的效果，增强了对物料的除湿效率。
35.与此同时，由于轴流风扇送风效率高，并且相对于离心风扇而言，更加适合在循环风路6中安装，从而风机7优选为轴流风扇。
36.进一步的，本实施例中风机7包括多个，风机7安装在冷凝器2与干燥室8之间和/或干燥室8与蒸发器4之间的循环风路6上。
37.具体的，本实施例中的多个风机7的送风方向一致，通过在在循环风路6上安装多个风机7，有利于加速干燥介质在循环风路6中沿着上述实施例所示的特定方向进行循环流动，从而大大提升了干燥介质对物料实施连续干燥的效果。
38.与此同时，通过在冷凝器2与干燥室8之间的循环风路6上安装风机7，有利于将经过冷凝器2的热交换处理后输出的高温低湿的气体(干燥介质)送入至干燥室8内，并协同高压电场干燥机构9对物料进行干燥处理；相应地，通过在干燥室8与蒸发器4之间的循环风路6上安装风机7，有利于将对物料干燥处理后的高温高湿气体从干燥室8内抽离出来，这在一方面加速了对干燥室8内气体的置换效率，并将从物料中干燥蒸发的水分带离出来，在另一方面还便于通过蒸发器4将带离出来的水分以冷凝水的形式析出，从而增强了对物料的除湿效率。
39.优选地，如图2所示，本实施例中高压电场干燥机构9包括相对呈间隔设置的高压极板91与接地极板92，高压极板91连接高压电源，高压电源采用可调直流电源。
40.具体的，高压极板91与接地极板92均可采用电导率较好的铜板，高压电源包括本领域所公知的直流高压发生器93，高压极板91通过直流高压发生器93与市电相连接，并对接地极板92进行接地处理，从而可通过直流高压发生器93向高压极板91输送直流高压，以在高压极板91与接地极板92之间产生定向的直流高压电场，对高压极板91与接地极板92之间相应放置的物料进行高压干燥处理，其中，直流高压发生器93可实现对高压极板91与接地极板92之间电压的连续调节。
41.优选地，本实施例中高压极板91与接地极板92分别安装在直线调节机构上，直线调节机构用于沿高压电场干燥机构9的电场方向调节高压极板91与接地极板92之间的间距。
42.具体的，可同时设置多组高压极板91与接地极板92，在每组的高压极板91与接地极板92之间均放置物料，且每组的高压极板91均连接可调直流电源，由此可大幅度提高对物料进行干燥处理的效率。
43.在其中一个具体实施例中，设定干燥介质从干燥室8的前侧面通入，并从其后侧面排出，在此，可设置高压极板91与接地极板92呈左、右相对设置，即高压极板91与接地极板92均呈竖直布置，并分别与干燥室8的左、右侧面相平行，从而高压极板91与接地极板92之间通过托盘或货架放置物料，以便干燥介质在从高压极板91与接地极板92之间通过时，对物料实施干燥处理。相应地，直线调节机构可采用本领域所公知的电动推杆，可通过一个水平布置的电动推杆，将该电动推杆的伸缩端连接高压极板91，将接地极板92进行固定设置，也可具体设置两个水平呈相对布置的电动推杆，两个电动推杆的伸缩端对应连接高压极板91与接地极板92，以实现高压极板91与接地极板92之间水平间距的可调节。
44.在另一个具体实施例中，设定干燥介质从干燥室8的前侧面通入，并从其后侧面排出，在此，还可设置每组高压极板91与接地极板92呈上、下相对设置，即高压极板91与接地极板92均呈水平布置，并分别与干燥室8的上、下侧面相平行，从而可在接地极板92上通过托盘或货架放置物料，以便干燥介质在从高压极板91与接地极板92之间通过时，对物料实施干燥处理。相应地，直线调节结构包括竖向设置的导柱与套环的组合结构，其中，高压极板91的两侧边设有第一套环，同时，接地极板92的两侧边设有第二套环，第一套环和第二套环均套设在导柱外侧，第一套环与导柱滑动连接，并用锁紧螺栓锁紧，第二套环与导柱固
定，由此可实现高压极板91与接地极板92之间竖直间距的可调节。
45.优选地，本实施例中干燥室8内配设有温湿度检测单元；温湿度检测单元包括温度传感器、湿度传感器、控制模块和显示模块，温度传感器、湿度传感器及显示模块分别通讯连接控制模块。
46.具体的，温度传感器、湿度传感器均为本领域所公知的传感检测器件，控制模块可为本领域所公知的单片机或plc控制器，显示模块可为本领域所公知的lcd显示器，这些元器件均未在图1中示意出。
47.在实际工作中，温度传感器和湿度传感器分别用于采集干燥室8内的温度信息与湿度信息，温度传感器、湿度传感器分别将采集到的信息反馈至控制模块，控制模块对接收到的信息进行模数转换，并输送至显示模块，从而实现对干燥室8内的温湿度的实时监控并将相关信息反馈给操作人员，从而方便操作人员根据干燥室8内的温湿度信息实时调整热泵系统的运行功率，并对物料的干燥状态做出预判。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。