一种多热源烘干系统及其烘干方法与流程

本发明涉及烘干系统技术领域，特别是涉及一种多热源烘干系统及其烘干方法。

背景技术：

现有的烘干技术主要有：空气能烘干、电加热烘干、燃煤燃气锅炉烘干。

空气能烘干通过热泵，将放置于相对密闭的保温板房内的物品，通过闭式的干燥风循环地将水蒸气在冷片上冷凝排出板房或通过打开板房新风阀与排湿阀，放入新风，排出湿空气，达到除湿干燥的目的。但是，空气能烘干机运行时，低温时升温较慢，空气侧换热器容易结霜，耗电多，能效比低，需要长时间运行，中间可停歇时间短。对于北方的一些冬季极寒地区，不能开机运行或只能低能效比运行。当机组长期处于70℃以上运行时，影响机组整体性能。空气能烘干机组应用至今，依然存在低温烘干时能效低下，换热器容易结霜的缺点。而常温烘干时，由于整体系统因素，节能能力提高受限。

电加热烘干通过热交换的原理，利用电源加热散发的热量，通过抽风风机不断的吸风而产生的一个热循环过程，使密闭的保温箱内的物料逐渐烘干。但是，电加热烘干能效比远低于使用空气能烘干系统；而且热量直接排到空气中去，能量损失严重。

燃煤燃气锅炉烘干通过燃烧煤块或燃气释放热量加热水，加热后的高温热水或蒸汽经过管道送入换热器而后重新返回锅炉加热，不断循环，使用轴流风机不断将空气吹经换热器，被加热后空气通过风道送入烘干室烘干物料，湿空气则通过排风道排出烘干室。但是，燃煤燃气锅炉烘干的热能利用率低、污染高；而且成本高，技术不成熟。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供，提供一种根据需要对多种制热装置进行合理的组合来为烘干室提供热能的多热源烘干系统及其烘干方法。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种多热源烘干系统，包括：烘干室、控制单元、太阳能制热装置、储能装置、热泵制热装置以及热能回收装置；所述烘干室内设置有换热装置和循环风机，所述太阳能制热装置、所述储能装置以及所述热泵制热装置与所述换热装置相连通；所述烘干室设置有排气口和进气口；所述热能回收装置包括热交换器，所述热交换器通过所述排气口和所述进气口与所述烘干室相连通；所述控制单元与所述太阳能制热装置、所述储能装置、所述热泵制热装置、所述热能回收装置以及所述循环风机电连接。

可选地，所述换热装置包括第一换热装置和第二换热装置，所述第一换热装置与所述太阳能制热装置和所述储能装置相连通，所述第二换热装置与所述热泵制热装置相连通。

可选地，所述热泵制热装置包括空气源制热装置和/或污水源制热装置。

可选地，所述烘干室内设置有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和所述湿度传感器将采集到的温度数据和湿度数据发送给所述控制单元。

可选地，所述太阳能制热装置、所述储能装置以及所述热泵制热装置内设置有温度传感器，所述温度传感器将采集到的各制热装置中传热介质的温度数据发送给所述控制单元。

本发明还提供了一种利用上述的多热源烘干系统进行烘干的烘干方法，包括以下步骤：

s1、启动控制单元，所述控制单元获取设置在烘干室内的温度传感器和湿度传感器所采集的温度数据和湿度数据，并启动循环风机使所述烘干室内的空气循环流动；

s2、当所述烘干室内的温度低于设定的温度时，所述控制单元启动太阳能制热装置和/或储能装置和/或热泵制热装置，并通过第一换热装置和/或第二换热装置对所述烘干室内的空气进行加热；

s3、当所述烘干室内的湿度高于设定的湿度时，所述控制单元启动热能回收装置，将所述烘干室内的湿热空气排出，并向所述烘干室内输入新的空气，并将排出的湿热空气的热量传递给输入的新的空气。

可选地，在步骤s1中，启动所述控制单元后，所述控制单元还获取设置在所述太阳能制热装置、所述储能装置和所述热泵制热装置中的温度传感器所采集的相应的传热介质的温度数据。

可选地，在步骤s2中，所述控制单元在启动制热装置时，根据设定的条件启动所述太阳能制热装置、所述储能装置和所述热泵制热装置中的一个或同时启动多个。

可选地，所述控制单元在启动制热装置时，根据获取的所述太阳能制热装置、所述储能装置和所述热泵制热装置中的传热介质的温度，判断各制热装置中的传热介质的当前温度是否符合设定的温度；

如果所有装置中的传热介质的温度都符合设定的温度，则优先启动太阳能制热装置，其次启动储能装置，最后启动热泵制热装置；

如果只有部分装置中的传热介质的温度符合设定的温度，则按照所述制热装置的启动顺序，依次启动传热介质的温度符合设定温度的制热装置；

如果启动一个装置不能满足所述烘干室所需的热能，则按照所述装置的启动顺序，同时启动多个传热介质的温度符合设定温度的装置。

可选地，所述储能装置被设置为使用设定的时间段内的电能存储热能。

(三)有益效果

本发明提供的多热源烘干系统，利用太阳能、空气能和电能这类清洁能源进行制热，系统运行过程中零污染排放，多种能源互补及合理利用，降低了系统运行成本。系统中的储能装置能够储存热能，即便是在极端的天气条件下，仍然可以为烘干室持续、稳定地供热。储能系统可减少热泵除霜时间，降低系统电耗。制热装置和储热装置与烘干室分离设置，并且通过热能回收装置还能排放湿热空气和回收余热，使得用于烘干的空气只在烘干室内循环，系统只需要提供物料升温和烤房散热所需热量即可。因此极大地降低系统耗电。另外，热空气完全在烘干室内循环，不仅回收了排湿热，且极大地降低了物料在排湿过程中有益物质的损失，提高物料的烘干品质。该系统采用多种制热装置升温的策略，且各制热装置可独立运行，不相互受影响，使得各制热装置可保证最佳工况，不仅热效比高，而且能确保系统升温，系统使用寿命长。烘干过程可以由控制单元自动控制，满足各种物料的烘干需要。控制单元综合控制系统中的各个部件，实现最佳工况，确保能升温、能保温、能排湿、能保湿，使得烘干室的湿度和温度能够按照烘干工艺要求的变化来调节。

附图说明

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简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1为本发明实施例中的多热源烘干系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的使用多热源烘干系统进行烘干的烘干方法的流程图。

附图中的附图标记依次为：

1、烘干室，101、内壁，2、控制单元，3、太阳能制热装置，301、太阳能集热器，302、储水箱，4、储能装置，5、热泵制热装置，6、热能回收装置，601、热交换器，602、进气管，603、排气管，7、第一换热装置，8、第二换热装置，9、循环风机，10、第一电磁阀，11、第二电磁阀，12、第三电磁阀，13、循环水泵，14、进气阀，15、排气阀。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。在此，本发明的以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的实施例提供一种多热源烘干系统，包括：烘干室1、控制单元2、太阳能制热装置3、储能装置4、热泵制热装置5以及热能回收装置6。烘干室1内设置有第一换热装置7、第二换热装置8和循环风机9。太阳能制热装置3和储能装置4与第一换热装置7相连通，热泵制热装置5与第二换热装置8相连通。烘干室1设置有排气口和进气口，热能回收装置6通过排气口和进气口与烘干室1相连通。控制单元2与太阳能制热装置3、储能装置4、热泵制热装置5、热能回收装置6以及循环风机9电连接。控制单元2还包括电源，其为太阳能制热装置3、储能装置4、热泵制热装置5以及热能回收装置6提供电能。

本实施例中，如图1所示，烘干室1内从上到下设置有多层用于放置烘干物的平台或者架子，烘干室1的左侧设置有内壁101，内壁101与烘干室1的左侧壁之间从上至下依次安装有循环风机9、第一换热装置7和第二换热装置8。本实施例中，第一换热装置7和第二换热装置8都是翅片换热器。烘干室1的右侧壁的顶端和底端分别设置有排气口和进气口，在排气口上安装有排气阀15，在进气口上安装进气阀14。循环风机9启动后，带动烘干室1内的空气如图1中箭头所示的路径循环流动。空气在循环过程中，流经第一换热装置7和第二换热装置8时吸收换热装置内高温的传热介质的热量而别加热。被加热的空气在流经烘干物时，对烘干物进行烘干。烘干室1内设置有温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器将采集到的烘干室1内的温度数据和湿度数据发送给控制单元2。

本实施例中，烘干室1的顶部设置有以水为传热介质的太阳能制热装置3，其包括太阳能集热器301和储水箱302。如图1所示，储水箱302的上部与太阳能集热器301相连通；太阳能集热器301通过管路与作为第一换热装置7的水路翅片换热器的入口相连。储水箱302的下部通过管路与翅片换热器的出口相连，在该管路上设置有第一电磁阀10和循环水泵13，分别用于控制水的流速和流量，以及为水的循环提供动力。储水箱302中的水流入太阳能集热器301内，利用太阳光能进行加热，并通过管路将加热后的水送至水路翅片换热器内，与烘干室1内的空气进行间接热交换。然后，水从水路翅片换热器的出口流出，通过管路进入循环水泵13，再通过第一电磁阀10回到储水箱302中，完成一次循环。然后，水再从储水箱302流入太阳能集热器301内，进入下一次循环。太阳能集热器301内设置有温度传感器，用于采集太阳能集热器301内水的温度数据，并且将该温度数据发送至控制单元2。控制单元2与第一电磁阀10和循环水泵13电连接，能够控制它们的启/停和运行。

太阳光热能作为一种免费的可再生能源，在太阳光照充足的时段运行系统会降低系统的运行费用。除了水，也可以使用其他的流体作为太阳能制热装置3的传热介质，本发明实施例对此不作具体限定。

如图1所示，控制单元2与储能装置4电连接，为储能装置4提供电能，用于加热设置在储能装置4内的相变储能材料，将热量储存在储能装置4内；并且还能控制储能装置4的启/停和运行。本实施例中，储能罐4以水为传热介质，储能装置4内设置有温度传感器，用于采集储能装置4内的相变储能材料和水的温度数据，并且能够将该温度数据发送至控制单元2。储能装置4通过设置有第二电磁阀11管路与水路翅片换热器的入口相连，将在储能装置4被存储的热能加热后的水输送至水路翅片换热器内，与烘干室1内的空气进行间接热交换；然后，水从水路翅片换热器的出口流出，通过管路进入循环水泵13，再通过设置有第三电磁阀12的管路进入储能装置4，完成一次循环。然后，水再储能装置4流入水路翅片换热器内，进入下一次循环。控制单元2与第二电磁阀11和第三电磁阀12电连接，控制它们的启/停和运行。储能装置4中的相变储能材料与作为传热介质的水之间是间接热交换。

本实施例中，太阳能制热装置3和储能装置4都是使用水作为传热介质，因此，与太阳能制热装置3和储能装置4相连的第一换热装置7为水路翅片换热器。当太阳能制热装置3和储能装置4使用其他流体作为传热介质时，可以采用相对应种类的换热器，本发明实施例对此不作具体限定。

如图1所示，控制单元2与热泵制热装置5电连接，为其提供电能，通过启动热泵制热装置5中的压缩机将热泵制热装置5内的制冷剂(例如，氟)压缩成高温高压的气体并通过管道传输至第二换热装置8中与烘干室1内空气进行间接热交换。控制单元2还控制热泵制热装置5的启/停和运行。热泵制热装置5内设置有温度传感器，用于采集热泵制热装置5内氟的温度数据，并且能够将该温度数据发送至控制单元2。热泵制热装置5通过两条管路分别与作为第二换热装置8的氟路翅片换热器的入口和出口相连。热泵制热装置5的氟在加热后通过管路流入氟路翅片换热器内，与烘干室1内的空气进行间接热交换；然后，再从氟路翅片换热器的出口流出，流回到热泵制热装置5，完成一次循环。然后，氟再从热泵制热装置5流入氟路翅片换热器内，进入下一次循环。

如图1所示，烘干室1的右侧设置有热能回收装置6，热能回收装置6通过排气口和进气口与烘干室1相连通，在排气口处设置有排气阀15，在进气口处设置有进气阀14。热能回收装置6包括有热交换器601，热交换器601左侧设置有两个风管，分别与烘干室1的排气口和进气口相连通；热交换器601的右侧设置有两根管路，一根是用于吸入新空气的进气管602，另一根是用于排出烘干室1内的潮湿空气的排气管603。控制单元2与热交换器601、排气阀15和进气阀14电连接，并且控制它们的启/停和运行。当控制单元2通过设置在烘干室1内的湿度传感器检测到烘干室1内的湿度达到设定的湿度值时，控制单元2启动热交换器601，并且先打开进气阀14，使得与热交换器601相连的进气管602吸入新的空气，并输送至热交换器601；再打开排气阀15，使得烘干室1内的湿热空气经由与排气口相连的风管进入热交换器601。该湿热空气与吸入的新空气在热交换器601内进行热交换，将热量传递给吸入的新的空气，然后从排气管603排出；被加热的新空气从进气口进入烘干室1中。当控制单元2检测到烘干室1内的湿度低于设定的湿度时，首先关闭排气阀15，再关闭进气阀14，完成排湿过程。当控制单元2再次检测到烘干室1内的湿度到达设定的湿度时，再次启动热交换器601，并打开进气阀14和排气阀15，进入下一次排气过程。

以使用本发明实施例中的多热源烘干系统烘干烟叶为例。参见下表的数据可以看出，采用本发明的多热源烘干系统，成本显著降低，不到传统燃煤技术的一半。在社会效益方面，与传统燃煤烘烤相比，一炉烟叶，以3800kg计算，可减少排放co2约1120.06kg，减少排放so2约67.9kg，减少排放nox33.9kg。经济效益和社会效益都非常显著。

本发明提供的多热源烘干系统，利用太阳能、空气能和电能这类清洁能源进行制热，系统运行过程中零污染排放，多种能源互补及合理利用，降低了系统运行成本。系统中的储能装置能够储存热能，即便是在极端的天气条件下，仍然可以为烘干室持续、稳定地供热。储能系统可减少热泵除霜时间，降低系统电耗。制热装置和储热装置与烘干室分离设置，并且通过热能回收装置还能排放湿热空气和回收余热，使得用于烘干的空气只在烘干室内循环，系统只需要提供物料升温和烤房散热所需热量即可。因此极大地降低系统耗电。另外，热空气完全在烘干室内循环，不仅回收了排湿热，且极大地降低了物料在排湿过程中有益物质的损失，提高物料的烘干品质。该系统采用多种制热装置升温的策略，且各制热装置可独立运行，不相互受影响，使得各制热装置可保证最佳工况，不仅热效比高，而且能确保系统升温，系统使用寿命长。烘干过程可以由控制单元自动控制，满足各种物料的烘干需要。控制单元综合控制系统中的各个部件，实现最佳工况，确保能升温、能保温、能排湿、能保湿，使得烘干室的湿度和温度能够按照烘干工艺要求的变化来调节。

如图2所示，本发明的实施例还提供一种利用上述多热源烘干系统进行烘干的烘干方法，包括以下步骤：

s1、启动控制单元2，控制单元2获取设置在烘干室1内的温度传感器和湿度传感器所采集的温度数据和湿度数据，并启动循环风机9使烘干室1内的空气循环流动；

温度传感器和湿度传感器可以以有线或无线的方式将采集到的温度和湿度数据发送给控制单元2，本发明实施例对此不作具体限定。温度传感器和湿度传感器可以以设定的时间间隔采集数据并发送给控制单元2，例如，每10秒采集一次数据。

同时，控制单元2还获取设置在太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中的温度传感器所采集的温度数据。以确定当前时刻太阳能制热装置3和储能装置4内水的温度，以及热泵制热装置5内氟的温度。如前所述，设置在各个制热装置内温度传感器可以以设定的时间间隔采集数据，并通过有线或无线的方式发送给控制单元2。

s2、当烘干室1内的温度低于设定的温度时，控制单元2启动太阳能制热装置3和/或储能装置4和/或热泵制热装置5，并通过第一换热装置7和/或第二换热装置8对烘干室内1的空气进行加热；

控制单元2将储能装置4设置为在设定的时间段内的电能对储能装置4内的相变储能材料加热。例如，设置为利用夜间电费比较低的时段的谷电储能，在白天用相变储能材料储存的热能加热水，并将热水输送至第一换热装置加热烘干室内的循环空气。因此，能够节省系统用电费用。

该步骤中，控制单元2在启动制热装置时，根据设定的条件启动太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中的一个或同时启动多个。

具体的，当烘干室1内的温度低于设定的温度时，控制单元2根据之前获取的太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中的温度传感器所采集的温度数据，判断各制热装置中的传热介质的当前温度是否符合设定的温度；

如果太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中的传热介质的温度都符合设定的温度，则优先启动太阳能制热装置3，其次启动储能装置4，最后启动热泵制热装置5；

如果太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中，只有部分装置的传热介质的温度符合设定的温度，则按照上述启动顺序，启动符合温度要求的装置；

如果启动太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中的某一个装置所提供的热能不够，则可以按照上述的启动顺序，同时启动太阳能制热装置3、储能装置4和热泵制热装置5中符合温度条件的多个装置。

s3、当烘干室1内的湿度高于设定的湿度时，控制单元2启动热能回收装置6，将烘干室1内的湿热空气排出，并向烘干室2内输入新的空气，并将排出的湿热空气的热量传递给输入的新的空气。

控制单元2根据设置在烘干室1内的湿度传感器发送的湿度数据确定是否启动热能回收装置6。

上述的步骤s2和步骤s3的过程可以同时进行。上述过程不断循环，直至烘干室1的烘干物被烘干至所期望的状态。

本发明提供的烘干方法，通过控制单元，使得太阳能制热装置、储能装置以及热泵制热装置三个装置根据需要自由切换或组合，为烘干室提供热能。运行中切换至太阳能制热装置或储能装置时，有效地解决了传统的空气源烘干低温能效比低，换热器容易结霜的问题，降低了烘干系统的运行时间。同时，采用热能回收装置将烘干过程中产生的大量余热进行回收再利用，有效地降低了系统运行的成本费用。利用夜间低谷时段超低电价的优势来进行相变储能，也降低了系统的运行成本。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

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，不能理解为对本发明的限制。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。