回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块及热泵烘干装置的制作方法

1.本实用新型涉及谷物烘干技术领域，特别涉及一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块及热泵烘干装置。


背景技术：

2.谷物烘干机等烘干装置运行时，将干燥热风(例如70℃)送入烘干机烘干段的热风通道，穿过金属孔板渗入下粮槽里的谷物层，在谷物颗粒间隙扩散运动，加热谷物颗粒，蒸发出谷物颗粒内部水分成为水蒸汽而混合成为暖湿气流，再次穿过下粮槽对面的金属孔板排入排风通道，汇集成烘干机的高焓值暖湿出风，排往环境。
3.在循环式烘干机等谷物机械化干燥装置中，干燥空气与潮湿谷物的热湿交换过程，是一个在空气焓湿图上表达为“等焓”的过程，如图1中的a
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b过程：忽略烘干装置烘干过程漏热，谷物干燥过程的能量特征就是干燥空气在干燥流程出口的热量(焓值)与干燥流程进口的热量(焓值)相等。
4.谷物烘干装置干燥流程出口的热量(焓值)与干燥流程进口的热量(焓值)相等，即烘干装置出风具有高焓值特点，具有十分重要意义，特别是在长江流域及以北的中高纬度粮食主产区秋收低温季节，烘干热泵无法在低温环境空气中采集热量以获得足够强度的热功率时，烘干装置高焓值出风热量回收成为唯一的选择。烘干装置高焓值出风热回收的技术意义和商业意义，源自下面这张对比表。
5.表1：湿空气降温10℃放热量对比(35℃100％
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25℃100％pk 35℃50％
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25℃88.8％)
6.7.在此表中，同样是1kg湿空气降温放热，同样都是降温10℃，发生水蒸汽冷凝的35℃100％
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25℃100％的降温过程放热53.3kj/kg，比没有水蒸汽冷凝的35℃50％
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25℃88.82％的放热10.43kj/kg，前者放热量却比后者多出411％，远远超出了我们的经验认知，其实都是水蒸汽冷凝的贡献。
8.烘干装置暖湿出风高焓值，本质上源于干燥气流与含湿物料热湿交换带出来的水蒸汽；不仅火力发电厂锅炉里的超超临界水蒸汽是能量是能源，作为常压空气的分压力组分的水蒸汽，也是能量也是能源，而且是空气能的第一重要组分。因此，对烘干装置出风进行除湿热回收的烘干热泵系统，必然地具有热回收蒸发器冷凝水出水量大、吸热量大、蒸发压力高、热泵压缩比低、冷凝器放热量大、热泵系统cop高的技术特质。
9.但是，对谷物烘干机等热泵烘干装置进行热量回收遭遇到一个重大问题，就是热泵烘干装置出风在携带大量水蒸汽呈现高焓值特质的同时，通常也携带大量粉尘，粉尘对热回收蒸发器造成严重污染。例如，循环式谷物烘干机的出风含尘量高达0.5g/m3，批处理量15t烘干机一次烘干生产排出粉尘100kg左右，对热回收热泵的蒸发器造成风道堵塞、阻力增加、难以清洗、翅片长霉、蒸发器污损锈蚀等严重问题。
10.为了利用烘干装置的高焓值暖湿出风能量，近年来许多热泵企业在烘干机与热泵机组之间设置复杂的除尘装置，例如“降尘灰房”“旋风除尘器”“脉冲除尘器”等等，以此降低出风含尘、对出风进行除湿热回收。但是，这些除尘装置不仅初投资巨大，大到可以比肩热泵机组的程度，而且在运行中因为气流阻力增加还必须采用大功率离心风机，致使除尘装置能耗大幅度增加，除尘装置能耗也与热泵机组相当。
11.如何创新技术路径，在不使用结构复杂的降尘灰房、旋风除尘器、脉冲除尘器等除尘装置条件下，解决当下谷物烘干机出风含尘问题，根本改善烘干生产现场环境和促进烘干机高焓值出风热量高效回收，实现烘干机“零排放”“高能效”，这已经成为了当前谷物机械化烘干环节的核心问题。


技术实现要素：

12.本实用新型的目的在于提供一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块，将蒸发器的风道，由传统的水平设置，改为竖向设置，撤销传统蒸发器中顶托蒸发器的接水盘，使来自烘干装置的暖湿回风顺畅地自上而下流过蒸发器。
13.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块，包括至少一蒸发器；所述蒸发器模块的风道为竖向风道，所述蒸发器底部为无接触式接水盘的向下开放式风路结构，来自烘干装置的暖湿回风通过所述竖向风道从上而下流过所述蒸发器。
14.较佳地，所述蒸发器的风道竖向设置；所述竖向风道从上到下依次包括：
15.风雾混合段，为所述蒸发器模块的进风段；所述风雾混合段设有清洗装置，在对所述蒸发器进行清洗时，所述清洗装置喷出的水雾与来自烘干装置的暖湿回风在此段混合；
16.吸热吸附段，所述吸热吸附段由所述蒸发器竖向设置的风道构成；运行时，所述蒸发器的翅片从烘干装置的暖湿回风中吸热，使暖湿回风中的水蒸汽在所述蒸发器翅片表面冷凝，产生的水膜吸附所述暖湿回风中的粉尘；
17.风污分离段，为所述蒸发器模块的出风段；在对所述蒸发器进行清洗时，所述清洗
装置喷出的水雾在其重力和来自烘干装置的暖湿回风裹挟下冲刷清洗所述蒸发器翅片表面，倾泻而下的回风和污水在此段分离。
18.较佳地，所述风污分离段的侧面设有出风口，下端设有污水槽。
19.较佳地，所述出风口设有风机，所述风污分离段的回风转向后被所述风机吸入升压再高速射入大气。
20.较佳地，所述污水槽的下端通过排污管与污水池连通。
21.较佳地，所述排污管上设有阀门。
22.较佳地，所述排污管为u型管，所述u型管通过二次排污管与所述污水池连通。
23.较佳地，所述清洗装置包括喷嘴，所述喷嘴位于所述蒸发器的上方，其喷雾口朝向所述蒸发器。
24.本实用新型还提供一种热泵烘干装置，包括热泵机组，所述热泵机组包括上述实施例所述的回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块。
25.本实用新型还提供一种谷物热泵烘干装置包括上述实施例所述的热泵机组和烘干机，在运行时，所述热泵机组的冷凝器模块通过对环境新风加热产生高温干燥空气，所述高温干燥空气进入所述烘干机的烘干段，在所述烘干段内，所述高温干燥空气与所述烘干段内的潮湿谷物进行热湿交换并产生暖湿回风，所述暖湿回风排入所述蒸发器模块。
26.较佳地，所述热泵机组由多套热泵子系统组成，多套所述热泵子系统的冷凝器在新风通道中顺序设置，多套所述热泵子系统的蒸发器在热泵烘干装置的回风通道中倒序设置，同一套热泵子系统的蒸发器和冷凝器分别在所述回风通道和新风通道中距离所述烘干机的次序相同；多套热泵子系统的蒸发器对所述烘干机排出的高焓值暖湿回风进行热量梯级回收，通过制冷剂相变而连续不断地进行热量品质升级，将烘干装置回风中热量搬回到冷凝器中对新风实施梯级加热生产新的高温干燥空气，完成热泵烘干机的进风梯级加热和暖湿回风余热梯级回收。
27.与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：
28.1.高效回收热泵烘干装置余热
29.本实用新型对热泵烘干装置的含有高浓度水蒸汽、具有高焓值特质的回风，采用热泵机组实施热量回收，热回收热泵系统的蒸发压力高、制热功率大，能效比高，具有重要的技术意义和商业意义。
30.2.充分发挥了重力分离作用
31.本实用新型将蒸发器模块中回收热量的蒸发器风道由传统的水平设置，创新为竖向设置，撤销传统蒸发器模块中顶托蒸发器的接水盘，使来自热泵烘干装置的夹带粉尘的暖湿回风自上而下流过蒸发器；蒸发器模块的竖向风道，自上而下分为回风水雾混合段、吸热吸附段和风污分离段三个段落；因为蒸发器风道竖向设置，本实用新型充分利用重力分离作用叠加回风裹挟作用，提高了降温除湿时段蒸发器翅片上泥浆剥离脱落效果，提高了喷淋清洗时段水雾颗粒下冲速度和冲刷蒸发器翅片附着污泥的能力，提高了蒸发器下方风污分离效果。
32.3.克服回风粉尘对吸热蒸发器的污染
33.本实用新型在吸热吸附段，对烘干装置回风进行降温除湿滤除水分，在蒸发器翅片上形成全段落多层均布水膜；多层冷凝水水膜吸附后续回风中粉尘，混合成为泥浆，部分
滑落下去，部分附着在蒸发器翅片上；喷淋清洗时，高压水雾颗粒在重力和回风气流裹挟下穿越蒸发器翅片间隙，对翅片表面附着泥浆进行冲刷清洗；清洗之后回风携带自蒸发器翅片冲刷下来的泥浆，进入风污分离段，回风转向后被风机吸入升压再高速射入大气实现无尘排放，泥浆竖向落入污水槽经管道排入污水池。本实用新型既回收了烘干装置回风的高焓值热量又撤销了烘干装置配套的灰房、旋风除尘器、滤筒除尘器等复杂除尘设施，从根本上解决了热泵烘干装置回风粉尘对热回收热泵系统蒸发器的污染问题。
34.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
36.图1为显示烘干等焓过程的湿空气焓湿图；
37.图2为传统蒸发器水平风道示意图；
38.图3为本实用新型的优选实施例提供的一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块的结构示意图；
39.图4为本实用新型的优选实施例提供的一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块对热泵烘干装置回风降温除湿、回收热量运行原理图；
40.图5为本实用新型的优选实施例提供的一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块对回风降温除湿和蒸发器喷淋清洗运行原理图；
41.图6为本实用新型的优选实施例提供的一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块采用负压二次排污的结构示意图；
42.图7为本实用新型的优选实施例提供的带有回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块的谷物烘干装置的结构示意图；
43.图8为本实用新型的优选实施例提供的带有回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块的谷物烘干装置的俯视图。
具体实施方式
44.在本实用新型中，热泵机组可以是单级的，也可以是梯级的。若是单级热泵机组，则蒸发器模块包括一个蒸发器；若是梯级热泵机组，则蒸发器模块包括多个蒸发器，多个蒸发器一级一级的回收热量。
45.传统的热泵机组的蒸发器风道通常是水平设置的，如图2所述，气流水平流过蒸发器翅片间隙(此间隙即为风道)，对蒸发器放热，被蒸发器降温除湿，降温除湿后的冷空气水平排出，冷凝水竖向排出。
46.而本实用新型是将现有的蒸发器的风道，由传统的水平设置，改为竖向设置，撤销传统蒸发器模块中顶托蒸发器的接水盘，使来自烘干装置的暖湿回风顺畅地自上而下流过蒸发器。若热泵机组为梯级热泵机组，则蒸发器模块包括多个蒸发器，则这多个蒸发器从上到下依次排列，这多个蒸发器的竖向风道相通。
47.以下将结合图3至图8对本实用新型提供的回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块及热泵烘干装置进行详细的描述，在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
48.实施例1
49.请参考图3至图5，一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块1，将蒸发器模块1的风道，由传统的水平设置，改为竖向设置，撤销传统蒸发器模块中顶托蒸发器的接水盘，即蒸发器模块1的底部为无接触式接水盘的向下开放式风路结构，使来自烘干装置的暖湿回风顺畅地自上而下流过蒸发器。具体的，所述蒸发器模块1包括至少一蒸发器104，所述蒸发器模块1的风道为竖向风道，来自烘干装置的暖湿回风通过所述竖向风道从上而下流过所述蒸发器 104；所述竖向风道从上到下依次包括水雾混合段102、吸热吸附段103和风污分离段105：
50.水雾混合段102
51.位于蒸发器104的上方，为蒸发器模块进风段；所述水雾混合段102设有清洗装置，在对所述蒸发器104进行清洗时，所述清洗装置排出的水雾与来自烘干装置的暖湿回风在此段混合。
52.清洗装置为成熟的现有技术，本实用新型对此不做具体限制。在本实施例中，清洗装置包括喷嘴101，所述喷嘴101位于所述蒸发器104的上方，其出水口对着所述蒸发器104，目的是在清洗蒸发器104时，产生水雾。在清洗蒸发器104时，喷嘴101喷出的水雾颗粒与来自烘干装置的回风在此段混合匀化。
53.吸热吸附段103
54.其由蒸发器104本体构成，所述蒸发器104的风道竖向设置。在热泵烘干装置运行时，所述蒸发器104的翅片从烘干装置的暖湿回风中吸热，使暖湿回风中的水蒸汽在所述蒸发器104翅片表面冷凝，在蒸发器104翅片区域产生全段落多层水膜以吸附回风中粉尘；
55.风污分离段105
56.其位于所述蒸发器104的下方，为蒸发器模块出口段。在对所述蒸发器104 进行清洗时，喷嘴101喷出的水雾在其重力和来自烘干装置的暖湿回风裹挟下冲刷清洗所述蒸发器104翅片表面，倾泻而下的回风和污水在此段分离。
57.在本实施例中，所述风污分离段105的侧面设有出风口，下端设有污水槽 106。
58.进一步的，所述出风口设有风机110。
59.进一步的，所述出风口上设有弯曲排风管，所述弯曲排风管与外界环境连通。所述弯曲排风管的出口设有风机110，所述风污分离段105的回风转向 180
°
后被所述风机110吸入升压再高速射入大气。
60.在运行时，来自烘干装置的出风通过回风通道40被输送到热泵机组的蒸发器模块1中，成为热泵机组“回风”。一个完整的回风热量回收运行周期，由降温除湿时段和喷淋清洗时段两个运行时段组成。
61.一、降温除湿时段
62.在风机110抽吸下，回风气流首先开始热回收运行周期的降温除湿时段。
63.在该时段，回风气流顺序穿越蒸发器模块1的水雾混合段102、吸热吸附段103和风
污分离段105，回风气流在蒸发器104翅片所充满的吸热吸附段103 被降温除湿滤除水分，在蒸发器104翅片表面上形成全段落多层均布水膜；多层冷凝水水膜吸附后续烘干装置的回风中的粉尘，混合成为泥浆，附着在蒸发器104翅片上，越积越多并且向下滑动，部分区域泥浆持续累积加厚，部分区域泥浆在重力和回风气流推动下落入风污分离段105下方污水槽106；
64.二、喷淋清洗时段
65.当热回收运行周期的降温除湿时段结束，蒸发器104喷淋清洗时段开始，回风持续运行，此时蒸发器模块1的风雾混合段102的喷嘴101打开，高压水雾喷射而出；高压水雾颗粒在重力和回风气流裹挟下穿越蒸发器104翅片间隙，对翅片表面附着泥浆进行冲刷清洗；清洗之后，回风携带自蒸发器104翅片冲刷下来的泥浆，进入风污分离段105；在风污分离段105，回风转向180
°
后被风机110吸入升压再高速射入大气，泥浆竖向落入污水槽106经管道排入污水池。一个热回收运行周期结束。
66.之后，接续开始下一个运行周期，循环往复，实现热泵热泵烘干装置回风的热量回收与粉尘在线清洗。
67.实施例2
68.本实施例是在实施例1的基础上做了进一步改进。
69.在本实施例中，所述污水槽106的下端通过排污管与污水池连通。在运行时，由于风污分离段105中的回风通过离心风机110抽出，因此，造成风污分离段105产生负压，不利于将泥浆排至污水池中。因此，需要对排污管做进一步改进。
70.作为一种实施例，请参考图3至图5，所述排污管107的出口竖直向下，所述排污管107上设有阀门，如电动阀门、球阀108等。
71.作为另外一种实施例，请参考图6，所述排污管107'为u型管，此u型管的排污出口与上述实施例不同，其排污出口向上，可设置在排污箱112内，排污箱112通过二次排污管111与污水池连通，即采用负压二次排放。在u形管中，左右侧竖直水管中的水位差h，补偿了离心风机110在污水槽上方产生的负压；当蒸发器模块产生的污水持续增加以及u型管水位差进一步增加超过离心风机110的负压时，污水自u形管排入二次排污管111。
72.实施例3
73.本实施例提供一种热泵烘干装置，包括热泵机组，所述热泵机组包括上述任一实施例所述的回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块1。本实施例对热泵烘干装置应用在哪个领域不做具体限制。
74.实施例4
75.将实施例3中的热泵烘干装置应用于谷物烘干技术领域，即本实施例提供一种谷物热泵烘干装置，请参考图7至图8，包括实施例3所述的热泵机组10和烘干机20，在运行时，所述热泵机组10的冷凝器模块2通过对环境新风加热产生高温干燥空气，所述高温干燥空气通过送风通道(新风通道)30进入所述烘干机20的烘干段201，在所述烘干段201内，所述高温干燥空气与所述烘干段201内的潮湿谷物进行热湿交换并产生暖湿回风，所述暖湿回风通过回风通道40排入所述蒸发器模块1。
76.以多级热泵机组10为例，热泵机组10中的冷凝器组(冷凝器模块2)对环境新风梯级加热生产高温干燥空气，高温干燥空气送入烘干机20的烘干段201 内与潮湿谷物热湿交
换，热湿交换产生的暖湿回风排入蒸发器组，蒸发器组对暖湿回风进行热量梯级回收，再由压缩机送入冷凝器组对后续新风梯级加热，热量实现了热量闭路循环。
77.本实施例运行时，充分利用了谷物颗粒优良的热物理特性、回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块1及热泵烘干装置回风的高洁净度高焓值特性和热泵机组10的热能高效回收特性，将经过热泵机组10冷凝器组梯级加热的高温烘干气流送入烘干机20烘干段201干燥气流风包，在风包中烘干气流减速、升压、透过谷物层界面孔板向谷物颗粒间隙作微速弥漫性扩散，穿越谷物颗粒之间的堆积缝隙，与含湿谷物进行热湿交换，推动谷物颗粒水分蒸发汽化生成暖湿气流，再从谷物层界面孔板微速渗出进入暖湿气流风包，暖湿气流在风包中汇集、加速、排出烘干机20的烘干段201，再流入热泵机组10蒸发器组梯级降温除湿放出热量主要是水蒸汽潜热完成热量梯级回收，最后成为低温饱和空气排入环境；蒸发器翅片上水膜附着粉尘产生的泥浆，经过喷嘴101水雾在线清洗之后排入污水池。
78.本实施例热泵机组由多套热泵子系统组成，多套热泵子系统的冷凝器在新风通道中顺序设置，蒸发器在烘干机20的回风通道40中倒序设置，同一套热泵子系统的蒸发器、冷凝器在回风通道40、新风通道30中距离烘干机20的次序相同；
79.本实施例提供的一种回风热量回收与粉尘在线清洗蒸发器模块及热泵烘干装置运行过程中，多套热泵子系统的蒸发器对烘干机高焓值暖湿回风进行热量梯级回收，通过制冷剂相变而连续不断地进行热量品质升级，搬回到冷凝器中对新风实施梯级加热生产新的高温干燥空气，完成热泵烘干机的进风梯级加热和暖湿回风余热梯级回收；具体说来，热泵机组10充当“热量搬运工”的角色，将烘干机20高焓值暖湿回风的能量主角低品位水蒸汽热量，通过制冷剂相变而连续不断地进行品质升级，搬回到冷凝器中用以生产新的高温干燥空气，完成烘干机20进风梯级加热、暖湿回风余热梯级回收，成就谷物烘干“一分钱一斤”的更高层次的热量循环。