一种热泵干燥系统论文和设计-杨建文

全文摘要

本实用新型提出了一种热泵干燥系统，其包括相连通的热泵制冷单元和干燥单元，热泵制冷单元包括压缩机、辅助冷凝器、冷凝器、蒸发器以及第一阀门；冷凝器与压缩机的出口相连通；辅助冷凝器与压缩机的出口相连通，并与冷凝器相并联；蒸发器与冷凝器、辅助冷凝器以及压缩机的进口相连通；第一阀门至少用于控制冷凝器、辅助冷凝器与蒸发器之间第一介质的流量；干燥单元包括干燥室，干燥室与冷凝器和蒸发器相连通；能够实现近似于自然的快速干燥，在对干燥室内的物质进行干燥处理时可以降低能源的消耗，对于缓解我国能源紧张局面具有重要的意义。

主设计要求

1.一种热泵干燥系统，其特征在于，所述热泵干燥系统包括相连通的热泵制冷单元和干燥单元；所述热泵制冷单元包括：压缩机；冷凝器，其与所述压缩机的出口相连通；辅助冷凝器，其与所述压缩机的出口相连通，并与所述冷凝器相并联；蒸发器，其与所述冷凝器、所述辅助冷凝器以及所述压缩机的进口相连通；第一阀门，至少用于控制所述冷凝器、所述辅助冷凝器和所述蒸发器之间第一介质的流量；所述干燥单元包括干燥室，所述干燥室与所述冷凝器和所述蒸发器相连通；在所述热泵制冷单元中，第一介质通过所述压缩机分别流入并联的所述冷凝器和所述辅助冷凝器，从所述冷凝器和所述辅助冷凝器流出的第一介质流入所述蒸发器，从所述蒸发器流出的第一介质流入至所述压缩机以构成循环回路；在所述干燥单元中，第二介质依次流经所述蒸发器、所述冷凝器和所述干燥室，并且从所述干燥室流出的介质流入所述蒸发器以构成循环回路。

设计方案

1.一种热泵干燥系统，其特征在于，所述热泵干燥系统包括相连通的热泵制冷单元和干燥单元；

所述热泵制冷单元包括：

压缩机；

冷凝器，其与所述压缩机的出口相连通；

辅助冷凝器，其与所述压缩机的出口相连通，并与所述冷凝器相并联；

蒸发器，其与所述冷凝器、所述辅助冷凝器以及所述压缩机的进口相连通；

第一阀门，至少用于控制所述冷凝器、所述辅助冷凝器和所述蒸发器之间第一介质的流量；

所述干燥单元包括干燥室，所述干燥室与所述冷凝器和所述蒸发器相连通；

在所述热泵制冷单元中，第一介质通过所述压缩机分别流入并联的所述冷凝器和所述辅助冷凝器，从所述冷凝器和所述辅助冷凝器流出的第一介质流入所述蒸发器，从所述蒸发器流出的第一介质流入至所述压缩机以构成循环回路；

在所述干燥单元中，第二介质依次流经所述蒸发器、所述冷凝器和所述干燥室，并且从所述干燥室流出的介质流入所述蒸发器以构成循环回路。

2.根据权利要求1所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述冷凝器和所述辅助冷凝器均通过第一支路与所述蒸发器相连通，所述第一阀门设于所述第一支路上。

3.根据权利要求2所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述蒸发器上设出水管路，所述出水管路上设有控制阀。

4.根据权利要求3所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述冷凝器与所述干燥室相连通的管路上设有风机，所述风机连接有电动机。

5.根据权利要求2所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述冷凝器与所述压缩机相连通的管路上设有第二阀门。

6.根据权利要求5所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述辅助冷凝器与所述压缩机相连通的管路上设有第三阀门。

7.根据权利要求6所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门均为热力膨胀阀。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述辅助冷凝器为开路式辅助冷凝器。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述辅助冷凝器为半封闭式辅助冷凝器。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的热泵干燥系统，其特征在于，所述辅助冷凝器为封闭式辅助冷凝器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及干燥加工技术领域，尤其涉及一种热泵干燥系统。

背景技术

我国传统工艺烘干大多采用电加热、燃煤燃气锅炉等加热方式，加热烘干室内空气及将物料所含水分排到室外，同时补充部分干燥新风。这种传统加热方式不但对大气污染，而且能源浪费，不利于国民经济的可持续发展。另外，现有的烘干机的高温高湿空气大部分都是直接通过排风口排走，直接排出导致热量浪费严重，缺少热量循环利用。其次，现有的烘干机的烘干空间中的送风方式单一，不能对送风方式进行切换调整，从而导致在烘干物料会出现有局部位置烘干不到位的问题，如何能够实现全方位的立体送风烘干是业内技术人员迫切需要解决的技术问题。

干燥加工，需要消耗大量能源，能源消耗通常要占到干燥加工成本的80％以上，因此，研究节能干燥技术和装备具有重要实际意义。一般而言，提高干燥温度，可以提高改造速率，降低干燥成本，但是，对很多热敏性物料，如农产品来说，过高的干燥温度会影响产品品质。因此，如何在较低的干燥温度下提高干燥效率、降低干燥能耗，是目前农产品干燥加工技术和装备面临的主要难题。

真空烘干，采用在真空环境下直接加热的方式对物料进行干燥，由于在真空环境下，物料的水分可以在较低温度下以较高的速率蒸发脱除，因此，真空干燥具有干燥品质好、干燥速度快等特点，尤其适合热敏性农产品或食品的干燥加工。但是，目前我国真空干燥机主要以蒸汽或辐射加热为主，蒸汽加热多以燃煤为热源，不仅热效率低，单位热耗高，而且煤炭燃烧会对环境产生较大污染，不符合国家环保政策要求，受到很大限制。辐射加热主要采用红外加热或微波加热，存在电能消耗大，物料受热不均匀等不足。

此外，一些诸如面粉的食品中水分含量过高时，容易出现变霉、结块等现象，导致保质期变短，产品质量参差不齐，不便于成品的长距离运输和销售。为解决这一问题，各面粉厂家都在不断寻求节能环保的面粉干燥装置。

经过各种实验，面粉干燥不能采取日晒的方式，目前有厂家采用在面粉输送管外安装导热介质的方式，导热介质内装有发热元件。该技术存在的缺点是：热量通过介质传递给外壁后再传递到面粉中，热量利用效率低，干燥效率低；且当导热介质温度低时干燥不充分，导热介质温度高时面粉易变色变质，面粉干燥品质较差，干燥品质难以控制；同时设备相对复杂、占用空间大；通常发热元件为电加热，干燥成本高，增大用户的负担，不利于全国大面积推广应用。

热泵式或空气能式干燥，通过从低温热源吸取热量，使低品位热能转化为高品位热能，可以获得比输入能更多的输出热能，输出和输入能量比通常可达3：1以上，是一种节能效果非常显著的干燥技术。但受技术限制，由热泵提供热量的热风干燥，热风温度一般都不超过60度，热泵主要适用于中低温干燥。由于时间接加热且干燥温度低，因此，热泵干燥通常都存在干燥时间长、效率低的问题。本发明将真空干燥和热泵干燥技术相融合，创新出一种真空式带回转搅拌功能的热泵干燥机，用于各种含水率的颗粒状固态农产品及其他热敏性物料干燥，以达到干燥品质好、干燥速度快，同时又显著节能的目的。

目前，热泵干燥系统按结构可分为闭式系统、半开式系统、开式系统，其中，闭式热泵干燥系统因其能有效回收干燥废气中的冷凝热，而具有较高的能量利用效率。

但是，对于闭式热泵干燥系统，其进行的空气循环过程，采取的是依次经过蒸发器和冷凝器的结构形式，限制了初期升温速率和后期温度的调节精度。其中的干燥室的温度容易上升，从而使得闭式热泵干燥系统需要间歇性的排热，而在夏季，室外的高温，使得闭式热泵干燥系统的冷凝工况变差，系统的效率降低。由此可见，传统的闭式热泵干燥系统存在一定的局限性，限制了对温度的控制精度和系统效率的提高，导致闭式热泵干燥系统的干燥品质降低和能耗的增加。

因此，目前迫切需要开发出一种闭式热泵干燥系统，其能够有效提升在干燥初期阶段干燥室内的温度提升速率，并能够实时调节干燥室输入的热量，从而优化干燥系统在排热阶段的工况，提高干燥系统的整体能源利用效率。

此外，热泵本身是一种高效节能能量转换装置，可以将低温热源的热能转移到高温热源。热泵干燥具有节能环保的优势，可有效提高资源利用率，降低温室效应带来的臭氧层破坏，为大部分的农产品和其他需要物料提供干燥来源。因此，提供热泵干燥系统优化方案是保证其高效节能的关键。然而，当前将热泵系统用于干燥的研究较少。

针对现用技术的现状，有必要提出一种新的热泵干燥系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种新的热泵干燥系统，旨在建立一种高效节能的热泵干燥系统，本实用新型的热泵干燥系统对于缓解我国能源紧张局面具有重要意义。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提出了一种热泵干燥系统，所述热泵干燥系统包括：相连通的热泵制冷单元和干燥单元；

所述热泵制冷单元包括：

压缩机；

冷凝器，其与所述压缩机的出口相连通；

辅助冷凝器，其与所述压缩机的出口相连通，并与所述冷凝器相并联；

蒸发器，其与所述冷凝器、所述辅助冷凝器以及所述压缩机的进口相连通；

第一阀门，至少用于控制所述冷凝器、所述辅助冷凝器和所述蒸发器之间第一介质的流量；

所述干燥单元包括干燥室，所述干燥室与所述冷凝器和所述蒸发器相连通；

在所述干燥单元中，第二介质依次流经所述蒸发器、所述冷凝器和所述干燥室，并且从所述干燥室流出的介质流入所述蒸发器以构成循环回路。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述冷凝器和所述辅助冷凝器均通过第一支路与所述蒸发器相连通，所述第一阀门设于所述第一支路上。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述蒸发器上设出水管路，所述出水管路上设有控制阀。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述冷凝器与所述干燥室相连通的管路上设有风机，所述风机连接有电动机。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述冷凝器与所述压缩机相连通的管路上设有第二阀门。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述辅助冷凝器与所述压缩机相连通的管路上设有第三阀门。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门均为热力膨胀阀。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述辅助冷凝器为开路式辅助冷凝器。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述辅助冷凝器为半封闭式辅助冷凝器。

如上所述的热泵干燥系统，其中，所述辅助冷凝器为封闭式辅助冷凝器。

本实用新型的热泵干燥系统基于辅助冷凝器，能够实现近似于自然的快速干燥，保证产品数量和品质的高效节能，在对干燥室内的物质进行干燥处理时可以降低能源的消耗，因此，本实用新型的热泵干燥系统对于缓解我国能源紧张局面具有重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的热泵干燥系统的原理图；

图2为本实用新型的热泵干燥系统的另一实施例的原理图；

图3为本实用新型的热泵干燥系统的另一实施例的原理图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

1-压缩机； 2-辅助冷凝器；

3-冷凝器； 4-蒸发器；

5-干燥室； 6-第一阀门；

7-第二阀门； 8-第三阀门；

9-第一通路； 10-第二支路；

11-第三支路； 12-第一支路；

13-第二通路； 14-第三通路；

15-第四通路； 16-第五通路；

17-第六通路； 18-第七通路；

19-管道式风机； 20-电动机；

21-出水管路； 22-控制阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1至图3分别为本实用新型的热泵干燥系统的原理图、本实用新型的热泵干燥系统的另一实施例的原理图以及本实用新型的热泵干燥系统的另一实施例的原理图，现结合图1至图3对本实用新型的热泵干燥系统进行详细地说明，以使本实用新型清楚。

此外，还需说明地是，在本实用新型中，“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等术语仅仅是用于表示部件的顺序，并不是对部件进行限定，如第一泵、第二泵、第三泵以及第四泵是表示四个泵，在此，“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”仅仅是对四个泵中的各个泵部件进行区分，并非对泵的限制。

现结合图1对本实用新型的热泵干燥系统进行详细地说明，如图1所示，本实用新型的热泵干燥系统包括相连通的热泵制冷单元和干燥单元，其中，热泵制冷单元包括压缩机1、辅助冷凝器2、冷凝器3、蒸发器4以及第一阀门6。冷凝器3与压缩机1的出口(即图1中压缩机1与冷凝器3直接连通的接口，也即图1中冷凝器3左侧的接口)相连通；辅助冷凝器2与压缩机1的出口相连通，并与冷凝器3相并联；蒸发器4与冷凝器3、辅助冷凝器2以及压缩机1的进口相连通；第一阀门6至少用于控制冷凝器3、辅助冷凝器2与蒸发器4之间第一介质的流量。干燥单元包括干燥室5，干燥室5与冷凝器3和蒸发器4相连通。

如图1中的箭头所示，在热泵制冷单元中，第一介质(如热泵工质)通过压缩机1分别流入并联的冷凝器3和辅助冷凝器2，从冷凝器3和辅助冷凝器2流出的第一介质流入蒸发器4，从蒸发器4流出的第一介质流入至压缩机1以构成循环回路；

在所述干燥单元中，第二介质(如干燥介质)依次流经蒸发器4、冷凝器3和干燥室5，并且从干燥室5流出的介质流入蒸发器4以构成循环回路。

本实用新型的热泵干燥系统能够保证高效节能。目前将热泵系统用于干燥的研究较少，而本实施例基于辅助冷凝器，提出一种近似于自然的快速干燥，保证产品数量和品质的高效节能的热泵干燥系统。由于本实施例建立了一种高效节能的热泵干燥系统，对于缓解我国能源紧张局面具有重要意义。

在一具体实施例中，辅助冷凝器2通过第一支路12与蒸发器4相连通，冷凝器3同样通过第一支路12与蒸发器4相连通。

具体地，在一实施例中，辅助冷凝器2首先通过第二通路13与后续的蒸发器4相接并连通，冷凝器3首先通过第三通路14与后续的蒸发器4相接并连通，然后第二通路13和第三通路14汇聚至第一支路12，从而实现通过第一支路12将第二通路13和第三通路14与蒸发器4相连通。

进一步地，第一支路12上设有第一阀门6，从而实现通过第一阀门6控制第一支路12的通断并能够调整介质的流量。

在一优选的实施例中，第一阀门6为热力膨胀阀，从而实现能够通过通过蒸发器出口气态制冷剂的过热度控制膨胀阀开度，从而实现调整冷却介质的流量，例如通过感温包感受蒸发器出口制冷剂温度的变化来调节制冷剂流量。

在一实施例中，辅助冷凝器2为开路式辅助冷凝器。

在另一实施例中，辅助冷凝器2为半封闭式辅助冷凝器。

在另一实施例中，辅助冷凝器2为封闭式辅助冷凝器。

进一步地，冷凝器3与压缩机1相连通的管路上设有第二阀门7，在一具体实施例中，第二阀门7设于第二支路10上，具体地，压缩机1首先通过第一通路9外接以与冷凝器3和辅助冷凝器2相连通，第一通路9分支出两个并联的第二支路10和第三支路11，通过第二阀门7从而实现通过控制第二支路10的通断并能够调整介质的流量。

在一优选的实施例中，第二阀门7为热力膨胀阀，以实现能够通过通过蒸发器出口气态制冷剂的过热度控制膨胀阀开度，从而实现调整冷却介质的流量，例如通过感温包感受蒸发器出口制冷剂温度的变化来调节制冷剂流量。

进一步地，在本实用新型的热泵干燥系统中，其中，辅助冷凝器2与压缩机1相连通的管路上设有第三阀门8，具体地，压缩机1首先通过第一通路9外接以与冷凝器3和辅助冷凝器2相连通，第一通路9分支出两个并联的第二支路10和第三支路11，第三阀门8设置在第三支路11上，通过第三阀门8从而实现通过控制第三支路11的通断并能够调整介质的流量。

在一优选的实施例中，第三阀门8为热力膨胀阀，以实现能够通过通过蒸发器出口气态制冷剂的过热度控制膨胀阀开度，从而实现调整冷却介质的流量，例如通过感温包感受蒸发器出口制冷剂温度的变化来调节制冷剂流量。

进一步地，如图2所示，冷凝器3与干燥室5相连通的管路上设有管道式风机19，所述管道式风机19与电动机20相接，电动机20驱动管道式风机19运行，从而有利于干燥介质在循环回路中的流通，进一步提高干燥的效率。

进一步地，如图3所示，蒸发器4上设出水管路21，所述出水管路21上设有控制阀22，通过控制阀22控制出水管路21的打开和关闭，此外，在蒸发器4上设置出水管路，有利于在循环过程中含有水的干燥介质中的水分被除去。

结合图1至图3对本实用新型的一具体实施例的热泵干燥系统进行详细地描述，如图1所述，在该具体实施例中，热泵干燥系统包括压缩机1、辅助冷凝器2、冷凝器3、蒸发器4以及干燥室5，其中，压缩机1首先通过第一通路9外接以与冷凝器3和辅助冷凝器2相连通，第一通路9分支出两个并联的第二支路10和第三支路11，第二支路10上设有第二阀门7，第三支路11上设有第三阀门8，压缩机1通过第二支路10和第三支路11分别实现与辅助冷凝器2和冷凝器3的连通。辅助冷凝器2首先通过第二通路13与后续的蒸发器4相接并连通，冷凝器3首先通过第三通路14与后续的蒸发器4相接并连通，然后第二通路13和第三通路14汇聚至第一支路12，从而实现通过第一支路12将第二通路13和第三通路14与蒸发器4相连通。第一支路12上设有第一阀门6。蒸发器4通过第四通路15与压缩机1相连通，从而实现在压缩机1、辅助冷凝2、冷凝器3以及蒸发器4之间形成闭合的循环回路。

蒸发器4与冷凝器3之间还通过第五通路16相连通，冷凝器3与干燥室5通过第六通路17相连通，干燥室5通过第七通路18相连通，从而在蒸发器4、冷凝器3以及干燥室5之间形成闭合的循环回路。

在一优选实施例中，为便于调节冷凝温度，实现高效节能的热泵干燥系统进行干燥，本实用新型的热泵干燥系统选取封闭式辅助冷凝器的空气循环。当然，在本实用新型的热泵干燥系统中，还可以采用开路式、半封闭式辅助冷凝器进行干燥，但这两种辅助冷凝器在实际应用中受环境影响较大，在环境温度低的地区将造成系统效率明显下降，而在湿度过高的环境将造成干燥终了时物料达到设定的含湿量；而封闭式辅助冷凝器能够规避环境因素，因此优选地选用该种辅助冷凝器。

此外，本实用新型的热泵干燥系统由热泵制冷系统循环和干燥循环两部分组成。经由热泵制冷循环中的辅助冷凝器产生的散热，由封闭的空间所接收，将干燥室内的农作物干燥，达到高效节能干燥的目的。利用冷却风机或空气循环热交换将系统内多余热量吸收，以实现干燥室内热平衡，从而达到热泵干燥的高效节能系统优化效果。

整个热泵干燥系统主要是由两个独立的循环构成，即热泵工质在热泵系统内的制冷循环(沿本实用新型的热泵干燥系统图1中上部的箭头方向)和干燥介质的干燥循环(沿本实用新型的热泵干燥系统图1中下部的箭头方向)，这两个循环通过冷凝器和蒸发器连接起来。蒸发器内部的工质吸收干燥介质的热量汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体，部分送入冷凝器，冷凝器使热泵工质冷凝成液体，同时，由于热泵制冷循环中制热量大于制冷量，因此部分高温高压热泵工质经贮液罐与冷却水换热后，将多余的热量排出。而热泵工质冷凝放出的热量用于加热需干燥介质，在蒸发器中热泵工质吸收干燥介质热量，由气液混合物变成饱和或过热蒸汽，同时实现了对干燥介质的降温除湿。干燥介质离开干燥室后形成高温高湿的热空气流过热泵的蒸发器，除去一定的水分变成低温低湿的空气，然后流过冷凝器加热至设定温度后进入干燥室完成干燥介质的循环。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

设计图

一种热泵干燥系统论文和设计

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