一种热量循环式热泵烘干装置的运行模式和结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开一种热量循环式热栗烘干装置的运行模式和结构。应用范围为:高中温热栗烘干除湿。干燥烘干的物品范围为粮食、蔬菜水果、烟叶、腊肉、水产品、服装布料、中药材、木材、泥煤、各种工农业原材料和产品等等。
【背景技术】
[0002]物料干燥烘干的种类范围极其广泛且数量巨大，全社会用于物料干燥烘干的能耗非常巨大。有资料表明，发达国家用于物料干燥烘干的能耗占总能耗的7%_15%之间，平均为12%。现在中国的年发电量约为5万亿度，如以用于烘干的电能耗为总发电量的8%估算，则每年用于电加热烘干的全国的电力能耗为4千亿度，相当于5个长江三峡电站的发电量；同时用于烘干的煤炭等燃料也是一个极其庞大的数量。
[0003]传统的物料干燥除湿一般是用电或燃料以加热方式进行的。一般能量利用率都比较低，加热方式的能量利用率大都低于70%，有时甚至低至40%以下，某些场合如家用衣物烘干还需要对排出的高湿度空气进行再水汽冷凝处理，很不方便。I度电转换成的热量为3600KJ，1公斤液态水蒸发所需的热量约为2400KJ，所以用电加热烘干，完全没有热量损失的情况下，I度电能脱水1.5公斤;而实际上在烘干过程中，不可避免的有大量的热量耗散，电加热烘干的干燥效率一般在I度电脱水0.6-1.2公斤之间，平均约为0.8公斤。
[0004]热栗烘干技术是利用电的能量，用热栗装置将热量从低温热源向高温热源输送热量的技术，一份电可以输送几份热，相比一般的电加热烘干可以节约50%以上的能耗，同时可以兼有冷凝器加热和蒸发器除湿的双重效果，是未来烘干技术的发展方向。
[0005]因热栗烘干是一新兴的技术，开发应用时间较短，对热栗烘干的基础原理未能充分深入的了解掌握，所以热栗烘干技术的潜力未能充分的发挥。
[0006]市场上常规的热栗烘干设备可大致分为两类:A类开放式、B类封闭式。
[0007]A类热栗烘干装置大致如下:所谓开放式，即装置中有一带风机的出风管道或出风口，烘箱内的高温高湿气体不断的从出风管道中被抽出最终进入到大气中，同时有等量的低温低湿的大气新风被吸入到烘箱内腔中，烘箱内的气体不断的与大气空气进行交换。热栗系统在烘箱外有一带风机的外蒸发器，如果烘箱内的高温高湿气体不经过外蒸发器和换热器而被直接排放到大气中，则被排放气体的热量完全不加以利用，外蒸发器完全从大气中吸取热量。如果利用被排出的高温高湿气体中的热量，大致有以下几种方式:1、没有大气空气流过外蒸发器，只有被排出的高温高湿气体流过外蒸发器后排空进入大气，气体的显热和气体水分中的潜热被外蒸发器吸收并被冷凝器释放到烘箱内，本方式的一个关键特点是要维持烘箱内的空气温度和焓值不下降，蒸发器的出风温度必须下降到等于或低于大气环境温度，蒸发器的冷媒蒸发温度与蒸发器直接从大气中吸热的冷媒蒸发温度相差不大；
2、被排出的高温高湿气体加入大气空气混合后再流过蒸发器，蒸发器从流过的混合气体中吸取热量，然后混合气体排空进入大气，本方式使流过蒸发器的气体温度高于大气温度，提高了 C0P;3、被排出的高温高湿气体与被吸入的大气新风先在一显热换热器中进行热量交换后，高温高湿气体再流过外蒸发器或直接排空进入大气，如直接排空则外蒸发器完全在大气中吸收热量，本方式新风经过换热温度有提高，回收了烘箱内排出的高温高湿气体的部分热量。上述几种利用方法均使被排出的高温高湿气体中的热量得到一定程度的利用，但与高温高湿气体直接排空相比，增加的效果极为有限，热栗系统的制热能效比基本被大气温度所制约，同时干燥效果受新风即大气空气的湿度变化的影响。导致的结果是:如果要使热栗系统能效比即COP高，则冷媒的高低温差不能大，也即烘箱内的空气温度比环境温度不能高出太多，而烘箱内的温度不高，则除湿干燥的效果就比较差;或者是烘箱内气体温度较高，但箱内空气温度与环境温度的温差很大，则热栗系统的冷媒高低温温差大，能效比COP 低。
[0008]总之:A类开放式热栗烘干装置相比常规的电加热烘干机，大幅度的提高了能源利用率，节能率在50%以上，但总体效果不是很理想，受较低的环境温度的制约，衡量总体干燥效果的SMER即消耗每度电获得的干燥脱水量，不可能很高，一般SMER在3KGH20/KWH( 3公斤水/千瓦小时)以下，SMER平均约为2.5，冬天在2以下。
[0009]B类热栗烘装置大致如下:所谓封闭式，即烘箱内的空气基本与外部大气相隔离，其代表产品是家用热栗干衣机，其特征是，所述装置的蒸发器不从烘箱外的大气中吸取热量;有一循环回风管道，蒸发器安装在回风管道中，冷凝器在回风管道的蒸发器的下游，蒸发器和冷凝器共用一个风机，蒸发风量和冷凝风量相等，烘箱内腔的高温高湿气体从回风管道的进口流入，经过蒸发器降温除湿，再流过冷凝器加热升温，回到烘箱内腔。其优点是受环境温度和湿度的影响相对较小，被干燥物料中的液态水蒸发汽化所消耗的热量得到循环利用，烘干效果基本稳定。缺点是烘箱内空气升温很慢，烘箱内腔所获得的热量只是热栗装置做功消耗的能量所转化的热量，装置开始运行后烘箱内空气长时间温度较低，也使流过回风管道内的蒸发器的气体温度较低，蒸发器吸收热量中的潜热/显热比值很低，烘干除湿效果差，烘干速度慢。尤其是因为冷凝器和蒸发器共用一个风机，冷凝风量与蒸发风量相同时，如蒸发器吸收的潜热大于显热，冷凝器的进出风温差是蒸发器进出风温差的2.5倍以上，使冷凝器的出风温度太高从而冷媒冷凝温度太高导致热栗系统能效比下降；如蒸发器吸收的潜热小于显热，虽然能避免冷凝器出风温度太高的弊端，但潜热/显热小于I，使烘箱内空气的潜热与显热之间的转换率减低，导致除水效果变差。总的效果与A类开放式装置相当:B类封闭式热栗烘干装置较电加热烘干节能50%以上，SMER约为2至2.5，超过3有难度，尤其是在冬天，烘箱内的初始温度很低时，烘干效果更差。
[0010]理论分析:封闭式热栗烘干装置的干燥过程中，烘箱中空气的显热被所烘干的物料吸收，物料中的水分蒸发，空气中的湿度增加，温度下降，潜热增加，显热减少，总焓值不变，空气的干燥能力下降；当相对湿度达到饱和，则干燥过程完全停止。如能将烘箱内空气中的潜热转化为显热，则空气温度上升，湿度下降，能量得到了循环利用，干燥过程得以持续进行。热栗烘干装置如能高效的使烘箱内空气中的潜热转化为显热，则能有效的提高SMER。而装置干燥效率的提高取决于2个方面:热栗系统有较高的COP值;蒸发器吸收的热量中潜热的比例要尽可能的高。所以在B类封闭式热栗烘干系统中尽可能提高蒸发器吸收热量中的潜热/显热比，同时尽可能降低热栗系统的冷媒高低温差或高低压差，提高热栗系统的C0P，能显著提高系统的SMER。如蒸发器吸收热量中的潜热/显热比为4，即潜热比例等于80%，热栗系统的制冷COP等于3.5，加上装置做功消耗的能量所转换的热量最终也用于被烘干物料的水分的蒸发，因水的蒸发潜热比约为2400KJ/KG，则可估算热栗烘干机的理论除湿量SMER = 3600* (3.5*0.8+1 )/2400 = 5.7；如果潜热比例达到90%，制冷COP达到4.0，则理论上SMER最高能达到3600*(4*0.9+1 )/2400 = 6.9KG/KWH，比现有热栗干燥装置的效率平均提尚130%以上。
【发明内容】
[0011]本发明针对目前市场上热栗烘干机普遍存在的结构和运行模式的不合理之处，通过改善热栗系统的COP和封闭式系统中蒸发器吸收热量的潜热/显热的比值这两个热栗烘干最关键的因子，提出了本发明方案:一种热量循环式热栗烘干装置的运行模式和结构，装置包括一般热栗烘干装置均具备的由压缩机、节流阀、冷凝器、蒸发器、风机等组成的热栗系统，烘箱箱体等。其结构特征为所述装置包含一热量回收风道，有蒸发器安装在所述热量回收风道内，所述装置中安装有一风量调节装置，所述风量调节装置能使流过蒸发器的风量按需要而进行控制调节。所述装置的运行控制模式特征为:所述装置的运行控制模式分为升温模式和热量循环除湿模式。第一阶段升温模式运行，装置以较高的COP值从大气中吸热对烘箱内部空气加热，烘箱内的空气不除湿只加热，使空气升温达到一较高的设定的升温目标温度和相应的焓值;然后转到第二阶段的热量循环除湿模式，热量回收风道内的蒸发器从烘箱内流出的高温高湿气体中吸收潜热和显热并由冷凝器将此热量输送释放到烘箱内的空气中；烘箱内的气体从热量回收风道的进