一种闭式热泵干燥装置及其运行模式

本发明涉及一种闭式热泵干燥装置及其运行模式，属于热泵干燥。

背景技术：

1、工农业生产过程中，大量产品需要干燥处理或干燥后储藏。干燥过程是高耗能过程，传统的燃煤、燃气干燥具有效率低、污染物排放大等问题。热泵干燥装置具有效率高的优点，开始得到广泛的应用。

2、但是现有热泵干燥装置还存在以下问题。第一，一般采用空气作为干燥介质，物料中的营养成分尤其是不饱和酸，容易与空气中的氧气发生反应，造成营养成分损失，降低成品价值，影响经济收益，尤其是高附加值产品。第二，热泵干燥一般采用蒸发器除湿，为了除去空气中的部分水分，热泵干燥运行时需要保持低的蒸发温度，保持蒸发器表面温度低于露点温度，使空气中的水分析出后除去。由于热泵运行性能系数与蒸发温度成正比，蒸发温度越低，性能系数也越低，这样，为了满足除湿需求最终导致热泵系统性能系数大幅降低。第三，热泵干燥中通过冷凝器加热达到干燥温度，而为了满足除湿要求，需要将干燥箱出来的空气温度降低到露点温度之下，然后再将温度升高至干燥温度，先后经历冷却和加热两个过程，存在自身热量的抵消，影响总体效率。第四，传统热泵干燥装置中，为了同时满足干燥空气的除湿和加热，需要另外设置一个冷凝器，将多余热量排出，否则会导致加热温度失控，这种设置造成了额外的热量浪费。第五，热泵干燥的干燥温度相对较低（40~80℃范围），导致干燥后期脱水速度较慢，总体干燥时间过长，容易导致产品变质。为此，有必要对现有热泵干燥装置进行优化改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种闭式热泵干燥装置。

2、本发明提供的技术方案如下：一种闭式热泵干燥装置，其特征在于其包括热泵单元和干燥介质单元；

3、所述的热泵单元包括压缩机，压缩机为带补气口的分别设有补气口、吸气口、出气口的压缩机，压缩机的出气口通过制冷剂管道、第一制冷剂电磁阀连接蓄热水箱的制冷剂侧进口，蓄热水箱的制冷剂侧出口通过制冷剂管道连接储液器的进口，蓄热水箱的水侧出口通过水管道连接水泵的进口，水泵的出口通过水管道连接加热器的进水口，加热器的出水口通过水管道连接蓄热水箱的水侧进口，压缩机的出气口通过制冷剂管道、第二制冷剂电磁阀连接冷凝器的制冷剂管进口，冷凝器的制冷剂管出口通过制冷剂管道接储液器的进口，储液器的出口分成两路，一路通过制冷剂管道、第一制冷剂电动调节阀、第一节流阀连接换热器的第一个通路进口，另一路通过第二制冷剂电动调节阀连接换热器的第二个通路进口，换热器的第一个通路出口通过制冷剂管道连接蒸发器的进口，蒸发器的出口通过制冷剂管道、三通阀、第二单向阀连接压缩机的补气口，换热器的第二个通路出口通过制冷剂管道、第二节流阀连接除湿蒸发器的进口，除湿蒸发器的出口通过制冷剂管道、第一单向阀连接三通阀和压缩机的吸气口；冷凝器、加热器、除湿蒸发器置于干燥介质通道内；除湿蒸发器下方设置蒸发器接水盘并与设置在干燥介质通道外侧的蒸发器u型管连接；

4、所述的干燥介质单元包括置于干燥介质通道内的风机，风机通过干燥介质通道连接干燥箱的进口，干燥箱的出口处的干燥介质通道上通过电磁阀连接真空泵；干燥箱的出口通过干燥介质通道分成两个支路，分别连接第一风量调节阀的进口和第二风量调节阀的进口，第二风量调节阀的出口连接全热热回收器的第一个干燥介质通道的进口，全热热回收器的第一个干燥介质通道的出口连接离心除湿器的左侧进口，离心除湿器的底部设有接水盘，接水盘底部连接与大气相通的u型管，u型管的出口高度高于离心除湿器底部接水盘盘口；离心除湿器的上部出口通过干燥介质通道连接除湿蒸发器的空气通道进口，除湿蒸发器的空气通道出口通过干燥介质通道连接全热热回收器的第二个干燥介质通道的进口，全热热回收器的第二个干燥介质通道的出口通过干燥介质通道连接第一风量调节阀的出口和加热器的干燥介质进口，加热器的干燥介质出口通过干燥介质通道连接冷凝器的干燥介质进口，冷凝器的干燥介质出口通过第三风量调节阀的进口，第三风量调节阀的出口连接干燥箱的进口；第三风量调节阀与加热器之间的干燥介质通道上连接干燥介质电磁阀的出口；第一干燥介质储气瓶、第二干燥介质储气瓶分别通过干燥介质管道、第一干燥介质电动调节阀、第二干燥介质电动调节阀连接干燥介质电磁阀的进口，干燥介质电磁阀的出口通过干燥介质管道连接到第三风量调节阀进口前的干燥介质通道上。

5、进一步地，所述的离心除湿器包括外圆筒，外圆筒内部设有一个中心有空气通路的内圆柱筒，内圆柱筒外表面设有螺旋线环绕叶片，叶片上表面向下倾斜，下表面向上倾斜，该内部圆柱筒内部设有至少三层的开孔的圆锥形表面，起挡水板作用，最上面一层的圆锥形表面的底部与内圆柱筒的内表面无缝相连，从上向下第二层开始，圆锥形表面的底部与内圆柱筒的内表面保持一定间距，且下一层与上一层相比，该间距依次增加5~10mm。

6、进一步地，所述的加热器、冷凝器、蒸发器均为肋片管液气换热器；所述的换热器为套管式、管壳式、板式、螺旋管式液液换热器；所述的全热热回收器可为板式全热气气换热器。

7、进一步地，所述的第一干燥介质储气瓶、第二干燥介质储气瓶内充注氮气或二氧化碳惰性气体作干燥介质。

8、进一步地，所述的干燥介质通道内穿越的制冷剂管道均设密封圈。

9、进一步地，运行前，首先将物料置于干燥箱内，关上干燥箱的箱门，接着打开电磁阀、第一风量调节阀、第二风量调节阀，关闭第一干燥介质电动调节阀、第二干燥介质电动调节阀、第三风量调节阀和干燥介质电磁阀，启动真空泵进行抽真空，运行10min后，依次打开干燥介质电磁阀、第一干燥介质电动调节阀，如果采用混合干燥介质，则还要打开第二干燥介质电动调节阀，通过调节第一干燥介质电动调节阀和第二干燥介质电动调节阀的开度来调节混合干燥介质的混合比；利用干燥介质冲刷干燥箱和干燥介质通道，运行10min后，依次关闭电磁阀、第一干燥介质电动调节阀、第二干燥介质电动调节阀，打开第三风量调节阀；根据运行模式打开或关闭第一风量调节阀、第二风量调节阀；以上操作完成后，启动进入调温或调湿或调温调湿模式。

10、进一步地，所述的调温模式运行时，只控制干燥介质的温度，不控制湿度；干燥介质单元中第一风量调节阀、第三风量调节阀打开，第二风量调节阀关闭；热泵单元中第一制冷剂电动调节阀打开，第二制冷剂电动调节阀关闭，水泵关闭，三通阀的左侧接口和下侧接口接通，右侧接口关闭；当干燥温度低于温度设定值时，热泵单元中第一制冷剂电磁阀关闭，第二制冷剂电磁阀打开，开启加热过程，此时，制冷剂工质经压缩机压缩后变为高温高压气体，经第二制冷剂电磁阀进入冷凝器，工质在冷凝器中与干燥介质换热后变为高温高压液体，进入储液器，流出后经第一制冷剂电动调节阀和第一节流阀节流后经换热器进入蒸发器，吸收环境空气热量后变为气体，经三通阀的下侧出口流出后进入压缩机的吸气口；此模式下换热器不发生换热；干燥介质通路方面，在风机驱动下，干燥介质流入冷凝器吸热后，经第三风量调节阀进入干燥箱，干燥物料后经第一风量调节阀经加热器回到冷凝器继续加热；当干燥温度高于温度设定值时，热泵单元中第一制冷剂电磁阀打开，第二制冷剂电磁阀关闭，开启蓄热过程；此时，制冷剂工质经压缩机压缩后变为高温高压气体，经第一制冷剂电磁阀进入蓄热水箱，将热量传给蓄热水箱内水后流出，进入储液器，流出后经第一制冷剂电动调节阀和第一节流阀节流后进入换热器，流出换热器后进入蒸发器，吸收环境空气热量后变为气体，经三通阀的下侧出口流出后进入压缩机的吸气口；蓄热水箱内蓄存热量后，当干燥温度低于温度设定值时，首先检查蓄热水箱的热量和温度是否满足加热要求，如不满足，则按上述加热过程进行，干燥介质在风机驱动下，干燥介质流入冷凝器吸热后，经第三风量调节阀进入干燥箱，干燥物料后经第一风量调节阀经加热器回到冷凝器继续加热；如满足，则首先利用蓄热水箱的热量，此时打开水泵，驱动蓄热水箱中的水进入加热器，加热干燥介质，放热后流回蓄热水箱继续循环；干燥介质在风机驱动下，干燥介质流入加热器吸热后，经冷凝器、第三风量调节阀进入干燥箱，干燥物料后经第一风量调节阀回到加热器继续加热。

11、进一步地，所述的调湿模式运行时，不调控干燥介质的温度，只控制湿度；干燥介质单元中第二风量调节阀、第三风量调节阀打开，第一风量调节阀关闭；热泵单元中第一制冷剂电磁阀打开，第二制冷剂电磁阀关闭，第一制冷剂电动调节阀和第二制冷剂电动调节阀部分开启，水泵关闭，三通阀的左侧接口和右侧接口接通，下侧接口关闭；当干燥介质相对湿度低于湿度设定值时，热泵单元不启动；当干燥介质相对湿度高于湿度设定值时，热泵单元启动；此时，制冷剂工质经压缩机压缩后变为高温高压气体，经第一制冷剂电磁阀进入蓄热水箱，将热量传给蓄热水箱内水后流出，继续进入储液器，流出后分成两路，第一路制冷剂经第一制冷剂电动调节阀和第一节流阀节流后进入换热器吸热，流出后进入蒸发器，蒸发器的风机关闭，制冷剂在蒸发器内不吸热，此路制冷剂作补气用，经三通阀右侧出口经第二单向阀后进入压缩机的补气口；第二路制冷剂经第二制冷剂电动调节阀进入换热器放热过冷，流出后经第二节流阀节流后进入除湿蒸发器吸热，经第一单向阀后进入压缩机的吸气口；干燥介质通路方面，在风机驱动下，干燥介质流入冷凝器吸热后，经第三风量调节阀进入干燥箱，干燥物料后经第二风量调节阀进入全热热回收器放热后进入离心除湿器，干燥介质在离心除湿器内离心旋转并经圆锥形挡水板后，携带的水分沿离心除湿器壁面流入下部的接水盘，接水盘中的水进入u型管，当u型管左侧管内水柱高于出口后流出排掉或回收；干燥介质流出离心除湿器后，经除湿蒸发器继续除湿后，再次进入全热热回收器吸收另一个通道干燥介质的热量后流出，经加热器、冷凝器后继续循环。

12、进一步地，所述的调温调湿模式运行时，同时调节控制干燥介质的温度和湿度；干燥介质单元中第一风量调节阀、第二风量调节阀开启，第三风量调节阀全部开启；热泵单元中第一制冷剂电磁阀、第二制冷剂电磁阀至少一个开启，第一制冷剂电动调节阀和第二制冷剂电动调节阀部分开启，三通阀的左侧接口和右侧接口接通，下侧接口关闭；当干燥介质相对湿度高于湿度设定值且其温度高于温度设置值时，第一制冷剂电磁阀开启，第二制冷剂电磁阀关闭；此时，制冷剂工质经压缩机压缩后变为高温高压气体，经第一制冷剂电磁阀进入蓄热水箱，将热量传给水箱内水后流出，继续进入储液器，流出后分成两路，第一路制冷剂经第一制冷剂电动调节阀和第一节流阀节流后进入换热器吸热，流出后进入蒸发器，蒸发器的风机关闭，制冷剂在蒸发器内不吸热，经三通阀右侧出口，再经第二单向阀后进入压缩机的补气口；第二路制冷剂经第二制冷剂电动调节阀进入换热器放热过冷，流出后经第二节流阀节流后进入除湿蒸发器吸热，经第一单向阀后进入压缩机的吸气口；干燥介质通路方面，在风机驱动下，干燥介质流入冷凝器吸热后，经第三风量调节阀进入干燥箱，干燥物料流出后，分成两路，一路经第一风量调节阀，另一路经第二风量调节阀进入全热热回收器放热后进入离心除湿器，除湿后干燥介质流出离心除湿器，进入除湿蒸发器继续除湿后，再次进入全热热回收器吸收另一个通道干燥介质的热量后，与第一风量调节阀流出的干燥介质混合，经加热器、冷凝器继续循环；此模式下，可以调节第一风量调节阀、第二风量调节阀的开度控制干燥介质的湿度；当干燥介质相对湿度高于湿度设定值且其温度低于温度设置值时，首先检查蓄热水箱的热量和温度是否满足加热要求，如满足，则第一制冷剂电磁阀关闭，第二制冷剂电磁阀打开，打开水泵，通过蓄热水箱的热量供给加热器加热干燥介质；如不满足，则第一制冷剂电磁阀关闭，第二制冷剂电磁阀开启，关闭水泵，利用冷凝器加热干燥介质；此模式下，制冷剂工质经压缩机压缩后变为高温高压气体，经第二制冷剂电磁阀进入冷凝器，流出后进入储液器，流出后分成两路，第一路制冷剂经第一制冷剂电动调节阀和第一节流阀节流后进入换热器吸热，流出后进入蒸发器，蒸发器风机关闭，制冷剂在蒸发器内不吸热，经三通阀右侧出口，再经第二单向阀后进入压缩机补气口；第二路制冷剂经第二制冷剂电动调节阀进入换热器放热过冷，流出后经第二节流阀节流后进入除湿蒸发器吸热，经第一单向阀后进入压缩机吸气口；干燥介质通路方面，在风机驱动下，干燥介质经加热器和冷凝器同时加热或经冷凝器单独加热，经第三风量调节阀进入干燥箱，干燥物料流出后，分成两路，一路经第一风量调节阀，另一路经第二风量调节阀进入全热热回收器放热后进入离心除湿器，除湿后干燥介质流出离心除湿器后，经除湿蒸发器继续除湿后，再次进入全热热回收器吸收另一个通道干燥介质的热量后，与第一风量调节阀流出的干燥介质混合，进入加热器继续循环；此模式下，可以调节第一风量调节阀、第二风量调节阀的开度控制干燥介质的湿度。

13、本发明装置包括热泵单元和干燥介质单元，其中热泵单元包括压缩机、制冷剂电磁阀、蓄热水箱、冷凝器、水泵、加热器、储液器、制冷剂电动调节阀、节流阀、换热器、蒸发器、除湿蒸发器、单向阀、三通阀等；干燥介质单元包括离心除湿器、u型管、全热热回收器、干燥箱、电磁阀、真空泵、干燥介质储气瓶及配套风量调节阀、电动调节阀、电磁阀等。本发明采用了单一成分或混合成分惰性气体作为干燥介质，利用双级压缩热泵的制冷剂冷凝热量加热干燥介质，双级压缩可以得到更低的蒸发温度，具有更强的除湿能力和较高的性能系数，实现离心除湿器和热泵蒸发器双重除湿，保障干燥温度和湿度要求，提高系统运行效率。通过制冷剂三通阀通道切换，实现单级和双级压缩切换，单级压缩时，通过蒸发器吸收环境热量，为干燥介质提供加热热量，双级压缩时，通过除湿蒸发器为干燥介质除湿提供冷却热量。

14、本发明的有益效果如下：

15、首先，本发明采用真空泵、第一干燥介质储气瓶、第二干燥介质储气瓶、第一干燥介质电动调节阀、第二干燥介质电动调节阀、干燥介质电磁阀实现向干燥介质循环通道中充罐惰性气体，开启其中一个储气瓶可以实现一种惰性气体作为干燥介质，同时开启两个储气瓶可以实现两种惰性气体组成的混合惰性气体作为干燥介质。利用惰性气体不易与物料营养成分发生反应且干燥效率高的优点，避免物料在长时间干燥过程中氧化变质。

16、第二，本发明中引入补气型压缩机、蒸发器、除湿蒸发器，实现单级或双级压缩热泵循环。单级压缩时，通过蒸发器吸收环境热量，经热泵循环后排热加热干燥介质；双级压缩时，该循环的除湿蒸发器为低温级蒸发器，换热器可以实现液体制冷剂的再冷和补气通路制冷剂的部分或全部气化，提高热泵运行效率，改善压缩机运行工况，获得了更低的蒸发温度用于除湿冷却。补气通路上设置了蒸发器，制冷剂管路中设置了第一制冷剂电动调节阀、第二制冷剂电动调节阀、三通阀调节两个制冷剂支路的流量，控制压缩机的吸气口和补气口流量，满足除湿的冷量需求。设置第一单向阀、第二单向阀保障压缩机的安全运行，满足工质循环过程中的低温除湿、环境吸热需要。干燥介质单元中设置全热热回收器回收干燥箱排气的余热，提高总体能源利用效率。

17、第三，采用双重除湿方法改进除湿效果，保障装置运行效率。干燥介质单元设置离心除湿器，通过干燥介质在其中离心流动加开孔圆锥形型挡水板分离其中的水分，并通过u型管保证干燥介质环境和大气环境隔离，并顺利排出析出的水分。第二重除湿是通过设置在离心除湿器后的除湿蒸发器完成，除湿蒸发器11位于双级压缩机的低温级，其运行蒸发温度更低，表面温度更容易降低到干燥介质的露点温度，进一步除去其中的水分。

18、第四，设置了蓄热水箱储存多余的热量，用于循环过程中加热干燥介质，充分利用热泵排气显热，避免了热量浪费。

19、第五，本发明采用的双重除湿方式保障了热泵干燥所需的低湿度要求，让干燥空气和物料之间保持较高的水蒸气分压力差，具有更大的除湿能力，提高热泵干燥过程尤其是干燥后期的干燥速度。