一种热风干燥系统.pdf

本发明公开了一种热风干燥系统，包括空气源热泵、冷凝器风机和干燥室，空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置组成，并依序用工质循环管道连接；所述冷凝器风机和干燥室之间以循环风的形式进行空气交换。采用本发明的技术方案，以空气源热泵作为干燥装置的新型热源节约能源，减少甚至没有污染排放；热风循环实现了越加越热，大幅减少了热能的损耗。并从输入和输出两个方面全面均衡地提高了空气源热泵干燥系统的工作能力，系统能够正常平稳运行、能效比得到较大提高。本发明提供的热风温度较高，使空气源热泵的应用范围得到了极大的拓展，对节能减排具有积极意义。

1.  一种热风干燥系统，包括空气源热泵、冷凝器风机和干燥室，空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置组成，并依序用工质循环管道连接；所述冷凝器风机和干燥室之间以循环风的形式进行空气交换。

2.  如权利要求1所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述空气源热泵的蒸发器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在5.4-16m²/kw之间，所述空气源热泵的冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在4.0-12m²/kw之间。

3.  如权利要求1或2所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述干燥室上部设有排湿通道。

4.  如权利要求3所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述干燥室上部的排湿通道是在干燥室顶部开设的小孔或者是干燥室顶部由透气的保温材料构成。

5.  如权利要求1或2所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述干燥室底面、侧壁或顶面设保温层。

6.  如权利要求1或2所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述冷凝器及风机置于干燥室外，所述冷凝器风机和干燥室之间设有空气循环管道，连接冷凝器风机的出风口和干燥室进风口，并连接干燥室的出风口和冷凝器风机进风口。

7.  如权利要求6所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述冷凝器风机和干燥室之间的空气循环管道上设有空气干燥装置。

8.  如权利要求6所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述冷凝器风机和干燥室之间的空气循环管道中设有辅助电热器。

9.  如权利要求1或2所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述冷凝器及风机置于干燥室内。

10.  如权利要求1或2所述的一种热风干燥系统，其特征在于，所述冷凝器风机的进风口处设置从外部环境进风的通道。

一种热风干燥系统
技术领域
本发明涉及一种热风干燥系统，尤其是采用空气源热泵的热风干燥系统。
背景技术
干燥装置种类众多，从节能的角度出发，要求其加热装置有更高的能效比COP值(就制热而言，制热量与输入功率的比率定义为热泵的循环性能系数COP，在相同的工况下，其比值越大说明该系统的效率越高越节能)，而物料干燥装置使用时间长，热风需量较大，温度要求较高，导致输入功率较大，较高的能效比是迫切的现实需求。
但现有干燥装置其热源均采用燃煤(油)锅炉或电加热方式，其主要弊端在于能效比太低，浪费资源，煤(油)燃烧产生的废渣、废气对环境造成污染；而且，因为没有对热源或热空气中的能量充分加以利用，现有设备都不同程度存在能耗较高或热效率较低等问题，导致使用单位的运营投入都较高。
空气源热泵主要由压缩机、蒸发器、节流装置、冷凝器、工质循环管道等几部分组成。它根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过传热工质把空气中无法被利用的低品位热能有效吸收，并将其提升至可用的高品位热能加以利用。其工作过程：①传热工质进入蒸发器，在蒸发器中工质吸热蒸发，此时工质从低温热源中吸收热量后进入压缩机；②工质经过压缩机的压缩、升温后，变成高温、高压的工质排出压缩机；③工质进入冷凝器，在冷凝器中将从蒸发器中吸收的热量和压缩机本身功耗所产生的那部分热量传递给其他介质；④高压工质经过节流装置节流降压后再次进入蒸发器，依此不断地循环工作。某些空气源热泵中还设有辅助装置储液罐和过滤器，一般装置在冷凝器和节流装置之间或蒸发器和压缩机之间，储液罐主要用于调节工质在密闭系统里的循环，在蒸发器和冷凝器等设备的设计匹配性较为理想的情况下，也可以不设置；过滤器主要用于过滤工质中可能产生的杂质，对保持系统的长期稳定运行起辅助作用。
以空气源热泵作为热源的典型运用是冷暖空调制热，它是以调节身体的体感舒适度为目的，环境温度15℃时，其进入冷凝器的工质温度在67℃左右，通过冷凝器，空气在室内以循环风形式进行加热进风口风温大多在20℃以下，室内最高温度只能达到30℃左右。现有空调装置的COP值在制热状态下，环境温度15℃时为3.0左右。
发明内容
为了解决上述弊端，本发明要解决的技术问题是，提供一种节约能源，对环境无污染的干燥装置，要求其具有较高的能效比和较低的运营成本。为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是，一种热风干燥系统，包括空气源热泵、冷凝器风机和干燥室，空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置组成，并依序用工质循环管道连接；所述冷凝器风机和干燥室之间以循环风的形式进行空气交换。
作为本发明的一种优选，所述干燥室上部可以设有排湿通道。
热风进入干燥室加热物料，物料中的水分变成水蒸汽向上升腾，穿过干燥室顶部的排湿通道逸出，实现干燥的目的。以空气源热泵作为干燥装置的新型热源具有节能减排的优点；热风循环实现了越加越热，并大幅减少了热能的损耗。
但现有空气源热泵装置加热能力有限，仅在规模较小、干燥温度较低的情况下能够满足干燥物料的要求。通过系统的研究，我们发现，现有装置不能满足干燥物料的要求，主要是受以下条件的制约：
一、对工质进行加热升温的能力有限：现有装置的蒸发器换热面积和压缩机输入功率(以额定值为准，下同)的比值在3.8-4.8m²/kw之间，从环境中吸收的热能有限。工质进入冷凝器时的温度只能达到67℃左右，不能提供干燥物料所需的热量和温度。
二、输出热能的能力有限：现有技术采用的冷凝器换热面积较小，其冷凝器换热面积和压缩机输入功率的比值为2.5-3.4m²/kw左右，带走热量的能力有限且换热效率较低。在加大输入或环境温度较高的情况下，产生的热量不能及时有效的输出，造成工质循环系统内部温度、压力过高，压缩机在高压状态下连续运行，频繁出现过压保护停机，系统不能正常运行，长此以往还会对压缩机造成损害。
为此，作为本发明的一种优选，所述空气源热泵的蒸发器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在5.4-16m²/kw之间，所述空气源热泵的冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在4.0-12m²/kw之间。
通过多次试验优选，以加热效果为基础，综合考虑制造工艺可行性和生产成本等问题，选择性增大蒸发器的换热面积，环境温度15℃时，可将进入冷凝器的工质温度提高到86-110℃，同时工质压力提高，其流速加快，换热效率也得到提高；冷凝器换热面积相应配套提高，其载热能力增加，能够高效地将工质的高温热能传递给空气。出风口风温可达80℃以上，能效比可达4.0以上。同时，在本技术方案的优选范围内，较好的实现了工质升温和输出热能的平衡。在提高温度的同时保证了系统的平稳运行。
作为本发明的具体实施方式，所述干燥室上部的排湿通道可以是在干燥室顶部开设的小孔或者是干燥室顶部由透气的保温材料(如海绵、防水保温膜等)构成。
为了进一步减少能量的损耗，作为本发明的另一种改进，所述干燥室底面、侧壁或顶面设保温层。
为了实现所述冷凝器风机和干燥室之间的热风循环，可采用以下两种方式：
一、所述冷凝器及风机置于干燥室外，所述冷凝器风机和干燥室之间设有空气循环管道，连接冷凝器风机的出风口和干燥室进风口，并连接干燥室的出风口和冷凝器风机进风口。
作为上述方式的改进，所述所述冷凝器风机和干燥室之间的空气循环管道上设有空气干燥装置。
作为上述方式的另一种改进，所述空气循环管道中还可以增设有辅助电热器。
二、所述冷凝器及风机置于干燥室内，冷凝器风机的进风和出风都在干燥室内完成。
两种方式中，所述冷凝器风机的进风口处还可以设置从外部环境进风的通道，使干燥室内气压呈正压。
本发明的温度控制，可采用人工目测，手动操作空气源热泵的开关来实现；也可采用自动温控设备或远程温控设备。这些都是已相当成熟的公知技术，不再赘述。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明冷凝器及风机置于干燥室外的结构原理图；
图2是排湿通道是小孔的干燥室剖面结构示意图；
图3是顶部由透气的保温材料构成的干燥室剖面结构示意图；
图4是本发明冷凝器及风机置于干燥室内的结构原理图。
具体实施方式
参见图1，本发明所述的一种热风干燥系统包括空气源热泵、冷凝器风机2和顶部设有排湿通道的干燥室5，空气源热泵主要由蒸发器4、压缩机3、冷凝器1、节流装置6组成，并依序用工质循环管道连接；所述冷凝器1及风机2置于干燥室5外，所述冷凝器风机2和干燥室5之间设有空气循环管道，连接冷凝器风机2的出风口7和干燥室5的进风口12，并连接干燥室5的出风口11和冷凝器风机2的进风口8。
结合图2，所述冷凝器1加热的空气在冷凝器风机2的作用下形成热风。热风沿管道自靠近干燥室5底部的进风口12进入干燥室5的热风分布层14，热风分布层14上均匀分布的风口13把热风均匀地分布在干燥室5内对物料进行干燥。还具有一定余热的空气再由出风口11沿管道返回至冷凝器风机2的进风口8由冷凝器1再次加热，实现循环。物料中的水分变成水蒸汽向上升腾，穿过干燥室5顶部开设的小孔9构成的排湿通道逸出，实现干燥的目的。
参见图3，与上例不同之处在于，所述干燥室5顶部的排湿通道由透气的保温层10(海绵、防水保温膜均可)构成。
参见图4，与图1例比较，其不同之处在于，冷凝器1及风机2置于干燥室5内，冷凝器风机2的进风和出风都在干燥室5内完成循环。干燥室5不再设有进出风口，也不再设有循环风管道。
为了进一步说明发明效果，在环境温度15℃下，采用循环风加热，工质采用氟利昂，按照下表数据设置蒸发器和冷凝器，所用压缩机额定功率4.66kw(表中压缩机输入功率含蒸发器风机功率)并对其技术效果进行测量，其结果见下表1：
由表1可知，利用本装置加热空气，在15℃的环境温度下，出风口风温70℃时，其能效比在3.8左右。进风口风温在50℃左右时，出风口风温能够提高14-18℃，其能效比可达4.0以上；出风口风温到75℃时，其能效比仍可达到3.3左右。
表1