一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及除湿转轮及热泵烘干技术领域，具体涉及一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法。

背景技术

物料烘干过程是一个巨大的耗能过程，据统计，在大多数用于烘干所消耗的能量占全国总能耗的7％-15％，而热效率仅为25％-50％。

热泵烘干装置被越来越广泛地应用于农业、工业产品烘干干燥，污水污泥处理，商用或民用烘干设备等。其具有能源效率高，初投资低，烘干品质高，适用范围广，无燃烧过程，环境污染小等特点。

在某些湿度控制场合下，采用除湿转轮技术来实现低露点干燥处理。空气中的水分被转轮吸附后降低含湿量，同时在再生区水分被高温再生空气带走。其除湿量相对较小，且功耗高，能效偏低。

传统热泵烘干装置，主要是将外部低温环境中的热量通过热泵循环冷凝散热的方式转移到烘干房中，其送风温度一般在50℃～80℃左右，相对湿度在15～40％左右。但在一些特殊场合，比如热敏性物料(食品和生物物料)会因过高的温度对其色泽、营养、风味和组织产生不利影响。再比如喷漆涂料烘干工艺中，为保证漆面的平整度防止褶皱和气泡的产生，对烘干风速、烘干时间都有着较为严格的要求。

因此，针对上述特殊场景，本领域的技术人员致力于提供一种有效耦合除湿转轮和压缩式热泵优点的新型烘干装置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置，包括：除湿转轮、四通换向阀、热泵压缩机、气液分离器、送风系统、烘干系统、再生系统、单向阀、储液罐、蒸发器、电子膨胀阀、电磁阀、热泵通道和化霜辅助通道，所述除湿转轮一端与蒸发器连接，所述四通换向阀与除湿转轮另一端、热泵压缩机、气液分离器和烘干系统连接，所述热泵压缩机与气液分离器连接，所述烘干系统通过化霜辅助通道与单向阀连接，所述烘干系统通过热泵通道与电磁阀和单向阀连接，所述再生系统与单向阀连接，所述再生系统通过化霜辅助通道与储液罐连接，所述储液罐与蒸发器连接，所述电子膨胀阀设于储液罐与蒸发器之间。

进一步，所述除湿转轮包括：再生风道和烘干风道，所述烘干风道的进风端与蒸发器的空气侧风道联通，所述烘干风道的出风端与再生系统联通，所述再生风道的进风端与烘干系统联通。

进一步，所述烘干系统包括：第一冷凝器和第一电加热器，所述第一冷凝器和第一电加热器分别与再生风道的进风端联通，所述第一冷凝器氟侧的第一端口与四通换向阀的第二端口连接，所述第一冷凝器氟侧的第二端口经热泵通道与电磁阀、单向阀和再生系统连接。

进一步，所述再生系统包括：第二冷凝器和第二电加热器，所述第二冷凝器和第二电加热器分别与烘干风道的出风端联通，所述第二冷凝器氟侧第一端口经热泵通道与第一冷凝器氟侧的第二端口连接，所述第二冷凝器氟侧第二端口与储液罐第一端口连接，所述第二冷凝器氟侧第二端口经化霜辅助通道与单向阀连接第一冷凝器氟侧第二端口。

进一步，所述送风系统包括：烘干送风机和再生送风机，所述烘干送风机位于第二冷凝器和第二电加热器之间风道内，所述再生送风机位于第一冷凝器和第一电加热器之间风道内。

进一步，所述单向阀包括：第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀与第一冷凝器氟侧的第二端口连接，所述第二单向阀连接第二冷凝器氟侧第二端口与第一冷凝器氟侧第二端口。

一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置的运行方法，包括以下步骤：

步骤1、环境空气从烘干风道的进风端进入，通过烘干送风机的驱动在蒸发器的作用下被预冷降温至露点温度送入除湿转轮吸附除湿，干燥后的空气在第二冷凝器的作用下被加热升温并被送入烘干房间内；

步骤2、再生所需的环境空气从再生风道的进风端进入，通过再生送风机的驱动在第一冷凝器的作用下被加热升温用于除湿转轮的再生；

步骤3、第二电加热器用于烘干空气的补热和温度调节控制，第一电加热器用于再生空气的补热和温度调节控制。

进一步，所述步骤1通过四通换向阀和电磁阀切换实现普通模式运行，包括以下步骤：热泵循环工质在热泵压缩机的驱动下依次通过四通换向阀、第一冷凝器、电磁阀、第一单向阀、第二冷凝器、储液罐、电子膨胀阀、蒸发器、四通换向阀、气液分离器并最终回到热泵压缩机吸气口。

进一步，所述步骤2通过四通换向阀切换实现自动化霜运行模式，包括以下步骤：热泵循环工质在热泵压缩机的驱动下依次通过四通换向阀、蒸发器、电子膨胀阀、储液罐、第二单向阀、第一冷凝器、四通换向阀、气液分离器并最终回到热泵压缩机吸气口。

本发明的有益效果：

本发明与传统技术相比，通过除湿转轮与压缩式热泵耦合的方式，在提高烘干装置烘干效果的同时，降低系统能耗。

附图说明：

图1是本发明除湿转轮耦合压缩热泵的烘干装置结构原理图。

图2是本发明热泵循环的装置结构和运行原理图。

附图标记：

除湿转轮100、再生风道110和烘干风道120。

四通换向阀200、热泵压缩机300和气液分离器400。

送风系统500、烘干送风机510和再生送风机520。

烘干系统600、第一冷凝器610和第一电加热器620。

再生系统700、第二冷凝器710和第二电加热器720。

单向阀800、第一单向阀810和第二单向阀820。

储液罐900、蒸发器1000、电子膨胀阀1100、电磁阀1200、热泵通道1300和化霜辅助通道1400。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

图1是本发明除湿转轮耦合压缩热泵的烘干装置结构原理图。图2是本发明热泵循环的装置结构和运行原理图。

实施例1

如图1和2所示，一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置，包括：除湿转轮100、四通换向阀200、热泵压缩机300、气液分离器400、送风系统500、烘干系统600、再生系统700、单向阀800、储液罐900、蒸发器1000、电子膨胀阀1100、电磁阀1200、热泵通道1300和化霜辅助通道1400，除湿转轮100一端与蒸发器1000连接，四通换向阀200与除湿转轮100另一端、热泵压缩机300、气液分离器400和烘干系统600连接，热泵压缩机300与气液分离器400连接，烘干系统600通过化霜辅助通道1400与单向阀800连接，烘干系统600通过热泵通道1300与电磁阀1200和单向阀800连接，再生系统700与单向阀800连接，再生系统700通过化霜辅助通道1400与储液罐900连接，储液罐900与蒸发器1000连接，电子膨胀阀1100设于储液罐900与蒸发器1000之间。

除湿转轮100包括：再生风道110和烘干风道120，烘干风道120的进风端与蒸发器1000的空气侧风道联通，烘干风道120的出风端与再生系统700联通，再生风道110的进风端与烘干系统600联通。

烘干系统600包括：第一冷凝器610和第一电加热器620，第一冷凝器610和第一电加热器620分别与再生风道110的进风端联通，第一冷凝器610氟侧的第一端口与四通换向阀200的第二端口连接，第一冷凝器610氟侧的第二端口经热泵通道1300与电磁阀1200、单向阀800和再生系统700连接。

再生系统700包括：第二冷凝器710和第二电加热器720，第二冷凝器710和第二电加热器720分别与烘干风道120的出风端联通，第二冷凝器710氟侧第一端口经热泵通道1300与第一冷凝器610氟侧的第二端口连接，第二冷凝器710氟侧第二端口与储液罐900第一端口连接，第二冷凝器710氟侧第二端口经化霜辅助通道1400与单向阀800连接第一冷凝器610氟侧第二端口。

送风系统500包括：烘干送风机510和再生送风机520，烘干送风机510位于第二冷凝器710和第二电加热器720之间风道内，再生送风机520位于第一冷凝器610和第一电加热器620之间风道内。

单向阀800包括：第一单向阀810和第二单向阀820，第一单向阀810与第一冷凝器610氟侧的第二端口连接，第二单向阀820连接第二冷凝器710氟侧第二端口与第一冷凝器610氟侧第二端口。

一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置的运行方法，包括以下步骤：

步骤1、环境空气从烘干风道120的进风端进入，通过烘干送风机510的驱动在蒸发器1000的作用下被预冷降温至露点温度送入除湿转轮100吸附除湿，干燥后的空气在第二冷凝器710的作用下被加热升温并被送入烘干房间内；

步骤2、再生所需的环境空气从再生风道110的进风端进入，通过再生送风机520的驱动在第一冷凝器610的作用下被加热升温用于除湿转轮100的再生；

步骤3、第二电加热器720用于烘干空气的补热和温度调节控制，第一电加热器620用于再生空气的补热和温度调节控制。

步骤1通过四通换向阀200和电磁阀1200切换实现普通模式运行，包括以下步骤：热泵循环工质在热泵压缩机300的驱动下依次通过四通换向阀200、第一冷凝器610、电磁阀1200、第一单向阀810、第二冷凝器710、储液罐900、电子膨胀阀1100、蒸发器1000、四通换向阀200、气液分离器400并最终回到热泵压缩机300吸气口。

步骤2通过四通换向阀200切换实现自动化霜运行模式，包括以下步骤：热泵循环工质在热泵压缩机300的驱动下依次通过四通换向阀200、蒸发器1000、电子膨胀阀1100、储液罐900、第二单向阀820、第一冷凝器610、四通换向阀200、气液分离器400并最终回到热泵压缩机300吸气口。

本发明的原理：在使用过程中，环境空气从烘干风道120的进风端进入，通过烘干送风机510的驱动在蒸发器1000的作用下被预冷降温至露点温度送入除湿转轮100吸附除湿，干燥后的空气在第二冷凝器710的作用下被加热升温并被送入烘干房间内。

再生所需的环境空气从再生风道110的进风端进入，通过再生送风机520的驱动在第一冷凝器610的作用下被加热升温用于除湿转轮100的再生。

第二电加热器720位于第二冷凝器710后端，除湿转轮100吸附区入口前端。当第二冷凝器710烘干空气温度不足时，可控制第二电加热器720的加热功率，保证成品烘干空气的温度稳定输出。

第一电加热器620位于第一冷凝器610后端，除湿转轮100再生区入口前端。为保证除湿转轮100的再生效果，当第一冷凝器610再生空气温度不足时，可控制第一电加热器620的加热功率，保证再生用空气的温度达到除湿转轮100再生所需条件。

在热泵循环中，四通换向阀200和电磁阀1200可以通过切换实现普通模式运行。热泵循环工质在热泵压缩机300的驱动下依次通过四通换向阀200、第一冷凝器610、电磁阀1200、第一单向阀810、第二冷凝器710、储液罐900、电子膨胀阀1100、蒸发器1000、四通换向阀200、气液分离器400并最终回到热泵压缩机300吸气口，完成循环。此时，蒸发器1000蒸发温度低于环境空气露点温度，对外吸热，对进入除湿转轮100吸附区的环境空气进行预冷预除湿作用；第一冷凝器610对外放热，其冷凝排热被回收用于除湿转轮100再生区入口端的再生空气预加热作用；第二冷凝器710对外放热，其冷凝排热被回收用于除湿转轮100吸附区出口端的干燥空气加热作用。

在热泵循环中，四通换向阀200通过切换可以实现自动化霜运行模式。热泵循环工质在热泵压缩机300的驱动下依次通过四通换向阀200、蒸发器1000、电子膨胀阀1100、储液罐900、第二单向阀820、第一冷凝器610、四通换向阀200、气液分离器400并最终回到热泵压缩机300吸气口，完成循环。此时，蒸发器1000对外放热化霜，第一冷凝器610对外吸热，第二冷凝器710在电磁阀1200和第二单向阀820的作用下被旁通不工作。化霜完毕后，热泵循环控制四通换向阀200和电磁阀1200切换返回至普通模式运行。

综上，本发明的创新点体现在：本发明公开了一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法，分别利用热泵蒸发器为除湿转轮吸附侧处理空气进行预冷，利用热泵第一冷凝器为再生侧空气进行预热，利用热泵第二冷凝器为干燥烘干送风空气进行加热，在提高烘干装置烘干效果的同时，降低系统能耗。

本发明提供的一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法，通过除湿转轮的除湿干燥作用、第二冷凝器冷凝加热和第二电加热器的加热调温作用，生成高温低湿的烘干送风空气，可以减少送风风量并保证低风速下的烘干效果。

本发明提供的一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法，通过回收第一冷凝器冷凝废热并辅以第一电加热器的加热作用，形成高温再生空气，保证除湿转轮的再生效果。

本发明提供的一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法，可以根据处理空气受环境影响的变化，通过电子膨胀阀的调节控制蒸发器的制冷量和预冷效果，保证热泵循环的高效稳定运行。

本发明提供的一种转轮耦合压缩热泵的烘干装置及其运行方法，通过四通换向阀和电磁阀的切换，可以实现热泵循环的普通运行模式和自动化霜模式，保证系统正常稳定的运行。

本发明的核心技术特征在于，满足两个串联回收，制冷系统的工况按照常规的设计是无法满足全天候运行的，在这个前提下，本发明的难点和核心就是两个同时串联回收既要保证两个不同工况回收，还要确保制冷系统能正常运行。

再生送风机520用于除湿转轮100再生空气提供动力，采用变频调节。冷凝器串联使用确保在不同工况下能运行，通过调节再生送风机520频率，通过调节再生风量，确保制冷系统在不同工况下能正常运行。

第一单向阀810，是一个第二冷凝器710的制冷剂旁通方面，通过调节旁通和通过第二冷凝器710的流量配比，可以调节送风温度，同时能调节制冷系统冷凝压力确保制冷系统适应不同工况。

其它辅助就是系统配置有补气增焓调节装置，应对过度季节环境焓值低，冷量过剩的工况。本发明还可以根据现场情况，额外配置有一个二外外排的冷凝器应对极端高温工况，极端高温工况下会启动这个外排冷凝散热通道，确保高温工况下制冷系统稳定。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。