一种农产品烘干型空气能热泵

技术领域

本发明涉及空气能热泵技术领域，具体为一种农产品烘干型空气能热泵。

背景技术

农产品收获后，为延长保质期、便于运输、储存和再加工，需要采用干燥技术降低农产品中水分含量，得到农产品干制品。空气能热泵与传统干燥方式相比，具有干燥物料品质高、适用范围广、运行成本低等优点，近年来被广泛应用于农产品干燥领域。

空气能热泵是根据逆卡诺循环原理工作的。热量总是从高向低流动，热泵利用制冷剂在蒸发器、冷凝器整个系统中进行气、液两相转换的热力学循环过程，实现把热量从低品位热能转换成高品位热能。其工作过程是让制冷剂在机器内不断进行蒸发、压缩、冷凝、节流、再蒸发的一系列循环过程，然后热泵从周围环境中吸取热量进行物料干燥，利用这一工作原理，把食品、中草药、农副产品、海产品等一些高附加值的特异性农产品进行烘干处理。

相比于传统的锅炉或电加热设备，空气源热泵烘干品质好，效率高，但农产品的大批烘干，随农产品含水量和烘干量的差异，通常需要十几到几十个小时不等，由于处理耗时较长，能源消耗相对较大，且现有空气能热泵循环风吹过固定的冷凝器进行热交换，短时接触导致热交换效率不高，且大多需要烘干的农产品粘附有灰尘粉粒，循环风机无法彻底过滤，容易粘附至冷凝器无法及时清除，导致换热效率进一步降低，进一步增大了能源消耗。

由此，提出一种农产品烘干型空气能热泵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农产品烘干型空气能热泵，解决现有的农产品烘干型空气能热泵在进行大批量含水量较高的农产品烘干过程中，处理耗时长，烘干能源消耗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种农产品烘干型空气能热泵，包括蒸发器、膨胀阀、压缩机、循环风机和换热机构，所述蒸发器的输入端与膨胀阀连接，输出端与压缩机的输入端连接，所述压缩机输出端与换热机构一端连接，所述换热机构另一端与节流阀连接，还包括送风机构，所述换热机构内部转动设置有冷凝器，所述循环风机与换热机构的空气输入端连接并将风吹至换热机构内部，所述冷凝器在转动过程中与输入风接触进行换热，所述送风机构设置于换热机构的空气输出端，将换热机构内热空气整流并加速抽出至烘房内。

在上述方案中，通过旋转式的冷凝器与循环风接触，增长了输入风与冷凝器的接触时间，较大程度地促进导热，提高换热效率，减少能源消耗，同时通过送风机构将换热机构内热风抽送至烘房内，防止热风随冷凝器转动过程中被冷凝器带回，并形成紊流对设备造成损坏，同时将热风加压提高风速，提高烘房内热空气更新速度，使烘房内部温度场更均匀，加快烘干进程，节省能源消耗。

进一步的，所述换热机构还包括壳体、驱动组件和清理组件，所述驱动组件设置于壳体一侧，并能够驱动冷凝器在壳体内转动，所述冷凝器上下两端设置有转动接头，所述转动接头穿过壳体并分别与压缩机的输出管道和膨胀阀的输入管道连接，所述冷凝器包括沿旋转轴心向外等角度分布的不少于三片的冷凝片，通过转动延长循环风与冷凝器的接触时间，使二者充分换热，所述清理组件设置于冷凝片之间，并与冷凝片表面贴合，对冷凝片进行清理，扫除冷凝片上粘附的杂质，使冷凝器与循环风充分换热，进一步提高换热效率。

在上述方案中，由于冷凝器整体较大较重，为保证冷凝器的平稳转动，冷凝器的安装支架需至少将冷凝片从旋转轴心至1/2处固定，同时由于冷凝器需要与压缩机和膨胀阀的管道连接，电机无法直接带动冷凝器旋转，可在冷凝器的安装支架上设置支架齿轮，并设置与之啮合的配合齿轮，通过电机驱动配合齿轮带动冷凝器的整体旋转。

进一步的，所述冷凝片包括翅片和冷凝管，所述翅片倾斜固定于冷凝管外壁上，并与冷凝片旋转轴心垂直；由此，增大循环风与冷凝片的接触面积，提高换热效率，同时循环风与翅片接触并给予翅片一定的推力，使冷凝片的转动更加平稳。

优选的，所述清理组件包括刷架、毛刷和往复丝杆，所述刷架设置于翅片的外侧，所述毛刷与刷架固定，并延伸至翅片之间的间隙内，对翅片之间的灰尘进行清理，所述往复丝杆设置于每相邻两组冷凝片之间，并穿过刷架与刷架啮合，其一端与驱动组件转动连接，另一端设置有驱动齿轮，所述壳体靠近驱动齿轮的一侧设置有内齿轮，所述内齿轮与驱动齿轮啮合；由此，通过清理组件与壳体的相对转动，使驱动齿轮与内齿轮相对旋转，从而使得往复丝杆带动刷架上下往复运动，对冷凝片进行清洁，使冷凝片充分散热，减少停机清洁的次数，且无需额外设置动力源。

优选的，所述冷凝片之间设置有挡风组件，所述挡风组件包括中心挡风片和与中心挡风片连接的挡风板，承担循环风力，防止输入风力较大时对翅片造成损坏，所述挡风板靠近冷凝片旋转轴心的一端为刚性段，远离冷凝片旋转轴心的一端为柔性段，所述柔性段与壳体滑动接触，使挡风片具有一定的挠性，防止长时间承受风力折损，同时清洁壳体内部，避免粉尘堆积划伤冷凝片。

进一步的，所述壳体内部靠近出风口处设置有限位块，所述限位块包括挡块、压块和弹簧，沿冷凝片旋转方向压块与挡块依次设置，所述挡块与压块相连，且挡块与压块之间的距离大于挡风片厚度，所述挡块能够与挡风片接触并对挡风片限位，压块上表面为斜坡，其靠近挡块一侧为坡顶，所述弹簧设置于挡块与压块底部的壳体内，所述挡风板与中心挡风片铰接，且铰接处两端设置有卷簧，在挡风片解除限位后使挡风片复位。

在上述方案中，限位块对挡风片进行限位，使挡风片对回转的热风进行阻挡，使热风抽送至送风机构处，避免热风回流，在冷凝片对压块挤压时解除限位并复位，继续参与输入风口处的受力，使热风能够被充分输出利用，减少能源消耗。

优选的，所述送风机构包括依次连接的输入段、放大段和输出段，所述输入段与放大段连接处开设有气体通孔，所述放大段与气体通孔对应位置处开设有气体通道，所述气体通道与送风机构内部连通，所述放大段靠近输出段的一侧设置有扇叶，将热风输送至烘房内。

在上述方案中，向气体通孔内通入压缩空气，压缩空气经进气体通道进入放大段内腔后，压缩空气流吸附在放大段内壁的表面，于是在放大段内腔中心产生低压区，使得壳体内的空气被吸入，压缩空气流和壳体内热风汇合后就形成高速、高容量的气流从输出段流出，增大了风速，在部分农产品(如食用菌等)的烘干过程中，通入的压缩空气可为氮气或二氧化碳，以起到抑制酶活性的效果，有利于农产品烘干品质的进一步提升。

进一步的，所述输入段靠近放大段一侧的内侧壁上设置有内螺纹，其端部设置有固定环，所述放大段外侧壁设置有外螺纹和固定耳，所述内螺纹与外螺纹啮合，所述固定环沿周向等距离开设有偶数个配合螺纹孔，所述固定耳对称设置于外螺纹远离输入段的一侧，其内部开设有固定螺纹孔，所述固定螺纹孔内设置有螺栓，所述螺栓穿过配合螺纹孔将输入段与放大段固定；由此，便于放大段和输出段的拆卸检修，同时通过转动放大段，更改固定耳和固定环的配合位置，可以改变气体通道与放大段内腔的连通面积，从而可以控制压缩空气通入量。

更进一步的，所述输入段内等距离设置有不少于3片导流片，所述导流片设置于靠近限位块的一侧，呈锥体状沿送风方向横截面积由小到大，在冷凝片旋转过程中带动热风更多流向输入段靠近限位块的一侧；由此，设置导流片可以将此处空气整流，避免此处热风形成紊流，对冷凝片的翅片造成损坏。

优选的，所述放大段中部设置有引流筒，所述引流筒外壁与放大段内壁之间距离随气体流向而减小，所述输出段呈喇叭口状，其靠近放大段的一侧内径小，并向远离放大段的一侧内径逐渐增大，热风流通的横截面积逐渐减小，依据渐缩喷管原理，出风口的大小小于进风口的大小，由Q＝A*V，V2/V1＝A1/A2(其中，Q为流量，A为面积，V为风速)，即根据进出风口面积差可以计算出进出口风速差，当控制进风口面积大于出风口面积时，可以使风速放大，减少用于风机送风的能源消耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、减少现有农产品烘干型空气能热泵在长时间烘干工作时，换热效率较低，烘干时间长，从而导致能源消耗较大的问题，提高冷凝器与循环风的换热效率，减少热量损耗，提高循环风速，降低能源消耗，具体的，通过将冷凝器转动设置，延长冷凝器与循环风的换热路径，使冷凝器与循环风充分换热，提高换热效率，同时通过送风机构将换热机构内热风整流并加速输送至烘房内，提高风速，加快烘房内空气更新，缩短烘干时长，减少能源消耗。

2、在农产品烘干型空气能热泵运转过程中对冷凝器进行清理，使冷凝器保持最佳热交换状态，避免灰尘粉粒粘附影响冷凝器与循环风的散热，无需停机处理，并且通过内齿轮与驱动齿轮的配合驱动刷架的移动，在提高换热效率的同时，无需额外设置动力源。

3、通过挡风组件将循环风分割至单独空间，使循环风在单独空间内与冷凝片换热，使冷凝器内热量得到均匀利用，提高换热效率，同时承担部分循环风推力，避免循环风长时间作用于翅片导致翅片老化损坏，延长使用寿命，在出风口处对换热后的热风进行阻挡，避免热风回流，使热风得到充分利用，进一步减少能源的消耗。

附图说明

图1为本发明农产品烘干型空气能热泵整体的结构示意图；

图2为本发明农产品烘干型空气能热泵热风循环示图；

图3为本发明换热机构和送风机构整体结构示意图；

图4为本发明换热机构不包括挡风组件的结构示意图；

图5为本发明换热机构和送风机构的剖视图；

图6为本发明限位块结构剖视图；

图7为本发明清理组件整体结构示意图；

图8为本发明送风机构的剖视图；

图9为本发明图8的A处结构放大示意图；

图中：1、蒸发器；2、膨胀阀；3、压缩机；4、循环风机；5、换热机构；51、冷凝器；511、转动接头；512、冷凝片；512a、翅片；512b、冷凝管；52、壳体；521、内齿轮；53、驱动组件；54、清理组件；541、刷架；542、毛刷；543、往复丝杆；543a、驱动齿轮；55、挡风组件；551、挡风片；552、挡风板；552a、刚性段；552b、柔性段；552c、卷簧；553、限位块；553a、挡块；553b、压块；553c、弹簧；6、送风机构；61、输入段；611、气体通孔；612、内螺纹；613、固定环；613a、配合螺纹孔；614、导流片；62、放大段；621、气体通道；622、扇叶；623、外螺纹；624、固定耳；624a、固定螺纹孔；624b、螺栓；625、引流筒；63、输出段。

具体实施方式

为使本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图9，本发明提供一种农产品烘干型空气能热泵，技术方案如下：

具体的，参照图1和图2，为一种农产品烘干型空气能热泵，包括蒸发器1、膨胀阀2、压缩机3、循环风机4和换热机构5，蒸发器1的输入端与膨胀阀2连接，输出端与压缩机3的输入端连接，压缩机3输出端与换热机构5一端连接，换热机构5另一端与膨胀阀2连接，还包括送风机构6，换热机构5内部转动设置有冷凝器51，循环风机4与换热机构5的空气输入端连接并将风吹至换热机构5内部，并与冷凝器51在转动过程中充分接触换热，延长了换热时间，冷凝器51在转动过程中与输入风接触进行换热后，送风机构6设置于换热机构5的空气输出端，将换热机构5内热空气整流并加速抽出至烘房内，防止热风随冷凝器51转动过程中被冷凝器51带回，并形成紊流对设备造成损坏，同时将热风加压提高风速，提高烘房内热空气更新速度，使烘房内部温度场更均匀。

在空气能热泵干燥系统工作时，空气热能泵通过外部的蒸发器1吸收热能，在蒸发器1中，工作介质从液态状态蒸发为气态状态，吸收热量，气体以低压状态进入压缩机3，然后被压缩为高压气体，压缩后的气体温度显著上升，高温高压气体流经换热机构5，这时工作介质会释放之前吸收的热量，从而加热循环风机4输入的空气，在热风的作用下农产品被快速升温且其中水分逐渐蒸发成为水蒸气，之后，工作介质被冷却并减压，然后再次进入蒸发器1内进行循环。在空气由低温低湿→高温低湿→高温高湿→低温低湿的循环过程中，烘房内的农产品则会快速的实现脱水干燥。

在上述工作过程中，通过冷凝器51旋转的过程，增长输入风与冷凝器51的接触时间来提高换热效率，同时通过送风机构6放大风速，加快烘干进程，进一步节省能源消耗。

较优的，参照图3-图5，换热机构5还包括壳体52、驱动组件53和清理组件54，驱动组件53设置于壳体52一侧，并能够驱动冷凝器51在壳体52内转动，冷凝器51上下两端设置有转动接头511，转动接头511穿过壳体52并分别与压缩机3的输出管道和膨胀阀2的输入管道连接，冷凝器51包括沿旋转轴心向外等角度分布的不少于三片的冷凝片512，冷凝片512包括翅片512a和冷凝管512b，翅片512a倾斜固定于冷凝管512b外壁上，并与冷凝片512旋转轴心垂直，增大翅片512a与循环风的接触面积，也即增大换热面积，提高换热效率，同时使循环风对翅片512a产生推力，使冷凝片512的转动更加稳定。

在工作时，驱动组件53驱动冷凝片512相对壳体52转动，工作介质通过转动接头511输入至冷凝管512b内，在循环风输入时，循环风与冷凝片512接触并与冷凝片512进行换热，同时给予冷凝片512一定的推力辅助冷凝片512的转动，在转动至出风口时，换热完成的热风输送至送风机构6。

进一步的，参照图7，清理组件54设置于冷凝片512之间，并与冷凝片512表面贴合，对冷凝片512进行清理。清理组件54包括刷架541、毛刷542和往复丝杆543，刷架541设置于翅片512a的外侧，毛刷542与刷架541固定，并延伸至翅片512a之间的间隙内，扫除冷凝片512上粘附的杂质，避免粉尘粘附影响冷凝片512散热，进一步提高换热效率，往复丝杆543设置于每相邻两组冷凝片512之间，并穿过刷架541与刷架541啮合，其一端与驱动组件53转动连接，另一端设置有驱动齿轮543a，壳体52靠近驱动齿轮543a的一侧设置有内齿轮521，内齿轮521与驱动齿轮543a啮合。

当驱动组件53驱动冷凝器51转动时，清理组件54同步转动，由于壳体52固定，内齿轮521位置不发生改变，驱动齿轮543a相对内齿轮521旋转，同时带动往复丝杆543自转，刷架541在往复丝杆543的转动作用下提升或下落，使毛刷542刷除冷凝片512上的粉尘，无需额外设置动力源，减少能源消耗。

进一步的，参照图5，冷凝片512之间设置有挡风组件55，挡风组件55包括中心挡风片551和与中心挡风片551连接的挡风板552，承担循环风力，防止输入风力较大时对翅片512a造成损坏，挡风板552靠近冷凝片512旋转轴心的一端为刚性段552a，远离冷凝片512旋转轴心的一端为柔性段552b，柔性段552b与壳体52滑动接触，使挡风片551具有一定的挠性，防止长时间承受风力而折损，同时对壳体52内壁清洁，避免粉尘堆积划伤冷凝片512。

更进一步的，参照图5和图6，壳体52内部靠近出风口处设置有限位块553，限位块553包括挡块553a、压块553b和弹簧553c，沿冷凝片512旋转方向压块553b与挡块553a依次设置，挡块553a与压块553b相连，且挡块553a与压块553b之间的距离大于挡风片551厚度，挡块553a能够与挡风片551接触并对挡风片551限位，压块553b上表面为斜坡，其靠近挡块553a一侧为坡顶，弹簧553c设置于挡块553a与压块553b底部的壳体52内，挡风板552与中心挡风片551铰接，且铰接处两端设置有卷簧552c，在挡风片551解除限位后使挡风片551复位。

在挡风组件55工作时，挡风片551随冷凝器51一同旋转，柔性段552b与壳体52滑动接触对壳体52内部进行清洁，在挡风片551转动至进风口处时，承担部分风力，避免输入风长时间作用于翅片512a导致翅片512a老化损坏，同时将输入风分隔至包含至少一片冷凝片512的隔间中，使输入风均匀换热，在挡风片551旋转至出风口处时，挡风片551受挡块553a阻挡限位，停留至出风口处，阻止热风回流，当冷凝片512旋转至压块553b处时，将压块553b压下，带动挡块553a下压，解除对挡风片551的限位，实现热能的充分输出利用，减少能源消耗。

较优的，参照图5和图8，送风机构6包括依次连接的输入段61、放大段62和输出段63，输入段61与放大段62连接处开设有气体通孔611，放大段62与气体通孔611对应位置处开设有气体通道621，气体通道621与放大段62内部连通，通过压缩气体通入在放大段62内部形成低压区，从而将壳体52内热风吸入至放大段62处，进一步避免热风回流，形成高速、高容量的气流从输出段63流出，提高风速，放大段62靠近输出段63的一侧设置有扇叶622。

进一步的，参照图8，输入段61内等距离设置有不少于3片导流片614，导流片614设置于靠近限位块553的一侧，呈锥体状沿送风方向横截面积由小到大，将此处空气整流，避免此处热风形成紊流，对冷凝片512的翅片512a造成损坏。

进一步的，参照图9，输入段61靠近放大段62一侧的内侧壁上设置有内螺纹612，其端部设置有固定环613，放大段62外侧壁设置有外螺纹623和固定耳624，内螺纹612与外螺纹623啮合，固定环613沿周向等距离开设有偶数个配合螺纹孔613a，固定耳624对称设置于外螺纹623远离输入段61的一侧，其内部开设有固定螺纹孔624a，固定螺纹孔624a内设置有螺栓624b，螺栓624b穿过配合螺纹孔613a将输入段61与放大段62固定，便于放大段62和输出段63的拆卸检修，同时通过转动放大段62，更改固定耳624和固定环613的配合位置，可以改变气体通道621与放大段62内腔的连通面积，从而可以控制压缩空气通入量。

更进一步的，参照图8，放大段62中部设置有引流筒625，引流筒625外壁与放大段62内壁之间距离随气体流向而减小，输出段63呈喇叭口状，其靠近放大段62的一侧内径小，并向远离放大段62的一侧内径逐渐增大，依据渐缩喷管原理，通过进出风口的面积差使风速进一步放大，减少用于风机送风的能源消耗。

在送风机构6工作时，热风被输送至输入段61，并受到导流片614的整流，避免了紊流的形成，随后被输送至放大段62，在放大段62因通入压缩空气而形成的低压区吸力作用下，风速逐渐增大，同时由于进风口的面积大于出风口面积，使得风速进一步增大，之后经由输出段63输送至烘房内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。