一種熱量循環(huán)式熱泵烘干裝置的運行模式和結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種熱量循環(huán)式熱栗烘干裝置的運行模式和結(jié)構(gòu)。應(yīng)用范圍為:高中溫熱栗烘干除濕。干燥烘干的物品范圍為糧食、蔬菜水果、煙葉、臘肉、水產(chǎn)品、服裝布料、中藥材、木材、泥煤、各種工農(nóng)業(yè)原材料和產(chǎn)品等等。
【背景技術(shù)】
[0002]物料干燥烘干的種類范圍極其廣泛且數(shù)量巨大，全社會用于物料干燥烘干的能耗非常巨大。有資料表明，發(fā)達國家用于物料干燥烘干的能耗占總能耗的7%_15%之間，平均為12%?，F(xiàn)在中國的年發(fā)電量約為5萬億度，如以用于烘干的電能耗為總發(fā)電量的8%估算，則每年用于電加熱烘干的全國的電力能耗為4千億度，相當于5個長江三峽電站的發(fā)電量；同時用于烘干的煤炭等燃料也是一個極其龐大的數(shù)量。
[0003]傳統(tǒng)的物料干燥除濕一般是用電或燃料以加熱方式進行的。一般能量利用率都比較低，加熱方式的能量利用率大都低于70%，有時甚至低至40%以下，某些場合如家用衣物烘干還需要對排出的高濕度空氣進行再水汽冷凝處理，很不方便。I度電轉(zhuǎn)換成的熱量為3600KJ，1公斤液態(tài)水蒸發(fā)所需的熱量約為2400KJ，所以用電加熱烘干，完全沒有熱量損失的情況下，I度電能脫水1.5公斤;而實際上在烘干過程中，不可避免的有大量的熱量耗散，電加熱烘干的干燥效率一般在I度電脫水0.6-1.2公斤之間，平均約為0.8公斤。
[0004]熱栗烘干技術(shù)是利用電的能量，用熱栗裝置將熱量從低溫熱源向高溫熱源輸送熱量的技術(shù)，一份電可以輸送幾份熱，相比一般的電加熱烘干可以節(jié)約50%以上的能耗，同時可以兼有冷凝器加熱和蒸發(fā)器除濕的雙重效果，是未來烘干技術(shù)的發(fā)展方向。
[0005]因熱栗烘干是一新興的技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用時間較短，對熱栗烘干的基礎(chǔ)原理未能充分深入的了解掌握，所以熱栗烘干技術(shù)的潛力未能充分的發(fā)揮。
[0006]市場上常規(guī)的熱栗烘干設(shè)備可大致分為兩類:A類開放式、B類封閉式。
[0007]A類熱栗烘干裝置大致如下:所謂開放式，即裝置中有一帶風(fēng)機的出風(fēng)管道或出風(fēng)口，烘箱內(nèi)的高溫高濕氣體不斷的從出風(fēng)管道中被抽出最終進入到大氣中，同時有等量的低溫低濕的大氣新風(fēng)被吸入到烘箱內(nèi)腔中，烘箱內(nèi)的氣體不斷的與大氣空氣進行交換。熱栗系統(tǒng)在烘箱外有一帶風(fēng)機的外蒸發(fā)器，如果烘箱內(nèi)的高溫高濕氣體不經(jīng)過外蒸發(fā)器和換熱器而被直接排放到大氣中，則被排放氣體的熱量完全不加以利用，外蒸發(fā)器完全從大氣中吸取熱量。如果利用被排出的高溫高濕氣體中的熱量，大致有以下幾種方式:1、沒有大氣空氣流過外蒸發(fā)器，只有被排出的高溫高濕氣體流過外蒸發(fā)器后排空進入大氣，氣體的顯熱和氣體水分中的潛熱被外蒸發(fā)器吸收并被冷凝器釋放到烘箱內(nèi)，本方式的一個關(guān)鍵特點是要維持烘箱內(nèi)的空氣溫度和焓值不下降，蒸發(fā)器的出風(fēng)溫度必須下降到等于或低于大氣環(huán)境溫度，蒸發(fā)器的冷媒蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器直接從大氣中吸熱的冷媒蒸發(fā)溫度相差不大；
2、被排出的高溫高濕氣體加入大氣空氣混合后再流過蒸發(fā)器，蒸發(fā)器從流過的混合氣體中吸取熱量，然后混合氣體排空進入大氣，本方式使流過蒸發(fā)器的氣體溫度高于大氣溫度，提高了 C0P;3、被排出的高溫高濕氣體與被吸入的大氣新風(fēng)先在一顯熱換熱器中進行熱量交換后，高溫高濕氣體再流過外蒸發(fā)器或直接排空進入大氣，如直接排空則外蒸發(fā)器完全在大氣中吸收熱量，本方式新風(fēng)經(jīng)過換熱溫度有提高，回收了烘箱內(nèi)排出的高溫高濕氣體的部分熱量。上述幾種利用方法均使被排出的高溫高濕氣體中的熱量得到一定程度的利用，但與高溫高濕氣體直接排空相比，增加的效果極為有限，熱栗系統(tǒng)的制熱能效比基本被大氣溫度所制約，同時干燥效果受新風(fēng)即大氣空氣的濕度變化的影響。導(dǎo)致的結(jié)果是:如果要使熱栗系統(tǒng)能效比即COP高，則冷媒的高低溫差不能大，也即烘箱內(nèi)的空氣溫度比環(huán)境溫度不能高出太多，而烘箱內(nèi)的溫度不高，則除濕干燥的效果就比較差;或者是烘箱內(nèi)氣體溫度較高，但箱內(nèi)空氣溫度與環(huán)境溫度的溫差很大，則熱栗系統(tǒng)的冷媒高低溫溫差大，能效比COP 低。
[0008]總之:A類開放式熱栗烘干裝置相比常規(guī)的電加熱烘干機，大幅度的提高了能源利用率，節(jié)能率在50%以上，但總體效果不是很理想，受較低的環(huán)境溫度的制約，衡量總體干燥效果的SMER即消耗每度電獲得的干燥脫水量，不可能很高，一般SMER在3KGH20/KWH( 3公斤水/千瓦小時)以下，SMER平均約為2.5，冬天在2以下。
[0009]B類熱栗烘裝置大致如下:所謂封閉式，即烘箱內(nèi)的空氣基本與外部大氣相隔離，其代表產(chǎn)品是家用熱栗干衣機，其特征是，所述裝置的蒸發(fā)器不從烘箱外的大氣中吸取熱量;有一循環(huán)回風(fēng)管道，蒸發(fā)器安裝在回風(fēng)管道中，冷凝器在回風(fēng)管道的蒸發(fā)器的下游，蒸發(fā)器和冷凝器共用一個風(fēng)機，蒸發(fā)風(fēng)量和冷凝風(fēng)量相等，烘箱內(nèi)腔的高溫高濕氣體從回風(fēng)管道的進口流入，經(jīng)過蒸發(fā)器降溫除濕，再流過冷凝器加熱升溫，回到烘箱內(nèi)腔。其優(yōu)點是受環(huán)境溫度和濕度的影響相對較小，被干燥物料中的液態(tài)水蒸發(fā)汽化所消耗的熱量得到循環(huán)利用，烘干效果基本穩(wěn)定。缺點是烘箱內(nèi)空氣升溫很慢，烘箱內(nèi)腔所獲得的熱量只是熱栗裝置做功消耗的能量所轉(zhuǎn)化的熱量，裝置開始運行后烘箱內(nèi)空氣長時間溫度較低，也使流過回風(fēng)管道內(nèi)的蒸發(fā)器的氣體溫度較低，蒸發(fā)器吸收熱量中的潛熱/顯熱比值很低，烘干除濕效果差，烘干速度慢。尤其是因為冷凝器和蒸發(fā)器共用一個風(fēng)機，冷凝風(fēng)量與蒸發(fā)風(fēng)量相同時，如蒸發(fā)器吸收的潛熱大于顯熱，冷凝器的進出風(fēng)溫差是蒸發(fā)器進出風(fēng)溫差的2.5倍以上，使冷凝器的出風(fēng)溫度太高從而冷媒冷凝溫度太高導(dǎo)致熱栗系統(tǒng)能效比下降；如蒸發(fā)器吸收的潛熱小于顯熱，雖然能避免冷凝器出風(fēng)溫度太高的弊端，但潛熱/顯熱小于I，使烘箱內(nèi)空氣的潛熱與顯熱之間的轉(zhuǎn)換率減低，導(dǎo)致除水效果變差?？偟男ЧcA類開放式裝置相當:B類封閉式熱栗烘干裝置較電加熱烘干節(jié)能50%以上，SMER約為2至2.5，超過3有難度，尤其是在冬天，烘箱內(nèi)的初始溫度很低時，烘干效果更差。
[0010]理論分析:封閉式熱栗烘干裝置的干燥過程中，烘箱中空氣的顯熱被所烘干的物料吸收，物料中的水分蒸發(fā)，空氣中的濕度增加，溫度下降，潛熱增加，顯熱減少，總焓值不變，空氣的干燥能力下降；當相對濕度達到飽和，則干燥過程完全停止。如能將烘箱內(nèi)空氣中的潛熱轉(zhuǎn)化為顯熱，則空氣溫度上升，濕度下降，能量得到了循環(huán)利用，干燥過程得以持續(xù)進行。熱栗烘干裝置如能高效的使烘箱內(nèi)空氣中的潛熱轉(zhuǎn)化為顯熱，則能有效的提高SMER。而裝置干燥效率的提高取決于2個方面:熱栗系統(tǒng)有較高的COP值;蒸發(fā)器吸收的熱量中潛熱的比例要盡可能的高。所以在B類封閉式熱栗烘干系統(tǒng)中盡可能提高蒸發(fā)器吸收熱量中的潛熱/顯熱比，同時盡可能降低熱栗系統(tǒng)的冷媒高低溫差或高低壓差，提高熱栗系統(tǒng)的C0P，能顯著提高系統(tǒng)的SMER。如蒸發(fā)器吸收熱量中的潛熱/顯熱比為4，即潛熱比例等于80%，熱栗系統(tǒng)的制冷COP等于3.5，加上裝置做功消耗的能量所轉(zhuǎn)換的熱量最終也用于被烘干物料的水分的蒸發(fā)，因水的蒸發(fā)潛熱比約為2400KJ/KG，則可估算熱栗烘干機的理論除濕量SMER = 3600* (3.5*0.8+1 )/2400 = 5.7；如果潛熱比例達到90%，制冷COP達到4.0，則理論上SMER最高能達到3600*(4*0.9+1 )/2400 = 6.9KG/KWH，比現(xiàn)有熱栗干燥裝置的效率平均提尚130%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明針對目前市場上熱栗烘干機普遍存在的結(jié)構(gòu)和運行模式的不合理之處，通過改善熱栗系統(tǒng)的COP和封閉式系統(tǒng)中蒸發(fā)器吸收熱量的潛熱/顯熱的比值這兩個熱栗烘干最關(guān)鍵的因子，提出了本發(fā)明方案:一種熱量循環(huán)式熱栗烘干裝置的運行模式和結(jié)構(gòu)，裝置包括一般熱栗烘干裝置均具備的由壓縮機、節(jié)流閥、冷凝器、蒸發(fā)器、風(fēng)機等組成的熱栗系統(tǒng)，烘箱箱體等。其結(jié)構(gòu)特征為所述裝置包含一熱量回收風(fēng)道，有蒸發(fā)器安裝在所述熱量回收風(fēng)道內(nèi)，所述裝置中安裝有一風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，所述風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置能使流過蒸發(fā)器的風(fēng)量按需要而進行控制調(diào)節(jié)。所述裝置的運行控制模式特征為:所述裝置的運行控制模式分為升溫模式和熱量循環(huán)除濕模式。第一階段升溫模式運行，裝置以較高的COP值從大氣中吸熱對烘箱內(nèi)部空氣加熱，烘箱內(nèi)的空氣不除濕只加熱，使空氣升溫達到一較高的設(shè)定的升溫目標溫度和相應(yīng)的焓值;然后轉(zhuǎn)到第二階段的熱量循環(huán)除濕模式，熱量回收風(fēng)道內(nèi)的蒸發(fā)器從烘箱內(nèi)流出的高溫高濕氣體中吸收潛熱和顯熱并由冷凝器將此熱量輸送釋放到烘箱內(nèi)的空氣中；烘箱內(nèi)的氣體從熱量回收風(fēng)道的進