一種基于CO2跨臨界熱泵循環的干燥系統的制作方法

本發明涉及熱泵干燥技術領域，尤其涉及一種基于co2跨臨界熱泵循環的干燥系統。

背景技術：

干燥過程主要的能耗損失為濕空氣的排放，物料的干燥是工農業生產中廣泛使用且耗能巨大的加工工藝，據統計，在大多數發達國家物料干燥所消耗的能量約占全國總能耗的7％～15％，而熱效率僅為25％～50％。自20世紀70年代初能源危機以來，世界各國均對干燥加工的節能技術展開了大量的研究，熱泵干燥就是在這種背景下產生的一種新型節能干燥技術。

熱泵可有效回收濕空氣中的潛熱和顯熱，顯著提高能源利用率。相較常規的氣流干燥，熱泵干燥技術具有能源消耗少、干燥成本低、環境污染小、烘干品質高、適用范圍廣等優點，其優異的節能效果已被國內外的各種試驗研究所證明。

但是，現有熱泵干燥系統采用的制冷工質(制冷劑)多為hfcs和hcfcs，氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，大量使用會引起全球氣候變暖，嚴重影響地球生態環境；而且，現有的制冷工質溫度適應范圍狹窄，在高溫工況下較難滿足干燥要求，在低溫工況下會降低熱泵的性能，甚至不能夠正常運行，因而嚴重阻礙了熱泵在高溫和寒冷地區的推廣應用。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

針對于上述問題，本發明提出了一種基于co2跨臨界熱泵循環的干燥系統，其以co2為制冷劑，能夠適應較寬溫度范圍下的干燥工況，且對廢熱進行了有效回收，提高了系統能效。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于co2跨臨界熱泵循環的干燥系統，其包括：

用于盛放待干燥物料的干燥室；

以co2為制冷劑的制冷劑回路，所述制冷劑回路上依次設有壓縮機、氣體冷卻器、節流裝置(優選為節流閥)和蒸發器；以及，

以空氣為干燥介質的干燥介質回路，所述干燥介質回路上設有所述氣體冷卻器、所述干燥室、換熱器和所述蒸發器，所述換熱器包括互相換熱的第一管道和第二管道，所述氣體冷卻器的空氣出口連通所述干燥室的空氣入口，所述干燥室的空氣出口連通所述第一管道的入口，所述第一管道的出口連通所述蒸發器的空氣入口，所述蒸發器的空氣出口連通所述第二管道的入口，所述第二管道的出口連通所述氣體冷卻器的空氣入口。

進一步地，所述干燥介質回路上還設有旁通管路，所述旁通管路一端連通所述換熱器與干燥室的空氣出口之間的管路，另一端連通所述換熱器與氣體冷卻器的空氣入口之間的管路。

進一步地，所述旁通管路上設有第一風量調節閥。

進一步地，所述干燥室的空氣出口與換熱器之間的管路上設有除塵裝置，以對干燥室流出的空氣進行過濾，除去顆粒物。

進一步地，所述干燥介質回路上還設有風機，用于為系統提供干燥介質和為所述干燥介質的循環提供動力。

進一步地，所述制冷劑回路上還設有回熱器，所述氣體冷卻器的制冷劑出口連通所述回熱器的過冷入口，所述回熱器的過冷出口連通所述節流裝置的制冷劑入口，所述蒸發器的制冷劑出口連通所述回熱器的過熱入口，所述回熱器的過熱出口連通所述壓縮機的制冷劑入口。

進一步地，所述蒸發器的空氣出口與第二管道的入口之間的管路上設有第二風量調節閥和第三風量調節閥，所述第二風量調節閥用于引入新風，并對引入的風量進行調控；所述第三風量調節閥用于排出回風，并對排出的風量進行調控。通過第二風量調節閥、第三風量調節閥的調控，本發明可實現閉路式和半開放式單獨運行或混合運行，保證了干燥過程中的熱濕穩定性。

進一步地，所述蒸發器的底部設有用于儲存冷凝水的儲水盤，所述儲水盤上設有排水管。

進一步地，所述第一管道為多個，且多個所述第一管道平行設置；和/或，所述第二管道為多個，且多個所述第二管道平行設置。

進一步地，該干燥系統還包括控制裝置，所述控制裝置包括用于控制制冷劑回路和干燥介質回路的控制開關以及分別與所述控制開關連接的溫度傳感器、濕度傳感器和控制面板，所述溫度傳感器和濕度傳感器均設置于所述干燥室內，所述控制開關分別與制冷劑回路和干燥介質回路電連接。

進一步地，所述干燥系統的外圍設有保溫材料；優選的，所述保溫材料為聚氨酯保溫板。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有以下有益效果：

1、本發明的干燥系統以co2為制冷劑、以空氣為干燥介質，節能環保，且采用跨臨界循環，能夠適應較寬溫度范圍下的干燥工況。

本發明設有換熱器，換熱器包括互相交叉的第一管道和第二管道，干燥室的空氣出口連通第一管道的入口，第一管道的出口連通蒸發器的空氣入口，蒸發器的空氣出口連通第二管道的入口，第二管道的出口連通氣體冷卻器的空氣入口；進入換熱器第一管道內的帶有廢熱的空氣與進入第二管道內的低溫空氣進行換熱，換熱后，第二管道流出的空氣由于吸收了廢熱，使得溫度升高，再經氣體冷卻器回流至干燥室，即廢熱得到了回收利用，從而提高了能效。

2、本發明設置了旁通管路，從干燥室流出的帶有廢熱的空氣即可經由旁通管路進入氣體冷卻器，再回流至干燥室，從而廢熱得到了進一步回收利用，因此進一步提高了能效。

3、本發明設置了回熱器，在對制冷劑進行節流前，利用回熱器對制冷劑進行過冷處理，可防止液態制冷劑在管路中出現閃發氣體，使制冷劑充分液化，提高了制冷劑在蒸發器氣化過程中的吸熱量(即制冷量)，因而提高了運行效率；在制冷劑進入壓縮機前，對制冷劑進行過熱處理，使制冷劑充分氣化，可避免壓縮機出現“液擊”現象。

附圖說明

圖1為本發明實施例所述干燥系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例所述干燥系統在閉路式流程下的結構示意圖；

圖3為本發明實施例所述蒸發器的結構示意圖；

圖4為本發明實施例所述換熱器的結構示意圖；

其中，1：壓縮機；2：氣體冷卻器；3：節流閥；4：蒸發器；5：回熱器；6：干燥室；7：換熱器；8：第二風量調節閥；9：第三風量調節閥；10：第一風量調節閥；11：旁通管路；13：除塵裝置；14：儲水盤；15：排水管；16：換熱器的第一管道；17：換熱器的第二管道；

實心箭頭：代表制冷劑的流向；

空心箭頭：代表干燥介質的流向。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。

在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術語“頂端”、“底端”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1～圖4所示，本實施例提供了一種基于co2跨臨界熱泵循環的干燥系統，其以co2為制冷劑、以空氣為干燥介質，包括干燥室6、制冷劑回路、干燥介質回路以及控制裝置。

干燥系統的外圍設有保溫材料，保溫材料為聚氨酯保溫板。干燥室6的空氣入口和干燥室6的空氣出口相對設置在干燥室6的兩端。

制冷劑回路上依次設有壓縮機1、氣體冷卻器2、節流閥3和蒸發器4，壓縮機1、氣體冷卻器2、節流閥3和蒸發器4之間的連接方式采用本領域常規技術手段。該制冷劑回路上還設有回熱器5，氣體冷卻器2的制冷劑出口連通回熱器5的過冷入口，回熱器5的過冷出口連通節流閥3的制冷劑入口，蒸發器4的制冷劑出口連通回熱器5的過熱入口，回熱器5的過熱出口連通壓縮機1的制冷劑入口。

干燥介質回路上設有上述氣體冷卻器2、上述干燥室6、換熱器7和上述蒸發器4，換熱器7包括互相交叉且換熱的第一管道16和第二管道17(參見圖4)，氣體冷卻器2的空氣出口連通干燥室6的空氣入口，干燥室6的空氣出口連通第一管道16的入口，第一管道16的出口連通蒸發器4的空氣入口，蒸發器4的空氣出口連通第二管道17的入口，第二管道17的出口連通氣體冷卻器2的空氣入口。

進一步地，該干燥介質回路上還設有旁通管路11，旁通管路11一端連通換熱器7與干燥室6的空氣出口之間的管路，另一端連通換熱器7與氣體冷卻器2的空氣入口之間的管路。旁通管路11上設有第一風量調節閥10，以調控回風量。干燥室6的空氣出口與換熱器7之間的管路上設有除塵裝置13，以對干燥室6流出的空氣進行過濾，除去顆粒物。干燥介質回路上還設有風機，用于為系統提供干燥介質和為干燥介質的循環提供動力。

蒸發器4的空氣出口與第二管道17的入口之間的管路上設有第二風量調節閥8和第三風量調節閥9，第二風量調節閥8用于引入新風，并對引入的風量進行調控；第三風量調節閥9用于排出回風，并對排出的風量進行調控。蒸發器4的底部設有用于儲存冷凝水的儲水盤14，儲水盤14上設有排水管15。

本實施例中，換熱器7的第一管道16為多個，且多個第一管道16平行設置；第二管道17同樣為多個，且多個第二管道17平行設置；而且，第一管道16和第二管道17垂直交叉。

控制裝置包括用于控制制冷劑回路和干燥介質回路的控制開關以及分別與控制開關連接的溫度傳感器、濕度傳感器和plc控制面板，溫度傳感器和濕度傳感器均設置于干燥室6內，控制開關分別與制冷劑回路和干燥介質回路電連接。控制裝置通過plc控制面板可設置不同溫度下的干燥模式，溫度傳感器和濕度傳感器分別感應干燥室6內的空氣溫度和空氣濕度，然后將感應到的參數值傳送至控制開關，控制開關再發出指令控制制冷劑回路和干燥介質回路的運行工況。plc控制面板內設置了控制程序，相關控制程序的編寫使用本領域公知常識完成。在整個系統的運行中，風機的風量以及熱泵機組壓縮機1啟停或變頻均通過控制裝置進行操控。

為詳細說明該干燥系統的工作過程，本實施例對制冷劑回路和干燥介質回路的工作過程分別闡述，如下：

(1)制冷劑回路：啟動壓縮機1，壓縮機1排出高溫高壓的氣態制冷劑(co2氣體)(此時的制冷劑處于超臨界狀態)，高溫高壓的氣態制冷劑進入氣體冷卻器2并在其中放熱、冷凝，之后，制冷劑進入回熱器5中進行過冷處理，以確保制冷劑變為液態，液態制冷劑經節流閥3節流降壓后，進入蒸發器4中吸熱、蒸發，之后，制冷劑進入回熱器5進行過熱處理，以確保制冷劑變為氣態，氣態制冷劑進入壓縮機1重新被壓縮，然后進行下一個循環。

(2)干燥介質回路：將待干燥物料裝于干燥室6內，啟動風機，風機將空氣輸入氣體冷卻器2，此時空氣與氣體冷卻器2進行換熱，空氣吸收氣體冷卻器2放出的熱量后溫度升高，但空氣的含濕量不變，高溫低濕的空氣經干燥室6的空氣入口進入干燥室6內與待干燥物料進行熱濕交換，空氣放熱并吸收物料內的濕氣，降溫吸濕后的空氣經干燥室6的空氣出口排出，并經除塵裝置13除雜，除雜后的空氣有以下幾種去向：

①、打開第一風量調節閥10，并控制回風量，除雜后的空氣一部分經旁通管路11進入氣體冷卻器2，被重新用于干燥；

②、除雜后的空氣在進入旁通管路11的同時，另一部分進入換熱器7，再進入蒸發器4，在蒸發器4中降溫除濕，變成低溫的干燥空氣，該干燥空氣又有以下兩種去向：

a、打開第三風量調節閥9，將該干燥空氣直接排至系統外部；

b、關閉第三風量調節閥9，該干燥空氣流入換熱器7的第二管道17，并與第一管道16內的新一輪廢氣進行換熱；換熱后第一管道16內的廢氣被降溫，然后進入蒸發器4被進一步降溫除濕；換熱后的第二管道17內的空氣可與來自旁通管路11的廢氣進行混合，混合空氣進入氣體冷卻器2進行加熱升溫，達到目標工況后排入干燥室6，對物料進行熱濕交換；

在上述a和/或b進行的同時，均可打開或關閉第二風量調節閥8(分別如圖1和圖2所示)，當打開第二風量調節閥8時，可從外部環境引入新風，引入的新風可直接與旁通管路11內的廢氣混合，也可在換熱器7內進行換熱后再與旁通管路11內的廢氣混合，混合空氣進入氣體冷卻器2進行加熱升溫，達到目標工況后排入干燥室6，對物料進行熱濕交換；

另外，參見圖3，上述工況在進行過程中，從蒸發器4析出的水分暫存在儲水盤14中，然后經排水管15排至干燥系統外。

綜上所述，本實施例的干燥系統以co2為制冷劑、以空氣為干燥介質，節能環保，且采用跨臨界循環，能夠適應較寬溫度范圍下的干燥工況，保證了不同的物料干燥和不同的干燥方式，拓寬了熱泵在高溫和寒冷地區的推廣應用。

該干燥系統設置了換熱器，通過換熱器對廢熱進行回收利用，大大提高了能效。該干燥系統設置了旁通管路，從干燥室流出的帶有廢熱的空氣即可經由旁通管路進入氣體冷卻器，再回流至干燥室，從而廢熱得到了進一步回收利用，因此進一步提高了能效。干燥系統的外圍護結構采用保溫材料，旁通管路的風量、壓縮機的輸入功率以及排風量的調節可實現不同溫濕度的干燥工況。

該干燥系統設置了回熱器，在對制冷劑進行節流前，利用回熱器對制冷劑進行過冷處理，可防止液態制冷劑在管路中出現閃發氣體，使制冷劑充分液化，提高了制冷劑在蒸發器氣化過程中的吸熱量(即制冷量)，因而提高了運行效率；在制冷劑進入壓縮機前，對制冷劑進行過熱處理，使制冷劑充分氣化，可避免壓縮機出現“液擊”現象，改善了壓縮機的工作條件。

本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。