一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機的制作方法

專利名稱：：一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于干燥的空氣源熱泵熱風機，尤其是一種高溫空氣源熱泵熱風機。技術背景空氣源熱泵主要由壓縮機、蒸發器、節流裝置、冷凝器、工質循環管道等幾部分組成。它根據逆卡諾循環原理，采用電能驅動，通過傳熱工質把空氣中無法被利用的低品位熱能有效吸收，并將其提升至可用的高品位熱能加以利用。其工作過程①傳熱工質進入蒸發器，在蒸發器中工質吸熱蒸發，此時工質從低溫熱源中吸收熱量后進入壓縮機；②工質經過壓縮機的壓縮、升溫后，變成高溫、高壓的工質排出壓縮機；③工質進入冷凝器，在冷凝器中將從蒸發器中吸收的熱量和壓縮機本身功耗所產生的那部分熱量傳遞給其他介質；④高壓工質經過節流裝置節流降壓后再次進入蒸發器，依此不斷地循環工作。為了系統長期穩定運行，熱泵還包括一些公知的輔助裝置，如儲液罐、氣液分離器、過濾器等。以空氣源熱泵作為熱源的典型運用是空調制熱，它是以調節身體的體感舒適度為目的，出風口風速在4m/s左右。環境溫度2CTC時，制熱狀態下新風加熱，能效比僅為2.7左右；環境溫度7。C時，制熱狀態下新風加熱，出風口最高風溫在26。C左右，能效比為2.3左右。當室內六個面均設有保溫層，以循環風形式進行加熱，室內環境溫度達到3(TC左右停機。拆除其控溫裝置后，室內環境溫度最高只能達到44'C左右，出風口最高風溫48'C左右。以空氣源熱泵作為熱源加熱空氣干燥物料時，如花炮藥物、農產品的干燥，要求以循環風加熱(下同)其熱風機出風口風溫較高，才能對物料進行有效干燥，進行工業化生產。但現有裝置加熱能力有限，無法適應干燥物料的要求。通過系統的研究，我們發現，現有裝置不能滿足工業化干燥物料的要求，是因為不同程度地受以下多重因素的制約一、吸熱能力有限-現有裝置的蒸發器換熱面積較小，從環境中吸收的熱能有限，不能提供干燥物料所需的熱量和溫度。二、輸出熱能的能力有限、加熱溫度低現有裝置采用的冷凝器換熱面積較小，導致冷凝器的載熱能力和換熱能力有限、換熱效率較低。環境溫度較高的情況下，吸收的熱量不能及時有效的輸出，反而造成工質循環系統內部溫度、壓力過高，壓縮機在高壓狀態下連續運行，頻繁出現過壓保護停機，系統不能正常運行，難以達到干燥的目的。三、風速低物料用熱風干燥，熱風的風速較大，能較快地將熱量傳遞給物料，使物料吸熱，有利于物料的水份蒸發，帶走物料的水份，加快物料的干燥。空調的出風口風速在4m/s左右，無法滿足干燥的要求。四、能效比低從節能的角度出發，要求加熱裝置能效比高，即COP值高(就制熱而言，制熱量與輸入功率的比率定義為熱泵的循環性能系數COP，在相同的工況下，其比值越大說明該系統的效率越高越節能)，現有空調裝置的COP值在制熱狀態下，環境溫度在7°C時，能效比僅為2.3左右。
發明內容為了解決上述弊端，本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于干燥的空氣源熱泵熱風機，能夠對物料進行快速干燥，同時系統運行平穩，具有較高能效比。為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是，一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，包括空氣源熱泵和冷凝器風機，空氣源熱泵主要由蒸發器、壓縮機、冷凝器、主節流裝置組成，并依序用工質循環管道連接，所述空氣源熱泵的蒸發器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在5.4-16m'/kw之間；所述空氣源熱泵的冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在4.0-12mVkw之間。作為一種優選，所述空氣源熱泵的蒸發器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值較好的取值范圍是7.0-16mVkw之間，最佳值是在8.41-14.5m'/kw之間。所述空氣源熱泵的冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值較好的取值范圍在5.3-12ltf/kw之間。通過多次試驗優選，以加熱效果為基礎，綜合考慮制造工藝可行性和生產成本等問題，選擇性增大蒸發器的換熱面積和增大冷凝器換熱面積。增大蒸發器換熱面積使吸收熱量大幅提高，經壓縮機進入冷凝器的工質溫度提高，工質流速增快，輸送至冷凝器的熱量增加；冷凝器換熱面積增大，使增大蒸發器換熱面積所吸收的熱量得以有效輸出，換熱能力增大。同樣，當室內六個面均設有保溫層，以循環風形式進行加熱，在環境溫度7"C時，能效比可達到3.1以上。環境溫度irC時，出風口風溫達到7(TC。環境溫度2(TC以上時，能效比可達到4.0以上。所以，本發明所提供的技術方案，較好的實現了工質升溫和輸出熱能的平衡。在提高溫度的同時保證了系統的平穩運行。作為本發明技術方案的一種優選，所述冷凝器風機靜壓在60-300Pa之間。作為性能進一步優化的輔助手段，冷凝器風機靜壓為60-300Pa之間，所述的冷凝器風機出風口風速達8.5m/s以上。冷凝器風機風壓提高，出風口風速增大，進入干燥室的熱風風速增大，使輸送到冷凝器的熱量得到有效釋放；同時，風速增大，并保持與干燥要求匹配的風量，有利于物料水份的蒸發，帶走物料水份，為物料干燥創造了有利條件。作為本發明的一種改進，所述蒸發器風機采用調速風機或至少兩臺風量不同的風機，調速風機如雙速風機或無級調速風機。在冬天氣溫較低時，用大風量增加吸熱能力；夏天環境溫度較高時采用小風量，調節蒸發器的吸熱能力，避免因增大蒸發器面積帶來的系統壓力過高的問題，使系統保持平穩運行。作為本發明的一種改進，所述熱風機還設有泄壓分流閥和副節流裝置，所述泄壓分流閥的輸入端連接在壓縮機和冷凝器之間的工質循環管道或者冷凝器和主節流裝置之間的工質循環管道，泄壓分流閥的輸出端連接副節流裝置輸入端，副節流裝置輸出端連接在蒸發器和壓縮機之間的工質循環管道上。本改進設置的泄壓分流閥，當工質壓力達到設定值時，泄壓分流閥開啟，分流部分工質經副節流裝置冷卻，繞過蒸發器返回壓縮機輸入端的工質循環管道，以減少流入蒸發器工質量，降低壓縮機的進氣壓力，從而平穩減小工質循環系統的壓力；同理，當工質壓力回落到設定值時，泄壓分流閥關閉，維持工質壓力在正常范圍內。以相對簡單易行的設計，進一步解決了在環境溫度較高時，增大蒸發器換熱面積帶來的系統壓力過高的問題。作為本發明的一種優選結構，所述冷凝器設有電輔助加熱，以滿足冬天氣溫低時對熱風的加熱。作為本發明的一種優選結構，所述冷凝器包括外殼及殼體上的進、出風口和工質循環管道，還包括工質分流器、工質分流管和工質合流器，輸入端由工質循環管道連接壓縮機輸出端，工質分流器輸出端引出多路工質分流管，多路工質分流管的末端匯合于工質合流器，再由工質循環管道進入節流裝置。所述工質分流器即為將一條工質管道分為多路工質管道的節點，所述工質合流器即為將多路工質管道匯合為一條工質管道的節點。每一路工質分流管經多次曲折往復排布成一個平面，多個平面層疊分布在殼體內。翅片設置在工質分流管外壁上進行換熱。本優選結構由于采用多管路的設計，有效增大了冷凝器的換熱面積，延長了換熱行程和換熱時間，提高了換熱效率，使熱量得到了充分的交換；而且在多個換熱行程中，熱風溫度在上一個行程的基礎上被不斷提高，形成疊加效應，能夠得到較高的熱風溫度。下面將結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明。圖1是本發明一種實施方式的結構原理圖；圖2是本發明另一種實施方式的結構原理圖；圖3是本發明改進的冷凝器中，多路工質分流管分布主視圖；圖4是本發明改進的冷凝器中，多路工質分流管分布俯視圖；圖5是本發明改進的冷凝器中，多路工質分流管分布左視圖。具體實施方式參見圖l，反映本發明的一種具體結構，包括主要由蒸發器5、壓縮機3、冷凝器1、主節流裝置6依序用工質循環管道4連接組成的空氣源熱泵和風機2。所述熱風機還設有泄壓分流閥30和副節流裝置31，所述泄壓分流閥30的輸入端連接壓縮機3和冷凝器1之間的工質循環管道4，泄壓分流閥30的輸出端連接副節流裝置31輸入端，副節流裝置31輸出端連接蒸發器4和壓縮機3之間的工質循環管道4的連接點靠近壓縮機3。冷凝器1包括外殼及殼體上的進、出風口和殼內的工質循環管道4，還包括工質分流器8、工質分流管9和工質合流器7，所述工質分流器8輸入端由工質循環管道4連接壓縮機3輸出端，工質分流器8輸出端引出多路工質分流管9，多路工質分流管9的末端匯合于工質合流器7，再由工質循環管道4接入主節流裝置6。參見圖2，與上述實施例不同之處在于，所述泄壓分流閥30的輸入端連接冷凝器1和主節流裝置7之間的工質循環管道。其余均與上例相同。參見圖4，每一路工質分流管9經兩次U型曲折往復，由該管的各個部分12、19、20、21排布成一個平面，參見圖3、圖5，多個平面層疊分布在殼體內，12-18分別表示各平面靠近進風口的部分管道；所述工質分流管9外壁均設置翅片IO，以強化傳熱。參見圖3、圖4、圖5,所述多路工質分流管9形成了一個上下七層，前后四個熱交換區間(以進風口為前)的立體熱交換區域。以最上一層為例，管道19部分為第四區間，管道20部分為第三區間，管道21部分為第二區間，管道12部分為第一區間，高溫工質自管道19部分流入，自管道12部分流出，第一區間溫度低于第二區間，第二區間又低于第三區間，在各區間之間形成了溫度梯度差。風機鼓入或吸入的空氣首先在第一區間完成第一個熱交換行程，溫度提高后進入溫度更高的第二區間完成第二個熱交換行程，在第二區間中熱交換溫度提高，空氣能更多的帶走工質中的熱量，溫度得到進一步提高；以此類推。且該過程在上下七層的立體熱交換區域內同時進行。實際運用中，該立體熱交換區的層數和區間數并不拘于本具體實施例的設計，依據本發明的技術方案的實質內容和公知技術，可以設計出任意數目的上下有多層換熱面，前后有多個熱交換區間(以進風口為前)的立體熱交換區域。故此，采用本發明技術方案的冷凝器，熱交換較充分，換熱效率較高且熱交換強度較大，加熱空氣的能力較強.完全適應物料干燥工作的需要。為了進一步說明本發明加熱效果，在環境溫度7"C下，設有保溫層的干燥室尺寸長4.92米、寬3.64米、高2.2米，熱泵熱風機的額定總功率為5.37KW(所用壓縮機額定功率4.68kw、冷凝器風機額定功率0.37KW、蒸發器風機額定功率0.3KW、其余為其他設備的額定功率)，采用循環風加熱，工質采用氟利昂F22，按照下表數據設置蒸發器和冷凝器，并對其技術效果進行測量，其結果見表l:表h出風溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由上表可知，利用本裝置加熱空氣，完全能滿足物料干燥要求。同時為了說明本發明的節能效果，在環境溫度27"C下；熱泵熱風機的額定總功率為5.37KW(所用壓縮機額定功率4.68kw、冷凝器風機額定功率0.37KW、蒸發器風機額定功率0.3KW、其余為其他設備的額定功率)，實際功率消耗見下表實測數據；為了排除循環風對能效比測定的影響，采用新風加熱(即冷凝器加熱的熱風直接排至實驗系統外，不再返回)，工質采用氟利昂F22,按照下表數據設置蒸發器和冷凝器，并對其技術效果進行測量，其結果見表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注表中換熱面積與壓縮機額定功率的比值簡稱比值。上述實施例的制熱量在14000〈Q《28000范圍，能效比[EEP、C0P/(W/W)]在2.87至4.47之間。根據中華人民共和國標準(GB/T18836-2002):環境溫度27°C時，風管送風式空調(熱泵)機組14000〈Q《28000范圍的名義制熱的能效比為2.55，本發明技術方案的能效比明顯高于國家標準。同時由上表可以看出，蒸發器換熱面積與壓縮機額定功率的比值超過16m'/kw后，增大的蒸發器換熱面積對提高能效比沒有明顯作用，反而會因為面積增加、工質管道增長、工質用量增加，導致壓縮機負荷增大、系統能效比降低；冷凝器換熱面積與壓縮機額定功率的比值超出12m'/kw后，增大的冷凝器換熱面積對提高換熱效率和出風口溫度沒有明顯作用，反而會因為面積增加、工質管道增長、工質用量增加，導致壓縮機負荷增大、系統能效比降低。關于換熱面積計算的說明1、蒸發器，冷凝器管片式換熱器換熱面積計算公式F=2(aXbXL/S-ji/4Xd2XT)+ndST[式中F—換熱面積T一翅片總孔數L一翅片管的長度(mm)S—翅片間距(咖)L/S—翅片片數a—翅片長度(mm)b—翅片寬度(mm)d—翅片孔成型后直徑(mm)]2、翅片的有效換熱面積:工質通過銅管與翅片換熱，蒸發器、冷凝器翅片的有效換熱面積是銅管內工質流動截面面積的9.2倍的范圍以內。3、本發明所述換熱面積都是指管片式換熱器的換熱面積。采用本發明的技術方案，從輸入和輸出兩個方面全面均衡地提高了熱泵熱風機的工作能力，系統能夠正常平穩運行。本發明使空氣源熱泵的應用范圍得到了極大的拓展。而且本發明適用的地域或氣候范圍廣，環境溫度在零下6-C到零上42t:范圍內，工程技術人員根據實際情況和公知常識，在本發明技術方案內調整蒸發器和冷凝器換熱面積配比，均可較好的地實現干燥目的，并獲得較高的能效比。完全實現了發明目的，對節能減排具有積極意義。本發明描述的上述實施方式僅是為了清楚地說明本發明的技術方案，而不能理解為對本發明做出任何的限制。本發明在本
技術領域：
具有公知的多種替代方式或變形，在不脫離本發明實質意義的前提下，均落入本發明的保護范圍。權利要求1、一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，包括空氣源熱泵和冷凝器風機，空氣源熱泵主要由蒸發器、壓縮機、冷凝器、主節流裝置組成，并依序用工質循環管道連接，所述空氣源熱泵的蒸發器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在5.4-16m2/kw之間；所述空氣源熱泵的冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在4.0-12m2/kw之間。2、如權利要求1所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述冷凝器風機靜壓在60-300Pa之間。3、如權利要求1所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述空氣源熱泵的蒸發器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在7.0-16mVkw之間。4、如權利要求l所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述空氣源熱泵的蒸發器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在8.41-14.5m7kw之間。5、如權利要求l、3、4任一項所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述空氣源熱泵的冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在5.3-12mVkw之間。6、如權利要求1或2所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述熱風機還設有泄壓分流閥和副節流裝置，所述泄壓分流閥的輸入端連接在壓縮機和冷凝器之間的工質循環管道或者冷凝器和主節流裝置之間的工質循環管道，泄壓分流閥的輸出端連接副節流裝置輸入端，副節流裝置輸出端連接在蒸發器和壓縮機之間的工質循環管道上。7、如權利要求1或2所述的一種用于'干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述冷凝器包括外殼及殼體上的進、出風口和工質循環管道、工質分流器、工質分流管和工質合流器，所述工質分流器輸入端由工質循環管道連接壓縮機輸出端，工質分流器輸出端引出多路工質分流管，多路工質分流管的末端匯合于工質合流器，再由工質循環管道接入節流裝置；每一路工質分流管經多次曲折往復排布成一個平面，多個平面層疊分布在殼體內。8、如權利要求7所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述多路工質分流管構成一個上下有多層換熱面，前后有多個熱交換區間的立體熱交換區域，所述多個熱交換區間之間具有梯度溫度差。9、如權利要求1或2所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述蒸發器風機采用調速風機或至少兩臺風量不同的風機。10、如權利要求1或2所述的一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，其特征在于所述冷凝器設有電輔助加熱。全文摘要本發明公開了一種用于干燥的高溫空氣源熱泵熱風機，包括空氣源熱泵和風機，空氣源熱泵主要由蒸發器、壓縮機、冷凝器、主節流裝置依序用工質循環管道連接組成；所述空氣源熱泵的蒸發器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在5.4-16m²/kw之間，冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在4-12m²/kw之間。所述熱風機還設有泄壓分流閥和副節流裝置，其冷凝器采用多路工質管道構成上下有多層換熱面，前后有多個熱交換區間的立體熱交換區域。采用本發明的技術方案，其出風溫度得到大幅提高，系統能夠正常平穩運行，而且能效比較高，對節能減排具有積極意義。文檔編號F25B39/02GK101566426SQ200910139159公開日2009年10月28日申請日期2009年5月3日優先權日2008年5月6日發明者湯世國申請人:湖南省瀏陽市擇明熱工器材有限公司