一种外排湿型两效烘干热泵机组
技术领域
本发明涉及热泵系统设计技术领域,具体涉及一种外排湿型两效烘干热泵机组。
背景技术
含湿物料(例如新鲜烟叶)的烘干过程因其“等焓”特性,即在烘干过程中只是部分干燥空气显热转换成为了含湿物料水分汽化的潜热,显热+潜热所组成的总热量(焓值)并没有减少,烘干装置出风焓值与进风焓值在忽略烘干装置漏热条件下是相等的,因而烘干过程的余热回收具有十分重要的技术意义和商业意义。
目前,对外排湿型烘干装置余热进行回收的热泵机组,大多是通过旋转式风门的开闭,间断性将排湿气流送往蒸发器,利用蒸发器吸收排湿气流的热量;这种热回收方法主要存在2个问题:
第一个问题是烘干装置排湿不稳定
为了节约能源,烘干装置在烘干气流闭路循环一段时间湿球温度上升到目标值上限才打开风门,补入新风排出湿气;烘干装置中湿球温度一旦降低到目标值下限,立即关闭风门停止外排湿,直到湿球温度再次达到目标值上限开始下一轮排湿;这种通过风门的开闭,周期性的间断性的排湿,对热回收装置产生“热震荡”,造成热回收装置也不能稳定运行。
第二个问题是余热回收效率太低
烘干装置排湿时排出的暖湿气流,忽有忽无,忽大忽小,与蒸发器所需风量很难匹配;为了解决暖湿气流忽有忽无、忽大忽小造成蒸发器无法稳定运行问题,通常做法都是将暖湿气流先与蒸发器进风混合,之后再进入蒸发器;而暖湿气流与蒸发器进风混和,导致暖湿气流温度降低、水蒸汽浓度降低、焓值降低、余热回收效率降低。
发明内容
针对背景技术中的问题,本发明提供了一种外排湿型两效烘干热泵机组,其特征在于,包括与干燥间连通的具有进风口和出风口的气流循环通道,还包括有至少两组热泵机组,每组所述热泵机组包括顺序连接并构成一供制冷剂循环的压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器;
各所述蒸发器均位于所述气流循环通道外的环境空气中,各所述冷凝器均位于所述气流循环通道内;所述气流循环通道上还设置有排湿口和新风口,其中至少一组热泵机组的蒸发器设置在所述排湿口处回收排湿气流余热,与直接自环境空气吸收热量的热泵机组共同组成两效烘干;所述排湿口和吸风口上设置有孔口开度可调节的孔板结构,使烘干装置排湿过程连续均匀,热量回收连续稳定;
所述干燥间内高温干燥空气与含湿物料热湿交换之后生成的暖湿空气,自所述热泵机组进风口进入所述气流循环通道内,部分暖湿空气自所述排湿口流出所述气流循环通道后再流过所述排湿口处的蒸发器,另一部分暖湿空气与所述新风口补进的新风一起流过各所述冷凝器被加热成为高温干燥空气,自所述热泵机组出风口送回到所述干燥间内进行新一轮干燥作业。
较佳地,所述排湿口设置在靠近所述热泵机组进风口的一侧,所述新风口布置在所述排湿口与所述冷凝器之间的所述气流循环通道上。
较佳地,所述排湿口和所述新风口上设置有孔口开度可调节的孔板结构。
较佳地,所述孔板结构,包括:
第一孔板,其上布置有多个通风区域;
第二孔板,其上与所述第一孔板上各所述通风区域对应位置处设置有配风口,且所述配风口能覆盖所述通风区域;
所述第二孔板与所述第一孔板重叠设置,各所述配风口与各所述通风区域一一对应;所述第二孔板与所述第一孔板之间可相对移动,相对移动过程中各所述通风区域与所述配风口重叠部分改变,实现空气流量的调节。
较佳地,沿所述第一孔板的横向或纵向间隔均布有多个所述通风区域,沿所述第二孔板的横向或纵向间隔均布有多个所述配风口;且所述通风区域与所述配风口的形状、尺寸相同。(形状已经包括了边廓)
较佳地,所述通风区域与所述配风口均呈矩形状。
较佳地,所述第一孔板与所述第二孔板之间的移动方向沿着所述通风区域的排列方向。
较佳地,相邻所述通风区域之间的间距与相邻所述配风口之间的间距相等;
相邻所述配风口之间间隔的距离大于等于所述通风区域在所述第一孔板、所述第二孔板之间移动方向上的尺寸。
较佳地,所述通风区域上布置有至少一个通风孔。
较佳地,所述通风区域上均布有至少一排通风孔,每排均布有多个所述通风孔。
较佳地,还包括有一驱动装置;
所述第一孔板为固定孔板,所述第二孔板为移动孔板,所述固定孔板固定在需要调节空气流量的风道断面上,所述移动孔板可移动的安装在所述固定孔板上,且所述驱动装置驱动所述移动孔板相对于所述固定孔板移动。
较佳地,各所述蒸发器上下设置。
较佳地,所述循环风道内靠近所述出风口处设置有第一风机。
较佳地,各所述蒸发器的一侧设置有第二风机。
较佳地,所述循环风道内靠近所述排湿口出设置有第三风机。
较佳地,所述循环风道内设置有一与所述排湿口连通的动静压转换管,自所述热泵机组进风口进入所述气流循环通道内的部分暖湿空气顺序流经所述动静压转换管、所述排湿口。
较佳地,所述动静压转换管为一弯折管,且两端呈喇叭状。
较佳地,包括有两组热泵机组,其中一组热泵机组的蒸发器位于所述排湿口处回收排湿气流余热,与直接自环境空气吸收热量的热泵机组共同组成两效烘干。
本发明提供的一种外排湿型两效烘干热泵机组,由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:
本发明提供的外排湿型两效烘干热泵机组运行时,其中至少一组热泵机组从环境空气中吸收热量输入烘干间内,在烘干装置内与含湿物料进行热湿交换产生暖湿出风即排湿气流;其中至少一组热泵机组从来自排湿口的暖湿出风与环境空气的混合气流中吸收热量再次输入烘干间内,由于混合气流温度、水蒸汽浓度、焓值都高于环境空气,从而使该热泵机组的蒸发器的蒸发温度、蒸发压力、制热量、制热能效比都明显提高,形成了热量的正反馈循环。
附图说明
结合附图,通过下文的详细说明,可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点,其中:
图1为本发明实施例1中外排湿型两效烘干热泵机组的原理示意图;
图2为本发明实施例1中外排湿型两效烘干热泵机组的侧视图;
图3为本发明实施例1中外排湿型两效烘干热泵机组的纵剖视图;
图4为本发明实施例1中固定孔板的结构示意图;
图5为本发明实施例1中移动孔板的结构示意图。
图6为本发明实施例1中排湿口和新风口上的空气流量精准均匀调节的装置的结构示意图;
图7为本发明实施例2中外排湿型两效烘干热泵机组的纵剖视图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图,下文将更详细地描述本发明。然而,本发明可以以许多不同形式实现,并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反,提出这些实施例是为了达成充分及完整公开,并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中,为清楚起见,可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
实施例1
参照图1-图3,本发明提供了一种外排湿型两效烟叶烘干热泵机组,包括气流循环通道1,气流循环通道1包括有热泵机组进风口4和出风口3。
该外排湿型两效烟叶烘干热泵机组还包括有至少两组热泵机组,每组热泵机组包括顺序连接并构成一供制冷剂循环的压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器;各蒸发器均位于气流循环通道1外的环境空气中,各冷凝器均位于气流循环通道1内;气流循环通道1上还设置有排湿口102和新风口101,其中至少一组热泵机组的蒸发器设置在排湿口102处回收排湿气流余热,与直接自环境空气吸收热量的热泵机组共同组成两效烘干;
外排湿型两效烟叶烘干热泵机组运用于干燥装置中后,干燥装置的干燥间2 通过进风口4和出风口3与气流循环通道1循环连通。
干燥间2内高温干燥气流与鲜烟叶进行热湿交换,生成的暖湿空气自热泵机组进风口4进入气流循环通道1内,部分暖湿空气自排湿口102流出气流循环通道 1后流过排湿口102处的蒸发器,另一部分暖湿空气与新风口补进的新风混和,一起流过各冷凝器被加热成为高温干燥空气,自热泵机组出风口3送回到干燥间 2内进行新一轮烟叶烘干。
本发明提供的外排湿型两效烟叶烘干热泵机组运行时,其中至少一组热泵机组从环境空气中吸收热量输入烘干间内,在烘干装置内与新鲜烟叶进行热湿交换产生暖湿出风即排湿气流;其中至少一组热泵机组从来自排湿口102的烘干间内的暖湿出风与环境空气的混合气流中吸收热量并将热量再次输入烟叶烘干间内,由于混合气流温度、水蒸汽浓度、焓值都高于环境空气,从而使该热泵机组的蒸发器的蒸发温度、蒸发压力、制热量、制热能效比都明显提高,形成了热量的正反馈循环。
在本实施例中,该外排湿型两效烟叶烘干热泵机组包括有两组热泵机组,分别为第一热泵机组和第二热泵机组;第一热泵机组包括第一压缩机11、第一冷凝器7、第一节流装置10、第一蒸发器8,第二热泵机组包括第二压缩机12、第二冷凝器6、第二节流装置15、第二蒸发器14;其中,第二冷凝器6、第一冷凝器7自上而下并列布置在气流循环通道1内,第一蒸发器8和第二蒸发器14均位于气流循环通道1外的环境空气内,且第二蒸发器14布置在排湿口102处。
当然,在其他实施例中,也可以包括有两组以上上述热泵机组,可根据具体情况进行调整,此处不做限制。
进一步的,本实施例中位于气流循环通道1外侧的第一蒸发器8和第二蒸发器14上下并列设置,同时压缩机11、压缩机12分布在两侧,如图2中所示。
在本实施例中,循环风道1内靠近出风口3处设置有第一风机5,用于推动干燥间2内的暖湿空气自进风口4进入到气流循环通道1内,经过第一冷凝器7和第二冷凝器6后经由出风口3再送回到干燥间内,从而形成一完整的空气循环。在本实施例中,各蒸发器的一侧设置有第二风机,用于使得外界环境空气能够顺利流经各蒸发器;具体的,第一蒸发器8的一侧设置有第二风机9,第二蒸发器 14的一侧设置有第二风机13。
在本实施例中,排湿口102设置在靠近热泵机组进风口4的一侧,新风口101 布置在排湿口与第一冷凝器7之间的气流循环通道1侧壁上。本实施例将排湿口 102设置在进风口4相对侧的侧壁上,以便于快速的将来自进风口的暖湿空气从排湿口102排出;当然在其他实施例中排湿口的位置也可根据具体情况进行调整,此处不做限制。
进一步的,循环风道1内靠近排湿口102出设置有第三风机16,推动部分湿空气从排湿口102排出,并具有较高动压头,以射流束方式射向第二蒸发器14。
本发明提供的一种外排湿型两效烟叶烤烟热泵机组,充分利用了烤烟房暖湿出风(排湿气流)的热物理特性,实现了烤烟房排湿余热高效回收。
以下是湿空气降温10℃放热量对比表(35℃100%→25℃100%PK 35℃50%→25℃88.8%):
从上表可以看出,湿空气的能量密度即湿空气焓值,主要是由空气中水蒸汽而不是空气温度所决定的:同样都是1kg湿空气降温放热,同样都是从35℃降低到25℃,同样都是降温10℃,但是因为水蒸汽浓度不同,从35℃100%→25℃ 100%比35℃50%→25℃88.82%,放热量竟然多出411%,这都是因为35℃100%湿空气中水蒸汽冷凝热的贡献。
本发明第二热泵机组从烤烟房暖湿出风与环境空气的混合气流中吸收热量,并将热量再次馈入烤烟房,由于本发明将排湿气流只输送给1只蒸发器即第二蒸发器,与传统的同时输送给2只甚至更多只蒸发器相比,本发明第二蒸发器所吸入的由排湿气流和环境空气组成的混合气流温度、特别是水蒸汽浓度都明显提高,而如上表所示,湿空气焓值主要由水蒸汽决定而不是主要由温度决定,故使独享排湿气流水蒸汽的第二效蒸发器的蒸发温度、蒸发压力、制热量、制热能效比,都明显高于自环境空气吸热的第一效蒸发器,形成了热泵烤烟房热量的正反馈循环。
在本实施例一种外排湿型两效烟叶烘干热泵机组中,如图4-图6所示,在新风口和排湿口采用空气流量能够精准均匀调节的孔板装置,使烤烟房排湿过程连续均匀,热量回收连续稳定。
在本实施例中,在排湿口102和新风口101上均设置有孔口开度可调节的孔板结构,该孔板结构具体为一空气流量精准均匀调节孔板装置。
具体的,空气流量精准均匀调节孔板装置包括第一孔板和第二孔板,第一孔板上布置有多个通风区域;第二孔板上与各通风区域对应位置处设置有配风口,且配风口与所述通风区域的边廓相同;第二孔板与第一孔板1重叠设置,各配风口与各通风区域一一对应;第二孔板与第一孔板之间可相对移动,相对移动过程中各通风区域与配风口重叠部分改变,实现空气流量的调节。
该空气流量精准均匀调节孔板装置,通过在第一孔板上均分出多个通风区域,在第二孔板上对应设置出多个配风口,通过两孔板之间的相互移动,同时实现对第一孔板各个通风区域通风面积进行调节,从而实现第一孔板各个通风区域的流量的调节,从而实现第一孔板各个通风区域总和流量调节和通风断面上气流均匀分布,从而实现了空气流量的精准均匀调节。
其中,进一步的沿第一孔板的纵向间隔均布有多个通风区域,沿第二孔板2 的纵向间隔均布有多个配风口;当然在其他实施例中,多个通风区域也可沿着第一孔板的横向间隔均布,多个配风口201也可沿着第二孔板的横向间隔均布,此处不做限制。
具体实施时,如图4-6,新风口101上的第一孔板与排湿口102上的第一孔板上下连接在一起形成一固定孔板18,固定孔板上18上侧设置有对应着新风口101 的通风区域1801,下侧设置有对应着排湿口102的通风区域1802;新风口101上的第二孔板与排湿口102上的第二孔板上下连接在一起形成一移动孔板19,移动孔板19上侧设置有与通风区域1801相对的配风口1901,移动孔板19下侧设置有与通风区域1802相对于的配风口1902。
进一步的,如图6中所示,移动孔板19通过一驱动装置实现同步驱动,驱动装置包括有与第二孔板连接的连杆21、用于驱动连杆轴向运动的动力机构20,动力机构20可以通过减速电机或压缩空气气缸等机构来实现,此处不做限制。
在本实施例中,再参照图4,排湿口102上第一孔板上的通风孔1802的尺寸小于新风口101上第一孔板上的通风孔1801的尺寸,以使形成具有一定动压头的排湿气流射流束,覆盖蒸发器迎风面。
本发明提供的热泵机组中的蒸发器先吸收环境空气的热量,通过压缩机输送到冷凝器加热烘干空间内循环气流;烘干间高温循环气流与烟叶进行热湿交换,推动烟叶水分蒸发而成为暖湿回风;当暖湿回风的湿球温度超过烘烤工艺设定目标值时,新风口101和排湿口102同步开启,新风补入、暖湿空气排出,在第三风机16的推动下,暖湿空气经过排湿口102上的多个通气孔后形成具有一定动压头的排湿气流射流束,并射出打在蒸发器的迎风面上。
本发明可依据测得的烘干空间湿球温度下降速度,通过第二孔板在第一孔板上的滑动来调控各个通风区域通风孔的数量和面积,从而调节新风口101和排湿口102的开度:
①烘干间湿球温度下降快,则扩大第二孔板对第一孔板上通风孔的覆盖,减少各个通风区域通风孔的数量与通风面积,降低新风口101和排湿口102的开度,从而降低排湿速度;
②烘干间湿球温度下降慢,则减少第二孔板对第一孔板上通风孔的覆盖,扩大通风孔的数量与通风面积,提高新风口101和排湿口102的开度,从而提高排湿速度。
进一步的,在本实施例中新风口101和排湿口102结构有所差异:
①新风口101的第一孔板上的通风孔的孔径较大,以降低新风路径的流动阻力,扩大新风进风量;
②排湿口102的第一孔板上的通风孔的孔径较小,以提高排湿路径的节流阻力,在第三风机16的强力推动之下,暖湿气流穿越第一孔板上的通气孔,以较高动压头射入外蒸发器的吸风区域,与补入的环境空气混合,再均匀进入蒸发器翅片间隙降温除湿放出热量;
本发明通过对新风口101和排湿口102的第一孔板第二孔板开度的调控,实现烤烟房产湿速率与排湿速率基本平衡,从而使连续排湿和连续余热回收得以持续进行,从而有效防止了烤烟房干湿球温度对目标值的宽幅波动,有效防止了间歇性排湿对热回收蒸发器的热冲击。
综上,本发明提供的一种外排湿型两效烟叶烘干热泵机组的有益之处是:
1、提升了第二效热泵机组的第二蒸发器的进风焓值、蒸发压力、制热能效比
本发明将排湿气流只输送给1只蒸发器即第二效热泵机组的第二蒸发器 14,与传统的同时输送给2只甚至更多只蒸发器相比,在输送给第二效蒸发器混合气流中的新风配比明显降低,混合气流的温度、水蒸汽浓度、焓值明显提高,致使独享排湿气流水蒸汽的第二效热泵子系统的蒸发压力、制热能效比大幅提高;
2、热泵机组结构简单气流顺畅
本发明将第一蒸发器、第二蒸发器上下设置,第一压缩机、第二压缩机分置蒸发器组两侧;位于下方的第二蒸发器吸收排湿口排出的暖湿出风热量,位于上方的第一蒸发器吸收环境空气热量,热泵机组结构简单气流顺畅。
3、烤烟房新风补充与对外排湿同步性好连续性稳定性好
由于本发明采用同一个驱动装置对烤烟房气流循环风道上新风口和排湿口上的固定孔板、移动孔板开度进行调控,循环风道上的新风口和排湿口同步打开、同步关闭,新风口排湿口的部分开度也是同步的,新风补充与对外排湿同步性好。
由于大量的通风孔均匀地密布在固定孔板上的若干个集群式通风区域上,不论这若干通风区域的通风孔被移动孔板配风口之间的实板区域覆盖多少排,从整个固定孔板区域看来,未被覆盖而漏出的若干个集群式通风区域的多排通风孔在整个通风断面上仍然是均匀分布的,从而保证了空气气流的均匀性;在固定孔板上,均匀密布着若干个集群式通风区域,每个通风区域又分布着一定数量可供气流穿越的通风孔;每一个通风孔眼就像筛眼一样,都是一个精确的气流节流装置;通过移动孔板配风口之间的实板区域对第一孔板上若干个集群式通风区域的通风孔的覆盖,来准确保留的通风孔的数量,从而可以准确控制空气流量;新风补充与对外排湿的均匀性精准性高,带来了烤烟房热回收运行连续性稳定性好。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进行的调整,如图7中所示,具体的本实施例省略了第三风机16的设置,排湿口10上设置有封口可调节的孔板结构,并在循环风道1内设置有一与排湿口102连通的动静压转换管17,自热泵机组进风口4 进入气流循环通道1内的部分暖湿空气,顺序流经动静压转换管17、排湿口102。本实施例中该外排湿型两效烟叶烘干热泵机组的其他结构均可参照实施例1中的描述,此处不再赘述。
本实施例在热泵机组进风口4(烘干间的出风口)出设置了专用的动静压转换管,接受来自烘干间1的速度大约8m/s的高速回风。
进一步的,动静压转换管17为一弯折管,且两端呈喇叭口状结构,这种结构设计使得动静压转换的效果更佳。
本发明在排湿口上设置有可调节的孔板结构,用于调节排湿口风门的开度大小,孔板结构降低了动静压转换管中实际气流量,抬高了腔内静压力,将烤烟房回风的动压头转化为排湿气流的静压头,为排湿气流穿越左侧孔板提供了动力,从而取消了实施例1中的第三风机,使外排湿型两效烤烟热泵机组的运动部件更少,结构更简单,性价比更高。
本技术领域的技术人员应理解,本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例,应理解本发明不应限制为这些实施例,本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。