本發(fā)明涉及制冷熱泵技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種智能型熱泵干燥裝置。

背景技術(shù)：

干燥是工業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品和食品加工業(yè)等生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要的工序，干燥過程是高能耗過程，干燥裝置及其干燥過程控制與干燥加工產(chǎn)品的品質(zhì)包括：色、香、味、保質(zhì)期、營(yíng)養(yǎng)成分等密切相關(guān)，也與生產(chǎn)效率、成本、能耗等密切相關(guān)。

熱泵干燥是應(yīng)用蒸氣壓縮式制冷技術(shù)，從空氣、或其它余熱資源中吸收熱能，熱效率是電熱的三倍以上，加熱干燥過程無污染物排放，生產(chǎn)過程潔凈、安全，與傳統(tǒng)的燃煤、燃?xì)夂碗姛岬雀稍镅b置相比，其具有高效節(jié)能、環(huán)境友好、安全可靠、自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)。

物料干燥，尤其是為滿足不同種類農(nóng)產(chǎn)品的干燥工藝、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的要求，由于干燥對(duì)象的初始含水量和熱濕特性的差異、干燥過程物料含水量的動(dòng)態(tài)變化、室外溫濕度的變化，需要調(diào)節(jié)干燥裝置的運(yùn)行參數(shù)，以平衡干燥過程內(nèi)部和外部擾動(dòng)，滿足干燥工藝要求的送風(fēng)溫度、濕度、甚至包括送風(fēng)量，并保持干燥對(duì)象的品質(zhì)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵干燥裝置不能滿足不同物料及其工作工藝和質(zhì)量指標(biāo)要求，難以適應(yīng)不同氣候條件及干燥對(duì)象的多樣性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種熱泵干燥裝置，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)和不同種類農(nóng)產(chǎn)品、食品、制藥、造紙等工業(yè)的干燥工藝需求，在不同氣候條件下干燥設(shè)備都能高效、安全運(yùn)行，適應(yīng)不同氣候條件及干燥對(duì)象的多樣性，高效回收余熱，實(shí)現(xiàn)廢氣熱能的資源化利用，提高其自動(dòng)化和智能化性能。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明熱泵干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：包括熱泵循環(huán)系統(tǒng)和干燥介質(zhì)循環(huán)通道；

所述熱泵循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器構(gòu)成，所述壓縮機(jī)為單個(gè)或多個(gè)變頻壓縮機(jī)；

所述干燥介質(zhì)循環(huán)通道按照干燥介質(zhì)的流向布置為：干燥室排出的熱濕空氣由回風(fēng)口導(dǎo)入，依次經(jīng)過熱管的熱管蒸發(fā)端和蒸發(fā)器得到降溫除濕；然后再依次經(jīng)過過濾器、風(fēng)機(jī)、熱管冷凝端和冷凝器得到加熱升溫，并經(jīng)送風(fēng)口進(jìn)入干燥室；所述熱管由置于下端的熱管蒸發(fā)端和置于上端的熱管冷凝端構(gòu)成為整體式熱管或分離式熱管，所述風(fēng)機(jī)為變頻風(fēng)機(jī)或有級(jí)調(diào)速風(fēng)機(jī)。

本發(fā)明熱泵干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

所述熱泵干燥裝置是設(shè)置在機(jī)殼中的整體結(jié)構(gòu)，所述機(jī)殼的內(nèi)腔由水平隔板分割為下通道和上通道，回風(fēng)口為下通道入口，送風(fēng)口為上通道出口，回風(fēng)口和送風(fēng)口同處在機(jī)殼的右端，所述下通道和上通道在機(jī)殼的左端形成上下連通；在機(jī)殼的左端分別設(shè)置排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門；壓縮機(jī)、熱管蒸發(fā)端和蒸發(fā)器位于下通道中，回風(fēng)在下通道中得到降溫除濕及余熱回收；過濾器、風(fēng)機(jī)、熱管冷凝端和冷凝器位于上通道，干燥介質(zhì)在上通道中得到加熱。

本發(fā)明熱泵干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

設(shè)置所述排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門為閉式、開式或半開式工作狀態(tài)；

閉式工作狀態(tài)為：排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門均關(guān)閉，形成閉式熱泵干燥裝置；

開式工作狀態(tài)為：排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門均開啟，利用所述排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門封閉所述下通道和上通道在機(jī)殼的左端的上下連通，通過熱管蒸發(fā)端和蒸發(fā)器余熱回收后的回風(fēng)全部經(jīng)開啟的排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門排出；全部采用由新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門引入的新風(fēng)經(jīng)過濾器和風(fēng)機(jī)，并在熱管冷凝端和冷凝器中得到加熱升溫后經(jīng)送風(fēng)口進(jìn)入干燥室，形成開式空氣循環(huán)；

半開式工作狀態(tài)為：排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門均為半開啟，所述排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門部分封閉所述下通道和上通道在機(jī)殼的左端的上下連通，通過熱管蒸發(fā)端和蒸發(fā)器降溫除濕和余熱回收后的回風(fēng)在半開啟的排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門中部分排出，并通過半開啟的新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門混入部分新風(fēng)，形成半開式空氣循環(huán)。

本發(fā)明熱泵干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：熱管內(nèi)充注R134a或其它導(dǎo)熱性能好的環(huán)保制冷劑；在蒸發(fā)器的下方設(shè)置接水盤及排水通道。

本發(fā)明熱泵干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：設(shè)置熱泵干燥裝置的控制方式是，以送風(fēng)干球溫度為目標(biāo)參數(shù)，應(yīng)用模糊控制規(guī)則控制壓縮機(jī)能量的加載或減載；

令：T為設(shè)定送風(fēng)干球溫度，T₁為實(shí)時(shí)檢測(cè)獲得的送風(fēng)干球溫度；

則：送風(fēng)溫度偏差ΔT為：ΔT＝T-T₁；

將送風(fēng)溫度偏差ΔT劃分為五個(gè)等級(jí)，由大到小依次為：正大、正中、零、負(fù)中、負(fù)大；

將變化率dΔT/dt劃分為五個(gè)等級(jí)，由大到小依次為：正大、正中、零、負(fù)中、負(fù)大；

將壓縮機(jī)能量的加載或減載的調(diào)節(jié)量U劃分為五個(gè)等級(jí)，由大到小依次為：正大、正中、零、負(fù)中、負(fù)大；

建立模糊規(guī)則，根據(jù)測(cè)量獲得ΔT，計(jì)算獲得dΔT/dt，經(jīng)模糊化計(jì)算，并將模糊化計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為精確量，以此控制壓縮機(jī)能量的加載或減載的調(diào)節(jié)量U，進(jìn)而調(diào)節(jié)制熱量，精確控制送風(fēng)干球溫度。

本發(fā)明熱泵干燥裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述排風(fēng)調(diào)節(jié)閥和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥是以聯(lián)動(dòng)的形式調(diào)節(jié)開度的聯(lián)動(dòng)閥，排風(fēng)調(diào)節(jié)閥的開度θ為：

其中：為室外空氣的相對(duì)濕度，T_a為室外空氣溫度；A是與被干燥對(duì)象的初始含水量以及設(shè)定的干燥后的含水量相關(guān)的系數(shù)；B是與室外溫度以及設(shè)定送風(fēng)溫度有關(guān)的系數(shù)；A和B是通過實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明熱泵干燥裝置滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)和不同種類農(nóng)產(chǎn)品、食品、制藥、造紙等工業(yè)的干燥工藝需求，高效安全運(yùn)行，適應(yīng)不同氣候條件及干燥對(duì)象的多樣性，實(shí)現(xiàn)高效的余熱回收，實(shí)現(xiàn)廢氣熱能的資源化利用；

2、本發(fā)明利用熱管蒸發(fā)端回收回氣的余熱并降溫預(yù)冷，提升蒸發(fā)器的除濕能力；熱管冷凝端在加熱通道中放熱，預(yù)熱干燥介質(zhì)，節(jié)省熱泵的能耗，高效節(jié)能效果明顯；

3、本發(fā)明中設(shè)置排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門，根據(jù)室外溫濕度變化、干燥介質(zhì)送風(fēng)參數(shù)、被干燥對(duì)象的熱濕特性自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，能使送風(fēng)溫度穩(wěn)定，保持干燥系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行；

4、本發(fā)明熱泵干燥裝置采用模糊控制技術(shù)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的能量，送風(fēng)溫度精確，干燥產(chǎn)品的品質(zhì)好；

5、本發(fā)明熱泵干燥裝置為整體式結(jié)構(gòu)，便于工業(yè)化生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝，結(jié)構(gòu)緊湊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明熱泵干燥系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1壓縮機(jī)；2熱管；3蒸發(fā)器；4接水盤；5排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門；6新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門；7過濾器；8風(fēng)機(jī)；9膨脹閥；10冷凝器；11機(jī)殼；12送風(fēng)口；13隔板；14回風(fēng)口；21熱管蒸發(fā)端；22熱管冷凝端；30控制系統(tǒng)；31中央微處理器；32測(cè)量單元；33驅(qū)動(dòng)模塊；34控制面板。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例中熱泵干燥裝置包括熱泵循環(huán)系統(tǒng)和干燥介質(zhì)循環(huán)通道。

圖1所示，熱泵循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機(jī)1、冷凝器10、膨脹閥9和蒸發(fā)器3構(gòu)成，壓縮機(jī)1為單個(gè)或多個(gè)變頻壓縮機(jī)；干燥介質(zhì)循環(huán)通道按照干燥介質(zhì)的流向布置為：干燥室排出的熱濕空氣由回風(fēng)口14導(dǎo)入，依次經(jīng)過熱管2的熱管蒸發(fā)端21和蒸發(fā)器3得到降溫除濕；然后再依次經(jīng)過過濾器7、風(fēng)機(jī)8、熱管冷凝端22和冷凝器10得到加熱升溫，并經(jīng)送風(fēng)口12進(jìn)入干燥室；熱管2由置于下端的熱管蒸發(fā)端21和置于上端的熱管冷凝端22構(gòu)成為整體式熱管或分離式熱管，風(fēng)機(jī)8為變頻風(fēng)機(jī)或有級(jí)調(diào)速風(fēng)機(jī)。

圖1所示的熱泵干燥裝置是設(shè)置在機(jī)殼11中的整體結(jié)構(gòu)，機(jī)殼11的內(nèi)腔由水平隔板13分割為下通道和上通道，回風(fēng)口14為下通道入口，送風(fēng)口12為上通道出口，回風(fēng)口14和送風(fēng)口12同處在機(jī)殼11的右端，下通道和上通道在機(jī)殼11的左端形成上下連通；排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6同處在機(jī)殼11的左端；壓縮機(jī)1、熱管蒸發(fā)端21和蒸發(fā)器3位于下通道中，回風(fēng)在下通道中得到降溫除濕及余熱回收；過濾器7、風(fēng)機(jī)8、熱管冷凝端22和冷凝器10位于上通道，干燥介質(zhì)在上通道中得到加熱。本實(shí)施例中風(fēng)機(jī)5為變頻風(fēng)機(jī)，根據(jù)干燥進(jìn)程和被干燥對(duì)象含濕量的變化或除濕量的變化調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

本實(shí)施例中，在干燥介質(zhì)循環(huán)通道中分別設(shè)置排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6，并設(shè)置排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6為閉式、開式或半開式工作狀態(tài)。

閉式工作狀態(tài)為：排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6均關(guān)閉，形成閉式熱泵干燥裝置，在閉式熱泵干燥裝置中，干燥介質(zhì)可以是空氣，也可以是其它具有吸水性的氣體。

開式工作狀態(tài)為：排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6均開啟，利用排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5封閉熱泵干燥裝置下通道和上通道在機(jī)殼11的左端的上下連通，通過熱管蒸發(fā)端21和蒸發(fā)器3降溫除濕和余熱回收后的回風(fēng)全部經(jīng)開啟的排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5排出；全部采用由新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6引入的新風(fēng)經(jīng)過濾器7和風(fēng)機(jī)8，并在熱管冷凝端22和冷凝器10中得到加熱升溫后經(jīng)送風(fēng)口12進(jìn)入干燥室，形成以空氣為干燥介質(zhì)的開式空氣循環(huán)。

半開式工作狀態(tài)為：排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6均為半開啟，排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5部分封閉熱泵干燥裝置下通道和上通道在機(jī)殼11的左端的上下連通，通過熱管蒸發(fā)端21和蒸發(fā)器3降溫除濕和余熱回收后的回風(fēng)在半開啟的排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5中部分排出，并通過半開啟的新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6混入部分新風(fēng)，形成以空氣為干燥介質(zhì)的半開式空氣循環(huán)。

本實(shí)施例中采用分離式熱管或整體式熱管，在熱管2中充注R134a或其它導(dǎo)熱性能好的環(huán)保制冷劑，熱管2在系統(tǒng)中發(fā)揮節(jié)能器或經(jīng)濟(jì)器的作用，回收回氣的余熱，在除濕前進(jìn)行預(yù)冷，即降溫，將熱量直接轉(zhuǎn)移至加熱側(cè)，在加熱側(cè)預(yù)熱干燥介質(zhì)；在蒸發(fā)器3的下方設(shè)置接水盤4及排水通道。

具體實(shí)施中，設(shè)置熱泵干燥裝置的控制方式是：以送風(fēng)干球溫度為目標(biāo)參數(shù)，應(yīng)用模糊控制規(guī)則控制壓縮機(jī)1能量的加載或減載；

令：T為設(shè)定送風(fēng)干球溫度，T₁為實(shí)時(shí)檢測(cè)獲得的送風(fēng)干球溫度；

則：送風(fēng)溫度偏差ΔT為：ΔT＝T-T₁；

將送風(fēng)溫度偏差ΔT劃分為五個(gè)等級(jí)，由大到小依次為：正大、正中、零、負(fù)中、負(fù)大；

將變化率dΔT/dt劃分為五個(gè)等級(jí)，由大到小依次為：正大、正中、零、負(fù)中、負(fù)大；

將壓縮機(jī)1能量的加載或減載的調(diào)節(jié)量U劃分為五個(gè)等級(jí)，由大到小依次為：正大、正中、零、負(fù)中、負(fù)大；

建立模糊規(guī)則，根據(jù)測(cè)量獲得ΔT，計(jì)算獲得dΔT/dt，經(jīng)模糊化計(jì)算，并將模糊化計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為精確量，以此控制壓縮機(jī)1能量的加載或減載的調(diào)節(jié)量U，進(jìn)而調(diào)節(jié)制熱量，精確控制送風(fēng)干球溫度。

本實(shí)施例中設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，排風(fēng)調(diào)節(jié)閥5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥6是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的以聯(lián)動(dòng)的形式調(diào)節(jié)開度的自動(dòng)控制聯(lián)動(dòng)閥，排風(fēng)調(diào)節(jié)閥5的開度θ為：式中：為室外空氣的相對(duì)濕度，T_a為室外空氣溫度；排風(fēng)調(diào)節(jié)閥5開啟時(shí)，排出部分或全部氣體，風(fēng)機(jī)流量不變，由新風(fēng)調(diào)節(jié)閥6流入等量的空氣。

A是與被干燥對(duì)象的初始含水量以及設(shè)定的干燥后的含水量相關(guān)的系數(shù)，A越大，排風(fēng)調(diào)節(jié)閥5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥6的開度越大；若是室外空氣含濕量大，就不宜開大調(diào)節(jié)閥；當(dāng)設(shè)定的干燥后的含水量小，室外空氣含濕量越大，調(diào)節(jié)閥開度越?。籅是與室外溫度以及設(shè)定送風(fēng)溫度有關(guān)的系數(shù)，室外溫度越高，調(diào)節(jié)閥開度越大；室外溫度越低，設(shè)定的送風(fēng)溫度越高，調(diào)節(jié)閥開度就越小，否則由于進(jìn)入的低溫空氣量大，就需要多消耗能源用于加熱干燥介質(zhì)，增加壓縮機(jī)能耗。對(duì)于不同的干燥對(duì)象，A和B是通過實(shí)驗(yàn)獲得，在獲得A和B和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，本發(fā)明熱泵干燥裝置即可實(shí)現(xiàn)智能化控制。

圖2所示應(yīng)用于本發(fā)明熱泵干燥裝置的控制系統(tǒng)30是由中央微處理器31、測(cè)量單元32、驅(qū)動(dòng)模塊33和控制面板34組成，其中，測(cè)量單元32用于檢測(cè)各參數(shù)，包括：室外空氣溫度T_a、室外空氣的相對(duì)濕度和送風(fēng)干球溫度T₁等，中央微處理器31根據(jù)干燥設(shè)備的運(yùn)行狀況和設(shè)定的運(yùn)行模式進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出控制指令，用于控制壓縮機(jī)1的能量，排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6的開度，以及風(fēng)機(jī)8的速度和風(fēng)量。

干燥過程：

干熱空氣在風(fēng)機(jī)8的驅(qū)動(dòng)下送入干燥室，與被干燥對(duì)象進(jìn)行充分的熱濕交換，空氣溫度降低、含濕量和相對(duì)濕度增大，干燥室排出的熱濕空氣通過回風(fēng)口14進(jìn)入本發(fā)明熱泵干燥裝置，首先通過熱管蒸發(fā)端21放熱冷卻降溫，再經(jīng)過蒸發(fā)器3進(jìn)一步降溫和除濕，冷凝水被蒸發(fā)器3下側(cè)的接水盤4收集并排出；在半開式運(yùn)行的工作模式下，部分空氣通過排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5排出，排出量受排風(fēng)調(diào)節(jié)閥門5的開度控制；由新風(fēng)調(diào)節(jié)閥門6引入部分新鮮空氣，新鮮空氣與經(jīng)過降溫除濕的回氣相混合；隨后經(jīng)過過濾器7濾除雜質(zhì)，并受風(fēng)機(jī)8驅(qū)動(dòng)，通過熱管冷凝端22加熱，冷凝器10進(jìn)一步加熱，空氣溫度上升到設(shè)定值、相對(duì)濕度下降，干熱空氣通過送風(fēng)口12進(jìn)入干燥室；以此循環(huán)往復(fù)，至干燥對(duì)象達(dá)到設(shè)定的含水量或干度。

對(duì)于閉式工作狀態(tài)，通過蒸發(fā)器3放熱除濕后的回風(fēng)不排出，也無新風(fēng)進(jìn)入，整機(jī)為閉式循環(huán)。設(shè)置不同的空氣循環(huán)方式可以更好地適應(yīng)外界環(huán)境的變化，當(dāng)外界溫度較高、空氣較為干燥時(shí)，采用開式空氣循環(huán)，或增大新風(fēng)量；當(dāng)氣溫較低或梅雨季節(jié)，減小新風(fēng)量，或采用閉式空氣循環(huán)。這樣的設(shè)計(jì)形式不僅利于節(jié)能、而且有助于提高干燥效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

比如對(duì)于一些特定的食品或藥品進(jìn)行干燥，采用閉式熱泵干燥裝置，干燥介質(zhì)可以是空氣或其它具有吸水性的氣體，送風(fēng)溫度可以設(shè)定在8～15℃，若蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度低于0℃，需要設(shè)置蒸發(fā)器除霜，采用電熱除霜或熱氣除霜。