專利名稱：一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，尤其是采用太陽能熱水器和空氣源熱泵雙能源供 熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
農(nóng)產(chǎn)品、花炮原材料，中藥材均需要干燥，干燥溫度要求在40°C -70°C之間，現(xiàn)有 的干燥裝置種類眾多，其熱源多采用燃煤(油)鍋爐加熱方式，其主要弊端在于浪費能源， 煤(油)燃燒產(chǎn)生的廢渣、廢氣對環(huán)境造成污染；電加熱雖環(huán)保，但能效比太低，無法在生產(chǎn) 中得到應(yīng)用。從節(jié)能環(huán)保的角度出發(fā)，只有采用可再生能源-太陽能。太陽能供熱裝置包括太陽能熱水器、熱水換熱器、循環(huán)泵，并依序以循環(huán)管道連 接，是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，將水加熱的裝置，主要由全玻璃真空集熱管、儲水箱、支架及相 關(guān)附件組成。其用途為生活熱水，因是成熟技術(shù)，故不作詳述。空氣源熱泵主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置組成，并依序以循環(huán)工質(zhì)管 道連接。它根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，采用電能驅(qū)動，通過傳熱工質(zhì)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(zhì)進入 蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，此時工質(zhì)從低溫?zé)嵩粗形諢崃亢筮M入壓縮機；②工質(zhì) 經(jīng)過壓縮機的壓縮、升溫后，變成高溫、高壓的工質(zhì)排出壓縮機；③工質(zhì)進入冷凝器，在冷凝 器中將從蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機本身功耗所產(chǎn)生的那部分熱量傳遞給其他介質(zhì)；④ 高壓工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流裝置節(jié)流降壓后再次進入蒸發(fā)器，依此不斷地循環(huán)工作。為了系統(tǒng)長期 穩(wěn)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冷暖空調(diào)制熱，它是以調(diào)節(jié)身體的體感舒適 度為目的，環(huán)境溫度12°C時，能效比2. 4左右。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述弊端，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是；提供一種充分利用可再生能源 太陽能并與空氣源熱泵相結(jié)合的干燥裝置，用于工業(yè)烘干用途，要求其具有顯著的節(jié)能效 果和較低的運營成本。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；一種雙能源供熱 的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，包括設(shè)有新風(fēng)口的加熱室、干燥室、太陽能供熱裝置、空氣源熱泵及其冷 凝器風(fēng)機，所述加熱室或干燥室上部設(shè)有排濕口，所述加熱室內(nèi)裝置空氣源熱泵的冷凝器 和冷凝器風(fēng)機，太陽能供熱裝置的熱水換熱器裝置于加熱室內(nèi)冷凝器進風(fēng)處前端，所述冷 凝器風(fēng)機為吸風(fēng)式送風(fēng)；所述冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值在5. 3-llm2/kw之 間；所述熱水換熱器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值不小于1. 5m2/kw ；所述冷凝器風(fēng)機 全壓在100-400Pa之間。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述加熱室和干燥室之間通過風(fēng)道(包括送風(fēng)道和回風(fēng) 道)以循環(huán)風(fēng)的形式進行空氣交換。能夠大幅減少熱能的損耗。為了進一步減少能量的損耗，作為本發(fā)明的另一種改進，所述干燥室和/或加熱室設(shè)保溫層。熱風(fēng)進入干燥室加熱物料，物料中的水分變成水蒸汽向上升騰，自干燥室上部或 頂部的排濕口逸出，實現(xiàn)干燥的目的。以空氣源熱泵和太陽能作為干燥裝置的新型熱源具 有節(jié)能及環(huán)境污染零排放的優(yōu)點。作為性能優(yōu)化的手段，冷凝器風(fēng)機全壓為100Pa-400Pa 之間，所述的冷凝器風(fēng)機風(fēng)速達8. 8m/s以上，冷凝器風(fēng)機的風(fēng)壓提高，風(fēng)機風(fēng)速較大，進入 干燥室的熱風(fēng)風(fēng)速增大，使輸送到冷凝器的熱量得到有效釋放；同時，風(fēng)速增大，并保持與 干燥要求匹配的風(fēng)量，有利于物料水份的蒸發(fā)，帶走物料水份，為物料干燥創(chuàng)造了有利條 件。用于干燥，現(xiàn)有太陽能熱水器和空氣源熱泵裝置都受到條件和加熱能力的限制， 僅在規(guī)模小、干燥溫度要求較低的情況下能滿足干某些燥物料的要求，不能用于工業(yè)化干 燥。通過系統(tǒng)的研究，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有裝置不能滿足工業(yè)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(xiàn)有裝置的蒸發(fā)器換熱面積較小，從環(huán)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(xiàn)有裝置采用的冷凝器換熱面積較小，導(dǎo)致冷凝器的載熱能力和換熱能力有限、 換熱效率較低。環(huán)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(zhì)循 環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部溫度、壓力過高，壓縮機在高壓狀態(tài)下連續(xù)運行，頻繁出現(xiàn)過壓保護停機，系統(tǒng) 不能正常運行，難以達到干燥的目的。三、風(fēng)速低物料用熱風(fēng)干燥，熱風(fēng)的風(fēng)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(fā)，加快物料的干燥。空調(diào)的出風(fēng)口風(fēng)速在4m/s左右，無法滿足干燥的 要求。四、能效比低從節(jié)能的角度出發(fā)，要求加熱裝置能效比高，即COP值高，現(xiàn)有空調(diào)裝置的COP值 在制熱狀態(tài)下，環(huán)境溫度在12°C時，能效比僅為2.4左右。五、太陽能作為熱風(fēng)熱源的應(yīng)用局限太陽能采集受天氣的影響大，陰雨天氣及霧天，無法采集太陽能，夜晚無陽光照射 時，也無法采集太陽能。在此時段無法向干燥室供熱，遇上幾天陰雨天氣無法以工業(yè)應(yīng)用的 方式進行物料干燥。因此，解決上述問題是成功利用太陽能的關(guān)鍵所在。為此，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述空氣源熱泵的蒸發(fā)器換熱面積與壓縮機輸入 功率的比值的取值范圍在5. 6-16m2/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5. 3-12m2/kw之間。作為本優(yōu)選方案的進一步優(yōu)選，所述冷凝器風(fēng)機風(fēng)速在8. 0m/s-22m/so本發(fā)明優(yōu)選的熱水換熱器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值對釋放太陽能熱量 有很重要的作用。熱水換熱器換熱面積還與太陽能真空集熱管的集熱面積有關(guān)，在本發(fā)明 中，增加太陽能玻璃真空集熱管面積有利于利用太陽能，節(jié)約電能，提高熱效率。為了提高熱效率，作為本發(fā)明的一種改進，所述干燥室設(shè)有余熱回收裝置，所述余熱回收裝置用導(dǎo)熱性能較好的材料制成吸熱管，放置于所述排濕口上部，濕熱空氣加熱管 內(nèi)空氣，吸熱管的一端連接新風(fēng)口或循環(huán)風(fēng)回風(fēng)道，依靠整個系統(tǒng)的風(fēng)循環(huán)帶動吸熱管內(nèi) 的空氣流動，實現(xiàn)整個系統(tǒng)風(fēng)量進出的動態(tài)平衡。在所述吸熱管的下部設(shè)置冷凝水導(dǎo)流板， 避免吸熱管吸熱后的冷凝水流入干燥室內(nèi)。當(dāng)干燥工藝需要輸送新風(fēng)時，可獲得明顯高于 環(huán)境溫度的新風(fēng)。作為本發(fā)明的一種改進，所述空氣源熱泵還設(shè)有泄壓分流閥和副節(jié)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(zhì)循環(huán)管道，泄壓分流閥的輸出端連 接副節(jié)流裝置輸入端，副節(jié)流裝置輸出端連接在蒸發(fā)器和壓縮機之間的工質(zhì)循環(huán)管道上。本改進設(shè)置的泄壓分流閥，當(dāng)工質(zhì)壓力達到設(shè)定值時，泄壓分流閥開啟，分流部分 工質(zhì)經(jīng)副節(jié)流裝置冷卻，繞過蒸發(fā)器返回壓縮機輸入端的工質(zhì)循環(huán)管道，以減少流入蒸發(fā) 器工質(zhì)量，降低壓縮機的進氣壓力；同理，當(dāng)工質(zhì)壓力回落到設(shè)定值時，泄壓分流閥關(guān)閉，維 持工質(zhì)壓力在正常范圍內(nèi)。以相對簡單易行的設(shè)計，進一步解決了在環(huán)境溫度較高時，較大 蒸發(fā)器換熱面積帶來的系統(tǒng)壓力過高的問題。通過多次試驗優(yōu)選，以加熱效果為基礎(chǔ)，以充分利用太陽能為目標，使熱風(fēng)干燥系 統(tǒng)正常、穩(wěn)定工作。現(xiàn)分述其有益效果如下選擇性增大蒸發(fā)器的換熱面積和增大冷凝器換熱面積，增大蒸發(fā)器換熱面積使吸收 熱量大幅提高，經(jīng)壓縮機進入冷凝器的工質(zhì)溫度提高，工質(zhì)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(fā)器換熱面積所吸收的熱量得以有效輸出，換熱能力增大。太陽能熱水換熱器與新風(fēng)或回風(fēng)進行熱交換，帶走太陽能輸入的熱量。風(fēng)溫提高 后，再與冷凝器進行熱交換，將空氣源熱泵輸送的熱量經(jīng)風(fēng)道送入干燥室，風(fēng)溫再次獲得提 高。當(dāng)前置的熱水換熱器能使熱風(fēng)達到干燥需要的設(shè)定溫度時，空氣源熱泵處于不工作狀 態(tài)；當(dāng)熱風(fēng)溫度高于干燥室設(shè)定溫度時，熱水循環(huán)泵和空氣源熱泵停止工作；當(dāng)熱風(fēng)溫度 低于干燥室設(shè)定溫度或者低于設(shè)定溫度一定值時，熱水循環(huán)泵和空氣源熱泵同時工作，向 干燥室供熱。當(dāng)室內(nèi)六個面均設(shè)有保溫層，以循環(huán)風(fēng)形式進行加熱。環(huán)境溫度12°C，未開啟太陽 能熱水器循環(huán)泵.最大能效比可達到3.0。室內(nèi)最高溫度達到70°C。當(dāng)太陽能熱源參與到 空氣源熱泵供熱中，能效比達到3. 8以上，室內(nèi)最高溫度達到73°C ；環(huán)境溫度20°C，采用新 風(fēng)加熱，未開啟熱水循環(huán)泵，空氣源熱泵的能效比可達到4.0;開啟熱水循環(huán)泵，增加太陽 能供熱功能(陽光照射在太陽能真空集熱管時)能效比達到4.8以上。在日照時間長的夏 秋季節(jié)，熱水可達到90°C以上溫度，當(dāng)有足夠集熱管面積集熱時，可將90°C高溫?zé)崴畠Υ?至晚上使用，全天供熱。本干燥裝置的供熱方式可以以太陽能全天候供熱，也可以白天使用 太陽能供熱，不能獲得太陽能時段以空氣源熱泵供熱。因此本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，充分利用了太陽能作為熱風(fēng)熱源用于干燥，解決 了單獨使用太陽能存在的問題；空氣熱泵作為熱風(fēng)熱源能效比高；上述雙能源節(jié)能環(huán)保， 運行成本低，彰顯空氣源與太陽能結(jié)合用于烘干的優(yōu)點。下面將結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例外觀結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參見圖1、圖2，反映本發(fā)明一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，是采用本發(fā)明技術(shù)方案制作的煙草烤 房。所述煙草烤房包括由送風(fēng)道10和回風(fēng)道2連通的干燥室1和加熱室16，所述加熱室 16設(shè)有新風(fēng)口 14，所述加熱室16上方設(shè)有可關(guān)閉的排濕口 15，排濕口 15上方安裝余熱回 收裝置，包括吸熱管4、冷凝水導(dǎo)流板5和濕熱空氣導(dǎo)流板3，吸熱管4的一端連接回風(fēng)道。 所述烤房還包括太陽能集熱裝置、空氣源熱泵18和冷凝器風(fēng)機8，所述空氣源熱泵18的冷 凝器7的換熱面積與壓縮機輸入功率的比值的取值范圍在5. 3-1 ImVkw之間，所述空氣源 熱泵18的冷凝器7及其吸入式送風(fēng)風(fēng)機8裝置在所述加熱室16內(nèi)；所述太陽能集熱裝置 包括依序由水循環(huán)管道19連接的太陽能熱水器17、熱水換熱器6、循環(huán)泵20，熱水換熱器6 裝置于加熱室16內(nèi)冷凝器7進風(fēng)處前端。所述干燥室1和加熱室16設(shè)有保溫層；所述干 燥室1設(shè)有溫度、濕度的測量探頭。所述送風(fēng)道10和風(fēng)機8之間設(shè)有導(dǎo)風(fēng)板9。所述干燥 室1底部設(shè)有導(dǎo)風(fēng)板11，干燥室1的底板12設(shè)有均勻分布的縫隙利于均勻送風(fēng)，所述干燥 室1設(shè)有裝煙門13。采用本裝置在環(huán)境溫度25°C _36°C時烘烤中部煙葉，烤煙按變黃、定色、干筋工 藝。變黃溫度34°C _42°C之間，43°C -54°C左右為定色階段，55°C _72°C為干筋階段；干燥室 規(guī)格為長4. 2m,寬2. 7m,高3. 4m，冷凝器風(fēng)機為一臺功率1. 5KW的雙速吸入式風(fēng)機，幾種 不同技術(shù)方案烘烤同重量煙葉的耗能情況對比—、僅僅啟用空氣源熱泵加熱，壓縮機輸入功率6KW，蒸發(fā)器面積36m2，蒸發(fā)器風(fēng)機 250W，冷凝器換熱面積為44m2，烘烤時間104小時，耗電531度，烘干的煙葉155kg，烘烤一千 克干煙葉電耗為3. 42度/kg。二、在空氣源熱泵基礎(chǔ)上啟用太陽能供熱，增加循環(huán)泵功率125W，熱水換熱器換熱 面積為10. 5m2，保溫水箱2m3，玻璃真空烘干的集熱管200根，集熱面積0. Im2/根，烘烤時間 103小時，耗電431度，烘干煙葉154kg，2. 8度/kg電耗。三、在空氣源熱泵與太陽能基礎(chǔ)上，啟用余熱回收裝置，吸熱風(fēng)管20根，換熱面積 18m2，風(fēng)管截面面積0. 22m2，排風(fēng)扇功率100w，烘烤時間101小時，耗電385. 5度，烘干的煙 葉156kg，烘烤一千克干煙葉電耗為2. 47度/kg。四、為了對比上述發(fā)明效果，采用電阻元件發(fā)熱進行供熱，不啟用上述一、二、三項 所述的技術(shù)方案，烘烤時間為102小時，耗電達到923度，烘干的煙葉156kg，烘烤一千克干 煙葉電耗為6. 23度/kg。五、為了對比上述發(fā)明效果，在同一干燥室的條件下僅僅使用燃煤加熱，烘干煙葉 154kg，烘烤時間105小時，風(fēng)機耗電110度，耗7800大卡的煤245kg，按照每噸7000大卡熱 量的煤發(fā)電3000度進行折算，其烘烤一千克干煙葉電耗為5. 35度/kg，加上風(fēng)機耗電0. 7 度/kg，總計為6. 05度/kg。六、啟用太陽能和空氣源熱泵雙熱源，空氣源熱泵的壓縮機輸入功率6KW，蒸發(fā)器 面積36m2，蒸發(fā)器風(fēng)機250W，冷凝器換熱面積為33. 6m2 ；太陽能集熱裝置循環(huán)泵功率125W， 熱水換熱器換熱面積為18m2，保溫水箱2m3，玻璃真空烘干的集熱管200根，集熱面積0. Im2/ 根。烘烤時間108小時，耗電462度，烘干的煙葉155kg，烘烤一千克干煙葉電耗為2. 98度
6/kg。關(guān)于換熱面積計算的說明1、蒸發(fā)器，冷凝器管片式換熱器及熱水換熱器換熱面積計算公式F = 2(aXbXL/S-3i/4Xd2XT) + 3idST[式中F—換熱面積 T—翅片總孔數(shù) L-翅片管的長度(mm) S-翅片間距(mm) L/S-翅片片數(shù)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(zhì)通過銅管與翅片換熱，蒸發(fā)器、冷凝器翅片的有效換 熱面積是銅管內(nèi)工質(zhì)流動截面面積的9. 2倍的范圍以內(nèi)。3、本發(fā)明所述換熱面積都是指管片式換熱器的換熱面積。全玻璃真空集熱管集熱面積計算管長乘直徑。4、在使用雙能源的情況下，冷凝器換熱面積與壓縮機額定功率的比值超出Ilm2/ kw后，增大的冷凝器換熱面積對提高換熱效率和出風(fēng)口溫度沒有明顯作用，會因為面積增 加、工質(zhì)管道增長、工質(zhì)用量增加，導(dǎo)致壓縮機負荷增大、系統(tǒng)能效比有一定降低，還會增大 風(fēng)阻。本發(fā)明描述的上述實施方式僅是為了清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能理解 為對本發(fā)明做出任何的限制。本發(fā)明在本技術(shù)領(lǐng)域具有公知的多種替代方式或變形，在不 脫離本發(fā)明實質(zhì)意義的前提下，均落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，包括設(shè)有新風(fēng)口的加熱室、干燥室、太陽能供熱裝置、空氣源熱泵及其冷凝器風(fēng)機，所述加熱室或干燥室上部設(shè)有排濕口，其特征在于，所述加熱室內(nèi)裝置空氣源熱泵的冷凝器和冷凝器風(fēng)機，太陽能供熱裝置的熱水換熱器裝置于加熱室內(nèi)冷凝器進風(fēng)處前端，所述冷凝器風(fēng)機為吸風(fēng)式送風(fēng)；所述冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值在5.3 11m2/kw之間；所述熱水換熱器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值不小于1.5m2/kw；所述冷凝器風(fēng)機全壓在100 400Pa之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述的加熱室 和干燥室之間通過風(fēng)道以循環(huán)風(fēng)的形式進行空氣交換。
3.如權(quán)利要求1所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥室和/ 或加熱室設(shè)保溫層。
4.如權(quán)利要求1所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器風(fēng) 機風(fēng)速在 8. 0m/s-22m/so
5.如權(quán)利要求1所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥室設(shè) 有余熱回收裝置，所述余熱回收裝置用導(dǎo)熱性能較好的材料制成吸熱管，放置于所述排濕 口上部，濕熱空氣加熱管內(nèi)空氣，吸熱管的一端連接新風(fēng)口，在所述吸熱管的下部設(shè)置冷凝 水導(dǎo)流板。
6.如權(quán)利要求2所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥室設(shè) 有余熱回收裝置，所述余熱回收裝置用導(dǎo)熱性能較好的材料制成吸熱管，放置于所述排濕 口上部，濕熱空氣加熱管內(nèi)空氣，吸熱管的一端連接循環(huán)風(fēng)回風(fēng)道，在所述吸熱管的下部設(shè) 置冷凝水導(dǎo)流板。
7.如權(quán)利要求1所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣源熱 泵設(shè)有泄壓分流閥和副節(jié)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(zhì)循環(huán)管道，泄壓分流閥的輸出端連接副節(jié)流裝置輸入端，副節(jié)流裝置輸出端連接在蒸 發(fā)器和壓縮機之間的工質(zhì)循環(huán)管道上。
8.如權(quán)利要求1所述的一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥室設(shè) 有溫度、濕度的測量探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙能源供熱的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，包括設(shè)有新風(fēng)口的加熱室、干燥室、太陽能供熱裝置、空氣源熱泵及其冷凝器風(fēng)機，所述加熱室或干燥室上部設(shè)有排濕口，加熱室內(nèi)裝置空氣源熱泵的冷凝器和冷凝器風(fēng)機，太陽能供熱裝置的熱水換熱器裝置于加熱室內(nèi)冷凝器進風(fēng)處前端，冷凝器風(fēng)機為吸風(fēng)式送風(fēng)；冷凝器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值在5.3-11m2/kw之間；熱水換熱器換熱面積與壓縮機輸入功率的比值不小于1.5m2/kw；冷凝器風(fēng)機全壓在100-400Pa之間。本發(fā)明充分利用了太陽能作為熱風(fēng)熱源用于干燥，解決了單獨使用太陽能存在的問題；空氣熱泵作為熱風(fēng)熱源能效比高；該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，運行成本低，彰顯空氣源與太陽能結(jié)合用于烘干的優(yōu)點。
文檔編號F25B41/06GK101936644SQ200910044470
公開日2011年1月5日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者湯世國 申請人:湖南省瀏陽市擇明熱工器材有限公司