[发明专利]一种太阳能辅助多级热泵和多级空冷耦合的干燥系统

说明书

本发明提出了一种太阳能辅助多级热泵和多级空冷耦合的干燥系统，可以广泛的用于各种需要干燥除湿的场合，该系统采用了太阳能直接加热电动热泵循环工质的方式，同时采用了两级电动热泵和两个空冷换热器实现湿空气的5次降温除湿过程，进而相比现有技术显著的降低了电动热泵的耗电量，降低了干燥除湿的运行成本；该新型系统在干燥除湿领域具备一定的应用前景。

技术领域

本发明属于能源化工领域，特别涉及一种太阳能辅助多级热泵和多级空冷耦合的干燥系统。

背景技术

目前大量的工业和民用场合需要对物料进行干燥除湿过程，而且干燥的能耗对整个工艺流程的能耗影响显著，其中的干燥技术之一就是采用高温低湿的空气与物料直接接触吸收物料的水分；干燥过程的能耗较高往往是因为直接采用烧煤或者烧天然气加热空气用于烘干，而且除完湿的空气并没有合理利用其水蒸气的余热；采用煤或者天然气等一次能源方式进行烘干不仅烘干能源成本较高，而且一次能源的燃烧还会产生大量的污染物；在此背景下，提出了一种太阳能辅助多级热泵和多级空冷耦合的干燥系统，不消耗一次能源实现烘干过程，同时没有污染物排放，除湿后的湿空气中水分能够有效的回收利用，该技术对各种烘干场合具有一定的应用前景。

发明内容

本发明的目的是将太阳能换热器与多级空冷换热方式耦合于干燥系统，其中太阳能直接加热热泵循环工质，烘干后的湿空气通过5次降温除湿过程充分回收物料的水分；采用太阳能直接加热热泵循环工质的益处有二：一是降低了一级冷凝器6所需的热泵循环工质负荷，从而减小了一级热泵的耗电量；二是太阳能辅助提升了进入一级冷凝器6的热泵内部循环工质的温度，从而提升了一级冷凝器6出口空气的温度，更有利于对物料的烘干过程；烘干后的湿空气进行5次降温除湿过程的益处同时有二：一是充分利用烘干后的湿空气的热量给送风进行预热，进而减小了热泵冷凝器负荷从而实现省电；二是充分回收物料中的水分，产生的大量凝结水可以处理后满足工业用或者民用场合。

该系统所包含的部件有干燥室1、太阳能换热器2、一级空冷换热器3、二级空冷换热器4、三级空冷换热器5、一级热泵蒸发器7、二级热泵蒸发器11、一级热泵冷凝器6、二级热泵冷凝器10、一级热泵压缩机8、二级热泵压缩机12、一级热泵节流装置9和二级热泵节流装置13和风机阀门配件构成；其中一级热泵蒸发器7、一级热泵冷凝器6、一级热泵压缩机8和一级热泵节流装置9组成一级热泵系统；二级热泵蒸发器11、二级热泵冷凝器10、二级热泵压缩机12和二级热泵节流装置13构成二级热泵系统。

该系统的工作原理为：

高温空气在干燥室1内吸收物料的水分后变成高湿空气后分两路离开干燥室1，其中部分高湿空气进入排风管道19后与来自大气环境的新风换热被降温除湿，凝结水从凝结水出口28排出，其余的高湿空气进入回风管道21，首先，进入三级空气换热器27与二级热泵蒸发器26出口的低温空气进行换热，高湿回风被降温析出凝结水后凝结水从凝结水出口27排出，其次，高湿回风继续进入一级空冷换热器3与低温介质进行换热再次被降温析出凝结水，一级空冷换热器3的低温介质可以是大气环境空气或者来自冷却塔等的低温水，再次，高湿回风继续进入一级热泵蒸发器25与一级热泵内部循环工质进行换热，由于热泵内部循环工质的温度要低于高湿回风，所以高湿回风被降温析出凝结水，最后，高湿回风继续进入二级热泵蒸发器11与二级热泵内部循环工质进行换热，同样二级热泵蒸发器11的热泵内部循环工质温度低于高湿回风，因此高湿回风继续被降温析出凝结水；离开干燥室1的高湿空气总计在一级空冷换热器3、二级空冷换热器4、三级空冷换热器5、一级热泵蒸发器7和二级热泵蒸发器11完成5次降温析出凝结水的过程，其中在回风管道21的4次降温除湿的过程中，高湿回风的温度和绝对湿度（单位体积的湿空气里包含的水蒸气的质量）不断的降低，高湿回风在二级热泵蒸发器11出口达到温度和绝对湿度的最低点；回风管道21的回风利用回风风机15克服管道的阻力；新风通过新风管道20与回风在三级空冷换热器5入口进行混合，混合后的空气依次进入三级空冷换热器5、二级热泵冷凝器10和一级热泵冷凝器6被3次加热后经过送风风机14进入干燥室1。

具体实施方式：