热管热泵复合式干燥动力源系统技术方案

本发明专利技术涉及节能技术领域，是一种将热管节能技术与热泵节能技术有机结合而形成高效节能的热管热泵复合式干燥动力源系统，由ｍ个热泵子系统、ｎ个热管冷量回收子系统、挡水板、空气流动子系统、供风温度控制子系统、干燥室（或干燥房间）按气流流动方向组合成，热管冷量回收子系统的蒸发器安装在热泵子系统的蒸发器之前，挡水板安装在热泵子系统的蒸发器之后，而热管冷量回收子系统的冷凝器安装在挡水板之后，各热管子系统蒸发器与冷凝器的安装高度、安装方式不限，其储液罐低于两个换热器，系统主体构成立式、卧式或混合式结构；应用于热风对流干燥场合或过程中，具有降低能耗，干燥速度快，效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及节能
，尤其是一种将热管节能技术与热泵节能技术有机结合而形成的高效节能型热管热泵复合式干燥动力源系统。
技术介绍
干燥作业涉及国民经济的广泛领域，它不仅是大批工农业产品不可或缺的基本生产环节，也是我国的能耗大户，所用能耗占国民经济总能耗的12％左右；另外，干燥过程造成的污染常常是我国环境污染的重要来源，故干燥技术的进步与整个国民经济的发展有十分紧密的关系。干燥分人工干燥和自然干燥两种，所有人工干燥过程都需要消耗能源，即需要将热量传递给被干燥的物料；传热方式主要包括导热、对流、辐射三种，其中，对流干燥(也称气流干燥)是应用最广泛的一种干燥方式。欲实现对流干燥，必须提供湿度相对较低、温度相对较高的气体作为干燥气源，而提供该气源的系统称为干燥动力源系统。目前，热风炉或蒸汽换热器为气流干燥中主要的干燥动力源系统，这两种方式都离不开锅炉或炉窑的燃烧，我国目前采用的基本上是中小型简易燃煤锅炉或热风炉，大部分无脱硫和可靠的除尘设备，热效率低、污染严重；这些问题急待解决。热泵技术是当代高效节能的技术，应用于干燥领域具有其独特的优越性每消耗1kW的电能，可获得3-8kW或更多的冷量，以冷却干燥过程排出的高湿空气，实现降温除湿；同时还可获得4-9kW或更多的热能，可用于将去湿后的空气加热到要求的供风温度。热管换热器是一种相变热转换及传递装置，能够通过采用冷热两侧同时强化的方法，来达到提高气-气热交换传热系数的目的，具有极高的气-气热交换效率；同时，体积紧凑、流体流动压力降小、可回收利用多种余热、能适应多种热源；另外，还具有使用寿命长、可靠性高、结构简单、便于维修等特点。目前，已广泛应用于多种余热回收的场合，取得了显著的节能效果，故该项技术被称为热管节能技术。迄今为止，热泵节能技术提供干燥动力源的系统已应用于部分物料的干燥过程，但应用面还非常小，还有非常广阔的市场前景，而热管热泵复合在一起，构成新的更为节能的干燥动力源系统，仍处于分析和探讨阶段，还没有商业化产品上市。其主要原因是现有的热管形式与热泵技术的组合还存在一定的困难，同时，在如何科学、合理地把热管、热泵复合在一起，还有许多需深入分析和探讨的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计制备一种将热管节能技术与热泵节能技术有机组合在一起，构造新型高效节能的干燥动力源，降低干燥过程的能耗，减小干燥过程对环境的污染。为了实现上述目的，本专利技术的主体结构由m个热泵子系统、n个热管冷量回收子系统、挡水板、空气流动子系统、供风温度控制子系统和干燥室(或干燥房间)按气流流动方向有机组合为一体，形成能高效回收利用热泵子系统蒸发器的冷量，降低干燥过程能耗的干燥动力源系统，其热管冷量回收子系统的蒸发器安装在热泵子系统的蒸发器之前，挡水板安装在热泵子系统的蒸发器之后，热管冷量回收子系统的冷凝器安装在挡水板之后。经热泵子系统的蒸发器冷却去湿后的空气进入热管冷量回收子系统的冷凝器中，将冷量传递给热管冷凝器中的工质，使热管内的气态工质转变为液态工质，冷凝后的液态工质流到储液罐中，溶液循环泵从储液罐中抽取液态工质，经液体输运管将液态工质输送到分液器，由分液器和等长度的分配管束将液态工质均匀地分配给蒸发器中的每个蒸发管路；在蒸发管路中，液态工质吸收流经热管蒸发器的空气热量，部分液体气化，该气液两相流经两相流管进入气液分离器实现气液分离，随后，液态工质流经调节阀和输送管回到储液罐，形成液体工质小循环，而气态工质则经气体管路进入气体分配母管，由均匀分配管将气体输送到冷凝器的每个管路中，在冷凝管路中再次吸收热泵子系统蒸发器冷却去湿空气的冷量实现完全冷凝后，由冷凝液回送管将冷凝液送入储液罐，形成热管工质大循环；在热管子系统的循环过程中，热管内液态工质的蒸发过程吸收了流经热管蒸发器空气的热量，实现对空气的预冷却，降低进入热泵子系统蒸发器中的空气温度，减小冷却去湿过程的能耗；热管子系统的冷凝器为去湿后的空气进行加热，减少加热过程的能耗。本专利技术有全封闭循环式和适量排风换气式两种不同的类型，全封闭循环式系统中热泵子系统的部分冷凝器安装在系统之外，将系统中多余的热量排放到外部，实现热量的平衡；适量排风换气式则通过排出从干燥室出来的高湿空气，同时从环境中吸入低温空气，实现热量的平衡。本专利技术的全封闭循环式系统，其热泵子系统的冷凝器所放出的热量分两部分，一部分被回收利用，用于进一步加热被热管子系统的冷凝器预热后的空气，达到供风温度，为干燥过程提供足够的能量；另一部分被排放到外部环境，实现热量的平衡。本专利技术中的m个热泵子系统，其中m＝1～10，当有1个热泵子系统时，全封闭循环式系统中热泵子系统的冷凝器同时有内外两个冷凝器串联或并联，通过控制热泵子系统外部冷凝器的排热量实现供风温度的调节；当有多个热泵子系统时，通过让其中部分热泵子系统的冷凝器安装在系统中，而其它热泵子系统的冷凝器全部安装在系统外，来实现热量的平衡；此时，通过控制1个或几个具有内冷凝器的热泵子系统的工作负荷实现供风温度的调节，或通过控制1个或几个具有外冷凝器的热泵子系统的工作负荷来实现供风温度的调节。本专利技术中的n个热管冷量回收子系统，其中n＝1～20，其数量根据控制对象的特点及每个热管的结构与换热能力来决定；当n不为1时，按照内循环热管和外循环热管的方式布置蒸发器和冷凝器，最靠近热泵子系统的蒸发器和冷凝器为内循环热管子系统，为第1个热管子系统，而离热泵子系统最远的蒸发器和冷凝器为外循环热管子系统，是第n个热管子系统。热管冷量回收子系统的基本特征是在配置合理的前提下，热管冷量回收子系统的系统数量越多，所能节省的热泵子系统提供冷量比例越大，系统更为复杂，同时，所节省冷量比例的增长幅度越来越小。本专利技术的热管热泵复合式干燥动力源系统，当干燥过程要求的供风温度超过热泵子系统所能提供的最高温度，或蒸发温度与冷凝温度相差较大，应用热泵子系统供热已不是最优化方案时，可应用外部其它热源来辅助加热；为减少外部热源的辅助加热量，该类系统可安装热管回热子系统，该子系统的热管是k＝1～20个；热管回热子系统的蒸发器安装在干燥室回风风道中，回收从干燥室排出空气中的热量，其冷凝器安装在热泵子系统的冷凝器后部，进一步提高被热泵冷凝器加热后空气的温度，降低外部辅助加热热源的能量消耗；通过控制外部热源的加热量及对外排气量实现该类干燥动力源系统供风温度的调节。本专利技术中各热管子系统蒸发器与冷凝器的相对安装高度、安装方式(水平或垂直安装或按某一倾角安装)不受任何限制，只要其储液罐低于两个换热器，保证冷凝液能顺利回流到储液罐便可正常工作。若冷凝器安装在储液罐下部，要在热管冷凝器回流管上安装一个冷凝器回流溶液泵。本专利技术的辅助加热方式包括太阳能和再生热源；其主体安装方式和安装高度可与风机、风道、过滤器相配合构成立式、卧式或混合式干燥动力源系统，应用于工业、农业及商业领域中进行干燥处理。本专利技术中的各热管子系统的气液分离器，是独立的一个部件，或是与蒸发器连为一体的气液分离母管；各热管子系统的气态工质母管是一个独立的部件，或与均匀分气管及冷凝器组合为一体。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点一是应用热泵技术降温除湿，获得热能加热去湿后的空气，无环境污染且节约能源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热管热泵复合式干燥动力源系统，其特征在于主体结构由ｍ个热泵子系统、ｎ个热管冷量回收子系统、挡水板、空气流动子系统、供风温度控制子系统和干燥室（或干燥房间）按气流流动方向有机组合为一体，形成能高效回收利用热泵子系统蒸发器的冷量、降低干燥过程能耗的干燥动力源系统；热管冷量回收子系统的蒸发器安装在热泵子系统的蒸发器之前，挡水板安装在热泵子系统的蒸发器之后，热管冷量回收子系统的冷凝器安装在挡水板之后；经热泵子系统的蒸发器冷却去湿后的空气进入热管冷量回收子系统的冷凝器中，将冷量传递给热管冷凝器中的工质，使热管内的气态工质转变为液态工质，冷凝后的液态工质流到储液罐中，溶液循环泵从储液罐中抽取液态工质，经液体输运管将液态工质输送到分液器，由分液器和等长度的分配管束将液态工质均匀地分配给蒸发器中的每个蒸发管路；在蒸发管路中，液态工质吸收流经热管蒸发器的空气热量，部分液体气化，该气液两相流经两相流管进入气液分离器实现气液分离，随后，液态工质流经调节阀和输送管回到储液罐，形成液体工质小循环；而气态工质则经气体管路进入气体分配母管，由均匀分配管将气体输送到冷凝器的每个管路中，在冷凝管路中再次吸收热泵子系统蒸发器冷却去湿空气的冷量实现完全冷凝后，由冷凝液回送管将冷凝液送入储液罐，形成热管工质大循环；在热管子系统的循环过程中，热管内液态工质的蒸发过程吸收了流经热管蒸发器空气的热量，实现对空气的预冷却，降低进入热泵子系统蒸发器中的空气温度，减小冷却去湿过程的能耗；热管子系统的冷凝器为去湿后的空气进行加热，减少加热过程的能耗。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田小亮，孙晖，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]