叠加式双循环低温干燥系统、使用方法及应用

摘要

本发明属于干燥系统领域，具体涉及一种叠加式双循环低温干燥系统。该干燥系统为具有正向卡诺循环加热与逆向卡诺循环制冷除湿功能的系统。本发明所提供的干燥系统，包括：第一制冷系统、第二制冷系统、循环风机、布风导风板；在循环风机两侧各设置有一组第一冷凝器、第一蒸发器、第二蒸发器；第一制冷系统的第一气液分离器、第一制冷压缩机依次与第一冷凝器相连接；第二制冷系统的第二气液分离器、第二制冷压缩机依次与第二冷凝器相连接；干燥室内设置有布风导风板。采用本发明的干燥系统，具有以下的优点：待干燥物料安全性高、无霉变现象发生；营养成分损失少；节约能耗；还具有干燥速度快、干燥速度一致、环保的特点。

说明书

技术领域

本发明属于干燥系统领域，具体涉及一种叠加式双循环低温干燥系统。该干燥系统为具有正向卡诺循环加热与逆向卡诺循环制冷除湿功能的系统。

背景技术

目前，对中草药、水产品、果蔬等产品的干燥主要是采用晾干、自然干燥、天然气加热烘干、电加热烘干、热泵干燥和真空冷冻干燥等几种方式。

晾干是指将待干燥物料置于室内，采用风机强制通风方式，将室外空气引入室内并将室内待干燥物料产生的湿空气排向大气，尽管上述干燥方式所需的干燥温度相对较低、待干燥物料营养成分损失较小，但是其干燥效率很低，此外上述的干燥方式受天气影响很大，在相对湿度比较大的南方地区，以及阴雨天气，室外相对湿度比较大的情况下，采用上述的干燥方式不仅导致干燥时间太长，而且极易滋生细菌、真菌等微生物，并且待干燥物料容易在微生物的作用下发霉变质，而失去应有的价值。

自然干燥是指将待干燥物料置于室外自然环境下，利用太阳的辐射换热使待干燥物料水分蒸发从而达到干燥的目的。这种方式与晾干相比较，不需要占用室内空间，投资费用相对较低，但是缺点是需要大量的室外空旷场地，而且仍然受天气环境影响极大，白天太阳照射，晚上水雾直接落在待干燥物料上，尤其是阴雨天气，往往会造成大量待干燥物料发霉变质。

燃气烘干和电加热烘干原理相近，都是利用高温使待干燥物料快速失水而达到干燥的目的，所不同的是燃气烘干是利用燃气燃烧产生的高温对待干燥物料进行加热；电加热这是通过电加热管产生的高温对待干燥物料进行加热。待干燥物料在干燥过程中的营养成分的损失与干燥温度存在直接的关系，上述的这两种干燥方式，虽然干燥速度快，也不受环境气候的影响，但是由于干燥温度过高，致使待干燥物料的有效成分及营养价值几乎损失殆尽。从营养保持的角度来看，上述的干燥方式并不可取。

热泵干燥温度比晾干和自然干燥温度高，并且不受天气的影响，比天然气和电加热烘干速度慢，但是干燥温度低很多，而且能量利用系数远高于天然气与电加热烘干，但是其仍然属于烘干的一种，只是干燥温度在50~80℃之间，待干燥物料的有效成分和营养价值损失相对较小。干燥的最基本原理就是待干燥物料失水，就目前来说，虽然有利用制冷系统进行除湿的热泵干燥装置，但是并没有对其进行全热回收，这就导致干燥过程中能量利用系数仍然偏低，干燥也只是利用风机使之干燥室风系统循环达到干燥的目的，因此干燥速度仍然很慢。

真空冷冻干燥是利用制冷系统将待干燥物料快速冻结，使之待干燥物料水分结冰，而后利用真空泵抽真空使之冻结后的待干燥物料处于真空状态，这时待干燥物料的冰就会升华产生水蒸气，而后利用制冷系统的蒸发器使水蒸气凝结，以维持待干燥物料所处的真空状态，保证待干燥物料的冰可持续性升华，达到干燥的目的。待干燥物料冻结温度达到-30℃时，其中只有97%的水结冰，要想使待干燥物料100%的水结冰就需要达到-60℃，因此，这种干燥方式尽管干燥后的待干燥物料有效成分、营养成分损失不超过5%，但是制冷系统运行的能耗极高，再加上真空环境，初投资昂贵，正是由于能耗高、初投资费用昂贵，因此，真空冷冻干燥目前也只是应用于医药、微生物等特殊领域。

综上所述，如果能够克服已有技术瓶颈，发明一种干燥温度相对较低、在干燥过程中不受环境天气影响的、具有制冷系统蒸发器除湿并且可以达到100%废热回收的低温干燥装置，就可以解决传统晾干、自然干燥两种干燥方式效率低、待干燥物料的腐败变质问题，解决天然气、电加热干燥方式的待干燥物料有效成分和营养价值损失问题，解决热泵干燥温度偏高、不能进行全热回收等导致的有效成分和营养价值损失仍然较大、干燥速度慢、效率仍然偏低等问题，就可以解决真空冷冻干燥运行能耗高、初投资昂贵等已有干燥方式的所有问题，那么对于中草药、水产品、果蔬、粮食等领域的干燥起到巨大的推动作用，同时也有利于降低生鲜贮藏、运输环节的昂贵费用与投资。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种干燥温度相对较低、在干燥过程中不受环境天气影响的、具有制冷系统蒸发器除湿并且可以达到100%废热回收的低温干燥系统。

本发明所提供的叠加式双循环低温干燥系统，包括：第一制冷系统、第二制冷系统、循环风机、布风导风板；

第一制冷系统包括：第一气液分离器、第一制冷压缩机、位于循环风机两侧的两个第一冷凝器以及两个第一蒸发器；

第一气液分离器的出口与第一制冷压缩机相连接，第一制冷压缩机分成两条支路，分别通向位于循环风机两侧的第一冷凝器；

第一冷凝器与第一蒸发器之间通过管道相连接；

第一气液分离器的进口处的两条管道分别与循环风机两侧的两个第一蒸发器相连接；

第二制冷系统包括：第二气液分离器、第二制冷压缩机、两个第二冷凝器、位于循环风机两侧的两个第二蒸发器；

两个第二蒸发器分别位于两个第一蒸发器的下方或任一侧，

一侧的第二蒸发器与第二冷凝器相连接，另一侧的第二蒸发器也与另一个第二冷凝器相连接，两个第二冷凝器的管道汇聚后依次与第二制冷压缩机、第二气液分离器相连接；第二气液分离器进口处的两条管道分别与循环风机两侧的两个第二蒸发器相连接；

第一冷凝器、第一蒸发器、循环风机、第二冷凝器的外围由围护结构围成干燥室；循环风机与第二冷凝器之间设置有布风导风板，且布风导风板的两端与围护结构的两边相连接。

优选的，在第一蒸发器与第一冷凝器之间的管道上分别设置有第一节流阀；

优选的，第一冷凝器、第一蒸发器之间的管道上分别设置有第一高压贮液器。

在第二蒸发器与第二冷凝器之间的管道上分别设置有第二节流阀；

优选的，第二蒸发器与第二冷凝器之间的管道上分别设置有第二高压贮液器。

循环风机的两侧自内至外依次对称设置有两个第一冷凝器和两个第一蒸发器。

循环风机的两侧对称设置有两个第二蒸发器，且第二蒸发器分别位于两个第一蒸发器的下方。

布风导风板的两侧为多孔板，其两端为不开孔的封板。

第一冷凝器为翅片式冷凝器；

优选的，第二冷凝器为两组搁架式换热器；

第一蒸发器为翅片式蒸发器；

优选的，第二蒸发器为翅片式蒸发器；

优选的，第二冷凝器为两组平板式冻结器，第二冷凝器位于循环风机送风口的两侧；

优选的，干燥室内设置有两个循环风机。

关于第一蒸发器与第二蒸发器的排布方式，可以按如下的几种方式来排布：

上述的第一蒸发器位于第二蒸发器的上方且第一蒸发器位于第二蒸发器所共用位于第二蒸发器的支撑结构；

或者是，第一蒸发器位于第二蒸发器的上方且第一蒸发器与第二蒸发器有第一蒸发器的支撑结构；第二蒸发器的下方有与之对应的支撑结构；

或者是，第一蒸发器位于第二蒸发器平行设置，第一蒸发器位于第二蒸发器的外侧。

优选的，上述叠加式双循环低温干燥系统的使用方法，包括以下的步骤：

S1：打开干燥室的围护结构门，将待干燥物料置于第二冷凝器上方，而后将的围护结构门关闭；

S2：分别启动第一制冷系统、第二制冷系统及循环风机，循环风机开始运行，其所排出的空气掠过待干燥物料上表面和第二冷凝器的下表面，第二制冷压缩机排出的过热制冷剂气体进入第二冷凝器，这时第二制冷压缩机排出的高压过热制冷剂气体通过第二冷凝器，将热量传递给待干燥物料，使待干燥物料下部温度升高；

S3：高压过热制冷剂气体本身冷凝成高压液体，通过高压制冷管路进入第二高压贮液器，从第二高压贮液器出来的高压制冷剂液体，经过第二节流阀节流降压变成低压制冷剂液体，进入第二蒸发器，吸收循环风机吹出来的空气掠过待干燥物料上表面及第二冷凝器的下表面的热湿空气后，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，热湿空气温度、湿度降低后变成低温、低湿空气，经过第一冷凝器，由于第一制冷系统也被启动，则低温、低湿空气吸收第一制冷压缩机排出的过热制冷剂气体热量，低温、低湿空气温度升高，相对湿度降低，被循环风机吸入，继续掠过待干燥物料上表面和第二冷凝器的下表面，而第二冷凝器的制冷剂则在第一冷凝器里将热量传递给低温低湿空气后，变成高压制冷剂液体，进入第一高压贮液器，经过第一节流阀节流降压变成低压制冷剂液体，进入第一蒸发器，低压制冷剂液体吸收循环风机吹出来的空气掠过待干燥物料上表面及循环风机的下表面的热湿空气后，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，热湿空气温度、湿度降低后变成低温、低湿空气，同样被第一冷凝器加热，则低温、低湿空气吸收第一制冷压缩机排出的过热制冷剂气体热量，低温、低湿空气温度升高，相对湿度降低，在循环风机的带动下继续掠过待干燥物料上表面和第二冷凝器下表面；

S4：如此不断地循环S2及S3的步骤，待干燥物料不停地被风机吹出来低温、湿热空气和第二冷凝器的热量加热，其水分不断地蒸发成热湿水蒸气，另外，在布风导风板的作用下，布风导风板的风速稳定，掠过被干燥物的风量均匀，干燥效果一致，再经过第一独立制冷系统、第二独立制冷系统蒸发器凝结析出，从而使之被干燥物干燥的目的。

上述叠加式双循环低温干燥系统在中草药、水产品、果蔬干燥中的应用，也是本发明所要保护的范围。

本发明的有益效果在于：

（1）待干燥物料安全性高、无霉变现象发生：

由于采用了本发明中带有加热和除湿功能的干燥系统，使得干燥过程中不受环境气候的影响，减少了其它干燥方式中由于受气候影响所导致的细菌滋生从而产生的腐败变质问题，提高了待干燥物料的安全性；

（2）营养成分损失少：

由于本发明中待干燥物料上下表面同时受热，且双制冷系统蒸发器除湿，有着极强的除湿能力，因此完全可以实现低温干燥，有效地保留待干燥物料的有效成分和营养价值；

（3）节约能耗：

本发明中，一方面，将待干燥物料产生的热湿空气经过蒸发器除湿降温后，直接进入冷凝器加热升温，实现了待干燥物料产生的热湿空气的100%热回收；另一方面，干燥系统采用双制冷系统，且加热所使用的冷凝器、除湿所使用的蒸发器共用一台风机，不仅减少风机台数，而且有利于风机节能；

此外，本发明的干燥系统还具有干燥速度快、干燥速度一致、环保的特点。

附图说明

图1为实施例1的干燥系统工作原理示意图；

图2为实施例1的干燥系统中循环风机与冷凝器、蒸发器的位置关系图；

图3为实施例1的干燥系统的第二制冷系统冷凝器结构示意图；

图4为实施例1的干燥系统的第一制冷系统、第二制冷系统蒸发器的结构示意图（同一框架）；

图5为实施例1的干燥系统的第一制冷系统冷凝器、蒸发器与第二制冷系统蒸发器的布置方式示意图（同一框架）；

图6为实施例2的干燥系统的第一制冷系统、第二制冷系统蒸发器的第二种布置方式的结构示意图（独立框架）；

图7为实施例2的干燥系统的第一制冷系统冷凝器、蒸发器与第二制冷系统蒸发器的第二种布置方式示意图（独立框架）；

图8 为实施例3的干燥系统的第一制冷系统冷凝器、蒸发器与第二制冷系统蒸发器的第三种布置方式示意图；

图中，10-第一制冷系统，101-第一制冷压缩机，102-第一冷凝器，103-第一节流阀，104-第一蒸发器，105-第一气液分离器，106-第一高压贮液器，20-第二制冷系统，201-第二制冷压缩机，202-第二冷凝器，203-第二节流阀，204-第二蒸发器，205-第二气液分离器，206-第二高压贮液器，30-循环风机，40-布风导风板。

具体实施方式

为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。

实施例1

叠加式双循环低温干燥系统，包括：第一制冷系统10、第二制冷系统20、两组循环风机30、布风导风板40；两组循环风机30之间留有一些间隔；

第一制冷系统10包括：第一气液分离器105、第一制冷压缩机101、

位于两组循环风机30两侧且自内至外依次对称设置的两个第一冷凝器102以及两个第一蒸发器104；

第一气液分离器105的出口与第一制冷压缩机101相连接，第一制冷压缩机101分成两条支路，分别通向位于两组循环风机30两侧的第一冷凝器102；

第一冷凝器102与第一蒸发器104之间通过管道相连接； （两组第一冷凝器102与第一蒸发器104的连接关系均同）

第一气液分离器105的进口处的两条管道分别与两组循环风机30两侧的两个第一蒸发器104相连接；

第二制冷系统20包括：第二气液分离器205、第二制冷压缩机201、两个第二冷凝器202、位于两组循环风机30两侧的两个第二蒸发器204；其中，两个第二蒸发器204对称的设置于两组循环风机30两侧；

两个第二蒸发器204分别位于两个第一蒸发器104的下方或任一侧，

一侧的第二蒸发器204与第二冷凝器202相连接，另一侧的第二蒸发器204也与另一个第二冷凝器202相连接，两个第二冷凝器202的管道汇聚后依次与第二制冷压缩机201、第二气液分离器205相连接；第二气液分离器205进口处的两条管道分别与循环风机30两侧的两个第二蒸发器204相连接；

第一冷凝器102、第一蒸发器104、循环风机30、第二冷凝器202的外围由围护结构围成干燥室50；所述的循环风机30与第二冷凝器202之间设置有布风导风板40，且布风导风板40的两端与围护结构的两边相连接。布风导风板40位于干燥室内且的两侧为多孔板，其两端为不开孔的封板。

在第一蒸发器104与第一冷凝器102之间的管道上分别设置有第一节流阀103；第一冷凝器102、第一蒸发器104之间的管道上分别设置有第一高压贮液器106。

在第二蒸发器204与第二冷凝器202之间的管道上分别设置有第二节流阀203；第二蒸发器204与第二冷凝器202之间的管道上分别设置有第二高压贮液器206。

上述的系统中，第一冷凝器102为翅片式冷凝器；

第二冷凝器202为两组搁架式换热器；第二冷凝器202为两组平板式冻结器，第二冷凝器202位于循环风机30送风口的两侧；

第一蒸发器104为翅片式蒸发器；第二蒸发器204为翅片式蒸发器；第一蒸发器104位于第二蒸发器204的上方且第一蒸发器104位于第二蒸发器204所共用位于第二蒸发器204的支撑结构（即框架或框架结构）。

附图1为本发明的系统的结构示意图；附图2中并未体现出干燥室的其它结构，仅仅侧重于体现布风导风板40与干燥室50以及与循环风机30之间的位置关系。

本发明通过上述的实施例1中叠加式双循环低温干燥系统的结构，具体说明一种叠加式双循环低温干燥系统的工作原理：

首先将待干燥物料置于第二制冷系统20中的第二冷凝器202（平板式冷凝器）上，而后将干燥室围护结构门关闭，分别启动第一制冷系统10、第二制冷系统20及循环风机30运行，循环风机30开始运行后，排出的空气掠过待干燥物料上表面和第二制冷系统20的第二冷凝器202的下表面，第二制冷系统20的第二制冷压缩机201排出的过热制冷剂气体进入第二制冷系统20的第二冷凝器202，此时第二制冷压缩机201排出的高压过热制冷剂气体通过第二冷凝器202，将热量传递给待干燥物料，使待干燥物料下部温度升高，高压过热制冷剂气体本身冷凝成高压液体，通过高压制冷管路进入高压贮液器，从高压贮液器出来的高压制冷剂液体，经过第二节流阀203节流降压变成低压制冷剂液体，进入第二制冷系统20的第二蒸发器204，吸收风机吹出来的空气掠过待干燥物料上表面及第二制冷系统20的平板式冷凝器的下表面的热湿空气后，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，热湿空气温度、湿度降低后变成低温、低湿空气，经过第一制冷系统10的第一冷凝器102（翅片式冷凝器）。

由于第一制冷系统10也被启动，则低温、低湿空气吸收第一制冷系统的第一制冷压缩机101排出的过热制冷剂气体热量，低温、低湿空气温度升高，相对湿度降低，被循环风机30吸入，继续掠过待干燥物料上表面和第二制冷系统20的第二冷凝器202的下表面，而第一制冷系统10的制冷剂则在第一冷凝器102里将热量传递给低温低湿空气后，变成高压制冷剂液体，进入第一制冷系统10的高压贮液器，经过第二制冷系统20的第二节流阀节203流降压变成低压制冷剂液体，进入第一制冷系统10的第一蒸发器104，低压制冷剂液体吸收风机吹出来的空气掠过待干燥物料上表面及第二制冷系统20的第二冷凝器202的下表面的热湿空气后，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，热湿空气温度、湿度降低后变成低温、低湿空气，同样被第一制冷系统10的第一冷凝器102加热，则低温、低湿空气吸收第一制冷系统10的第一制冷压缩机101排出的过热制冷剂气体热量，低温、低湿空气温度升高，相对湿度降低，在风机的带动下继续掠过待干燥物料上表面和第二制冷系统20的第二冷凝器202下表面，如此不断地循环，待干燥物料不停地被风机吹出来低温、湿热空气和第二制冷系统20的第二冷凝器202的热量加热，其水分不断地蒸发成热湿水蒸气；此外，在布风导风板40的作用下，两组循环风机30的风速稳定，掠过被干燥物的风量均匀，干燥效果一致，再经过第一独立制冷系统、第二独立制冷系统蒸发器凝结析出，从而使之被干燥物干燥的目的。

如图2所示，将第一制冷系统10的第一冷凝器102、第一蒸发器104和第二制冷系统20的第二蒸发器204，分别按照其换热量均分成两部分置于循环风机30吸风口两侧，可以有效地提高单次干燥量，并方便货物的装卸。

综上所述，本发明提供的一种叠加式双循环低温干燥系统应用于中草药、水产品、果蔬等物料干燥时，具有如下显著优点：

第一，待干燥物料安全性高、无霉变现象发生：

由于采用了本发明中带有加热和除湿功能的干燥系统，使得干燥过程中不受环境气候的影响，减少了其它干燥方式中由于受气候影响所导致的细菌滋生从而产生的腐败变质问题，提高了待干燥物料的安全性；

第二，营养价值高；由于待干燥物料上下表面同时受热，且双制冷系统蒸发器除湿，有着极强的除湿能力，因此完全可以实现低温干燥，避免了待干燥物料在高温下致使营养成分损失的现象，有效地保留待干燥物料的有效成分和营养价值；

第三，能耗低；一方面，干燥过程中，将待干燥物料产生的热湿空气经过蒸发器除湿降温后，直接进入冷凝器加热升温，实现了待干燥物料产生的热湿空气的100%热回收；另一方面，干燥系统采用双制冷系统，且加热所使用的冷凝器、除湿所使用的蒸发器共用一台风机，不仅减少风机台数，而且有利于风机节能；

第五，干燥速度快；待干燥物料干燥过程中，上下同时加热，有利于待干燥物料水分蒸发，干燥速度快；

第六，干燥速度一致；待干燥物料上下同时受热，各点受热均匀，确保待干燥物料干燥的干燥速度一致；

第七，环保；系统运行过程中，完全采用闭式循环，没有任何有害气体排向环境大气，因此非常环保。

以上的优点，也恰恰是传统干燥方式比如晾干、自然干燥、燃气烘干和电加热烘干、热泵干燥、真空冷冻干燥所不具备的，本发明的干燥系统克服了上述干燥方式的缺陷，具有显著的进步。

实施例2

与实施例1的不同在于，第一蒸发器104位于第二蒸发器204的上方且第一蒸发器104位于第二蒸发器204所共用位于第二蒸发器204的支撑结构（即框架或框架结构）；其余结构与实施例1相同。

实施例3

与实施例1的不同在于，或者是，第一蒸发器104位于第二蒸发器204平行设置，第一蒸发器104位于第二蒸发器204的外侧，第一蒸发器104和第二蒸发器204下方对应设置有各自的支撑结构（即框架或框架结构）。

尽管上面通过举例说明，已经描述了本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述说明，而是由所附的权利要求给出的所有技术特征及其等同技术特征来定义。本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本发明所教导的实质和精髓前提下，任何修改和变化可能仍落在本发明权利要求的保护范围之内。

比如，循环风机，可以设置为两组，也可以根据具体的需要设置为一组；比如，第二冷凝器，也可以仅设置为一组，类似的变换也落在本发明的保护范围之内。