一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统

摘要

本发明涉及一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，包括干燥箱、冷凝器、压缩机、蒸发器、节流器以及风机，干燥箱设有进风口和出风口，还包括初级沉淀池、热回收池以及沉淀池，在热回收池内设有第一导热部，在蒸发器内设有第二导热部，冷凝器对应进风口设有第三导热部，压缩机的进口端与第一导热部的出口端连通，压缩机的出口端与第三导热部的进口端连通，节流器的进口端与第三导热部的出口端连通，节流器的出口端与第二导热部的进口端连通，第二导热部的出口端与第一导热部的进口端连通，蒸发器的进口端与出风口连通，蒸发器的出口端与进风口连通。本发明可以节约能源消耗、提高能源利用率、减少环境污染。

权利要求

1.一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，包括干燥箱、冷凝器、压缩机、蒸发器、节流器以及风机，在干燥箱内设有漏风支撑板，其特征在于：干燥箱设有进风口和出风口，风机对应进风口设置，还包括初级沉淀池、热回收池以及沉淀池，初级沉淀池通过第一溢流管与热回收池连通，在热回收池内设有第一导热部，在蒸发器内设有第二导热部，冷凝器对应进风口设有第三导热部，压缩机的进口端与第一导热部的出口端连通，压缩机的出口端与第三导热部的进口端连通，节流器的进口端与第三导热部的出口端连通，节流器的出口端与第二导热部的进口端连通，第二导热部的出口端与第一导热部的进口端连通，蒸发器的进口端与出风口连通，蒸发器的出口端与进风口连通，还包括切割打磨系统和清水池，清水池的进水端通过第二溢流管与所述沉淀池的出水端连通，清水池的出水端与切割打磨系统的进水端连通，切割打磨系统的出水端与所述初级沉淀池的进水端连通，所述初级沉淀池内设有第一隔板，第一隔板的上端伸出所述初级沉淀池的液面，第一隔板的下端向下延伸并与所述初级沉淀池的底部之间形成第一导流间隙，第一隔板将所述初级沉淀池分隔成第一容腔和第二容腔，第一容腔与第二容腔通过第一导流间隙连通，所述初级沉淀池的进水端沿水平方向设置。

2.如权利要求1所述的一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，其特征在于：所述热回收池内设有第二隔板，第二隔板的上端伸出所述热回收池的液面，第二隔板的下端向下延伸并与所述热回收池的底部之间形成第二导流间隙，第二隔板将所述热回收池分隔成第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室通过第二导流间隙连通。

3.如权利要求2所述的一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，其特征在于：所述漏风支撑板设置在所述干燥箱的内腔的下部，在所述干燥箱的内腔的上部设有筛板。

4.如权利要求3所述的一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，其特征在于：所述蒸发器的进口端与所述出风口之间设有热风加压泵，热风加压泵的进口端与所述出风口连通，热风加压泵的出口端与所述蒸发器的进口端连通。

5.如权利要求4所述的一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，其特征在于：所述进风口包括多个进风口单元，每个进风口单元包括空气进风口和围设在空气进风口周围的多个热气进风口。

6.如权利要求5所述的一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，其特征在于：所述蒸发器上设有冷凝水排水孔。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，其特征在于：所述第一导热部、所述第二导热部以及所述第三导热部均为蛇形换热管。

说明书

一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统。

背景技术

[0002] 在我国，干燥作业所用能源占工业耗能达14-35％左右，大量低品位热源如5℃以上的工业废水等被浪费，不能得到合理利用。工业废热属于可再生能源，对其进行合理使用，可以在提高能源利用率的同时，减少电能的消耗，带来良好的社会效益和环境效益。

[0003] 工业废水是一种废热能源。石材的生产工艺主要有切割和磨光两个工序。为了提高刀具的使用寿命、生产效率及产品质量等，加工过程中，需要利用水冷却刀具和排除磨屑，形成了吸收大量热量的污水。而石材的加工用水量大、切割和磨光时需要消耗大量的电能，其中大部分能量被废水吸收，最后消散在环境中。目前，企业废水的处理设备简单，普遍的处理方法是通过几个简单的沉淀池处理从车间流出的污水，甚至不经任何处理直接排放至环境中去，不仅浪费了宝贵的水资源且对生态环境造成极大的破坏，同时浪费了废水在切割、打磨过程中吸收的大量能量。传统的石材干燥主要是以电加热的方式进行干燥，热源全部来自电能的消耗，且干燥后的热风直接排入大气，这种处理方式不仅因废气带走余热造成能源浪费，也造成了严重的环境污染。

[0004] 废热回收技术是比较成熟和先进的节能环保技术，可以最大限度回收废热，节省用电量。我国正在积极推行节能降耗，在干燥方面发展节能降耗技术是一个重要的研究方向，具有很高的经济、社会价值。

[0005] 如在授权公告号CN 202485379 U，名称为“高温热泵烘干系统”的中国实用新型中公开了一种高温热泵烘干系统，主要包括：烘干室，冷凝器，压缩机，气液分离器，蒸发器，管道，节流装置，货物烘干架，烘干风机，蒸发器风机，热泵烘干机组，排湿风机，循环风机；其中各部件以如下工作方式按次序安装：管道中的制冷剂工质在压缩机的作用下，把低温低压气体压缩成高温高压气体，高温高压气体在冷凝器液化，与此同时，烘干风机把热空气吹至烘干室中，制冷剂工质再经过节流装置液化后，进入蒸发器中，吸收热量使制冷剂部分气化蒸发，蒸发器端安装蒸发器风机，制冷剂最终再经过气液分离器的分离后进入压缩机；烘干室内有货物烘干架，烘干室内还安装有用于排出室内湿气的排湿风机和用于将室内空气循环后方便烘干风机加热室内空气的循环风机。

[0006] 上述的热泵烘干系统还不能充分高效回收低品味热源这部分热量，在能源利用方面还存在着浪费。

[0007] 鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，该干燥系统可以节约能源消耗、提高能源利用率、减少环境污染，具有很高的节能效益、环保效益、经济效益。

[0009] 为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

[0010] 一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，包括干燥箱、冷凝器、压缩机、蒸发器、节流器以及风机，在干燥箱内设有漏风支撑板，干燥箱设有进风口和出风口，风机对应进风口设置，还包括初级沉淀池、热回收池以及沉淀池，初级沉淀池通过第一溢流管与热回收池连通，在热回收池内设有第一导热部，在蒸发器内设有第二导热部，冷凝器对应进风口设有第三导热部，压缩机的进口端与第一导热部的出口端连通，压缩机的出口端与第三导热部的进口端连通，节流器的进口端与第三导热部的出口端连通，节流器的出口端与第二导热部的进口端连通，第二导热部的出口端与第一导热部的进口端连通，蒸发器的进口端与出风口连通，蒸发器的出口端与进风口连通。

[0011] 作为本发明的一种优选方式，还包括切割打磨系统和清水池，清水池的进水端通过第二溢流管与所述沉淀池的出水端连通，清水池的出水端与切割打磨系统的进水端连通，切割打磨系统的出水端与所述初级沉淀池的进水端连通。

[0012] 作为本发明的一种优选方式，所述初级沉淀池内设有第一隔板，第一隔板的上端伸出所述初级沉淀池的液面，第一隔板的下端向下延伸并与所述初级沉淀池的底部之间形成第一导流间隙，第一隔板将所述初级沉淀池分隔成第一容腔和第二容腔，第一容腔与第二容腔通过第一导流间隙连通，所述初级沉淀池的进水端沿水平方向设置。

[0013] 作为本发明的一种优选方式，所述热回收池内设有第二隔板，第二隔板的上端伸出所述热回收池的液面，第二隔板的下端向下延伸并与所述热回收池的底部之间形成第二导流间隙，第二隔板将所述热回收池分隔成第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室通过第二导流间隙连通。

[0014] 作为本发明的一种优选方式，所述漏风支撑板设置在所述干燥箱的内腔的下部，在所述干燥箱的内腔的上部设有筛板。

[0015] 作为本发明的一种优选方式，所述蒸发器的进口端与所述出风口之间设有热风加压泵，热风加压泵的进口端与所述出风口连通，热风加压泵的出口端与所述蒸发器的进口端连通。

[0016] 作为本发明的一种优选方式，所述进风口包括多个进风口单元，每个进风口单元包括空气进风口和围设在空气进风口周围的多个热气进风口。

[0017] 作为本发明的一种优选方式，所述蒸发器上设有冷凝水排水孔。

[0018] 作为本发明的一种优选方式，所述第一导热部、所述第二导热部以及所述第三导热部均为蛇形换热管。

[0019] 采用本发明的技术方案后，将含废热的废水送入初级沉淀池中进行初步沉淀，废水中的上清液进入热回收池中，与热回收池的第一导热部中的工质进行热交换，工质在吸热后进入压缩机压缩，形成高温高压工质，高温高压工质进入干燥箱的冷凝器进行放热，将热量传递给风机送入的混合空气，为干燥箱提供主要的干燥热能，工质温度降低，接着工质进入节流器，工质膨胀降压依次进入蒸发器和热回收池吸收热量，温度升高的制冷工质回到压缩机进行压缩，完成循环过程。在本发明中，从干燥箱出来的湿热空气进入蒸发器与蒸发器中的第二导热部进行热交换，如此本发明通过第一导热部回收废水中的热量，通过第二导热部回收废气中的废热，能够充分提取低品位热量，达到提高能源利用率的目的，同时采用本发明的技术方案能够对废水进行过滤处理，能够减少环境污染，只需消耗少量的电能既能将废水中的热量转移至干燥箱内，进行石材的干燥处理，产生经济效益。

附图说明

[0020] 图1为本发明的结构示意图；

[0021] 图2为本发明中进风口的结构示意图；

[0022] 图中：

[0023] 1-蒸发器                           2-节流器

[0024] 3-冷凝水排水孔                     4-热风加压泵

[0025] 5-干燥箱                           6-筛板

[0026] 7-物料输送推车                     8-冷凝器

[0027] 9-进风口                           10-风机

[0028] 11-漏风支撑板                      12-压缩机

[0029] 13-初级沉淀池                      131-第一容腔

[0030] 132-第二容腔                       133-第一导流间隙

[0031] 14-热回收池                        141-第一腔室

[0032] 142-第二腔室                       143-第二导流间隙

[0033] 15-沉淀池                          16-清水池

[0034] 17-加压水泵                        18-切割打磨系统

[0035] 19-第一隔板                        20-第一溢流管

[0036] 21-第二隔板                        22-第二溢流管

[0037] 23-水泵                            81-第一导热部

[0038] 82-第二导热部                      83-第三导热部

[0039] 91-空气进口                        92-热气进口

具体实施方式

[0040] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，说明书附图中箭头符号“→”是指管路中介质的流向，该箭头符号的出现并不限定本发明的保护范围。

[0041] 参照图1和图2，一种以工业循环水为热源的热泵干燥系统，包括干燥箱5、冷凝器8、压缩机12、蒸发器1、节流器2以及风机10，节流器2选用节流阀，在干燥箱5内设有漏风支撑板11，干燥箱5设有进风口9和出风口，风机10对应进风口9设置，还包括初级沉淀池13、热回收池14以及沉淀池15，初级沉淀池13通过第一溢流管20与热回收池14连通，在热回收池
14内设有第一导热部81，在蒸发器1内设有第二导热部82，冷凝器8对应进风口设有第三导热部83，压缩机12的进口端与第一导热部81的出口端连通，压缩机12的出口端与第三导热部83的进口端连通，节流器2的进口端与第三导热部83的出口端连通，节流器2的出口端与第二导热部82的进口端连通，第二导热部82的出口端与第一导热部81的进口端连通，蒸发器1的进口端与出风口连通，蒸发器1的出口端与进风口9连通。在实施例中，工业循环水为石材加工处理过程产生的废水，水的比热大，传热性能好，传递一定热量所需水量较少，且不存在蒸发器结霜问题，水温稳定，机组运行稳定。石材的生产用水温升一般为5-8℃且热量巨大。废水通过厂区内的灌渠收集后，进入初级沉淀池沉淀13，大部分悬浮物沉至池底，上清液进入热回收池14与制冷剂/工质进行换热。将废水中的低品位余热转换成较高品位热能加以利用，而温度降低的废水在水泵23的牵引下进入沉淀池15沉淀。其中，温度的降低在一定程度上加快了污泥的沉淀速度。其中，初级沉淀池13和沉淀池15底层的污泥定期用吸污泥机抽出，为保持水位不变需适当的给予新水。

[0042] 作为本发明的一种优选方式，还包括切割打磨系统18和清水池16，切割打磨系统18用以对石材进行打磨和切割加工，清水池16的进水端通过第二溢流管22与所述沉淀池15的出水端连通，清水池16的出水端与切割打磨系统18的进水端连通，切割打磨系统18的出水端与所述初级沉淀池13的进水端连通。在切割打磨系统18与清水池16之间设有加压水泵
17，加压水泵17将清水导入切割打磨系统18内使用，实现废水的循环使用。

[0043] 作为本发明的一种优选方式，所述初级沉淀池13内设有第一隔板19，第一隔板19的上端伸出所述初级沉淀池13的液面，第一隔板19的下端向下延伸并与所述初级沉淀池13的底部之间形成第一导流间隙133，第一隔板19将所述初级沉淀池13分隔成第一容腔131和第二容腔132，第一容腔131与第二容腔132通过第一导流间隙133连通，所述初级沉淀池13的进水端沿水平方向设置。初级沉淀池13主要是去除废水中的大颗粒物和调节水量，确保处理系统正常运行。利用悬浮颗粒的自然沉降来完成固和液体的分离，具体采用适用大、中、小型处理厂，施工简单，造价低的平流式沉淀池。第一隔板19相对水平面倾斜设置，增设第一隔板19使得废水的流程增大，废水水平注入初级沉淀池13中，冲击第一隔板，水流速度降低，更有利于废水中颗粒物的初次沉淀。低流速的废水从第一容腔131绕过第一隔板19后上升，由于重力的作用，固体污泥颗粒难以上升，达到更好的沉降效果。

[0044] 作为本发明的一种优选方式，所述热回收池14内设有第二隔板21，第二隔板21的上端伸出所述热回收池14的液面，第二隔板21的下端向下延伸并与所述热回收池14的底部之间形成第二导流间隙143，第二隔板21将所述热回收池14分隔成第一腔室141和第二腔室142，第一腔室141和第二腔室142通过第二导流间隙143连通。将经过初次沉淀后溢出的上清液收集于热回收池14，在热回收池14的内部安置第一导热部81，制冷工质吸收废水中的热量，为干燥箱5提供热源。由于土壤的隔热和蓄热作用好，将热回收池14布置于地平面以下。热回收池14的中部设置第二隔板21，废水注入后向池底运动与工质换热。第二隔板21的设置增强废水的扰动作用，避免池水温度分层现象的产生，防止新进废水未经充分换热流入沉淀池15中，从而达到充分换热的作用。最后利用水泵23从热回收池14的底部将低温废水引入沉淀池15中，避免污泥沉积影响换热管的换热效率，降低污泥清洁难度。

[0045] 作为本发明的一种优选方式，干燥箱5的四周贴有保温层，整个干燥箱5由三部分组成，干燥箱5的上部由筛板6隔成两部分，干燥箱5的下部由漏风支撑板11隔成两部分，所述漏风支撑板11设置在所述干燥箱5的内腔的下部，在所述干燥箱5的内腔的上部设有筛板6，进风口9和风机10设置在干燥箱5的底部，采用这种结构，热量直接通过对流换热和辐射换热的方式进入干燥箱5内，有效的减少热量的散发损失。风机10主要有三方面的作用：1、为新风提供负压环境，为新风的进入提供动力。2、使得混合新风与换热管进行强制对流换热，提高换热效率。3、将热风送入干燥箱5内与湿物料进行热量交换，为热风的循环流动提供动力。漏风支撑板11上放置需要干燥的物料，物料由物料运输推车7送入，漏风支撑板11上均匀分布着不同孔径的小孔。

[0046] 作为本发明的一种优选方式，所述蒸发器1的进口端与所述出风口之间设有热风加压泵4，热风加压泵4的进口端与所述出风口连通，热风加压泵4的出口端与所述蒸发器1的进口端连通。作为本发明的一种优选方式，所述蒸发器1上设有冷凝水排水孔3。经过干燥过程的热空气，其含湿量高、温度也高，回收废气中的潜热需把其冷却到露点温度以下，因此将其回收通入蒸发器1为制冷工质循环提供所需的热量，实现热量的循环使用，充分利用了有限的热能；在换热的同时，由于热空气温度降低，空气中的湿蒸汽液化，达到除湿的效果。由于新空气的相对湿度较低，引入新空气与回收后的热风混合，可以降低混合空气的含湿量，并提高新空气的温度，具体的实现方式是通过干燥箱5底部的进风孔9注入。

[0047] 作为本发明的一种优选方式，所述进风口9包括多个进风口单元，每个进风口单元包括空气进风口91和围设在空气进风口91周围的多个热气进风口92。空气进风口91孔径较大，用于新空气的引入，热气进风口92孔径较小，是废热回收后的进风口，用于回收废热空气。干燥箱5的上部安放的筛板6不仅可以使流场分布更加均匀，也能够过滤热风中的石屑。干燥箱5顶部的出风口连接的是热风加压泵4，将热湿空气送入蒸发器1中，使热湿空气的热量得以回收利用。

[0048] 在实施例中，所述第一导热部81、所述第二导热部82以及所述第三导热部83均为蛇形换热管。

[0049] 采用本发明的技术方案，首先，通过物料输运推车7将石材送入干燥箱5内，再由干燥箱5底部的风机10推送的热风进行对流换热，达到干燥的目的。经过换热的热风含湿量高，也夹杂些许的杂质，通过干燥箱5顶部的筛板6将杂质过滤。而经过筛选后的热空气经过热风加压泵4后进入蒸发器1冷却降温，空气中的湿蒸汽经过冷却后凝结成水，达到除湿的目的。其中凝结水通蒸发器1底部的冷凝水排水孔3排出。经过蒸发器1后的热空气由于风机10形成的负压，热空气经送风管与新空气混合，流经冷凝器8进行对流传热后进入干燥箱5。
送入的空气经过冷凝器8时吸收大量的热量，在送风机10的推动下与湿物料进行换热，物料中的水分吸收热量蒸发汽化，温度上升，湿度高的热空气上升经过筛板6后进入尾部的热风管道，进行下一个循环过程。

[0050] 石材在进行切割和打磨时，产生大量吸收能量的工业废水，废水通过厂区灌渠进入初级沉淀池13进行初步沉淀。大部分悬浮物沉至池底，上清液通过第一溢流管20进入热回收池14与制冷工质进行换热。水泵23将温度降低的废水从热回收池14底部引入沉淀池15。废水在沉淀池15中沉淀，上清液经第二溢流管22流入清水池，清水通过回用水系统的加压水泵17进入生产车间供切割机和打磨机使用。

[0051] 制冷工质将从废热空气和废水中的热量转移至干燥箱5中供给物料干燥使用。工质在吸收废热后进入压缩机12压缩，形成高温高压工质，接着进入干燥箱5底部的蛇形盘管中放热，将热量传递给风机10送进的混合空气，为干燥箱5提供主要的干燥热能，制冷工质温度降低。接着工质进入节流阀，工质膨胀降压依次进入蒸发器1和热回收池14吸收热量，温度升高的制冷工质回到压缩机12进行压缩，完成循环过程。蒸发器的热量主要来自干燥箱5尾部的高湿热空气，热回收池14的热量主要来自废水中的热量。定期用带有固定端的冲洗刷定期地从一端向另一端移动来清除热回收池14内换热管上的污垢，定期的用吸污泥机清除所有池底部沉淀的污泥，以提高热泵干燥系统的使用周期和提高传热效率。

[0052] 采用本发明的技术方案，其有益效果在于：

[0053] 1、环保效益显著。采用循环系统回收循环生产水中的废热和干燥后热风中的余热，为热泵循环系统提供所需的热量。在整个能量转换的过程中，制冷工质把蒸发器内吸收的低品位热能转化给换热介质，达到将低品位热能转化为高品位热能的目的。

[0054] 2、水资源的循环利用。吸收废水中的热量为干燥系统提供热源，不仅实现了水资源的多次利用，且产生的低温废水使污泥更容易沉降，利于污水的处理。废水处理后继续循环使用，实现了水资源的循环利用，降低水资源的大量消耗。

[0055] 3、由于干燥的热源来自废水和废气中的热量，整个干燥系统仅需消耗少量电能，便可提取污水中的低品位热能，节约能源，降低运行成本。

[0056] 4、冷凝器8安置于干燥箱5内的底部和热回收池14置于地平面以下，均减少热量的损失，同时也减小了占地面积。

[0057] 5、将新空气与回收后的热风混合加热后送入干燥箱5，不仅可以降低回收后的热风的含湿量并且提高新空气的初始温度。

[0058] 6、废水的热量主要来自切割打磨系统18的能耗，废水源作为储热装置为干燥系统提供稳定的热源，废水是可循环利用的可再生资源，且热量的提取不会导致原有生态平衡的倾斜和影响周围的环境。

[0059] 7、废水源和空气源联合运行可以达到稳定制热的目的。

[0060] 与现有的技术相比，本发明具有加热均匀、节能环保、实用可靠的特点。本发明仅适用于冬季最低温度在0°以上的长江以南地区。

[0061] 本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。