本發明涉及干燥器械技術領域，具體涉及一種熱泵型烘干機。

背景技術：

烘干設備已廣泛應用于各個行業和領域，如農業中的糧食、木材、農副產品烘干，以及印刷行業等等。目前廣泛使用的烘干技術，需要使用大量的高品位能源，并且需要燃燒大量化石燃料或木材等，使用燃燒獲得熱量，不僅浪費高品位的熱量，還會排放大量廢氣尾氣，造成環境污染等問題。并且使用燃燒的方式獲得熱量，熱源溫度過高，排出的尾氣溫度也明顯高于環境溫度，造成大量的低品位熱源浪費。現有的烘干技術在烘干過程中只能單純的把加熱物料后的熱濕空氣排放到大氣中造成大量的余熱浪費，并且只能利用環境空氣對烘干后的物料進行降溫，降溫速率地下，并且會將空氣中的水分重新輸送到烘干后的物料中，導致物料含水量上升。同時，這些烘干技術都要使用柴油或天然氣等化石燃料進行燃燒，不僅產生明火，而且會有高溫部件，存在引發火災的危險性

熱泵烘干技術作為一種安全、高效、節能的烘干技術，已有許多科研工作者進行研究，并取得了一些進展。如申請號201110440463.6的發明專利，利用熱泵原理，通過控制多個風閥來實現轉變熱泵烘干機升溫和除濕功能。但是該烘干機需要安裝多個風閥以及復雜的風道，使得整套烘干設備體積大，使用時占地體積大，但它卻無法解決烘干后物料降溫的問題。

又如申請號201410626179.1的發明專利，其利用電磁閥和單向閥來改變制冷劑在熱泵循環中的流動方式實現熱泵烘干機的升溫和除濕功能。但是這種方案仍然無法解決烘干后物料的快速降溫的問題。

技術實現要素：

針對現有技術中所存在的不足，本發明的目的在于提供一種加熱、除濕、冷卻三種功能于一體的熱泵烘干設備，該設備結構簡單，運行穩定可靠，高效節能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種烘干設備，包括可閉合的烘干倉、過濾裝置、第一風機、第三換熱器、單向閥、第一電磁閥、第二電磁閥、第二風機、第二換熱器、膨脹閥、第一換熱器、汽液分離器、壓縮機和四通換向閥；其中，所述烘干倉上設有風道，風道與烘干倉相連通；所述過濾裝置設置于風道的入口處；所述第一風機設置在過濾裝置和第三換熱器之間的風道內；第三換熱器和第一換熱器分別設置于風道內；所述過濾裝置、第一風機、第三換熱器和第一換熱器將風道分隔成幾個腔室；所述四通換向閥設有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；第三換熱器的入口通過管路與第一電磁閥的出口連接，第三換熱器的出口通過管路與單向閥的入口連接，單向閥的出口分別通過管路與四通換向閥的第二入口電連接和第二換熱器的出口連接；第一電磁閥的入口通過管路分別與膨脹閥的出口、第二電磁閥的入口連接；所述第二電磁閥的出口通過管路與第二換熱器的入口連接；所述第一換熱器的出口通過管路與膨脹閥的入口連接，它的入口通過管路與四通換向閥的第一出口連接；所述汽液分離器的入口通過管路與四通換向閥的第二出口連接，汽液分離器的出口通過管路與壓縮機的入口連接；所述壓縮機的出口通過管路與四通換向閥的第一入口連接；所述第二風機設置于第二換熱器的外側。

作為技術方案的進一步改進，以上所述的風道的出口設置在烘干倉的底部。

作為技術方案的進一步改進，以上所述的烘干倉的底部設有一隔板，隔板與烘干倉的底部構成一空腔，所述的風道的出口與隔板和烘干倉的底部構成的空腔連通，所述的隔板上均勻設置有若干出風口。

作為技術方案的進一步改進，以上所述風道的入口設置在烘干倉的頂部，風道與烘干倉形成半“回”形。

作為技術方案的進一步改進，以上所述烘干倉內側和/或風道的外側設有保溫隔熱材料。

作為技術方案的進一步改進，以上所述膨脹閥為電子膨脹閥。

作為技術方案的進一步改進，以上所述第一風機為離心風機。

作為技術方案的進一步改進，以上所述第二風機為軸流風機。

與現有技術相比，本發明的烘干設備具有如下優點：

1、本發明的烘干設備設有四通換向閥，使得烘干設備具有能夠制熱升溫、除濕加熱的烘干功能；還具有制冷除濕的降溫干燥功能，將被干燥物料快速降溫，并且能夠有效避免被干燥物料在降溫過程中產生返潮。

2、本發明的烘干設備設有汽液分離器，使烘干設備在轉變工作模式時，能夠有效的避免液態制冷劑進入壓縮機中造成壓縮機損壞，提高烘干設備運行的安全性和穩定性。

3、本發明的烘干設備設有過濾裝置，能有效去除空氣中的雜質，避免空氣的雜質附著在換熱器上造成換熱器的換熱效果下降，提高烘干設備的工作效率。

4、本發明的烘干設備采用熱泵作為熱源，不會產生高溫熱源以及火焰，也不使用可燃物作為燃料，更為安全可靠。

附圖說明

圖1為所述烘干設備的結構示意圖。

圖2為所述烘干設備制熱升溫模式的流程示意圖。

圖3為所述烘干設備除濕加熱模式的流程示意圖。

圖4為所述烘干設備制冷除濕模式的流程示意圖。

圖5為所述烘干設備風道的出口設置在烘干倉底部的結構示意圖。

附圖標記為：1.烘干倉；2.過濾裝置；3.第一風機；4.第三換熱器；5.單向閥；6.第一電磁閥；7.第二電磁閥；8.第二風機；9.第二換熱器；10.膨脹閥；11.第一換熱器；12.汽液分離器；13.壓縮機；14.風道；15.四通換向閥；151.四通換向閥第一入口；152.四通換向閥第一出口；153.四通換向閥第二出口；154.四通換向閥第二入口；16.烘干倉底部隔板

具體實施方式

下面結合附圖1-4和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

一種烘干設備，包括可閉合的烘干倉(1)、過濾裝置(2)、第一風機(3)、第三換熱器(4)、單向閥(5)、第一電磁閥(6)、第二電磁閥(7)、第二風機(8)、第二換熱器(9)、膨脹閥(10)、第一換熱器(11)、汽液分離器(12)、壓縮機(13)和四通換向閥(15)；其中，所述烘干倉(1)上設有風道(14)，風道(14)與烘干倉(1)相連通；所述過濾裝置(2)設置于風道(14)的入口處；所述第一風機(3)設置在過濾裝置(2)和第三換熱器(4)之間的風道(14)內；第三換熱器(4)和第一換熱器(11)分別設置于風道(14)內；所述過濾裝置(2)、第一風機(3)、第三換熱器(4)和第一換熱器(11)將風道(14)分隔成幾個腔室；所述四通換向閥(15)設有第一入口(151)、第二入口(154)、第一出口(152)和第二出口(153)；第三換熱器(4)的入口通過管路與第一電磁閥(6)的出口連接，第三換熱器(4)的出口通過管路與單向閥(5)的入口連接，單向閥(5)的出口分別通過管路與四通換向閥(15)的第二入口(154)電連接和第二換熱器(9)的出口連接；第一電磁閥(6)的入口通過管路分別與膨脹閥(10)的出口、第二電磁閥(7)的入口連接；所述第二電磁閥(7)的出口通過管路與第二換熱器(9)的入口連接；所述第一換熱器(11)的出口通過管路與膨脹閥(10)的入口連接，它的入口通過管路與四通換向閥(15)的第一出口(152)連接；所述汽液分離器(12)的入口通過管路與四通換向閥(15)的第二出口(153)連接，汽液分離器(12)的出口通過管路與壓縮機(13)的入口連接；所述壓縮機(13)的出口通過管路與四通換向閥(15)的第一入口(151)連接；所述第二風機(8)設置于第二換熱器(9)的外側。

所述過濾裝置2能有效去除空氣中的雜質，避免空氣的雜質附著在換熱器上從而影響換熱器進行換熱的效果，提高烘干設備的工作效率。

在第一風機3驅動下，烘干所需的空氣進入第三換熱器4和第一換熱器11進行熱交換；在第二風機8驅動下，空氣進入第二換熱器9進行熱交換。

本發明中，烘干設備通過四通換向閥15的方向切換、第一電磁閥6和第二電磁閥7的開啟和關閉，來實現制熱升溫模式、除濕加熱模式和制冷除濕模式的切換。在烘干設備在運行過程中，可以根據所烘物料的狀態在這三種模式中進行自動切換。

第一換熱器11不僅在烘干時能夠提供制熱的效果，還能夠在冷卻時提供制冷效果。

本發明中，烘干設備在制熱升溫模式時，如圖2所示，壓縮機13、第一風機3和第二風機8均處于運行狀態，第一電磁閥6處于關閉狀態，第二電磁閥7處于開啟狀態，四通換向閥15自動切換，使得壓縮機13與第一換熱器11處于導通狀態，同時也使得汽液分離器12與第二換熱器9處于導通狀態。

本發明中，烘干設備在除濕加熱模式時，如圖3所示，壓縮機13、第一風機3處于運行狀態，第二風機8處于停止狀態，第一電磁閥6處于開啟狀態，第二電磁閥7處于關閉狀態。四通換向閥15自動切換，使壓縮機13與第一換熱器11處于導通狀態，同時也使汽液分離器12與第三換熱器4處于導通狀態。

本發明中，烘干設備在制冷除濕模式時，如圖4所示，壓縮機13、第一風機3、第二風機8均處于運行狀態，第一電磁閥6處于關閉狀態，第二電磁閥7處于開啟狀態。四通換向閥15自動切換，使壓縮機13與第二換熱器9處于導通狀態，同時也使汽液分離器12與第一換熱器11處于導通狀態。

實施例2

與實施例1不同的地方在于：所述的風道(14)的出口設置在烘干倉(1)的底部。

由于風道(14)的出口空氣都比烘干倉(1)進入循環之前的空氣溫度要高，高溫的氣體會由底往上運動，風道(14)的出口設置在烘干倉(1)的底部，有利于提高烘干效率，節約能耗。

實施例3

與實施例1或2不同的地方在于：所述的烘干倉(1)的底部設有一隔板，隔板與烘干倉(1)的底部構成一空腔，所述的風道(14)的出口與隔板和烘干倉(1)的底部構成的空腔連通，所述的隔板(16)上均勻設置有若干出風口。如圖5所示。

由于風道(14)的出口空氣都比烘干倉(1)進入循環之前的空氣溫度要高，高溫的氣體會由底往上運動，通過烘干倉(1)的底部設有一隔板(16)，隔板(16)與烘干倉(1)的底部構成一空腔，風道(14)的出口與隔板(16)和烘干倉(1)的底部構成的空腔連通，隔板(16)上均勻設置有若干出風口風道(14)的出口設置在烘干倉(1)的底部，不僅有利于提高烘干效率，節約能耗，同時還有利于對被烘干對象實現全方位、全面積的烘干，有效避免傳統烘干設備中被烘干對象與倉底接觸位置烘干不到位的情況發生。

實施例4

與實施例1不同的地方在于：所述風道(14)的入口設置在烘干倉(1)的頂部，風道(14)與烘干倉(1)形成半“回”形。

半“回”形設計有利于節約整個設備的空間，同時便于安裝。

實施例5

與實施例3不同的地方在于：所述烘干倉(1)內側和/或風道(14)的外側設有保溫隔熱材料。

安裝在烘干倉(1)內側和/或風道(14)的外側的保溫隔熱材料能夠避免烘干倉(1)內側和/或風道(14)內的空氣與環境空氣發生熱交換導致的熱量損失，從而降低設備的功耗，進而提升設備的能效。

實施例6

與實施例5不同的地方在于：所述膨脹閥(10)為電子膨脹閥。

相較于熱力膨脹閥等節流裝置，電子膨脹閥能夠精確快速的控制膨脹閥開度，更精確的調節熱泵系統的節流效果以及流量，精準控制過熱度，使熱泵系統更穩定的運行。當設備在制熱升溫工作模式、除濕加熱工作模式、制冷除濕工作模式間相互切換時，電子膨脹閥可以迅速調節膨脹閥開度，及時應對熱泵系統制冷劑流量的突然變化，避免出現熱泵系統壓力突然升高或降低導致的故障，提升設備運行的可靠性。

實施例7

與實施例1不同的地方在于：所述第一風機(3)為離心風機。

由于風道14中安裝有過濾裝置2，第三換熱器4和第一換熱器11，第一風機3驅動空氣在風道14中流動需要克服較大的流動阻力。選用離型風機可以提供較軸流風機和貫流風機更大的送風壓力，效率更高。第一風機3選用離心風機可以在流動阻力較大時，滿足設備風量需求的情況下，設備功耗更低，從而提升設備的能效。

實施例8

與實施例7不同的地方在于：所述第二風機(8)為軸流風機。

由于第二風機8只需要驅動空氣流經第二換熱器9，所以空氣的流動阻力較小。采用軸流風機在低流動阻力時，相較于離型風機和貫流風機能夠在相同功率下獲得更大的風量。第二風機8選用軸流風機可以在滿足設備風量需求的情況下降低設備的總功率，從而提升設備的能效。

本發明的工作過程是：

烘干設備在制熱升溫工作模式：

首先，將需要烘干的物料放入烘干倉1內，然后打開壓縮機13、第一風機3和第二風機8。第一電磁閥6切換為關閉狀態，第二電磁閥7切換為開啟狀態。四通換向閥15切換，使得壓縮機13與第一換熱器11處于導通狀態，同時也使得汽液分離器12與第二換熱器9處于導通狀態。烘干設備開始進入制熱升溫工作模式，如圖2所示，此時，烘干倉1內的空氣在第一風機3的驅動下，流向過濾裝置2，并由過濾裝置2除去空氣中所含的雜質后，依次流入第三換熱器4(由于第一電磁閥6為關閉狀態，本工作模式中第三換熱器4處于不工作狀態)和第一換熱器11，空氣經第一換熱器11加熱后形成高溫氣流，流入烘干倉1中。其次，烘干倉1外的空氣在第二風機8的驅動下，流入第二換熱器9，空氣經第二換熱器9冷卻后排放到烘干倉1外。如此，熱泵系統利用第二換熱器9冷卻烘干倉1外的空氣，并吸收空氣中的熱量，再將這些熱量通過第一換熱器11釋放出來，釋放出來的熱量進入烘干倉1之后，將再次進入風道14，然后從第三換熱器4流過來又經過第一換熱器11的烘干倉1內的空氣加熱后形成高溫氣流。這些高溫氣流流入烘干倉1中。如此不斷循環，因此，烘干倉1內空氣的溫度與被烘干物料的溫度快速上升。

烘干設備在制熱升溫工作模式時，熱泵系統中的制冷劑流動循環如下：汽液混合狀態的制冷劑在第二換熱器9中蒸發，吸收在第二風機8的驅動下流入第二換熱器9的烘干倉1外空氣的熱量。此時，制冷劑由低溫低壓的液態變為低溫低壓的氣態制冷劑。這些制冷劑流入四通換向閥15的第二入口154并從四通換向閥15的第二出口153流出，進入汽液分離器12中，氣態制冷劑從汽液分離器12出來經過管路進入壓縮機13，并在壓縮機13中被壓縮成高溫高壓的氣態制冷劑后被排出。被排出的高溫高壓氣態制冷劑經過四通換向閥15的第一入口151后，再從四通換向閥15的第一出口152出來經過管路進入第一換熱器11中，并在第一換熱器11中冷凝為中溫高壓的液態制冷劑，并將熱量釋放給風道14中流經第一換熱器11表面的空氣，并將空氣加熱升溫。然后，液態制冷劑流經膨脹閥10發生節流效應，節流后的液態制冷劑變為低溫低壓的汽液混合物的制冷劑。這些汽液混合物的制冷劑通過處于開啟狀態的第二電磁閥7，然后從管路流入第二換熱器9中，如此不斷循環。在該模式下，由于第一電磁閥6切換為關閉狀態，制冷劑不能通過第一電磁閥6而流入第三換熱器4，因此第三換熱器4在制熱升溫模式下不參與熱泵系統的循環過程，且不與空氣發生熱交換。

除濕加熱工作模式：

設備在制熱升溫工作模式運行一段時間后，烘干倉1內的溫度不斷上升，被烘干物料內部的水分也隨著被加熱而散發到烘干倉1內的空氣中，使得烘干倉1內空氣濕度不斷上升。當烘干倉1內的傳感器檢測到空氣溫度和濕度達到預設值時，第二風機8自動關閉，第一電磁閥6切換為開啟狀態，第二電磁閥7切換為關閉狀態。此時，壓縮機13和第一風機3仍保持為運行狀態；四通換向閥15保持為使得壓縮機13與第一換熱器11處于導通狀態，同時也使得汽液分離器12與第二換熱器9處于導通狀態。然后，設備開始進入除濕加熱工作模式，在該模式下烘干倉1內的空氣在第一風機3的驅動下，流向過濾裝置2，并由過濾裝置2除去空氣中所含的雜質后，依次流入第三換熱器4和第一換熱器11，在流經第三換熱器4時，烘干倉1內的空氣被冷卻，空氣中的水分被冷凝出來并排除烘干倉1之外，從而變為冷的干空氣。然后這些冷的干空氣流入第一換熱器11，并在第一換熱器11中被加熱，然后變為熱的干空氣并流入烘干倉1中。

在除濕加熱模式下，第二風機8不工作，第二換熱器9也不與烘干倉1外的空氣進行熱交換。在此過程中，利用熱泵系統的第三換熱器4將流入風道14的空氣冷卻，并將空氣的水分冷凝出來并排除烘干倉1之外，再利用第一換熱器11將這些被除濕后的空氣進行加熱為熱的干空氣，并輸送回烘干倉1內。如此不斷循環，烘干倉1內空氣中的水分不斷被除去，空氣濕度也迅速降低。此時，烘干倉1內空氣溫度也緩慢升高。如果烘干倉1內空氣和物料溫度上升速率不足，而空氣濕度降低到預設值，則設備轉換為制熱升溫工作模式。而當烘干倉1內設傳感器檢測到烘干倉內空氣濕度達到預設值時，則設備進入除濕加熱工作模式，如此不斷切換工作模式，直到檢測到被烘干物料的水分含量降低至預設值后，設備切換為制冷除濕工作模式。

烘干設備在除濕加熱工作模式時，熱泵系統中的制冷劑流動循環如下(參見圖3)：汽液混合狀態的制冷劑在第三換熱器4中蒸發，吸收由第一風機3驅動下的流過第三換熱器4的空氣中的熱量，制冷劑由低溫低壓的液態變為低溫低壓的氣態制冷劑。這些低溫低壓的氣態制冷劑從管路經過四通換向閥15第二入口154進入四通換向閥15，再從四通換向閥15第二出口153出來，然后經管路進入汽液分離器12中，氣態制冷劑從汽液分離器12的出口出來，經過管路進入壓縮機13，并在壓縮機13中被壓縮成高溫高壓的氣態制冷劑后再排出；被排出的高溫高壓氣態制冷劑經過四通換向閥15第一入口151進入四通換向閥15，再從四通換向閥15第一出口152出來，然后經管路進入第一換熱器11中。這些高溫高壓氣態制冷劑在第一換熱器11中冷凝為中溫高壓的制冷劑液體，然后熱量釋放給風道14中流經第一換熱器11表面的空氣，并將空氣加熱升溫。這些中溫高壓的制冷劑液體流經膨脹閥10發生節流效應，從而變為低溫低壓的汽液混合物制冷劑。這些低溫低壓的汽液混合物制冷劑流過正處于開啟狀態的第一電磁閥6，然后經管路再流入第三換熱器4中，如此不斷循環。在該模式下，由于第二電磁閥7切換為關閉狀態，制冷劑不能從第二電磁閥7流入第二換熱器9，因此第二換熱器9在制熱升溫模式下不參與熱泵系統的循環過程，且不與烘干倉外的空氣發生熱交換。

制冷除濕工作模式：

經過一段時間的制熱升溫工作模式和除濕加熱工作模式運行后，當烘干倉1內設傳感器檢測到被烘干物料的水分含量降低至預設值時，第二風機8自動開啟，第一電磁閥6切換為關閉狀態，第二電磁閥7切換為開啟狀態，壓縮機13和第一風機3仍保持為運行狀態；四通換向閥15自動切換，使得壓縮機13與第二換熱器9處于導通狀態，同時也使得汽液分離器12與第一換熱器11處于導通狀態。此時，烘干設備開始進入制冷除濕工作模式，在該模式下，烘干倉1內的空氣在第一風機3的驅動下，流向過濾裝置2，并由過濾裝置2除去空氣中所含的雜質后，依次流入第三換熱器4和第一換熱器11。烘干倉1內的空氣流經第一換熱器11時，被第一換熱器11冷卻。這時空氣中的水分被冷凝出來，變為冷的干空氣后流入烘干倉1中。烘干倉1外的空氣在第二風機8的驅動下，流入第二換熱器9，并被第二換熱器9所加熱，加熱后的空氣被排放到烘干倉1外。如此，熱泵系統利用第一換熱器11冷卻流經它的烘干倉1內的空氣，并從空氣中吸收的熱量。然后再將這些熱量通過第二換熱器9釋放出來。如此不斷循環，烘干倉1內的空氣溫度與被烘干物料溫度快速下降。

烘干設備在制冷除濕工作模式時，如圖4所示，熱泵系統中的制冷劑流動循環如下：第一風機3驅動下，從烘干倉1出來的空氣經第三換熱器4出來，流入第一換熱器11，第一換熱器11吸收烘干倉出來的空氣中的熱量，此時汽液混合狀態的制冷劑在第一換熱器11中蒸發，制冷劑由低溫低壓的液態變為低溫低壓的氣態制冷劑。然后，這些制冷劑流經四通換向閥15第一出口152，進入四通換向閥15，再從四通換向閥15的第二出口153出來經管路進入汽液分離器12中。這些氣態制冷劑從汽液分離器12的出口出來，經過管路進入壓縮機13，并在壓縮機13中被壓縮成高溫高壓的氣態制冷劑后被排出。被排出的高溫高壓氣態制冷劑從四通換向閥15第一入口151進入四通換向閥15，再從四通換向閥15第二入口154出來經管路進入第二換熱器9中，在第二換熱器9中冷凝為中溫高壓的制冷劑液體，并將熱量釋放給由第二風機8驅動下的流入第二換熱器9的烘干倉1外的空氣。然后制冷劑液體經管路流經膨脹閥10發生節流效應，節流后的制冷劑液體變為低溫低壓的汽液混合狀制冷劑。這些汽液混合狀制冷劑通過正處于開啟狀態的第二電磁閥7經管路流入第一換熱器11中，如此不斷循環。在該模式下，由于單向閥5為單向流通形式，制冷劑不能通過單向閥5流入第三換熱器4。因此，第三換熱器4在制熱升溫模式下，不參與熱泵系統的循環過程，且不與空氣發生熱交換。

烘干設備在制冷除濕模式下運行，當烘干倉1內的傳感器檢測到被烘干物料溫度降低至預設溫度時，設備自動停止，壓縮機13、第一風機3、第二風機8依次停止運行，第一電磁閥6，第二電磁閥7切換至關閉狀態。四通換向閥15切換至壓縮機13與第一換熱器1處于導通狀態，同時汽液分離器12與第二換熱器9也處于導通狀態。

本發明所述烘干設備，在熱泵系統作為烘干設備熱源，實現了集熱泵制熱、除濕、冷卻三大功能于一體，不僅解決傳統烘干方式使用燃燒方式獲取熱量造成污染的問題和安全問題，更為環保和安全，而且通過采用熱泵原理進行制熱和除濕，具有節能和除濕迅速的特點。在此之上，通過制冷除濕的功能，能夠大幅加快被干燥物料的冷卻速度和避免降溫過程中的回潮現象，且能夠減少30％以上的降溫時間，從而縮短烘干過程的總耗時間，提高烘干作業效率和效果等優點。