本發明涉及熱泵烘干技術領域，尤其涉及一種掛面干燥設備。

背景技術：

目前公知的掛面干燥設備主要以煤、天然氣為燃料提供熱源，燃料燃燒（尤其是煤）產生的煙塵富含大量一氧化碳、二氧化碳等污染物，污染環境。隨著國家出臺各種有關禁燃的政策，燃料型干燥設備將逐漸被取締，更加節能環保的熱泵干燥技術逐漸進入掛面干燥領域。

目前，掛面熱泵干燥多采用空氣源熱泵，被加熱的空氣送入烘干車間內，與掛面換熱后直接以廢氣的形式排出，但廢氣中含有蒸汽潛熱和高溫顯熱，這就造成大量能源的浪費，并且環境溫度較低時，空氣源熱泵受環境溫度的影響比較大，并且能效比較低，不利于全國大面積應用。

眾所周知，熱泵干燥設備是物料干燥的專用設備，熱泵為干燥設備提供熱量供給，把經過升溫后的氣流送入烘干車間，高溫干燥的氣流把物料中的水汽帶走，從而達到干燥的目的。隨著高溫氣流不斷帶走水汽，氣流的溫度的逐漸降低，濕度增加，對物料的脫水能力逐漸降低；當氣流濕度達到設定濕度目標后排出一部分烘干房內的熱濕空氣，引入環境中的干燥空氣，繼續進行脫水干燥過程。目前熱泵設備受熱泵特點限制，在較低環境溫度中熱泵制熱量和能效比均比較低，限制了其在寒冷地區（如我國東北地區）的應用。因為物料干燥過程不受季節、環境溫度影響，一年四季均需要進行干燥過程，所以在選配熱泵時，經常會按照低環境溫度下的熱負荷進行匹配，此時熱泵設備選配會很大，不但增加了干燥設備的初始投資，而且在低環境溫度下熱泵干燥設備的能效比較低，節能優勢大幅減弱，而且在環境溫度較高時，熱泵設備的利用率很低。另一方面，熱泵干燥設備排出的熱濕空氣得不到有效利用，大部分熱量排出到環境中，造成熱量的浪費。

目前公知的熱泵型掛面干燥設備，多以空氣為傳熱介質，升溫后的空氣通過風道系統投入掛面干燥房內，我們稱之為熱風型掛面干燥設備；而目前市場上多數掛面干燥烤房多采用以水為傳熱介質，我們稱之為熱水型掛面干燥設備；將熱水型掛面干燥設備改造成熱風型掛面干燥設備，需要重新鋪設管道，改造成本太高。如果采用單級蒸發器回收廢氣熱量，當廢氣的溫度較高時，只經過一次蒸發器降溫熱量回收，僅能回收廢氣中一小部分熱量，大部分熱量被排放，仍然造成熱量浪費。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種熱泵型掛面干燥設備，便于在現有熱水型掛面干燥設備的基礎上進行低成本升級改造，能夠防止啟動時蒸發器處風溫過低、運行過程無污染、系統能效比較高，并且具有廣泛的環境適應性。

為實現上述目的，本發明的熱泵型掛面干燥設備包括烘干車間和熱泵系統，烘干車間底部設有用于懸掛并輸送掛面的掛面輸送線，烘干車間內于掛面輸送線上方設有水平盤繞設置的水暖翅片管，水暖翅片管連接有循環回水管和循環供水管，水暖翅片管的上方沿水暖翅片管的長度方向均勻間隔設有若干吊扇，各吊扇均連接在烘干車間的頂壁上；烘干車間于各吊扇處的頂壁或各吊扇處的側壁頂部設有與外界空氣相通的烘干車間進風口；

烘干車間底部沿所述掛面輸送線設有排濕進風管，排濕進風管上均勻間隔開設有若干與烘干車間相連通的排濕風口；排濕進風管的中部連接有排濕出風管，排濕出風管伸出烘干車間并連接有廢熱回收室；

所述熱泵系統包括板式換熱器和通過制冷劑管路循環連接的壓縮機、膨脹閥和蒸發器，所述板式換熱器在熱泵系統中作為冷凝器并連接在壓縮機和膨脹閥之間的制冷劑管路上，板式換熱器的殼體上設有循環水進口和循環水出口；所述熱泵系統設有兩套以上；

所述各熱泵系統的板式換熱器并排間隔設置于一壓機室內，以循環水的流動方向為前向，相鄰兩個板式換熱器中，位于后方的一個板式換熱器的循環水出口通過熱水管路連接其前方的一個板式換熱器的循環水進口；最后方的板式換熱器的循環水進口連接所述循環回水管，最前方的板式換熱器的循環水出口連接所述循環供水管，循環供水管上設有循環泵；水暖翅片管的進水口連接循環供水管，水暖翅片管的出水口連接循環回水管；

所述廢熱回收室呈長條筒狀，所述各熱泵系統的蒸發器并排間隔設置于所述廢熱回收室內；以氣流方向為前向，各蒸發器后方和前方的廢熱回收室均設有空腔段；以氣流的方向為前向，所述廢熱回收室由前至后間隔設有Ｎ個蒸發器和Ｎ+1個所述的空腔段，Ｎ為自然數；由前至后，最前方的空腔段為第一個空腔段，向后依次為第二個至第Ｎ個空腔段；從由前至后第三個空腔段開始，第三個空腔段以及其后的所有奇數位的空腔段的側壁均連接有一啟動風機，各啟動風機的進風口處均設有連接啟動風機和空腔段的第一風閥；從由前至后第二個空腔段開始，第二個空腔段以及其后的所有偶數位的空腔段上均設有連通空腔段和大氣的第二風閥；

所述各蒸發器的周向外壁均與廢熱回收室的內壁相連接，所述廢熱回收室一端連接有排風管且其另一端連接所述排濕出風管；排風管上設有用于將氣體抽出廢熱回收室的工作風機。

循環泵進水口處的循環供水管上設有水箱，循環供水管與水箱底部相連通；水箱上設有壓力表，排濕出風管上設有用于監測排濕風的溫度的溫度傳感器；所述廢熱回收室的底部連接有凝結水排水管。

本發明的目的還在于提供一種使用上述熱泵型掛面干燥設備干燥掛面的方法。該方法依次按以下步驟進行：

第一步驟是啟動步驟；先打開第一風閥和各第二風閥，然后打開工作風機和各啟動風機；然后啟動循環泵，打開各吊扇，并根據實際工作負荷打開相應數量的熱泵系統；此時，每一第二風閥處的外界空氣通過第二風閥被吸入空腔段，形成氣流，空腔段中的氣流向兩側流動并分別通過一個蒸發器后，再通過第一風閥和啟動風機排出；此時，工作風機和啟動風機形成的負壓通過排濕出風管和排濕進風管作用于烘干車間內，外界空氣由各烘干車間進風口進入烘干車間，并在各吊扇的吹風作用以及工作風機和啟動風機的抽吸作用下在排濕出風管和排濕進風管內形成排濕風；循環泵驅動循環水在板式換熱器、熱水管路、循環供水管、水暖翅片管和循環回水管之間循環流動，將板式換熱器中的熱量帶至水暖翅片管處，進而加熱吊扇向下吹送的氣流；

第二步驟是進入正常運行；第一步驟運行一段時間后，待排濕風的溫度達到預定范圍后，關閉啟動風機、第一風閥和各第二風閥；此時，在工作風機的抽吸作用以及各吊扇的吹風作用下，外界空氣由烘干車間進風口進入烘干車間，通過水暖翅片管時得到加熱形成熱風；熱風在通過掛面輸送線時將懸掛在掛面輸送線上的掛面加熱，掛面蒸發出來的濕氣混合入熱風形成排濕風；排濕風通過排濕風口進入排濕進風管，并沿排濕出風管進入廢熱回收室，在廢熱回收室內，排濕風依次通過各蒸發器后由工作風機排放入環境中；熱泵系統通過壓縮機的運行，不斷將冷量散發至廢熱回收室并由排濕風帶走，同時不斷將熱量送至板式換熱器中由循環水帶至烘干車間；熱泵系統、循環泵、工作風機、各吊扇以及掛面輸送線同時工作，形成穩定的正常工作狀態，待干燥的掛面隨著掛面輸送線源源不斷地通過烘干車間并得到干燥；

第三步驟是關機步驟；需要停止干燥掛面、或者需要停機檢修時，關閉熱泵系統、循環泵、工作風機、各吊扇以及掛面輸送線，停止系統運行。

本發明具有如下的優點：

本發明運行過程中沒有化學燃燒過程，本發明中的各裝置，無論是熱泵系統（壓縮機）、循環泵、各吊扇還是工作風機和啟動風機，均是由電力驅動，因此本發明運行過程中不會污染使用環境。

本發明中，各熱泵系統的蒸發器并排間隔設置于廢熱回收室內，從而串聯設置于熱風的風路上，使排濕出風管內的熱風依次通過各蒸發器，從而逐級降低熱風的溫度，相比熱風通過一級蒸發器，本發明將排濕風的顯熱和潛熱利用的更加充分，使熱風的溫度得到了更大程度的降低，并且將熱風中含有的水分由氣態凝結為液態，熱泵蒸發器吸收利用這個過程中由相變放出大量的汽化潛熱和溫度降低放出的顯熱，從而更高效地回收利用熱濕氣流（排濕風）中的廢熱，節約能源。

現有的掛面烘干車間多采用水為傳熱介質，即熱水型掛面干燥設備，這些現有的設備大多以煤、天然氣為燃料，通過燃燒設備燃燒提供熱能，以煤為燃料時污染較大，以天然氣為燃料時成本較高。本發明的結構，則非常便于在現有的熱水型掛面干燥設備的基礎上進行改造，改造時將本發明中的熱泵系統中的板式換熱器與現有熱水型掛面干燥設備的循環回水管和循環供水管相連接、再將排濕進風管設于烘干車間底部即可，升級后原有的烘干車間、水暖翅片管、循環泵、水箱、循環回水管和循環供水管等等設備均可照舊使用，升級成本較低，且升級施工方便快捷。

在系統剛開始運行時，熱水溫度還沒有提高上去，因此風溫較低，此時較低溫度的風依次通過各蒸發器時，由于各蒸發器相對風路來講為串聯設置，同一路風（吸收冷量的容量有限）需要依次吸收各蒸發器散發出來的冷量，因此實際上無法有效吸收蒸發器散發出來的冷負荷，這就會導致蒸發器處溫度過低，在蒸發器上產生結霜現象，進一步阻礙蒸發器向外散發冷量。出現這種狀況，就會導致熱泵系統運行的效率大幅下降，不僅能耗升高，而且可能導致循環水溫和風溫一直無法達到預期溫度值，造成掛面不能得到有效干燥，并在蒸發器處形成風溫低——結霜——熱泵系統效率下降——風溫上不去——進一步結霜的惡性循環。

啟動風機及各風閥的設置能夠打破上述惡性循環。在系統剛開始運行時，打開第一風閥和各第二風閥，同時打開工作風機和啟動風機，這樣，就可以通過各第二風閥吸入外界空氣，并且第二風閥和啟動風機的布置，使得每一個蒸發器兩側的兩個空腔段中，一個空腔段設有用于與外界空氣相通的第二風閥，另一個空腔段設有用于抽風的風機，這樣，空氣由每一個第二風閥吸入后，僅通過一級蒸發器后即可被工作風機或第二風機抽出，因此每一路由第二風閥進入廢熱回收室的風，只需要吸收一個蒸發器的冷量（各蒸發器相對于多路風來講呈并聯狀態），因此能夠充分吸收該蒸發器散發出的冷量，從而避免蒸發器處結霜的現象，既保證蒸發溫度不會過低，又防止蒸發器結霜降低蒸發器的換熱效率，從而不會產生上述惡性循環的現象。

由于熱風（排濕風）能夠提高蒸發器處的溫度，因此能夠改善蒸發器處的工況，提高熱泵系統的能效比。

具體地說，蒸發器處的溫度提高后，熱泵系統的蒸發溫度上升，熱泵系統的制熱量增大，壓縮機的功率減小，從而提升熱泵系統的能效比。

本發明使用熱泵系統作為熱源，通過板式換熱器將熱量傳遞給循環水，通過循環水加熱新風，使用加熱后的熱風對烘干車間內的物料進行干燥，相比燃煤或燃氣加熱空氣的方式，更加節能環保；相比普通熱泵系統，能夠對熱風的能量進行充分地余熱利用，大大提高了熱泵系統的效率，達到節約能源的目的。

本發明最大程度地回收了排濕風中所具有的廢熱（熱量），改善了蒸發器處的工況，大幅降低了熱泵系統（壓縮機）的功耗，具有十分明顯的節能降耗的作用，降低了熱泵系統的使用成本。

新風降低了烘干車間內的濕度，采用本發明，能夠通過加熱后的新風迅速烘干物料，同時熱泵系統十分節能，使本發明兼具迅速烘干物料的功能和節能降耗、無污染的優點，具有良好的推廣應用前景。

目前熱泵設備受熱泵特點限制，在較低環境溫度中熱泵制熱量和能效比均比較低，限制了其在寒冷地區（如我國東北地區）的應用。本發明只有在初始啟動時使用環境氣體吸收蒸發器散發的冷量，正常運行過程中一直采用溫度較高的排濕風吸收蒸發器散發的冷量，因此正常運行時，環境溫度對本發明中熱泵系統的運行效率影響很小，使本發明相比正常的熱泵系統具有了更廣泛的適應性，能夠在較為寒冷的地區依然保持較高的能效比，具有廣泛的環境適應性。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中熱泵系統的原理示意圖。

具體實施方式

圖1和圖2中箭頭所示方向為該處運動物（水或空氣或制冷劑或掛面）的流動（運動）方向。

如圖1和圖2所示，本發明的熱泵型掛面干燥設備包括烘干車間1和熱泵系統，烘干車間1底部設有用于懸掛并輸送掛面2的掛面輸送線3，烘干車間1內于掛面輸送線3上方沿掛面輸送線3的長度方向設有水平盤繞設置的水暖翅片管4，水暖翅片管4連接有循環回水管5和循環供水管6，水暖翅片管4的上方沿水暖翅片管4的長度方向均勻間隔設有若干吊扇7，各吊扇7均連接在烘干車間1的頂壁上；烘干車間1于各吊扇7處的烘干車間頂壁或各吊扇7處的烘干車間側壁頂部設有與外界空氣相通的烘干車間1進風口；在烘干車間或其它建筑物的頂壁或者側壁上開設進風口是本領域常規技術，圖未示所述烘干車間1的進風口。

烘干車間1底部沿所述掛面輸送線3的長度方向設有排濕進風管8，排濕進風管8上均勻間隔開設有若干與烘干車間1相連通的排濕風口9；排濕進風管8的中部連接有排濕出風管10，排濕出風管10向上伸出烘干車間1并連接有廢熱回收室11；

所述熱泵系統包括板式換熱器12和通過制冷劑管路28循環連接的壓縮機13、膨脹閥14和蒸發器15，所述板式換熱器在熱泵系統中作為冷凝器并連接在壓縮機13和膨脹閥14之間的制冷劑管路28上，板式換熱器12的殼體上設有循環水進口17和循環水出口18；所述熱泵系統設有兩套以上；

所述各熱泵系統的板式換熱器12并排間隔設置于一壓機室內，以循環水的流動方向為前向，相鄰兩個板式換熱器12中，位于后方的一個板式換熱器12的循環水出口18通過熱水管路29連接其前方的一個板式換熱器12的循環水進口17；最后方的板式換熱器12的循環水進口17連接所述循環回水管5，最前方的板式換熱器12的循環水出口18連接所述循環供水管6，循環供水管6上設有循環泵19；水暖翅片管4的進水口連接循環供水管6，水暖翅片管4的出水口連接循環回水管5；

所述廢熱回收室11呈長條筒狀，所述各熱泵系統的蒸發器15并排間隔設置于所述廢熱回收室11內；以氣流方向為前向，各蒸發器15后方和前方的廢熱回收室11均設有空腔段20；以氣流的方向為前向，所述廢熱回收室11由前至后間隔設有Ｎ個蒸發器15和Ｎ+1個所述的空腔段20，Ｎ為自然數；由前至后，最前方的空腔段20為第一個空腔段20，向后依次為第二個至第Ｎ個空腔段20；從由前至后第三個空腔段20開始，第三個空腔段20以及其后的所有奇數位的空腔段20的側壁均連接有一啟動風機21，各啟動風機21的進風口處均設有連接啟動風機21和空腔段20的第一風閥22；從由前至后第二個空腔段20開始，第二個空腔段20以及其后的所有偶數位的空腔段20上均設有連通空腔段20和大氣的第二風閥23；

所述各蒸發器15的周向外壁均與廢熱回收室11的內壁相連接，從而保證風全部通過蒸發器，而不會繞過蒸發器15。所述廢熱回收室11一端連接有排風管24且其另一端連接所述排濕出風管10；排風管24上設有用于將氣體抽出廢熱回收室11的工作風機25。

循環泵19進水口處的循環供水管6上設有水箱26，循環供水管6與水箱26底部相連通；水箱26上設有壓力表，排濕出風管10上設有用于監測排濕風的溫度的溫度傳感器。壓力表和溫度傳感器均為常規部件，圖未示。

由于水箱26中能夠具有一定液位，能夠保證循環泵19由水箱26底部的抽出的全部是水，而不包含氣體，因此能夠防止液擊現象，保證系統平穩運行。當然，水箱26及壓力表的設置，也便于觀察系統內的水壓，保證系統內水量充足。所述廢熱回收室11的底部連接有凝結水排水管27，凝結水排水管27能夠將工作中熱濕空氣（排濕風）在蒸發器15處凝結的冷凝水排出。

其中，掛面輸送線3、水暖翅片管4、吊扇7、熱泵系統各部件、循環泵19、工作風機25和啟動風機21等均為現有技術，具體結構不再詳述。

本發明還公開了使用上述熱泵型掛面干燥設備干燥掛面的方法，依次按以下步驟進行：

第一步驟是啟動步驟；先打開第一風閥22和各第二風閥23，然后打開工作風機25和各啟動風機21；然后啟動循環泵19，打開各吊扇7，并根據實際工作負荷（實際工作負荷由待烘干掛面的數量和掛面輸送線3的運行速度決定）打開相應數量的熱泵系統（即啟動相應數量的熱泵系統的壓縮機13）；此時，每一第二風閥23處的外界空氣通過第二風閥23被吸入空腔段20，形成氣流，空腔段20中的氣流向兩側流動并分別通過一個蒸發器15后，再通過第一風閥22和啟動風機21排出；這樣，氣流僅需要通過一級蒸發器15即排出，僅需要吸收一個蒸發器15散發的冷量，因此能夠防止氣流串聯式依次通過各級蒸發器15所導致的蒸發器15結霜等不良工況。此時，工作風機25和啟動風機21形成的負壓通過排濕出風管10和排濕進風管8作用于烘干車間1內，外界空氣由各烘干車間1進風口進入烘干車間1，并在各吊扇7的吹風作用以及工作風機25和啟動風機21的抽吸作用下在排濕出風管10和排濕進風管8內形成排濕風；循環泵19驅動循環水在板式換熱器12、熱水管路29、循環供水管6、水暖翅片管4和循環回水管5之間循環流動，將板式換熱器12中的熱量帶至水暖翅片管4處，進而加熱吊扇7向下吹送的氣流；

第二步驟是進入正常運行；第一步驟運行一段時間后，待排濕風的溫度達到預定范圍（根據實際掛面的數量、速度、預定干燥程度等確定排濕風的溫度范圍是本領域技術人員的常規能力，此處不再給定特定的溫度值）后，關閉啟動風機21、第一風閥22和各第二風閥23；此時，在工作風機25的抽吸作用以及各吊扇7的吹風作用下，外界空氣由烘干車間1進風口進入烘干車間1，通過水暖翅片管4時得到加熱形成熱風；熱風在通過掛面輸送線3時將懸掛在掛面輸送線3上的掛面加熱，掛面蒸發出來的濕氣混合入熱風形成排濕風；排濕風通過排濕風口9進入排濕進風管8，并沿排濕出風管10進入廢熱回收室11，在廢熱回收室11內，排濕風依次通過各蒸發器15后由工作風機25排放入環境中；熱泵系統通過壓縮機13的運行，不斷將冷量散發至廢熱回收室11并由排濕風帶走，同時不斷將熱量送至板式換熱器12中由循環水帶至烘干車間1；

排濕風吸收蒸發器的冷量時溫度降低，其內含有的水蒸汽凝結成水后，通過凝結水排水管27排出廢熱回收室。

熱泵系統、循環泵19、工作風機25、各吊扇7以及掛面輸送線3同時工作，形成穩定的正常工作狀態，待干燥的掛面隨著掛面輸送線3源源不斷地通過烘干車間1并得到干燥；

第三步驟是關機步驟；需要停止干燥掛面、或者需要停機檢修時，關閉熱泵系統、循環泵19、工作風機25、各吊扇7以及掛面輸送線3，停止系統運行。

本發明中，各部件的開關優選通過電控裝置來自動控制，也可以人工手動操作。

當工況不佳時，如蒸發器15的換熱效率較低時，蒸發器15的冷量不能對外有效散發，從而使蒸發器15內的制冷劑維持在較低的溫度。本領域技術人員公知，制冷劑的溫度與壓力具有正相關性，制冷劑溫度較低時，其壓力也較低；壓縮機13吸氣口的壓力低于壓縮機13排氣口的壓力。因此，在蒸發器15工況不佳時，壓縮機13的吸氣口和排氣口壓差很大，壓縮機13功率上升，較為耗電。

本發明中，板式換熱器在熱泵系統中充當冷凝器，為循環熱水提供熱量。其他可提升熱水溫度的換熱器（殼管式換熱器、套管式換熱器等）屬于等同替換，也在本發明的權利要求范圍當中。

本發明中，通過使蒸發器15吸收排濕風中的廢熱，改善了熱泵系統中蒸發器15處的工況，提高了壓縮機13吸氣口的壓力。壓縮機13的吸氣口和排氣口的壓力差較小，大大減小了壓縮機13的實際功率，大幅節約了能源。

以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。