一種多效熱量循環(huán)利用干燥裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置。裝置中有2個以上獨立的干燥箱體，各箱體內(nèi)的溫度從高到低依次排列，被干燥物料放置在各箱體內(nèi)；溫度值相鄰的每兩個箱體之間有一個顯熱換熱器，高溫側(cè)箱體中的氣體通過高溫風(fēng)道流過顯熱換熱器被降溫除濕釋放熱量后流回高溫側(cè)箱體，水蒸氣的冷凝水被排出，低溫側(cè)箱體中的流體通過低溫流體通道流過顯熱換熱器吸收熱量升溫后流回低溫側(cè)箱體，此過程中高溫側(cè)箱體內(nèi)空氣中的部分水蒸氣的潛熱被轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏貍?cè)箱體中的顯熱。最高溫箱體中有換熱器或加熱器，最低溫箱體上有出風(fēng)管道。裝置中的N個箱體可實現(xiàn)N?1次的熱量在水蒸氣的潛熱和空氣的顯熱之間的傳遞轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)熱量的多次循環(huán)利用，結(jié)合熱泵技術(shù)，提高能源的利用率和干燥效果十倍以上。
【專利說明】
一種多效熱量循環(huán)利用干燥裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種干燥裝置，尤其是一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置。應(yīng)用范圍為:各種物料的脫水、干燥、烘干，物料包括糧食、木材、紙張、布料、食品、各類工農(nóng)業(yè)原料及產(chǎn)品、污水處理產(chǎn)生的污泥等。
【背景技術(shù)】
[0002]物料干燥烘干的種類范圍極其廣泛且數(shù)量巨大，全社會用于物料干燥烘干的能耗非常巨大。有資料表明，發(fā)達國家用于物料干燥烘干的能耗占社會總能耗的7%_15%之間，平均為12%?，F(xiàn)在中國的年發(fā)電量約為6萬億度，如以用于烘干的電能耗為總發(fā)電量的8%估算，則每年用于電加熱烘干的全國的電力能耗為5千億度，相當(dāng)于6個長江三峽電站的發(fā)電量;同時用于烘干的煤炭燃?xì)獾热剂弦彩且粋€極其龐大的數(shù)量。
[0003]如在造紙行業(yè)，中國一年紙張產(chǎn)量約I億噸，紙張在烘干階段的總脫水分量大概也是I億噸，需要消耗約2億噸的蒸汽;紡織產(chǎn)業(yè)，中國的年布匹產(chǎn)量約為700億米，在筒子紗染色后、布匹染色后、牛仔布的洗水、服裝成衣洗滌后都需要烘干，所以紡織服裝行業(yè)的年烘干脫水量也在I億噸以上；中國的糧食產(chǎn)量約為5億噸，糧食的烘干水分在20%左右，干燥脫水量也在I億噸左右；中國每年城市污水處理產(chǎn)生的含80%水分的污泥約4000萬噸，需要脫水量約3000萬噸;其它如陶瓷泥胚，飼料，木材，泥煤，蔬菜，干果，加工類食品，各種工業(yè)原料等等，烘干脫水的數(shù)量都是非常龐大的。
[0004]傳統(tǒng)的物料干燥除濕一般是用電或燃料以加熱方式進行的。是利用熱量把被烘干物中的水分蒸發(fā)出來，然后把水蒸氣帶走。所耗費的熱量只利用一次，而且在把被烘干物中水分蒸發(fā)出來的時候，必須的要加熱周圍的空氣，并在排出高濕度氣體中水分的時候，將高溫的氣體一起排出。所以用加熱方式把被烘干物料中的蒸發(fā)出來并排走的方法，熱量的利用率較低，一般在50%以下。
[0005]在常規(guī)加熱干燥方式中，有時也將引入的新風(fēng)和排出的高溫高濕氣體進行熱交換。但空氣的比熱很小，如果引入的新風(fēng)和排出的高溫高濕氣體的流量相等，新風(fēng)不能吸收或只吸收極小比例的排出的高溫高濕氣體中水蒸氣的潛熱。排出的高濕度氣體的水蒸氣中大量的潛熱被浪費。
[0006]熱栗烘干技術(shù)是利用電的能量，用熱栗裝置將熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩摧斔蜔崃康募夹g(shù)，一份電可以輸送幾份熱，相比一般的電加熱烘干可以節(jié)約50%以上的能耗，同時可以兼有冷凝器加熱和蒸發(fā)器除濕的雙重效果，是未來烘干技術(shù)的發(fā)展方向。
[0007]本人以前的專利:一種熱量循環(huán)式熱栗烘干裝置的運行模式和結(jié)構(gòu)。在一般的熱栗烘干技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了升溫模式，即熱栗烘干裝置先從外部大氣空氣中吸取熱量使烘箱內(nèi)空氣溫度和絕對濕度升高，再轉(zhuǎn)入熱量循環(huán)除濕模式；同時在熱量循環(huán)除濕模式中使冷凝風(fēng)量為蒸發(fā)風(fēng)量的2倍以上。上述專利技術(shù)，能使SMER(S卩I度電的除水量)值達到4-6，比常規(guī)的加熱烘干和普通熱栗烘干技術(shù)在節(jié)能程度有了本質(zhì)性的提高。
[0008]但是從更進一步的分析可以看出:被烘干的物料中的水分是液態(tài)水，在烘干過程中物料中的水分被蒸發(fā)出來變成水蒸氣要吸收熱量，如再把水蒸氣冷凝為液態(tài)水則會釋放熱量;如有辦法回收水蒸氣中的潛熱，并使水蒸氣冷凝為液態(tài)水排走，則被烘干物料中的水分起始狀態(tài)是液態(tài)，被排走時的終了狀態(tài)也是液態(tài)，則整個過程中被消耗和帶走的熱量是很少的。如能用簡單而耗能少的方式使水蒸氣在冷凝為液態(tài)水釋放的潛熱變?yōu)轱@熱再用于被烘干物料中水分的蒸發(fā)，使熱量在水蒸氣的潛熱和空氣的顯熱之間多次重復(fù)轉(zhuǎn)換，使熱量得到循環(huán)利用，則有可能進一步降低能耗，使單位能耗的除水量即SMER大幅度提高。
[0009]參考海水淡化工藝中的低溫多效蒸餾技術(shù)和制糖工藝中的糖漿多效蒸餾脫水技術(shù)，可以較好的說明多效蒸餾的原理；上述兩種工藝的原理基本相同，只是應(yīng)用領(lǐng)域不同。海水淡化的低溫多效蒸餾裝置和運行方法大致如此:裝置中有N個獨立的腔體，從腔體I到腔體N內(nèi)的溫度和壓力依次從高到低，把熱量輸入最高溫度(約70°C)的腔體I，腔體I中氣壓低于大氣壓，海水在腔體內(nèi)吸收外加的熱量(一般為蒸汽冷凝釋放的熱量)并蒸發(fā)，新產(chǎn)生的水蒸氣被引入安置在腔體2的換熱器的換熱管中；腔體2中的溫度和壓力都低于腔體1，所以海水的沸點溫度低于腔體I內(nèi)的海水的沸點溫度，腔體2中海水淋到換熱器的換熱管的外表面吸收熱量并蒸發(fā)為水蒸氣，換熱管中的水蒸氣冷凝為液態(tài)淡水并釋放熱量;腔體2和腔體3的關(guān)系類似于腔體I和腔體2的關(guān)系;每兩個相鄰的腔體都有一個換熱器，高溫側(cè)腔體中的水蒸氣在換熱管內(nèi)冷凝為液態(tài)水并釋放熱量，低溫側(cè)腔體中海水在換熱管外表面蒸發(fā)并吸收熱量，并把兩個相鄰腔體構(gòu)成的一個海水蒸發(fā)與水蒸氣冷凝的熱量交換的裝置或過程稱為一效。這樣輸入到腔體I中的熱量被重復(fù)利用了N次，N為幾到十幾，I噸蒸汽能生產(chǎn)幾噸至十幾噸的淡水;如果整個裝置中有N個腔體，則該裝置稱為N效海水蒸餾淡化裝置。
[0010]如在干燥裝置中，仿照海水淡化的低溫多效蒸餾技術(shù)，設(shè)置多個獨立干燥箱體，被烘干物料放置在個箱體中；各箱體的溫度從高到低依次排列，溫度值相鄰的兩個箱體之間安裝一顯熱交換器，高溫側(cè)箱體內(nèi)的氣體中有水蒸氣在顯熱換熱器中冷凝為液態(tài)水并釋放出潛熱，低溫流體在顯熱換熱器中吸收高溫側(cè)箱體氣體中水蒸汽冷凝時所釋放的潛熱而升溫并將熱量帶回到低溫側(cè)箱體中，作為低溫箱體的熱源，這里所指的低溫流體可以是氣體一般為空氣，也可以是液體且一般就是水。因高低溫氣體進行熱交換的功耗就是風(fēng)機和水栗的功耗，而風(fēng)機和水栗的功耗很小，風(fēng)機和水栗的能耗量與熱量交換量相比不到1/20，這樣在溫度值相鄰的兩個箱體之間，實現(xiàn)了很低能耗的潛熱與顯熱之間的轉(zhuǎn)換，高溫箱體中的水蒸氣潛熱轉(zhuǎn)化為低溫箱體中的顯熱熱源，外界輸入的熱量被多次重復(fù)循環(huán)利用，可極大的提尚能源的使用效率。
[0011]需要說明的是所述的顯熱換熱器是相對于全熱換熱器的概念而言的，本專利中的顯熱換熱器指的是高低溫流體之間的隔膜把高低溫流體完全隔離，高低溫流體之間只能進行熱量的傳遞交換而沒有質(zhì)量的交換，因此不表示在熱交換的過程中高溫氣流內(nèi)不發(fā)生水蒸氣冷凝為液態(tài)水所釋放的潛熱傳遞轉(zhuǎn)換成低溫流體的顯熱;而與顯熱交換器相對的所謂全熱換熱器的含意是指高低溫流體之間不光有熱量的交換，還有物質(zhì)尤其是水分的交換，一般是用于新風(fēng)系統(tǒng)中，高低溫流體之間的隔膜不是完全隔離的，隔膜一般是所謂的濕簾紙，水分可以滲透過濕簾構(gòu)成的隔膜在高低溫氣流之間傳遞。
[0012]I度電轉(zhuǎn)換成的熱量為3600KJ，1公斤液態(tài)水蒸發(fā)所需的熱量大約為2400KJ，即水的蒸發(fā)潛熱比為2400KJ/公斤，同時空氣的比熱約為IKJ/公斤。C，水蒸汽的比熱為1.8KJ/KG0C。以下相關(guān)計算時，以這上述系數(shù)為基本參照值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，結(jié)合以上分析，并參照海水淡化中的低溫多效蒸餾技術(shù)，提供一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，使熱量得到多次循環(huán)利用，成倍的提高能源利用率，節(jié)能效果極其顯著。
[0014]為此，本發(fā)明采取如下方案:一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，包括熱源、干燥箱箱體、風(fēng)機、風(fēng)道等。其特征在于裝置中有N個相互獨立的箱體，N大于等于2，被干燥物料放置在各箱體內(nèi)；序號從I到N的箱體內(nèi)部的空氣溫度依次單向遞減，序號為I的箱體稱為箱體I;序號相鄰的箱體I和箱體1+1之間有顯熱換熱器I;箱體I有高溫風(fēng)道使箱體內(nèi)氣體流經(jīng)顯熱換熱器I釋放熱量后回到箱體I，箱體1+1有低溫流體通道連通顯熱換熱器，低溫通道內(nèi)的流體從箱體1 + 1流出經(jīng)過顯熱換熱器I吸收熱量后回到箱體1+1內(nèi)，所述低溫流體通道中的流體可以是水也可以是空氣；箱體I及其上的高溫風(fēng)道和風(fēng)道上的風(fēng)機、箱體1 + 1及其上的低溫流體通道和通道上的風(fēng)機或水栗、顯熱換熱器I共同組成所謂的第I效換熱凝水組件，整個干燥裝置含有N-1效的換熱凝水組件;每一效換熱凝水組件中所述的高溫風(fēng)道中氣流在顯熱換熱器中所釋放的熱量必須包含水蒸氣冷凝為液態(tài)水所釋放的潛熱，如所述低溫流體通道中的流體為氣體，則低溫流體通道中的氣流流量大于所述高溫風(fēng)道中的氣流流量，所述顯熱換熱器上有排水裝置將水蒸氣的冷凝水排出；箱內(nèi)溫度最高的箱體I內(nèi)腔中安裝有散熱器或加熱器，所述散熱器或加熱器能將熱源提供的熱量釋放到箱體I的內(nèi)腔中；箱體N上有出風(fēng)管道使箱體N內(nèi)部空氣中的水蒸氣被排空到大氣中或被冷凝為液體水并排出箱體N。
[0015]本發(fā)明的基本思想即為:將前一級箱體內(nèi)的高溫高濕空氣在顯熱換熱器中與低溫通道中的流體進行熱交換并將熱量傳遞到后一級箱體中，使高溫高濕空氣中的部分水蒸氣冷凝為液態(tài)水，釋放的潛熱即作為后一級箱體的顯熱來源，高溫高濕氣體降溫除濕后回到前一級箱體內(nèi)，使前一級箱體內(nèi)空氣中的水分被連續(xù)除去，后一級箱體連續(xù)的輸入熱量，前后兩個箱體和對應(yīng)的顯熱換熱器組成一效換熱凝水組件，依次類推，裝置中有N個箱體共構(gòu)成N-1效換熱凝水組件，輸入最前面的溫度最高的箱體內(nèi)的熱量共被反復(fù)利用了 N次，相比傳統(tǒng)的干燥烘干方式從根本上提高能源的利用率。本裝置與海水淡化中的低溫多效蒸餾技術(shù)有以下顯著的區(qū)別，一:顯熱換熱器中水蒸氣冷凝為液態(tài)水時釋放的潛熱被低溫通道中的流體吸收，低溫通道中的流體不產(chǎn)生水體蒸發(fā)，而只是將吸收的熱量傳遞到低溫側(cè)的箱體中，再用于被烘干物的水分的蒸發(fā)，而在海水淡化的低溫多效蒸餾技術(shù)中低溫海水吸收熱量后直接產(chǎn)生水蒸氣;二:所有的工作過程均在常壓或準(zhǔn)常壓下進行，而不是在負(fù)壓下進行;三:在換熱器中來自高溫側(cè)箱體的氣體中的水蒸氣只有50%以下的部分被冷凝為液體水，未被冷凝的水蒸氣又重新回流到高溫側(cè)箱體中，而在海水淡化的低溫多效蒸餾技術(shù)中輸入到換熱器中的水蒸氣不再回到高溫側(cè)箱體中；四、高溫風(fēng)道的氣體中水蒸氣的重量比例在80%以下，在箱體溫度低于50°C的時，高溫風(fēng)道的氣體中水蒸氣重量所占的比例在10%以下，而在海水淡化的低溫多效蒸餾技術(shù)中輸入到換熱器中的氣體的水蒸氣重量所占比例始終在95%以上。所以本專利技術(shù)是與海水淡化的低溫多效蒸餾技術(shù)有類似但完全不同的方案。
[0016]下面通過一具體例子來分析所述裝置的工作原理及具體過程:假設(shè)低溫通道是風(fēng)道，通道內(nèi)的流體是空氣；同時在顯熱換熱器中，高低溫氣體逆向流動，換熱比較充分，這樣能保證低溫風(fēng)道中的氣體流過顯熱換熱器后的回風(fēng)溫度約為高溫側(cè)箱體中氣體的露點溫度減去2°C ο系統(tǒng)中共有4個獨立箱體，箱體I內(nèi)的溫度為700C，箱體2的為55°C，箱體3的40°C，箱體4的25°C，相對濕度均為75% ;箱體1、箱體2、其間的顯熱換熱器I和高低溫風(fēng)道及風(fēng)機組成第I效換熱凝水組件，箱體I內(nèi)的空氣溫度是70°C，空氣的相對濕度是75%，則I公斤干空氣中的水分為0.75*281.8 = 211.5克，露點溫度約為65°C，箱體I內(nèi)的氣體從高溫風(fēng)道出風(fēng)管流出經(jīng)過顯熱換熱器I后冷卻到62°C，再經(jīng)高溫風(fēng)道回風(fēng)管流回箱體I內(nèi)；62°C的I公斤干空氣的飽和含水量約為173.5克，在換熱器I中來自箱體I內(nèi)的I公斤干空氣中水蒸氣冷凝成液態(tài)水的重量約為211.5-173.5 = 38克，相應(yīng)的釋放潛熱約為38*2.4 = 91.2KJ，釋放顯熱的量約為(1+0.21*1.8)*(70-62) = 11耵，總釋放熱量約1021^;箱體2內(nèi)的空氣溫度是550C，相對濕度為75 %，I公斤干空氣包含水分為116*0.75 = 87克，箱體2內(nèi)氣體從低溫風(fēng)道出風(fēng)管流出經(jīng)過顯熱換熱器I后，溫度升高到63°C(比箱體I內(nèi)空氣的露點溫度低2度)，相對濕度降低到約48%，再經(jīng)低溫風(fēng)道回風(fēng)管回到箱體2內(nèi)，I公斤干空氣共吸收熱量=(1+0.087*
1.8)*(63-55)= 8.7KJ。這樣箱體I中的氣體經(jīng)過顯熱換熱器I后I公斤干空氣釋放總熱量102KJ，除去水分38克，把其中91.2KJ的水蒸氣潛熱轉(zhuǎn)換成箱體2中空氣的顯熱，可用于蒸發(fā)箱體2中被烘干物料的水分；箱體2中的氣體經(jīng)過顯熱換熱器后I公斤干空氣吸收熱量8.7KJ;因為高溫氣體釋放的熱量就是低溫氣體吸收的熱量，所以可以大致推導(dǎo)出，進入換熱器I的低溫風(fēng)道的氣流量與高溫風(fēng)道中的氣流的干空氣重量之比約為102/8.7 = 11.7，考慮到高溫高濕的空氣比重較小的因素，實際的低溫風(fēng)道的氣流量/高溫風(fēng)道中的氣流的體積流量之比為11左右。類似的，箱體2、箱體3、其間的顯熱換熱器2和高低溫風(fēng)道組成第2效換熱凝水組件，因為箱體2內(nèi)的空氣溫度是55°C，空氣的相對濕度是75%，則I公斤干空氣中的水蒸氣為0.75*116.3 = 87.2克，露點溫度約為50 °C，箱體2內(nèi)的氣體從高溫風(fēng)道出風(fēng)管流出經(jīng)過顯熱換熱器2后冷卻到46°C，再經(jīng)高溫風(fēng)道回風(fēng)管流回箱體2內(nèi)；而46°C的I公斤干空氣的飽和含水量約為69.8克，I公斤干空氣中水蒸氣冷凝出水分約為87.2-69.8 = 17.4克，相應(yīng)的釋放潛熱約為17.4*2.4 = 41.8KJ，釋放顯熱的量約為(1+0.087*1.8)*(55-46)=10.4KJ，總釋放熱量約52.2KJ;箱體3內(nèi)的空氣溫度是40°C，相對濕度為75%，I公斤干空氣包含水分為49.5*0.75 = 37.13克，箱體3內(nèi)氣體經(jīng)過顯熱換熱器2后，溫度升高到48°C，相對濕度降低到約48%，再經(jīng)低溫風(fēng)道回風(fēng)管回到箱體3內(nèi)，I公斤干空氣吸收熱量=(1+0.037*
1.8)*(48-40)=8.5KJ。這樣箱體2中的氣體經(jīng)過顯熱換熱器2后I公斤干空氣中的水蒸氣被冷凝除去水分17.4克，共釋放熱量52.2KJ，把其中的41.8KJ的水蒸氣潛熱轉(zhuǎn)換成箱體3中空氣的顯熱；箱體3中的氣體經(jīng)過顯熱換熱器后I公斤干空氣吸收熱量8.5KJ;可以推導(dǎo)出，低溫風(fēng)道的氣流量與高溫風(fēng)道中的氣流的干空氣重量之比約為52.2/8.5 = 6.1,考慮到溫度和濕度對空氣比重的影響，氣流的體積之比應(yīng)為5.5左右。第3效的工況也類似，箱體3內(nèi)的溫度為40 °C，箱體4內(nèi)的溫度約為25°C，高低溫氣流在顯熱換熱器3中進行熱量交換，高溫風(fēng)道中氣體的露點溫度約為35°C，經(jīng)過顯熱換熱器后的回風(fēng)溫度為29°C，1公斤干空氣中的冷凝水量為49.5*0.75-26 = 11.1克，則每公斤的高溫干空氣中釋放的潛熱為26.64KJ，顯熱為(1+0.037*1.8)*11 = 11.7KJ，釋放的總熱量為38.34KJ，低溫風(fēng)道的出風(fēng)溫度為25°C，回風(fēng)溫度33°C，1公斤低溫干空氣吸收的熱量為(1+0.015*1.8)*(33-25)=8.22KJ，低溫氣流與高溫氣流的干空氣重量之比約為38.34/8.22 = 4.66,考慮溫濕度的影響，低溫風(fēng)量/高溫風(fēng)量實際比值約為4.4。在箱體4中，有一出風(fēng)管道，箱體4中的氣體可從所述的出風(fēng)管道流出，如干燥裝置中有熱栗系統(tǒng)，則出風(fēng)管道中的氣流即為熱栗系統(tǒng)的蒸發(fā)器的進風(fēng)，箱體4中的氣體流過蒸發(fā)器釋放顯熱和潛熱，降溫除濕后再回到箱體4中或排空進入大氣；如果干燥裝置中沒有熱栗系統(tǒng)，可以安裝一附加顯熱交換器，使出風(fēng)管道中的氣體與流入箱體4的新風(fēng)進行熱量交換，箱體4中的氣體經(jīng)所述出風(fēng)管道流過所述附加顯熱交換器釋放熱量后排空進入大氣。假設(shè)干燥裝置的總的箱體數(shù)為4個，這樣輸入到箱體I中的熱量在4個箱體內(nèi)均被利用一次，共被利用了 4次，所以能源的利用效率得到了成倍的提高。如果箱體I內(nèi)的溫度能提高到80°C以上，各箱體內(nèi)的相對濕度在85%以上，前后兩級箱體內(nèi)的空氣溫差可減小到12°C，大氣環(huán)境溫度在20°C以下，則熱量的重復(fù)利用次數(shù)能達到6次，能源利用效率再進一步提尚O
[0017]在上述4個箱體的干燥裝置例子中，輸入到箱體I的熱量又通過顯熱換熱器I輸入到箱體2中，箱體I中輸入的熱量被用于水分蒸發(fā)的比例即為第一效的高溫風(fēng)道中氣體在顯熱換熱器I中釋放的熱量中潛熱的比例為91.2/102 = 0.894，顯熱部分未用于箱體I中的水分蒸發(fā)即直接輸入箱體2;類似的在箱體2中，輸入的熱量用于水分蒸發(fā)的比例即為第二效中潛熱的比例為41.8/52.2 = 0.8;箱體3中用于水分蒸發(fā)的比例即第三效中潛熱的比例為26.64/38.34 = 0.69。輸入箱體4的熱量用于水分蒸發(fā)的比例需分兩種情況分別計算:如果是箱內(nèi)空氣直接排空，必有同等體積的新風(fēng)進入箱體4，這樣箱體4內(nèi)每公斤干空氣排空到大氣所帶來的顯熱損失量即為箱體內(nèi)空氣溫度減去進入箱內(nèi)的新風(fēng)溫度乘以比熱，排出的潛熱量即為箱內(nèi)的每公斤干空氣中水分減去大氣的每公斤干空氣中的水分乘以水的蒸發(fā)潛熱比，如大氣溫度為20°C，相對濕度為60 %，則每公斤干空氣損失的顯熱約為5.1KJ，水蒸氣帶走的潛熱為(20.36*0.75-14.9*0.6)*2.4 = 15.19KJ，潛熱的比例為0.75，該潛熱比例隨大氣的溫度和相對濕度而有所改變;如果箱體4內(nèi)的氣體不是直接排空，而是流過熱栗系統(tǒng)的蒸發(fā)器降溫除濕后再回到箱體4，一般是將蒸發(fā)器的出風(fēng)溫度控制在箱體4內(nèi)的氣體露點溫度再減5度，本例子中蒸發(fā)器出風(fēng)溫度即為15°C，則此時的每公斤干空氣釋放的顯熱約為10.2KJ，潛熱為(20.36*0.75-10.8)*2.4 = 10.73KJ，所以潛熱比例為0.51;如箱體4內(nèi)的氣體流過熱栗系統(tǒng)的蒸發(fā)器降溫除濕排空，同時同等量的新風(fēng)進入箱體4，則每公斤干空氣的失去顯熱為箱內(nèi)溫度減大氣溫度所帶來的約5.1KJ，水蒸氣帶走的潛熱為(20.36*
0.75-14.9*0.6)*2.4 = 15.19KJ，潛熱的比例也為0.75。所以在箱體4內(nèi)氣體排空的工況下，外界熱源輸入的熱量在裝置中總的利用倍數(shù)是0.894+0.8+0.69+0.75 = 3.134；箱體4內(nèi)的氣體在熱栗蒸發(fā)器中降溫除濕后再回到箱體4內(nèi)的工況下，外界熱源輸入的熱量在裝置中總的利用率是0.894+0.8+0.69+0.51 = 2.894。而普通的加熱烘干，熱量利用率只有0.5以下，所以節(jié)能的效果是極其可觀的。
[0018]如果在所述的換熱凝水組件I的高溫風(fēng)道上安裝一所謂的附加顯熱換熱器，使高溫側(cè)箱體的高溫風(fēng)道中的出風(fēng)和回風(fēng)在附加顯熱換熱器中進行熱量交換，則能降低高溫風(fēng)道中進入顯熱換熱器I的氣體溫度，提高相對濕度，最終提高高溫高濕氣體釋放的熱量中的潛熱的比例；同樣道理，在箱體N的出風(fēng)管道上安裝一附加加熱器，使排風(fēng)與新風(fēng)進行熱量交換，或使蒸發(fā)器的進風(fēng)與出風(fēng)進行熱量交換，能減少顯熱的損失，加大排出空氣中潛熱的比例。換一種說法:將高溫側(cè)箱體的顯熱盡量留在高溫側(cè)箱體中，而不是讓它進入低溫側(cè)的箱體中，可以減少熱力學(xué)中的(火用)的損失，或減少熵增，提高系統(tǒng)的效率。以上述4箱體裝置的例子，安裝附加顯熱換熱器后，外界熱源輸入的熱量在裝置中總的利用率可提高10%以上。
[0019]在上述裝置中，在箱體4內(nèi)的氣體直接排空，有附加顯熱換熱器使大氣新風(fēng)和箱體內(nèi)的排出的濕空氣進行熱量交換，箱體4的排空進入大氣的氣體溫度與大氣空氣溫度相差在一般在10°C以內(nèi)，所以相比其它排空高溫高濕氣體的烘干方式，顯熱和熱力學(xué)中的(火用)損失很少。
[0020]在以上4個箱體裝置的例子中，如果熱源是熱栗系統(tǒng)，而且蒸發(fā)器的進風(fēng)是箱體4的25°C溫度，75%的相對濕度的氣體，此時蒸發(fā)器的進風(fēng)溫度和濕度一般都較大氣空氣的高，有較高的焓值，冷凝器的進風(fēng)是箱體I內(nèi)的70 0C的氣體，高低溫差為45 0C，熱栗制熱COP約為3，這樣I度電可以向箱體I輸送3600*3 = 10800KJ的熱量。I公斤水的蒸發(fā)潛熱約為2400KJ，在蒸發(fā)器出風(fēng)回到箱體4的情況下，I度電總共可以脫水10800*2.894/2400= 13公斤；在蒸發(fā)器出風(fēng)排空的情況下，I度電總共可以脫水10800*3.134/2400 = 14.1公斤。相比普通的電加熱烘干I度電脫水0.7公斤，效果提高了約18.6至20.1倍，相比其他熱源方式如燃煤等方式的干燥烘干，也具有極大的能源使用成本優(yōu)勢。如果箱體I的溫度在80度以上，被烘干物的水分容易蒸發(fā)，各箱體內(nèi)的相對濕度在85%以上，則箱體可以增加到6個，換熱凝水組件能達到5效，再安裝附加顯熱換熱器，則熱量的利用倍數(shù)達到4.5以上;使用熱栗作為熱源，一度電干燥脫水量能達到約16公斤以上，即裝置的SMER大于16。
[0021]做為優(yōu)選:
[0022]1、所述的熱源是熱栗系統(tǒng)。
[0023]2、熱栗系統(tǒng)有蒸發(fā)器從最低溫度的箱體N的出風(fēng)管道排出的氣體中吸取潛熱。
[0024]3、熱栗系統(tǒng)有兩個以上的獨立熱栗子裝置組成。
[0025]4、裝置的熱源中至少有一套變頻的熱栗裝置
[0026]5、除了序號為I的最高溫度箱體內(nèi)有換熱器或加熱器外，其他序號的箱體內(nèi)也安裝有換熱器或加熱器。
[0027]6、在同一個箱體內(nèi)有多個換熱器或加熱器。
[0028]7、在裝置中有至少兩種不同種類的熱源。
[0029]8、在所述的換熱凝水組件的高溫風(fēng)道中、箱體N的出風(fēng)管道上安裝有一附加顯熱換熱器，使高溫風(fēng)道的出風(fēng)和回風(fēng)、箱體N的出風(fēng)和進風(fēng)在所述的附加顯熱換熱器中進行熱量交換。
[0030]9、在所述的同一換熱凝水組件上至少有兩個獨立的低溫流體通道，所述低溫流體通道連接同一個顯熱換熱器和同一個低溫側(cè)箱體。
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032]1.本發(fā)明方案的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，相比其他的烘干或干燥方式，使熱量得到多次循環(huán)利用，成倍的提高了能源利用率，節(jié)能效果極其顯著，節(jié)能率在75 % -80 %。對傳統(tǒng)的干燥烘干技術(shù)是革命性的創(chuàng)新。
[0033]2.本發(fā)明裝置結(jié)合熱栗系統(tǒng)，用少量的電能，得到幾倍于電加熱的熱量，在干燥某些易脫水、耐高溫的物料時，可使能源的利用效率比常規(guī)電加熱提高15倍以上。
[0034]3.本發(fā)明方案與熱栗系統(tǒng)相結(jié)合，在箱體N安裝一熱量回收風(fēng)道，箱體N中的氣體流過熱量回收風(fēng)道，被熱量回收風(fēng)道中的熱栗的蒸發(fā)器降溫除濕后再回到箱體N。這樣能使所有干燥箱體與外界完全隔離，使外界的風(fēng)沙、灰塵不能進入到箱體內(nèi)，保證被干燥物的潔凈度與品質(zhì)。如果被干燥物是容易被氧化的，在本發(fā)明方案中，可以在封閉箱體內(nèi)使用惰性氣體，降低被干燥物受氧化的影響。
[0035]4.對某些有揮發(fā)性成分的物料的干燥，能將有利用價值揮發(fā)性的成分留存在各顯熱換熱器和熱栗蒸發(fā)器的冷凝水中，可再提取利用。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖中:1.一號箱體2.二號箱體3.顯然換熱器4.附加顯然換熱器5.高溫風(fēng)道
6.低溫流體通道7.冷凝水排水管8.出風(fēng)管道9.新風(fēng)管道10.N號箱體11.加熱器、換熱器。
[0038]下面通過實施例，進一步闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、功能、優(yōu)點。
[0039]圖1同時作為本發(fā)明的原理示意圖:包括熱源、干燥箱箱體、風(fēng)道、風(fēng)機，裝置中有N個相互獨立的箱體，包括一號箱體1、二號箱體2、N號箱體10。序號從I到N的箱體內(nèi)部的空氣溫度依次單向遞減，序號為I的箱體稱為箱體I;序號相鄰的箱體I和箱體I +1之間有顯熱換熱器3;箱體I有高溫風(fēng)道5使箱體內(nèi)氣體流經(jīng)顯熱換熱器13釋放熱量后回到箱體I內(nèi)，箱體I+ 1有低溫流體通道使通道內(nèi)的流體流經(jīng)顯熱換熱器I吸收熱量后回到箱體1+1內(nèi)，所述低溫流體通道中的流體可以是液體也可以是氣體;箱體I及其上的高溫風(fēng)道5、箱體1+1及其上的低溫流體通道6、低溫通道上的風(fēng)機或水栗、顯熱換熱器13共同組成所謂的第I效換熱凝水組件，整個干燥裝置含有N-1效的換熱凝水組件;低溫流體通道6中的流體如果是氣體，則氣流流量大于所述高溫風(fēng)道5中的氣流流量，顯熱換熱器3上有冷凝水排水管7將水蒸氣的冷凝水排出；箱內(nèi)溫度最高的一號箱體I內(nèi)腔中安裝有散熱器或加熱器U，所述散熱器或加熱器11能將熱源提供的熱量釋放到一號箱體I的內(nèi)腔中；箱體NlO上有出風(fēng)管道8使箱體N內(nèi)部空氣中的水蒸氣被排空到大氣中或被冷凝為液體水并排出箱體N，新風(fēng)管道9連接附加顯熱換熱器4，出風(fēng)與新風(fēng)在附加顯熱器4中進行熱交換。換熱凝水組件的高溫風(fēng)道5和箱體NlO的出風(fēng)管上安裝有附加顯熱換熱器4，附加顯熱換熱器使高溫風(fēng)道中較高溫度的出風(fēng)和較低溫度的回風(fēng)進行熱量交換，也使系統(tǒng)NlO上的較高溫的出風(fēng)與較低溫的進風(fēng)進行熱交換。
[0040]實施例1:太陽能熱栗雙能源的多效糧食干燥裝置
[0041]中國年糧食產(chǎn)量約5億噸，因不能及時干燥所造成的損失在4%_5%，平均每年因此浪費糧食400億斤以上。傳統(tǒng)的涼曬方式存在人工費用高，場地缺乏的問題；即使在有糧食烘干機械的情況下，也存在烘干成本過高，烘干品質(zhì)欠佳的狀況。糧食烘干機械的熱量的利用率等于低于40%，糧食烘干的成本為80-150元/噸，對生產(chǎn)糧食的農(nóng)民而言，烘干成本過高，難以承受；同時因為往往是燃料產(chǎn)生的高溫?zé)犸L(fēng)烘干，進風(fēng)溫度一般在120度以上，有糧食烘糊的現(xiàn)象，對糧食的發(fā)芽率、爆腰率和品質(zhì)產(chǎn)生不利影響；如果是煙氣直接烘干，煙氣中的有害物質(zhì)會污染糧食。
[0042]剛收獲的糧食的含水率一般在25%_30%之間，在極端天氣時含水率低至20%，高至40%，而干燥后可長期存放糧食的含水率在13.5 %左右，所以一般糧食干燥過程的脫水率在10%-30%之間。
[0043]在本實施例中，低溫流體通道為風(fēng)道。為了保證糧食的品質(zhì)，使糧食在較低的溫度下干燥，最高溫箱體內(nèi)的溫度設(shè)置在60°C，相對濕度控制在65 %。干燥裝置中共有三個烘干箱體，熱源配備有太陽能蓄熱裝置和熱栗系統(tǒng)，箱體I內(nèi)的溫度為60°C，相對濕度65%，露點溫度為53 0C，糧食表面溫度約為52°C (相當(dāng)于箱體I內(nèi)的濕球溫度;箱體2內(nèi)溫度為45 V，相對濕度75%，露點溫度和糧食表面溫度均約為40°C ;箱體3內(nèi)溫度30°C，相對濕度60%，露點溫度22°C，糧食表面溫度約為23 °C。
[0044]太陽能蓄熱裝置配置有熱水水箱，水溫在70°C以上。開始時3個箱體均放入待烘干的濕糧食，箱體I放入正常數(shù)量的糧食，箱體2和箱體3中放入比正常數(shù)量少的適量的糧食；箱體I中，熱水通過換熱器向箱體內(nèi)空氣釋放熱量，通過控制釋放熱量的速度，使箱體I內(nèi)的空氣溫度達到60°C溫度和65%的相對濕度濕度，當(dāng)箱體I內(nèi)的空氣達到60°C溫度和65%相對濕度濕度時，先后啟動第1、2效的換熱凝水組件上的風(fēng)機，使高溫側(cè)箱體中氣體的水蒸氣在顯熱換熱器中冷凝釋放熱量并轉(zhuǎn)換成為低溫側(cè)箱體中的顯熱；當(dāng)糧食在箱體I中干燥時間達到設(shè)定值或糧食達到設(shè)定干燥度時，將該部分糧食送入箱體2，并將新的濕糧食放入箱體I;當(dāng)箱體2中的干燥時間達到設(shè)定時間或糧食達到設(shè)定干燥度時，將該部分糧食送入箱體3;當(dāng)箱體3中的糧食達到13.5 %左右的干燥度時，則該部分糧食已干燥完畢，移出箱體3裝袋。
[0045]除了起始和結(jié)束階段，在正常的連續(xù)運行時段，箱體I中的糧食數(shù)量少于箱體2中的，箱體2中的又少于箱體3。糧食在箱體I中干燥時間最短，為3-6小時，視糧食的初始水分而定，為快速脫水階段，脫水量為總脫水量的1/3左右，使糧食的表面快速干燥，能避免糧食發(fā)芽發(fā)霉;糧食在箱體2中的干燥時間為5-10小時，為中速脫水，脫水量為總脫水量的30 % -40 % ;糧食在箱體3中的干燥時間為1小時以上，是慢速脫水和緩蘇并存的階段，當(dāng)箱體3中的糧食達到要求的干燥度時，即可移出箱體3冷卻裝袋。
[0046 ]在正常的連續(xù)運行時段，如太陽能提供的熱量足夠，則熱量全部由太陽能熱源提供。熱量也可由熱栗和太陽能聯(lián)合提供。如部分熱源由熱栗系統(tǒng)提供，則箱體3上的出風(fēng)管道中安裝熱栗的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器吸收箱體3排出的氣體的顯熱和潛熱;箱體3的氣流經(jīng)過蒸發(fā)器后，視大氣的溫濕度不同排空或回到箱體3中；在箱體I中安裝有熱栗的冷凝器，熱栗系統(tǒng)通過冷凝器將熱量釋放到箱體I中；蒸發(fā)器的進風(fēng)溫度為30°C，相對濕度為60%，冷凝器的進風(fēng)溫度為60°(:，高低溫?zé)嵩吹臏夭顬?0°(:，熱栗的制熱(1^在3.5以上。
[0047]每一效換熱凝水組件上的高溫風(fēng)道上安裝有附加顯熱換熱器，高溫風(fēng)道上的出風(fēng)和回風(fēng)在附加顯熱換熱器上進行熱量交換，使高溫風(fēng)道進入各顯熱換熱器I的氣體溫度接近或達到露點溫度，提高高溫側(cè)箱體中氣體在換熱器中釋放的熱量中的潛熱的比例。
[0048]箱體I中，在正常連續(xù)運行階段，熱源輸入的熱量部分用于物料中水分的蒸發(fā)，部分通過顯熱換熱器I以顯熱的形式傳遞到了箱體2。熱量利用率即輸入的熱量用于水分蒸發(fā)的比例，就是在第I效的換熱凝水組件中的顯熱換熱器I中，高溫氣體釋放的熱量中的潛熱比例約為92%，箱體2的熱量利用率即為第2效換熱凝水組件中的顯熱換熱器2中，高溫氣體釋放的熱量中的潛熱比例約為86 % ο箱體3的熱量利用率為蒸發(fā)器吸收熱量中的潛熱的比例約68%，在熱源完全為熱栗供應(yīng)且蒸發(fā)器出風(fēng)回到箱體3的工況下，熱量的利用倍數(shù)為
0.92+0.86+0.68 = 2.46；如大氣環(huán)境濕度較低，蒸發(fā)器的出風(fēng)排空的工況下，熱量的利用倍數(shù)還能有所提高。熱栗系統(tǒng)的制熱⑶P為3.5，所以I度電的總除水量約為2.46*3.5*3600/2400 = 12.9公斤。干燥前的濕糧食含水率平均以30 %計算，干燥后含水率以13.5 %計算，每噸濕糧食除水量約為190公斤，需用電約15度，電價如按0.6元/KWH計算，共9元，相比其它烘干方式的能耗成本，約為10%。這對糧食干燥領(lǐng)域是顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新。而且，本干燥方案受環(huán)境溫濕度的影響很小，適合于各種瑋度地區(qū)和各季節(jié)的糧食干燥?？紤]到各種糧食的不同水分含量，干燥的難易程度，其它的風(fēng)機和傳輸動力裝置的功耗，電價的不同，總體上每噸糧食的干燥電耗應(yīng)該不超過25度，能耗成本在18元以下。
[0049]實施例2:輪轉(zhuǎn)式蒸汽加熱的多效筒子紗的烘干裝置
[0050]紡織業(yè)中的紗線經(jīng)染色清洗后，需要烘干，紗線纏繞在筒子芯上，稱為筒子紗。
[0051]常規(guī)的深顏色的筒子紗一般都用蒸汽加熱的方式烘干，將數(shù)十至數(shù)百個筒子紗安放在保溫的烘箱中，烘箱內(nèi)有蒸汽換熱器，外部蒸汽在換熱器中冷凝為液體水并釋放熱量到烘箱內(nèi)部的空氣中，烘箱內(nèi)部的溫度一般保持在80-90°C，相對濕度在60 %-90 %。烘干過程中不斷將烘箱內(nèi)的高溫高濕度氣體排入大氣，同時引入與排出氣體等量的新風(fēng)。有的場合下，為了回收排出的高溫高濕氣體中的熱量，將引入的新風(fēng)與排出的高溫高濕氣體進行熱交換，但引入空氣的熱比容很小，只能吸收排出的高溫高濕氣體中極少部分的潛熱。一般烘干I公斤筒子紗中的水分，需要2公斤蒸汽，烘干的能耗占整個生產(chǎn)過程的能耗的50%以上。
[0052]運用本發(fā)明方案的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，可以使烘干所需的蒸汽量大幅度減少。
[0053]具體方案如下:本實施例中的低溫流體通道是風(fēng)道;將N個烘箱排列出環(huán)狀，一般N不少于5，每兩個相鄰烘箱之間安裝有顯熱換熱器;每兩個相鄰烘箱、兩烘箱間的顯熱換熱器、高低風(fēng)道組成一效換熱凝水組件，每個烘箱均安裝有蒸汽換熱器、通向大氣的出風(fēng)管道。
[0054]工作過程為:在所有的烘箱內(nèi)裝滿筒子紗，指定某一個烘箱為烘箱I，再指定其中一側(cè)如右側(cè)相鄰的烘箱為烘箱2，再右側(cè)為烘箱3，依次類推。將蒸汽輸入烘箱I中的換熱器，使烘箱I內(nèi)的溫度逐步升高，當(dāng)烘箱I內(nèi)溫度和濕度達到設(shè)定值，啟動第I效換熱凝水組件；當(dāng)烘箱2內(nèi)的溫度濕度達到設(shè)定值，啟動第2效換熱凝水組件，依次類推。當(dāng)烘箱N的溫度濕度達到設(shè)定值后，打開其上的通向大氣的排氣管，排出高濕度氣體，引入低濕度的新風(fēng)。
[0055]如控制方案設(shè)計為各烘箱內(nèi)的相對濕度為80%左右，共5個箱體，烘箱I的溫度為85°C，烘箱2的溫度為72°C，烘箱3的溫度為58°C，烘箱4的溫度為44°C，烘箱5的溫度為30°C ;如大氣環(huán)境溫度濕度較低，可適當(dāng)增加相鄰烘箱內(nèi)溫度的溫差。當(dāng)烘箱I接近完成烘干，筒子紗中水分蒸發(fā)速度減少時，減少烘箱I的換熱器中的蒸汽流量，同時打開烘箱2的換熱器的蒸汽閥門，使整個裝置的熱量輸入保持基本穩(wěn)定。當(dāng)烘箱I內(nèi)的筒子紗完成烘干，將已烘干的筒子紗移出，放入新的濕筒子紗，同時烘箱的序號改為N(N = 5)，其它烘箱的序號各減少I，即烘箱2改為烘箱I，烘箱3改為烘箱2，依次類推，實現(xiàn)一階輪轉(zhuǎn);輪轉(zhuǎn)后，各烘箱按新序號的設(shè)定溫度，即烘箱I的溫度為85°C，烘箱2的溫度為72°C，依次類推，重復(fù)上一階的運行步驟。這樣實現(xiàn)了準(zhǔn)連續(xù)的烘干運行，類似于磚瓦廠的輪窖的運行方式。
[0056]在各高溫風(fēng)道上安裝有附加顯熱換熱器，使高溫風(fēng)道中的出風(fēng)和回風(fēng)在附加顯熱換熱器中進行熱交換，使高溫風(fēng)道中進入各效顯熱換熱器的氣體達到或接近露點溫度。每一效換熱凝水組件的低溫風(fēng)道的風(fēng)量大于高溫風(fēng)道的風(fēng)量。
[0057]在第I效中，進入顯熱換熱器的氣體溫度約為露點溫度81°C，在換熱器中降溫除水后溫度降為79°C，I公斤干空氣中水蒸氣的冷凝水量約75克，釋放潛熱約為75*2.4= 180KJ，顯熱約(1+1.8*.6)*2 = 4KJ，潛熱比例約98% ;第2效中，進入顯熱換熱器的氣體溫度約為露點溫度68°C，在換熱器中降溫除水后溫度降為65°C，I公斤干空氣中水蒸氣的冷凝水量約37.5克，釋放潛熱約為37.5*2.4 = 90町，顯熱約(1 + 1.8*.0.21)*3 = 4.11^，潛熱比例約96% ;第3效中，進入顯熱換熱器的氣體溫度約為露點溫度54°C，在換熱器中降溫除水后溫度降為50°C，I公斤干空氣中水蒸氣的冷凝水量約22克，釋放潛熱約為22*2.4 = 53KJ，顯熱約(1+1.8*.0.11)*4 = 4.8KJ，潛熱比例約92 % ;第4效中，進入顯熱換熱器的氣體溫度約為露點溫度40°C，在換熱器中降溫除水后溫度降為36°C，I公斤干空氣中水蒸氣的冷凝水量約10.2克，釋放潛熱約為10.2*2.4 = 24.5KJ，顯熱約(1+1.8*.0.05)*4 = 4.36KJ，潛熱比例約85% ;假設(shè)大氣溫度為20°C，相對濕度為60%，出風(fēng)管道上安裝有顯熱換熱器，新風(fēng)經(jīng)過顯熱換熱器后的溫度為27°C，則箱體5的每公斤排出氣體的顯熱損失約為3KJ，排出的潛熱為(27.5*0.8-14.9*0.6)*2.4 = 31.3KJ，熱量利用率等于潛熱的比例為91 %。這樣輸入烘箱I中的熱量在5個烘箱中都被利用一次，其利用倍數(shù)=0.98+0.96+0.94+0.85+0.91 = 4.64?？紤]到實際工作過程中，在烘箱I烘干的后期，部分蒸汽輸入到烘箱2中，而且烘箱I轉(zhuǎn)換為烘箱5時有部分能量損失，實際的熱量利用倍數(shù)為4左右。而現(xiàn)有的蒸汽烘干的熱量利用倍數(shù)一般在0.5，相比之下，本專利方案的熱量利用率是原有的8倍，節(jié)能85%以上。
[0058]實施例3:連續(xù)工作的多效干燥裝置。
[0059]在本實施例中，被干燥的物料可以是污泥，泥煤，豬糞，雞糞、淀粉、花朵等物料干燥后為細(xì)顆粒狀或粉末狀或很輕的物料。
[0060]低溫流體通道包括風(fēng)道和水管。
[0061 ]熱風(fēng)烘干時，需要有較高速度的風(fēng)速才能保證烘干效果和速度，但細(xì)顆粒粉末狀的物體很容易被風(fēng)吹跑，要用布袋之類的過濾裝置將粉末狀物料擋住回收，這樣會極大的增加風(fēng)機的功率與功耗，不利于節(jié)能；如果顯熱換熱器積滿粉末狀物體，會影響熱量的傳遞，降低烘干效果，增加能耗。
[0062]因此，本實施例中的低溫流體通道中增設(shè)了水管，在各箱體內(nèi)設(shè)置了一層或多層類似水床的裝置，被烘干物料鋪在水床上，有抄翻裝置使水床上的物料被不斷翻動;低溫流體通道中被加熱的水體流過水床內(nèi)腔，將熱量傳遞給物料，使物料中的水分向物料顆粒的表面迀移并蒸發(fā)到空氣中。本實施例中的低溫流體通道中保留了一個風(fēng)道，低溫側(cè)箱體內(nèi)的空氣經(jīng)過風(fēng)道在顯熱換熱器中吸收熱量升溫后回到低溫側(cè)箱體內(nèi)，使箱體內(nèi)空氣維持在合適的相對濕度值上;風(fēng)道中的氣流吸收的熱量為水管中水體吸收的熱量的幾分之一，低溫側(cè)箱體內(nèi)的空氣流動速度較低，即保證物料表面有氣流流動，又不會將粉狀或細(xì)顆粒的物料吹走。
[0063]裝置中有N-1個隔板把整個烘干空間分割成N個獨立的箱體，隔板可以上下移動使相鄰的箱體之間完全隔離和相互連通，在隔壁向上移動后，相鄰的箱體連通，被烘干物料可以在相鄰的箱體間移動，隔板向下移動，使相鄰的箱體完全隔離;或隔板為固定并使相鄰箱體之間只有極少量空氣能經(jīng)過隔板的縫隙相互流動，被烘干物料可以在相鄰的箱體間移動;有物料輸送帶或輸送裝置，使被烘干物料在各箱體之間單方向連續(xù)傳輸或以一固定時間間隔傳輸一次。
[0064]各箱體前后排列，最前端的箱體為最高溫烘箱，最后端的箱體為最低溫烘箱，從最前端到最后端的各箱體溫度單向遞減。兩個相鄰箱體之間的安裝有顯熱換熱器，高溫側(cè)烘箱中的氣體流經(jīng)高溫風(fēng)道并在顯熱換熱器中降溫除濕并釋放熱量后再回到高溫側(cè)烘箱體，低溫側(cè)烘箱體中的有水管和風(fēng)道，水管中的水體和風(fēng)道中的空氣流經(jīng)顯熱換熱器吸收熱量升溫后回到低溫側(cè)烘箱體，水管中升溫后的水體流入水床的內(nèi)腔，通過傳導(dǎo)將熱量傳遞給被烘干物料，使物料內(nèi)的水分向物料顆粒表面迀移并蒸發(fā);風(fēng)道中空氣升溫后濕度較低，以較低速度吹過物料表面，加快物料表面的水分蒸發(fā)，不使物料表面有水露凝結(jié)。外部熱源向最高溫箱體內(nèi)輸入熱量，最低溫度箱體上有出風(fēng)管道，將箱體內(nèi)的氣體向大氣排空，并吸入新風(fēng)。待烘干的濕物料一般從最前端的最高溫箱體進入并逐漸向最后端的最低溫烘箱體移動，濕物料也可以從最后端烘箱體向最前端的烘箱移動?？梢栽O(shè)定調(diào)節(jié)物料在各箱體內(nèi)的停留時間各不相同，且一般為在高溫箱體中停留時間短，低溫箱體中停留時間長。
[0065]本實施例中的熱源可以是多種熱源單獨使用，或組合使用。對溫度不敏感的物料如沙子、污泥、泥煤、雞糞、褐煤等，用蒸汽做為熱源的，可以將最高溫箱體內(nèi)的溫度設(shè)置在90°C以上，設(shè)置多達5-7效的凝水換熱組件，熱量利用倍數(shù)最高能達到5。如熱源由采用常規(guī)冷媒的熱栗系統(tǒng)提供，則對熱敏和非熱敏的物料均可干燥，箱體I內(nèi)的溫度一般不超過700C，熱量利用率一般在2.5-4之間，熱栗系統(tǒng)制熱COP—般在2.5-4之間，熱栗系統(tǒng)提供熱源時，COP與熱量利用率一般為負(fù)相關(guān)，S卩COP高，則熱量利用率低，反之亦然。一般I度電脫水在12公斤-20公斤之間。
[0066]實施例4:輪轉(zhuǎn)式熱栗多效干衣裝置
[0067]本實施例中低溫流體通道為風(fēng)道。
[0068]常規(guī)的干衣機為蒸汽加熱和電加熱方式，也有利用熱栗原理的熱栗干衣機，當(dāng)前最先進的熱栗干衣機是歐盟的能效等級為A+++，全年的平均SMER約為2.3，S卩I度電能使衣服脫水約2.3公斤。
[0069]本實施例裝置中的熱栗裝置上有兩個蒸發(fā)器，一個為外蒸發(fā)器:蒸發(fā)器完全處于大氣中，從大氣中進風(fēng)，又向大氣排風(fēng);另一個為熱量回收蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的進風(fēng)來自最低溫箱體中的氣體。
[0070]本實施例的輪轉(zhuǎn)式熱栗多效干衣裝置，箱體的排列與實施例2的輪轉(zhuǎn)式蒸汽加熱的多效筒子紗的烘干裝置相同，各箱體排列成環(huán)狀，首尾相接;箱體個數(shù)一般為3-4個，每個箱體中都安裝有冷凝器，新風(fēng)進風(fēng)管道，出風(fēng)管道，出風(fēng)管道上安裝有閥門或者風(fēng)機，各出風(fēng)管道連通到熱栗系統(tǒng)的熱量回收蒸發(fā)器。兩個相鄰的箱體、相鄰的箱體之間的顯熱換熱器、高溫側(cè)箱體上的高溫風(fēng)道和低溫側(cè)箱體上的低溫風(fēng)道構(gòu)成一效換熱凝水組件。
[0071 ]比如箱體共有3個，在各箱體中放入待烘干的濕衣服，最高溫的箱體I內(nèi)部的空氣目標(biāo)溫度為60 0C，箱體2內(nèi)部空氣目標(biāo)溫度為45 0C，箱體3內(nèi)部空氣目標(biāo)溫度為28 °C，相對濕度一般為80 %。
[0072]在各個箱體內(nèi)裝入濕衣服，運行熱栗系統(tǒng)，啟動外蒸發(fā)器和箱體I內(nèi)的冷凝器，其它蒸發(fā)器和冷凝器不工作。熱栗系統(tǒng)從大氣中吸取熱量輸入到箱體I內(nèi)，當(dāng)箱體I內(nèi)的空氣溫度到設(shè)定溫度60°C時，啟動第I效換熱凝水組件；當(dāng)箱體2內(nèi)的空氣溫度達到45°C時啟動第2效換熱凝水組件；當(dāng)箱體3內(nèi)的空氣溫度達到28°C時，啟動熱量回收蒸發(fā)器，并關(guān)閉外蒸發(fā)器。
[0073]當(dāng)箱體I內(nèi)空氣溫度大于等于60°C，相對濕度等于低于設(shè)定的終止相對濕度值，可以認(rèn)為箱體I內(nèi)的烘干已經(jīng)完成，此時停止箱體I內(nèi)冷凝器的運行；啟動箱體2內(nèi)的冷凝器，停止熱量回收蒸發(fā)器的運行，并啟動外蒸發(fā)器;停止第2效換熱凝水組件的運行，第I效換熱凝水組件繼續(xù)運行，當(dāng)箱體I內(nèi)空氣溫度與箱體2內(nèi)的空氣溫度的差值小于5°C時，停止第I效換熱凝水組件的運行;然后將箱體I內(nèi)的已烘干衣服取出，放入新的濕衣服，再將箱體I定義為箱體3，原箱體2定義為箱體I，原箱體3定義為箱體2;按新設(shè)定的箱體序號，進入新一輪的運行，當(dāng)箱體I內(nèi)的空氣溫度達到60°C，啟動第I效換熱凝水組件，當(dāng)箱體2內(nèi)的空氣溫度達到45°C，啟動第2效換熱凝水組件，當(dāng)箱體3的溫度達到28°C時，停止外蒸發(fā)器的運行，啟動熱量回收蒸發(fā)器，箱體3內(nèi)的氣體流過熱量回收蒸發(fā)器后排空進入大氣。
[0074]如此重復(fù)以上的運行步驟，可以實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)的烘干工作，逐箱烘干衣服。
[0075]在各效換熱凝水組件的高溫風(fēng)道上安裝有附加顯熱換熱器，高溫側(cè)箱體的高溫風(fēng)道中的出風(fēng)和回風(fēng)在附加顯熱換熱器中進行熱量交換，提高換熱凝水組件中高溫氣體釋放熱量中潛熱的比例。最低溫度箱體的出風(fēng)管道上也安裝有一附加顯熱換熱器，使最低溫烘箱排出的氣體與進入的新風(fēng)或熱量回收蒸發(fā)器的出風(fēng)進行熱量交換。
[0076]箱體I內(nèi)的熱量利用率為第I效中交換的熱量中潛熱的比例約為0.95，第2效中交換的熱量中潛熱的比例約為0.89，箱體3中熱量利用率約為0.9，總的熱量利用倍數(shù)為2.74。熱栗系統(tǒng)的高低溫?zé)嵩礈夭顬? 2 °C，熱栗的制熱C O P約3.5。這樣I度電的除水量約為3.5 *2.74*3600/2400 = 14.4公斤。考慮到實際工作中箱體對外界有熱量耗散，系統(tǒng)從大氣中吸取熱量時，COP會有所下降，并不是所有工作時間2個換熱凝水組件都在運行，所以實際的SMER約為1左右。普通電加熱烘干機的SMER約為0.7，相對比能源利用效率提高約15倍。
[0077]如果采用大溫差高效的二氧化碳熱栗，被烘干衣服的耐溫可在85°C以上，環(huán)境空氣中的水分少，如在冬季，則箱體的個數(shù)能增加到5以上，SMER可以提高到16以上。
[0078]本實施例不光在烘干衣服中可以用，在烘干其它物料如中藥材，堅果類時同樣可以使用。
[0079]本發(fā)明裝置使水蒸氣中的潛熱轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾娘@熱，使熱量得到多次循環(huán)利用，極大的提高了能源的利用率，也提高了干燥的效率和被干燥物的品質(zhì)。相對傳統(tǒng)的烘干、干燥技術(shù)是革命性的進步。
[0080]各實施例只是本發(fā)明的幾個具體應(yīng)用和對本發(fā)明的各項權(quán)利要求的具體闡述，并未包括本發(fā)明主權(quán)利要求所覆蓋的所有應(yīng)用范圍。使用了本發(fā)明的溫度單向遞減的多箱體和換熱凝水組件的結(jié)構(gòu)原理，均屬本專利的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，包括熱源、干燥箱箱體、風(fēng)機、風(fēng)道，其特征在于裝置中有N個相互獨立的箱體，N大于等于2，被干燥物料放置在各箱體內(nèi)；序號從I到N的箱體內(nèi)部的空氣溫度依次單向遞減，序號為I的箱體稱為箱體I;序號相鄰的箱體I和箱體1+1之間有顯熱換熱器I;箱體I有高溫風(fēng)道使箱體內(nèi)氣體流經(jīng)顯熱換熱器I釋放熱量后回到箱體I內(nèi)，箱體1+1有低溫流體通道使通道內(nèi)的流體流經(jīng)顯熱換熱器I吸收熱量后回到箱體1+1內(nèi)，所述低溫流體通道中的流體可以是液體也可以是氣體;箱體I及其上的高溫風(fēng)道和風(fēng)道上的風(fēng)機、箱體1 + 1及其上的低溫流體通道和通道上的風(fēng)機或水栗、顯熱換熱器I共同組成所謂的第I效換熱凝水組件，整個干燥裝置含有N-1效的換熱凝水組件;每一效換熱凝水組件中所述的高溫風(fēng)道中氣流在顯熱換熱器中所釋放的熱量必須包含水蒸氣冷凝為液態(tài)水所釋放的潛熱，如所述低溫流體通道中的流體為氣體，則低溫流體通道中的氣流流量大于所述高溫風(fēng)道中的氣流流量，所述顯熱換熱器上有排水裝置將水蒸氣的冷凝水排出；箱內(nèi)溫度最高的箱體I內(nèi)腔中安裝有散熱器或加熱器，所述散熱器或加熱器能將熱源提供的熱量釋放到箱體I的內(nèi)腔中；箱體N上有出風(fēng)管道使箱體N內(nèi)部空氣中的水蒸氣被排空到大氣中或被冷凝為液體水并排出箱體N。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為裝置中的熱源為熱栗系統(tǒng)，所述的熱栗系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量通過冷凝器輸送到所述裝置的箱體中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為所述熱栗系統(tǒng)有蒸發(fā)器從箱體N所排出的氣體中吸收熱量，所述熱量包括氣體顯熱和氣體中水蒸氣冷凝為液體水所釋放的潛熱。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為所述熱栗系統(tǒng)有不少于兩套獨立的熱栗裝置，每套熱栗裝置均包含有壓縮機，蒸發(fā)器，冷凝器，節(jié)流閥和冷媒管路。5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為所述熱栗系統(tǒng)至少有一套變頻熱栗裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為除了在內(nèi)部溫度最高的箱體中安裝有散熱器或加熱器，其他箱體中也安裝有散熱器或加熱器，可以將熱源提供的熱量釋放到各個箱體內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為熱源的來源至少有兩種不同的種類，熱源來源包括太陽能，電加熱，壓力蒸汽，高溫氣體，熱栗裝置冷凝器釋放的熱量。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為所述的換熱凝水組件的高溫風(fēng)道和箱體N的出風(fēng)管道上安裝有附加顯熱換熱器，所述的附加顯熱換熱器使高溫風(fēng)道中較高溫度的出風(fēng)和較低溫度的回風(fēng)進行熱量交換，使箱體N的出風(fēng)和進風(fēng)進行熱量交換。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為所述裝置中的同一箱體內(nèi)安裝有多個散熱器或加熱器，熱量通過所述的多個散熱器或加熱向箱體內(nèi)釋放。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多效熱量循環(huán)利用的干燥裝置，其特征為所述的同一換熱凝水組件上至少有兩個獨立的低溫流體通道，所述的各低溫流體通道連接同一個顯熱換熱器和同一個低溫側(cè)箱體。
【文檔編號】F25B39/02GK106017063SQ201610576110
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】郟松筠
【申請人】郟松筠