CN119856031A - 喷雾干燥器设备和控制这种设备的方法 - Google Patents

Abstract

一种喷雾干燥器设备，包括喷雾干燥器装置(1)、热泵(14)以及除湿机装置(24)、初级液体回路(20)和次级液体回路(22)。喷雾干燥器设备包括：旁通导管(66)和可控阀(34)，该旁通导管(66)设置在次级液体回路中以用于绕过第二热交换器(23)，该可控阀(34)用于控制分别进入旁通导管(66)和通向第二热交换器(23)的次级液体的流；温度传感器(35)，该温度传感器(35)用于测量次级液体回路(22)中次级液体的温度；以及控制单元(36)，该控制单元(36)配置成基于来自温度传感器(35)的输入来控制可控阀(34)，并且配置成由此将次级回路(22)中次级液体的温度调节至预定温度范围内。

Description

喷雾干燥器设备和控制这种设备的方法

技术领域

本发明涉及喷雾干燥器设备，该喷雾干燥器设备包括：

-喷雾干燥器装置，该喷雾干燥器装置包括空气入口和空气出口以及用于引入待干燥的材料的入口和用于移除已经在喷雾干燥器装置中干燥的材料的出口，

-热泵，该热泵包括闭合回路，热传递介质在该闭合回路中循环，其中，闭合回路包括压缩机、膨胀阀装置、蒸发器和冷凝器，

-除湿机装置，该除湿机装置包括空气入口和空气出口以及用于对通过空气入口引入并通过空气出口移除的空气进行除湿的除湿机元件，

-初级液体回路，该初级液体回路经由通过冷凝器的热交换连接至热泵的闭合回路，并且该初级液体回路包括第一热交换器，该第一热交换器构造成用于初级液体与将通过喷雾干燥器装置入口引入到喷雾干燥器装置中的空气之间的热交换，以及

-次级液体回路，该次级液体回路经由通过蒸发器的热交换连接至热泵的闭合回路，并且该次级液体回路包括第二热交换器，该第二热交换器构造成用于次级液体与经由喷雾干燥器装置空气出口从喷雾干燥器装置移除的空气之间的热交换。

本发明还包括控制这种喷雾干燥器设备的方法。

背景技术

包括连接至热泵的喷雾干燥器装置和除湿器装置的喷雾干燥器设备在现有技术中是已知的。热泵用于提供热液体，该热液体用于加热将引入到喷雾干燥器装置中的空气，以用于干燥引入到同一喷雾干燥器装置中的湿材料的目的。穿过喷雾干燥器装置的空气将作为可能具有相当大能量的相对温热的废气离开喷雾干燥器装置。

在通过与来自热泵的热液体进行热交换而被加热之前，将引入到喷雾干燥器装置中的空气在除湿机装置中被干燥。除湿机可以是可以利用来自喷雾干燥器装置的废气中的能量的类型。例如，除湿机可以是需要热空气以用于使其除湿机元件再生的干燥剂类型。根据周围大气的温度，待引入到除湿机装置中的空气可能也需要被加热。因此，热泵的热侧的热液体不仅可以用于加热待引入到喷雾干燥器装置中的空气，而且还用于加热待引入到除湿机装置中的空气并且用于加热用于使除湿机装置的除湿机元件再生的空气。

热泵的冷侧包括液体、通常是水，其通过热泵的蒸发器与热泵的热传递介质交换热。根据周围大气的温度，热泵的冷侧的冷液体可以用于预冷却待引入到除湿机装置中的空气。

来自喷雾干燥器装置的废气的热(能量)可以用于在使冷液体返回以经由蒸发器进行进一步的热交换之前加热热泵的冷侧的冷液体的目的。

热泵的压缩机的输出可以被控制，以用于控制热泵的热侧的液体的温度并且因此控制将引入到喷雾干燥器装置中的空气的温度的目的。

设备的平衡对于其能量效率至关重要。有利的是，仅使用一个热泵，并且热泵的容量尽可能小，但是仍然能够输送喷雾干燥器、除湿机的加热(用于再生和待引入到除湿机中的空气两者)所需的热。平衡还包括使设备能够应对不同的环境空气温度、例如从零下20摄氏度直至零上50摄氏度。

WO2018091049A1公开了一种与上文中所公开的设备类似的设备。然而，WO2018091049A1关于如何以实现有利效率的方式控制设备和平衡设备是相当模糊的。

因此，本发明的目的是提出一种喷雾干燥器设备，该喷雾干燥器设备以促进其稳定和有效操作的方式设计，该喷雾干燥器设备能够独立于环境空气温度的差异而将预定温度的空气输送至喷雾干燥器装置，并且该喷雾干燥器设备由于其设计而不需要尺寸过大的热泵。

发明内容

本发明的目的借助于最初限定的喷雾干燥器设备来实现，该喷雾干燥器设备还包括以下特征：

-旁通导管和可控阀，旁通导管设置在次级液体回路中以用于绕过第二热交换器，可控阀用于控制分别进入旁通导管和通向第二热交换器的次级液体的流，

-温度传感器，该温度传感器用于测量次级液体回路中次级液体的温度，以及

-控制单元，该控制单元配置成基于来自温度传感器的输入来控制可控阀，并且配置成由此将次级回路中次级液体的温度调节至预定温度范围内。

如果次级液体回路中液体的温度低于预定温度，则控制单元配置成控制阀以便增加通过第二热交换器的次级液体的流并且减少通过旁通导管的流。如果温度过高，则控制单元配置成控制阀以便减少通过第二热交换器的次级液体的流并且增加通过旁通导管的流。因此，实现了喷雾干燥器设备的稳定以及用于热泵的操作的前提条件的稳定。目的是在蒸发器处获得次级液体的恒定设定温度。因此，控制单元配置成作为对回路中的测量温度的响应而控制次级液体至第二热交换器和旁通导管的分配，以便实现设定温度值。

根据实施方式，次级液体回路包括第三热交换器，该第三热交换器构造成用于次级液体与通过除湿机装置空气入口引入到除湿机装置中的空气之间的热交换。优选地，喷雾干燥器设备包括用于测量离开第三热交换器的空气的温度的温度传感器，并且控制单元配置成基于来自该温度传感器的输入来控制流向和通过第三热交换器的次级液体的流，以便控制离开第三热交换器的空气的温度。

根据实施方式，

-除湿机元件包括用于使空气通过除湿机元件的一部分以加热除湿机元件的一部分的空气入口和空气出口，并且

-初级液体回路包括第四热交换器，该第四热交换器构造成用于初级液体与经由所述除湿机空气入口引入到除湿机元件中的空气之间的热交换。根据一个实施方式，除湿机是干燥剂除湿机，并且所述部分是除湿机元件的暂时不用于干燥通过除湿机的空气的部分。换句话说，所述加热用于除湿机元件的再生。

本发明的目的还借助于一种控制喷雾干燥器设备的方法来实现，所述喷雾干燥器设备包括：

-喷雾干燥器装置，该喷雾干燥器装置包括空气入口和空气出口，以及用于引入待干燥的材料的入口和用于移除已经在喷雾干燥器装置中干燥的材料的出口，

-热泵，该热泵包括闭合回路，热传递介质在该闭合回路中循环，其中，闭合回路包括压缩机、膨胀阀装置、蒸发器和冷凝器，

-除湿机装置，该除湿机装置包括空气入口和空气出口，以及用于对通过空气入口引入并通过空气出口移除的空气进行除湿的除湿机元件，

-初级液体回路，该初级液体回路经由通过冷凝器的热交换连接至热泵的闭合回路，并且该初级液体回路包括第一热交换器，该第一热交换器构造成用于初级液体与将通过喷雾干燥器装置入口引入到喷雾干燥器装置中的空气之间的热交换，

-次级液体回路，该次级液体回路经由通过蒸发器的热交换连接至热泵的闭合回路，并且该次级液体回路包括第二热交换器和旁通导管，该第二热交换器构造成用于次级液体与经由喷雾干燥器装置空气出口从喷雾干燥器装置移除的空气之间的热交换，该旁通导管设置在次级液体回路中以用于绕过第二热交换器，

其中，所述方法包括下述步骤：

-测量次级液体回路中次级液体的温度，以及

-基于所测量的温度对分别进入旁通导管和通向第二热交换器的次级液体的流进行控制，并且由此将次级回路中次级液体的温度调节至预定温度范围内。

根据实施方式，该方法还包括下述步骤：

-在次级液体与通过除湿机装置空气入口引入到除湿机装置中的空气之间交换热。

根据实施方式，该方法还包括下述其他步骤：

-使空气通过除湿机元件的一部分，以用于加热除湿机元件的一部分，以及，

-在初级液体与将通过除湿机元件的所述部分的空气之间交换热。

根据一个实施方式，在所公开的喷雾干燥器设备的操作期间，通过初级回路的初级液体的流量保持恒定并且通过次级回路的次级液体的流量保持恒定。

其他特征在以下实施方式的详细描述中呈现。

附图说明

图1是根据本发明的热泵回路、初级液体回路和次级液体回路的示意图，其指示了初级液体回路与空气之间以及次级液体回路与空气之间的热交换器被设置的位置，并且

图2是根据本发明的喷雾干燥器设备的示意图，其也指示了初级液体回路与空气之间以及次级液体回路与空气之间的热交换器在设备中被设置的位置。

图3是对应于图2的喷雾干燥器设备的第二实施方式的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了同一个喷雾干燥器设备的替代性表示，尽管图1更集中于示出热泵和液体回路，而图2更集中于示出待借助于热泵加热或冷却的空气如何流入和流出喷雾干燥器设备的相应的部件。

参照图1和图2，喷雾干燥器设备包括喷雾干燥器装置1，该喷雾干燥器装置1包括具有空气入口3、4、5和废气出口6的喷雾干燥器2。喷雾干燥器2还包括用于引入待干燥的材料的入口7和用于移除已经在喷雾干燥器2中干燥的材料的出口8。喷雾干燥器装置2还包括构造成接收来自喷雾干燥器2的出口8的经干燥的材料的流化床9。流化床9具有用于引入空气以进一步干燥的空气入口10、11、12以及用于来自流化床9的废气的出口13。来自流化床9的出口13连接至喷雾干燥器2的出口6，使得来自喷雾干燥器2的废气与来自流化床9的废气混合。在所述出口6、13下游设置有风扇53。

喷雾干燥器设备还包括热泵14，该热泵14包括热传递介质在其中循环的闭合回路15，其中，闭合回路15包括压缩机16、膨胀阀装置17、蒸发器18和冷凝器19。

初级液体回路20(特别地参见图1)经由通过冷凝器19的热交换连接至热泵14的闭合回路15。初级液体回路20包括第一热交换器21a、21b、21c、21d、21e，第一热交换器21a、21b、21c、21d、21e构造成用于初级液体与将通过喷雾干燥器2的入口3、4、5和流化床9的入口10、11、12引入到喷雾干燥器装置1中的空气之间的热交换。

次级液体回路22经由通过蒸发器18的热交换连接至热泵的闭合回路15，由此形成热泵14的冷侧。次级液体回路22包括第二热交换器23，该第二热交换器23构造成用于次级液体与经由来自喷雾干燥器2的出口6和来自流化床9的出口13从喷雾干燥器装置1移除的废气之间的热交换。

在所示出的实施方式中，初级液体是水，并且第二液体是水。此外，喷雾干燥器设备包括除湿机装置24，该除湿机装置24包括空气入口25和空气出口26以及用于对通过空气入口25引入并通过空气出口26移除的空气进行除湿的除湿机元件27。在已经通过除湿机元件27之后从除湿机装置24的出口26移除的干燥空气经由空气引导导管33的分支28、29、30、31、32引导至喷雾干燥器2的相应的空气入口3、4、5和流化床9的相应的空气入口10、11、12。以上提及的第一热交换器21a至21e布置在所述分支28至32中，每个分支中一个。在所述分支28至32中的每一者中，设置有风扇54至58。在分支中的两个分支、分支29和分支30中，设置有用于对在这些分支中流动的空气进行补充加热的电加热器59、60。

喷雾干燥器设备还包括旁通导管66和可控阀34，旁通导管66设置在次级液体回路中以用于绕过第二热交换器，可控阀34用于控制分别进入旁通导管66和通向第二热交换器23的次级液体的流。

喷雾干燥器设备还包括温度传感器35和控制单元36，温度传感器35用于测量次级液体回路22中次级液体的温度，控制单元36配置成基于来自温度传感器35的输入来控制可控阀34并且配置成由此将次级回路22中次级液体的温度调节至预定温度。如果次级液体回路中液体的温度低于预定温度，则进入第二热交换器23的次级液体的流增加，并且进入旁通导管的次级液体的流减少。如果温度过高，则执行相反的流动调整。因此，实现了喷雾干燥器设备的稳定以及用于热泵14的操作的前提条件的稳定。对分别通过第二热交换器23和旁通导管66的流进行控制的目的是在蒸发器18处获得次级液体的恒定设定温度。

还应当提及的是，在所公开的喷雾干燥器设备的操作期间，通过初级回路20的初级液体的流量保持恒定，并且通过次级回路22的次级液体的流量保持恒定。

此外，次级液体回路22包括第三热交换器37，该第三热交换器37构造成用于次级液体与通过除湿机装置空气入口25引入到除湿机装置24中的空气之间的热交换。控制阀38用于控制至第三热交换器37的次级液体的流。在第三热交换器37与除湿机元件27之间设置有用于测量朝向除湿机元件27流动的空气的温度的温度传感器39。控制单元36连接至温度传感器39和控制阀38，并且配置成基于来自温度传感器39的输入对控制阀38进行控制，以便获得引导至除湿机元件27的空气的预定温度。

还提供了用于测量环境空气温度的温度传感器49。控制单元36配置成还基于来自环境空气温度传感器49的输入来控制第三热交换器37的控制阀38。如果温度传感器49指示环境空气温度低于预定值——这指示环境是冷的并且因此是干燥的——则控制单元36关闭第三热交换器37的控制阀38并且关闭除湿机元件27的活动动作。在这种情况下，这意味着轮27保持旋转，但是通过其加热进行的再生被关闭。

次级液体回路22还包括冷水储存罐40和泵41。

初级液体回路20包括第四热交换器42，该第四热交换器42构造成用于初级液体与经由所述除湿机空气入口25引入到除湿机元件27中的空气之间的热交换。如果环境温度传感器指示环境空气温度低于预定值，则第四热交换器42可以用于加热空气。在这种情况下，该预定值是与控制单元36关闭第三热交换器37的控制阀38并停用除湿机元件27的值相同的值。控制单元36还配置成基于来自设置在第三热交换器37与除湿机元件27之间的温度传感器39的输入来控制通过第四热交换器42的初级液体的流。在第三热交换器37未启用(阀38关闭)的情况下，通过第四热交换器42的启用，流经除湿机24朝向喷雾干燥器1的空气的温度因此被控制、更准确地被升高。在所示出的实施方式中，第三热交换器37位于第四热交换器42下游，如在通过第三热交换器37和第四热交换器42的空气的流动方向上所看到的。

初级液体回路还包括第五热交换器47，该第五热交换器47构造成用于与用于使除湿机元件27再生的空气进行热交换。在示例性实施方式中，除湿机24是干燥剂除湿机，并且除湿机元件27是承载干燥剂的轮，其中，经由除湿机装置24的空气入口25引入的热空气从待干燥的空气分支出来，并且替代地用于使轮的暂时未启用的部分再生。除湿机24包括用于泵送从除湿机元件27分支并用于使除湿机元件27再生的空气的泵或风扇48。可以优选地提供用于控制通过第五热交换器的初级液体的流的可控阀(未示出)。在除湿机元件27下游设置有空气湿度传感器51，以用于确定已经在除湿机24中干燥的空气的含湿量的目的。控制单元配置成基于来自空气湿度传感器51的输入来控制可控阀52、轮27的旋转速度以及风扇/泵48的输出。提供了已经用于使除湿机元件27再生的空气所用的单独的出口46。

初级液体还包括用于储存和泵送初级液体回路20中的初级液体的温水储存罐43和泵44。

此外，初级液体回路20包括用于测量初级液体的温度的温度传感器45。控制单元36配置成基于来自温度传感器45的输入来控制热泵14的压缩机16。

在图1中，在图中可见但在此未进一步详细描述的其他部件是：

-温度传感器61a至61e，温度传感器61a至61e用于测量第一热交换器21a至21e中的每一者下游的空气温度；控制阀62a至62e，控制阀62a至62e用于基于来自温度传感器61a至61e的输入来控制通过第一热交换器21a至21e中的每一者的初级液体流；

-温度传感器63，该温度传感器63用于测量第五热交换器47下游的空气温度，其中，用于控制通过第五热交换器的初级液体流的可控阀52由控制单元26基于来自所述温度传感器的输入来控制。

图3中所示出的替代性实施方式与图1和图2中所示出的实施方式的不同之处仅在于压缩机16包括低压压缩机16a和高压压缩机16b。还提供了中间冷却器。因此，控制单元36配置成控制低压压缩机16a和高压压缩机16b两者。

Claims (6)

1.一种喷雾干燥器设备，包括：

-喷雾干燥器装置(1)，所述喷雾干燥器装置(1)包括空气入口(3、4、5、10、11、12)和空气出口(6、13)，以及用于引入待干燥的材料的入口(7)和用于移除已经在所述喷雾干燥器装置(1)中干燥的材料的出口(8)，

-热泵(14)，所述热泵(14)包括闭合回路(15)，热传递介质在所述闭合回路(15)中循环，其中，所述闭合回路(15)包括压缩机(16)、膨胀阀装置(17)、蒸发器(18)和冷凝器(19)，

-除湿机装置(24)，所述除湿机装置(24)包括空气入口(25)和空气出口(26)，以及用于对通过所述空气入口(25)引入并通过所述空气出口(26)移除的空气进行除湿的除湿机元件(27)，

-初级液体回路(20)，所述初级液体回路(20)经由通过所述冷凝器(19)的热交换连接至所述热泵(14)的所述闭合回路(15)，并且所述初级液体回路(20)包括第一热交换器(21)，所述第一热交换器(21)构造成用于初级液体与将通过喷雾干燥器装置入口(3、4、5、10、11、12)引入到所述喷雾干燥器装置(1)中的空气之间的热交换，

-次级液体回路(22)，所述次级液体回路(22)经由通过所述蒸发器(18)的热交换连接至所述热泵(14)的所述闭合回路(15)，并且所述次级液体回路(22)包括第二热交换器(23)，所述第二热交换器(23)构造成用于次级液体与经由喷雾干燥器装置空气出口(6、13)从所述喷雾干燥器装置(1)移除的空气之间的热交换，

所述喷雾干燥器设备的特征在于，所述喷雾干燥器设备包括：

-旁通导管(66)和可控阀(34)，所述旁通导管(66)设置在所述次级液体回路中以用于绕过所述第二热交换器，所述可控阀(34)用于控制分别进入所述旁通导管(66)和通向所述第二热交换器(23)的次级液体的流，

-温度传感器(35)，所述温度传感器(35)用于测量所述次级液体回路(22)中次级液体的温度，以及

-控制单元(36)，所述控制单元(36)配置成基于来自所述温度传感器(35)的输入来控制所述可控阀(34)，并且配置成由此将所述次级回路(22)中次级液体的温度调节至预定温度范围内。

2.根据权利要求1所述的喷雾干燥器设备，其中，所述次级液体回路(22)包括第三热交换器(37)，所述第三热交换器(37)构造成用于次级液体与通过除湿机装置空气入口(25)引入到所述除湿机装置(24)中的空气之间的热交换。

3.根据权利要求1或2所述的喷雾干燥器设备，其中，

-所述除湿机元件(27)包括用于使空气通过所述除湿机元件(27)的一部分以加热所述除湿机元件(27)的一部分的空气入口(25)和空气出口(46)，并且其中

-所述初级液体回路(20)包括第四热交换器(42)，所述第四热交换器(42)构造成用于初级液体与经由所述除湿机空气入口(25)引入到所述除湿机元件(27)中的空气之间的热交换。

4.一种控制喷雾干燥器设备的方法，所述喷雾干燥器设备包括：

-喷雾干燥器装置(1)，所述喷雾干燥器装置(1)包括空气入口(3、4、5、10、11、12)和空气出口(6、13)，以及用于引入待干燥的材料的入口(7)和用于移除已经在所述喷雾干燥器装置(1)中干燥的材料的出口(8)，

-热泵(14)，所述热泵(14)包括闭合回路(15)，热传递介质在所述闭合回路(15)中循环，其中，所述闭合回路(15)包括压缩机(16)、膨胀阀装置(17)、蒸发器(18)和冷凝器(19)，

-除湿机装置(24)，所述除湿机装置(24)包括空气入口(25)和空气出口(26)，以及用于对通过所述空气入口(25)引入并通过所述空气出口(26)移除的空气进行除湿的除湿机元件(27)，

-初级液体回路(20)，所述初级液体回路(20)经由通过所述冷凝器(19)的热交换连接至所述热泵(14)的所述闭合回路(15)，并且所述初级液体回路(20)包括第一热交换器(21)，所述第一热交换器(21)构造成用于初级液体与将通过喷雾干燥器装置入口(3、4、5、10、11、12)引入到所述喷雾干燥器装置(1)中的空气之间的热交换，

-次级液体回路(22)，所述次级液体回路(22)经由通过所述蒸发器(18)的热交换连接至所述热泵(14)的所述闭合回路(15)，并且所述次级液体回路(22)包括第二热交换器(23)和旁通导管(66)，所述第二热交换器(23)构造成用于次级液体与经由喷雾干燥器装置空气出口(6、13)从所述喷雾干燥器装置(1)移除的空气之间的热交换，所述旁通导管(66)设置在所述次级液体回路中以用于绕过所述第二热交换器(23)，

所述方法的特征在于，所述方法包括下述步骤：

-测量所述次级液体回路(22)中次级液体的温度，以及

-基于所测量的温度对分别进入所述旁通导管(66)和通向所述第二热交换器(23)的次级液体的流进行控制，并且由此将所述次级回路(22)中次级液体的温度调节至预定温度范围内。

5.根据权利要求4所述的方法，包括下述步骤：

-在次级液体与通过除湿机装置空气入口(25)引入到所述除湿机装置(24)中的空气之间交换热。

6.根据权利要求4或5所述的方法，包括下述其他步骤：

-使空气通过所述除湿机元件(27)的一部分，以用于加热所述除湿机元件(27)的一部分，以及，

-在初级液体与将通过所述除湿机元件(27)的所述部分的空气之间交换热。