TWI897681B - 高效節能吸附式乾燥裝置 - Google Patents

Abstract

一種高效節能吸附式乾燥裝置，係包括一乾燥場域、一機殼、一吸附乾燥除濕轉輪元件、一熱交換器、一加熱器、一智慧聯網（Artificial Intelligence of Things, AIoT）模組以及一行動裝置所構成。藉此，可改善既有乾燥程序耗電的問題，並進一步降低能耗及兼顧品質，符合乾燥設備成本低與耗電小之應用需求，達到降低生產成本，降低再生溫度或熱能整合提高節能效益之功效。

Description

高效節能吸附式乾燥裝置

本發明係有關於一種高效節能吸附式乾燥裝置，尤指涉及一種具有高效率、節能、無污染及智慧化連續監控的特性，導入智慧聯網(Artificial Intelligence of Things,AIoT)概念，加裝智慧感測器及連續監控單元，特別係指收集運轉時相關參數變化趨勢，數據上傳彙整於雲端智慧平台中，進行數據分析，作為管理依據者。

按，傳統除濕輪的再生溫度為120℃，而轉輪再生能耗占轉輪除濕機設備總能耗的60%以上，因此傳統除濕機設備有水氣脫附溫度高導致耗電大的問題，無法有效節能降耗。其次，傳統乾燥設備僅現場設定及顯示溫度數值，農民無法即時監控或顯示即時溫度及相對應濕度，易造成溫度失控過高，引發乾燥農作物過熟，導致乾燥失敗，造成巨大損失，進而影響農民收入。並且，傳統乾燥所衍生的問題更有燃燒器柴油焚燒造成噪音、硫氧化物、氮氧化物及懸浮微粒等空氣污染物排放空氣污染嚴重，不利農民身體健康及周界環境空氣品質的維護。再者，傳統吸附乾燥核心元件關鍵技術掌握在國外，需仰賴進口，使得設備成本偏高。

鑑於傳統乾燥除濕材料取得需開採礦物，使得礦物開採與運輸成本高，同時更增加二氧化碳排放對環境生態造成衝擊。職是之故，發展一種可解決乾燥除濕材料元件及系統整合設備成本高與水氣脫附溫度高導致耗電大等問題之發明實有必要。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種可改善既有乾燥程序耗電的問題，並進一步降低能耗及兼顧品質，符合乾燥設備成本低與耗電小之應用需求，達到降低生產成本，降低再生溫度或熱能整合提高節能效益之高效節能吸附式乾燥裝置。

為達以上之目的，本發明係一種高效節能吸附式乾燥裝置，係包括：一乾燥場域，用以容置一待乾燥產品，提供一相對濕度0~30%乾燥環境氣流，並可將一空間內的環境濕度控制在10~50%的相對濕度範圍；一機殼，具有一進風口、及連接至該乾燥場域的一第一出風口與一第二出風口，該進風口處設有一抽風機，係通過該進風口引入外部潮濕空氣，該第一出風口處設有一再生風機，係通過該第一出風口將濕熱的再生空氣抽送至該乾燥場域，該第二出風口處設有一乾燥風機，係通過該第二出風口將水份被吸附後的乾燥空氣抽送至該乾燥場域；一吸附乾燥除濕轉輪元件，設置於該機殼內，其內部設有一除濕輪，該除濕輪的一側具有除濕區域及再生區域，可導接至該乾燥風機與該再生風機，並由一驅動器帶動該除濕輪轉動；一熱交換器，設置於該機殼內並且具有一熱交換進風口以及一熱交換出風口，用以將該潮濕空氣進行熱交換後變成較高溫之潮濕空氣，並送入該除濕輪的該除濕區域吸附空氣中水份，再將該水份被吸附後的該乾燥空氣由該第二出風口輸出至該乾燥場域，並藉由該驅動器驅使該除濕輪轉動以將該除濕輪已吸附水份後的該除濕區域帶至該再生區域進行水份熱烘脫附處理；一加熱器，設置於該機殼並連接至該除濕輪的該再生區域，用以加溫空氣，使高溫空氣流經該除濕輪的該再生區域，將其中吸附之水份脫附而形成濕熱的該再生空氣並由該第一出風口輸出至該乾燥場域；一智慧聯網(Artificial Intelligence of Things,AIoT)模組，設置於該機殼且電性連接該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器與該加熱器，該智慧聯網模 組設有一連續監控單元、一通訊單元、一雲端智慧平台及一顯示螢幕，該連續監控單元連接數個智慧感測器、該通訊單元與該顯示螢幕，以進行相關資訊之顯示，而該連續監控單元並分別與該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器及該加熱器呈信號連接，用以收集該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器及該加熱器的運轉數據，該運轉數據包括設備的操作參數、以及該待乾燥產品的重量、及該第一出風口與該第二出風口的溫度、濕度與露點溫度隨著操作時間變化趨勢，將該運轉數據通過該通訊單元上傳彙整於該雲端智慧平台中進行數據記錄並分析而產生一優化管理資訊，再以該優化管理資訊作為管理該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器及該加熱器的依據；以及一行動裝置，可執行一流動應用程式(APP)，以供客戶端取得該運轉數據及該優化管理資訊，即時瞭解設備運作狀況及使用環境現況。

於本發明上述實施例中，該加熱器為太陽熱能加熱模組或熱泵模組。

於本發明上述實施例中，該數個智慧感測器係分設在該乾燥場域、該進風口、該第一出風口與該第二出風口。

於本發明上述實施例中，該數個智慧感測器包括重量、溫度、濕度及風速監測儀器。

於本發明上述實施例中，該雲端智慧平台設有一雲端資料庫，該雲端資料庫儲存一生產製程參數，接收該運轉數據並與該生產製程參數進行分析運算，找出影響產品品質與設備效率的變異數進行優化及產生該優化管理資訊。

於本發明上述實施例中，該再生空氣的溫度係介於80~100℃之間。

1:乾燥場域

2:機殼

21:進風口

22:第一出風口

23:第二出風口

24:抽風機

25:再生風機

26:乾燥風機

3:吸附乾燥除濕轉輪元件

31:除濕輪

311:除濕區域

312:再生區域

32:驅動器

4:熱交換器

41:熱交換進風口

42:熱交換出風口

5:加熱器

6:智慧聯網模組

61:連續監控單元

62:通訊單元

63:雲端智慧平台

64:顯示螢幕

7:行動裝置

第1圖，係本發明一實施型態之主要構件示意圖。

第2圖，係本發明之大蒜乾燥場域測試系統操作參數設定示意圖。

第3圖，係本發明之大蒜重量、乾燥出風口溫度、濕度及露點溫度隨操作時間變化趨勢示意圖。

第4圖，係本發明吸附式乾燥裝置於雲端呈現操作狀態數據隨著時間變化趨勢示意圖。

第5圖，係本發明吸附式乾燥裝置於雲端呈現操作狀態數據示意圖。

第6圖，係本發明建置流動應用程式即時瞭解設備運作狀況之示意圖。

請參閱『第1圖~第6圖』所示，係分別為本發明一實施型態之主要構件示意圖、本發明之大蒜乾燥場域測試系統操作參數設定示意圖、本發明之大蒜重量、乾燥出風口溫度、濕度及露點溫度隨操作時間變化趨勢示意圖、本發明吸附式乾燥裝置於雲端呈現操作狀態數據隨著時間變化趨勢示意圖、本發明吸附式乾燥裝置於雲端呈現操作狀態數據示意圖、及本發明建置流動應用程式即時瞭解設備運作狀況之示意圖。如圖所示：本發明係一種高效節能吸附式乾燥裝置，係包括一乾燥場域1、一機殼2、一吸附乾燥除濕轉輪元件3、一熱交換器4、一加熱器5、一智慧聯網(Artificial Intelligence of Things,AIoT)模組6以及一行動裝置7所構成。

上述所提之乾燥場域1用以容置一待乾燥產品，提供一相對濕度0~30%乾燥環境氣流，並可將一空間內的環境濕度控制在10~50%的相對濕度範圍。

該機殼2具有一進風口21、及連接至該乾燥場域1的一第一出風口22與一第二出風口23，該進風口21處設有一抽風機24，係通過該進風口21引入外部潮濕空氣，該第一出風口22處設有一再生風機25，係通過該第一出風口22將濕熱且溫度介於80~100℃之間的再生空氣抽送至該乾燥場域1，該第二出風口23處設有一乾燥風機26，係通過該第二出風口23將水份被吸附後的乾燥空氣抽送至該乾燥場域1。

該吸附乾燥除濕轉輪元件3設置於該機殼2內，其內部設有一除濕輪31，該除濕輪31的一側具有除濕區域311及再生區域312，可導接至該乾燥風機26與該再生風機25，並由一驅動器32帶動該除濕輪31轉動。

該熱交換器4設置於該機殼2內並且具有一熱交換進風口41，以及一熱交換出風口42，用以將該潮濕空氣進行熱交換後變成較高溫之潮濕空氣，並送入該除濕輪31的該除濕區域311吸附空氣中水份，再將該水份被吸附後的該乾燥空氣經由該乾燥風機26通過該第二出風口23輸出至該乾燥場域1，並藉由該驅動器32驅使該除濕輪31轉動以將該除濕輪31已吸附水份後區域(即原除濕區域311)帶至再生區域進行水份熱烘脫附處理。

該加熱器5設置於該機殼2並連接至該除濕輪31的該再生區域312，用以加溫空氣，使高溫空氣流經該除濕輪31的該再生區域312，將其中吸附之水份脫附而形成濕熱的該再生空氣並經由該再生風機25通過該第一出風口22輸出至該乾燥場域1。

該智慧聯網模組6設置於該機殼2且電性連接該乾燥場域1、該吸附乾燥除濕轉輪元件3、該熱交換器4與該加熱器5。該智慧聯網模組6設有一連續監控單元61、一通訊單元62、一雲端智慧平台63及一顯示螢幕64，該連續監控單元61連接數個智慧感測器(圖中未示)、該通訊單元 62與該顯示螢幕64，以進行相關資訊之顯示，而該連續監控單元61並分別與該乾燥場域1、該吸附乾燥除濕轉輪元3件、該熱交換器4及該加熱器5呈信號連接，用以收集該乾燥場域1、該吸附乾燥除濕轉輪元件3、該熱交換器4及該加熱器5的運轉數據，該運轉數據包括設備的操作參數、以及該待乾燥產品的重量、及該第一出風口與該第二出風口的溫度、濕度與露點溫度隨著操作時間變化趨勢，將該運轉數據通過該通訊單元62上傳彙整於該雲端智慧平台63中進行數據記錄並分析而產生一優化管理資訊，再以該優化管理資訊作為管理該乾燥場域1、該吸附乾燥除濕轉輪元件3、該熱交換器4及該加熱器5的依據。

該行動裝置7可執行一流動應用程式(APP)，以供客戶端取得該運轉數據及該優化管理資訊，即時瞭解設備運作狀況及使用環境現況。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之高效節能吸附式乾燥裝置。

當本發明於運用時，系統整合高效節能吸附式乾燥裝置，具有高效率、節能、無污染及智慧化連續監控的特性，導入AIoT模組，加裝智慧感測器及連續監控單元，收集運轉時相關參數變化趨勢，數據上傳彙整於雲端智慧平台中，進行數據分析，作為管理依據，如第1圖所示。客戶可透過遠端監視器監控及雲端資訊，可即時查看現場狀況，有效掌控更加節能，解決傳統乾燥所衍生的問題。

於本發明之一較佳具體實施例中，該加熱器5為太陽熱能加熱模組或熱泵模組。

於本發明之一較佳具體實施例中，該吸附乾燥除濕轉輪元件兼具節能乾燥除濕潔淨功能，且為一體成形多流道輪體，脫附溫度低，不耗能。

以下實施例僅舉例以供了解本發明之細節與內涵，但不用於限制本發明之申請專利範圍。

本發明分別開發(A)外徑18公分、內徑4.7公分可裝軸承節能吸附乾燥除濕轉輪元件作為後續導入國產商業化高效節能吸附式乾燥裝置使用。規格尺寸為：外部直徑為18公分、內部直徑4.7公分、高度20公分、孔隙率10PPI(Pores per inch)，乾燥處理風量40m³/h；(B)直徑25公分高度40公分、內部直徑4.7公分、孔隙率10PPI多孔陶瓷除濕轉輪，乾燥處理風量200m³/h，焊接封裝後，進一步應用於自主系統整合商用高效節能吸附式乾燥裝置。並進行大蒜農作物乾燥測試，批次總重量為350公斤與540公斤，於高效節能吸附式乾燥裝置提供溫度38℃及相對溼度25%條件下，連續操作10~12天，除水率經由測試前後的重量差異，計算可得25~30%，符合期待。

放大自行組裝系統整合高效節能吸附式乾燥裝置，進行總重量4000公斤的大蒜乾燥場域測試，協助技術轉移廠商加速轉輪元件與設備的推廣，設計規劃乾燥設備機械結構、電控系統、微機電整合，組裝乾燥風量2000m³/h，轉輪直徑50公分厚度20公分、內部直徑4.7公分，孔洞結構10PPI乾燥裝置，進行大蒜乾燥場域測試，針對除濕輪吸附水氣量化測試設備包括輪體配置、潮濕空氣與再生熱空氣管路空間等重新設計，可計算除濕輪脫附後水氣的收集，量化移除水份的實際重量，在乾燥場域、乾燥及脫附進出風口裝設重量、溫度、濕度及風速監測儀器，導入控制軟體、韌體及操控面板的設計與規劃，落實吸附式乾燥裝置的建置。如第2圖所示，操作參數設定完成後，開始進行大蒜乾燥連續運轉場域測試，乾燥出風溫度36~38℃、相對濕度25~30%、風機轉速1660rpm、除濕輪轉速1rpm、除濕輪吸附水份再生溫度設定85℃、乾燥空氣進入乾燥箱風速為7.8~8.0m/s。如第3圖所示，乾燥場域測試運轉5天除水大於300kg，總共運轉15日，可以移除25%以上大蒜農作物水份，達到乾燥效果可長期保存。

近年來技術轉移廠商積極推廣應用於農作物乾燥，以雲林地區種 植大蒜農民及農作物乾燥加工產業為例。本發明以吸附式乾燥裝置進行智慧高效率節能無污染農作物乾燥機台及智慧化連續監控系統建置，導入AIoT概念，加裝智慧感測器及連續監控單元，收集運轉時相關參數變化趨勢，數據上傳彙整於雲端智慧平台中，進行數據分析，作為管理依據，如第4、5圖5所示。透過遠端監視器監控及雲端資訊，可即時查看現場狀況，有效掌控更加節能，建置流動應用程式，客戶端藉由軟體即時瞭解設備運作狀況及使用環境現況，如第6圖所示。本發明利用雲端資料庫比對客戶端的生產製程參數進行分析運算後，找出影響產品品質與設備效率的變異數進行優化及產生優化管理資訊，解決傳統乾燥所衍生的問題。

由上述可知，本發明的技術特點，包括：

(1)本發明之吸附乾燥除濕轉輪元件比熱容(Specific Heat Capacity)高，所需再生溫度可降至80~100℃，藉由需求較低的再生溫度減少能耗，以達到節能。

(2)本發明可提供一相對濕度0~30%乾燥氣流，並可將一空間內的環境濕度控制在10~50%的相對濕度範圍。

(3)本發明具智慧感測器及連續監控單元，雲端資料庫收集運轉參數進行數據分析方便管理，遠端監控即時查看現場狀況有效掌控更加節能，能對熱敏性物質之農作物、食品、藥品、塑膠、半導體、電子產品及污泥等物質進行乾燥除濕，不會產生物理或化學變化。

(4)本發明可以使用環境導入熱能整合(如太陽熱能或熱泵)，同時具備乾燥、除濕、潔淨及低耗能的特點，每度電除濕能力2.6L/kWh(乾燥能源因數值0.6kg/kWh)。

藉此，本發明所提高效節能吸附式乾燥裝置可改善既有乾燥程序耗電的問題，並進一步降低能耗及兼顧品質，符合乾燥設備成本低與耗電小之應用需求，達到降低生產成本，降低再生溫度或熱能整合提高節能效益之功效。

綜上所述，本發明係一種高效節能吸附式乾燥裝置，可有效改善習用之種種缺點，具有高效率、節能、無污染及智慧化連續監控的特性，導入AIoT概念，加裝智慧感測器及連續監控單元，收集運轉時相關參數變化趨勢，數據上傳彙整於雲端智慧平台中，進行數據分析，作為管理依據；客戶端透過遠端監視器監控及雲端資訊，可即時查看現場狀況，有效掌控更加節能，解決傳統乾燥所衍生的問題，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:乾燥場域

2:機殼

21:進風口

22:第一出風口

23:第二出風口

24:抽風機

26:乾燥風機

3:吸附乾燥除濕轉輪元件

4:熱交換器

41:熱交換進風口

42:熱交換出風口

5:加熱器

6:智慧聯網模組

61:連續監控單元

62:通訊單元

63:雲端智慧平台

64:顯示螢幕

7:行動裝置

Claims (6)

1. 一種高效節能吸附式乾燥裝置，係包括： 一乾燥場域，用以容置一待乾燥產品，提供一相對濕度0～30%乾燥環境氣流，並可將一空間內的環境濕度控制在10～50%的相對濕度範圍； 一機殼，具有一進風口、及連接至該乾燥場域的一第一出風口與一第二出風口，該進風口處設有一抽風機，係通過該進風口引入外部潮濕空氣，該第一出風口處設有一再生風機，係通過該第一出風口將濕熱的再生空氣抽送至該乾燥場域，該第二出風口處設有一乾燥風機，係通過該第二出風口將水份被吸附後的乾燥空氣抽送至該乾燥場域； 一吸附乾燥除濕轉輪元件，設置於該機殼內，其內部設有一除濕輪，該除濕輪的一側具有除濕區域及再生區域，可導接至該乾燥風機與該再生風機，並由一驅動器帶動該除濕輪轉動； 一熱交換器，設置於該機殼內並且具有一熱交換進風口以及一熱交換出風口，用以將該潮濕空氣進行熱交換後變成較高溫之潮濕空氣，並送入該除濕輪的該除濕區域吸附空氣中水份，再將該水份被吸附後的該乾燥空氣由該第二出風口輸出至該乾燥場域，並藉由該驅動器驅使該除濕輪轉動以將該除濕輪已吸附水份後的該除濕區域帶至該再生區域進行水份熱烘脫附處理； 一加熱器，設置於該機殼並連接至該除濕輪的該再生區域，用以加溫空氣，使高溫空氣流經該除濕輪的該再生區域，將其中吸附之水份熱烘脫附而形成濕熱的該再生空氣並由該第一出風口輸出至該乾燥場域； 一智慧聯網（Artificial Intelligence of Things, AIoT）模組，設置於該機殼且電性連接該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器與該加熱器，該智慧聯網模組設有一連續監控單元、一通訊單元、一雲端智慧平台及一顯示螢幕，該連續監控單元連接數個智慧感測器、該通訊單元與該顯示螢幕，以進行相關資訊之顯示，而該連續監控單元並分別與該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器及該加熱器呈信號連接，用以收集該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器及該加熱器的運轉數據，該運轉數據包括設備的操作參數、以及該待乾燥產品的重量、及該第一、二出風口的溫度、濕度與露點溫度隨著操作時間變化趨勢，將該運轉數據通過該通訊單元上傳彙整於該雲端智慧平台中進行數據記錄並分析而產生一優化管理資訊，再以該優化管理資訊作為管理該乾燥場域、該吸附乾燥除濕轉輪元件、該熱交換器及該加熱器的依據；以及 一行動裝置，可執行一流動應用程式（APP），以供客戶端取得該運轉數據及該優化管理資訊，即時瞭解設備運作狀況及使用環境現況。
2. 依申請專利範圍第１項所述之高效節能吸附式乾燥裝置，其 中，該加熱器為太陽熱能加熱模組或熱泵模組。
3. 依申請專利範圍第１項所述之高效節能吸附式乾燥裝置，其 中，該數個智慧感測器係分設在該乾燥場域、該進風口、該第一出風口與該第二出風口。
4. 依申請專利範圍第１或３項所述之高效節能吸附式乾燥裝置， 其中，該數個智慧感測器包括重量、溫度、濕度及風速監測儀器。
5. 依申請專利範圍第１項所述之高效節能吸附式乾燥裝置，其 中，該雲端智慧平台設有一雲端資料庫，該雲端資料庫儲存一生產製程參數，接收該運轉數據並與該生產製程參數進行分析運算，找出影響產品品質與設備效率的變異數進行優化及產生該優化管理資訊。
6. 依申請專利範圍第１項所述之高效節能吸附式乾燥裝置，其 中，該再生空氣的溫度係介於80～100°C之間。