CN107490283B - 可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置及其运行方法，包括热泵系统、空气通道、设置在空气通道内的显热回收器、循环离心风机和空气过滤器，其中，所述热泵系统包括压缩机、设置在空气通道外的配套有轴流风机的室外多功能换热器以及设置在空气通道内部的冷凝器和除湿蒸发器；本发明提供的热泵干燥装置设置了室外多功能换热器，并通过控制阀改变制冷剂流向和流量分配，使闭式干燥热泵装置能在低温下快速升温、高温下快速散热，从而满足不同的干燥室温度需求，使冷冻除湿干燥过程更持续、稳定、可靠和节能。

Description

可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种干燥装置，具体涉及一种热回收型调温热泵干燥装置及其运行方法。
背景技术
目前，干燥装置一般是以直接电加热和利用热泵系统工作两种方式为主。以电加热为核心的装置通过对空气直接加热，能够快速升温，工作时间较短，但能耗较高。以热泵系统为核心的装置利用热量转移的方式加热空气虽耗能少，但低温时工作温度提升慢，工作周期长，且蒸发器存在结霜隐患，影响工作稳定性；温度高时热泵频繁启停，温度波动大，干燥过程不连续，增加了能耗。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置及其运行方法，可用于在宽广的环境温度和不同的干燥温度需求下进行空气的快速升温和控温持续干燥。
技术方案：一种可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，包括热泵系统、空气通道、设置在空气通道内的显热回收器、循环离心风机和空气过滤器，其中，所述热泵系统包括压缩机、设置在空气通道外的配套有轴流风机的室外多功能换热器以及设置在空气通道内部的冷凝器和除湿蒸发器；
所述空气通道设有与干燥室连通的回风口和送风口，在空气通道内按以下顺序进行连通：回风口、空气过滤器、显热交换器的第一流道入口、与第一流道入口对应的第一流道出口、除湿蒸发器的空气入口、除湿蒸发器的空气出口、显热交换器的第二流道入口、与第二流道入口对应的第二流道出口、冷凝器的空气入口、冷凝器的空气出口、循环离心风机、送风口；
所述热泵系统的制冷剂管道按以下方式进行连接：压缩机的排气口通过电动三通调节阀分别连接冷凝器的第一端口和室外多功能换热器的第一端口，换热器的第二端口一方面通过第一电动两通阀连接冷凝器的第二端口，另一方面经电动三通阀分别连接除湿蒸发器的第一端口及通过节流阀连接冷凝器的第二端口，除湿蒸发器的第二端口连接压缩机的吸气口，压缩机的吸气口还与室外多功能换热器的第一端口通过第二电动两通阀相连。
进一步，所述空气通道内部设有将空间分为上部空间和下部空间的隔板，所述显热交换器穿过隔板使流道入口和流道出口分设在下部空间和上部空间；隔板的一端为封闭端，另一端为流通端，所述回风口和送风口分别设置在下部空间和上部空间内靠近封闭端的一侧，所述除湿蒸发器位于下部空间且靠近流通端，所述冷凝器位于上部空间内且靠近封闭端。
进一步，还包括设置在干燥室内的温度传感器。
进一步，所述压缩机设置在空气通道外或空气通道内除湿蒸发器的空气出口。
进一步，所述除湿蒸发器、冷凝器和室外多功能换热器为翅片管式换热器，还包括室外环境温度传感器和设置在室外多功能换热器翅片上的翅片温度传感器。
进一步，所述显热交换器为叉流或逆流金属板翅式换热器。
一种可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置的运行方法，包括快速升温、快速除霜、恒温干燥三种模式：
处于快速升温模式时，位于所述压缩机排气口侧的电动三通调节阀全部旁通，压缩机排出的制冷剂气体全部进入所述冷凝器，第一电动两通阀关闭，从冷凝器流出的制冷剂液体经节流阀节流且电动三通阀直通，低压制冷剂液体进入所述室外多功能换热器从室外吸热，轴流风机工作，强化换热性能，第二电动两通阀打开，低压制冷剂气体回到压缩机吸气口；
处于快速除霜模式时，位于所述压缩机排气口侧的电动三通调节阀全部直通，第二电动两通阀关闭，压缩机排出的制冷剂气体全部进入所述室外多功能换热器放热化霜，第一电动两通阀打开，电动三通阀旁通，从室外多功能换热器流出的制冷剂液体通过第一电动两通阀流经节流阀节流及电动三通阀，进入所述除湿蒸发器吸热除湿，低压制冷剂气体从除湿蒸发器流出回到压缩机吸气口；
处于恒温干燥模式时，位于所述压缩机排气口侧的电动三通调节阀根据干燥室温度与设定温度的差值调节开度，第二电动两通阀关闭，压缩机排出的制冷剂气体分两路分别进入所述冷凝器和所述室外多功能换热器凝结放热，轴流风机工作，强化多功能换热器的换热性能；第一电动两通阀打开，室外多功能换热器流出的、经过第一电动两通阀的制冷剂与从冷凝器流出的制冷剂在节流阀前汇合后经节流阀节流，电动三通阀旁通，进入所述除湿蒸发器吸热除湿，低压制冷剂气体从除湿蒸发器出口回到压缩机吸气口。
进一步，当干燥室内设定温度与实际温度差值大于预设的上限值时，调温热泵干燥装置切换为快速升温模式；当该差值小于预设的下限值时，调温热泵干燥装置切换为恒温干燥模式。
进一步，在快速升温模式下，当室外环境温度与多功能换热器的翅片温度差值大于预设的上限值时，调温热泵干燥装置切换为快速除霜模式，多功能换热器的翅片温度高于10℃时退出化霜模式，切换为快速升温模式。
进一步，还包括用于切换模式的控制器，所述控制器分别与干燥室内的温度传感器、室外环境温度传感器、室外多功能换热器翅片上的翅片温度传感器、轴流风机、压缩机和各控制阀电连接。
有益效果：在面对干燥室温度较设定温度差距较大、干燥室散热量与压缩机功率相近、干燥室散热量低于压缩机功率三种不同的情况时，本发明通过设置室外换热器和通过控制阀改变制冷剂流向和流量分配，在工作时根据实际情况，随时改变闭式热泵系统的工作状态以及通过显热回收器装置进行热回收，能在宽广的环境温度和不同的干燥温度需求下可靠、节能运行，从而达到快速升温和保持后续的稳定工作状态的效果。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2~4为各模式下的制冷剂流通示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，如图1所示，包括由壳体8构成的空气通道、设置在壳体8内的除湿蒸发器1、显热回收器5、冷凝器6、循环离心风机7和空气过滤器11以及设置在干燥室外的压缩机13、室外多功能换热器16及设置在室外多功能换热器16一侧的轴流风机15。其中，压缩机13、室外多功能换热器16、冷凝器6和除湿蒸发器1构成热泵系统。具体的，除湿蒸发器1和冷凝器6为翅片管式换热器；显热回收器5为金属板翅式换热器；循环离心风机7为低噪音高静压离心式风机；室外多功能换热器16为翅片管式换热器，既可以从环境吸热，也可以向环境排热。
壳体8中设有水平设置的隔板，将壳体8的内部空间分为下部空间和上部空间。显热回收器5镶嵌在隔板中并使得显热回收器5的两个流道入口位于下部空间，两个流道出口位于上部空间。隔板的右端连接壳体8的右壁为封闭端，左端与壳体8的左壁之间留有空隙为流通端。下部空间在靠近封闭端的壳体8上设有回风口10，上部空间在靠近封闭端的壳体8上设有送风口9。下部空间内，从回风口10起始顺序设有过滤器11、显热回收器5的第一流道入口、第二流道入口和除湿冷凝器6，第二空间内，从送风口9起始顺序设有循环离心风机7、冷凝器6、显热回收器5的第二流道出口和第一流道出口。
热泵系统的制冷剂管道按以下方式进行连接：压缩机13的排气口通过电动三通调节阀12分别连接冷凝器6的第一端口和室外多功能换热器16的第一端口，换热器16的第二端口一方面通过第一电动两通阀2连接冷凝器6的第二端口，另一方面经电动三通阀3分别连接除湿蒸发器1的第一端口及通过节流阀4连接冷凝器6的第二端口，除湿蒸发器1的第二端口连接压缩机13的吸气口，压缩机13的吸气口还与室外多功能换热器16的第一端口通过第二电动两通阀14相连。
这里使用的节流阀4可以是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
上述装置有三种运行模式：
1、如图2所示，快速升温：当干燥室内温度较设定温度差距较大时，进行快速升温；位于所述压缩机13排气口侧的电动三通调节阀12全部旁通，压缩机14排出的高温高压制冷剂蒸汽经过电动三通调节阀12进入冷凝器6，放热凝结成高压制冷剂液体，然后由冷凝器6流出；第一电动两通阀2关闭，电动三通阀3直通，由节流阀4节流降压后，经电动三通阀3进入室外多功能换热器16从环境吸热，轴流风机15工作，强化换热性能；制冷剂低压蒸汽从室外多功能换热器16流出，第二电动两通阀14打开，回到压缩机14的吸气口。
干燥室的回风通过回风口10依次经过过滤器11、显热回收器5（该模式无热回收作用）的第一流道入口、第一流道出口、隔板的流通端、除湿蒸发器1（该模式无冷冻除湿作用）、显热回收器5的第二流道入口、第二流道出口、经冷凝器6加热后由循环离心风机7通过送风口9送入干燥室。
2、如图3所示，快速除霜：如环境温度较低，在快速升温模式下工作时，室外多功能换热器16可能结霜。需要化霜时，第二电动两通阀14关闭，压缩机13排出的高温高压制冷剂蒸汽经全直通的电动三通调节阀12，进入室外多功能换热器16放热融霜，变成高压制冷剂液体从室外多功能换热器16流出，流经打开的第一电动两通阀2，由节流阀4节流降压后经旁通的电动三通阀3进入除湿蒸发器1，吸热后流出回到压缩机13的吸气口，实现快速化霜。
干燥室的回风通过回风口10依次经过过滤器11、显热回收器5的第一流道入口、第一流道出口（空气预冷）、隔板的流通端、除湿蒸发器1、显热回收器5的第二流道入口、第二流道出口（空气预热）、经冷凝器6后（该模式无冷凝加热作用）由循环离心风机7通过送风口9送入干燥室。
3、如图4所示，控温干燥：当干燥室内温度接近设定温度时，进行控温干燥；第二电动两通阀14关闭，压缩机13排出的高温高压制冷剂蒸汽经过由干燥室温度控制开启角度的电动三通调节阀12分成两路，一路进入冷凝器6，一路进入室外多功能换热器16，轴流风机工作，强化多功能换热器的换热性能；放热凝结成的高压制冷剂液体从冷凝器6和室外多功能换热器16流出，从室外多功能换热器16流出的经过打开的第一电动两通阀2和从冷凝器6的流出的会合，经由节流阀4节流降压后，从旁通的电动三通阀3流入除湿蒸发器1进行吸热，对干燥室空气降温除湿，变成低压蒸汽从除湿蒸发器1回到压缩机14的吸气口。
干燥室的高湿回风通过回风口10依次经过过滤器11、显热回收器5第一流道入口、第一流道出口（空气预冷）、隔板的流通端、除湿蒸发器1的冷冻除湿、显热回收器5的第二流道入口、第二流道出口（空气预热）、经冷凝器6加热后变成高温干燥空气由循环离心风机7通过送风口9送入干燥室。

Claims (10)

1.一种可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，其特征在于：包括热泵系统、空气通道、设置在空气通道内的显热回收器、循环离心风机和空气过滤器，其中，所述热泵系统包括压缩机、设置在空气通道外的配套有轴流风机的室外多功能换热器以及设置在空气通道内部的冷凝器和除湿蒸发器；
所述空气通道设有与干燥室连通的回风口和送风口，在空气通道内按以下顺序进行连通：回风口、空气过滤器、显热交换器的第一流道入口、与第一流道入口对应的第一流道出口、除湿蒸发器的空气入口、除湿蒸发器的空气出口、显热交换器的第二流道入口、与第二流道入口对应的第二流道出口、冷凝器的空气入口、冷凝器的空气出口、循环离心风机、送风口；
所述热泵系统的制冷剂管道按以下方式进行连接：压缩机的排气口通过电动三通调节阀分别连接冷凝器的第一端口和室外多功能换热器的第一端口，室外多功能换热器的第二端口一方面通过第一电动两通阀连接冷凝器的第二端口，另一方面经电动三通阀分别连接除湿蒸发器的第一端口及通过节流阀连接冷凝器的第二端口，除湿蒸发器的第二端口连接压缩机的吸气口，压缩机的吸气口还与室外多功能换热器的第一端口通过第二电动两通阀相连。
2.根据权利要求1所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，其特征在于：所述空气通道内部设有将空间分为上部空间和下部空间的隔板，所述显热交换器穿过隔板使流道入口和流道出口分设在下部空间和上部空间；隔板的一端为封闭端，另一端为流通端，所述回风口和送风口分别设置在下部空间和上部空间内靠近封闭端的一侧，所述除湿蒸发器位于下部空间且靠近流通端，所述冷凝器位于上部空间内且靠近封闭端。
3.根据权利要求1所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，其特征在于：还包括设置在干燥室内的温度传感器。
4.根据权利要求1所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，其特征在于：所述压缩机设置在空气通道外或空气通道内除湿蒸发器的空气出口。
5.根据权利要求1所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，其特征在于：还包括室外环境温度传感器和设置在室外多功能换热器翅片上的翅片温度传感器。
6.根据权利要求1所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置，其特征在于：所述显热交换器为叉流或逆流金属板翅式换热器。
7.根据权利要求1所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置的运行方法，其特征在于：包括快速升温、快速除霜、恒温干燥三种模式：
处于快速升温模式时，位于所述压缩机排气口侧的电动三通调节阀全部旁通，压缩机排出的制冷剂气体全部进入所述冷凝器，第一电动两通阀关闭，从冷凝器流出的制冷剂液体经节流阀节流且电动三通阀直通，低压制冷剂液体进入所述室外多功能换热器从室外吸热，轴流风机工作，强化换热性能，第二电动两通阀打开，低压制冷剂气体回到压缩机吸气口；
处于快速除霜模式时，位于所述压缩机排气口侧的电动三通调节阀全部直通，第二电动两通阀关闭，压缩机排出的制冷剂气体全部进入所述室外多功能换热器放热化霜，第一电动两通阀打开，电动三通阀旁通，从室外多功能换热器流出的制冷剂液体通过第一电动两通阀流经节流阀节流及电动三通阀，进入所述除湿蒸发器吸热除湿，低压制冷剂气体从除湿蒸发器流出回到压缩机吸气口；
处于恒温干燥模式时，位于所述压缩机排气口侧的电动三通调节阀根据干燥室温度与设定温度的差值调节开度，第二电动两通阀关闭，压缩机排出的制冷剂气体分两路分别进入所述冷凝器和所述室外多功能换热器凝结放热，轴流风机工作，强化多功能换热器的换热性能；第一电动两通阀打开，室外多功能换热器流出的、经过第一电动两通阀的制冷剂与从冷凝器流出的制冷剂在节流阀前汇合后经节流阀节流，电动三通阀旁通，进入所述除湿蒸发器吸热除湿，低压制冷剂气体从除湿蒸发器出口回到压缩机吸气口。
8.根据权利要求7所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置的运行方法，其特征在于：当干燥室内设定温度与实际温度差值大于预设的上限值时，调温热泵干燥装置切换为快速升温模式；当该差值小于预设的下限值时，调温热泵干燥装置切换为恒温干燥模式。
9.根据权利要求7所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置的运行方法，其特征在于：在快速升温模式下，当室外环境温度与多功能换热器的翅片温度差值大于预设的上限值时，调温热泵干燥装置切换为快速除霜模式，多功能换热器的翅片温度高于10℃时退出化霜模式，切换为快速升温模式。
10.根据权利要求7所述的可快速升温的热回收型调温热泵干燥装置的运行方法，其特征在于：还包括用于切换模式的控制器，所述控制器分别与干燥室内的温度传感器、室外环境温度传感器、室外多功能换热器翅片上的翅片温度传感器、轴流风机、压缩机和各控制阀电连接。
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