CN108507231B - 一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，包括有至少两个冷凝器设置在进风通道上的热泵机组，热泵机组包括有相连形成制冷剂循环系统的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，各个热泵机组的冷凝器顺序排列布置在进风通道内；热泵系统包括有布置在进风通道靠近进风口的一端的过冷放热模块，气流进入到进风通道内后顺序经过过冷放热模块和各个热泵机组的冷凝器；过冷模块由至少两个换热器小模块组成，各个换热器小模块一一对应分别串联在各个所述热泵机组上冷凝器的末端，制冷剂流过冷凝器后流经换热器小模块进行放热过冷，再进入节流装置；且沿着进风通道内的进风方向，越远离进风通道的进风口的冷凝器对应的换热器小模块的换热面积越大。

Description

一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵系统设计技术领域，具体涉及一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统。

背景技术

将热泵运用于含湿物料的中低温干燥，具有鲜明的节能环保的特点，已经引起了热工技术领域和社会各界的高度关注。相当多的热泵空调企业，试水木材的热泵干燥，烟叶、大枣、枸杞、葡萄、黑木耳、中草药等等农产品热泵干燥，米粉、面条、海产品、腌腊制品等等食物制品热泵干燥，以及谷物热泵干燥，取得了不俗的业绩。

通常，为了提高干燥强度和干燥效率，采取提高干燥装置进风温度的做法，也就是通过提高干燥空气的温度来提高干燥空气的焓值、降低空气的相对湿度，从而提高干燥空气对含湿物料的加热能力和吸湿能力。

通常，为了提高热泵干燥装置的制热功率和制热能效比，采取梯级加热的模式，即采取多级冷凝器对干燥介质(空气、水)进行加热，逐级把干燥介质温度提升到目标温度的做法：热泵机组的制热能效比与该热泵的循环温升(即冷凝温度蒸发温度的差值)负相关，冷凝温度蒸发温度的差值越大，热泵制热能效比越低，反之也然；在实施梯级加热的由多级热泵组成的热泵机组中，冷凝器位于梯级系列的较低位置的单元热泵，由于循环温升较小，相应的制热能效比较高；而冷凝器位于梯级系列的较高位置的单元热泵，由于循环温升较大，相应的制热能效也就比较低；综合起来，整个热泵机组的全程制热能效比，高于单级的大循环温升的热泵机组。

具体的，现有技术中通常采用多梯级加热热泵烘干机组，各个热泵烘干机组的蒸发器并列，均在环境空气中吸热，各个热泵烘干机组的冷凝器串联在风道内；运行时，如图1，在蒸发器轴流风机推动下，，5只蒸发器从环境空气中吸收的热量，蒸发器中的低压制冷液吸热蒸发成为低压制冷剂气体，被压缩机吸入，压缩成为高温高压制冷剂气体送入5只冷凝器，5只冷凝器中的高压制冷剂气体对风道内的干燥新风进行梯级加热，加热至目标温度(例如70℃)，再送入烘干装置内，对烘干装置内的物料进行烘干。

上述现有的多梯级加热热泵烘干机组，虽然能够实现将风道中的空气加热到目标温度、达到提高整个热泵机组的全程制热能效比的目的，但是各级的热泵烘干机组自身依旧存在制热能效比相对较低，冷凝器中的制冷剂冷凝液难以有效过冷等问题，尤其是靠近热风风道输出端末端的热泵烘干机组冷凝器。

发明内容

针对背景技术中提出的现有多级加热热泵系统存在的问题，本发明提供了一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，包括有至少两个冷凝器设置在进风加热通道上的热泵机组，所述热泵机组包括有相连形成制冷剂循环系统的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，各个所述热泵机组的冷凝器顺序排列布置在所述进风加热通道内；

所述热泵系统包括有一放热过冷模块，所述放热过冷模块布置在所述进风加热通道靠近进风口的一端，气流进入到所述进风加热通道内后顺序经过所述放热过冷模块和各个所述热泵机组的冷凝器；

所述过冷模块由至少两个换热器小模块组成，各个所述换热器小模块一一对应分别串联在各个所述热泵机上冷凝器的末端，制冷剂流过所述冷凝器后流经所述换热器小模块进行放热过冷，再进入所述节流装置；且沿着所述进风通道内的进风方向，越远离所述进风通道的进风口的冷凝器对应的换热器小模块的换热面积越大。

较佳地，所述换热器小模块采用翅片管换热器。

较佳地，所述放热过冷换热器小模块沿着所述进风通道的截面平行气流设置，且两个以上的所述换热器小模块沿着所述进风通道内的进风方向顺序排列布置。

较佳地，沿着进风方向顺序排列的多个所述冷凝器对应的所述放热过冷换热器小模块，顺序沿着进风方向顺序排列。

较佳地，所述放热过冷换热器小模块内供制冷剂流经的管路分为上下两独立上管路模块和下管路模块；所述上管路模块的制冷剂进口位于上端，制冷剂出口位于下端；所述下管路模块的制冷剂进口位于下端，制冷剂出口位于上端；所述上管路模块、所述下管路模块并联，进口再串联到所述热泵机上冷凝器的末端，出口再串联到所述热泵机组的节流阀。

较佳地，两个以上的所述放热过冷换热器小模块，沿着所述进风通道的截面垂直于气流方向顺序排列布置。

较佳地，各所述冷凝器输出的制冷剂分别从对应的所述放热过冷换热器小模块的背风侧输入、迎风侧输出。

较佳地，每个所述热泵机组均包括有两个蒸发器，分别为第一蒸发器和第二蒸发器；所述第一蒸发器与所述第二蒸发器的管路并联，再分别与所述压缩机和所述节流装置串联。

较佳地，所述第一蒸发器与所述第二蒸发器呈“V”型布置，且所述第一蒸发器与所述第二蒸发器之间设置有一风机。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.提高了热泵机组的制热功率

本发明实现了热泵机组节流阀之前制冷液的深度过冷，降低了制冷剂在节流阀中的汽化比例，提高了蒸发器进口制冷剂气液两相流中液态制冷剂的比例，扩大了制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热量，提高了热泵机组的制热功率；

2.提高了热泵机组的制热能效比

本发明增加了冷凝器放热过冷段制冷管路内制冷液与翅片外空气的传热温差，增加了冷凝器(包括过冷放热段)的总发热量，提高了热泵机组的制热能效比。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为现有技术中五级冷凝器新风梯级加热热泵机组与干燥装置的连接示意图；

图2为现有技术中五级冷凝器新风梯级加热热泵机组的压焓图；

图3为本发明实施例1中多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统与干燥装置连接的示意图；

图4为本发明实施例1中多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统的排列示意图；

图5为本发明实施例1中放热过冷模块的结构示意图；

图6为本发明实施例2中多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统与干燥装置连接的示意图；

图7为本发明实施例2中多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统的排列示意图；

图8为本发明实施例2中放热过冷模块的结构示意图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参照图1，为现有技术中的五级冷凝器新风梯级加热热泵机组，对此进行分析。

在梯级加热模式下，进风加热通道2中的多个冷凝器301的风路是串联关系，多级冷凝器对干燥空气进行梯级加热，逐级把干燥空气温度提升到目标温度，也就是说，在这个梯级加热过程中，上一级冷凝器的出风成为下一级冷凝器的进风。这对于冷凝器处在梯级加热系列的较高冷凝温度位置的热泵机组，产生了双重不利影响：

①制热能效比降低

与冷凝器位于梯级加热系列冷凝温度较低位置热泵机组相比，冷凝器位于梯级系列的冷凝温度较高位置的热泵机组，循环温升(冷凝温度蒸发温度的差值)加大，相应的制热能效比大幅衰减；

②冷凝器中的制冷剂冷凝液难以有效过冷

由于位于梯级系列冷凝温度较高位置的热泵机组冷凝器的进风，是其上一级热泵机组冷凝器的出风，而这个上一级热泵机组冷凝器出风也已经经过若干次加热，温度已然较高，因此无法对该级冷凝器中的制冷剂冷凝液实施有效过冷，即实施在饱和压力下冷凝液相对于饱和温度的进一步降温放热，实现对饱和温度的“过冷”；从冷凝器组进风方向看，由于上一级热泵机组冷凝器的较高出风温度的顶托，该级冷凝器末端制冷液的温度总是高于上一级冷凝器的出风(也就是本级冷凝器的进风)的温度。

而从压焓图上制冷剂共有的热工特性来看，在热泵冷凝器中，制冷剂的冷凝焓差较小、显热焓差较大；并且冷凝温度越高，制冷剂的冷凝焓差越小、显热焓差越大；当冷凝温度达到制冷剂临界温度时，冷凝焓差降为零、显热焓差达到最大；

如果热泵机组冷凝器末端制冷液不能实现有效过冷，也就是完成冷凝相变的冷凝液的显热没有实现有效释放，冷凝液进入节流装置后将有较大比例(例如40％)的制冷液在节流装置内蒸发汽化吸热，以吸收未汽化的那部分制冷液自冷凝温度向蒸发温度过渡而必须释放的显热，这将使节流装置出口汽液混合相制冷剂中的汽相比例大为增加，造成蒸发器中液态制冷剂供给不足，蒸发器吸热能力不足，从而造成冷凝器的制热能力不足！

参照图2，为上述五级冷凝器新风梯级加热热泵系统压焓图上制热循环，新风经过5级热泵机组的冷凝器的梯级加热，达到目标温度：由于每一级热泵机组冷凝器的进风都是上一级热泵机组冷凝器的出风，致使后置级热泵机组的冷凝温度逐步抬高，制冷剂气体冷凝放热段的焓差越来越短、蒸发器制冷液蒸发吸热段的焓差越来越短、节流装置出口制冷剂的干度越来越高；第1级～第5级热泵机组的节流装置出口制冷剂的干度分别约为17％、21％、26％、33％、44％，逐级增加，到了第5级即最高冷凝温度级，节流装置出口制冷剂干度高达44％，即来自冷凝器的冷凝液，有44％在节流装置中汽化，只有56％进入蒸发器蒸发吸热，致使蒸发器吸热量大幅降低。

如果将处在最高冷凝温度的第5级热泵机组节流装置出口制冷剂干度降低20个百分点，即干度降低到24％左右，则第5级热泵机组蒸发器的吸热量，将增加20％/56％＝35.7％！

冷凝器末端制冷液的深度过冷放热问题，对于高温热泵干燥装置，已经成为影响制热功率和制热能效比的一个关键问题。使热泵冷凝器末端制冷液获得深度过冷，也就是使冷凝液的显热得到充分释放，是热泵烘干机组创新设计的重要任务。

干燥装置进风温度也就是梯级加热热泵系统冷凝器的最终出风温度的提高(例如70℃)，将导致在梯级加热系列中位于靠后位置的若干个热泵冷凝器的冷凝温度也相应提高(例如最后2级冷凝器的冷凝温度分别达到65℃、75℃)，大大高于普通空调的冷凝温度，这些热泵冷凝器里的高温冷凝液，具有较大的“过冷”放热量，同时具有相对于低温空气的较大的放热过冷动力(温差)，可以向环境空气(或干燥气流闭路循环方式下的蒸发器低温出风)释放出相当于蒸发器吸热量1/3左右的显热，因而具有很高的技术意义和商业价值。

针对上述分析出来的问题，本发明提供了一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，包括有至少两个设置在进风通道上的热泵机组冷凝器；热泵机组包括有相连形成制冷剂循环系统的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，各个热泵机组的冷凝器顺序排列布置在所述进风通道内；热泵系统还包括有一过冷放热模块，过冷放热模块布置在冷凝器组进风通道靠近进风口的一端，气流进入到进风通道内后顺序经过放热过冷模块和各个所述热泵机组的冷凝器；过冷模块由至少两个换热器小模块组成，各个换热器小模块一一对应分别串联在各个热泵机组上冷凝器的末端，制冷剂流过冷凝器后流经换热器小模块进行进一步放热过冷，再进入节流装置；且沿着进风通道内的进风方向，越远离所述进风通道的进风口的冷凝器对应的换热器小模块的换热面积越大。

其中，热泵系统的热泵机组的设置数目可根据具体情况进行选择，可为两个或者三个或者三个以上，此处不做限制。

本发明将各个热泵机组上冷凝器内的冷凝器引入到冷凝器组进风通道前端的过冷放热模块内，利用进风通道前端的低温环境新风与放热过冷模块内引入的高温制冷剂进行热交换，实现高温制冷剂的显热释放和深度过冷，制冷剂深度过冷后流入到节流装置中，从而降低了制冷剂在节流装置中的气化比例，进而增加对蒸发器的给液量，扩大了蒸发器的吸热量，提高冷凝器的总放热功率，从而提高整个热泵系统的制热功率和制热能效比；同时本发明在过冷模块上，依据各个热泵机组上冷凝温度的高低，按照各级热泵机组对应的冷凝器制冷液与新风“逆流换热”的总体布局，来顺序安排过冷段，具体的：依据梯级加热各个热泵机组冷凝温度的高低，来匹配该热泵机组过冷段的放热面积：冷凝温度越低，过冷段放热面积越小；冷凝温度越高，过冷段放热面积越大。

本发明通过实施制冷液深度过冷技术，将冷凝器末端(放热过冷段)出口(节流阀进口)的制冷液温度降低到接近于冷凝器末端位置处环境新风的温度，从而使制冷液在放热过冷段里充分放热，在节流装置中里的汽化比例大幅降低，进入蒸发器的液态制冷剂比例大幅提高，液态制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热量大幅提高，从而使热泵机组的制热功率和制热能效比大幅提高；

本发明提供的一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵机组，具有如下有益之处：

1.提高了热泵机组的制热功率

本发明实现了热泵机组节流阀之前制冷液的深度过冷，降低了制冷剂在节流阀中的汽化比例，提高了蒸发器进口制冷剂气液两相流中液态制冷剂的比例，扩大了制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热量，提高了热泵机组的制热功率；

2.提高了整个热泵系统的制热能效比

本发明增加了冷凝器末端(放热过冷段)制冷管路内制冷液与空气的传热温差，增加了冷凝器(包括过冷放热段)的总发热量，提高了整个热泵系统的制热能效比。

下面就具体实施例作进一步的说明，具体的：

实施例1

参照图3-5，本实施例提供的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，包括有三组热泵机组，分别为热泵机组4、热泵组5和热泵机组6；当然，在其他实施例中热泵机组的数目也可根据具体情况进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，热泵机组4、热泵组5和热泵机组6的组成部分相同，以热泵机组4的结构为例做进一步的说明。具体的，热泵机组4包括相连的压缩机405、冷凝器401、节流装置402和蒸发器，压缩机405、冷凝器401、节流装置402和蒸发器相连形成一供制冷剂循环的循环系统。制冷剂的循环原理为：自压缩机出来的被加压后的高温制冷剂气体，流经冷凝器的管道，实现放热降温、冷凝液化，经节流装置降压成低压的制冷剂汽液混合相输入到蒸发器的管道内，吸收热量蒸发成为低压制冷剂气体；压缩机再对由蒸发器过来的低压制冷剂气体进行加压后，输送给冷凝器，从而形成一完整的制冷剂循环。

热泵机组4的冷凝器401、热泵组5的冷凝器501和热泵机组6的冷凝器601顺序排列布置在与干燥装置1相连的进风加热通道2内，引入外界低温环境新风作为干燥介质，进入到进风通道内顺序经过冷凝器601、冷凝器501和冷凝器401，并与之换热逐渐被加热成高温干燥空气。

每个热泵机组均包括有两个并联的蒸发器，分别为第一蒸发器和第二蒸发器；第一蒸发器与第二蒸发器的管路并联后，两端再分别与压缩机和节流装置串联。以热泵机组4为例来进行说明，热泵机组4包括管路并联的第一蒸发器403和第二蒸发器404，第一蒸发器403与第二蒸发器404呈“V”型布置，且第一蒸发器403与第二蒸发器404之间设置有一风机406。

热泵机组4的蒸发器、热泵组5的蒸发器和热泵机组6的蒸发器均位于外界环境中，并在风机的作用下外界空气吹过各个蒸发器，与之换热吸取环境空气中的热量来加热蒸发蒸发器内的制冷剂。

当然，在其他实施例中，各个热泵系统的具体结构并不局限于以上所述，也可根据具体情况进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，供冷凝器冷凝液放热过冷的放热过冷换热模块设置在冷凝器601进风前侧，进风先经过放热过冷换热模块后再流向冷凝器601；本实施例将放热过冷换热模块布置在进风加热通道2的进风前端，使其优先与低温进风进行热交换。放热过冷换热模块包括有三个放热过冷换热器小模块，分别为与热泵机组4串联的放热过冷换热器小模块701、与热泵机组5串联的放热过冷换热器小模块702以及与热泵机组6串联的放热过冷换热器小模块703。

其中，放热过冷换热器小模块的设置数目与热泵机组的设置数目一致，此处不做限制。

其中，优选的放热过冷换热器小模块采用翅片管换热器，当然在其他实施例中放热过冷换热器小模块也可采用其他形式的换热器，此处不做限制。

进一步的，如图5所示，制放热过冷换热器小模块701、放热过冷换热器小模块702以及放热过冷换热器小模块703均沿着进风通道的截面竖直设置，且放热过冷换热器小模块703、放热过冷换热器小模块702、放热过冷换热器小模块701沿着进风加热通道2内的进风方向顺序排列布置，以便于低温进风全面流过放热过冷换热器模块。其中，放热过冷换热器小模块701、放热过冷换热器小模块702、放热过冷换热器小模块703可以为一完整的翅片管换热器，其内部的换热管分成独立的三部分以形成三个独立的放热过冷换热器小模块；或者，放热过冷换热器小模块701、放热过冷换热器小模块702、放热过冷换热器小模块703直接为三个独立结构，此处均不做限制。

进一步的，结合图4和图5，沿着进风方向顺序排列的三个冷凝器制冷液放热过冷对应的放热过冷换热器小模块，顺序沿着进风方向顺序排列；即沿着进风方向冷凝器的排列顺序是：冷凝器601→冷凝器501→冷凝器401，沿着进风方向放热过冷换热器小模块的排列顺序为：放热过冷换热器小模块703→放热过冷换热器小模块702→放热过冷换热器小模块701。在风道串联新风多级加热的热泵机组中，各级冷凝器主体中的制冷剂冷凝液，其温度都接近于该热泵单元的冷凝压力下的饱和温度；顺着干燥新风气流方向看，各级冷凝器制冷剂冷凝液的饱和温度越来越高(即冷凝器401制冷剂冷凝液的饱和温度＞冷凝器501制冷剂冷凝液的饱和温度＞冷凝器601制冷剂冷凝液的饱和温度)；本实施例在冷凝器放热过冷换热模块上，依据各个热泵机组冷凝温度的高低，按照各级冷凝器制冷液与新风“逆流换热”的总体布局，来顺序安排过冷段：从新风气流方向看，冷凝温度最低的热泵机组的过冷段，设置在最前面，依次类推，冷凝温度最高的热泵机组的过冷段，设置在最后面。

进一步的，放热过冷换热器小模块701的换热面积(占用3排制冷管路)＞放热过冷换热器小模块702的换热面积(占用2排制冷管路)＞放热过冷换热器小模块701的换热面积(占用1排制冷管路)，具体的可以通过设置放热过冷换热器小模块内管路的层数、长短等方式来实现换热面积的区别，此处不做限制。由于在梯级加热的冷凝器系列中，冷凝温度处于较高位置的冷凝器中饱和冷凝液相对于低温新风具有较大的显热焓差，本实施例依据梯级加热各个热泵机组冷凝温度的高低，来匹配该热泵机组过冷段的放热面积：冷凝温度越低，过冷段放热面积越小；冷凝温度越高，过冷段放热面积越大。

进一步的，参照图5，每个放热过冷换热器小模块内的供制冷剂流经的管路分为上下两独立上管路模块和下管路模块；上管路模块的制冷剂进口位于上端，制冷剂出口位于下端；下管路模块的制冷剂进口位于下端，制冷剂出口位于上端；上管路模块、所述下管路模块并联，再串联到热泵机上冷凝器的末端。具体的，有冷凝器401输出的制冷剂分成并联的两路分别进入到放热过冷换热器小模块701的上管路模块和下管路模块，由上管路模块和下管路模块排出后再一起输送回到节流装置402内，依次类推冷凝器501与放热过冷换热器小模块702之间的连接方式、冷凝器601与放热过冷换热器小模块703之间的连接方式均参照以上所述，此处不再赘述。

由于制冷剂冷凝液的比热容相对较小，所以在冷凝器过冷段中，制冷液沿着流动方向的温度下降较快；如果在某个深度过冷的制冷液管路附近，存在着高温制冷剂冷凝液管路，则高温制冷剂冷凝液将通过翅片的热桥作用，阻碍这临近区域管路中的制冷液的深度过冷。当多个冷凝器过冷段配置在同一个换热器模块上时，本实施例采取“制冷液出液端(或者进液端)相邻设置的方法，来安排各个冷凝器过冷段翅片管的布局和走向，以减弱高温制冷液通过翅片热桥对较低温度制冷液深度过冷的负影响。

本实施例提供的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷热泵机组与谷物烘干装置1组合的整机系统装置图如图3中所示，其工作过程为：干燥新风经过冷凝器换热模块7、冷凝器601、冷凝器501、冷凝器401共四级加热，成为70℃RH5％左右高温干燥空气从右侧进入谷物烘干装置中，与潮湿谷物进行热湿交换而成为30℃RH90％左右暖湿空气再从左侧被离心风机抽出排往大气。

本实施例提供的新风多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其有益之处是：

1.在专用的冷凝器组制冷液发热过冷模块里，实施“制冷剂冷凝液与新风气流逆流换热”，充分利用了新风气流的“低温特性”，增加了包括过冷放热段在内的冷凝器总放热量，提高了热泵机组的总制热功率；

2.通过在节流装置之前实施制冷液深度过冷，降低了制冷剂在节流装置中的汽化比例，提高了蒸发器进口制冷剂气液两相流中液态制冷剂的比例，有效扩大了制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热量和在冷凝器中的放热量，从而提高了热泵机组制热能效比；

3.依据各个热泵机组冷凝温度的高低，按照各级冷凝器制冷液与新风“逆流换热”的总体布局，来顺序安排过冷段；每一级冷凝器的过冷段，都布满了整个新风气流通道截面，不论热泵机组负荷率如何，投入制热运行的热泵机组的冷凝器有几只，都能够改善过冷段模块和整个冷凝器组模块出风温度在出风截面上的均匀性。

实施例2

参照图6-8，本实施例是在实施例1的基础上进行的修改，相对于实施例1本实施例中冷凝器换热模块的结构进行调整。

具体的，在本实施例中，放热过冷换热模块7’包括有三个放热过冷换热器小模块，分别为与热泵机组4串联的放热过冷换热器小模块701’、与热泵机组5串联的放热过冷换热器小模块702’以及与热泵机组6串联的放热过冷换热器小模块703’，分别位于自下至上的3个虚线框内。

进一步的，放热过冷换热器小模块703’、放热过冷换热器小模块702’、放热过冷换热器小模块701’沿着进风加热通道2的截面在垂直于气流方向上自上而下顺序排列布置；而且，放热过冷换热器小模块701’的换热面积(图中占用6个自左向右的制冷支路)＞放热过冷换热器小模块702’的换热面积(图中占用4个自左向右的制冷支路)＞放热过冷换热器小模块703’的换热面积(图中占用2个自左向右的制冷支路)。

在梯级加热冷凝器系列中，冷凝温度处于较高位置的饱和冷凝液相对于环境新风具有较大的显热焓差；本发明依据各个热泵单元冷凝温度的高低，来分配该热泵单元过冷段在整个过冷模块上的放热面积：冷凝温度越低，过冷段放热面积越小；冷凝温度越高，过冷段放热面积越大。

进一步的，各冷凝器输出的制冷剂分别从对应的放热过冷换热器小模块的同一侧(被风侧)输入、同一侧(迎风侧)输出。即冷凝器4输出的制冷剂从放热过冷换热器小模块701’的左侧进入，换热后从右侧输出；冷凝器5输出的制冷剂从放热过冷换热器小模块702’的左侧进入，换热后从右侧输出；冷凝器64输出的制冷剂从放热过冷换热器小模块703’的左侧进入，换热后从右侧输出。

由于制冷剂冷凝液的比热容相对较小，所以在冷凝器过冷段中，制冷液沿着流动方向的温度下降较快；如果在深度过冷的制冷液管路附近，存在着接近饱和温度的高温制冷剂冷凝液，则高温制冷剂冷凝液将通过翅片的热桥作用，阻碍这临近区域制冷液的深度过冷。当多个冷凝器过冷段配置在同一个换热器模块上时，本实施例采取“制冷液出液端(或者进液端)相邻设置的方法，来安排各个冷凝器过冷段翅片管的布局和走向，以减弱翅片热桥对制冷液深度过冷的负影响。

本实施例提供的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷热泵机组与谷物烘干装置1组合的整机系统装置图如图6中所示，其工作过程为：干燥新风经过冷凝器换热模块7’、冷凝器601、冷凝器501、冷凝器401共四级加热，成为70℃RH5％左右高温干燥空气从右侧进入烘干装置中，与潮湿谷物进行热湿交换而成为30℃RH90％左右暖湿空气再从左侧被离心风机抽出排往大气。

本实施例提供的过冷段传热面积在垂直于气流方向进行配置的多级加热热泵机组，其有益之处是：

1.在专用的冷凝器组制冷液过冷模块里，充分利用了低温气流的“低温特性”，增加了包括过冷放热段在内的冷凝器总发热量，提高了热泵机组的总制热功率；

2.通过在节流阀之前实施制冷液深度过冷，降低了制冷剂在节流阀中的汽化比例，提高了蒸发器进口制冷剂气液两相流中液态制冷剂的比例，有效扩大了制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热量和在冷凝器中的放热量，提高了热泵机组的制热能效比。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (9)

1.一种多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，包括有至少两个冷凝器设置在进风加热通道上的热泵机组，其特征在于，所述热泵机组包括有相连形成制冷剂循环系统的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，各个所述热泵机组的冷凝器顺序排列布置在所述进风加热通道内；

所述热泵系统包括有一放热过冷模块，所述放热过冷模块布置在所述进风加热通道靠近进风口的一端，气流进入到所述进风加热通道内后顺序经过所述放热过冷模块和各个所述热泵机组的冷凝器；

所述过冷模块由至少两个换热器小模块组成，各个所述换热器小模块一一对应分别串联在各个所述热泵机上冷凝器的末端，制冷剂流过所述冷凝器后流经所述换热器小模块进行放热过冷，再进入所述节流装置；且沿着所述进风加热通道内的进风方向，越远离所述进风加热通道的进风口的冷凝器对应的换热器小模块的换热面积越大。

2.根据权利要求1所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，所述换热器小模块采用翅片管换热器。

3.根据权利要求1或2所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，所述放热过冷换热器小模块沿着所述进风加热通道的截面平行气流设置，且两个以上的所述换热器小模块沿着所述进风加热通道内的进风方向顺序排列布置。

4.根据权利要求3所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，沿着进风方向顺序排列的多个所述冷凝器对应的所述放热过冷换热器小模块，顺序沿着进风方向顺序排列。

5.根据权利要求3所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，所述放热过冷换热器小模块内供制冷剂流经的管路分为上下两独立上管路模块和下管路模块；所述上管路模块的制冷剂进口位于上端，制冷剂出口位于下端；所述下管路模块的制冷剂进口位于下端，制冷剂出口位于上端；所述上管路模块、所述下管路模块并联，进口再串联到所述热泵机上冷凝器的末端，出口再串联到所述热泵机组的节流阀。

6.根据权利要求1或2所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，两个以上的所述放热过冷换热器小模块，沿着所述进风加热通道的截面垂直于气流方向顺序排列布置。

7.根据权利要求6所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，各所述冷凝器输出的制冷剂分别从对应的所述放热过冷换热器小模块的背风侧输入、迎风侧输出。

8.根据权利要求1所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，每个所述热泵机组均包括有两个蒸发器，分别为第一蒸发器和第二蒸发器；所述第一蒸发器与所述第二蒸发器的管路并联，再分别与所述压缩机和所述节流装置串联。

9.根据权利要求8所述的多级加热的多级冷凝器冷凝液深度过冷的热泵系统，其特征在于，所述第一蒸发器与所述第二蒸发器呈“V”型布置，且所述第一蒸发器与所述第二蒸发器之间设置有一风机。