CN108955219A - 热泵烘干系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热泵烘干系统，涉及烘干设备技术领域，解决了化霜时除湿能力衰减、风道内湿度波动大的技术问题。该热泵烘干系统包括热泵系统以及循环风道，热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机、冷凝装置、膨胀阀、主蒸发装置和辅助蒸发装置，冷凝装置和主蒸发装置均位于循环风道内，辅助蒸发装置位于室外，当辅助蒸发装置处于化霜时主蒸发装置处于吸热除湿状态。本发明具有烘干效率高、节能；具备除湿与热风烘干两大功能，湿度控制精确，适用于多种使用环境，满足多种烘干要求；除霜时仍能继续除湿，化霜时系统无能力衰减。

Description

热泵烘干系统

技术领域

本发明涉及烘干设备技术领域，尤其是涉及一种热泵烘干系统。

背景技术

近年来，由于场地因素、天气因素、国家政策以及能耗因素，传统晾晒烘干工艺和燃料烘干技术将逐步淡出市场，热泵烘干技术为一种新型高效的烘干技术，相关调研资料显示，热泵烘干市场预估保有量超万亿元。

传统开式热泵热风烘干机原理为：热泵低温蒸发器吸收烘干房外空气的热量并转移到烘干房内，将烘干房内空气加热升温，热空气吸收物料中的水分，高温高湿的热空气经由排湿装置排出烘干房外，实现物料的连续烘干。优点为：烘干房升温快；缺点为：烘干效果受环境温度变化影响大。

传统闭式热泵除湿烘干机原理为：热泵低温蒸发器把流经的空气温度降至露点温度以下，使空气析出水分除湿；同时吸收蒸汽凝结冷凝热，提高空气温度，降低相对湿度，产生高温低湿的干燥空气，形成烘干循环。优点为：自动控制调温调湿，适用范围广；缺点：烘干房升温慢。

传统复合式烘干机原理为：双蒸发器串联或者并联，通过四通阀换向除霜，除霜时由于位于风道内的蒸发器会停止除湿，待室外的蒸发器除霜完毕后会再次启动进行除湿工作，所以复合式烘干机在进行除湿作业时由于除湿蒸发器的反复启停，造成除湿能力有所衰减，风道内湿度波动大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热泵烘干系统，以解决现有技术中存在的复合式烘干机化霜时除湿能力衰减、风道内湿度波动大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种热泵烘干系统，包括热泵系统以及循环风道，所述热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机、冷凝装置、节流元件、主蒸发装置和辅助蒸发装置，所述冷凝装置和所述主蒸发装置均位于所述循环风道内，所述辅助蒸发装置设置在室外，还包括与所述压缩机和所述辅助蒸发装置连接的冷媒通路切换装置，所述冷媒通道切换装置能将所述压缩机排出的高温冷媒输入到所述辅助蒸发装置内进行化霜，当所述辅助蒸发装置处于化霜阶段时所述主蒸发装置处于吸热除湿状态。

本发明中当热泵烘干系统处于烘干除湿模式时，所述辅助蒸发装置用于对冷媒流路中的冷媒进行加热；当热泵烘干系统处于复合烘干除湿化霜模式时，所述辅助蒸发装置能够利用压缩机生成的高温冷媒对所述辅助蒸发装置进行化霜处理，当所述辅助蒸发装置处于化霜阶段时所述主蒸发装置处于吸热除湿状态。由于在化霜阶段，主蒸发装置仍旧在对循环风道内的循环工质除湿，所以就不存在化霜时除湿能力衰减、循环风道内循环工质湿度波动大的问题。

作为本发明的进一步改进，所述冷媒通路切换装置包括与所述冷凝装置并联设置的化霜通道、设置在所述化霜通道上的第一开关装置、以及设置在所述辅助蒸发装置所在的第二冷媒支路上的第二开关装置，所述化霜通道的冷媒出口端连接在所述第二开关装置和所述辅助蒸发装置之间，通过控制所述第一开关装置和第二开关装置的启闭以使得冷媒以串联或并联方式流过所述主蒸发装置和所述辅助蒸发装置。

当第一开关装置关闭，第二开关装置开启时，冷媒并联流入第一冷媒支路和第二冷媒支路内的主蒸发装置和辅助蒸发装置；当第一开关装置开启，第二开关装置关闭时，冷媒串联流入第二冷媒支路和第一冷媒支路内的辅助蒸发装置和主蒸发装置内。当将第二开关装置关闭，第一开关装置开启要求冷媒串联经过辅助蒸发装置和主蒸发装置时，第一单向阀保证冷媒流入第二冷媒支路并经过辅助蒸发装置后仅流入主蒸发装置而不会向冷媒流路入口侧回流。

作为本发明的进一步改进，所述第一开关装置和所述第二开关装置的开关状态相反。

化霜通道与冷凝装置并联设置，当热泵烘干系统处于烘干除湿模式时，化霜通道处于关闭状态，主蒸发装置和辅助蒸发装置为并联连接状态；当热泵烘干系统处于复合烘干除湿化霜模式时，冷凝装置与化霜通道同时打开供冷媒流通，且主蒸发装置和辅助蒸发装置为串联连接状态。

作为本发明的进一步改进，所述主蒸发装置位于第一冷媒支路上，所述第一冷媒支路和所述第二冷媒支路通过第一单向阀与所述冷凝装置的冷媒出口侧并联连接。

作为本发明的进一步改进，所述热泵系统的冷媒流路上还设置有气液分离器，所述主蒸发装置和所述辅助蒸发装置并联连接在所述气液分离器和所述冷凝装置之间。

作为本发明的进一步改进，所述节流元件包括与所述冷凝装置串联的第一节流元件和与所述主蒸发装置串联的第二节流元件。

作为本发明的进一步改进，所述第一节流元件和第二节流元件为电子膨胀阀。

作为本发明的进一步改进，所述主蒸发装置和所述第二开关装置与所述气液分离器之间分别设置有第二单向阀和第三单向阀。

作为本发明的进一步改进，所述第一开关装置和所述第二开关装置为电磁阀或电子膨胀阀，开关装置用于控制通路的启闭，只要能够实现对应通路的开启或关闭即可，也可采用其他现有技术中的产品实现；通过控制所述第一开关装置和所述第二开关装置的开关实现所述主蒸发装置与辅助蒸发装置两者的并联或串联。

作为本发明的进一步改进，所述烘干房内设置有湿度传感器。

作为本发明的进一步改进，所述湿度传感器的数量为多个。

作为本发明的进一步改进，所述循环风道与所述烘干房内部形成密闭空间。

作为本发明的进一步改进，所述循环风道采用多根风管连接形成。

作为本发明的进一步改进，所述循环风道内设置有循环风机用以为循环风道内循环工质提供循环流动的动力。

作为本发明的进一步改进，所述主蒸发装置、所述辅助蒸发装置和所述冷凝装置均包括风冷式换热器和风机。

作为本发明的进一步改进，所述风冷式换热器为翅片管式换热器。

作为本发明的进一步改进，所述风冷式换热器为微通道换热器。

作为本发明的进一步改进，所述循环工质为空气。

本发明提供的一种用于控制所述热泵烘干系统的控制方法，所述热泵烘干系统具有常规烘干除湿模式和复合烘干除湿化霜模式。

作为本发明的进一步改进，在所述热泵烘干系统运行烘干除湿模式时辅助蒸发装置对循环风道内循环工质进行加热，主蒸发装置对循环风道内循环工质进行除湿。

作为本发明的进一步改进，在所述热泵烘干系统运行复合烘干除湿化霜模式时辅助蒸发装置利用压缩机排出的高温冷媒对辅助蒸发装置进行化霜处理，且此时主蒸发装置处于吸热除湿状态。

作为本发明的进一步改进，主蒸发装置和辅助蒸发装置通过与冷凝装置并联设置的化霜通道的开启和关闭实现主蒸发装置和辅助蒸发装置之间的并联或串联，从而实现所述热泵烘干系统的常规烘干除湿模式或复合烘干除湿化霜模式的切换。

作为本发明的进一步改进，通过控制冷凝装置后的第一节流元件和主蒸发装置前侧的第二节流元件的开度使得主蒸发装置和辅助蒸发装置内的冷媒能够串联流通。

工作原理为：

当所述热泵烘干系统运行烘干除湿模式时，将位于化霜通道内的第一开关装置关闭，将位于第二冷媒支路内的第二开关装置开启；此时主蒸发装置和辅助蒸发装置处于并联运行状态；主蒸发装置侧的冷媒量与辅助蒸发装置侧的冷媒量按照设定比例分配，而且为了保证循环风道内除湿的效果，主蒸发装置侧的冷媒量多于辅助蒸发装置侧的冷媒量；

冷凝装置放出热量与流经的循环工质换热使循环工质温度升高；主蒸发装置吸热，使得主蒸发装置表面温度低于周围循环工质的露点温度，与流经的循环工质接触后析出水分除湿，使得循环风道内循环工质的湿度降低；辅助蒸发装置吸收室外空气的热量，使得循环风道内的循环工质加速升温；布置在烘干房内的湿度传感器时刻检测烘干房内的温度d1，与设定湿度d2对比计算后，通过控制系统把信号传递给压缩机、第一节流元件和第二节流元件，使得第二节流元件作出相应动作以维持烘干房内湿度稳定。

当所述热泵烘干系统运行复合烘干除湿化霜模式时，即冬季运行时，当辅助蒸发装置结霜到一定程度后机组会自动进入化霜模式；此时需要将第一开关装置打开，第二开关装置关闭使得主蒸发装置与辅助蒸发装置串联运行；第一开关装置侧与冷凝装置侧的冷媒按照设定比例分配，第一开关装置侧的冷媒量少于冷凝装置侧的冷媒量；为了能够实现主蒸发装置与辅助蒸发装置的串联运行，需要控制第一节流元件与第二节流元件打到的开度，以保证主蒸发装置与辅助蒸发装置的冷媒能串联流通；辅助蒸发装置处于独立化霜的状态，主蒸发装置能正常除湿。从而保证了系统在化霜阶段，循环风道内仍旧能够进行正常的除湿作业，从而保证循环工质的湿度温度。

本发明通过设置主蒸发器与辅助蒸发器，第一节流元件与第二节流元件，并在烘干房内设湿度传感器；主蒸发器为主路蒸发器，用于对循环风道内循环工质除湿，辅助蒸发器为室外辅助，用于吸收室外空气的能量对循环风道内循环工质加热；烘干系统正常工作时，主蒸发器与辅助蒸发器并联运行；烘干系统化霜时，主蒸发器与辅助蒸发器串联运行，辅助蒸发器化霜时，主蒸发器仍能继续高效除湿、具有烘干效率更高，更加节能的特点；本发明通过以上结构设计具备除湿与热风烘干两大功能，能精确控制湿度，适用于多种使用环境，能满足多种烘干要求，而且本发明在冬天除霜时仍能继续除湿处理，化霜时烘干系统无能力衰减。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明热泵烘干系统的系统结构图。

图中1、循环风道；11、第一冷媒支路；12、第二冷媒支路；13、第一节流元件；14、第一单向阀；15、第二节流元件；16、第二单向阀；2、压缩机；21、第二开关装置；22、第三单向阀；3、冷凝装置；31、第一开关装置；4、主蒸发装置；41、湿度传感器；5、辅助蒸发装置；6、化霜通道；7、气液分离器；8、烘干房。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种热泵烘干系统，包括热泵系统以及用于循环烘干房8内循环工质的循环风道1，热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机2、冷凝装置3、节流元件、主蒸发装置4和辅助蒸发装置5，冷凝装置3和主蒸发装置4均位于循环风道1内，辅助蒸发装置5设置在室外，还包括与压缩机2和辅助蒸发装置5连接的冷媒通路切换装置，冷媒通路切换装置能够将压缩机2排出的高温冷媒输入到辅助蒸发装置5内进行化霜处理，当辅助蒸发装置5处于化霜阶段时主蒸发装置4处于吸热除湿状态。本发明中当热泵烘干系统处于烘干除湿模式时，辅助蒸发装置5用于对冷媒流路中的冷媒进行加热；当热泵烘干系统处于复合烘干除湿化霜模式时，辅助蒸发装置5能够利用压缩机2排出的高温冷媒对辅助蒸发装置5进行化霜处理，当辅助蒸发装置5处于化霜阶段时主蒸发装置4处于吸热除湿状态。由于在化霜阶段，主蒸发装置4仍旧在对循环风道1内的循环工质除湿，所以就不存在化霜时除湿能力衰减、循环风道1内循环工质的湿度波动大的问题。

冷媒通路切换装置包括与冷凝装置3并联设置的化霜通道6、设置在化霜通道6上的第一开关装置31、以及设置在辅助蒸发装置5所在的第二冷媒支路12上的第二开关装置21，化霜通道6的冷媒出口端连接在第二开关装置21和辅助蒸发装置5之间，通过控制第一开关装置31和第二开关装置21的启闭以使得冷媒以串联或并联方式流过主蒸发装置4和辅助蒸发装置5。当第一开关装置31关闭，第二开关装置21开启时，冷媒并联流入第一冷媒支路11和第二冷媒支路12内的主蒸发装置4和辅助蒸发装置5；当第一开关装置31开启，第二开关装置21关闭时，冷媒串联流入第二冷媒支路12和第一冷媒支路11内的辅助蒸发装置5和主蒸发装置4内。当将第二开关装置21关闭，第一开关装置31开启要求冷媒串联经过辅助蒸发装置5和主蒸发装置4时，第一单向阀14保证冷媒流入第二冷媒支路12并经过辅助蒸发装置5后仅流入主蒸发装置4而不会向冷媒流路入口侧回流。

第一开关装置31和第二开关装置21的开关状态相反。化霜通道6与冷凝装置3并联设置，当热泵烘干系统处于烘干除湿模式时，化霜通道6处于关闭状态，主蒸发装置4和辅助蒸发装置5为并联连接状态；当热泵烘干系统处于复合烘干除湿化霜模式时，冷凝装置3与化霜通道6同时打开供冷媒流通，且主蒸发装置4和辅助蒸发装置5为串联连接状态。节流元件包括与冷凝装置3串联的第一节流元件13和与主蒸发装置4串联的第二节流元件15。优选的，第一节流元件13和第二节流元件15为电子膨胀阀。

主蒸发装置4位于第一冷媒支路11上，第一冷媒支路11和第二冷媒支路12通过第一单向阀14与冷凝装置3的冷媒出口侧并联连接。

优选的，热泵系统的冷媒流路上还设置有气液分离器7，主蒸发装置4和辅助蒸发装置5并联连接在气液分离器7和冷凝装置3之间。

主蒸发装置4和第二开关装置21与气液分离器7之间分别设置有第二单向阀16和第三单向阀22。

第一开关装置31和第二开关装置21为电磁阀或电子膨胀阀，开关装置用于控制通路的启闭，只要能够实现对应通路的开启或关闭即可，也可采用其他现有技术中的产品实现；通过控制第一开关装置31和第二开关装置21的开关实现主蒸发装置与辅助蒸发装置两者的并联或串联。

压缩机2排出的冷媒为气态高温高压冷媒。

电子膨胀阀用于节流；电磁阀用于控制冷媒截止与流通；单向阀用于控制冷媒只允许单向流通。

为了方便控制循环工质的湿度，烘干房8内设置有湿度传感器41。为了保证测量准确，湿度传感器41的数量为多个。多个湿度传感器41间隔设置，最优的是分别设置在烘干房8内的所有角落处。湿度传感器41用于检测烘干房8内的湿度。

进一步的，循环风道1与烘干房8内部形成密闭空间。循环风道1可采用多根风管连接形成。为了保证循环工质的循环速度和流动性，循环风道1内设置有循环风机用以为循环风道1内循环工质提供循环流动的动力。烘干房8内放置有需烘干的物料。

作为可选的实施方式，主蒸发装置4、辅助蒸发装置5和冷凝装置3均包括风冷式换热器和风机。更优的，本发明中，风冷式换热器为翅片管式换热器。当然风冷式换热器还可以采用微通道换热器。

本发明中，循环工质为空气。

本发明还提供了一种用于控制上述热泵烘干系统的控制方法，本发明中的热泵烘干系统具有常规烘干除湿模式和复合烘干除湿化霜模式，在热泵烘干系统运行烘干除湿模式时辅助蒸发装置5对循环风道1内循环工质进行加热，主蒸发装置4对循环风道1内循环工质进行除湿；在热泵烘干系统运行复合烘干除湿化霜模式时辅助蒸发装置5利用压缩机2排出的高温冷媒对辅助蒸发装置5进行化霜处理，此时主蒸发装置4处于吸热除湿状态，从而循环风道1内循环工质进行除湿。

主蒸发装置4和辅助蒸发装置5通过与冷凝装置3并联设置的化霜通道6的开启和关闭实现主蒸发装置4和辅助蒸发装置5之间的并联或串联，从而实现热泵烘干系统的常规烘干除湿模式或复合烘干除湿化霜模式的切换。

通过控制冷凝装置3后的第一节流元件13和主蒸发装置4前侧的第二节流元件15的开度使得主蒸发装置4和辅助蒸发装置5内的冷媒能够串联流通。

工作原理为：

当热泵烘干系统运行烘干除湿模式时，将位于化霜通道6内的第一开关装置31关闭，将位于第二冷媒支路12内的第二开关装置21开启；此时主蒸发装置4和辅助蒸发装置5处于并联运行状态；主蒸发装置4侧的冷媒量与辅助蒸发装置5侧的冷媒量按照设定比例分配，而且为了保证循环风道1内除湿的效果，主蒸发装置4侧的冷媒量多于辅助蒸发装置5侧的冷媒量；

冷凝装置3放出热量与流经的循环工质换热使循环工质温度升高；主蒸发装置4吸热，使得主蒸发装置4表面温度低于周围循环工质的露点温度，与流经的循环工质接触后析出水分除湿，使得循环风道1内循环工质的湿度降低；辅助蒸发装置5吸收室外空气的热量，使得循环风道1内的循环工质加速升温；布置在烘干房8内的湿度传感器41时刻检测烘干房8内的温度d1，与设定湿度d2对比计算后，通过控制系统把信号传递给压缩机2、第一节流元件13和第二节流元件15，使得第二节流元件15作出相应动作以维持烘干房8内湿度稳定。

当热泵烘干系统运行复合烘干除湿化霜模式时，即冬季运行时，当辅助蒸发装置5结霜到一定程度后机组会自动进入化霜模式；此时需要将第一开关装置31打开，第二开关装置21关闭使得主蒸发装置4与辅助蒸发装置5串联运行；第一开关装置31侧的冷媒量少于冷凝装置3侧的冷媒量；为了能够实现主蒸发装置4与辅助蒸发装置5的串联运行，需要控制第一节流元件13与第二节流元件15打到的开度，以保证主蒸发装置4与辅助蒸发装置5的冷媒能串联流通；辅助蒸发装置5处于独立化霜的状态，主蒸发装置4能正常除湿。从而保证了系统在化霜阶段，循环风道1内仍旧能够进行正常的除湿作业，从而保证循环工质的湿度温度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种热泵烘干系统，包括热泵系统以及循环风道(1)，所述热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机(2)、冷凝装置(3)、节流元件、主蒸发装置(4)和辅助蒸发装置(5)，所述冷凝装置(3)和所述主蒸发装置(4)均位于所述循环风道(1)内，所述辅助蒸发装置(5)设置在室外，其特征在于：还包括与所述压缩机(2)和所述辅助蒸发装置(5)连接的冷媒通路切换装置，所述冷媒通道切换装置能将所述压缩机(2)排出的高温冷媒输入到所述辅助蒸发装置(5)内进行化霜，当所述辅助蒸发装置(5)处于化霜阶段时所述主蒸发装置(4)处于吸热除湿状态。

2.根据权利要求1所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述冷媒通路切换装置包括与所述冷凝装置(3)并联设置的化霜通道(6)、设置在所述化霜通道(6)上的第一开关装置(31)、以及设置在所述辅助蒸发装置(5)所在的第二冷媒支路(12)上的第二开关装置(21)，所述化霜通道(6)的冷媒出口端连接在所述第二开关装置(21)和所述辅助蒸发装置(5)之间，通过控制所述第一开关装置(31)和第二开关装置(21)的启闭以使得冷媒以串联或并联方式流过所述主蒸发装置(4)和所述辅助蒸发装置(5)。

3.根据权利要求2所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述第一开关装置(31)和所述第二开关装置(21)的开关状态相反。

4.根据权利要求2所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述主蒸发装置(4)位于第一冷媒支路(11)上，所述第一冷媒支路(11)和所述第二冷媒支路(12)通过第一单向阀(14)与所述冷凝装置(3)的冷媒出口侧并联连接。

5.根据权利要求1所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述节流元件包括与所述冷凝装置(3)串联的第一节流元件(13)和与所述主蒸发装置(4)串联的第二节流元件(15)。

6.根据权利要求5所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述第一节流元件(13)和第二节流元件(15)为电子膨胀阀。

7.根据权利要求2所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述热泵系统的冷媒流路上还设置有气液分离器(7)，所述主蒸发装置(4)和所述辅助蒸发装置(5)并联连接在所述气液分离器(7)和所述冷凝装置(3)之间。

8.根据权利要求7所述的热泵烘干系统，其特征在于：所述主蒸发装置(4)和所述第二开关装置(21)与所述气液分离器(7)之间分别设置有第二单向阀(16)和第三单向阀(22)。