CN109813093A - 多级进风热泵烘干系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多级进风热泵烘干系统及其控制方法，涉及除湿烘干领域。本发明相对于传统全回风闭式热泵干燥系统，在空气处理机组一侧设置排风箱，在每级蒸发器前后各设置一套风向调节装置。风向调节装置包括排风阀门和新风阀门，排风阀门与排风箱连通，新风阀门与室外环境连通；排风阀门和新风阀门关闭时空气处理机组与排风箱和室外空气隔绝，且空气处理机组内部风道开启；排风阀门和新风阀门开启时，空气处理机组通过排风阀门与排风箱连通，通过新风阀门与室外空气连通，且空气处理机组内部风道关闭。每级蒸发器前后均可实现回风、新风、排风的切换，根据室外环境条件灵活调节循环流程，大幅提高热泵烘干系统的环境适应性、降低热泵烘干系统能耗。

Description

多级进风热泵烘干系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及除湿烘干领域，尤其涉及多级进风热泵烘干系统及其控制方法。

背景技术

农产品烘干过程是一个巨大的耗能过程，据统计，在大多数发达国家里用于烘干所消耗的能量占全国总能耗的7%-15%，我国用于除湿烘干领域的能耗也逐年增大。基于燃煤、天然气等传统的烘干方式能耗大、能量利用效率低、污染严重。而基于热泵的烘干方式节能高效、环境友好，尤其适用于低温烘干领域，目前得到了快速发展。

根据干燥对象和气候类型不同，热泵烘干装置一般采用不同的循环流程：当室外温度较高、湿度较低时，一般采用全新风型热泵烘干装置，蒸发器从室外环境取热，冷凝热加热室外空气用于干燥；当室外温度很低时，一般采用多级回风型热泵烘干装置，如图1所示，干燥塔后的回风C进入多级蒸发器降温除湿后（A1-A2-A3），再进入多级冷凝器加热到B点，循环流程如图2所示。

现有热泵烘干装置一般结构固定，只能运行于一种循环模式，但室外环境条件全年变化，固定的循环流程难以适应环境变化，无法充分发挥热泵的节能潜力。比如在东北地区普遍采用的多级回风型热泵装置，如图1，当室外温度（或焓值）高于蒸发器后（A1、A2、或A3）空气温度时，从室外空气吸热比从回风中吸热热泵能效更高，但此时循环流程无法适应环境变化，造成热泵能效不高。此外，现有热泵烘干装置通常针对气候条件单独设计，设计研发费用高、难以标准化，也制约了热泵干燥技术的发展。

综上,现有技术中缺乏一种多级灵活进风、循环流程多变、环境适应能力强的标准化热泵烘干系统。

发明内容

本发明提供了多级进风热泵烘干系统及其控制方法，能够根据室外环境变化调整循环流程，达到充分降低热泵能耗的目标。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多级进风热泵烘干系统，包括沿空气流动方向设置的空气处理机组、送风管、干燥塔、回风管，空气处理机组内部风道通过送风管连接干燥塔，空气处理机组内部风道设置送风机和多级热泵。

热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀,蒸发器沿制冷剂流动方向设置在空气处理机组前半部,冷凝器设置在空气处理机组后半部,蒸发器和冷凝器通过两路管道联通,一路管道上设置压缩机,一路管道上设置节流阀。

空气处理机组一侧设置排风箱，排风箱出口处设置排风机，干燥塔通过回风管连接空气处理机组，回风管的接入位置在排风箱之前。

每个蒸发器前后均设置一套风向调节装置,风向调节装置包括排风阀门和新风阀门，排风阀门与排风箱连通，新风阀门与室外环境连通。排风阀门和新风阀门均向空气处理机组内部风道开启，且排风阀门和新风阀门的通风面积之和与空气处理机组内部风道的横截面积相等。

排风阀门和新风阀门同步启闭,风向调节装置关闭时，排风阀门和新风阀门关闭,空气处理机组与排风箱、室外空气隔绝，且空气处理机组内部风道开启；风向调节装置开启时，排风阀门和新风阀门开启，空气处理机组通过排风阀门与排风箱连通，通过新风阀门与室外空气连通，且空气处理机组内部风道关闭。

进一步的，热泵级数可为2级、3级、4级、5级、6级。

本发明还提供一种多级进风热泵烘干系统的控制方法，适用所述多级进风热泵烘干系统，空气处理机组上的蒸发器沿空气流动方向从前至后依次为第一蒸发器、第二蒸发器、第三蒸发器。

一种多级进风热泵烘干系统的控制方法，根据室外空气温湿度调节各级风向调节装置启闭，控制空气流向，具体包括以下工作方式：

（1）当室外空气焓值h _out小于第三蒸发器后A3点焓值h _A3时，各级风向调节装置均关闭，此时所述多级进风热泵烘干系统为回风循环系统；

（2）当室外空气焓值h _out小于第二蒸发器后A2点焓值h _A2，但大于第三蒸发器后A3点焓值h _A3时，第三蒸发器后方的风向调节装置开启其余的风向调节装置均关闭，此时所述多级进风热泵烘干系统为半回风循环系统；

（3）当室外空气焓值h _out小于第一蒸发器后A1点焓值h _A1，但大于第二蒸发器后A2点焓值h _A2时，第二蒸发器和第三蒸发器后方的风向调节装置开启，其余风向调节装置关闭，此时所述多级进风热泵烘干系统为半回风循环系统；

（4）当室外空气焓值h _out小于回风管和干燥塔连接处C点焓值h _C，但大于第一蒸发器后A1点焓值h _A1时，第一蒸发器前的风向调节装置关闭，其余风向调节装置开启，此时所述多级进风热泵烘干系统为半回风循环系统；

（5）当室外空气焓值h _out大于回风管和干燥塔连接处C点焓值h _C时，所有风向调节装置均开启，此时所述多级进风热泵烘干系统为全新风模式。

本发明的有益效果是：

通过设置风向调节装置和回风箱，在每级蒸发器前后均可实现回风、新风、排风的自由切换，根据室外环境条件灵活调节循环流程，可实现全回风系统、全新风系统、半回风半新风系统等循环流程，大幅提高热泵烘干系统的环境适应性、降低热泵烘干系统能耗。同时，有利于热泵烘干系统标准化，降低热泵烘干产品研发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

图1为传统的全回风式热泵烘干系统结构示意图；

图2为全回风式热泵烘干系统空气处理流程焓湿图；

图3为本发明多级灵活进风热泵烘干系统及工作模式1循环流程图；

图4为本发明多级灵活进风热泵烘干系统工作模式2循环流程图。

图5为本发明多级灵活进风热泵烘干系统工作模式3循环流程图。

图6为本发明多级灵活进风热泵烘干系统工作模式4循环流程图。

图7为本发明多级灵活进风热泵烘干系统工作模式5循环流程图。

其中，1-第一级热泵、2-第二级热泵、3-第三极热泵、4-送风管、5-干燥塔、6-回风管、7-送风机、8-排风机、9-空气处理机组、10-排风箱、11-第一蒸发器，12-第一压缩机，13-第一冷凝器，14-第一节流阀，15-第一风向调节装置，151-第一排风阀门，152-第一新风阀门，21-第二蒸发器，22-第二压缩机，23-第二冷凝器，24-第二节流阀，25-第二风向调节装置，251-第二排风阀门，252-第二新风阀门，31-第三蒸发器，32-第三压缩机，33-第三冷凝器，34-第三节流阀，35-第三风向调节装置，351-第三排风阀门，352-第三新风阀门，36-第四风向调节装置，361-第四排风阀门，362-第四新风阀门。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

传统的全回风式热泵烘干系统如图1所示，包括沿空气流动方向设置的空气处理机组、送风管、干燥塔、回风管，空气处理机组内部设置三级热泵和送风机。其空气处理流程如图2所示，空气处理机组升温后的高温热风B进入干燥塔，在干燥塔内降温增湿到C点，干燥塔排风进入空气处理机组的蒸发段，经过三级蒸发器降温除湿从C点到A3点，此后进入空气处理机组的冷凝段进行加热到B点。从焓湿图可知，当室外环境温度（焓值）低于A3点时，全回风式热泵循环从干燥塔排风中高温空气吸收热量，可以达到节能的效果；但是当室外温度（焓值）高于A3点时，从室外空气中吸收热量更为节能。但传统的热泵循环结构固定，难以根据外界环境变化调整循环流程，达到节能的目的。

基于此，本发明提出一种多级送风热泵干燥系统，包括沿空气流动方向设置的空气处理机组9、送风管4、干燥塔5、回风管6，空气处理机组9内部风道通过送风管4连接干燥塔5，空气处理机组9内部风道设置多级热泵和送风机4，在空气处理机组一侧设置排风箱10，在各级蒸发器前后增加了空气流向调节装置。

本实施例以三级热泵烘干系统为例，空气处理机组9和第一级热泵1、第二级热泵2、第三极热泵3安装。

第一级热泵1包括第一蒸发器11、第一压缩机12、第一冷凝器13、第一节流阀14，第一蒸发器11和第一冷凝器13安装于空气处理机组9的内部风道中，第一蒸发器11和第一冷凝器13有两路通道，一路上设置第一压缩机12、一路上设置第一节流阀14。

第二级热泵2包括第二蒸发器21、第二压缩机22、第二冷凝器23、第二节流阀24，第二蒸发器21和第二冷凝器23安装于空气处理机组9的内部风道中，第二蒸发器21和第二冷凝器23有两路通道，一路上设置第二压缩机22、一路上设置第二节流阀24。

第三级热泵3包括第三蒸发器31、第三压缩机32、第三冷凝器33、第三节流阀34，第三蒸发器31和第三冷凝器33安装于空气处理机组9的内部风道中，第三蒸发器31和第三冷凝器33有两路通道，一路上设置第三压缩机32、一路上设置第三节流阀34。

第一蒸发器11前面设置第一风向调节装置15，第二蒸发器21前面设置第二风向调节装置25，第三蒸发器31前面设置第三风向调节装置35，第三蒸发器31后面设置第四风向调节装置36。

第一风向调节装置15包括第一排风阀门151和第一新风阀门152，第二风向调节装置25包括第二排风阀门251和第二新风阀门252,第三风向调节装置35包括第三排风阀门351和第三新风阀门352,第四风向调节装置36包括第四排风阀门361和第四新风阀门362。

第一排风阀门151、第二排风阀门251、第三排风阀门351、第四排风阀门361与排风箱10连通，第一新风阀门152、第二新风阀门252、第三新风阀门352、第四新风阀门362与室外环境连通。第一排风阀门151、第一新风阀门152、第二排风阀门251、第二新风阀门252、第三排风阀门351、第三新风阀门352、第四排风阀门361、第四新风阀门362均向空气处理机组9内部开启。第一排风阀门151和第一新风阀门152、第二排风阀门251和第二新风阀门252、第三排风阀门351和第三新风阀门352、第四排风阀门361和第四新风阀门362面积之和与空气处理机组9内部风道的截面相等，以保障阀门开启后能够使得空气处理机组9内部风道封闭。

此外，本发明还提供了所述多级进风热泵烘干系统的控制方法，根据室外空气温湿度（焓值）调节各级风向调节装置启闭，控制空气流向，

（1）当室外空气焓值h _out小于第三蒸发器31后A3点焓值h _A3时，各个风向调节装置均关闭，不从外界环境取热，为全闭式循环模式，如图3所示。

（2）当室外空气焓值h _out小于第二蒸发器21后A2点焓值h _A2，但大于第三蒸发器31后A3点焓值h _A3时，第四风向调节装置36开启，第一风向调节装置15、第二风向调节装置25、第三风向调节装置35均关闭，不从外界环境取热但各冷凝器直接加热高温室外空气，为半闭式循环模式，如图4所示；

（3）当室外空气焓值h _out小于第一蒸发器11后A1点焓值h _A1，但大于第二蒸发器21后A2点焓值h _A2时，第三风向调节装置35和第四风向调节装置36开启，第一风向调节装置15和第二风向调节装置25关闭，第一蒸发器11和第二蒸发器21从回风中取热，第三蒸发器31从外界环境取热，为半闭式循环模式，如图5所示；

（4）当室外空气焓值h _out小于C点焓值h _C，但大于第一蒸发器11后A1点焓值h _A1时，第二风向调节装置25、第三风向调节装置35和第四风向调节装置36开启，第一风向调节装置15关闭，第一蒸发器11从回风中取热，第二蒸发器21和第三蒸发器31并联设置且从外界环境取热，为半闭式循环模式，如图6所示；

（5）当室外空气焓值h _out大于回风管6C点焓值h _C时，第一风向调节装置15、第二风向调节装置25、第三风向调节装置35和第四风向调节装置36均开启，三级蒸发器并联设置且均从外界环境中取热，为全新风模式，如图7所示。

本发明的有益效果：在每级蒸发器前后均可实现回风、新风、排风的自由切换，根据室外环境条件灵活调节循环流程，可实现全回风系统、全新风系统、半回风半新风系统等循环流程，大幅提高热泵烘干系统的环境适应性、降低热泵烘干系统能耗。同时，有利于热泵烘干系统标准化，降低热泵烘干产品研发成本。

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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多级进风热泵烘干系统，包括沿空气流动方向设置的空气处理机组、送风管、干燥塔、回风管，空气处理机组内部风道通过送风管连接干燥塔，空气处理机组内部风道设置送风机和多级热泵,

热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀,蒸发器沿制冷剂流动方向设置在空气处理机组前半部,冷凝器设置在空气处理机组后半部,蒸发器和冷凝器通过两路管道联通,一路管道上设置压缩机,一路管道上设置节流阀,其特征在于，

空气处理机组一侧设置排风箱，排风箱出口处设置排风机，干燥塔通过回风管连接空气处理机组，回风管的接入位置在排风箱之前；

每个蒸发器前后均设置一套风向调节装置,风向调节装置包括排风阀门和新风阀门，排风阀门与排风箱连通，新风阀门与室外环境连通；

排风阀门和新风阀门均向空气处理机组内部风道开启，且排风阀门和新风阀门的通风面积之和与空气处理机组内部风道的横截面积相等；

排风阀门和新风阀门同步启闭,风向调节装置关闭时，排风阀门和新风阀门关闭,空气处理机组与排风箱、室外空气隔绝，且空气处理机组内部风道开启；

风向调节装置开启时，排风阀门和新风阀门开启，空气处理机组通过排风阀门与排风箱连通，通过新风阀门与室外空气连通，且空气处理机组内部风道关闭。

2.根据权利要求1所述的多级进风热泵烘干系统，其特征在于，所述热泵级数可为2级、3级、4级、5级、6级。

3.一种多级进风热泵烘干系统的控制方法，适用于权利要求1所述的一种多级进风热泵烘干系统，空气处理机组上的蒸发器沿空气流动方向从前至后依次为第一蒸发器、第二蒸发器、第三蒸发器，其特征在于，包括以下工作方式：

（1）当室外空气焓值h _out小于第三蒸发器后A3点焓值h _A3时，各级风向调节装置均关闭，此时所述多级进风热泵烘干系统为全回风循环系统；

（2）当室外空气焓值h _out小于第二蒸发器后A2点焓值h _A2，但大于第三蒸发器后A3点焓值h _A3时，第三蒸发器后方的风向调节装置开启其余的风向调节装置均关闭，此时所述多级进风热泵烘干系统为半回风循环系统；

（3）当室外空气焓值h _out小于第一蒸发器后A1点焓值h _A1，但大于第二蒸发器后A2点焓值h _A2时，第二蒸发器和第三蒸发器后方的风向调节装置开启，其余风向调节装置关闭，此时所述多级进风热泵烘干系统为半回风循环系统；

（4）当室外空气焓值h _out小于回风管和干燥塔连接处C点焓值h _C，但大于第一蒸发器后A1点焓值h _A1时，第一蒸发器前的风向调节装置关闭，其余风向调节装置开启，此时所述多级进风热泵烘干系统为半回风循环系统；

（5）当室外空气焓值h _out大于回风管和干燥塔连接处C点焓值h _C时，所有风向调节装置均开启，此时所述多级进风热泵烘干系统为全新风系统。