CN110207413A - 一种具有干燥功能的制冷系统及干燥装置、运行控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制冷系统，尤其涉及一种具有干燥功能的制冷系统及干燥装置、运行控制方法。本发明通过单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行、通过设置辅助加热器满足除霜过程中持续加热所需热量，确保加热过程持续，避免了因除霜导致的加热升温过程缓慢的问题、通过改变制冷剂的流动方向实现送风方式的可逆循环，避免了复杂的风道设计和单向送风造成的干燥不均匀现象。

Description

一种具有干燥功能的制冷系统及干燥装置、运行控制方法
技术领域
本发明涉及一种制冷系统，尤其涉及一种具有干燥功能的制冷系统及干燥装置、运行控制方法。
背景技术
采用制冷系统技术进行物料干燥时，若干燥温度高于80℃，采用常规空气源热泵(CO2热泵除外)无法实现大温升下的高效运行，此时一般采用复叠循环或多级压缩循环。复叠热泵通过冷凝蒸发器将两个热泵系统联系起来，在满足大温升条件下高供热温度需求的同时，解决了多级压缩可能存在的系统设计困难、压缩机均油难等问题。但现有技术没有兼顾不同干燥房间温度时系统的高效运行，也没有兼顾干燥除湿段利用蒸发器除湿能够显著降低除湿能耗的问题。
因此，现有技术无法实现不同干燥房间温度及干燥阶段系统的高效运行问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种能够实现不同干燥房间温度及干燥阶段系统的高效运行的制冷系统及干燥装置及运行方法。
一种具有干燥功能的制冷系统，其包括第一子系统和第二子系统，两子系统通过一冷凝蒸发器复叠在一起，其中：
所述第一子系统包括由第一压缩机、第一换热器、第一节流装置、冷凝蒸发器、蒸发器侧通道依次连接形成的第一制冷循环回路；
所述第一子系统还包括一串联有第二换热器、第二节流装置，第二阀门的第二换热器支路，所述第二换热器支路一端连接在第一换热器与第一节流装置之间的第一制冷循环回路上，连接点记为A，另一端连接在冷凝蒸发器、蒸发器侧通道出口与压缩机吸气口之间的第一制冷循环回路上，连接点记为F，第二节流装置设置在第二换热器的上游，更靠近连接点；在所述连接点A、F之间的第一制冷循环回路上，设有一与所述第一节流装置、冷凝蒸发器具有串连关系的第一阀门；
第二子系统包括由第二压缩机、冷凝蒸发器冷凝器侧通道、第五阀门、第三节流装置、蒸发器依次连接形成的第二制冷循环回路；
所述第二子系统还包括一串连有辅助加热器、第四节流装置以及第六阀门的辅助加热支路，该辅助加热支路一端连接在压缩机吸气口和蒸发器入口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为C，另一端连接在第五阀门入口和冷凝蒸发器冷凝器侧通道出口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为E，所述辅助加热器设置在第四节流装置的下游，更靠近连接点C；
所述第二子系统还包括一串接有第四阀门的第二连接支路(HBD)，该第二连接支路(HBD)一端连接在第三节流装置与第五阀门之间的第二制冷循环回路上，连接点记为D；另一端连接在压缩机排气口与冷凝蒸发器冷凝器侧通道入口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为B。
优选的，所述第一制冷循环回路和第二换热器支路(HAF)之间设置一四通换向阀，该四通阀具有第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，其中将第四端口与第一端口连接在第一制冷循环回路上，第二端口、第三端口连接在第二换热器支路(HAF)上，使得第一压缩机排气口排出的高压高温制冷剂可以被选择的流向第一换热器或第二换热器，当第一压缩机排气流向第二换热器时，第二换热器实现冷凝器作用，第一换热器实现蒸发器作用；当第一压缩机排气流向第一换热器时，第一换热器实现冷凝器作用，第二换热器或冷凝蒸发器蒸发器侧通道实现蒸发器作用。
优选的，在所述连接点A与第一换热器之间的第一制冷循环回路上设有第七阀门和/或在冷凝蒸发器蒸发器侧通道出口与连接点F之间的第一制冷循环回路上设有第八阀门和/或在第二制冷循环回路冷凝蒸发器冷凝器侧通道入口与连接点B之间设置一第三阀门。
优选的，所述第一阀门设置有两个，其中一个设置在第二节流装置与第二换热器之间的第二换热器支路(HAF)上，另外一个设置在四通阀第二端口与连接点F之间的第二换热器支路(HAF)上。
优选的，所述第一阀门～第八阀门中的一个或多个或全部为截止阀。
优选的，所述第一子系统的制冷剂为中高温制冷剂，其临界温度不高于200℃，可以是以下的一种或多种：R134A、R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R245fa；所述第二子系统的中的制冷剂为常温或低温制冷剂，其临界温度不高于120℃，可以是以下的一种或多种：R32、R410A、R290。
本发明还提供一种针对上述具有干燥功能的制冷系统的运行控制方法，其特征在于：
当干燥房间温度Tin<预设温度T1且不需要除霜时，干燥房内温度较低，此时采用复叠热泵循环能使干燥房间快速升温，使第一子系统和第二子系统运行，控制第一子系统阀门使第一子系统中制冷剂的流向依次为第一压缩机、第一换热器、第一节流装置、冷凝蒸发器蒸发器侧通道和第一压缩机，第二子系统中制冷剂流向依次为第二压缩机、冷凝蒸发器冷凝器侧通道、第三节流装置、蒸发器和第二压缩机。
优选的，当干燥房间温度Tin<预设温度T1且需要除霜时，第一子系统的运行方式及制冷剂流向不发生改变，与所述干燥房间温度Tin<T1时的运行方式一致，控制第二子系统阀门使制冷剂气体从第二压缩机出后分两部分，一部分流经第四阀门、第三节流装置和蒸发器，给蒸发器除霜；另一部分制冷剂流经冷凝蒸发器的冷凝器侧通道、第四节流装置和辅助加热器，接着这两部分制冷剂汇合后由第二压缩机共同吸入，完成整个循环。
优选的，当干燥房间温度Tin≥T1时，开始进入除湿运行模式，第一子系统独自运行，整个干燥系统采用闭式运行，利用蒸发器回收冷凝水的潜热，第一子系统中制冷剂的流向为第一压缩机、第一换热器、第二节流装置、第二换热器和第一压缩机，此时第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器。除湿运行一段时间后，打开四通换向阀，让第一子系统逆向循环，风机反向转动，此时第一换热器为蒸发器、第二换热器(132)为冷凝器，干燥介质流向为第一换热器、第二换热器。
本发明还提供一种干燥装置，其具有干燥房和制冷系统，采用上述具有干燥功能的制冷系统或采用上述运行控制方法，且所述第一换热器、第二换热器设置在干燥房内。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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是本发明具有干燥功能的制冷系统实施例1；
图2是本发明干燥装置实施例示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
实施例1：
如图1所示，一种具有干燥功能的制冷系统，其包括第一子系统1和第二子系统2，两子系统通过一冷凝蒸发器131复叠在一起，第一子系统的制冷剂优选为中高温制冷剂，其临界温度不高于200℃，可以是以下的一种或两种或更多种组合：R134(A)、R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R245fa；第二子系统中的制冷剂优选为常温或低温制冷剂，其临界温度不高于120℃，可以是一种或两种或更多种组合：R32、R410A、R290。
具体的制冷系统优化方案如下：
第一子系统1包括由第一压缩机101、第一换热器121、第一节流装置104、冷凝蒸发器131蒸发器侧通道131c-131d依次连接形成的第一制冷循环回路；第二子系统2包括由第二压缩机201、冷凝蒸发器131冷凝器侧通道131a-131b、第五阀门205、第三节流装置207、蒸发器231依次连接形成的第二制冷循环回路；
进一步的优化的：
第一子系统还包括一串联有第二换热器132、第二节流装置103，第二阀门105/106的第二换热器支路HAF，第二换热器支路HAF一端连接在第一换热器121与第一节流装置104之间的第一制冷循环回路上，连接点记为A，另一端连接在冷凝蒸发器131蒸发器侧通道131c-131d出口与压缩机吸气口之间的第一制冷循环回路上，连接点记为F，第二节流装置103设置在第二换热器132的上游，更靠近连接点A；在连接点A、F之间的第一制冷循环回路上，设有一与第一节流装置104、冷凝蒸发器131具有串连关系的第一阀门107/109；
第二子系统2还包括一串连有辅助加热器232、第四节流装置209以及第六阀门208的辅助加热支路HCE，该辅助加热支路HCE一端连接在压缩机吸气口和蒸发器231入口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为C，另一端连接在第五阀门205入口和冷凝蒸发器131冷凝器侧通道131a-131b出口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为E，辅助加热器232设置在第四节流装置的下游，更靠近连接点C；
第二子系统2还包括一串接有第四阀门204的第二连接支路HBD，该第二连接支路HBD一端连接在第三节流装置207与第五阀门205之间的第二制冷循环回路上，连接点记为D；另一端连接在压缩机排气口与冷凝蒸发器131冷凝器侧通道131a-131b入口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为B。
如此，通过开式加热与闭式除湿模式相结合，通过设置辅助加热器满足除霜过程中持续加热所需热量，确保加热过程持续，避免了因除霜导致的加热升温过程缓慢的问题。
为了进一步实现系统在不同温度下的高效运行，还进一步优化的：
第一制冷循环回路和第二换热器支路HAF之间设置一四通换向阀112，该四通阀具有第一端口112a、第二端口112b、第三端口112c、第四端口112d，其中将第四端口112d与第一端口112a连接在第一制冷循环回路上，第二端口112b、第三端口112c连接在第二换热器支路HAF上，使得第一压缩机101排气口排出的高压高温制冷剂可以被选择的流向第一换热器121或第二换热器132，当第一压缩机排气流向第二换热器132时，第二换热器132实现冷凝器作用，第一换热器实现蒸发器作用；当第一压缩机排气流向第一换热器121时，第一换热器121实现冷凝器作用，第二换热器132或冷凝蒸发器131蒸发器侧通道131c-131d实现蒸发器作用。
上述优化，将单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行；同时还可以利用热泵原理通过改变制冷剂的流动方向实现送风方式的可逆循环，避免了复杂的风道设计和单向送风造成的干燥不均匀现象。如开始进入除湿运行模式，使第一子系统独自运行，整个干燥系统采用闭式运行，利用蒸发器回收冷凝水的潜热，第一子系统中制冷剂的流向为第一压缩机、第一换热器、第二节流装置、第二换热器和第一压缩机，此时第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器。除湿运行一段时间后，打开四通换向阀，让第一子系统逆向循环，风机反向转动，此时第一换热器为蒸发器、第二换热器(132)为冷凝器，干燥介质流向为第一换热器、第二换热器。
由此，进行了上述优化的本发明制冷系统可以带来如下效果：
1.通过单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行；
2.通过设置辅助加热器满足除霜过程中持续加热所需热量，确保加热过程持续，避免了因除霜导致的加热升温过程缓慢的问题；
3.通过改变制冷剂的流动方向实现送风方式的可逆循环，避免了复杂的风道设计和单向送风造成的干燥不均匀现象。
本发明利用阀门组件控制制冷系统的制冷流路，还可以进一步优化制冷系统阀门的设置，当然上述这些手段并不要求必须同时具备的。如：
在连接点A与第一换热器之间的第一制冷循环回路上设有第七阀门108和/或在冷凝蒸发器131蒸发器侧通道131c-131d出口与连接点F之间的第一制冷循环回路上设有第八阀门109和/或在第二制冷循环回路冷凝蒸发器131冷凝器侧通道131a-131b入口与连接点B之间设置一第三阀门202。第一阀门设置有两个，其中一个106设置在第二节流装置103与第二换热器132之间的第二换热器支路HAF上，另外一个设置在四通阀第二端口112b与连接点F之间的第二换热器支路HAF上。
上述第一阀门～第八阀门中的一个或多个或全部为截止阀。
实施例2
一种针对实施例1制冷系统的运行控制方法示例，具有如下控制：
当干燥房间温度Tin<预设温度T1且不需要除霜时，干燥房内温度较低，此时采用复叠热泵循环能使干燥房间快速升温，使第一子系统1和第二子系统2运行，控制第一子系统阀门使第一子系统1中制冷剂的流向依次为第一压缩机101、第一换热器121、第一节流装置104、冷凝蒸发器131蒸发器侧通道和第一压缩机，第二子系统中制冷剂流向依次为第二压缩机、冷凝蒸发器冷凝器侧通道、第三节流装置、蒸发器和第二压缩机。
当干燥房间温度Tin<预设温度T1且需要除霜时，第一子系统的运行方式及制冷剂流向不发生改变，与干燥房间温度Tin<T1时的运行方式一致，控制第二子系统阀门使制冷剂气体从第二压缩机出后分两部分，一部分流经第四阀门、第三节流装置和蒸发器，给蒸发器除霜；另一部分制冷剂流经冷凝蒸发器的冷凝器侧通道、第四节流装置和辅助加热器，接着这两部分制冷剂汇合后由第二压缩机共同吸入，完成整个循环。
当干燥房间温度Tin≥T1时，开始进入除湿运行模式，第一子系统独自运行，整个干燥系统采用闭式运行，利用蒸发器回收冷凝水的潜热，第一子系统中制冷剂的流向为第一压缩机、第一换热器、第二节流装置、第二换热器和第一压缩机，此时第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器。
除湿运行一段时间后，打开四通换向阀，让第一子系统逆向循环，风机反向转动，此时第一换热器121为蒸发器、第二换热器132为冷凝器，干燥介质流向为第一换热器121、第二换热器132。
实施例3
如图2所示，一种干燥装置，其具有干燥房和制冷系统，采用上述实施例的具有干燥功能的制冷系统或的运行控制方法，且第一换热器121、第二换热器132设置在干燥房内。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (11)

1.一种具有干燥功能的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统包括第一子系统(1)和第二子系统(2)，两子系统通过一冷凝蒸发器(131)复叠在一起，其中：
所述第一子系统(1)包括由第一压缩机(101)、第一换热器(121)、第一节流装置(104)、冷凝蒸发器(131)蒸发器侧通道(131c-131d)依次连接形成的第一制冷循环回路；
所述第一子系统还包括一串联有第二换热器(132)、第二节流装置(103)，第二阀门(105/106)的第二换热器支路(HAF)，所述第二换热器支路(HAF)一端连接在第一换热器(121)与第一节流装置(104)之间的第一制冷循环回路上，连接点记为A，另一端连接在冷凝蒸发器(131)蒸发器侧通道(131c-131d)出口与压缩机吸气口之间的第一制冷循环回路上，连接点记为F，第二节流装置(103)设置在第二换热器(132)的上游，更靠近连接点A；在所述连接点A、F之间的第一制冷循环回路上，设有一与所述第一节流装置(104)、冷凝蒸发器(131)具有串连关系的第一阀门(107/109)；
第二子系统(2)包括由第二压缩机(201)、冷凝蒸发器(131)冷凝器侧通道(131a-131b)、第五阀门(205)、第三节流装置(207)、蒸发器(231)依次连接形成的第二制冷循环回路；
所述第二子系统(2)还包括一串连有辅助加热器(232)、第四节流装置(209)以及第六阀门(208)的辅助加热支路(HCE)，该辅助加热支路(HCE)一端连接在压缩机吸气口和蒸发器(231)入口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为C，另一端连接在第五阀门(205)入口和冷凝蒸发器(131)冷凝器侧通道(131a-131b)出口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为E，所述辅助加热器(232)设置在第四节流装置的下游，更靠近连接点C；
所述第二子系统(2)还包括一串接有第四阀门(204)的第二连接支路(HBD)，该第二连接支路(HBD)一端连接在第三节流装置(207)与第五阀门(205)之间的第二制冷循环回路上，连接点记为D；另一端连接在压缩机排气口与冷凝蒸发器(131)冷凝器侧通道(131a-131b)入口之间的第二制冷循环回路上，连接点记为B。
2.如权利要求1所述的具有干燥功能的制冷系统，其特征在于：所述第一制冷循环回路和第二换热器支路(HAF)之间设置一四通换向阀(112)，该四通阀具有第一端口(112a)、第二端口(112b)、第三端口(112c)、第四端口(112d)，其中将第四端口(112d)与第一端口(112a)连接在第一制冷循环回路上，第二端口(112b)、第三端口(112c)连接在第二换热器支路(HAF)上，使得第一压缩机(101)排气口排出的高压高温制冷剂可以被选择的流向第一换热器(121)或第二换热器(132)，当第一压缩机排气流向第二换热器(132)时，第二换热器(132)实现冷凝器作用，第一换热器实现蒸发器作用；当第一压缩机排气流向第一换热器(121)时，第一换热器(121)实现冷凝器作用，第二换热器(132)或冷凝蒸发器(131)蒸发器侧通道(131c-131d)实现蒸发器作用。
3.如权利要求2所述的具有干燥功能的制冷系统，其特征在于：在所述连接点A与第一换热器之间的第一制冷循环回路上设有第七阀门(108)和/或在冷凝蒸发器(131)蒸发器侧通道(131c-131d)出口与连接点F之间的第一制冷循环回路上设有第八阀门(109)和/或在第二制冷循环回路冷凝蒸发器(131)冷凝器侧通道(131a-131b)入口与连接点B之间设置一第三阀门(202)。
4.如权利要求3所述的具有干燥功能的制冷系统，其特征在于：所述第一阀门设置有两个，其中一个(106)设置在第二节流装置(103)与第二换热器(132)之间的第二换热器支路(HAF)上，另外一个设置在四通阀第二端口(112b)与连接点F之间的第二换热器支路(HAF)上。
5.如权利要求1-4任一项所述的具有干燥功能的制冷系统，其特征在于：所述第一阀门～第八阀门中的一个或多个或全部为截止阀。
6.如权利要求1-5任一项所述的具有干燥功能的制冷系统，其特征在于：所述第一子系统的制冷剂为中高温制冷剂，其临界温度不高于200℃，可以是以下的一种或多种组合：R134A、R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R245fa；所述第二子系统的中的制冷剂为常温或低温制冷剂，其临界温度不高于120℃，可以是以下的一种或多种：R32、R410A、R290。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的具有干燥功能的制冷系统的运行控制方法，其特征在于：
当干燥房间温度Tin<预设温度T1且不需要除霜时，干燥房内温度较低，此时采用复叠热泵循环能使干燥房间快速升温，使第一子系统(1)和第二子系统(2)运行，控制第一子系统阀门使第一子系统(1)中制冷剂的流向依次为第一压缩机(101)、第一换热器(121)、第一节流装置(104)、冷凝蒸发器(131)蒸发器侧通道和第一压缩机(101)，第二子系统(2)中制冷剂流向依次为第二压缩机(201)、冷凝蒸发器(131)冷凝器侧通道、第三节流装置(207)、蒸发器(231)和第二压缩机(201)。
8.如权利要求7所述的运行控制方法，其特征在于：
当干燥房间温度Tin<预设温度T1且需要除霜时，第一子系统(1)的运行方式及制冷剂流向不发生改变，与所述干燥房间温度Tin<T1时的运行方式一致，控制第二子系统阀门使制冷剂气体从第二压缩机(201)出后分两部分，一部分流经第四阀门(204)、第三节流装置(207)和蒸发器(231)，给蒸发器(231)除霜；另一部分制冷剂流经冷凝蒸发器131的冷凝器侧通道、第四节流装置(209)和辅助加热器(232)，接着这两部分制冷剂汇合后由第二压缩机(201)共同吸入，完成整个循环。
9.如权利要求8所述的运行控制方法，其特征在于：
当干燥房间温度Tin≥T1时，开始进入除湿运行模式，第一子系统独自运行，整个干燥系统采用闭式运行，利用蒸发器回收冷凝水的潜热，第一子系统中制冷剂的流向为第一压缩机(101)、第一换热器(121)、第二节流装置(103)、第二换热器(132)和第一压缩机(101)，此时第一换热器(121)为冷凝器，第二换热器(132)为蒸发器。
10.如权利要求9所述的运行控制方法，其特征在于：除湿运行一段时间后，打开四通换向阀(112)，让第一子系统逆向循环，风机(111)反向转动，此时第一换热器(121)为蒸发器、第二换热器(132)为冷凝器，干燥介质流向为第一换热器(121)、第二换热器(132)。
11.一种干燥装置，其具有干燥房和制冷系统，采用权利要求1-6任一项所述的具有干燥功能的制冷系统或采用权利要求7-10任一项所述的运行控制方法，且所述第一换热器(121)、第二换热器(132)设置在干燥房内。
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