CN111947304A - 一种双参数控制的热泵式热风装置及其产生热风的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双参数控制的热泵式热风装置，包括供水调节单元、热泵单元和检测单元，所述供水调节单元包括供热水源、循环泵、调节阀、蒸发器、出水总管和回水总管组成的循环单元，所述热泵单元包括压缩机、冷凝器、列管式蒸发器、出液管和回液管组成的循环单元，所述冷凝器外部的一侧为进风口，另一侧为出风口；所述检测单元包括控制中心以及位于换热水箱上的蒸发器温度变送器、位于出液管的排气温度变送器、位于出风口的出风温度变送器；所述控制中心通过控制换热水箱的给排水以及压缩机的频率控制，实现出风口出风温度的恒定。本发明可以实现双参数控制出风温度，使热风装置变得更加稳定，使热泵技术应用在工业热风装置上变得可行。

Description

一种双参数控制的热泵式热风装置及其产生热风的方法

技术领域

本发明涉及节能热风领域，具体涉及一种双参数控制的热泵式热风装置及其产生热风的方法。

背景技术

热风系统在工业企业中比较常见，传统上有采用燃料来加热的热风炉，还有采用电来加热的热风机。采用燃料来加热的热风炉已经不能满足节能环保的要求，单纯依靠电来加热的热风机能耗大、运行成本高，所以要有更节能更环保的热风装置来代替。

基于热泵的供热技术是当今社会比较推崇的节能环保科技，但对于热泵式热风装置，除了农产品烘干有较多的应用外，在其它工业领域应用较少，主要是因为目前的热泵式热风装置在设计上相对简单，调节手段较少，还不能满足工业生产的要求。

现有的热泵式热风装置，其工作模式还是与热泵式热水机相似，它最明显的缺点是出风温度不稳定，随环境温度的变化而变化。另一个缺点是它的温度控制是靠启动和停止压缩机来实现的，导致出风温度有阶梯式的波动。另外它还有一个不足之处是无法适应幅度较大的气温变化，天气寒冷时出现热量太少而结霜的现象，天气炎热时出现热量太多致使高压停机保护的现象。

总之，目前基于热泵技术的热风装置，还没有好的办法去应付各种外部条件的变化，没有采取好的调节手段去平衡热风装置所能得到的热量与所需热量之间的矛盾。对于要求不高的场合(如某些食品烘干)它能满足，但要用在相对要求较高的工业领域则还有一些问题需要解决。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种双参数控制的热泵式热风装置及其产生热风的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种双参数控制的热泵式热风装置，包括供水调节单元、热泵单元和检测单元，所述供水调节单元为供热水源、循环泵、调节阀、蒸发器、出水总管和回水总管组成的循环单元，所述蒸发器包括外部的换热水箱和内部的列管式蒸发器，所述循环泵和调节阀位于所述出水总管上，所述供热水源中的热水依次经过循环泵、出水总管、调节阀、换热水箱和回水总管回到所述供热水源中；

所述热泵单元为压缩机、冷凝器、列管式蒸发器、出液管和回液管组成的循环单元，所述冷凝器外部的一侧为进风口，另一侧为出风口；所述冷凝液体被压缩机压缩为冷凝气体并输送至冷凝器中，冷凝气体在冷凝器中液化放热对冷凝器外部的气体进行加热，放热之后的冷凝液体进入列管式蒸发器中进行加热；所述压缩机为变频压缩机；

所述检测单元包括控制中心以及位于换热水箱上的蒸发器温度变送器、位于出液管的排气温度变送器、位于出风口的出风温度变送器；所述控制中心通过排气温度变送器和蒸发器温度变送器的监测值控制所述换热水箱的给排水；所述控制中心通过换热水箱的给排水以及压缩机的频率控制，实现出风口出风温度的恒定。

进一步的，所述进风口与所述冷凝器之间设置磁吸式固定的过滤钢丝网，所述气体为空气。

进一步的，所述过滤钢丝网朝着进风口的一侧涂覆有机粘结剂，用于粘结空气中颗粒杂质。

进一步的，所述供热水源为钢筋混凝土形成的热水储池，所述热水储池的池顶覆盖盖板。

进一步的，所述出水总管连接M个出水支管，所述进水总管连接M个进水支管，所述热泵单元和蒸发器为M个，每个出水支管和进水支管连接一个与热泵单元对应的蒸发器，M为大于0的整数。

进一步的，所述调节阀为M个，分别对应安装在M个出水支管上。

进一步的，所述冷凝器为翅片式冷凝器。

进一步的，所述检测单元还包括设置在装置一侧的环境温度变送器，设置在出液管上的出液压力变送器，设置在回液管上的回液温度变送器和回液压力变送器。

一种采用上述的热风装置产生恒温热风的方法，包括如下步骤：

S01：供水调节单元中供热水源中热水依次经过循环泵、出水总管、调节阀、换热水箱和回水总管回到所述供热水源中；

S02：气体从进风口输入，冷凝液体被压缩机压缩为冷凝气体并输送至冷凝器中，冷凝液体在冷凝器中液化放热对冷凝器外部的气体进行加热，放热之后的冷凝液体进入列管式蒸发器中进行加热；

S03：控制中心通过蒸发器温度变送器、排气温度变送器和出风温度变送器分别监测换热水箱中温度、压缩机的排气温度以及出风口的气体温度，进而控制所述换热水箱的给排水，采用粗调方式使得出风口的气体温度保持恒定；

S04：所述控制中心通过蒸发器温度变送器和出风温度变送器分别监测分别监测换热水箱和出风口的气体温度，通过改变压缩机的频率，采用细调方式使得出风口的气体温度保持恒定。

进一步的，所述步骤S03中控制中心以排气温度变送器检测值为主参数，以蒸发器温度变送器检测值为辅助参数，实现所述换热水箱的给排水控制。

本发明的有益效果在于：本发明通过设置供水调节单元为热风装置进行出风温度粗调，同时采用变频压缩机来进行出风温度细调，使热风装置的出风温度稳定性大大增强，配合检测单元的实时检测，整个出风温度调节过程更加方便，提高了热风装置的抗干扰能力，提高了其对地域及季节的适应能力，使热风装置变得更加稳定，使热泵技术应用在工业热风装置上变得可行。

附图说明

附图1为本发明一种双参数控制的热泵式热风装置的结构示意图。

附图标记：1供热水源，2循环泵，3出水总管，4回水总管，5调节阀，6蒸发器，7压缩机，8冷凝器，9风机，10过滤钢丝网，11控制中心，12蒸发器温度变送器，13排气压力变送器，14排气温度变送器，15出风口温度变送器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

本发明提供的一种双参数控制的热泵式热风装置，包括供水调节单元、热泵单元和检测单元，供水调节单元为供热水源1、循环泵2、调节阀5、蒸发器6、出水总管3和回水总管4组成的循环单元，蒸发器6包括外部的换热水箱和内部的列管式蒸发器，循环泵2和调节阀5位于出水总管3上，供热水源1中的热水依次经过循环泵2、出水总管3、调节阀5、换热水箱和回水总管4回到供热水源1中。

具体的，供热水源1可以但不限于为钢筋混凝土形成的热水储池，热水储池的池顶覆盖盖板，供热水源可以是江河、湖泊或自建的水池等，凡是能够提供足够热源的水源均可适用于本申请中。循环泵用于输送供热水源中的热水到供水调节单元中，实现热水的循环。调节阀可以是气动的，也可以是电动的，用于控制进入换热水箱中的水量。供热水源中的热水在循环泵的带动下经过出水总管进入换热水箱中进行降温，降温之后的水在循环泵的带动下经过回水总管进入供热水源中，以此实现供水调节单元中热水的循环。换热水箱的底部四周均匀分布多个进水口，换热水箱的顶部均匀分布多个出水口。

在实际应用过程中，出水总管连接M个出水支管，进水总管连接M个进水支管，热泵单元和蒸发器为M个，每个出水支管和进水支管连接一个与热泵单元对应的蒸发器，M为大于0的整数。同时，循环泵位于出水总管上，调节阀为M个，分别安装在每个出水支管上，用于控制进入对应蒸发器中的水量。通过上述设置，可以使得一套供水调节单元同时对M套热泵单元进行供热，进一步实现节能环保的理念，附图1中仅以M＝1为例进行示例。

热泵单元为压缩机7、冷凝器8、列管式蒸发器、出液管和回液管组成的循环单元，冷凝器8外部的一侧为进风口，另一侧为出风口，出风口设备风机9，用于将加热之后的气体从出风口抽出；热泵单元内部包含冷凝液体的循环，且在循环过程中在冷凝器中放热，利用其放出的热量对进风口的空气进行加热，使得加热之后的空气从出风口输出。本申请的目的是确保出风口的空气温度恒定。热泵单元中放热吸热过程如下：

冷凝液体被压缩机7压缩为冷凝气体并输送至冷凝器8中，冷凝气体在冷凝器8中液化放热对冷凝器外部的气体进行加热，放热之后的冷凝液体进入列管式蒸发器中进行加热；加热之后的冷凝液体继续进入压缩机7中进行压缩，在压缩过程中，压缩机也会吸收从列管式蒸发器中吸收的热量，将加热冷凝液体压缩为冷凝气体，进而实现冷凝液的循环放热。其中，列管式蒸发器一方面将冷凝器中放热以后的冷凝液体进行加热，使得其在高温下能够被压缩机压缩为冷凝气体，另一方面，列管式蒸发器的外部即为换热水箱，换热水箱中循环介质为热水，列管式蒸发器中循环介质为冷凝液体，换热水箱中热水的温度会高于冷凝液体的温度，即外部的换热水箱会提供热量至内部的列管式蒸发器中，从而使得压缩机在压缩过程中也能从蒸发器中吸收热量，顺利实现冷凝液体的压缩。

本申请中压缩机7为变频压缩机，不同频率下对冷凝液体的压缩功率不同。冷凝器为翅片式冷凝器，能够更好地将冷凝器放出的热量均匀传输至外界空气中，进而实现外界空气的均匀加热。进风口与冷凝器之间设置磁吸式固定的过滤钢丝网，待加热的气体可以但不限于为空气。过滤钢丝网朝着进风口的一侧涂覆有机粘结剂，用于粘结空气中颗粒杂质，且过滤钢丝网为易拆卸结构，可以定期拆卸进行清理。

检测单元包括控制中心11以及位于换热水箱上的蒸发器温度变送器12、位于出液管的排气温度变送器14和排气压力变送器13、位于出风口的出风温度变送器15，且上述各个变动器均与控制中心11连接。蒸发器温度变送器12须安装在能够准确反映蒸发器中换热水箱中水温的位置，排气温度变动器14和排气压力变送器13安装在压缩机7出口侧的出液管上，出风温度变送器安装在出风口的出风管上。控制中心用于接收各个变送器的信号，控制各个设备的运行，控制蒸发器的水温，控制压缩机的排气压力，控制整个系统的出风温度，使整个系统处于安全稳定的运行状态。

除了上述提及的变送器以外，本申请中检测单元还包括位于出液管是排气温度变送器和排气压力变送器，位于外界环境中的环境温度变送器以及各个设备的电流表等用于保护控制的设备检测装置。

控制中心通过排气温度变送器和蒸发器温度变送器的监测值控制换热水箱的给排水；控制换热水箱的给排水是为了确保出液管上排气温度和排气压力恒定或者达到预设值，进而确保冷凝器中液化放热量恒定或者达到预设值，最终确保外界空气被加热到相同温度输出。这也是本申请中实现出风口出风温度恒定的主要调节方式，由于该调节方式可以较大幅度改变出风口出风气体的温度，属于粗调方式。除了上述调节方式以外，本申请中还可以通过控制压缩机变频，确保出液管上排气温度和排气压力恒定或者达到预设值，进而确保冷凝器中液化放热量恒定或者达到预设值，最终确保外界空气被加热到相同温度输出，这是本申请中实现出风口出风温度恒定的辅助调节方式，由于该调节方式只能小幅度改变出风口出风气体的温度，属于细调方式。

请继续参阅附图1，本发明还提供了一种采用热风装置产生恒温热风的方法，包括如下步骤：

S01：供水调节单元中供热水,供热水源1中热水依次经过循环泵2、调节阀5、出水总管3、换热水箱和回水总管4回到供热水源中；其中，出水总管3连接M个出水支管，进水总管连接M个进水支管，热泵单元和蒸发器为M个，每个出水支管和进水支管连接一个与热泵单元对应的蒸发器，M为大于0的整数。同时，循环泵位于出水总管上，调节阀为M个，分别安装在每个出水支管上，用于控制进入对应蒸发器中的水量；每个换热单元是独立工作的，彼此之间没有影响。

S02：气体从进风口输入，冷凝液体被压缩机7压缩为冷凝气体并输送至冷凝器8中，冷凝气体在冷凝器8中液化放热对冷凝器外部的气体进行加热，放热之后的冷凝液体进入列管式蒸发器中进行加热，加热之后的冷凝液体继续进入压缩机中进行压缩，在压缩过程中，压缩机也会吸收从列管式蒸发器中吸收的热量，将加热冷凝液体压缩为冷凝气体，进而实现冷凝液的循环放热。

S03：控制中心11通过蒸发器温度变送器12、排气温度变送器14和出风温度变送器15分别监测换热水箱中温度、压缩机的排气温度以及出风口的气体温度，进而控制换热水箱的给排水，采用粗调方式使得出风口的气体温度保持恒定；

控制中心以排气温度变送器14检测值为主参数，以蒸发器温度变送器12检测值为辅助参数，实现换热水箱的给排水控制。也就是说，控制中心通过排气温度和蒸发器温度，控制进入换热水箱的热水量或者进入换热水箱中热水的速度频率等，使得出液管上排气温度和排气压力恒定或者达到预设值。

S04：控制中心通过蒸发器温度变送器12和出风温度变送器15分别监测分别监测换热水箱和出风口的气体温度，通过改变压缩机的频率，采用细调方式使得出风口的气体温度保持恒定。

本发明采用了粗调和细调两种方式来确保出液管上排气温度和排气压力恒定或者达到预设值，进而确保冷凝器中液化放热量恒定或者达到预设值，最终确保外界空气被加热到相同温度输出。本发明可以实现双参数控制出风温度，使热风装置变得更加稳定，使热泵技术应用在工业热风装置上变得可行。

本发明通过设置供水调节单元为热风装置进行出风温度粗调，同时采用变频压缩机来进行出风温度细调，使热风装置的出风温度稳定性大大增强，配合检测单元的实时检测，整个出风温度调节过程更加方便，提高了热风装置的抗干扰能力，提高了其对地域及季节的适应能力，使热风装置变得更加稳定，使热泵技术应用在工业热风装置上变得可行。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，包括供水调节单元、热泵单元和检测单元，所述供水调节单元为供热水源、循环泵、调节阀、蒸发器、出水总管和回水总管组成的循环单元，所述蒸发器包括外部的换热水箱和内部的列管式蒸发器，所述循环泵和调节阀位于所述出水总管上，所述供热水源中的热水依次经过循环泵、出水总管、调节阀、换热水箱和回水总管回到所述供热水源中；

所述热泵单元为压缩机、冷凝器、列管式蒸发器、出液管和回液管组成的循环单元，所述冷凝器外部的一侧为进风口，另一侧为出风口；所述冷凝液体被压缩机压缩为冷凝气体并输送至冷凝器中，冷凝气体在冷凝器中液化放热对冷凝器外部的气体进行加热，放热之后的冷凝液体进入列管式蒸发器中进行加热；所述压缩机为变频压缩机；

所述检测单元包括控制中心以及位于换热水箱上的蒸发器温度变送器、位于出液管的排气温度变送器、位于出风口的出风温度变送器；所述控制中心通过排气温度变送器和蒸发器温度变送器的监测值控制所述换热水箱的给排水；所述控制中心通过换热水箱的给排水以及压缩机的频率控制，实现出风口出风温度的恒定。

2.根据权利要求1所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述进风口与所述冷凝器之间设置磁吸式固定的过滤钢丝网，所述气体为空气。

3.根据权利要求2所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述过滤钢丝网朝着进风口的一侧涂覆有机粘结剂，用于粘结空气中颗粒杂质。

4.根据权利要求1所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述供热水源为钢筋混凝土形成的热水储池，所述热水储池的池顶覆盖盖板。

5.根据权利要求1所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述出水总管连接M个出水支管，所述进水总管连接M个进水支管，所述热泵单元和蒸发器为M个，每个出水支管和进水支管连接一个与热泵单元对应的蒸发器，M为大于0的整数。

6.根据权利要求5所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述调节阀为M个，分别对应安装在M个出水支管上。

7.根据权利要求1所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述冷凝器为翅片式冷凝器。

8.根据权利要求1所述的一种双参数控制的热泵式热风装置，其特征在于，所述检测单元还包括设置在装置一侧的环境温度变送器，设置在出液管上的出液压力变送器，设置在回液管上的回液温度变送器和回液压力变送器。

9.一种采用权利要求1所述的热风装置产生恒温热风的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01：供水调节单元中供热水源中热水依次经过循环泵、出水总管、调节阀、换热水箱和回水总管回到所述供热水源中；

S02：气体从进风口输入，冷凝液体被压缩机压缩为冷凝气体并输送至冷凝器中，冷凝液体在冷凝器中液化放热对冷凝器外部的气体进行加热，放热之后的冷凝液体进入列管式蒸发器中进行加热；

S03：控制中心通过蒸发器温度变送器、排气温度变送器和出风温度变送器分别监测换热水箱中温度、压缩机的排气温度以及出风口的气体温度，进而控制所述换热水箱的给排水，采用粗调方式使得出风口的气体温度保持恒定；

S04：所述控制中心通过蒸发器温度变送器和出风温度变送器分别监测分别监测换热水箱和出风口的气体温度，通过改变压缩机的频率，采用细调方式使得出风口的气体温度保持恒定。

10.根据权利要求9所述的一种产生恒温热风的方法，其特征在于，所述步骤S03中控制中心以排气温度变送器检测值为主参数，以蒸发器温度变送器检测值为辅助参数，实现所述换热水箱的给排水控制。

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