CN112033038B - 空气源热泵烘干系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烘干技术领域，旨在解决现有空气源热泵烘干系统结构复杂、烘干成本高和系统能效低的问题。本发明提供了一种空气源热泵烘干系统，包括第一级冷凝器、第二级冷凝器、第三级冷凝器、第一级压缩机、第二级压缩机、第三级压缩机、第一换热器、第二换热器、第一级蒸发器、第一级节流元件、第二级节流元件、第三级节流元件和过冷器，当第一级、第二级以及第三级闭环冷媒循环回路均工作时，第一换热器作为第二级闭环冷媒循环回路的第二级蒸发器使用，第二换热器作为第三级闭环冷媒循环回路的第三级蒸发器使用，过冷器、第一级冷凝器、第二级冷凝器和第三级冷凝器依次设置。本发明结构简单，具备高灵活性和高能效比，可稳定在低温环境下运行。
Description
技术领域
本发明属于烘干技术领域，具体提供一种空气源热泵烘干系统。
背景技术
空气源热泵烘干系统的应用十分广泛，例如，在对粮食进行烘干时，大多数粮食对烘干温度有严格要求，一般要求70℃恒温烘干。对于热泵烘干系统来说，要在低温环境下仍保证冷凝器的出风温度维持在70℃以上，对系统的设计有很大的考验。
现有的高温空气能热泵烘干系统，主要有以下两种形式：
(1)4级并联热泵烘干系统。对于常用制冷剂R410A的制冷系统，冷凝温度一般不超过60℃，因此冷凝器无法制出70℃的热风。为了达到70℃高温热风，一般需要再并联2级R134a和1级R410A的制冷系统。即，系统一共4级独立的制冷系统并联，配置4台以上压缩机和独立的管路附件等。为达到70℃出风，第4级的冷凝温度很高，压缩机压比非常高，尤其在低温环境时容易出现供热能力不足、烘干速度变慢的问题。另一方面，4级制热系统，需要配置非常多的压缩机和多套管路配件等，增加烘干成本，维护也更加繁琐。
(2)复叠式热泵系统。采用2～3级的制冷系统复叠制取70℃热风，同时采用2种制冷剂，多级系统之间采用冷凝蒸发器相互衔接。这种结构多级系统之间相互依赖，开机时必须同时开启所有系统，开机时系统控制复杂。另一方面，系统的所有热负荷集中在最后一级制冷系统，全部70℃的热风负荷由最后一级系统制取，冷凝温度高，系统能效很低。
因此，本领域需要一种新的空气源热泵烘干系统来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有空气源热泵烘干系统结构复杂，且烘干成本高以及系统能效低的问题，本发明提供了一种空气源热泵烘干系统，所述空气源热泵烘干系统包括第一级冷凝器、第二级冷凝器、第三级冷凝器、第一级压缩机、第二级压缩机、第三级压缩机、第一换热器、第二换热器、第一级蒸发器、第一级节流元件、第二级节流元件、第三级节流元件和过冷器，所述第一级压缩机、所述第一级冷凝器、所述第二换热器、所述第一换热器、所述过冷器、所述第一级节流元件和所述第一级蒸发器构成第一级闭环冷媒循环回路，所述第二级压缩机、所述第二级冷凝器、所述过冷器、所述第二级节流元件和所述第一换热器构成第二级闭环冷媒循环回路，所述第三级压缩机、所述第三级冷凝器、所述过冷器、所述第三级节流元件和所述第二换热器构成第三级闭环冷媒循环回路，当所述第一级闭环冷媒循环回路、所述第二级闭环冷媒循环回路和所述第三级闭环冷媒循环回路均工作时，所述第一换热器作为所述第二级闭环冷媒循环回路的第二级蒸发器使用，所述第二换热器作为所述第三级闭环冷媒循环回路的第三级蒸发器使用，沿空气的流动方向，所述过冷器、所述第一级冷凝器、所述第二级冷凝器和所述第三级冷凝器依次设置。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，所述第一级节流元件与所述第一级蒸发器之间设置有第一辅助电加热器。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，所述第二级节流元件与所述第一换热器之间设置有第二辅助电加热器。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，所述第三级节流元件与所述第二换热器之间设置有第三辅助电加热器。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，沿空气的流动方向，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述第三级冷凝器的下游侧。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，沿空气的流动方向，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述过冷器的上游侧。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述过冷器与所述第一级冷凝器之间。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述第一级冷凝器与所述第二级冷凝器之间。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述第二级冷凝器与所述第三级冷凝器之间。
在上述空气源热泵烘干系统的优选技术方案中，沿空气的流动方向，所述第三级冷凝器的下游侧设置有第四辅助电加热器。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，当第一级闭环冷媒循环回路、第二级闭环冷媒循环回路和第三级闭环冷媒循环回路均工作时，从第一级冷凝器流出的较热冷媒先与第三级节流元件流出的较冷冷媒在第二换热器中进行热交换，再与第二级节流元件流出的较冷冷媒在第一换热器中进行热交换，对于第二级闭环冷媒循环回路而言，第一换热器作为该回路的蒸发器使用，对于第三级闭环冷媒循环回路而言，第二换热器作为该回路的蒸发器使用，实现了三级系统半复叠制热，且空气先流经过过冷器再流经第一级冷凝器、第二级冷凝器以及第三级冷凝器，即过冷器先初步加热空气，然后空气经过第一级冷凝器再加热吹出，最后由第二级冷凝器和第三级冷凝器将空气进一步加热到终温。相比于现有技术，本发明只需采用三个压缩机就能够实现终温的制取，而且管路配置也更为简单，极大地降低生产成本以及后期维护成本。并且第一级冷媒循环回路可以单独使用，不依赖于第二级和第三级，相比于现有的复叠系统具有更高的灵活性和能效比，本发明还可将大部分的制热量负荷分配在第一级，而第一级的冷凝温度较低，压缩机的压比小，使得系统在低温环境工况下的制热能力更稳定且能效更高。
附图说明
图1是本发明的空气源热泵烘干系统的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基于背景技术指出的现有现有空气源热泵烘干系统结构复杂，且烘干成本高以及系统能效低的问题，本发明提供了一种空气源热泵烘干系统，旨在通过更为简单的结构实现两级系统半复叠制热，且在制热过程中具备更高的灵活性和能效比，且能够使系统稳定地在低温环境下运行。
具体地，如图1所示，本发明的空气源热泵烘干系统包括第一级冷凝器11、第二级冷凝器21、第三级冷凝器31、第一级压缩机12、第二级压缩机22、第三级压缩机32、第一换热器100、第二换热器200、第一级蒸发器13、第一级节流元件14、第二级节流元件24、第三级节流元件34和过冷器300，第一级压缩机12、第一级冷凝器11、第二换热器200、第一换热器100、过冷器300、第一级节流元件14和第一级蒸发器13构成第一级闭环冷媒循环回路，第二级压缩机22、第二级冷凝器21、过冷器300、第二级节流元件24和第一换热器100构成第二级闭环冷媒循环回路，第三级压缩机32、第三级冷凝器31、过冷器300、第三级节流元件34和第二换热器200构成第三级闭环冷媒循环回路，当第一级闭环冷媒循环回路、第二级闭环冷媒循环回路和第三级闭环冷媒循环回路均工作时，第一换热器100作为第二级闭环冷媒循环回路的第二级蒸发器使用，第二换热器200作为第三级闭环冷媒循环回路的第三级蒸发器使用，沿空气的流动方向，过冷器300、第一级冷凝器11、第二级冷凝器21和第三级冷凝器31依次设置。其中，空气源热泵烘干系统的风扇400沿空气的流动方向可以设置在过冷器300的上游侧，还可以设置于第三级冷凝器31的下游侧，又或者设置于过冷器300与第一级冷凝器11之间，再或者设置于第一级冷凝器11与第二级冷凝器21之间，又或者设置于第二级冷凝器21与第三级冷凝器31之间，本领域技术人员可以在实际应用中灵活地设置风扇400的位置以及数量，只要能够通过风扇400的作用使得空气依次流经过冷器300、第一级冷凝器11、第二级冷凝器21和第三级冷凝器31即可。此外，第一级节流元件14优选采用第一节流阀(例如电子膨胀阀)，第二级节流元件24也优选采用第二节流阀(例如电子膨胀阀)，第三级节流元件34也优选采用第三节流阀(例如电子膨胀阀)，通过节流阀的作用能够对冷媒进行节流降压，当然，第一级节流元件14、第二级节流元件24和第三级节流元件34还可以采用毛细管替代。第一换热器100和第二换热器200优选采用板式换热器，当然，还可以选用其他形状的换热器，这种对第一换热器100和第二换热器200样式的调整不构成对本发明的限制，均应限定在本发明的保护范围之内。
在实际应用中，第一级闭环冷媒循环回路中的冷媒和第二级闭环冷媒循环回路中的冷媒可以采用相同的冷媒，第三级闭环冷媒循环回路中的冷媒可以采用与第一级闭环冷媒循环回路以及第二级闭环冷媒循环回路均不同的冷媒，例如，第一级闭环冷媒循环回路中的冷媒和第二级闭环冷媒循环回路中的冷媒可以采用R410A的冷媒，第三级闭环冷媒循环回路中的冷媒可以采用R134a的冷媒，当然，第一级闭环冷媒循环回路中的冷媒和第二级闭环冷媒循环回路中的冷媒还可以替换为R22的冷媒，第三级闭环冷媒循环回路中的冷媒还可以替换为R32的冷媒，本领域技术人员可以根据实际的需要灵活地选择第一级闭环冷媒循环回路、第二级闭环冷媒循环回路以及第三级闭环冷媒循环回路中的冷媒，这种冷媒的调整和改变不构成对本发明的限制，均应限定在本发明的保护范围之内。
下面以第一换热器100和第二换热器200均为板式换热器，第一级闭环冷媒循环回路中的冷媒和第二级闭环冷媒循环回路中的冷媒均采用R410A的冷媒，第三级闭环冷媒循环回路中的冷媒采用R134a的冷媒为例来进一步阐述本发明的技术方案。
参见图1，系统总共分为三级，第一级闭环冷媒循环回路为R410A循环(以下简称为第一级循环)，第二级闭环冷媒循环回路也为R410A循环(以下简称为第二级循环)，第三级闭环冷媒循环回路为R134a循环(以下简称为第三级循环)，图中箭头所示为冷媒流向。
对于第一级循环，R410A冷媒经过第一级压缩机12压缩为高温高压流体，经过第一级冷凝器11冷凝后，先流至第二换热器200。第一级高温高压的R410A冷媒流体与第三级低温低压的R134a冷媒流体，在第二换热器200进行换热，第一级的R410A冷媒流体相当于在第二换热器200进行进一步的冷凝，而R134a冷媒流体相当于在第二换热器200进行蒸发，流出第二换热器200的R410A冷媒，再与第二级低温低压的R410A冷媒流体，在第一换热器100进行换热，第一级的R410A冷媒流体相当于再一次在第一换热器100进行进一步的冷凝，而第二级的R410A冷媒流体相当于在第一换热器100进行蒸发，流出第一换热器100的R410A冷媒，进一步流入过冷器300进行过冷。
对于第二级循环，R410A冷媒经过第二级压缩机22压缩为高温高压流体，经过第二级冷凝器21冷凝后，流入过冷器300进行过冷，过冷后流经第二级节流阀节流为低温低压冷媒流体后，流至第一换热器100进行蒸发。蒸发完成后流回第二级压缩机22，进行下一个循环。
对于第三级循环，R134a冷媒经过第三级压缩机32压缩为高温高压流体，经过第三级冷凝器31冷凝后，流入过冷器300进行过冷，过冷后流经第三级节流阀节流为低温低压冷媒流体后，流至第二换热器200进行蒸发。蒸发完成后流回第三级压缩机32，进行下一个循环。
此外，第一级闭环冷媒循环回路有其独立的压缩机、蒸发器、冷凝器以及节流元件，可以单独工作，不依赖于第二级和第三级，开机的控制逻辑更为简单，整个系统具备更高的灵活性和能效比，可将大部分的制热量负荷分配在第一级循环，且第一级循环中的冷凝温度较低，压缩机压比小，使得系统在低温环境工况下的制热能力更稳定且能效更高。
经过发明人反复地试验、分析和比较，本发明采用上述的结构能够实现与现有技术中4级并联热泵烘干系统以及复叠式热泵烘干系统相同并且更稳定的温度制取，但是本发明的结构更加简单，且系统稳定性和能效比更高，对于粮食生产，本发明经过过冷器300初步加热的热风，然后经过第一级冷凝器11加热吹出，再经过第二级冷凝器21和第三级冷凝器31进一步加热能够达到终温70℃，充分地满足对粮食的烘干要求。
优选地，第一级节流元件14与第一级蒸发器13之间设置有第一辅助电加热器15，第二级节流元件24与第一换热器100之间设置有第二辅助电加热器25，第三级节流元件34与第二换热器200之间设置有第三辅助电加热器35，沿空气的流动方向，第三级冷凝器31的下游侧设置有第四辅助电加热器500。即，三级循环都在节流阀后增加辅助电加热器，以及在第三级冷凝器31的热风出口增加辅助电加热器，以保证在秋冬季环境温度极低的情况下稳定的热风制取，从而为温度的制取提供另一层保障。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述空气源热泵烘干系统包括第一级冷凝器、第二级冷凝器、第三级冷凝器、第一级压缩机、第二级压缩机、第三级压缩机、第一换热器、第二换热器、第一级蒸发器、第一级节流元件、第二级节流元件、第三级节流元件和过冷器，所述第一级压缩机、所述第一级冷凝器、所述第二换热器、所述第一换热器、所述过冷器、所述第一级节流元件和所述第一级蒸发器构成第一级闭环冷媒循环回路，所述第二级压缩机、所述第二级冷凝器、所述过冷器、所述第二级节流元件和所述第一换热器构成第二级闭环冷媒循环回路，所述第三级压缩机、所述第三级冷凝器、所述过冷器、所述第三级节流元件和所述第二换热器构成第三级闭环冷媒循环回路，
当所述第一级闭环冷媒循环回路、所述第二级闭环冷媒循环回路和所述第三级闭环冷媒循环回路均工作时，所述第一换热器作为所述第二级闭环冷媒循环回路的第二级蒸发器使用，所述第二换热器作为所述第三级闭环冷媒循环回路的第三级蒸发器使用，
沿空气的流动方向，所述过冷器、所述第一级冷凝器、所述第二级冷凝器和所述第三级冷凝器依次设置。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述第一级节流元件与所述第一级蒸发器之间设置有第一辅助电加热器。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述第二级节流元件与所述第一换热器之间设置有第二辅助电加热器。
4.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述第三级节流元件与所述第二换热器之间设置有第三辅助电加热器。
5.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，沿空气的流动方向，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述第三级冷凝器的下游侧。
6.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，沿空气的流动方向，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述过冷器的上游侧。
7.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述过冷器与所述第一级冷凝器之间。
8.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述第一级冷凝器与所述第二级冷凝器之间。
9.根据权利要求1所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，所述空气源热泵烘干系统的风扇设置于所述第二级冷凝器与所述第三级冷凝器之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的空气源热泵烘干系统，其特征在于，沿空气的流动方向，所述第三级冷凝器的下游侧设置有第四辅助电加热器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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