CN114294941B - 热泵烘干系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵烘干系统及其控制方法，其中的热泵烘干系统，包括烘干室，还包括第一热泵循环子系统、第二热泵循环子系统，其中第一热泵循环子系统包括第一冷凝器以及并联且能够独立控制冷媒流通的第一蒸发器、第二蒸发器，第二热泵循环子系统包括第三蒸发器以及并联且能够独立控制冷媒流通的第二冷凝器、第三冷凝器。根据本发明，使热泵烘干系统能够具备多个冷凝温度及多个蒸发温度的调整能力，能够根据实际的温度情况调整参加冷媒循环的换热器个数，提升设备的利用率的同时还能够提高相应的压缩机的能效。

Description

热泵烘干系统及其控制方法

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种热泵烘干系统及其控制方法。

背景技术

烘干机目前市场需求量较大，但市场上大多数都为燃煤、电加热、生物质锅炉等作为热源。不但对环境污染较大，而且系统能源利用率低。热泵烘干具有节能环保等特点，但传统的热泵烘干机能效不高，排出的废气会对环境造成污染。传统热泵系统一般为单级压缩制冷循环，即仅有一级蒸发和压缩过程。

热泵烘干系统通常为单个单级压缩热泵系统用于烘干系统中，这种系统蒸发温度和冷凝温度单一，无法满足多种冷凝温度和蒸发温度的要求，设备利用率不高，系统能效低。

发明内容

因此，本发明提供一种热泵烘干系统及其控制方法，能够克服相关技术单一热泵系统中蒸发温度和冷凝温度单一，无法满足多种冷凝温度和蒸发温度的要求，设备利用率不高，系统能效低的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种热泵烘干系统，包括烘干室，所述烘干室具有进风通道及排风通道，还包括第一热泵循环子系统、第二热泵循环子系统，其中所述第一热泵循环子系统包括第一冷凝器以及并联且能够独立控制冷媒流通的第一蒸发器、第二蒸发器，所述第二热泵循环子系统包括第三蒸发器以及并联且能够独立控制冷媒流通的第二冷凝器、第三冷凝器，其中，所述第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器沿烘干气流的流动方向依次设置于所述进风通道内，所述第三蒸发器、第一蒸发器、第二蒸发器沿烘干气流的流动方向依次设置于所述排风通道内。

在一些实施方式中，所述第一热泵循环子系统包括第一压缩机，所述第一压缩机为双吸气单排气压缩机，所述第一压缩机的排气进入所述第一冷凝器后经由第一节流元件可选择地进入所述第一蒸发器和/或第二蒸发器中，并流回至所述第一压缩机；或者，所述第二热泵循环子系统包括第二压缩机，所述第二压缩机为双排气单吸气压缩机，所述第二压缩机的排气可选择地进入所述第二冷凝器和/或第三冷凝器后经由第二节流元件进入所述第三蒸发器中，并流回至所述第二压缩机。

在一些实施方式中，所述第一蒸发器的冷媒进管上设有第一电磁阀，所述第二蒸发器的冷媒进管上设有第二电磁阀；和/或，所述第二冷凝器的冷媒出管上设有第三电磁阀，所述第三冷凝器的冷媒出管上设有第四电磁阀。

在一些实施方式中，所述进风通道和/或排风通道内设有风机；和/或，所述排风通道内换热后的气流排向外部环境。

本发明还提供一种热泵烘干系统的控制方法，用于控制上述的热泵烘干系统，包括如下步骤：

获取所述第一冷凝器的出风温度t’以及所述第二蒸发器的出风温度t；

判断出风温度t’与出风温度t的大小关系；

根据所述大小关系控制所述第一热泵循环子系统、第二热泵循环子系统的启停。

在一些实施方式中，

当t’-t＞△t时，控制所述第一热泵循环子系统、第二热泵循环子系统同时启动；

当t’-t≤△t时，控制所述第一热泵循环子系统启动，所述第二热泵循环子系统不启动或者停止运行。

在一些实施方式中，当t’-t＞△t时，控制所述第一热泵循环子系统、第二热泵循环子系统同时启动包括：

控制所述第一热泵循环子系统内的第一冷凝器、第一蒸发器参与冷媒循环、所述第二蒸发器不参与冷媒循环；控制所述第二热泵循环子系统内的第三蒸发器、第二冷凝器参与冷媒循环，第三冷凝器不参与冷媒循环。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统与所述第二热泵循环子系统启动第一预设时间段后，检测所述第一冷凝器的出风温度t，当t≥tm时，控制所述第二热泵循环子系统停止运行，tm为所述烘干室的进风目标温度。

在一些实施方式中，当t＜tm时，进一步检测所述第二冷凝器的出风温度ta，当ta≥tm时，维持所述第二热泵循环子系统继续运行，当ta＜tm时，控制所述第三冷凝器参与冷媒循环。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统启动第二预设时间段后，检测所述第一蒸发器的出风温度t2，当t2≥t0时，控制所述第一蒸发器参与冷媒循环，其中t0为所述第一蒸发器的出风目标温度。

在一些实施方式中，当t’-t≤△t时，控制所述第一热泵循环子系统启动，所述第二热泵循环子系统不启动或者停止运行包括：

控制所述第一热泵循环子系统内的第一冷凝器、第一蒸发器参与冷媒循环、所述第二蒸发器不参与冷媒循环；控制所述第二热泵循环子系统内的第三蒸发器、第二冷凝器、第三冷凝器皆不参与冷媒循环。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统启动第三预设时间段后，检测所述第一冷凝器的出风温度t，当t≥tm时，控制维持所述第二热泵循环子系统处于停止运行状态，tm为所述烘干室的进风目标温度。

在一些实施方式中，当t＜tm时，控制所述第二热泵循环子系统中的第三蒸发器、第二冷凝器参与冷媒循环，第三冷凝器不参与冷媒循环。

在一些实施方式中，在所述第二热泵循环子系统运行第四预设时间段后，检测所述第二冷凝器的出风温度ta，当ta≥tm时，维持所述第二热泵循环子系统继续运行，当ta＜tm时，控制所述第三冷凝器参与冷媒循环。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统启动第五预设时间段后，检测所述第一蒸发器的出风温度t2，当t2≥t0时，控制所述第一蒸发器参与冷媒循环，其中t0为所述第一蒸发器的出风目标温度。

在一些实施方式中，在获取所述第一冷凝器的出风温度t’以及所述第二蒸发器的出风温度t之前，控制风机运行第六预设时间段。

本发明提供的一种热泵烘干系统及其控制方法，所述第一热泵循环子系统具有两个冷凝器及一个蒸发器，所述第二热泵循环子系统具有两个蒸发器及一个冷凝器，从而使所述热泵烘干系统能够具备多个冷凝温度及多个蒸发温度的调整能力，能够根据实际的温度情况调整参加冷媒循环的换热器个数，提升设备的利用率的同时还能够提高相应的压缩机的能效。

附图说明

图1为本发明实施例的热泵烘干系统的原理示意图。

附图标记表示为：

1、烘干室；2、第一风机；3、第三蒸发器；4、第一蒸发器；5、第一电磁阀；6、第二电磁阀；7、第二蒸发器；8、第二风机；9、第一节流元件；10、第一压缩机；11、第二节流元件；12、第二压缩机；13、第三风机；14、第一冷凝器；15、第二冷凝器；16、第三冷凝器；17、第三电磁阀；18、第四电磁阀；19、第一温度传感器；20、第二温度传感器；21、第三温度传感器；22、第四温度传感器；23、第五温度传感器；24、第六温度传感器；100、第一热泵循环子系统；200、第二热泵循环子系统。

具体实施方式

参见图1所示，根据本发明的实施例，提供一种热泵烘干系统，包括烘干室1，所述烘干室1具有进风通道及排风通道，还包括第一热泵循环子系统100、第二热泵循环子系统200，其中所述第一热泵循环子系统100包括第一冷凝器14以及并联且能够独立控制冷媒流通的第一蒸发器4、第二蒸发器7，所述第二热泵循环子系统200包括第三蒸发器3以及并联且能够独立控制冷媒流通的第二冷凝器15、第三冷凝器16，其中，所述第一冷凝器14、第二冷凝器15、第三冷凝器16沿烘干气流的流动方向依次设置于所述进风通道内，所述第三蒸发器3、第一蒸发器4、第二蒸发器7沿烘干气流的流动方向依次设置于所述排风通道内。该技术方案中，所述第一热泵循环子系统100具有两个冷凝器及一个蒸发器，所述第二热泵循环子系统200具有两个蒸发器及一个冷凝器，从而使所述热泵烘干系统能够具备多个冷凝温度及多个蒸发温度的调整能力，能够根据实际的温度情况调整参加冷媒循环的换热器个数，提升设备的利用率的同时还能够提高相应的压缩机的能效。

作为一种具体的实施方式，所述第一热泵循环子系统100包括第一压缩机10，所述第一压缩机10为双吸气单排气压缩机，所述第一压缩机10的排气进入所述第一冷凝器14后经由第一节流元件9可选择地进入所述第一蒸发器4和/或第二蒸发器7中，并流回至所述第一压缩机10；或者，所述第二热泵循环子系统200包括第二压缩机12，所述第二压缩机12为双排气单吸气压缩机，所述第二压缩机12的排气可选择地进入所述第二冷凝器15和/或第三冷凝器16后经由第二节流元件11进入所述第三蒸发器3中，并流回至所述第二压缩机12。采用所述双吸气单排气压缩机以及单吸气双排气压缩机能够简化所述第一热泵循环子系统100及第二热泵循环子系统200的系统构成，降低布管难度。

所述第一蒸发器4的冷媒进管上设有第一电磁阀5，所述第二蒸发器7的冷媒进管上设有第二电磁阀6，通过所述第一电磁阀5及第二电磁阀6的开启与否控制相应的蒸发器参与相应子系统的冷媒循环与否；和/或，所述第二冷凝器15的冷媒出管上设有第三电磁阀17，所述第三冷凝器16的冷媒出管上设有第四电磁阀18，通过所述第一电磁阀5及第二电磁阀6的开启与否控制相应的蒸发器参与相应子系统的冷媒循环与否，提高所述热泵烘干系统的自控程度。

可以理解的是，所述进风通道和/或排风通道内设有风机，以能够对所述热泵烘干系统中的气流流动顺畅，例如所述风机包括设置于所述进风通道内的第三风机13、设置于所述排风通道内的第一风机2及第二风机8。最好的，所述排风通道内换热后的气流排向外部环境，也即所述热泵烘干系统为开式烘干系统，其与传统的闭式烘干系统相较，能够有效降低排气气流中的污物含量，防止热泵系统的相关部件被腐蚀，提高热泵系统相关部件的寿命，提高烘干物料的品质。

根据本发明的实施例，还提供一种热泵烘干系统的控制方法，用于控制上述的热泵烘干系统，包括如下步骤：

获取所述第一冷凝器14的出风温度t’以及所述第二蒸发器7的出风温度t；

判断出风温度t’与出风温度t的大小关系；

根据所述大小关系控制所述第一热泵循环子系统100、第二热泵循环子系统200的启停。

具体的，当t’-t＞△t时，此时说明蒸发温度与冷凝温度温差较大，因此控制所述第一热泵循环子系统100、第二热泵循环子系统200同时启动，实现热量的梯级利用，避免单个子系统的能耗较高，最终达到提升系统能效的目的；

当t’-t≤△t时，此时说明蒸发温度和冷凝温度温差满足预设条件，仅需一个子系统即可满足热量需求，因此控制所述第一热泵循环子系统100启动，所述第二热泵循环子系统200不启动或者停止运行。

一方面，当t’-t＞△t时，控制所述第一热泵循环子系统100、第二热泵循环子系统200同时启动包括：控制所述第一热泵循环子系统100内的第一冷凝器14、第一蒸发器4参与冷媒循环、所述第二蒸发器7不参与冷媒循环；控制所述第二热泵循环子系统200内的第三蒸发器3、第二冷凝器15参与冷媒循环，第三冷凝器16不参与冷媒循环。也即该技术方案中，优先开启每个热泵循环子系统中的单个冷凝器与单个蒸发器，以能够在实现对进风或者排风气流的梯级升温或者降温，提高压缩机能效的前提下，保证能量的合理利用。

进一步地，在所述第一热泵循环子系统100与所述第二热泵循环子系统200启动第一预设时间段后，检测所述第一冷凝器14的出风温度t，当t≥tm时，说明此时的烘干系统的进风气流的升温仅依靠所述第一热泵循环子系统100即可满足要求，因此控制所述第二热泵循环子系统200停止运行，tm为所述烘干室1的进风目标温度。

需要说明的是，在一些情况下，例如外部环境由于时间段的差异带来温度波动降低(例如由白天转夜晚)，可能会存在t＜tm，此时，进一步检测所述第二冷凝器15的出风温度ta，当ta≥tm时，维持所述第二热泵循环子系统200继续运行，当ta＜tm时，控制所述第三冷凝器16参与冷媒循环，也即此时将所述第二热泵循环子系统200内的两个冷凝器全部采用，实现对进风气流的最大升温，保证物料的烘干效果。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统100启动第二预设时间段后，检测所述第一蒸发器4的出风温度t2，当t2≥t0时，说明排气气流的热回收能力不足，此时控制所述第一蒸发器4参与冷媒循环，其中t0为所述第一蒸发器4的出风目标温度，以提升压缩机的能效。需要说明的是，无论所述第一热泵循环子系统100单独启动还是两个热泵循环子系统同时启动，前述参与条件的判断皆能够使用。

另一方面，当t’-t≤△t时，控制所述第一热泵循环子系统100启动，所述第二热泵循环子系统200不启动或者停止运行包括：控制所述第一热泵循环子系统100内的第一冷凝器14、第一蒸发器4参与冷媒循环、所述第二蒸发器7不参与冷媒循环；控制所述第二热泵循环子系统200内的第三蒸发器3、第二冷凝器15、第三冷凝器16皆不参与冷媒循环。也即该技术方案中，优先开启所述第一热泵循环子系统100中的单个冷凝器与单个蒸发器，以保证能量的合理利用。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统100启动第三预设时间段后，检测所述第一冷凝器14的出风温度t，当t≥tm时，控制维持所述第二热泵循环子系统200处于停止运行状态，tm为所述烘干室1的进风目标温度；当t＜tm时，控制所述第二热泵循环子系统200中的第三蒸发器3、第二冷凝器15参与冷媒循环，第三冷凝器16不参与冷媒循环。进一步地，在所述第二热泵循环子系统200运行第四预设时间段后，检测所述第二冷凝器15的出风温度ta，当ta≥tm时，维持所述第二热泵循环子系统200继续运行，当ta＜tm时，控制所述第三冷凝器16参与冷媒循环。从而使所述第一冷凝器14、第二冷凝器15及第三冷凝器16根据进气气流的温度情况分情况参与到换热过程中，保证物料的烘干效果。

在一些实施方式中，在所述第一热泵循环子系统100启动第五预设时间段后，检测所述第一蒸发器4的出风温度t2，当t2≥t0时，说明排气气流的热回收能力不足，此时控制所述第一蒸发器4参与冷媒循环，其中t0为所述第一蒸发器4的出风目标温度，以提升压缩机的能效。需要说明的是，无论所述第一热泵循环子系统100单独启动还是两个热泵循环子系统同时启动，前述参与条件的判断皆能够使用。

需要说明的是，所述热泵烘干系统根据实际的烘干工况，还可以设置有更多组的第一热泵循环子系统100、第二热泵循环子系统200，其设置方式及控制方法与前述的方案相同，本发明不再赘述。

而为了保证对所述各个冷凝器或者蒸发器的出风温度的检测的准确性，优选地，在获取所述第一冷凝器14的出风温度t’以及所述第二蒸发器7的出风温度t之前控制所述风机运行第六预设时间段。

前述的第一预设时间段、第二预设时间段、第三预设时间段、第四预设时间段、第五预设时间段、第六预设时间段可以相等也可以不相同，所述tm、△t、ta、t0则可以根据实际的工况、需求合理设定，本发明不做特别限定。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种热泵烘干系统的控制方法，其特征在于，用于控制热泵烘干系统，所述热泵烘干系统，包括烘干室（1），所述烘干室（1）具有进风通道及排风通道，还包括第一热泵循环子系统（100）、第二热泵循环子系统（200），其中所述第一热泵循环子系统（100）包括第一冷凝器（14）以及并联且能够独立控制冷媒流通的第一蒸发器（4）、第二蒸发器（7），所述第二热泵循环子系统（200）包括第三蒸发器（3）以及并联且能够独立控制冷媒流通的第二冷凝器（15）、第三冷凝器（16），其中，所述第一冷凝器（14）、第二冷凝器（15）、第三冷凝器（16）沿烘干气流的流动方向依次设置于所述进风通道内，所述第三蒸发器（3）、第一蒸发器（4）、第二蒸发器（7）沿烘干气流的流动方向依次设置于所述排风通道内；

所述控制方法包括如下步骤：

获取所述第一冷凝器（14）的出风温度t’以及所述第二蒸发器（7）的出风温度t；

判断出风温度t’与出风温度t的大小关系；

根据所述大小关系控制所述第一热泵循环子系统（100）、第二热泵循环子系统（200）的启停；

当t’-t＞△t时，控制所述第一热泵循环子系统（100）、第二热泵循环子系统（200）同时启动，包括：

控制所述第一热泵循环子系统（100）内的第一冷凝器（14）、第一蒸发器（4）参与冷媒循环、所述第二蒸发器（7）不参与冷媒循环；控制所述第二热泵循环子系统（200）内的第三蒸发器（3）、第二冷凝器（15）参与冷媒循环，第三冷凝器（16）不参与冷媒循环；

在所述第一热泵循环子系统（100）与所述第二热泵循环子系统（200）启动第一预设时间段后，检测所述第一冷凝器（14）的出风温度t，当t≥tm时，控制所述第二热泵循环子系统（200）停止运行，tm为所述烘干室（1）的进风目标温度；

当t＜tm时，进一步检测所述第二冷凝器（15）的出风温度ta，当ta≥tm时，维持所述第二热泵循环子系统（200）继续运行，当ta＜tm时，控制所述第三冷凝器（16）参与冷媒循环。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

当t’-t≤△t时，控制所述第一热泵循环子系统（100）启动，所述第二热泵循环子系统（200）不启动或者停止运行。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述第一热泵循环子系统（100）启动第二预设时间段后，检测所述第一蒸发器（4）的出风温度t2，当t2≥t0时，控制所述第一蒸发器（4）参与冷媒循环，其中t0为所述第一蒸发器（4）的出风目标温度。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当t’-t≤△t时，控制所述第一热泵循环子系统（100）启动，所述第二热泵循环子系统（200）不启动或者停止运行包括：

控制所述第一热泵循环子系统（100）内的第一冷凝器（14）、第一蒸发器（4）参与冷媒循环、所述第二蒸发器（7）不参与冷媒循环；控制所述第二热泵循环子系统（200）内的第三蒸发器（3）、第二冷凝器（15）、第三冷凝器（16）皆不参与冷媒循环。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在所述第一热泵循环子系统（100）启动第三预设时间段后，检测所述第一冷凝器（14）的出风温度t，当t≥tm时，控制维持所述第二热泵循环子系统（200）处于停止运行状态，tm为所述烘干室（1）的进风目标温度。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当t＜tm时，控制所述第二热泵循环子系统（200）中的第三蒸发器（3）、第二冷凝器（15）参与冷媒循环，第三冷凝器（16）不参与冷媒循环。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在所述第二热泵循环子系统（200）运行第四预设时间段后，检测所述第二冷凝器（15）的出风温度ta，当ta≥tm时，维持所述第二热泵循环子系统（200）继续运行，当ta＜tm时，控制所述第三冷凝器（16）参与冷媒循环。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的控制方法，其特征在于，在所述第一热泵循环子系统（100）启动第五预设时间段后，检测所述第一蒸发器（4）的出风温度t2，当t2≥t0时，控制所述第一蒸发器（4）参与冷媒循环，其中t0为所述第一蒸发器（4）的出风目标温度。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在获取所述第一冷凝器（14）的出风温度t’以及所述第二蒸发器（7）的出风温度t之前，控制风机运行第六预设时间段。

10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一热泵循环子系统（100）包括第一压缩机（10），所述第一压缩机（10）为双吸气单排气压缩机，所述第一压缩机（10）的排气进入所述第一冷凝器（14）后经由第一节流元件（9）可选择地进入所述第一蒸发器（4）和/或第二蒸发器（7）中，并流回至所述第一压缩机（10）；或者，所述第二热泵循环子系统（200）包括第二压缩机（12），所述第二压缩机（12）为双排气单吸气压缩机，所述第二压缩机（12）的排气可选择地进入所述第二冷凝器（15）和/或第三冷凝器（16）后经由第二节流元件（11）进入所述第三蒸发器（3）中，并流回至所述第二压缩机（12）。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第一蒸发器（4）的冷媒进管上设有第一电磁阀（5），所述第二蒸发器（7）的冷媒进管上设有第二电磁阀（6）；和/或，所述第二冷凝器（15）的冷媒出管上设有第三电磁阀（17），所述第三冷凝器（16）的冷媒出管上设有第四电磁阀（18）。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述进风通道和/或排风通道内设有风机；和/或，所述排风通道内换热后的气流排向外部环境。

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