CN115235194A - 一种多级闭式热泵干燥系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级闭式热泵干燥系统及方法，涉及热泵干燥技术领域，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器；干燥室出口与一级热泵系统的蒸发器之间设置空气冷却器；末级热泵系统的蒸发器后侧设置过冷器，各级冷凝器与蒸发器形成循环回路或经过冷器与蒸发器形成循环回路。本发明能够提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少，提高能效以及经济性。

Description

一种多级闭式热泵干燥系统及方法

技术领域

本发明涉及热泵干燥技术领域，尤其涉及一种多级闭式热泵干燥系统及方法。

背景技术

热泵是一种高效的制热设备，依靠系统内部制冷工质热力循环，将低品位热源转换成可利用的高品位热源。在热泵干燥过程中，干燥初期空气与物料的传热传质速率较大，空气相对湿度较大，热泵蒸发段可很好吸收空气中热量。随着干燥的进行，进入干燥后期，物料出来水分很少，导致干燥厢出口空气湿度很低，如果将这部分废气全部通过蒸发段降温除湿，水分析出很少，蒸发器吸收潜热量很少，导致热泵机组效率很低。

现有热泵干燥系统干燥过程的预热、恒速干燥阶段主要是去除物料的自由水，降速干燥阶段主要去除物料的结合水。在热泵干燥的中后期，除湿主要是去除干燥物料中的结合水，而这部分结合水占总除湿量的比例很小，且由于干燥，物料的干湿界面逐渐向内迁移，使得空气与干燥物料之间的传质系数变小，去除这些水分需要很长的干燥时间和消耗很多的能量。并且由于传质系数变小，使得干燥室进出口空气状态变化很小，影响了蒸发器降温除湿能力，蒸发器吸收水分的潜热和显热有限，热泵系统运行状况变差。为了维持干燥温度的稳定，输入系统的电能大部分以热能形式排出系统，系统的除湿效率很低。高效能的热泵系统变成了低效能的电加热装置，导致整个热泵干燥过程能耗增加。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多级闭式热泵干燥系统及方法，能够提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少，提高能效以及经济性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现的：

第一方面，本发明的实施例提供了一种多级闭式热泵干燥系统，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器；干燥室出口与一级热泵系统的蒸发器之间设置空气冷却器；末级热泵系统的蒸发器后侧设置过冷器，各级冷凝器与蒸发器形成循环回路或经过冷器与蒸发器形成循环回路。

作为进一步的实现方式，所述干燥室出口连接第一管路和第二管路，第一管路连接一级热泵系统的蒸发器，经空气冷却器冷却后的空气与第一管路空气混合，混合后再经过一级热泵系统的蒸发器；

所述蒸发器的输入端安装节流阀。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种多级闭式热泵干燥系统，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器；一级热泵系统的蒸发器前侧设置附加蒸发器；末级热泵系统的蒸发器后侧设置过冷器；各级冷凝器与蒸发器形成循环回路或经过冷器与蒸发器形成循环回路。

作为进一步的实现方式，所述附加蒸发器与至少一个蒸发器并联；所述蒸发器、附加蒸发器的输入端安装节流阀。

第三方面，本发明的实施例还提供了一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，包括：

空气流程：经各级冷凝器逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室，空气干燥物料后，一部分空气先经空气冷却器被冷空气降温，再与另一部分未被降温的空气混合后经多级蒸发器降温除湿，之后进入过冷器中加热，再经各冷凝器逐级加热进行循环；

制冷剂流程：至少一级热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进入冷凝器中冷凝为高压液体后，再进入过冷器中过冷，节流后进入对应级蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩；其余级热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进冷凝器中冷凝，节流后进入对应级蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩。

作为进一步的实现方式，通过调节干燥室出口空气的流量大小，调控干燥室出口空气温度的降低值。

第四方面，本发明的实施例还提供了一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，包括：

空气流程：经各级冷凝器逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室，经干燥室的空气变为高湿空气，然后经多级蒸发器降温除湿，再进入过冷器中加热，之后经各级冷凝器逐级加热进行循环；

制冷剂流程：至少一级热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进冷凝器中冷凝为高压液体后，再进入过冷器中过冷，节流后进入蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩；其余热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进冷凝器中冷凝后，分为两部分分别节流后进入对应蒸发器和附加蒸发器中蒸发，蒸发完后两部分混合，再被压缩机吸入压缩。

作为进一步的实现方式，制冷剂流程中，各冷凝器均能够通过过冷器与蒸发器形成回路。

第五方面，本发明的实施例还提供了一种多级闭式热泵干燥系统，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的冷凝器、过冷器和蒸发器，蒸发器和冷凝器之间连接压缩机并形成循环回路；所述冷凝器和蒸发器之间安装节流阀。

第六方面，本发明的实施例还提供了一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，包括：

空气流程：经过冷器和冷凝器逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室对物料干燥除湿，送入干燥室内的空气带走物料中的水分变为高湿空气，然后经多级蒸发器降温除湿，再进入各级过冷器中加热升温，后又经冷凝器逐级加热进行循环；

制冷剂流程：各级热泵压缩机出口高温高压气态制冷剂进入对应冷凝器中冷凝为高压液体后，再进入对应过冷器中过冷，节流后进入对应蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明在干燥室出口后设置空气冷却器，利用室外冷空气对出口热空气进行降温，减少热泵系统功耗；在末级蒸发器后设置过冷器，提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少，提高能效以及经济性。

(2)本发明可针对实际要求改变制冷剂的循环回路，利用冬季室外冷空气将空气冷却，降低进入一级蒸发器的空气温度；利用换热量将经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，冷凝器的换热量将空气加热；由于室外空气温度波动，可通过调节干燥室出口空气的流量大小对其温度降低值进行调控，相比于传统热泵干燥系统，能够减少压缩机功耗并提高系统能效。

(3)由于冬季室外温度低，故可直接利用冬季温度低的特点对空气进行降温，而无需使用辅助蒸发器进行降温，可以减少设备上的投资；通过在一级蒸发器前增设附加蒸发器，在末级蒸发器后增设过冷器，提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少；且过冷器、附加蒸发器与热泵系统的循环方式可根据实际情况调整，干燥室出口空气经附加蒸发器、各级蒸发器逐级降温，在过冷器中将经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热，相比于传统热泵干燥系统，使进入冷凝器的空气温度提高，减少了压缩机功耗，提升了各级系统的能效。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例一的过冷器接入一级、二级热泵系统示意图；

图2是本发明实施例一的过冷器接入三级、四级热泵系统示意图；

图3是本发明实施例一的过冷器接入各级热泵系统示意图；

图4是本发明实施例二的过冷器接入一级、二级热泵系统，附加蒸发器接入三级、四级热泵系统示意图；

图5是本发明实施例二的过冷器接入三级、四级热泵系统，附加蒸发器接入一级、二级热泵系统示意图；

图6是本发明实施例二的过冷器接入各级热泵系统，附加蒸发器接入一级、二级热泵系统示意图；

图7是本发明实施例二的过冷器接入各级热泵系统，附加蒸发器接入三级、四级热泵系统示意图；

图8是本发明实施例三的系统示意图。

其中，1、四级冷凝器；2、三级冷凝器；3、二级冷凝器；4、一级冷凝器；5、四级压缩机；6、三级压缩机；7、二级压缩机；8、一级压缩机；9、过冷器；10、四级蒸发器；11、三级蒸发器；12、二级蒸发器；13、一级蒸发器；14、空气冷却器；15、节流阀；16、节流阀；17、节流阀；18、节流阀；19、干燥室；20、节流阀；21、节流阀；22、节流阀，23、附加蒸发器，24、一级过冷器；25、二级过冷器；26、三级过冷器；27、四级过冷器。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种多级闭式热泵干燥系统，尤其适用于冬季使用，包括串联的多级热泵系统、干燥室19、空气冷却器14、过冷器9，热泵系统的级数根据实际干燥要求设置，本实施例设置四级热泵系统，如图1所示，以靠近干燥室19一侧为一级，具体的：

一级热泵系统包括依次连接的一级冷凝器4、一级压缩机8和一级蒸发器13；二级热泵系统包括依次连接的二级冷凝器3、二级压缩机7和二级蒸发器12；三级热泵系统包括依次连接的三级冷凝器2、三级压缩机6和三级蒸发器11；四级热泵系统包括依次连接的四级冷凝器1、四级压缩机5和四级蒸发器10。

本实施例在干燥室19的输出端设置空气冷却器14，空气冷却器14设于干燥室19出口与一级蒸发器13之间；干燥室19的输出端形成两个支路，其中第一支路依次经过各级蒸发器与各级冷凝器形成回路，第二支路连接空气冷却器14，经空气冷却器14之后汇入第一支路，并通过第一支路连接一级蒸发器13。通过设置空气冷却器14，利用室外冷空气对干燥室19出口热空气进行降温，减少功耗。

四级蒸发器10后侧设置过冷器9，本实施例中的前侧、后侧为相对概念，以一级热泵系统所在侧为前；通过过冷器9提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少，提高能效以及经济性。

过冷器9可与部分热泵系统形成循环，也可同时与各级热泵系统形成循环。

一级蒸发器13的输入端安装节流阀18，二级蒸发器12的输入端安装节流阀17，三级蒸发器11的输入端安装节流阀16，四级蒸发器10的输入端安装节流阀15。

如图1所示，一级冷凝器4、二级冷凝器3经过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路，三级冷凝器2、四级冷凝器1与对应的蒸发器形成循环回路，其具体过程为：

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后将干燥室19出口空气分为两部分，一部分先经空气冷却器14被冷空气降温，再与另一部分未被降温空气混合后经一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进入一级冷凝器4中冷凝为高压液体后，再进入过冷器9中过冷，节流后进入一级蒸发器13中蒸发，再被一级压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程。三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进三级冷凝器2中冷凝，节流后进入三级蒸发器11中蒸发；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式利用冬季室外冷空气将空气冷却，降低进入一级蒸发器13的空气温度；一级热泵系统、二级热泵系统经过过冷器9，利用换热量将经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，冷凝器的换热量将空气加热。由于室外空气温度波动，可通过调节干燥室出口空气的流量大小对温度降低值进行调控。相比于传统热泵干燥系统，能够减少压缩机功耗并提高系统能效。

如图2所示，一级冷凝器4、二级冷凝器3与对应的蒸发器形成循环回路，三级冷凝器2、四级冷凝器1经过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路，其具体过程为：

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后将干燥室19出口空气分为两部分，一部分先经空气冷却器14被冷空气降温，再与另一部分未被降温空气混合后经一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进一级冷凝器4中冷凝为高压液体，节流后进入一级蒸发器13中蒸发，再被一级压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程；三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进冷凝器2中冷凝后再进入过冷器9中过冷，节流后进入三级蒸发器11中蒸发，再被压缩机6吸入压缩；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式的部分空气经冬季室外冷空气冷却，降低进入一级蒸发器13的空气温度；三级热泵系统、四级热泵系统经过过冷器9，利用换热量将经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热。由于室外空气温度波动，可通过调节干燥室出口空气的流量大小对温度降低值进行调控。相比于传统热泵干燥系统，减少压缩机功耗并提高系统能效。

如图3所示，四级热泵系统的冷凝器均通过过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路，具体的过程为：

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后将干燥室19出口空气分为两部分，一部分先经空气冷却器14被冷空气降温，再与另一部分未被降温空气混合后经一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进一级冷凝器4中冷凝为高压液体后，再进入过冷器9中过冷，节流后进入一级蒸发器13中蒸发，然后被一级压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程；三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进冷凝器2中冷凝后，再进入过冷器9中过冷，节流后进入三级蒸发器11中蒸发，再被压缩机6吸入压缩；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式利用冬季室外冷空气将空气冷却，降低进入一级蒸发器13的空气温度；四级系统都经过过冷器9，利用换热量把经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高相比前两种系统高些，冷凝器的换热量将空气加热，由于室外空气温度波动，可通过调节干燥室19出口空气的流量大小对温度降低值进行调控。相比于传统热泵干燥系统，减少压缩机功耗并提高系统能效。

实施例二：

本实施例提供了一种多级闭式热泵干燥系统，冬夏两级均适用，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室19，每级热泵系统均包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器，蒸发器的输入端安装节流阀。

本实施例设置四级热泵系统，当然，在其他实施例中，热泵系统可以为三级、五级或其他，具体根据实际干燥要求设置。

本实施例在一级蒸发器13前增设一个蒸发器，即附加蒸发器23，在四级蒸发器10后增设一个过冷器9，以提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少，提高能效以及经济性。

任意热泵系统的冷凝器可以经过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路，各级热泵系统的冷凝器可同时经过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路；附加蒸发器23可并入热泵系统的蒸发器中。

如图4所示，一级冷凝器4、二级冷凝器3分别通过过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路；附加蒸发器23并入三级热泵系统、四级热泵系统的蒸发器中。具体的，附加蒸发器23的输入端安装有节流阀20和节流阀22，节流阀20通过管路并联至四级热泵系统的节流阀15输入端，节流阀22通过管路并联至三级热泵系统的节流阀16输入端。

附加蒸发器23的输出端同样形成两路，其中一路安装节流阀21，并通过管路并联至三级蒸发器11的输出端，另一路通过管路并联至四级蒸发器10的输出端，其工作过程为：

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后经附加蒸发器23、一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进一级冷凝器4中冷凝为高压液体后，再进入过冷器9中过冷，节流后进入一级蒸发器13中蒸发，再被一级压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程；三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进冷凝器2中冷凝后，分为两部分分别节流后进入三级蒸发器11和附加蒸发器23中蒸发，多设置一个蒸发器是为了降低经过一级蒸发器13的空气温度，然后在压缩机吸入口前混合后被三级压缩机6吸入压缩；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式的干燥室出口空气经蒸发器逐级降温，在过冷器9中将经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热，相比于传统热泵干燥系统，该系统中一级热泵系统、二级热泵系统经过过冷器9、三级热泵系统、四级热泵系统经过温度较低的蒸发器，使进入冷凝器的空气温度提高，减少了压缩机功耗，提升了各级系统的能效。

如图5所示，三级冷凝器2、四级冷凝器1分别通过过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路；附加蒸发器23并入一级热泵系统、二级热泵系统的蒸发器中。节流阀20通过管路并联至二级热泵系统的节流阀17输入端，节流阀22通过管路并联至一级热泵系统的节流阀18输入端。

附加蒸发器23的输出端同样形成两路，其中一路安装节流阀21，并通过管路并联至二级蒸发器12的输出端，另一路通过管路并联至一级蒸发器13的输出端，其工作过程为：

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后经附加蒸发器23、一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进冷凝器4中冷凝为高压液体后，分为两部分分别节流后进入一级蒸发器13和附加蒸发器23中蒸发，然后在压缩机吸入口前混合后被一级压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程；三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进冷凝器2中冷凝后再进入过冷器9中过冷，节流后进入三级蒸发器11中蒸发，再被压缩机6吸入压缩；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式的干燥室出口空气经蒸发器逐级降温，在过冷器中把经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热，相比于传统热泵干燥系统，该系统中一、二级系统经过温度较低的蒸发器、三、四级系统经过过冷器，使进入冷凝器的空气温度提高，减少了压缩机功耗，提升了各级系统的能效。

如图6所示，各级冷凝器均通过过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路，附加蒸发器23并与一级热泵系统、二级热泵系统中；其中，附加蒸发器23的输出端通过节流阀21并联至二级蒸发器12输出端，附加蒸发器23的输出端另一路与一级蒸发器13的输出端并联。

具体的工作过程为：

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后经附加蒸发器23、一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进冷凝器4中冷凝为高压液体后，再进入过冷器9中过冷，然后分为两部分分别节流后进入一级蒸发器13和附加蒸发器23中蒸发，然后在压缩机吸入口前混合后被一级压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程；三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进冷凝器2中冷凝后再进入过冷器9中过冷，节流后进入三级蒸发器11中蒸发，再被压缩机6吸入压缩；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式的干燥室出口空气经蒸发器逐级降温，在过冷器中把经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热，相比于传统热泵干燥系统，该系统中四级系统都经过过冷器，其中一级热泵系统、二级热泵系统经过过冷器后再经过温度较低的蒸发器，进入冷凝器的空气温度提高相比于上述两个系统高些，减少了压缩机功耗，提升了各级系统的能效。

如图7所示，各级冷凝器均通过过冷器9与对应的蒸发器形成循环回路，附加蒸发器23并与三级热泵系统、四级热泵系统中；其中，附加蒸发器23的输出端通过节流阀21并联至四级蒸发器10输出端，附加蒸发器23的输出端另一路与三级蒸发器11的输出端并联。

空气流程：经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后经附加蒸发器23、一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入过冷器9中加热，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级压缩机8出口高温高压气态制冷剂进冷凝器4中冷凝为高压液体后，再进入过冷器9中过冷，节流后进入一级蒸发器13中蒸发，再被压缩机8吸入压缩；二级热泵系统过程同一级热泵系统过程；三级压缩机6出口高温高压气态制冷剂进冷凝器2中冷凝后再进入过冷器9中过冷，分为两部分分别节流后进入三级蒸发器11和附加蒸发器23中蒸发，然后在压缩机吸入口前混合后被三级压缩机6吸入压缩；四级热泵系统过程同三级热泵系统过程。

上述方式的干燥室出口空气经蒸发器逐级降温，在过冷器中把经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热，相比于传统热泵干燥系统，该系统中四级系统都经过过冷器，其中三级热泵系统、四级热泵系统经过过冷器后再经过温度较低的蒸发器，进入冷凝器的空气温度提高相比于上述两个系统高些，减少了压缩机功耗，提升了各级系统的能效。

实施例三：

本实施例提供了一种多级闭式热泵干燥系统，如图8所示，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室19。

本实施例以四级热泵系统为例进行详细说明：

一级热泵系统包括依次连接的一级冷凝器4、一级过冷器24、一级蒸发器13，一级蒸发器13通过一级压缩机8与一级冷凝器4相连以形成循环回路；一级过冷器24和一级蒸发器13之间安装节流阀18。

其余热泵系统的连接方式与一级热泵系统相同，此处不再赘述。本实施例在每级冷凝器与蒸发器之间设置过冷器，利用过冷器的换热量对空气进行加热，提高空气进入冷凝器的温度，使系统能耗减少，提高能效以及经济性。

该热泵干燥系统的工作过程为：

空气流程：经四级过冷器27、三级过冷器26、二级过冷器25、一级过冷器24和四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室19对物料干燥除湿，该过程是一个等焓绝热的增湿过程，送入干燥室19内的空气带走物料中的水分，变为高湿空气，然后经一级蒸发器13、二级蒸发器12、三级蒸发器11、四级蒸发器10降温除湿，再进入四级过冷器27、三级过冷器26、二级过冷器25、一级过冷器24中加热升温，后又经四级冷凝器1、三级冷凝器2、二级冷凝器3、一级冷凝器4逐级加热进行循环。

制冷剂流程：一级热泵压缩机8出口高温高压气态制冷剂进一级冷凝器4中冷凝为高压液体后，再进入一级过冷器24中过冷，节流后进入一级蒸发器13中蒸发，再被压缩机8吸入压缩；二级热泵压缩机7出口高温高压气态制冷剂进二级冷凝器3中冷凝为高压液体后，再进入二级过冷器25中过冷，节流后进入二级蒸发器12中蒸发，再被压缩机7吸入压缩；三级热泵压缩机6出口高温高压气态制冷剂进三级冷凝器2中冷凝为高压液体后，再进入三级过冷器26中过冷，节流后进入三级蒸发器11中蒸发，再被压缩机6吸入压缩；四级热泵压缩机5出口高温高压气态制冷剂进四级冷凝器1中冷凝为高压液体后，再进入四级过冷器27中过冷，节流后进入四级蒸发器10中蒸发，再被压缩机5吸入压缩。

本实施例的干燥室出口空气经蒸发器逐级降温，在经各级过冷器将经蒸发器后的空气进行加热，使进入冷凝器的空气温度提高，利用冷凝器的换热量将空气加热，相比于传统热泵干燥系统，该系统利用过冷器的换热量，使进入冷凝器的空气温度提高，减少了压缩机功耗，提升了各级系统的能效。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级闭式热泵干燥系统，其特征在于，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器；干燥室出口与一级热泵系统的蒸发器之间设置空气冷却器；末级热泵系统的蒸发器后侧设置过冷器，各级冷凝器与蒸发器形成循环回路或经过冷器与蒸发器形成循环回路。

2.根据权利要求1所示的一种多级闭式热泵干燥系统，其特征在于，所述干燥室出口连接第一管路和第二管路，第一管路连接一级热泵系统的蒸发器，经空气冷却器冷却后的空气与第一管路空气混合，混合后再经过一级热泵系统的蒸发器；

所述蒸发器的输入端安装节流阀。

3.一种多级闭式热泵干燥系统，其特征在于，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器；一级热泵系统的蒸发器前侧设置附加蒸发器；末级热泵系统的蒸发器后侧设置过冷器；各级冷凝器与蒸发器形成循环回路或经过冷器与蒸发器形成循环回路。

4.根据权利要求3所示的一种多级闭式热泵干燥系统，其特征在于，所述附加蒸发器与至少一个蒸发器并联；所述蒸发器、附加蒸发器的输入端安装节流阀。

5.根据权利要求1-2任一所述的一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，其特征在于，包括：

空气流程：经各级冷凝器逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室，空气干燥物料后，一部分空气先经空气冷却器被冷空气降温，再与另一部分未被降温空气混合后经多级蒸发器降温除湿，之后进入过冷器中加热，再经各冷凝器逐级加热进行循环；

制冷剂流程：至少一级热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进入冷凝器中冷凝为高压液体后，再进入过冷器中过冷，节流后进入对应级蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩；其余级热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进冷凝器中冷凝，节流后进入对应级蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩。

6.根据权利要求5所述的一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，其特征在于，通过调节干燥室出口空气的流量大小，调控干燥室出口空气温度的降低值。

7.根据权利要求3-4任一所述的一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，其特征在于，包括：

空气流程：经各级冷凝器逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室，经干燥室的空气变为高湿空气，然后经多级蒸发器降温除湿，再进入过冷器中加热，之后经各级冷凝器逐级加热进行循环；

制冷剂流程：至少一级热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进冷凝器中冷凝为高压液体后，再进入过冷器中过冷，节流后进入蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩；其余热泵系统的压缩机出口高温高压气态制冷剂进冷凝器中冷凝后，分为两部分分别节流后进入对应蒸发器和附加蒸发器中蒸发，蒸发完后两部分混合，再被压缩机吸入压缩。

8.根据权利要求7所述的一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，其特征在于，制冷剂流程中，各冷凝器均能够通过过冷器与蒸发器形成回路。

9.一种多级闭式热泵干燥系统，其特征在于，包括串联的多级热泵系统、与多级热泵系统相连的干燥室，每级热泵系统均包括依次连接的冷凝器、过冷器和蒸发器，蒸发器和冷凝器之间连接压缩机并形成循环回路；所述冷凝器和蒸发器之间安装节流阀。

10.根据权利要求9所述的一种多级闭式热泵干燥系统的工作方法，其特征在于，包括：

空气流程：经过冷器和冷凝器逐级加热后的高温低湿空气进入干燥室对物料干燥除湿，送入干燥室内的空气带走物料中的水分变为高湿空气，然后经多级蒸发器降温除湿，再进入各级过冷器中加热升温，后又经冷凝器逐级加热进行循环；

制冷剂流程：各级热泵压缩机出口高温高压气态制冷剂进入对应冷凝器中冷凝为高压液体后，再进入对应过冷器中过冷，节流后进入对应蒸发器中蒸发，再被压缩机吸入压缩。

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