一种多功能热泵平衡干燥系统

技术领域

本发明属于烘干机组技术领域，具体涉及一种多功能热泵平衡干燥系统。

背景技术

烘干是指通入热空气将物料中水分蒸发并带走的过程。传统烘干通常采用燃煤、燃油、燃气、电加热器等方法对干燥空气进行加热后，送入干燥房内，带走物料中的水分，随着烘干进行，干燥房内空气不断吸收水分变为高湿空气，此时需要将部分高湿空气排到干燥房外环境中，并引入新的干燥空气并加热，通过此种方法除去物料中的水分，达到干燥的目的。

但是传统烘干效率低下，运行费用高，存在安全隐患，且会对环境造成污染。目前市场上逐步采用热泵烘干进行代替，热泵烘干安全环保，高效节能，控制精准，且烘干品质优良，有效的解决了传统烘干所存在的问题。

热泵烘干通常采用空气源热泵，其原理与空调制热原理相似。但与空调一样，热泵烘干受到地域影响，且烘干物料的多样，烘干工艺的不同，都会造成热泵烘干机组的差异。这些都导致了热泵烘干机组使用的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种多功能热泵平衡干燥系统，本申请采用并联的双蒸发器，实现目标环境中温度和湿度的平衡，整个系统运行平稳高效。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能热泵平衡干燥系统，包括制冷剂压缩回路、烘干回路和除湿回路；

所述制冷剂压缩回路包括通过管道依次串联的压缩机、四通换向阀和气液分离器，压缩机的排气口与四通换向阀的第一接口相连，气液分离器的进口端与四通换向阀的第二接口相连，气液分离器的出口端与压缩机的第一吸气口相连；

所述烘干回路包括通过管道依次串联的冷凝器、储液器、第一电子膨胀阀和经济器，冷凝器远离储液器的一端通过管道与四通换向阀的第三接口相连，冷凝器的一侧设置循环风机，第一电子膨胀阀远离储液器的一端通过管道与经济器的第一接口相连，经济器的第二接口与压缩机的第二吸气口通过管道相连，经济器的第三接口通过管道连接在储液器和第一电子膨胀阀之间；

所述除湿回路包括第二电子膨胀阀、电动比例三通阀、室外排湿支路和室内除湿支路，第二电子膨胀阀的一端通过管道与经济器的第四接口相连，第二电子膨胀阀的另一端通过管道与电动比例三通阀的A接口相连，室外排湿支路的一端通过管道与电动比例三通阀的B接口相连，室外排湿支路的另一端通过管道与四通换向阀的第四接口相连，室外排湿支路包括通过管道依次串联的室外侧蒸发器和第一单向阀，室外侧蒸发器的一侧设置室外风机，第一单向阀两端并联电磁阀，室内除湿支路的一端通过管道与电动比例三通阀的C接口相连，室内除湿支路的另一端通过管道与四通换向阀的第四接口相连，室内除湿支路包括通过管道依次串联的室内侧蒸发器和第二单向阀，室内侧蒸发器一侧设置循环风机。

进一步地，所述压缩机为补气增焓热泵压缩机。

进一步地，所述冷凝器与室内侧蒸发器共用一个循环风机。

进一步地，所述室外风机包括两个双速风机。

进一步地，还包括设置在循环风机与冷凝器之间的加湿器和电加热器。

进一步地，所述室内侧蒸发器的下方设置冷凝水盘，冷凝水盘的冷凝水通过管道引至室外侧蒸发器的上方。

本发明的有益效果是：

1.本申请采用并联的双蒸发器，室内侧蒸发器用来除湿，室外侧蒸发器用来吸收空气中的热量，系统通过采集烘房内的温湿度来控制电动比例三通阀的流量调节，从而控制制冷剂分配到两个蒸发器的流量，依托现有的控制系统(PLC)智能调整、修正运行参数的特点，对电动比例三通阀进行精准调节，实现目标环境中温度和湿度的平衡，整个系统运行平稳高效，比起传统干燥系统通过电磁阀切换从烘干模式完全转到除湿模式要节能稳定的多。

2.采用补气增焓热泵专用压缩机，运行范围广，以及匹配高效经济器和双电子膨胀阀节流，通过PID控制器精准控制阀开度，可使系统在环境温度-35℃稳定制热，出风温度高，有效控制压缩机排温；室外侧采用两个双速风机，通过采集室外侧翅片温度控制风速切换，可实现双高、一高一低、双低、单低、全停五档风速，有效控制蒸发温度，更好适应环境温度变化，使机组在环境-35℃至52℃范围内稳定高效运行；

3.本申请集干燥与平衡干燥为一体，在烘干初始阶段，烘干物料含水率较大时，烘干房内湿负荷较大，采用室外风机进行快速排湿；在烘干稳定阶段，烘干物料含水率较小时，烘干房内湿负荷较小，烘干房内可使用本申请的室内侧蒸发器进行除湿，通过电动比例三通阀来达到烘干房内温度和湿度的平衡，实现平衡干燥；本申请还配有加湿器和电加热器，对一些在某个烘干阶段需要使用高温或高湿环境进行烘干的特殊物料，可实现快速升温或加湿，使烘房内温度或湿度在短时间内达到目标值，保证烘干品质；另外，在冬季时特别是低温环境下，由于除湿产生的冷凝水温度为20℃-30℃，较高于室外环境温度，将其淋在室外侧蒸发器上，回收冷凝水的热量，进一步提高机组的换热效率，增大机组的制热量。

4.智能控制，根据使用环境的温度和湿度，自动选择最好的运行模式；排湿控制可选择湿度、温度、时间、湿度+时间控制，可避免频繁排湿，影响烘干效率；烘干模式含有多种烘干基准，可根据烘干物料进行选择，另外烘干基准采用多时间段、多工艺，完全满足烘干物料的要求，达到最优的烘干效果；同时控制系统采用温湿度智能化霜技术，通过检测多变量，精确判断结霜情况，自动修正进入除霜的条件和周期，智能选择进入或退出除霜工况的最佳时机，避免化霜不尽或频繁化霜等问题，达到最节能的目标。

附图说明

图1为实施例中本发明的结构示意框图；

图2为实施例中本发明烘干模式下制冷剂的循环流向图；

图3为实施例中本发明烘干排湿模式下制冷剂的循环流向图；

图4为实施例中本发明除湿模式下制冷剂的循环流向图；

图5为实施例中本发明除霜模式下制冷剂的循环流向图。

图中标号：1-加湿器，2-电加热器，3-压缩机，4-四通换向阀，5-气液分离器，6-冷凝器，7-储液器，8-第一电子膨胀阀，9-经济器，10-循环风机，11-第二电子膨胀阀，12-电动比例三通阀，13-室外侧蒸发器，14-第一单向阀，15-室外风机，16-电磁阀，17-室内侧蒸发器，18-第二单向阀，19-冷凝水盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明一种多功能热泵平衡干燥系统，包括制冷剂压缩回路、烘干回路、除湿回路、加湿器1和电加热器2。

制冷剂压缩回路包括通过管道依次串联的压缩机3、四通换向阀4和气液分离器5，压缩机3为补气增焓热泵压缩机，压缩机3的排气口与四通换向阀4的第一接口相连，气液分离器5的进口端与四通换向阀4的第二接口相连，气液分离器5的出口端与压缩机3的第一吸气口相连。

烘干回路包括通过管道依次串联的冷凝器6、储液器7、第一电子膨胀阀8和经济器9，冷凝器6远离储液器7的一端通过管道与四通换向阀4的第三接口相连，冷凝器6的一侧设置循环风机10，第一电子膨胀阀8远离储液器7的一端通过管道与经济器9的第一接口相连，经济器9的第二接口与压缩机3的第二吸气口通过管道相连，经济器9的第三接口通过管道连接在储液器7和第一电子膨胀阀8之间。

除湿回路包括第二电子膨胀阀11、电动比例三通阀12、室外排湿支路和室内除湿支路，第二电子膨胀阀11的一端通过管道与经济器9的第四接口相连，第二电子膨胀阀11的另一端通过管道与电动比例三通阀12的A接口相连，室外排湿支路的一端通过管道与电动比例三通阀12的B接口相连，室外排湿支路的另一端通过管道与四通换向阀4的第四接口相连，室外排湿支路包括通过管道依次串联的室外侧蒸发器13和第一单向阀14，室外侧蒸发器13的一侧设置室外风机15，室外风机15包括两个双速风机(图中示出一个)，第一单向阀14两端并联电磁阀16，室内除湿支路的一端通过管道与电动比例三通阀12的C接口相连，室内除湿支路的另一端通过管道与四通换向阀4的第四接口相连，室内除湿支路包括通过管道依次串联的室内侧蒸发器17和第二单向阀18，室内侧蒸发器17一侧设置循环风机10，冷凝器6与室内侧蒸发器17共用一个循环风机10，加湿器1和电加热器2位于循环风机10与冷凝器6之间，室内侧蒸发器17的下方设置冷凝水盘19，冷凝水盘19的冷凝水通过管道引至室外侧蒸发器13的上方进行淋水。

本申请的运行原理为：

一、采用双蒸发器和电动比例三通阀流量调节：在不同的温湿度情况下，本申请依托现有电控系统的PLC智能调整、修正运行参数，对电动比例三通阀进行精准调节，从而控制制冷剂分配到两个蒸发器的流量(室内侧蒸发器用来除湿，室外侧蒸发器用来吸收空气中的热量)，实现目标环境中温度和湿度的平衡。具体运行方式如下：

系统运行时，循环风机开，安装在烘干房内的温湿度采集模块采集烘干房内温湿度，初始时，制冷剂流向如下图所示，此模式下，四通换向阀通电，循环风机开，室外风机开，电磁阀关，电动比例三通阀A→B、A→C同时接通，此时室外侧蒸发器和室内侧蒸发器并联，制冷剂流经室外侧蒸发器、第一单向阀与室内侧蒸发器、第二单向阀回压缩机，开机后系统检查室内温湿度，根据温度，压缩机进行加减载，根据湿度电动比例三通阀进行动作，精确调整流经室外侧蒸发器与室内侧蒸发器中的制冷剂流量(当烘房内湿度小于设定值，A→B开度增大、A→C开度减小，减小除湿量；当烘房内湿度大于设定值+湿度偏差时，A→B开度减小、A→C开度增大，增大除湿量)。此过程室外侧蒸发器与室内侧蒸发器同时工作，制热和除湿同时进行，通过电动比例三通阀及其控制系统的精准调整，来实现制热和除湿的平衡，相比于传统干燥系统更加稳定、高效。

二、采用补气增焓热泵专用压缩机、高效经济器和双电子膨胀阀节流，室外侧采用两个双速风机：补气增焓专用压缩机，运行范围广，可在相对更低的蒸发温度和更高的冷凝温度下稳定高效运行，再辅以高效经济器和双电子膨胀阀节流，通过PID控制器(PID控制器参数可通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现自动调整)控制阀开度，调节速度快，且更加精准，尤其是第一电子膨胀阀的使用，有效控制压缩机排温，使压缩机更好的适应环境温度变化，始终处在最佳的工作状态；室外侧采用两个双速风机，通过采集室外侧蒸发器翅片温度控制风速切换，可实现双高、一高一低、双低、单低、全停五档风速，有效控制蒸发温度，更好适应环境温度变化，使整个系统在宽温区(-35℃至52℃)长时间稳定高效运行。

室外风机调速控制方法

使用室外侧蒸发器的翅片温度调节室外风机风速，以下说明中，

翅片温度下降时，风速上升：

当翅片温度＜25℃([制热1#风机低速翅温])时，风速1档；

当翅片温度＜20℃([制热1#风机高速翅温])时，风速2档；

当翅片温度＜15℃([制热2#风机低速翅温])时，风速3档；

当翅片温度＜10℃([制热2#风机高速翅温])时，风速4档。

翅片温度上升时，风速下降：

当翅片温度＞15℃([制热2#风机高速翅温]+5)时，风速降为3档；

当翅片温度＞20℃([制热2#风机低速翅温]+5)时，风速降为2档；

当翅片温度＞25℃([制热1#风机高速翅温]+5)时，风速降为1档；

当翅片温度＞30℃([制热1#风机低速翅温]+5)时，风速降为0档。

其中，

0档：2个风机全停；

1档：开1#风机低速；

2档：开1#风机低速、2#风机低速；

3档：开1#风机高速、2#风机低速；

4档：开1#风机高速、2#风机高速。

三、集干燥与平衡干燥为一体：是指在烘干初始阶段用室外侧蒸发器从室外环境吸收热量进行制热，快速升温；并在烘干稳定阶段用室外侧蒸发器进行制热和用室内侧蒸发器进行除湿，实现温度和湿度的平衡；系统还配有电加热器和加湿器，对一些在某个烘干阶段需要使用高温或高湿环境进行烘干的特殊物料，可实现快速升温或加湿，使烘房内温度或湿度在短时间内达到目标值，保证烘干品质。

具体运行方式如下：在烘干初始阶段，用室外侧蒸发器从室外环境吸收热量进行制热，若室外环境温度低于电加热器预热温度时，开电加热器进行辅助加热，使烘房内温度快速达到目标值，此时烘干物料含水率较大，烘干房内湿负荷较大，使用排湿风机进行快速排湿；在烘干稳定阶段，此时烘干物料含水率较小，烘干房内湿负荷较小，使用室内侧蒸发器进行除湿，通过电动比例三通阀调节流经室外侧蒸发器和室内侧蒸发器的制冷剂流量，来达到烘干房内温度和湿度的平衡，实现平衡干燥；对于一些特殊物料(如木材)，需要使用高温高湿进行平衡干燥，此时电加热器和加湿器打开，对目标环境进行快速升温和加湿，使烘房内温度或湿度在短时间内达到目标值，保证烘干品质；另外，在冬季时特别是低温环境下，由于室内侧蒸发器除湿产生的冷凝水温度为20℃-30℃，较高于室外环境温度，将其淋在室外侧蒸发器上(室内侧蒸发器位置高于室外侧蒸发器，通过重力作用使冷凝水淋在室外侧蒸发器上，不需要增加其它设备，结构简单)，回收冷凝水的热量，可进一步提高机组的换热效率，增大机组的制热量。

四、智能控制：通过PID控制器修正运行参数，自动调节主第一电子膨胀阀的开度，使系统以最佳的过热度来保证机组平稳高效运行；并通过采集使用环境的温度和湿度，对比控制系统数据库，选出此温度和湿度下最佳的开阀比例，对电动比例三通阀进行精准调节，从而控制制冷剂分配到两个蒸发器的流量，实现目标环境中温度和湿度的平衡。控制系统可实现全自动运行，自动选择最好的运行模式，排湿控制可选择湿度、温度、时间、湿度+时间多种控制模式，根据不同的物料或不同的烘干工艺进行选择，可避免频繁排湿，影响烘干效率；烘干模式含有多种烘干基准，可根据烘干物料进行选择，另外烘干基准采用多时间段、多工艺(如下图所示)，完全满足烘干物料的要求，达到最优的烘干效果；同时控制系统采用温湿度智能化霜技术，宽环温自学习智能除霜逻辑，通过检测多变量，精确判断结霜情况，自动修正进入除霜的条件和周期，智能选择进入或退出除霜工况的最佳时机，避免化霜不尽或频繁化霜等问题，达到最节能的目标。

以下为各个运行模式的具体运行方式；

1.烘干模式

此模式下，如图2所示四通换向阀通电，循环风机开，室外风机开，电磁阀关，电动比例三通阀A→B通，制冷剂流经室外侧蒸发器、第一单向阀回压缩机，开机后系统检查室内温湿度，根据温度，压缩机进行加减载，通过采集翅片温度、排气温度、吸气温度、室外环境温度，借助PID控制器修正运行参数，自动调节主第一电子膨胀阀的开度，使系统以最佳的过热度来保证机组平稳高效运行；室外风机根据室外侧蒸发器翅片温度进行风速切换，使系统在宽环境温度范围下高效稳定制热；若室外环境温度低于电加热器预热温度时，开电加热器进行辅助加热，使烘房内温度快速达到目标值，若烘房内湿度低于设定值，开加湿器进行加湿，使烘房内湿度快速达到设定值。制冷剂流向如下图所示：压缩机排气口→四通换向阀→冷凝器→储液器→第二电子膨胀阀→电动比例三通阀(A→B)→室外侧蒸发器→第一单向阀→四通换向阀→气液分离器→压缩机第一吸气口。

2.烘干排湿模式

此模式下，四通换向阀通电，循环风机开，室外风机开，电磁阀关，电动比例三通阀A→B、A→C同时接通，此时室外侧蒸发器和室内侧蒸发器并联，制冷剂流经室外侧蒸发器、第一单向阀与室内侧蒸发器、第二单向阀回压缩机，开机后系统检查室内温湿度，根据温度压缩机进行加减载，根据湿度电动比例三通阀进行动作，精确调整流经室外侧蒸发器与室内侧蒸发器中的制冷剂流量(当烘房内湿度小于设定值，A→B开度增大、A→C开度减小，减小除湿量；当烘房内湿度大于设定值+湿度偏差时，A→B开度减小、A→C开度增大，增大除湿量，烘干和排湿同时进行)，室外风机根据室外侧蒸发器翅片温度进行风速切换。制冷剂流向如下图所示：压缩机排气口→四通换向阀→冷凝器→储液器→第二电子膨胀阀→[电动比例三通阀(A→B)→室外侧蒸发器→第一单向阀]和[电动比例三通阀(A→C)→室内侧蒸发器→第二单向阀]→四通换向阀→气液分离器→压缩机第一吸气口。

3.除湿模式

此模式下，四通换向阀通电，循环风机开，室外风机关，电磁阀关，电动比例三通阀A→C通，制冷剂流经室内侧蒸发器、第二单向阀回压缩机，开机后系统检查室内温湿度，根据湿度，压缩机进行加减载；若室内湿度过高，如烘干初始时，烘干物料含水率较高，导致湿负荷过大，烘房内湿度大于排湿风机开启湿度，此时开排湿风机进行辅助除湿，使烘房内湿度快速达到设定值，通过智能控制系统，精准控制排湿风机开启次数及时间，排湿控制可选择湿度、温度、时间、湿度+时间控制，既可保证快速控湿，又可避免频繁排湿，影响烘干效率，使系统高效稳定运行。制冷剂流向如下图所示：压缩机排气口→四通换向阀→冷凝器→储液器→第二电子膨胀阀→电动比例三通阀(A→C)→室内侧蒸发器→第二单向阀→四通换向阀→气液分离器→压缩机第一吸气口。

4.温湿度智能除霜

此模式下，四通换向阀不通电，循环风机开，室外风机关，电磁阀开，电动比例三通阀B→A通，制冷剂流向如下图所示：压缩机排气口→四通换向阀→电磁阀→室外侧蒸发器→电动比例三通阀(B→A)→第二电子膨胀阀→储液器→冷凝器→四通换向阀→气液分离器→压缩机第一吸气口。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。