一种联合转轮除湿的热泵干燥系统及运行控制方法与流程

本发明涉及热泵干燥，更具体的说，是涉及一种联合转轮除湿的二氧化碳热泵干燥系统的运行控制方法及实现该方法的热泵干燥系统。

背景技术：

1、在常见的干燥技术中，热泵干燥技术因运行成本低、节能降耗、干燥产品品质较高等优点备受重视。热泵干燥系统的除湿方式为蒸发冷却除湿，但该除湿方式缺点明显，如湿空气的物性会影响送风工况，当送风温度较低时可能会发生结霜，使除湿效果大打折扣。此外，在干燥过程中后期，物料含水量显著降低，剩余水分主要为结合水，其产生的饱和蒸汽压低于同温度下平直液面纯水的饱和蒸汽压，去除结合水所需能耗与时间较长，导致除湿效率相应降低。因此，如何提高除湿效率并降低干燥耗能是热泵干燥亟需解决的问题。

2、转轮除湿器除湿作为固体除湿的一种，是根据水蒸气分压力的不同形成水蒸气分压力差进行除湿，具有再生与除湿过程可同时连续进行的优点，被认为是未来干燥领域极具竞争力的方式。此外，转轮除湿器除湿可弥补热泵干燥除湿的不足，处理低温低湿空气时优势明显，且深度除湿效果更佳。 因此，若采用转轮除湿器除湿和热泵干燥系统联合除湿，可达到优势互补、提高运行效率的目的。

3、但是，目前联合转轮除湿的热泵干燥系统及除湿方法存在时间长、效率低、能耗大和品相差等缺点，影响了联合转轮除湿的热泵干燥系统的推广。例如，公开号为cn109813063 a，发明创造名称为《转轮除湿器除湿热泵干燥系统及除湿方法》的专利申请公布了一种转轮除湿器除湿热泵干燥系统及除湿方法，该方法利用转轮除湿器与冷凝器对蒸发器来风进行除湿预热，实现物料干燥。但是，此热泵干燥系统中转轮除湿器再生区排风温度较高，直接排入环境导致热量损失，同时系统预热时干燥室出风经蒸发器温度降低，预热时间长。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够快速达到干燥温度设定值，减少系统能耗的联合转轮除湿的热泵干燥系统的运行控制方法。

2、本发明的另一个目的是提供一种能够快速达到干燥温度设定值，减少系统能耗的热泵干燥系统。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

4、一种联合转轮除湿的热泵干燥系统的运行控制方法，所述运行控制方法包括预热干燥模式、恒速干燥模式及控温干燥模式；当干燥室的实时温度低于干燥温度设定值时，采用预热干燥模式；当干燥室的实时温度等于干燥温度设定值时，采用恒速干燥模式；当干燥室的实时温度高于干燥温度设定值时，采用控温干燥模式；

5、所述预热干燥模式的运行控制方法包括下述步骤：

6、1-1、在预热干燥模式下，执行预热冷媒循环及预热干燥介质循环；

7、1-2、将干燥室的实时温度与干燥温度设定值进行比较，当干燥室的实时温度低于干燥温度设定值时，保持预热干燥模式；当干燥室的实时温度等于干燥温度设定值时，进入恒速干燥模式；

8、所述恒速干燥模式的运行控制方法包括下述步骤：

9、2-1、在恒速干燥模式下，执行恒速干燥冷媒循环、恒速干燥介质循环及恒速再生循环；

10、2-2、将干燥室内的物料含水率与物料含水率设定值进行比较，当物料含水率达到设定值时，关闭系统，完成物料干燥过程；当物料含水率高于物料含水率设定值时，将干燥室内的实时温度与干燥温度设定值进行比较，当干燥室内的实时温度等于干燥温度设定值时，保持恒速干燥模式；当干燥室内的实时温度高于干燥温度设定值时，进入控温干燥模式；

11、所述控温干燥模式的运行控制方法包括下述步骤：

12、3-1、在控温干燥模式下，执行控温冷媒循环、控温干燥介质循环及控温再生循环；

13、3-2、将干燥室内的物料含水率与物料含水率设定值进行比较，当物料含水率等于物料含水率设定值时，关闭系统，完成物料干燥过程；当物料含水率高于物料含水率设定值时，将干燥室内的实时温度与干燥温度设定值进行比较，当干燥室内的实时温度高于干燥温度设定值时，保持控温干燥模式；当干燥室内的实时温度等于干燥温度设定值时，进入恒速干燥模式。

14、还包括余热排放控制阀，通过调控所述余热排放控制阀的开度调节流入余热冷凝器的冷媒流量，将多余的热量排出。

15、所述冷媒为二氧化碳，所述干燥介质为空气。

16、所述热泵干燥系统包括压缩机、再生冷凝器、干燥冷凝器、干燥蒸发器、预热蒸发器、余热冷凝器、第一节流装置、第二节流装置、转轮除湿器、全热空气热交换器、干燥室、辅助电加热器、第一风机及第二风机；所述预热冷媒循环为冷媒依次经所述压缩机、再生冷凝器、干燥冷凝器、第一节流装置、预热蒸发器回到所述压缩机的封闭循环；所述预热干燥介质循环为干燥介质从所述干燥室流出，经所述干燥冷凝器、辅助电加热器回到所述干燥室的封闭循环；所述干燥冷凝器与辅助电加热器为进入所述干燥室的干燥介质提供热量。

17、所述恒速干燥冷媒循环为：冷媒经所述压缩机、再生冷凝器、干燥冷凝器、第二节流装置、干燥蒸发器回到所述压缩机形成封闭循环；所述恒速干燥介质循环为：干燥介质从所述干燥室流出，一路排放到环境中，另一路与所述第一风机送入的新风混合后经所述干燥蒸发器、转轮除湿器除湿区、干燥冷凝器回到所述干燥室，形成半开式循环；所述恒速再生循环为：新风经所述第二风机送入所述全热空气热交换器，与来自所述转轮除湿器的气体热交换后，经所述再生冷凝器、转轮除湿器再生区、全热空气热交换器后排放到环境中，形成开式循环，来自所述转轮除湿器再生区的高温高湿气体与外界空气进行换热后排出，实现余热回收； 所述干燥蒸发器对干燥介质降温除湿；所述转轮除湿器对干燥介质进行深度除湿；所述再生冷凝器为所述转轮除湿器除湿提供热量；所述全热空气热交换器为所述转轮除湿器再生气体预热；所述干燥冷凝器为进入所述干燥室的干燥介质升温提供热量。

18、所述控温冷媒循环为：冷媒经所述压缩机、再生冷凝器后，一路进入所述余热冷凝器，另一路进入所述干燥冷凝器，所述干燥冷凝器与余热冷凝器流出的冷媒汇合后经所述第二节流装置、干燥蒸发器回到所述压缩机，形成封闭循环；所述控温干燥介质循环为：干燥介质经所述干燥室流出，一路排放到环境中，另一路与所述第一风机送入的新风汇合后经所述干燥蒸发器、转轮除湿器除湿区、干燥冷凝器回到所述干燥室，形成半开式循环；所述控温再生循环为：新风经所述第二风机送入所述全热空气热交换器，与来自所述转轮除湿器的气体热交换后，经所述再生冷凝器、转轮除湿器再生区、全热空气热交换器后排放到环境中，形成开式循环，来自所述转轮除湿器再生区的高温高湿气体与外界空气进行换热后排出，实现余热回收； 所述干燥蒸发器对干燥介质降温除湿；所述转轮除湿器对干燥介质进行深度除湿；所述再生冷凝器为所述转轮除湿器除湿提供热量；所述全热空气热交换器为所述转轮除湿器再生气体预热；所述干燥冷凝器为进入所述干燥室的干燥介质升温提供热量。

19、一种实现所述联合转轮除湿的热泵干燥系统的运行控制方法的热泵干燥系统，包括压缩机、再生冷凝器、干燥冷凝器、干燥蒸发器、预热蒸发器、余热排放控制阀、余热冷凝器、第一节流装置、第二节流装置、辅助电加热器、干燥室、转轮除湿器、全热空气热交换器、第一风机、第二风机及控制系统；所述再生冷凝器为所述转轮除湿器除湿提供热量；所述干燥冷凝器为除湿处理后的干燥介质升温提供热量；所述干燥蒸发器用于恒速干燥模式及控温干燥模式下与串联的所述再生冷凝器及干燥冷凝器形成冷媒循环，为干燥介质降温除湿；所述余热冷凝器用于所述干燥室内实时温度高于干燥室温度设定值时多余热量的排放；所述预热蒸发器用于预热干燥模式下与串联的所述再生冷凝器及干燥冷凝器形成冷媒循环；所述第一节流装置用于预热干燥模式下对来自所述干燥冷凝器的冷媒进行节流；所述第二节流装置用于恒速干燥模式下来自所述干燥冷凝器的冷媒节流及控温干燥模式下对来自所述干燥冷凝器及余热冷凝器的冷媒进行节流；所述全热空气热交换器用于利用转轮除湿器再生区的气体对新风进行预热后送入所述再生冷凝器，并将来自所述转轮除湿器再生区的气体热交换后排放到外部环境中；所述辅助电加热器用于预热干燥模式下干燥介质的辅助加热；所述余热排放控制阀用于控温干燥模式下控制流入所述余热冷凝器的冷媒流量；所述第一风机用于为干燥介质循环送入新风；所述第二风机为再生循环送入新风；所述控制系统根据所述干燥室的温湿度控制系统运行。

20、所述压缩机的排气口与所述再生冷凝器的冷媒进口连接，所述再生冷凝器的冷媒出口分为两路，一路通过所述余热排放控制阀与所述余热冷凝器连接，另一路与所述干燥冷凝器的冷媒进口连接；所述干燥冷凝器的冷媒出口分为两路，一路通过第一控制阀、所述第一节流装置与所述预热蒸发器的冷媒进口连接，另一路与第二控制阀连接，所述第二控制阀出口与所述余热冷凝器的冷媒出口并联后通过所述第二节流装置与所述干燥蒸发器的冷媒进口连接，所述干燥蒸发器的冷媒出口与所述预热蒸发器的冷媒出口并联后与所述压缩机的吸气口连接；所述干燥室的出口与三通阀的进口连接，所述三通阀的第一出口与环境连通，所述三通阀的第二出口依次通过所述干燥蒸发器、转轮除湿器除湿区、干燥冷凝器与所述干燥室的进口连接，所述干燥冷凝器与干燥室之间的风道上安装有所述辅助电加热器；所述三通阀的第二出口与所述干燥蒸发器之间的风道上安装有所述第一风机；所述全热空气热交换器的第一进口安装有所述第二风机，所述全热空气热交换器的第一出口通过所述再生冷凝器与所述转轮除湿器再生区进口连接，所述转轮除湿器再生区的出口与所述全热空气热交换器的第二进口连接，所述全热空气热交换器的第二出口与外部环境连通。

21、所述第一节流装置及第二节流装置为热力膨胀阀。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1、本发明的运行控制方法根据干燥室温度的不同，系统运行模式不同，能够快速达到干燥温度设定值，启动时间短，系统能耗低。

24、2、本发明的运行控制方法利用转轮除湿器对进入干燥蒸发器的新风二次脱湿，并使新风经全热空气热交换器及再生冷凝器升温后通过转轮除湿器除湿的再生区利用高温使其再生，可提高除湿效率，减少热泵耗功率，达到深度除湿的效果，从而实现更加高效、节能、清洁的干燥。

25、3、本发明的运行控制方法在预热干燥模式下，预热蒸发器不参与干燥介质循环，使干燥室快速升高到所需要的干燥温度，缩短了预热时间，从而加快了启动过程，提高了系统效率。

26、4、本发明的运行控制方法中，当干燥室温度高于预设值后，开启余热冷凝器，排出系统多余的热量，有利于保持干燥温度的稳定。

27、5、本发明的运行控制方法利用全热空气热交换器能够最大限度的利用冷媒释放的热量，提高热泵系统的能效，实现余热回收利用与能量梯级利用，节约能源。

28、6、本发明的热泵干燥系统对除湿策略进行改进，利用转轮除湿器对进入干燥蒸发器的新风冷凝脱湿，并使新风经转轮除湿器再生区后通过高温让其再生，营造适合物料脱水干燥的热湿环境，达到深度除湿效果。

29、7、本发明的热泵干燥系统加装再生冷凝器、余热冷凝器以及预热蒸发器对热泵干燥系统进行改造，能够快速达到干燥温度设定值，加快了启动过程，提高了干燥室干燥介质温湿度的调控性，从而提高系统干燥效率与干燥品质。

30、8、本发明的热泵干燥系统设置全热空气热交换器，使新风与转轮除湿器再生区排出的气体换热后排出系统，实现余热回收利用与能量梯级利用，降低了系统能耗。