热泵系统、热泵干燥系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵领域，具体涉及一种热泵系统、热泵干燥系统及其控制方法。

背景技术：

常规的封闭式热泵干燥系统中，由于蒸发器和冷凝器均设置在封闭的循环风道内，存在着启动过程缓慢、无法进行调温的问题，现有结构中，一般通过在系统中增加辅助蒸发器或者辅助加热器的方式来提高系统的启动速度，通过在系统中增加辅助冷凝器或者辅助冷却器的方式来对系统进行调温，结构复杂，增加了系统的成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种能够同时解决现有热泵干燥系统启动过程缓慢、无法进行调温的问题且结构简单、成本低的热泵系统、热泵干燥系统及其控制方法。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵系统，在热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器，还设置有辅助换热装置和切换组件，所述辅助换热装置能够在所述切换组件的作用下选择性地接入所述压缩机的排气口与所述节流元件的冷媒入口之间的管路中，或者接入所述节流元件的冷媒出口与所述压缩机的吸气口之间的管路中。

优选地，所述辅助换热装置能够与所述冷凝器和所述蒸发器串联。

优选地，所述辅助换热装置能够在所述切换组件的作用下接入所述压缩机的排气口与所述冷凝器的冷媒入口之间的管路中；和/或，

所述辅助换热装置能够在所述切换组件的作用下接入所述节流元件的冷媒出口与所述蒸发器的冷媒入口之间的管路中。

优选地，还设置有与所述冷凝器并列连接的第一旁通支路，所述第一旁通支路上设置有第一开关；

和/或，

还设置有与所述蒸发器并列连接的第二旁通支路，所述第二旁通支路上设置有第二开关；

和/或，

还设置有与所述辅助换热装置并列连接的第三旁通支路，所述第三旁通支路上设置有第三开关。

优选地，所述切换组件包括第一四通阀和单向阀组，其中，

所述第一四通阀的第一阀口连接所述压缩机的吸气口，第二阀口连接所述压缩机的排气口，第三阀口连接所述辅助换热装置的第一端口；

所述单向阀组包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀，其中，所述第一单向阀的入口端和所述第四单向阀的出口端均与所述辅助换热装置的第二端口连接，所述第一单向阀和所述第二单向阀的出口端均与所述冷凝器的冷媒入口连接，所述第二单向阀的入口端和所述第三单向阀的出口端均与所述第一四通阀的第四阀口连接，所述第三单向阀和第四单向阀的入口端均与所述蒸发器的冷媒出口连接。

优选地，所述第一四通阀的第四端口与所述第三单向阀的出口端、所述第二单向阀的入口端之间的连接管路上设置有第四开关；

和/或，

所述辅助换热装置的第二端口与所述第四单向阀的出口端、第一单向阀的入口端之间的连接管路上设置有第五开关；

和/或，

所述蒸发器的冷媒出口与所述第三、第四单向阀的入口端之间的连接管路上设置有第六开关；

和/或，

所述第一、第二单向阀的出口端与所述冷凝器的入口端之间设置有第七开关。

优选地，所述切换组件包括第一四通阀和第二四通阀，其中，

所述第一四通阀的第一阀口连接所述压缩机的吸气口，第二阀口连接所述压缩机的排气口，第三阀口连接所述辅助换热装置的第一端口，第四阀口连接所述第二四通阀的第三端口；

所述第二四通阀的第一端口连接所述冷凝器的冷媒入口，第二端口连接所述蒸发器的冷媒出口，第四端口连接所述辅助换热装置的第二端口。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵干燥系统，包括如上所述的热泵系统，还包括用于循环待干燥空间内的循环工质的循环通道，所述蒸发器和所述冷凝器均设置在所述循环通道内，所述辅助换热装置设置在所述循环通道之外。

再一方面，本发明采用以下技术方案：

一种如上所述热泵干燥系统的控制方法，所述热泵干燥系统具有调温模式和常规干燥模式，在所述热泵干燥系统的启动阶段，所述切换组件将所述辅助换热装置接入所述节流元件的冷媒出口与所述压缩机的吸气口之间的管路中；

和/或，

在所述热泵干燥系统运行调温模式时，所述切换组件将所述辅助换热装置接入所述压缩机的排气口与所述节流元件的冷媒入口之间。

优选地，所述冷凝器上并接有第一旁通支路，所述第一旁通支路上设置有第一开关，当所述热泵干燥系统运行调温模式时，通过控制所述第一开关的打开和关闭进行调温；

和/或，

所述蒸发器上并接有第二旁通支路，所述第二旁通支路上设置有第二开关，在所述热泵干燥系统的启动阶段，所述第二开关打开；

和/或，

所述辅助换热装置上并接有第三旁通支路，所述第三旁通支路上设置有第三开关，在所述热泵干燥系统运行常规干燥模式时，所述第三开关处于打开状态。

本发明提供的热泵系统中设置有辅助换热装置，辅助换热装置能够在切换组件作用下选择性地作为冷凝器或者蒸发器使用，以满足不同的换热需求，将其应用于热泵干燥系统中时，通过同一个辅助换热装置即可以同时解决系统存在的启动过程缓慢、无法进行调温的问题，结构简单，降低系统成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的热泵干燥系统的结构示意图之一；

图2示出本发明具体实施方式提供的热泵干燥系统的结构示意图之二；

图3示出本发明具体实施方式提供的热泵干燥系统的结构示意图之三；

图4示出本发明具体实施方式提供的热泵干燥系统的结构示意图之四。

图中，1、压缩机；2、冷凝器；3、节流元件；4、蒸发器；5、循环风道；6、待干燥空间；7、内风机；8、热管；9、辅助换热装置；10、外风机；11、第一旁通支路；111、第一电磁阀；12、第二旁通支路；121、第二电磁阀；13、第三旁通支路；131、第三电磁阀；14、第一四通阀；151、第一单向阀；152、第二单向阀；153、第三单向阀；154、第四单向阀；16、第五单向阀；17、第二四通阀；18、大阀门；19、小阀门；20、大阀门；21、小阀门。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

本申请提供了一种热泵系统，下面以热泵系统应用于热泵干燥系统为例介绍其具体结构，当然，可以理解的是，该热泵系统同样适用于其他有类似的换热需求的系统中。如图1所示，热泵干燥系统包括有热泵系统、循环通道和热管8，其中，热泵系统的冷媒流路上设置有压缩机1、冷凝器2、节流元件3和蒸发器4，其中，节流元件3例如可以为电子膨胀阀，还可以为其他能够起到节流作用的结构，压缩机1、冷凝器2、节流元件3和蒸发器4能够形成常规的冷媒循环回路。冷凝器2和蒸发器4均设置在循环通道内，循环通道用于循环待干燥空间6内的循环工质，循环工质例如为空气，循环通道为循环风道5，循环风道5的进风口和出风口均与待干燥空间6连通，循环风道5内还设置有内风机7，在内风机7的作用下驱动待干燥空间6内的循环工质例如空气在循环风道5内循环流动，以对待干燥空间6进行干燥。热管8的吸热端、放热端分别布置于蒸发器4的进风口和出风口，蒸发器4的进出风都必须通过热管8两端，热管循环可以采用重力循环、泵循环、虹吸作用等形式。吸热端内工质因为存在温度差而吸热蒸发到达放热端冷凝散热，然后因为重力或者泵或者虹吸作用回流到低温端，形成一个热管循环。通过热管循环在降低蒸发器4入口循环工质温度的同时，加热蒸发器4出口的循环工质温度，从而在降低蒸发器4的冷却负荷的同时也降低了冷凝器2的加热负荷，也就使得整个系统的输出能力降低，从而提高能效，降低运营成本。

进一步地，热泵系统还包括辅助换热装置9和切换组件，辅助换热装置9能够在切换组件的作用下选择性地接入压缩机1的排气口与节流元件3的冷媒入口之间的管路中以用作辅助冷凝器，以及接入节流元件3的冷媒出口与压缩机1的吸气口之间的管路中以用作辅助蒸发器。

辅助换热装置9设置在循环风道5之外，优选地，辅助换热装置9的一侧还设置有外风机10，外风机10能够促进外界空气与辅助换热装置9进行热量交换，如此，当热泵干燥系统在启动阶段(本申请中所述的启动阶段为热泵干燥系统开启到循环工质达到预定温度的阶段)时，将辅助换热装置9接入节流元件3的冷媒出口与压缩机1的吸气口之间的管路中，从而将辅助换热装置9用作辅助蒸发器，热泵系统能够通过用作辅助蒸发器的辅助换热装置9吸取外部热量用于给循环风道5内的循环工质进行加热，从而加速启动过程，具体地，由于用作辅助蒸发器的辅助换热装置9内的冷媒处于低温低压状态，低温低压冷媒吸收外部空气中的热量后蒸发气化，气化后的低压冷媒进入压缩机1内压缩而变成高温高压的气态冷媒，并排入冷凝器2中，从而通过冷凝器2将吸收的外部热量传递给循环风道5内的循环工质，进而加快循环风道5内循环工质的升温速度，以加快系统启动速度。

当热泵干燥系统运行调温模式时，即需要对待干燥空间6内的环境温度进行调节时，将辅助换热装置9接入压缩机1的排气口与节流元件3的冷媒入口之间的管路中，从而将辅助换热装置9用作辅助冷凝器，热泵系统能够通过用作辅助冷凝器的辅助换热装置9向外部环境空气释放待干燥空间6中多余的热量，以达到调温的目的。具体地，由于用作辅助冷凝器的辅助换热装置9内的冷媒温度比外界(此处的外界指的是待干燥空间6以及循环风道5之外的环境)温度高，因此辅助换热装置9内冷媒的热量能够向外界释放，以达到降温的目的。

当辅助换热装置9接入热泵系统的冷媒循环回路中时，辅助换热装置9与冷凝器2以及蒸发器4可以形成串联连接，也可以形成并联连接。

当辅助换热装置9与冷凝器2和蒸发器4均形成为串联连接时，优选地，热泵干燥系统在启动阶段，辅助转换装置9在切换组件的作用下接入节流元件3的冷媒出口与蒸发器4的冷媒入口之间的管路中，使得经过节流元件3节流后的冷媒首先进入辅助换热装置9内进行换热，从而增加辅助换热装置9从外界吸收的热量，进而进一步提高系统的启动速度。类似地，热泵干燥系统在运行调温模式时，辅助转换装置9在切换组件的作用下接入压缩机1的排气口与冷凝器2的冷媒入口之间，使得经压缩机1压缩后的冷媒首先进入辅助换热装置9内进行换热，从而增加辅助换热装置9向外界释放的热量，进而提高系统调温的速度。

在替代的或者更优选的实施例中，冷凝器2上并接有第一旁通支路11，即冷凝器2与第一旁通支路11并列连接，第一旁通支路11上设置有第一开关，第一开关例如可以为图1中所示的第一电磁阀111，当热泵干燥系统运行调温模式时，可通过控制第一电磁阀111的打开和关闭来进行调温，具体地，可根据温控需求选择冷媒从冷凝器2通过(第一电磁阀111关闭)，还是从冷凝器2和第一旁通支路11同时通过(第一电磁阀111打开)，从而实现对循环工质温度的调节，即，冷媒从冷凝器2通过时，有部分冷媒在冷凝器2内换热，此时与循环工质的换热量大，冷媒从冷凝器2和第一旁通支路11同时通过时，大部分冷媒都经过第一旁通支路11进入辅助换热装置9内进行放热，此时与循环工质的换热量小。

蒸发器4上并接有第二旁通支路12，即蒸发器4与第二旁通支路12并列连接，第二旁通支路12上设置有第二开关，第二开关例如可以为图1中所示的第二电磁阀121，在热泵干燥系统的启动阶段，将第二电磁阀121打开，只有少部分冷媒进入蒸发器4，大部分冷媒在辅助换热装置9内进行吸热，从而进一步提高系统的启动速度。

辅助换热装置9上并接有第三旁通支路13，即辅助换热装置9与第三旁通支路13并列连接，第三旁通支路13上设置有第三开关，第三开关例如可以为图1中所示的第三电磁阀131，在热泵干燥系统运行常规干燥模式时，第三电磁阀131处于打开状态，从而降低冷媒的流动阻力，保证系统能效。

进一步地，切换组件可以为任意能够实现上述功能的结构，可以通过二通阀、三通阀、四通阀、单向阀等开关类元件的组合来满足对辅助换热装置9的连接位置改变的要求。

例如，在一个实施例中，如图1中所示，切换组件包括第一四通阀14和单向阀组，其中，第一四通阀14的第一阀口连接压缩机1的吸气口，第二阀口连接压缩机1的排气口，第三阀口连接辅助换热装置9的第一端口。单向阀组包括第一单向阀151、第二单向阀152、第三单向阀153和第四单向阀154，其中，第一单向阀151的入口端和第四单向阀154的出口端均与辅助换热装置9的第二端口连接，第一单向阀151和第二单向阀152的出口端均与冷凝器2的冷媒入口连接，第二单向阀152的入口端和第三单向阀153的出口端均与第一四通阀14的第四阀口连接，第三单向阀153和第四单向阀154的入口端均与蒸发器4的冷媒出口连接。第一四通阀14设置为，上电时，第一端口与第三端口内部导通，第二端口与第四端口内部导通，失电时，第一端口与第四端口内部导通，第二端口与第三端口内部导通。优选地，为避免第三旁通支路13的冷媒逆流，在第三旁通支路13上设置有第五单向阀16，第五单向阀16仅允许冷媒由辅助换热装置9的第二端口向第一端口的方向流动。可以理解的是，第五单向阀16也可以替换为开关。

热泵干燥系统具有调温模式和常规干燥模式，图1所示热泵干燥系统的控制方法包括：

在热泵干燥系统的启动阶段，第一四通阀14上电，第二电磁阀121打开，第一电磁阀111和第三电磁阀131关闭，冷媒的流动路线为：

在启动阶段，辅助换热装置9用作辅助蒸发器，而蒸发器4由于被第二旁通支路12旁通，因此仅有少量冷媒通过蒸发器4，而大部分冷媒通过第二旁通支路12进入辅助换热装置9换热，冷媒在辅助换热装置9处吸收外界的热量并利用其对循环工质进行加热，使得循环工质尽快达到预设温度，以完成热泵干燥系统的启动过程。

在热泵干燥系统运行常规干燥模式时，第一四通阀14上电，第三电磁阀131打开，第一电磁阀111和第二电磁阀121关闭，冷媒的流动路线为：

在该模式下，流过蒸发器4的湿热循环工质被冷却，如果冷却后的循环工质温度低于其当前压力下的露点温度，则循环工质中的水分就会凝结，从而去除循环工质中的部分水分而形成饱和的循环工质，饱和的循环工质在冷凝器中加热升温，其相对湿度下降，从而再次具备比较强的吸收物料内水分的能力。上述循环过程能够不断地从物料中吸收水分并排出到外界，以达到干燥的目的。

由于第三电磁阀131打开，辅助换热装置9由于被第三旁通支路13旁通，蒸发器4出来的低压冷媒绝大部分通过第三旁通支路13后返回压缩机1，从而降低冷媒流动的阻力。

在热泵干燥系统运行调温模式时，第一四通阀14不上电，第二电磁阀121关闭，由于第三旁通支路13上设置有第五单向阀16，第三电磁阀131可以打开也可以关闭，通过控制第一电磁阀111的打开和关闭来进行调温。

当第一电磁阀111打开时，冷媒的流动路线为：

当第一电磁阀111关闭时，冷媒的流动路线为：

压缩机→第一四通阀→辅助换热装置→第一单向阀→冷凝器→节流元件→蒸发器→第三单向阀(第四单向阀因逆向压差不导通)→第一四通阀→压缩机

在该模式下，辅助换热装置9用作辅助冷凝器，与冷凝器2处于串联状态，热泵系统通过辅助换热装置9向外部环境空气释放多余的热量，根据温控需求选择冷媒从冷凝器2通过(第一电磁阀111关闭)，还是从冷凝器2和第一旁通支路11同时通过(第一电磁阀111打开)，从而实现对循环工质温度的调节。

进一步地，还可以如图2中所示，在第一四通阀14的第四端口与第三单向阀153的出口端、第二单向阀152的入口端之间的连接管路上设置有第四开关，第四开关例如为大阀门18，在辅助换热装置9的第二端口与第四单向阀154的出口端、第一单向阀151的入口端之间的连接管路上设置有第五开关，第五开关例如为小阀门19，大阀门18和小阀门19的设置能够在设备进行安装阶段将冷媒流路封闭，从而方便设备的安装。替代地，如图3中所示，在蒸发器4的冷媒出口与第三、第四单向阀153、154的入口端之间的连接管路上设置有第六开关，第六开关例如为大阀门20，第一、第二单向阀151、152的出口端与冷凝器2的入口端之间设置有第七开关，第七开关例如为小阀门21。

在另一个实施例中，如图4所示，可将单向阀组替换为第二四通阀17，即，切换组件包括第一四通阀14和第二四通阀17，其中，第一四通阀14的第一阀口连接压缩机1的吸气口，第二阀口连接压缩机1的排气口，第三阀口连接辅助换热装置9的第一端口，第四阀口连接第二四通阀17的第三端口；第二四通阀17的第一端口连接冷凝器2的冷媒入口，第二端口连接蒸发器4的冷媒出口，第四端口连接辅助换热装置9的第二端口。第一四通阀14设置为，上电时，第一端口与第三端口内部导通，第二端口与第四端口内部导通，失电时，第一端口与第四端口内部导通，第二端口与第三端口内部导通。第二四通阀17设置为，上电时，第一端口与第三端口内部导通，第二端口与第四端口内部导通，失电时，第一端口与第四端口内部导通，第二端口与第三端口内部导通。

图4所示热泵干燥系统的控制方法包括：

在热泵干燥系统的启动阶段，第一四通阀14和第二四通阀17均上电，第二电磁阀121打开，第一电磁阀111和第三电磁阀131关闭，冷媒的流动路线为：

在热泵干燥系统运行常规干燥模式时，第一四通阀14和第二四通阀17均上电，第三电磁阀131打开，第一电磁阀111和第二电磁阀121关闭，冷媒的流动路线为：

在热泵干燥系统运行调温模式时，第一四通阀14和第二四通阀17均不上电，第二电磁阀121关闭，由于第三旁通支路13上设置有第五单向阀16，第三电磁阀131可以打开也可以关闭，通过控制第一电磁阀111的打开和关闭来进行调温。

当第一电磁阀111打开时，冷媒的流动路线为：

当第一电磁阀111关闭时，冷媒的流动路线为：

压缩机→第一四通阀→辅助换热装置→第二四通阀→冷凝器→节流元件→蒸发器→第二四通阀→第一四通阀→压缩机

图4所示干燥热泵系统中在不同模式状态下冷媒的流动过程以及换热原理与图1所示的干燥热泵系统相类似，在此不再赘述。

辅助换热装置9也可以在切换组件的作用下选择性地与蒸发器4或者冷凝器2形成并接，并接方式可以降低冷媒的流动阻力，同时增加系统的能效。与串联相类似地，可通过设置二通阀、三通阀、四通阀、单向阀等开关类元件的组合来满足对辅助换热装置9的连接位置改变的要求，以使得在热泵干燥系统的启动阶段辅助换热装置9作为辅助蒸发器与蒸发器4并联，而在热泵干燥系统运行调温模式时辅助换热装置9作为辅助冷凝器与冷凝器2并联。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。