一种热泵系统和热泵干燥装置的制作方法

本实用新型属于热泵技术领域，具体涉及一种热泵系统和热泵干燥装置。

背景技术：

采用热泵技术进行物料干燥时，若干燥温度高于80℃，采用常规空气源热泵(CO2热泵除外)无法实现大温升下的高效运行，此时一般采用复叠循环或多级压缩循环。复叠热泵通过冷凝蒸发器将两个热泵系统联系起来，在满足大温升条件下高供热温度需求的同时，解决了多级压缩可能存在的系统设计困难、压缩机均油难等问题。专利CN103940156B给出了一种复叠热泵干燥系统的控制方法，通过检测环境温度确定系统运行模式。但是，该系统没有兼顾不同干燥房间温度时系统的高效运行，也没有兼顾干燥除湿段利用蒸发器除湿能够显著降低除湿能耗；同时，该专利提出在环境温度较高时采用高温级单级运行，这在干燥温度要求高的场合将无法正常运行。

由于现有技术中的热泵干燥系统存在无法针对不同干燥房间温度进行干燥的同时还能保证系统的高效运行，也不能降低除湿能耗；同时在环境温度较高时采用高温级单级运行，这在干燥温度要求高的场合将无法正常运行等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种热泵系统和热泵干燥装置。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵干燥系统存在热泵干燥系统存在无法针对不同干燥房间温度进行干燥的同时还能保证系统的高效运行的缺陷，从而提供一种热泵系统和热泵干燥装置。

本实用新型提供一种热泵系统，能够用于对干燥房内的物料干燥，其包括：

第一制冷循环系统，包括第一压缩机、第一冷凝器、第一蒸发器以及换热器，所述换热器并联设置在所述第一蒸发器的两端，所述第一制冷循环系统中充注第一制冷剂；

第二制冷循环系统，包括第二压缩机、第二冷凝器、第二蒸发器以及所述换热器，所述换热器并联设置在所述第二冷凝器的两端，且所述第一制冷循环系统与所述第二制冷循环系统通过所述换热器进行换热，所述第二制冷循环系统中充注第二制冷剂；

所述第一制冷循环系统能够在干燥房间内的温度Tin>T1时被单独开启、此时所述第二制冷循环系统能够被关闭；所述第二制冷循环系统能够在干燥房间内的温度Tin＜T2时被单独开启、此时所述第一制冷循环系统能够被关闭；所述第一制冷循环系统和所述第二制冷循环系统能够在干燥房间内的温度T2≤Tin≤T1时被同时开启，其中T1>T2。

优选地，

所述第一制冷循环系统被单独开启时，所述换热器不工作，所述第一蒸发器和所述第一冷凝器工作；

所述第二制冷循环系统被单独开启时，所述换热器不工作，所述第二蒸发器和所述第二冷凝器工作；

所述第一制冷循环系统和所述第二制冷循环系统被同时开启时，所述换热器工作、所述第一蒸发器不工作、所述第二冷凝器不工作。

优选地，

所述第一蒸发器所在的支路为第一支路，且所述第一支路上设置有第一控制阀；所述第一制冷循环系统中、所述换热器所在的支路为第二支路，且所述第二支路上设置有第二控制阀，所述第一支路与所述第二支路并联。

优选地，

所述第一冷凝器所在的支路为第三支路，且第一制冷循环系统还包括与所述第三支路并联设置的第四支路，且所述第四支路上设置有辅助冷凝器，且所述第四支路上还设置有第三控制阀和第一节流阀；所述第三支路和所述第四支路汇合后与所述第一支路和第二支路分支前之间设置有第二节流阀。

优选地，

所述第二冷凝器所在的支路为第五支路，且所述第五支路上设置有第四控制阀，所述第二制冷循环系统中、所述换热器所在的支路为第六支路，且所述第六支路上设置有第五控制阀，所述第五支路与所述第六支路并联。

优选地，

所述第二蒸发器所在的支路为第七支路，所述第七支路上设置有第三节流阀和第六控制阀，且所述热泵系统还包括第八支路，所述第八支路的一端连接到所述第二压缩机的排气端、另一端连接到所述第六控制阀和所述第三节流阀之间，且所述第八支路上设置有第七控制阀。

优选地，

还包括与所述第七支路并联设置的第九支路，且在所述第九支路上还设置有辅助加热器，所述第九支路上还设置有第四节流阀和第八控制阀；所述第九支路和所述第七支路之间还设置有第九控制阀。

本实用新型还提供一种热泵干燥装置，其包括前任一项所述的热泵系统，还包括干燥房，所述热泵系统能够对所述干燥房内进行制热和/或除湿。

优选地，

还包括位于所述干燥房内的风道，所述第一蒸发器、所述第一冷凝器和所述第二冷凝器设置于所述风道内。

优选地，

所述风道内还设置有风机，所述风机位于所述第一蒸发器和所述第一冷凝器之间、或位于所述第一蒸发器和所述第二冷凝器之间。

本实用新型提供的一种热泵系统、控制方法和热泵干燥装置具有如下有益效果：

1.本实用新型通过设置第一和第二制冷循环系统并使二者通过换热器进行复叠，能够提供高温制热气体，并且通过检测出的干燥房内的温度范围区间的不同，而确定出系统的不同运行模式，干燥房内处于低温区间时采取只开启制冷剂沸点相对较低的第二制冷循环系统、关闭沸点较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供升温制热的功能(开式循环)，能够对干燥房实现快速升温的效果，且相比于电加热的方式而言能效大为提高；干燥房处于中温区间时采取同时开启第一和第二制冷循环系统，利用复叠式使得第一制冷循环系统还从第二制冷循环系统中吸取热量、从而提升空气温度，提高能效；干燥房处于高温区间时采取开启沸点相对较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供制热除湿的功能(闭式循环)，此时有效地回收了高温水蒸气的潜热，有效地提高了系统的能效；通过单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行；

2.本实用新型还通过设置辅助加热器满足除霜过程中持续加热所需热量，确保加热过程持续，避免了因除霜导致的加热升温过程缓慢的问题。

附图说明

图1是本实用新型的热泵系统的循环结构示意图；

图2是本实用新型的热泵干燥装置的结构示意图。

图中附图标记表示为：

101、第一压缩机；121、第一冷凝器；132、第一蒸发器；131、换热器；122、辅助冷凝器；201、第二压缩机；221、第二冷凝器；231、第二蒸发器；232、辅助加热器；301、第一支路；302、第二支路；303、第三支路；304、第四支路；305、第五支路；306、第六支路；307、第七支路；308、第八支路；309、第九支路；105、第一控制阀；106、第二控制阀；102、第三控制阀；203、第四控制阀；202、第五控制阀；206、第六控制阀；204、第七控制阀；208、第八控制阀；205、第九控制阀；103、第一节流阀；104、第二节流阀；207、第三节流阀；209、第四节流阀；10、干燥房；20、风道；111、风机。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型提供一种热泵系统，能够用于对干燥房内的物料干燥，其包括：

第一制冷循环系统，包括第一压缩机101、第一冷凝器121、第一蒸发器132以及换热器131，所述换热器131并联设置在所述第一蒸发器132的两端，所述第一制冷循环系统中充注第一制冷剂；

第二制冷循环系统，包括第二压缩机201、第二冷凝器221、第二蒸发器231以及所述换热器131，所述换热器131并联设置在所述第二冷凝器221的两端，且所述第一制冷循环系统与所述第二制冷循环系统通过所述换热器131进行换热，所述第二制冷循环系统中充注第二制冷剂，且所述第一制冷剂的沸点大于所述第二制冷剂；

所述第一制冷循环系统能够在干燥房间内的温度Tin>T1被单独开启、此时所述第二制冷循环系统能够被关闭；所述第二制冷循环系统能够在干燥房间内的温度Tin＜T2被单独开启、此时所述第一制冷循环系统能够被关闭；所述第一制冷循环系统和所述第二制冷循环系统能够在干燥房间内的温度T2≤Tin≤T1时被同时开启，其中T1>T2。

本实用新型通过设置第一和第二制冷循环系统并使二者通过换热器进行复叠，能够提供高温制热气体，并且通过检测出的干燥房内的温度范围区间的不同，而确定出系统的不同运行模式，干燥房内处于低温区间时采取只开启制冷剂沸点相对较低的第二制冷循环系统、关闭沸点较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供升温制热的功能(开式循环)，能够对干燥房实现快速升温的效果，且相比于电加热的方式而言能效大为提高；干燥房处于中温区间时采取同时开启第一和第二制冷循环系统，利用复叠式使得第一制冷循环系统还从第二制冷循环系统中吸取热量、从而提升空气温度，提高能效；干燥房处于高温区间时采取开启沸点相对较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供制热除湿的功能(闭式循环)，此时有效地回收了高温水蒸气的潜热，有效地提高了系统的能效；通过单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行。

干燥房间温度较低时，复叠系统中的低温级(子系统2)运行，在压比不大的情况下，单级运行的效率要高于复叠系统；

干燥房间温度升高，此时压比增大，复叠运行效率高于单级运行，因此高温级和低温级(子系统1和子系统2)都运行；

当干燥房间温度达到一定的预设值，进入除湿运行模式时，此时整个干燥系统采用闭式运行，蒸发器回收冷凝水的潜热，此时仅运行高温级(子系统1)即可。

优选地，

所述第一制冷循环系统被单独开启时，所述换热器131不工作，所述第一蒸发器132和所述第一冷凝器121工作；

所述第二制冷循环系统被单独开启时，所述换热器131不工作，所述第二蒸发器231和所述第二冷凝器221工作；

所述第一制冷循环系统和所述第二制冷循环系统被同时开启时，所述换热器131工作、所述第一蒸发器132不工作、所述第二冷凝器221不工作。

这是本实用新型的第一制冷循环系统单独开启、第二制冷循环系统单独开启以及第一和第二制冷循环系统同时开启时各自的分别优选控制方式，第一制冷循环系统单独开启对应于高温工况，此时不必开启换热器、无需从干燥房外进行吸热，只需第一蒸发器和第一冷凝器工作即可，此时第一蒸发器和第一冷凝器均位于干燥房内部、能够在干燥房内部完成制热和除湿的作用，有效回收了水蒸气的蒸发潜热，提高能效；第二制冷循环系统单独开启对应于低温工况，此时不必开启换热器、需从干燥房外进行吸热，开启第二蒸发器和第二冷凝器工作，从室外吸热并用于加热干燥房内部，实现快速制热的效果，比起电加热等方式提高能效；第一和第二制冷循环系统均开启对应于中温工况，此时开启换热器、需从干燥房外进行吸热，提高制热效果以及实现制取高温空气的效果，提高能效。

优选地，

所述第一蒸发器132所在的支路为第一支路301，且所述第一支路301上设置有第一控制阀105；所述第一制冷循环系统中、所述换热器131所在的支路为第二支路302，且所述第二支路302上设置有第二控制阀106，所述第一支路301与所述第二支路302并联。这是本实用新型的热泵系统的优选结构形式，即第一蒸发器通过第一控制阀进行控制，第二支路通过第二控制阀进行控制。

优选地，

所述第一冷凝器121所在的支路为第三支路303，且第一制冷循环系统还包括与所述第三支路303并联设置的第四支路304，且所述第四支路304上设置有辅助冷凝器122，且所述第四支路304上还设置有第三控制阀102和第一节流阀103；所述第三支路303和所述第四支路304汇合后与所述第一支路301和第二支路302分支前之间设置有第二节流阀104。这是本实用新型的热泵系统的优选结构形式，即辅助冷凝器通过第三控制阀进行控制以及通过第一节流阀控制流过其流量的大小，第二节流阀对整个循环系统的第一制冷剂的节流降压进行控制。

优选地，

所述第二冷凝器221所在的支路为第五支路305，且所述第五支路305上设置有第四控制阀203，所述第二制冷循环系统中、所述换热器131所在的支路为第六支路306，且所述第六支路306上设置有第五控制阀202，所述第五支路305与所述第六支路306并联。这是本实用新型的热泵系统的优选结构形式，即第二冷凝器通过第四控制阀进行控制，第六支路通过第五控制阀控制。

优选地，

所述第二蒸发器231所在的支路为第七支路307，所述第七支路307上设置有第三节流阀207和第六控制阀206，且所述热泵系统还包括第八支路308，所述第八支路308的一端连接到所述第二压缩机201的排气端、另一端连接到所述第六控制阀206和所述第三节流阀207之间，且所述第八支路上设置有第七控制阀204。这是本实用新型的热泵系统的优选结构形式，即第二蒸发器通过第六控制阀进行控制、通过第三节流阀控制节流流量，第八支路的设置是为了将压缩机的热量旁通到第二蒸发器231中以完成化霜的作用。

优选地，

还包括与所述第七支路307并联设置的第九支路309，且在所述第九支路309上还设置有辅助加热器232，所述第九支路309上还设置有第四节流阀209和第八控制阀208；所述第九支路309和所述第七支路307之间还设置有第九控制阀205。这是本实用新型的热泵系统的优选结构形式，通过设置辅助加热器能够对制冷剂进行加热作用，从而对第二蒸发器实现有效的除霜作用，通过第八控制阀进行控制、通过第三节流阀控制节流流量，第九控制阀实现进一步有效的控制作用。

本实用新型还提供一种热泵系统的控制方法，其使用前任一项所述的热泵系统，在干燥房间内的温度Tin>T1时控制所述第一制冷循环系统被单独开启、此时所述第二制冷循环系统被关闭；在干燥房间内的温度Tin＜T2时控制所述第二制冷循环系统被单独开启、此时所述第一制冷循环系统被关闭；在干燥房间内的温度T2≤Tin≤T1时控制所述第一制冷循环系统和所述第二制冷循环系统被同时开启。

本实用新型通过设置第一和第二制冷循环系统并使二者通过换热器进行复叠，能够提供高温制热气体，并且通过检测出的干燥房内的温度范围区间的不同，而确定出系统的不同运行模式，干燥房内处于低温区间时采取只开启制冷剂沸点相对较低的第二制冷循环系统、关闭沸点较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供升温制热的功能(开式循环)，能够对干燥房实现快速升温的效果，且相比于电加热的方式而言能效大为提高；干燥房处于中温区间时采取同时开启第一和第二制冷循环系统，利用复叠式使得第一制冷循环系统还从第二制冷循环系统中吸取热量、从而提升空气温度，提高能效；干燥房处于高温区间时采取开启沸点相对较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供制热除湿的功能(闭式循环)，此时有效地回收了高温水蒸气的潜热，有效地提高了系统的能效；通过单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行。

本实用新型提供的一种热泵干燥系统的控制方法，所述热泵系统由子系统1(第一制冷循环系统)和子系统2(第二制冷循环系统)复叠而成，子系统1具有第一压缩机101、第一冷凝器121和辅助冷凝器122、节流装置、换热器131和第一蒸发器132以及截止阀，子系统2具有第二压缩机201、第二冷凝器221和换热器131、节流装置、第二蒸发器231和辅助加热器232以及截止阀，子系统1的蒸发器1和子系统2的换热器131组成复叠1。所述控制方法包括，干燥房间温度Tin>T1的控制方法、干燥房间温度Tin<T2的控制方法和T2≤干燥房间温度Tin≤T1的控制方法，T1和T2与室外环境温度Tout有关，且T1>T2。依据不同的干燥房温度确定不同的控制方法。

干燥房间温度较低时，复叠系统中的低温级(子系统2)运行，在压比不大的情况下，单级运行的效率要高于复叠系统；

干燥房间温度升高，此时压比增大，复叠运行效率高于单级运行，因此高温级和低温级(子系统1和子系统2)都运行；

当干燥房间温度达到一定的预设值，进入除湿运行模式时，此时整个干燥系统采用闭式运行，蒸发器回收冷凝水的潜热，此时仅运行高温级(子系统1)即可。

优选地，

当包括第一控制阀105、第二控制阀106、第三控制阀102以及第四控制阀203、第五控制阀202、第六控制阀206、第七控制阀204、第八控制阀208和第九控制阀205时：

且当干燥房间内的温度Tin>T1时，控制第四控制阀203、第五控制阀202、第六控制阀206、第七控制阀204、第八控制阀208和第九控制阀205均关闭，且控制第三控制阀102开启、所述第一控制阀105开启，控制所述第二控制阀106关闭。子系统1中制冷剂流向依次为第一压缩机101、第一冷凝器121和辅助冷凝器122，第二节流阀104、第一蒸发器132和第一压缩机101，此时第一冷凝器121和辅助冷凝器122并联，流经辅助冷凝器122的制冷剂流量通过第一节流阀103调节。

这是本实用新型的干燥房间内的温度Tin>T1时的具体控制手段和控制方式，即关闭第二制冷循环系统(子系统2)，只开启第一制冷循环系统(子系统1)，并且关闭换热器131所在的支路以及打开辅助冷凝器所在的支路，通过第一冷凝器和第一蒸发器能够在干燥房内完成干燥制热和除湿的功能，并且通过辅助冷凝器(设置在干燥房外)能够对干燥房内的温度进行调控以及形成能量补充。

优选地，

当包括第一控制阀105、第二控制阀106、第三控制阀102以及第四控制阀203、第五控制阀202、第六控制阀206、第七控制阀204、第八控制阀208和第九控制阀205时：

且当干燥房间内的温度T2≤Tin≤T1时，控制所述第二控制阀106开启、控制所述第三控制阀102和所述第一控制阀105关闭；控制第五控制阀202、第九控制阀205和第六控制阀206开启，控制第四控制阀203、第七控制阀204、第八控制阀208关闭。子系统2中制冷剂流向依次为第二压缩机201、换热器131冷凝通道侧、第三节流阀207、第二蒸发器231和第二压缩机201，子系统1中制冷剂流向依次为第一压缩机101、第一冷凝器121、第二节流阀104、换热器131和第一压缩机101。

这是本实用新型的干燥房间内的温度T2≤Tin≤T1时的具体控制手段和控制方式，即同时开启第一制冷循环系统(子系统1)和第二制冷循环系统(子系统2)，并且打开换热器131所在的支路以及关闭辅助冷凝器所在的支路、关闭第二冷凝器221所在的支路，通过第一冷凝器能够在干燥房内完成干燥制热的功能(开式循环，因为只有第一冷凝器位于干燥房内)，并且通过换热器能够实现较高温度的制热作用，提高能效。

优选地，

当包括第一控制阀105、第二控制阀106、第三控制阀102以及第四控制阀203、第五控制阀202、第六控制阀206、第七控制阀204、第八控制阀208和第九控制阀205时：

且当干燥房间内的温度Tin＜T2时，控制第一控制阀105、第二控制阀106、第三控制阀102均关闭；控制第四控制阀203和第六控制阀206开启，控制第五控制阀202、第九控制阀205、第七控制阀204、第八控制阀208关闭。子系统2中制冷剂流向依次为第二压缩机201、第二冷凝器221、第三节流阀207、第二蒸发器231和第二压缩机201。

这是本实用新型的干燥房间内的温度Tin＜T2时的具体控制手段和控制方式，即关闭第一制冷循环系统(子系统1)，只开启第二制冷循环系统(子系统2)，并且关闭换热器131所在的支路以及打开第二蒸发器和第二冷凝器221所在的支路，通过第二冷凝器和第二蒸发器能够在干燥房内完成干燥制热的功能(开式循环，因为第二蒸发器位于干燥房外)，快速制热。

优选地，

当需要对所述第二蒸发器231化霜时：当包括第一控制阀105、第二控制阀106、第三控制阀102以及第四控制阀203、第五控制阀202、第六控制阀206、第七控制阀204、第八控制阀208和第九控制阀205时：

当干燥房间内的温度Tin≤T1时，控制第一控制阀105、第二控制阀106、第三控制阀102以及第四控制阀203、第六控制阀206和第八控制阀208均关闭，控制第七控制阀204打开。

这是本实用新型的除霜过程的优选控制手段，通过第八支路的打开使得压缩机的热量能够被传递到第二蒸发器中以对第二蒸发器进行化霜作用。

除霜支路制冷剂流向依次为第二压缩机201、第七控制阀204、第三节流阀207、第二蒸发器231和第二压缩机201。此时，当干燥房间温度Tin<T2时，子系统2加热支路的制冷剂流向依次为第二压缩机201、第四控制阀203、第二冷凝器221、第九控制阀205、第八控制阀208、第四节流阀209、辅助加热器232和第二压缩机201，第五控制阀202关闭；当T2≤干燥房间温度Tin≤T1时，子系统2加热支路的制冷剂流向依次为第二压缩机201、第五控制阀202、换热器131、第八控制阀208、辅助加热器232和第二压缩机201，第四控制阀203关闭。

优选地，

当干燥房间内的温度Tin＜T2时：还控制所述第四控制阀203、所述第九控制阀205和所述第八控制阀208均打开；

当干燥房间内的温度T2≤Tin＜T1时：还控制所述第五控制阀202、和所述第八控制阀208均打开。

这是本实用新型的进一步化霜的控制方式，即还能通过第二冷凝器和辅助加热器来加热制冷剂以达到对第二蒸发器化霜的目的，或者通过换热器和辅助加热器来加热制冷剂以达到对第二蒸发器化霜的目的。通过设置辅助加热器满足除霜过程中持续加热所需热量，确保加热过程持续，避免了因除霜导致的加热升温过程缓慢的问题。

本实用新型还提供一种热泵干燥装置，其包括前任一项所述的热泵系统，还包括干燥房10，所述热泵系统能够对所述干燥房10内进行制热和/或除湿。

本实用新型通过设置第一和第二制冷循环系统并使二者通过换热器进行复叠，能够提供高温制热气体，并且通过检测出的干燥房内的温度范围区间的不同，而确定出系统的不同运行模式，干燥房内处于低温区间时采取只开启制冷剂沸点相对较低的第二制冷循环系统、关闭沸点较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供升温制热的功能(开式循环)，能够对干燥房实现快速升温的效果，且相比于电加热的方式而言能效大为提高；干燥房处于中温区间时采取同时开启第一和第二制冷循环系统，利用复叠式使得第一制冷循环系统还从第二制冷循环系统中吸取热量、从而提升空气温度，提高能效；干燥房处于高温区间时采取开启沸点相对较高的第一制冷循环系统，对干燥房内提供制热除湿的功能(闭式循环)，此时有效地回收了高温水蒸气的潜热，有效地提高了系统的能效；通过单级热泵循环与复叠热泵循环的切换、开式加热与闭式除湿模式相结合，实现热泵干燥全程的高效运行。

优选地，

还包括位于所述干燥房10内的风道20，所述第一蒸发器132、所述第一冷凝器121和所述第二冷凝器221设置于所述风道20内。这是本实用新型的热泵干燥装置的优选结构形式，通过设置风道能够使得在风道内部通过多个换热器对空气流进行加热或除湿，并将完成制热和/或除湿的气流再传送到干燥物料中、以完成制热和/或除湿。

优选地，

所述风道20内还设置有风机111，所述风机111位于所述第一蒸发器132和所述第一冷凝器121之间、或位于所述第一蒸发器132和所述第二冷凝器221之间。这是本实用新型的进一步优选结构形式，通过风机能够提高换热效果，加强制热和/或除湿的作用。

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