一种多级热泵干燥系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种多级热泵干燥系统及其控制方法，涉及热泵干燥技术领域，该系统包括多级热泵循环子系统和干燥介质循环子系统；所述多级热泵循环子系统包括R410a热泵循环子系统、R134a热泵循环子系统、R744热泵循环子系统和热管循环子系统。采用本发明专利技术的上述系统的控制方法控制风量调节阀的开启和关闭，可对干燥介质实现干燥箱上下送风、冷凝器前后旁通、蒸发器前后新风等6种工作模式；控制各级压缩机的启停，可实现一级除湿加热干燥模式、二级除湿加热干燥模式、三级除湿加热干燥模式；控制多个变频压缩机的转速，使不同机组蒸发、冷凝温度达到最优匹配关系。解决了单级热泵干燥系统压缩机压比大、效率低的问题，缩短了干燥时间，节约了能耗。

A multistage heat pump drying system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种多级热泵干燥系统及其控制方法
本专利技术涉及热泵干燥
，特别是涉及一种多级热泵干燥系统及其控制方法。
技术介绍
干燥是一项高能耗的工艺过程，在国内，干燥设备能耗占GDP总能耗12％，但是干燥技术能源利用率只有40％～50％。传统的热风干燥具有较低的成本因而被广泛应用，目前在我国占据主导地位，由于通过置换的方式不断将高温高湿的空气排出，因此存在能耗大、干燥速率慢等缺点，且干燥室内的温湿度均匀性较差，形成的热湿环境不易控制。热泵可以回收干燥过程中废气余热的能量，将其回收并反复循环利用，可以降低干燥过程中的能耗。并且干燥操作不再受环境温湿度的限制，较好地保持干燥产品的质量，产品的成品率和质量均有所提高，也特别适用于热敏性食品和药品。但是，单级热泵压缩机压比较大，排湿废气潜热回收率普遍较低，能源利用率低。公开号为CN109945631A的专利技术专利采用室内外双蒸发器，压缩机采用双压缩缸，对系统排出的热量和室外空气热量进行回收，提高热量回收效率，但换热器进出口温差大，压缩机的压比会增加，导致压缩机功耗增大，系统能效低。中国专利技术专利申请号201510386768.1，本专利技术提供一种能回收废气热量的热泵型粮食干燥塔，整个系统形成一个回路，通过回收废气中的潜热，达到节能环保的目的。但其设备能耗巨大，需多个压缩机串联运行，系统能耗很高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多级热泵干燥系统及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，使热泵干燥系统运行时的稳定性高、提高了干燥过程中排湿废气潜热能源利用率，满足不同工况下不同物料的干燥需求，并且有效的提高了热泵制热效率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种多级热泵干燥系统，包括多级热泵循环子系统和干燥介质循环子系统；所述多级热泵循环子系统包括R410a热泵循环子系统、R134a热泵循环子系统、R744热泵循环子系统和热管循环子系统；所述R410a热泵循环子系统包括依次串行闭合连接的R410a压缩机、R410a冷凝器、R410a电子膨胀阀和R410a蒸发器；所述R134a热泵循环子系统包括R134a压缩机，所述R134a压缩机出口的制冷剂管路分别与与R134a外置冷凝器进口的制冷剂管路和R134a内置冷凝器进口的制冷剂管路相连，R134a外置冷凝器和R134a内置冷凝器出口的制冷剂管路相交后与R134a电子膨胀阀进口的制冷剂管路相连，R134a电子膨胀阀出口的制冷剂管路与R134a蒸发器进口的制冷剂管路相连，R134a蒸发器出口与R134a压缩机进口的制冷剂管路相连；所述R744热泵循环子系统包括R744压缩机；所述R744压缩机出口与第一气体冷却器进口的制冷剂管路相连，第一气体冷却器出口与第二气体冷却器进口的制冷剂管路相连，第二气体冷却器出口与R744电子膨胀阀进口的制冷剂管路相连，R744电子膨胀阀出口与R744蒸发器进口的制冷剂管路相连，R744蒸发器出口与R744压缩机进口的制冷剂管路相连；所述热管循环子系统包括依次串行闭合连接的氟泵、热管冷凝器、热管蒸发器；所述干燥介质循环子系统包括第一通风横管和烘干箱；所述烘干箱上方与第一通风横管相接于a点，下方与第四通风横管相接于b点；所述第一通风横管的左端与第一通风立管的上端c点相连，第一通风立管下端与第四通风横管的左端d点相连；所述第一通风横管的右端与第二通风立管的上端相连于e点，第二通风立管下端与第四通风横管的右端相连于f点；所述第一通风横管的下方800mm处设置第二通风横管，第四通风横管的上方1100mm处设置第三通风横管，第二通风横管的右端与第二通风立管相接于g点，左端设置排风风机；所述第三通风横管的左端与第一通风立管相接于h点，右端设置新风风机；所述第二通风横管和第三通风横管之间设置第一旁通立管、第二旁通立管、第三旁通立管，且第一旁通立管上端与第二通风横管相接于i点，第一旁通立管下端与第三通风横管相接于j点，第二旁通立管上端与第二通风横管相接于k点，第二旁通立管下端与第三通风横管相接于l点，第三旁通立管上端与第二通风横管相接于m点，第三旁通立管与第三通风横管相接于n点；排风风机与第一旁通立管上端i点之间设置第七风量调节阀；所述第一旁通立管上设置第一旁通阀，第二旁通立管上设置第二旁通阀，第三旁通立管上设置第三旁通阀；所述第三通风横管上设置新风管，其左端与第三通风横管相连于o点，右端与第三通风横管相连于p点，且新风管上设置第六风量调节阀；新风管右端p点与第三旁通立管下端n点之间设置第五风量调节阀第一通风立管c、h两点之间设置第三风量调节阀，h、d两点之间设置第四风量调节阀；所述第二通风立管e、g两点之间设置第一风量调节阀，g、f两点之间设置第二风量调节阀；第三旁通立管和第二通风立管之间的第二通风横管内从左到右依次设置热管蒸发器、第一循环风机，第一旁通立管与第一通风立管之间的第三通风横管内从左到右依次设置第二循环风机、电加热器；所述第三通风横管上j、l两点之间风道内从左至右依次设置第一气体冷却器、R134a内置冷凝器、R410a冷凝器、第二气体冷却器、热管冷凝器，o、n两点之间的风道内从左至右依次设置R410a蒸发器、R134a蒸发器、R744蒸发器。可选的，所述第三通风横管内从左到右依次设置第二循环风机、电加热器、第一气体冷却器、R134a内置冷凝器、R410a冷凝器、第二气体冷却器、热管冷凝器、R410a蒸发器、R134a蒸发器、R744蒸发器、新风风机。可选的，所述第一循环风机、第二循环风机、新风风机、排风风机均为变频风机；所述R410a压缩机、R134a压缩机、R744压缩机均为变频压缩机。本专利技术还提供一种多级热泵干燥系统控制方法，包括多级热泵循环子系统控制方法，所述多级热泵循环子系统控制方法包括如下步骤：步骤一；一级除湿加热干燥，采用R410a结合热管单级除湿加热、R134a结合热管单级除湿加热或R744结合热管单级除湿加热；R410a结合热管单级除湿加热包括：R134a电子膨胀阀、R744电子膨胀阀不通电，R134a压缩机、R744压缩机不启动，R410a压缩机、R410a电子膨胀阀、氟泵开启；R134a结合热管单级除湿加热包括：R410a电子膨胀阀、R744电子膨胀阀不通电，R410a压缩机、R744压缩机不启动，R134a压缩机、R134a电子膨胀阀、氟泵开启；R744结合热管单级除湿加热包括：R134a电子膨胀阀、R410a电子膨胀阀不通电，R134a压缩机、R410a压缩机不开启，R744压缩机、R744电子膨胀阀、氟泵开启；步骤二；二级除湿加热干燥，采用R410a结合R134a和热管二级除湿加热、R410a结合R744和热管二级除湿加热或或R134a结合R744和热管二级除湿加热；R410a和R134a结合热管二级除湿加热包括：R744电子膨胀阀、R744压缩机不通电，R134a电子膨胀阀、R410a电子膨胀阀通电，R134a压缩机、R410a压缩机、氟泵开启；R410a结合R744和热管二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级热泵干燥系统，其特征在于：包括多级热泵循环子系统和干燥介质循环子系统；/n所述多级热泵循环子系统包括R410a热泵循环子系统、R134a热泵循环子系统、R744热泵循环子系统和热管循环子系统；所述R410a热泵循环子系统包括依次串行闭合连接的R410a压缩机(1)、R410a冷凝器(2)、R410a电子膨胀阀(3)和R410a蒸发器(4)；所述R134a热泵循环子系统包括R134a压缩机(5)，所述R134a压缩机(5)出口的制冷剂管路分别与与R134a外置冷凝器(6)进口的制冷剂管路和R134a内置冷凝器(7)进口的制冷剂管路相连，R134a外置冷凝器(6)和R134a内置冷凝器(7)出口的制冷剂管路相交后与R134a电子膨胀阀(8)进口的制冷剂管路相连，R134a电子膨胀阀(8)出口的制冷剂管路与R134a蒸发器(9)进口的制冷剂管路相连，R134a蒸发器(9)出口与R134a压缩机(5)进口的制冷剂管路相连；所述R744热泵循环子系统包括R744压缩机(10)；所述R744压缩机(10)出口与第一气体冷却器(11a)进口的制冷剂管路相连，第一气体冷却器(11a)出口与第二气体冷却器(11b)进口的制冷剂管路相连，第二气体冷却器(11b)出口与R744电子膨胀阀(12)进口的制冷剂管路相连，R744电子膨胀阀(12)出口与R744蒸发器(13)进口的制冷剂管路相连，R744蒸发器(13)出口与R744压缩机(10)进口的制冷剂管路相连；所述热管循环子系统包括依次串行闭合连接的氟泵(14)、热管冷凝器(15)、热管蒸发器(16)；/n所述干燥介质循环子系统包括第一通风横管(17)和烘干箱(27)；所述烘干箱(27)上方与第一通风横管(17)相接于a点，下方与第四通风横管(20)相接于b点；所述第一通风横管(17)的左端与第一通风立管(21)的上端c点相连，第一通风立管(21)下端与第四通风横管(20)的左端d点相连；所述第一通风横管(17)的右端与第二通风立管(22)的上端相连于e点，第二通风立管(22)下端与第四通风横管(20)的右端相连于f点；所述第一通风横管(17)的下方800mm处设置第二通风横管(18)，第四通风横管(20)的上方1100mm处设置第三通风横管(19)，第二通风横管(18)的右端与第二通风立管(22)相接于g点，左端设置排风风机(31)；所述第三通风横管(19)的左端与第一通风立管(21)相接于h点，右端设置新风风机(30)；所述第二通风横管(18)和第三通风横管(19)之间设置第一旁通立管(23)、第二旁通立管(24)、第三旁通立管(25)，且第一旁通立管(23)上端与第二通风横管(18)相接于i点，第一旁通立管(23)下端与第三通风横管(19)相接于j点，第二旁通立管(24)上端与第二通风横管(18)相接于k点，第二旁通立管(24)下端与第三通风横管(19)相接于l点，第三旁通立管(25)上端与第二通风横管(18)相接于m点，第三旁通立管(25)与第三通风横管(19)相接于n点；排风风机(31)与第一旁通立管(23)上端i点之间设置第七风量调节阀(38)；所述第一旁通立管(23)上设置第一旁通阀(39)，第二旁通立管(24)上设置第二旁通阀(40)，第三旁通立管(25)上设置第三旁通阀(41)；所述第三通风横管(19)上设置新风管(26)，其左端与第三通风横管(19)相连于o点，右端与第三通风横管(19)相连于p点，且新风管(26)上设置第六风量调节阀(37)；新风管(26)右端p点与第三旁通立管(25)下端n点之间设置第五风量调节阀(36)第一通风立管(21)c、h两点之间设置第三风量调节阀(34)，h、d两点之间设置第四风量调节阀(35)；所述第二通风立管(22)e、g两点之间设置第一风量调节阀(32)，g、f两点之间设置第二风量调节阀(33)；第三旁通立管(25)和第二通风立管(22)之间的第二通风横管(18)内从左到右依次设置热管蒸发器(16)、第一循环风机(28)，第一旁通立管(23)与第一通风立管(21)之间的第三通风横管(19)内从左到右依次设置第二循环风机(29)、电加热器(42)；所述第三通风横管(19)上j、l两点之间风道内从左至右依次设置第一气体冷却器(11a)、R134a内置冷凝器(7)、R410a冷凝器(2)、第二气体冷却器(11b)、热管冷凝器(15)，o、n两点之间的风道内从左至右依次设置R410a蒸发器(4)、R134a蒸发器(9)、R744蒸发器(13)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多级热泵干燥系统，其特征在于：包括多级热泵循环子系统和干燥介质循环子系统；
所述多级热泵循环子系统包括R410a热泵循环子系统、R134a热泵循环子系统、R744热泵循环子系统和热管循环子系统；所述R410a热泵循环子系统包括依次串行闭合连接的R410a压缩机(1)、R410a冷凝器(2)、R410a电子膨胀阀(3)和R410a蒸发器(4)；所述R134a热泵循环子系统包括R134a压缩机(5)，所述R134a压缩机(5)出口的制冷剂管路分别与与R134a外置冷凝器(6)进口的制冷剂管路和R134a内置冷凝器(7)进口的制冷剂管路相连，R134a外置冷凝器(6)和R134a内置冷凝器(7)出口的制冷剂管路相交后与R134a电子膨胀阀(8)进口的制冷剂管路相连，R134a电子膨胀阀(8)出口的制冷剂管路与R134a蒸发器(9)进口的制冷剂管路相连，R134a蒸发器(9)出口与R134a压缩机(5)进口的制冷剂管路相连；所述R744热泵循环子系统包括R744压缩机(10)；所述R744压缩机(10)出口与第一气体冷却器(11a)进口的制冷剂管路相连，第一气体冷却器(11a)出口与第二气体冷却器(11b)进口的制冷剂管路相连，第二气体冷却器(11b)出口与R744电子膨胀阀(12)进口的制冷剂管路相连，R744电子膨胀阀(12)出口与R744蒸发器(13)进口的制冷剂管路相连，R744蒸发器(13)出口与R744压缩机(10)进口的制冷剂管路相连；所述热管循环子系统包括依次串行闭合连接的氟泵(14)、热管冷凝器(15)、热管蒸发器(16)；
所述干燥介质循环子系统包括第一通风横管(17)和烘干箱(27)；所述烘干箱(27)上方与第一通风横管(17)相接于a点，下方与第四通风横管(20)相接于b点；所述第一通风横管(17)的左端与第一通风立管(21)的上端c点相连，第一通风立管(21)下端与第四通风横管(20)的左端d点相连；所述第一通风横管(17)的右端与第二通风立管(22)的上端相连于e点，第二通风立管(22)下端与第四通风横管(20)的右端相连于f点；所述第一通风横管(17)的下方800mm处设置第二通风横管(18)，第四通风横管(20)的上方1100mm处设置第三通风横管(19)，第二通风横管(18)的右端与第二通风立管(22)相接于g点，左端设置排风风机(31)；所述第三通风横管(19)的左端与第一通风立管(21)相接于h点，右端设置新风风机(30)；所述第二通风横管(18)和第三通风横管(19)之间设置第一旁通立管(23)、第二旁通立管(24)、第三旁通立管(25)，且第一旁通立管(23)上端与第二通风横管(18)相接于i点，第一旁通立管(23)下端与第三通风横管(19)相接于j点，第二旁通立管(24)上端与第二通风横管(18)相接于k点，第二旁通立管(24)下端与第三通风横管(19)相接于l点，第三旁通立管(25)上端与第二通风横管(18)相接于m点，第三旁通立管(25)与第三通风横管(19)相接于n点；排风风机(31)与第一旁通立管(23)上端i点之间设置第七风量调节阀(38)；所述第一旁通立管(23)上设置第一旁通阀(39)，第二旁通立管(24)上设置第二旁通阀(40)，第三旁通立管(25)上设置第三旁通阀(41)；所述第三通风横管(19)上设置新风管(26)，其左端与第三通风横管(19)相连于o点，右端与第三通风横管(19)相连于p点，且新风管(26)上设置第六风量调节阀(37)；新风管(26)右端p点与第三旁通立管(25)下端n点之间设置第五风量调节阀(36)第一通风立管(21)c、h两点之间设置第三风量调节阀(34)，h、d两点之间设置第四风量调节阀(35)；所述第二通风立管(22)e、g两点之间设置第一风量调节阀(32)，g、f两点之间设置第二风量调节阀(33)；第三旁通立管(25)和第二通风立管(22)之间的第二通风横管(18)内从左到右依次设置热管蒸发器(16)、第一循环风机(28)，第一旁通立管(23)与第一通风立管(21)之间的第三通风横管(19)内从左到右依次设置第二循环风机(29)、电加热器(42)；所述第三通风横管(19)上j、l两点之间风道内从左至右依次设置第一气体冷却器(11a)、R134a内置冷凝器(7)、R410a冷凝器(2)、第二气体冷却器(11b)、热管冷凝器(15)，o、n两点之间的风道内从左至右依次设置R410a蒸发器(4)、R134a蒸发器(9)、R744蒸发器(13)。


2.根据权利要求1所述的多级热泵干燥系统，其特征在于：所述第三通风横管(19)内从左到右依次设置第二循环风机(29)、电加热器(42)、第一气体冷却器(11a)、R134a内置冷凝器(7)、R410a冷凝器(2)、第二气体冷却器(11b)、热管冷凝器(15)、R410...

【专利技术属性】
技术研发人员：金旭，王宝瑞，刘忠彦，洪文鹏，章罕伶，刘卓然，杜可丰，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22