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一种多级 热 泵干燥系统及其控制方法

阅读：50发布：2021-04-11

专利汇可以提供一种多级热泵干燥系统及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明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。，下面是一种多级热泵干燥系统及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

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)、R410a蒸发器(4)、R134a蒸发器(9)、R744蒸发器(13)、新风风机(30)。
3.根据权利要求1所述的多级热泵干燥系统，其特征在于：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)、新风风机(30)、排风风机(31)均为变频风机；所述R410a压缩机(1)、R134a压缩机(5)、R744压缩机(10)均为变频压缩机。
4.一种多级热泵干燥系统控制方法，其特征在于：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(8)、R744电子膨胀阀(12)不通电，R134a压缩机(5)、R744压缩机(10)不启动，R410a压缩机(1)、R410a电子膨胀阀(3)、氟泵(14)开启；
R134a结合热管单级除湿加热包括：R410a电子膨胀阀(3)、R744电子膨胀阀(12)不通电，R410a压缩机(1)、R744压缩机(10)不启动，R134a压缩机(5)、R134a电子膨胀阀(8)、氟泵(14)开启；
R744结合热管单级除湿加热包括：R134a电子膨胀阀(8)、R410a电子膨胀阀(3)不通电，R134a压缩机(5)、R410a压缩机(1)不开启，R744压缩机(10)、R744电子膨胀阀(12)、氟泵(14)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(12)、R744压缩机(10)不通电，R134a电子膨胀阀(8)、R410a电子膨胀阀(3)通电，R134a压缩机(5)、R410a压缩机(1)、氟泵(14)开启；
R410a结合R744和热管二级除湿加热包括：R134a电子膨胀阀(8)、R134a压缩机(5)不通电，R410a电子膨胀阀(3)、R744电子膨胀阀(12)通电，R410a压缩机(1)、R744压缩机(10)、氟泵(14)开启；
R134a结合R744和热管二级除湿加热包括：R410a电子膨胀阀(3)、R410a压缩机(1)不通电，R134a电子膨胀阀(8)、R744电子膨胀阀(12)通电，R134a压缩机(5)、R744压缩机(10)、氟泵(14)开启；
步骤三；三级除湿加热干燥，包括R410a电子膨胀阀(3)、R134a电子膨胀阀(8)、R744电子膨胀阀(12)同时通电，R410a压缩机(1)、R134a压缩机(5)、R744压缩机(10)、氟泵(14)同时开启。
5.根据权利要求4所述的多级热泵干燥系统控制方法，其特征在于：还包括干燥介质循环子系统控制方法；所述干燥介质循环子系统控制方法包括闭式循环上送下回的送风控制方法、闭式循环下送上回的送风控制方法、闭式循环冷凝器前空气旁通方法、闭式循环冷凝器后空气旁通方法、半开式蒸发器前引入新风方法或半开式蒸发器后引入新风方法；
所述闭式循环上送下回的送风控制方法包括：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)启动，打开第二风量调节阀(33)、第三旁通阀(41)和第三风量调节阀(34)，其余风量调节阀关闭；
所述闭式循环下送上回的送风控制方法包括：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)启动，打开第一风量调节阀(32)、第三旁通阀(41)和第四风量调节阀(35)，其余风量调节阀关闭；
所述闭式循环冷凝器前空气旁通方法包括：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)启动，打开第一风量调节阀(32)、第三旁通阀(41)、第二旁通阀(40)和第四风量调节阀(35)，其余风量调节阀关闭；
所述闭式循环冷凝器后空气旁通方法包括：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)启动，打开第一风量调节阀(32)、第三旁通阀(41)、第一旁通阀(39)和第四风量调节阀(35)，其余风量调节阀关闭；
所述半开式蒸发器前引入新风方法包括：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)、新风风机(30)和排风风机(31)启动，打开第一风量调节阀(32)、第七风量调节阀(38)、第三旁通阀(41)、第五风量调节阀(36)和第四风量调节阀(35)，其余风量调节阀关闭；
所述半开式蒸发器后引入新风方法包括：所述第一循环风机(28)、第二循环风机(29)、新风风机(30)和排风风机(31)启动，打开第一风量调节阀(32)、第七风量调节阀(38)、第三旁通阀(41)、第六风量调节阀(37)和第四风量调节阀(35)，其余风量调节阀关闭。

说明书全文

一种多级热 泵干燥系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及热泵干燥技术领域，特别是涉及一种多级热泵干燥系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 公开号为CN109945631A的发明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。

[0004] 中国发明专利申请号201510386768.1，本发明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。

发明内容

[0005] 本发明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。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明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；

[0007] 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；

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 本发明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：

[0012] 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；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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；

[0016] 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；

[0017] 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；

[0018] R410a结合R744和热管二级除湿加热包括：R134a电子膨胀阀、R134a压缩机不通电，R410a电子膨胀阀、R744电子膨胀阀通电，R410a压缩机、R744压缩机、氟泵开启；

[0019] R134a结合R744和热管二级除湿加热包括：R410a电子膨胀阀、R410a压缩机不通电，R134a电子膨胀阀、R744电子膨胀阀通电，R134a压缩机、R744压缩机、氟泵开启；

[0020] 步骤三；三级除湿加热干燥，包括R410a电子膨胀阀、R134a电子膨胀阀、R744电子膨胀阀同时通电，R410a压缩机、R134a压缩机、R744压缩机、氟泵同时开启。

[0021] 可选的，还包括干燥介质循环子系统控制方法；所述干燥介质循环子系统控制方法包括闭式循环上送下回的送风控制方法、闭式循环下送上回的送风控制方法、闭式循环冷凝器前空气旁通方法、闭式循环冷凝器后空气旁通方法、半开式蒸发器前引入新风方法或半开式蒸发器后引入新风方法；

[0022] 所述闭式循环上送下回的送风控制方法包括：所述第一循环风机、第二循环风机启动，打开第二风量调节阀、第三旁通阀和第三风量调节阀，其余风量调节阀关闭；

[0023] 所述闭式循环下送上回的送风控制方法包括：所述第一循环风机、第二循环风机启动，打开第一风量调节阀、第三旁通阀和第四风量调节阀，其余风量调节阀关闭；

[0024] 所述闭式循环冷凝器前空气旁通方法包括：所述第一循环风机、第二循环风机启动，打开第一风量调节阀、第三旁通阀、第二旁通阀和第四风量调节阀，其余风量调节阀关闭；

[0025] 所述闭式循环冷凝器后空气旁通方法包括：所述第一循环风机、第二循环风机启动，打开第一风量调节阀、第三旁通阀、第一旁通阀和第四风量调节阀，其余风量调节阀关闭；

[0026] 所述半开式蒸发器前引入新风方法包括：所述第一循环风机、第二循环风机、新风风机和排风风机启动，打开第一风量调节阀、第七风量调节阀、第三旁通阀、第五风量调节阀和第四风量调节阀，其余风量调节阀关闭；

[0027] 所述半开式蒸发器后引入新风方法包括：所述第一循环风机、第二循环风机、新风风机和排风风机启动，打开第一风量调节阀、第七风量调节阀、第三旁通阀、第六风量调节阀和第四风量调节阀，其余风量调节阀关闭。

[0028] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

[0029] 本发明提供一种多级热泵干燥系统及其控制方法，解决了现有热泵干燥系统存在的问题，采用上送下回和下送上回的送风模式，多蒸发器和冷凝器基于风道中同时对干燥空气进行降温除湿和干加热热过程，同时在冷凝器前后实现空气旁通，蒸发器前后引新风等多种通风模式，对干燥空气处理合理，提高热泵系统性能，有效控制干燥送风的温湿度，保证物料干燥品质。不同级数热泵机组的工作模式减小单级热泵机组的压缩比，提高热泵制热效率和干燥产品的质量稳定性，能够满足连续干燥工艺要求，提升了生产能力。附图说明

[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0031] 图1为本发明多级热泵干燥系统结构布局示意图；

[0032] 附图标记说明：1-R410a压缩机；2-R410a冷凝器；3-R410a电子膨胀阀；4-R410a蒸发器；5-R134a压缩机；6-R134a外置冷凝器；7-R134a内置冷凝器；8-R134a电子膨胀阀；9-R134a蒸发器；10-R744压缩机；11a-第一气体冷却器；11b-第二气体冷却器；12-R744电子膨胀阀；13-R744蒸发器；14-氟泵；15-热管冷凝器；16-热管蒸发器；17-第一通风横管；18-第二通风横管；19-第三通风横管；20-第四通风横管；21-第一通风立管；22-第二通风立管；23-第一旁通立管；24-第二旁通立管；25-第三旁通立管；26-新风管；27-烘干箱；28-第一循环风机；29-第二循环风机；30-新风风机；31-排风风机；32-第一风量调节阀；33-第二风量调节阀；34-第三风量调节阀；35-第四风量调节阀；36-第五风量调节阀；37-第六风量调节阀；38-第七风量调节阀；39-第一旁通阀；40-第二旁通阀；41-第三旁通阀；42-电加热器。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 本发明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。

[0035] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0036] 本发明提供一种多级热泵干燥系统，如图1所示，包括多级热泵循环子系统和干燥介质循环子系统，其中多级热泵循环子系统由R410a热泵循环子系统、R134a热泵循环子系统、R744热泵循环子系统组成；其中，R410a是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通R22 空调的1.6倍左右，制冷(暖)效率高。R410a新冷媒由两种准共沸的混合物R32和R125各50％组成，主要有氢，氟和碳元素组成(表示为hfc)，具有稳定，无毒，性能优越等特点。R134a(1，1，1，2-四氟乙烷)是一种使用最广泛的中低温环保制冷剂，它具有良好的综合性能，使其成为一种非常有效和安全的R12(二氯二氟甲烷)的替代品，可以应用于使用R12制冷剂的多数领域。R744是一种新型制冷剂，主要成分是二氧化碳。

[0037] R410a热泵循环子系统包括R410a压缩机1、R410a冷凝器2、R410a电子膨胀阀3、R410a蒸发器4；所述R134a热泵循环子系统包括R134a压缩机5、R134a外置冷凝器6、R134a内置冷凝器7、R134a电子膨胀阀8、R134a蒸发器9；所述R744热泵循环子系统包括R744压缩机10、第一气体冷却器11a、第二气体冷却器11b、R744电子膨胀阀12、R744蒸发器13；所述热管循环子系统包括氟泵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、第二通风横管18、第三通风横管19、第四通风横管20、第一通风立管21、第二通风立管22、第一旁通立管23、第二旁通立管24、第三旁通立管25、新风管26、烘干箱27、第一循环风机28、第二循环风机29、新风风机30、排风风机31、第一风量调节阀32、第二风量调节阀33、第三风量调节阀34、第四风量调节阀35、第五风量调节阀36、第六风量调节阀37、第七风量调节阀38、第一旁通阀39、第二旁通阀40、第三旁通阀41、电加热器42，具体的，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；所述排风风机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；所述新风管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所述第一通风立管21c、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22e、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；所述第三旁通立管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；所述R410a压缩机1出口与R410a冷凝器2进口的制冷剂管路相连，R410a冷凝器2出口与R410a电子膨胀阀3进口的制冷剂管路相连，R410a电子膨胀阀3出口与R410a蒸发器4进口的制冷剂管路相连，R410a蒸发器4出口与R410a压缩机1进口的制冷剂管路相连；所述R134a压缩机5出口的制冷剂管路分成两个支路，其中一个支路与R134a外置冷凝器6进口的制冷剂管路相连，另一个支路与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。

[0038] 在本实例中，第一循环风机28、第二循环风机29、新风风机30、排风风机31均为变频风机；R410a压缩机1、R134a压缩机5、R744压缩机10均为变频压缩机。

[0039] 在本实例中，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、R410a蒸发器4、R134a蒸发器9、R744蒸发器13、新风风机30。

[0040] 在本实例中，对于干燥介质循环子系统，其控制方法包括以下几种模式：

[0041] (1)闭式循环上送下回的送风控制模式：第一循环风机28、第二循环风机29启动，打开第二风量调节阀33、第三旁通阀41和第三风量调节阀34，其余风量调节阀关闭；

[0042] (2)闭式循环下送上回的送风控制模式：第一循环风机28、第二循环风机29启动，打开第一风量调节阀32、第三旁通阀41和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭；

[0043] (3)闭式循环冷凝器前空气旁通模式：第一循环风机28、第二循环风机29启动，打开第一风量调节阀32、第三旁通阀41、第二旁通阀40和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭；

[0044] (4)闭式循环冷凝器后空气旁通模式：第一循环风机28、第二循环风机29启动，打开第一风量调节阀32、第三旁通阀41、第一旁通阀39和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭；

[0045] (5)半开式蒸发器前引入新风模式：第一循环风机28、第二循环风机29、新风风机30和排风风机31启动，打开第一风量调节阀32、第七风量调节阀38、第三旁通阀41、第五风量调节阀36和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭；

[0046] (6)半开式蒸发器后引入新风模式：第一循环风机28、第二循环风机29、新风风机30和排风风机31启动，打开第一风量调节阀32、第七风量调节阀38、第三旁通阀41、第六风量调节阀37和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭；

[0047] 在本实例中，对于热泵循环子系统，其控制方法包括以下几种模式：

[0048] (1)一级除湿加热干燥模式

[0049] a.R410a+热管单级除湿加热模式：R134a电子膨胀阀8、R744电子膨胀阀12不通电，R134a压缩机5、R744压缩机10不启动，R410a压缩机1、R410a电子膨胀阀3、氟泵14开启；

[0050] b.R134a+热管单级除湿加热模式：R410a电子膨胀阀3、R744电子膨胀阀12不通电，R410a压缩机1、R744压缩机10不启动，R134a压缩机5、R134a电子膨胀阀8、氟泵14开启；

[0051] c.R744+热管单级除湿加热模式：R134a电子膨胀阀8、R410a电子膨胀阀3不通电，R134a压缩机5、R410a压缩机1不开启，R744压缩机10、R744电子膨胀阀12、氟泵14开启。

[0052] 在本实例中，(2)二级除湿加热干燥模式

[0053] a.R410a+R134a+热管二级除湿加热模式：R744电子膨胀阀12、R744压缩机10不通电，R134a电子膨胀阀8、R410a电子膨胀阀3通电，R134a压缩机5、R410a压缩机1、氟泵14开启；

[0054] b.R410a+R744+热管二级除湿加热模式：R134a电子膨胀阀8、R134a压缩机5不通电，R410a电子膨胀阀3、R744电子膨胀阀12通电，R410a压缩机1、R744压缩机10、氟泵14开启；

[0055] c.R134a+R744+热管二级除湿加热模式：R410a电子膨胀阀3、R410a压缩机1不通电，R134a电子膨胀阀8、R744电子膨胀阀12通电，R134a压缩机5、R744压缩机10、氟泵14开启[0056] 在本实例中，(3)三级除湿加热干燥模式

[0057] R410a电子膨胀阀3、R134a电子膨胀阀8、R744电子膨胀阀12同时通电，R410a压缩机1、R134a压缩机5、R744压缩机10、氟泵14同时开启；

[0058] 在本实例中，多级热泵干燥系统运行模式包括以下内容：

[0059] 多级旁通与多级除湿热泵干燥系统共设有十个空气调节阀和四个变频风机，本系统还可通过空气调节阀的开度和变频器来调控风机风量，实现闭式、半开式空气循环和干燥厢上送下回、下送上回等气流组织模式，以满足不同物料所需要的干燥条件，合理的利用送风气流对干燥过程的影响，有效地提高干燥物料质量，节约能耗。

[0060] (1)闭式循环上、下送风模式

[0061] 为了实现干燥厢内不同送风式，来满足不同物料不同干燥工艺并提高能源利用率，本多级热泵干燥系统控制方法可实现干燥箱内干燥介质上送下回和下送上回两种空气循环换模式。

[0062] a.闭式循环上送下回模式：如图1所示，打开第二风量调节阀33、第三旁通阀41和第三风量调节阀34，其余风量调节阀关闭，物料干燥后的高温高湿空气由烘干箱27下部排出经第二风量调节阀33在所述第一循环风机28的作用下流过热管蒸发器16进行一次降温除湿，沿着第三通风横管19依次经过R744蒸发器13、R134a蒸发器9、R410a蒸发器4、热管冷凝器15、二气体冷却器11b、R410a冷凝器2、R134a内置冷凝器7、第一气体冷却器11a、电加热器42对空气进行逐级降温除湿和逐级加热，经处理的过的空气在第二循环风机29的作用下通过第三风量调节阀34，沿着第一通风横管17进入烘干箱27，对物料进行干燥，完成一个闭式循环上送下回的干燥模式。

[0063] b.闭式循环下送上回模式：如图1所示，打开第一风量调节阀32、第三旁通阀41和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭，物料干燥后的高温高湿空气由烘干箱27上部排出经第一风量调节阀32在所述第一循环风机28的作用下流过热管蒸发器16进行一次降温除湿，沿着第三通风横管19依次经过R744蒸发器13、R134a蒸发器9、R410a蒸发器4、热管冷凝器15、二气体冷却器11b、R410a冷凝器2、R134a内置冷凝器7、第一气体冷却器11a、电加热器42对空气进行逐级降温除湿和逐级加热，经处理的过的空气在第二循环风机29的作用下经过第四风量调节阀35，沿着第四通风横管20进入烘干箱27，对物料进行干燥，完成一个闭式循环上送下回的干燥模式。

[0064] (2)闭式循环多旁通模式

[0065] 为了提高干燥效果，本多级热泵干燥系统设计了两级旁通，旁通空气分别可以在冷凝器前和冷凝器后与系统循环空气混合。

[0066] a.冷凝器前空气旁通模式：如图1所示，打开第三旁通阀41、第二旁通阀40、第一风量调节阀32和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭。当湿空气从烘干箱27上部排出经第一风量调节阀32在所述第一循环风机28的作用下流过热管蒸发器16进行一次降温除湿后，一部分循环空气通过第三旁通阀41进入热泵子系统蒸发段降温除湿，而另一部分旁通空气通过第二旁通阀40在冷凝器前与循环空气混合，混合后的空气一同进入冷凝段加热升温后，由第二循环风机29作用下送入烘干箱27，随着空气旁通率的改变，可以有效地提高进入冷凝段的空气温度，降低热负荷，还可有效地调控送入烘干箱的空气湿度，避免空气湿度过大，影响干燥产品的质量。

[0067] b.冷凝器后空气旁通模式：如图1所示，打开第一风量调节阀32、第三旁通阀41、第一旁通阀39和第四风量调节阀35，当湿空气从烘干箱27上部排出经第一风量调节阀32在所述第一循环风机28的作用下流过热管蒸发器16进行一次降温除湿后，一部分循环空气通过第三旁通阀41进入热泵子系统蒸发段降温除湿后经过冷凝段加热升温，而另一部分旁通空气通过第一旁通阀39在冷凝段后与循环空气混合后由第二循环风机29作用下送入烘干箱27随着空气旁通率的改变，可以有效地调控送入烘干箱的空气湿度和温度。避免蒸发阶段没有水分凝结析出而造成的能源浪费。

[0068] (3)半开式多级新风模式

[0069] 热泵干燥系统在高温段工作时，由于循环空气温度过高，热泵系统性能下降，并会影响干燥物料的质量。因此，通过引进室外环境新风，可以有效地降低压缩机排气温度，延长使用寿命，还可以控制送风温度。

[0070] a.蒸发器前引入新风：如图1所示，第一循环风机28、第二循环风机29、新风风机30和排风风机31启动，打开第一风量调节阀32、第七风量调节阀38、第三旁通阀41、第五风量调节阀36和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭，当湿空气从烘干箱27上部排出经第一风量调节阀32在第一循环风机28的作用下流过热管蒸发器16进行一次降温除湿后，部分湿空气在排风风机31的作用下，经过第七风量调节阀38排到室外，而另一部分循环空气通过第三旁通阀41，进入热泵蒸发段前端。室外新风在新风风机30的作用下进入蒸发器前段与循环空气混合，然后一同进入蒸发段、冷凝段进行相应的空气处理。蒸发器前引入新风可降低进入热泵子系统的废气温度，降低蒸发器温度。

[0071] b.蒸发器后引入新风：如图1所示，第一循环风机28、第二循环风机29、新风风机30和排风风机31启动，打开第一风量调节阀32、第七风量调节阀38、第三旁通阀41、第六风量调节阀37和第四风量调节阀35，其余风量调节阀关闭，当湿空气从烘干箱27上部排出经第一风量调节阀32在所述第一循环风机28的作用下流过热管蒸发器16进行一次降温除湿后，部分湿空气在排风风机31的作用下，经过第七风量调节阀38排到室外，而另一部分循环空气通过第三旁通阀41，进入热泵蒸发段前端。室外新风在新风风机22的作用下进入蒸发器后端，与经过蒸发器段进行降温除湿后的循环空气混合，一同进入冷凝段加热升温。

[0072] 本发明通过调节风道上的空气调节阀，实现干燥空气闭式循环或将烘干废气排出并引入新风形成半开式系统，还可实现冷凝器前后部分空气旁通，进而调节烘干箱的温湿度和风量。多级热泵并联，减小单级热泵机组的压缩比，提高热泵制热效率。提高了干燥产品的质量稳定性，能够满足连续干燥工艺要求，提升了生产能力。

[0073] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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一种多级热泵干燥系统及其控制方法

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