CN107388625B - 热泵***、热泵干燥***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵***、热泵干燥***及其控制方法。该热泵***包括压缩机、冷凝器、第一节流元件和蒸发器，还包括辅助换热装置和切换组件，辅助换热装置能够在切换组件的作用下选择性地与冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路，或者与蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路。本发明提供的热泵***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***中时，通过同一个辅助换热装置即可以同时解决***存在的启动过程缓慢、无法进行调温的问题，结构简单，降低***成本，辅助换热装置以并联的方式与冷凝器和蒸发器形成连接，能够降低冷媒的流动阻力，提高***能效。

Description

热泵***、热泵干燥***及其控制方法

技术领域

本发明涉及热泵领域，具体涉及一种热泵***、热泵干燥***及其控制方法。

背景技术

常规的封闭式热泵干燥***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***中增加辅助蒸发器或者辅助加热器的方式来提高***的启动速度，通过在***中增加辅助冷凝器或者辅助冷却器的方式来对***进行调温，结构复杂，增加了***的成本。

发明内容

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***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***、热泵干燥***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***，包括压缩机、冷凝器、第一节流元件和蒸发器，还包括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与所述冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路，或者与所述蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路。

优选地，所述切换组件构造为，所述两条冷凝换热支路共用所述第一节流元件，

或者，

热泵***还包括第二节流元件，所述切换组件构造为，当所述辅助换热装置与所述冷凝器并联形成两条冷凝换热支路时，所述第一节流元件和所述第二节流元件分别位于两条冷凝换热支路上。

优选地，所述切换组件构造为，所述两条蒸发换热支路共用所述第一节流元件，

或者，

热泵***还包括第二节流元件，所述切换组件构造为，当所述辅助换热装置与所述蒸发器并联形成两条蒸发换热支路时，所述第一节流元件和所述第二节流元件分别位于两条蒸发换热支路上。

优选地，所述切换组件包括第一切换单元和第二切换单元，所述第一切换单元用于将所述辅助换热装置的第一端口选择性地与所述蒸发器的冷媒出口端或者所述冷凝器的冷媒入口端连接，所述第二切换单元用于将所述辅助换热装置的第二端口选择性地与所述蒸发器/所述第一节流元件的冷媒入口端或者所述冷凝器的冷媒出口端连接。

优选地，所述第一切换单元包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接所述辅助换热装置的第一端口与所述蒸发器的冷媒出口端，所述第二支路连接所述辅助换热装置的第一端口与冷凝器的冷媒入口端，所述第一支路上设置有第一开关，所述第二支路上设置有第二开关。

优选地，所述第二切换单元包括第三支路和第四支路，所述第三支路连接所述第一节流元件的冷媒入口端与所述辅助换热装置的第二端口，所述第四支路连接所述冷凝器的冷媒出口端与所述辅助换热装置的第二端口，所述第四支路上设置有第二节流元件，当所述第二节流元件开启时，所述第四支路接通，所述辅助换热装置与所述蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路，当所述第二节流元件关闭时，所述第四支路断开，所述辅助换热装置与所述冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路。

优选地，所述第三支路上设置有第三开关或者仅允许冷媒由所述辅助换热装置向所述第一节流元件方向流动的单向阀。

优选地，所述第二切换单元包括总路和由所述总路的出口端分支形成的第五支路和第六支路，所述总路的入口端连接所述辅助换热装置的第二端口，所述第五支路和所述第六支路分别连接所述蒸发器的冷媒入口端和所述冷凝器的冷媒出口端，所述总路上设置有第二节流元件。

优选地，所述第五支路上设置有第四开关，所述第六支路上设置有第五开关。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵干燥***，包括如上所述的热泵***，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***的控制方法，所述热泵干燥***具有调温模式，在所述热泵干燥***的启动阶段，所述切换组件将所述辅助换热装置与所述蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路；

和/或，

在所述热泵干燥***运行调温模式时，所述切换组件将所述辅助换热装置与所述冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路。

再一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵干燥***的控制方法，所述热泵干燥***包括如上所述的热泵***，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；

所述热泵干燥***具有调温模式，

所述控制方法包括：

在所述热泵干燥***运行调温模式时，将所述第六支路关闭，第五支路打开，通过控制所述第一节流元件和所述第二节流元件的开度进行调温。

本发明提供的热泵***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***中时，通过同一个辅助换热装置即可以同时解决***存在的启动过程缓慢、无法进行调温的问题，结构简单，降低***成本，另外，辅助换热装置以并联的方式与冷凝器和蒸发器形成连接，能够降低冷媒的流动阻力，从而提高***能效。

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***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***的结构示意图之二。

图中，1、压缩机；2、冷凝器；3、第一电子膨胀阀；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、第一支路；111、第一电磁阀；12、第二支路；121、第二电磁阀；13、第三支路；131、单向阀；14、第四支路；141、第二电子膨胀阀；15、第五支路；151、第三电磁阀；16、第六支路；161、第四电磁阀；17、总路。

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***，下面以热泵***应用于热泵干燥***为例介绍其具体结构，当然，可以理解的是，该热泵***同样适用于其他有类似的换热需求的***中。如图1所示，热泵干燥***包括有热泵***、循环通道和热管8，其中，热泵***包括压缩机1、冷凝器2、第一节流元件和蒸发器4，其中，第一节流元件例如可以为第一电子膨胀阀3，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、第一电子膨胀阀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***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***还包括辅助换热装置9和切换组件，辅助换热装置能够在切换组件的作用下选择性地与冷凝器2并联以形成两条冷凝换热支路，此时辅助换热装置9用作辅助冷凝器，或者与蒸发器4并联以形成两条蒸发换热支路，此时辅助换热装置9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***在启动阶段(本申请中所述的启动阶段为热泵干燥***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与蒸发器4并联，从而将辅助换热装置9用作辅助蒸发器，热泵***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***启动速度。

当热泵干燥***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与冷凝器2并联，从而将辅助换热装置9用作辅助冷凝器，热泵***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。

其中，当辅助换热装置9与冷凝器2并联以形成两条冷凝换热支路时，两条冷凝换热支路可以共用第一电子膨胀阀3，即两条冷凝换热支路中的冷媒均汇入第一电子膨胀阀3进行节流，优选地，还设置有第二节流元件，第二节流元件例如可以为第二电子膨胀阀141，当然也可以为能够对冷媒进行节流的其他结构，切换组件构造为，当辅助换热装置9与冷凝器2并联以形成两条冷凝换热支路时，第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141分别位于两条冷凝换热支路上，如此，通过调节第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141的开度即可改变进入两条冷凝换热支路的冷媒量的比例。

类似地，当辅助换热装置9与蒸发器4并联以形成两条蒸发换热支路时，两条蒸发换热支路可以共用第一电子膨胀阀3，即经第一电子膨胀阀3节流后的冷媒分别进入两条蒸发换热支路中，优选地，切换组件构造为，当辅助换热装置9与蒸发器4并联以形成两条蒸发换热支路时，第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141分别位于两条蒸发换热支路上，如此，通过调节第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141的开度即可改变进入两条蒸发换热支路的冷媒量的比例。

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所示，切换组件包括第一切换单元和第二切换单元，第一切换单元用于将辅助换热装置9的第一端口选择性地与蒸发器4的冷媒出口端或者冷凝器2的冷媒入口端连接，第二切换单元用于将辅助换热装置9的第二端口选择性地与第一电子膨胀阀3的冷媒入口端(或者蒸发器4的冷媒入口端，参见后面的介绍)或者冷凝器2的冷媒出口端连接。

进一步地，第一切换单元包括第一支路11和第二支路12，第一支路11连接辅助换热装置9的第一端口与蒸发器4的冷媒出口端，第二支路12连接辅助换热装置9的第一端口与冷凝器2的冷媒入口端，第一支路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，第二支路12上设置有第二开关，第二开关例如可以为如图1中所示的第二电磁阀121，通过对第一电磁阀111和第二电磁阀121的控制来实现第一支路11和第二支路12的通断。

第二切换单元包括第三支路13和第四支路14，第三支路13连接第一电子膨胀阀3的冷媒入口端与辅助换热装置9的第二端口，第四支路14连接冷凝器2的冷媒出口端与辅助换热装置9的第二端口，第二电子膨胀阀141设置在第四支路14上，当第二电子膨胀阀141开启时，第四支路14接通，辅助换热装置9与蒸发器4并联以形成两条蒸发换热支路，当第二电子膨胀阀141关闭时，第四支路14断开，辅助换热装置9与冷凝器2并联以形成两条冷凝换热支路。为避免冷媒第三支路13上冷媒的逆流，优选地，第三支路13上设置有仅允许冷媒由辅助换热装置9向第一电子膨胀阀3方向流动的单向阀131，可以理解的是，单向阀131也可以替换为第三开关，第三开关例如可以为电磁阀。

图1所示热泵干燥***的控制方法包括：

在热泵干燥***的启动阶段，第一电磁阀111打开，第二电磁阀121关闭，第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141均开启并可根据热泵***内置的程序进行自动控制开度，以获得需要的冷媒状态，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，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***的启动过程。为使得冷媒尽量多地流入辅助换热装置，可以将第一电子膨胀阀3的开度设置的很小甚至将第一电子膨胀阀3关闭，当循环工质的温度逐渐升高后，可逐渐将第一电子膨胀阀3的开度增大。

在该阶段，由于第三支路13上设置有单向阀131，单向阀131两端存在逆向压差，冷凝器2出来的高压制冷剂液体无法通过单向阀131进入到辅助换热装置9，而第二电子膨胀阀141出来的低压制冷剂液体也无法通过单向阀131流向第一电子膨胀阀3的进口端。

在热泵干燥***运行常规干燥模式时，第一电磁阀111和第二电磁阀121均关闭，第一电子膨胀阀3开启并可根据热泵***内置的程序进行自动控制开度，第二电子膨胀阀141关闭，冷媒的流动路线为：

压缩机→冷凝器→第一电子膨胀阀→蒸发器→压缩机

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2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。

在热泵干燥***运行调温模式时，第一电磁阀111关闭，第二电磁阀121打开，第一电子膨胀阀3开启并可根据热泵***内置的程序进行自动控制开度，第二电子膨胀阀141关闭，冷媒的流动路线为：

在该模式下，辅助换热装置9用作辅助冷凝器，与冷凝器处于并联状态，热泵***通过辅助换热装置9向外部环境空气释放多余的热量，以达到调节循环工质温度的目的。

在替代的实施例中，如图2所示，第二切换单元用于将辅助换热装置9的第二端口选择性地与蒸发器4的冷媒入口端或者冷凝器2的冷媒出口端连接。此时第二切换单元例如可以包括总路17和由总路17的出口端分支形成的第五支路15和第六支路16，总路17的入口端连接辅助换热装置9的第二端口，第五支路和第六支路分别连接蒸发器的冷媒入口端和冷凝器的冷媒出口端，第二电子膨胀阀141设置在总路17上。通过控制第五支路15和第六支路16的通断实现辅助换热装置9第二端口连接位置的改变。例如，在第五支路15上设置第四开关，第四开关例如可以为图2所示的第三电磁阀151，第六支路16上设置有第五开关，第五开关例如可以为图2所示的第四电磁阀161。

图2所示热泵干燥***的控制方法包括：

在热泵干燥***的启动阶段，第一电磁阀111和第四电磁阀161打开，第二电磁阀121和第三电磁阀151关闭，第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141均开启并可根据热泵***内置的程序进行自动控制开度，以获得需要的冷媒状态，冷媒的流动路线为：

在热泵干燥***运行常规干燥模式时，第一电磁阀111、第二电磁阀121、第三电磁阀151和第四电磁阀161均关闭，第一电子膨胀阀3开启并可根据热泵***内置的程序进行自动控制开度，第二电子膨胀阀141可以打开可以关闭，冷媒的流动路线为：

压缩机→冷凝器→第一电子膨胀阀→蒸发器→压缩机

在热泵干燥***运行调温模式时，第一电磁阀111和第四电磁阀161关闭，第二电磁阀121和第三电磁阀151打开，第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141开启并可根据热泵***内置的程序进行自动控制开度，冷媒的流动路线为：

在该模式下，辅助换热装置9用作辅助冷凝器，与冷凝器处于并联状态，热泵***通过辅助换热装置9向外部环境空气释放多余的热量，以达到调节循环工质温度的目的。通过控制第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀141的开度来实现流向两个冷凝换热支路的冷媒流量的分配，以此来进行温度的精确调节。例如，进入冷凝器2的冷媒较多，进入辅助换热装置9的冷媒较少时，与循环工质的换热量较大，而进入冷凝器2的冷媒较少，进入辅助换热装置9的冷媒较多时，则与循环工质的换热量较小。

图2所示干燥热泵***中在启动阶段和常规干燥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***相类似，在此不再赘述。

进一步优选地，由于第一电磁阀111和第四电磁阀161的开关控制动作相同，因此第一电磁阀111和第四电磁阀161共用控制端口，类似地，第二电磁阀121和第三电磁阀151共用控制端口。

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。

Claims (12)

1.一种热泵***，其特征在于，包括压缩机、冷凝器、第一节流元件和蒸发器，还包括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与所述冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路，或者与所述蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路，其中，所述冷凝器和所述蒸发器设置在循环通道内，所述循环通道为循环风道，所述辅助换热装置设置在所述循环风道之外，所述辅助换热装置的一侧设置有外风机，所述外风机能够促进外界空气与所述辅助换热装置进行热量交换。

2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述切换组件构造为，所述两条冷凝换热支路共用所述第一节流元件，

或者，

热泵***还包括第二节流元件，所述切换组件构造为，当所述辅助换热装置与所述冷凝器并联形成两条冷凝换热支路时，所述第一节流元件和所述第二节流元件分别位于两条冷凝换热支路上。

3.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述切换组件构造为，所述两条蒸发换热支路共用所述第一节流元件，

或者，

热泵***还包括第二节流元件，所述切换组件构造为，当所述辅助换热装置与所述蒸发器并联形成两条蒸发换热支路时，所述第一节流元件和所述第二节流元件分别位于两条蒸发换热支路上。

4.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述切换组件包括第一切换单元和第二切换单元，所述第一切换单元用于将所述辅助换热装置的第一端口选择性地与所述蒸发器的冷媒出口端或者所述冷凝器的冷媒入口端连接，所述第二切换单元用于将所述辅助换热装置的第二端口选择性地与所述蒸发器/所述第一节流元件的冷媒入口端或者所述冷凝器的冷媒出口端连接。

5.根据权利要求4所述的热泵***，其特征在于，所述第一切换单元包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接所述辅助换热装置的第一端口与所述蒸发器的冷媒出口端，所述第二支路连接所述辅助换热装置的第一端口与所述冷凝器的冷媒入口端，所述第一支路上设置有第一开关，所述第二支路上设置有第二开关。

6.根据权利要求4所述的热泵***，其特征在于，所述第二切换单元包括第三支路和第四支路，所述第三支路连接所述第一节流元件的冷媒入口端与所述辅助换热装置的第二端口，所述第四支路连接所述冷凝器的冷媒出口端与所述辅助换热装置的第二端口，所述第四支路上设置有第二节流元件，当所述第二节流元件开启时，所述第四支路接通，所述辅助换热装置与所述蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路，当所述第二节流元件关闭时，所述第四支路断开，所述辅助换热装置与所述冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路。

7.根据权利要求6所述的热泵***，其特征在于，所述第三支路上设置有第三开关或者仅允许冷媒由所述辅助换热装置向所述第一节流元件方向流动的单向阀。

8.根据权利要求4所述的热泵***，其特征在于，所述第二切换单元包括总路和由所述总路的出口端分支形成的第五支路和第六支路，所述总路的入口端连接所述辅助换热装置的第二端口，所述第五支路和所述第六支路分别连接所述蒸发器的冷媒入口端和所述冷凝器的冷媒出口端，所述总路上设置有第二节流元件。

9.根据权利要求8所述的热泵***，其特征在于，所述第五支路上设置有第四开关，所述第六支路上设置有第五开关。

10.一种热泵干燥***，其特征在于，包括如权利要求1至9之一所述的热泵***，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。

11.一种如权利要求10所述热泵干燥***的控制方法，其特征在于，所述热泵干燥***具有调温模式，在所述热泵干燥***的启动阶段，所述切换组件将所述辅助换热装置与所述蒸发器并联以形成两条蒸发换热支路；

和/或，

在所述热泵干燥***运行调温模式时，所述切换组件将所述辅助换热装置与所述冷凝器并联以形成两条冷凝换热支路。

12.一种热泵干燥***的控制方法，其特征在于，所述热泵干燥***包括如权利要求8或9所述的热泵***，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；

所述热泵干燥***具有调温模式，

所述控制方法包括：

在所述热泵干燥***运行调温模式时，将所述第六支路关闭，第五支路打开，通过控制所述第一节流元件和所述第二节流元件的开度进行调温。

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