一种四季全工况运行的梯级除湿系统及其控制方法与流程

本发明涉及空气处理，具体涉及一种四季全工况运行的梯级除湿系统及其控制方法。

背景技术：

1、工业除湿机技术路线主要分两种：吸附除湿和冷冻除湿。其中，冷冻除湿技术通过蒸发器冷却空气至露点以下使水分凝结析出。

2、传统的冷冻除湿机，如申请号为cn202110227618.1的发明专利公开了一种空调器的除湿系统、控制方法、计算机设备和存储介质，包括：压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、风机装置和温度补偿装置。该系统通过压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器组成冷媒回路，使室内空气经过蒸发器后完成除湿；通过在送风路线上设置温度补偿装置，并使其放热侧与送风路线部分接触，除湿后的空气经过温度补偿装置加热后温度提升后从送风口吹出，减小了进风和出风之间的温度差。

3、然而，传统的冷冻除湿机具有诸多明显缺陷：（1）为了调节送风温湿度，它们需要在送风前使用电加热对空气进行调温。电加热浪费了大量能源。（2）为了获得较低的露点，这些除湿机往往需要低于零度的蒸发温度。低蒸发温度导致蒸发器结霜后，压缩机降频除霜或停机，严重影响送风稳定性。（3）此外，传统除湿机的压缩循环在冬季气温较低时，制热能力衰减显著。难以实现四季稳定、高效运行，无法灵活适应不同季节的送风需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种四季全工况运行的梯级除湿系统及其控制方法，采用三个彼此独立的蒸汽压缩制冷循环，实现制冷、制热和除湿三种运行模式下的高效、稳定运行，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种四季全工况运行的梯级除湿系统，包括：

4、送风风道；

5、第一制冷系统，包括第一压缩机组件、第一四通阀、第一外部换热器、第一膨胀阀和设置于所述送风风道内的第一内部换热器，所述第一制冷系统通过所述第一四通阀在制冷模式与制热模式之间切换；

6、第二制冷系统，包括第二压缩机组件、第二四通阀、第二外部换热器、第二膨胀阀和设置于所述送风风道内的第二内部换热器，所述第二制冷系统通过所述第二四通阀在制冷模式与制热模式之间切换；

7、第三制冷系统，包括第三压缩机组件、第三冷凝器、第三膨胀阀和第三蒸发器，所述第三冷凝器和所述第三蒸发器均设置于所述送风风道内；

8、所述第一内部换热器、所述第二内部换热器、所述第三冷凝器沿空气流动方向顺次布置；所述第三蒸发器位于所述第三冷凝器上游；

9、所述第一制冷系统、所述第二制冷系统、所述第三制冷系统为三个彼此独立的蒸汽压缩制冷循环。

10、作为进一步的改进，所述第三蒸发器位于所述第一内部换热器上游，或所述第三蒸发器位于所述第一内部换热器与所述第二内部换热器之间，或所述第三蒸发器位于所述第二内部换热器与所述第三冷凝器之间。

11、作为进一步的改进，所述送风风道内还设有过滤器和送风风机。

12、作为进一步的改进，所述送风风道内还设有电加热器，所述电加热器位于所述第三冷凝器下游。

13、作为进一步的改进，所述第一压缩机组件为单台压缩机，或者所述第一压缩机组件包括串联或并联连接的第一压缩机和第二压缩机；所述第二压缩机组件为单台压缩机，或者所述第二压缩机组件包括串联或并联连接的第三压缩机和第四压缩机。

14、一种四季全工况运行的梯级除湿系统的控制方法，包括制冷工况、制热工况和除湿工况；

15、在制冷工况下，所述第一制冷系统和所述第二制冷系统运行，所述第三制冷系统不运行，所述第一四通阀和所述第二四通阀均置于制冷模式；空气通过所述第一内部换热器和所述第二内部换热器进行两级降温；

16、在制热工况下，所述第一制冷系统和所述第二制冷系统运行，所述第三制冷系统不运行，所述第一四通阀和所述第二四通阀均置于制热模式；空气通过所述第一内部换热器和所述第二内部换热器进行两级升温；

17、在除湿工况下，所述第一制冷系统、所述第二制冷系统和所述第三制冷系统同时运行，所述第一四通阀和所述第二四通阀均置于制冷模式；空气通过所述第一内部换热器、所述第二内部换热器和所述第三蒸发器进行三级降温除湿后，再通过所述第三冷凝器进行加热。

18、作为进一步的改进，控制系统实时采集送风温度，根据送风温度与设定值之间的偏差，采用pid算法联合调节所述第一制冷系统的第一压缩机和第二压缩机以及所述第二制冷系统的第三压缩机和第四压缩机频率；随着制冷或制热负荷增加，按顺序逐级启动第一压缩机、第三压缩机、第二压缩机、第四压缩机；制冷或制热负荷减小时，按顺序逐级关闭第四压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第一压缩机。

19、作为进一步的改进，在制热工况下，当所述第一压缩机、所述第二压缩机、所述第三压缩机和所述第四压缩机均达到输出上限而送风温度仍不足时，启动电加热器进行辅助加热；制热负荷减小时，先关闭电加热器，再按顺序逐级关闭第四压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第一压缩机。

20、作为进一步的改进，在制热工况下，将所述第一制冷系统的第一四通阀或所述第二制冷系统的第二四通阀短暂置于制冷模式进行化霜，同时启动电加热器补偿送风温度；所述第一制冷系统和所述第二制冷系统不同时进行化霜。

21、作为进一步的改进，控制系统实时采集送风湿度，根据送风湿度与设定值之间的偏差，采用pid算法独立调节第三制冷系统的第三压缩机组件频率。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本技术采用第一制冷系统、第二制冷系统和第三制冷系统三个彼此独立的蒸汽压缩制冷循环，实现空气梯级降温、梯级除湿及冷凝热回收，相比单系统除湿机具有更高能效和更低送风露点；

24、本技术在除湿工况下，第三制冷系统在风道内同时设置第三冷凝器和第三蒸发器，利用第三制冷系统降温除湿时获得的热量及压缩机做功，通过第三冷凝器对处理空气进行加热调温，减少了在除湿工况下对电加热器的依赖，更加节能；

25、本技术采用第一制冷系统、第二制冷系统负责温度调节，第三制冷系统负责湿度调节，实现温湿度解耦控制，使送风温度及湿度能够分别按照设定值自动调节，提高控制精度；

26、本技术第一制冷系统、第二制冷系统中的第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机和第四压缩机采用逐级加载、逐级减载以及pid联合控制，使全部换热器在部分负荷下仍具有较高利用率，提高全年综合能效；

27、本技术可根据不同运行工况切换第一制冷系统、第二制冷系统和第三制冷系统的工作状态，在夏季实现高效制冷，在除湿工况实现深度除湿及再热，在冬季实现稳定热泵制热；

28、本技术当第一制冷系统或第二制冷系统结霜时，切换相应系统进行短时反向化霜，另一系统继续制热，同时启动电加热器补偿送风温度，实现连续稳定供热；

29、本技术第三制冷系统的第三蒸发器可根据不同机型布置于第一内部换热器上游，或位于第一内部换热器与第二内部换热器之间，或位于第二内部换热器与第三冷凝器之间，布置灵活；第三冷凝器始终位于所有换热器的最下游完成再热，以适应不同产品结构设计。