热泵装置和烘干设备的制作方法

本发明涉及热泵装置以及具有该热泵装置的烘干设备。

背景技术：

本部分的内容仅提供了与本发明相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

热泵系统是一种典型的通过电力做功将低温热源的热能转移到高温热源的冷媒循环系统。通常用于热泵装置的低温热源是水和我们周围的介质——空气。随着能源结构的调整和全球范围内可持续发展战略的提出，人们越来越重视对清洁、安全、高效能源的开发和利用。空气源热泵系统以电能为驱动力，将室外环境空气作为热源，向被调节对象提供制冷和供热，是国家着力推广的环保、高效的能源供给方式之一。

图1示出了相关技术的空气源热泵烘干设备的示意图。空气源热泵基于逆卡诺原理，从环境空气中吸收热量并将该热量转移到烘干室内，以升高烘干室的温度从而实现物料的烘干。具体地，参见图1，空气源热泵烘干设备包括压缩机100、烘干室200、位于烘干室200内的室内换热器300、节流器400、位于烘干室200外的室外换热器500。在该热泵烘干系统的制冷剂循环中，通过压缩机100的高温高压的制冷剂气体进入到例如为冷凝器的室内换热器300中放热被冷凝成中温高压的制冷剂液体，接着，该制冷剂液体通过例如为膨胀阀的节流器400被节流膨胀成低温低压的制冷剂液体，该制冷剂液体流入到例如为蒸发器的室外换热器500中，通过从室外环境空气中吸热而气化成低温低压的制冷剂气体返回到压缩机100。在热泵烘干系统的空气烘干循环中，烘干室200中的温度由于室内换热器300的放热而升高，使得烘干室200中待烘干的物料的水分蒸发到空气中形成湿热的空气，然后该湿热的空气通过烘干室200中设置的风扇201经由排出口202排放到环境空气中，从而实现物料的烘干。

然而，上述空气源热泵在对物料烘干时将湿热空气强排到外部环境中去，不仅将物料中有益的成分随着湿热空气也排出去了，还将一部分热量也排出去造成能量的浪费。同时，该空气源热泵仅涉及单一热泵循环系统，受环境影响大，烘干温度不稳定。此外，在例如室外蒸发器从环境空气吸热时导致其外表面结霜时，上述空气源热泵不能实现对该室外蒸发器的除霜。

与上述的单热泵系统相比，相关技术中还提供了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结合的热泵系统和由高温级回路和低温级回路共同构成的复叠热泵系统。然而，这些复叠热泵系统并不独立，特别地通过共用的换热器进行换热，使得受限于提供适应多样需求的模式自由度。

因此，存在对热泵系统进行改进的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决或改善以上问题中的一个或多个。

本发明的另一个目的在于提供一种可选择的多工作模式及其组合的热泵装置。

本发明的一个目的在于提供一种节能高效且烘干温度稳定的热泵装置。

本发明的另一个目的在于提供一种系统稳定性高的热泵装置。

本发明的一个方面在于提供一种热泵装置，所述热泵装置包括：第一热泵系统，所述第一热泵系统包括第一换热器、第二换热器和第三换热器；以及第二热泵系统，所述第二热泵系统包括第四换热器、第五换热器和第六换热器，所述第一热泵系统和所述第二热泵系统各自独立而不相互换热，并且，在所述第一热泵系统中所述第二换热器与所述第三换热器并联连接，在所述第二热泵系统中所述第五换热器与所述第六换热器并联连接。

在根据本发明的热泵装置中，所述第一热泵系统还包括第一四通换向阀，由此通过切换所述第一四通换向阀而使得所述第一热泵系统能够处于第一操作模式和第二操作模式，在该第一操作模式下，所述第一换热器用作冷凝器而所述第二换热器和所述第三换热器能够用作蒸发器，在该第二操作模式下，所述第一换热器用作蒸发器而所述第二换热器和所述第三换热器能够用作冷凝器；并且/或者

所述第二热泵系统还包括第二四通换向阀，由此通过切换所述第二四通换向阀而使得所述第二热泵系统能够处于第三操作模式和第四操作模式，在该第三操作模式下，所述第四换热器用作冷凝器而所述第五换热器和所述第六换热器能够用作蒸发器，在该第四操作模式下，所述第四换热器用作蒸发器而所述第五换热器和所述第六换热器能够用作冷凝器。

在根据本发明的热泵装置中，所述热泵装置用于烘干设备，在所述第一热泵系统中，所述第二换热器用于对来自所述烘干设备的烘干室的回风进行冷却除湿从而用作除湿蒸发器，而所述第三换热器用于从环境空气吸收热量而用作补热蒸发器；并且/或者

在所述第二热泵系统中，所述第五换热器用于对来自所述烘干设备的烘干室的回风进行冷却除湿从而用作除湿蒸发器，而所述第六换热器用于从环境空气吸收热量而用作补热蒸发器。

在根据本发明的热泵装置中，所述第一热泵系统构造为能够选择性地启用所述第二换热器和所述第三换热器中的一者或两者；并且/或者所述第二热泵系统构造为能够选择性地启用所述第五换热器和所述第六换热器中的一者或两者。

在根据本发明的热泵装置中，在所述第一热泵系统中：在所述第一换热器用作冷凝器、所述第二换热器用作除湿蒸发器而所述第三换热器用作补热蒸发器的情况下，当仅启用所述第二换热器时所述第一热泵系统实现除湿模式，当仅启用所述第三换热器时所述第一热泵系统实现升温模式，而当启用所述第二换热器和所述第三换热器两者时所述第一热泵系统实现除湿-升温模式；在所述第一换热器用作蒸发器而所述第二换热器和所述第三换热器用作冷凝器的情况下，所述第一热泵系统实现除霜模式；并且/或者

在所述第二热泵系统中：在所述第四换热器用作冷凝器、所述第五换热器用作除湿蒸发器而所述第六换热器用作补热蒸发器的情况下，当仅启用所述第五换热器时所述第二热泵系统实现除湿模式，当仅启用所述第六换热器时所述第二热泵系统实现升温模式，而当启用所述第五换热器和所述第六换热器两者时所述第二热泵系统实现除湿-升温模式；在所述第四换热器用作蒸发器而所述第五换热器和所述第六换热器用作冷凝器的情况下，所述第二热泵系统实现除霜模式。

在根据本发明的热泵装置中，所述热泵装置用于烘干设备，所述热泵装置构造为能够选择性地启用所述第一热泵系统和所述第二热泵系统中的一者或两者，以及在选择性地启用所述第一热泵系统和所述第二热泵系统中的全部两者的情况下，所述第一热泵系统和所述第二热泵系统能够在不同的操作模式下操作，使得所述第一热泵系统和所述第二热泵系统中一者进行除霜而另一者继续向所述烘干设备的烘干室提供热风。

在根据本发明的热泵装置中，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述第四换热器、所述第五换热器和所述第六换热器为结构相同的换热器，并且所述第一热泵系统和所述第二热泵系统为结构相同的热泵系统。

本发明的另一方面还提供了一种烘干设备，所述烘干设备包括上述的热泵装置。

在根据本发明的烘干设备中，所述烘干设备还包括与所述第一热泵系统关联的第一空气回路，所述第一空气回路包括从所述烘干设备的烘干室延伸至所述第二换热器的回风管线、从所述第二换热器延伸至所述第一换热器的中间管线和从所述第一换热器延伸至所述烘干设备的烘干室的送风管线；并且/或者

所述烘干设备还包括与所述第二热泵系统关联的第二空气回路，所述第二空气回路包括从所述烘干设备的烘干室延伸至所述第五换热器的回风管线、从所述第五换热器延伸至所述第四换热器的中间管线和从所述第四换热器延伸至所述烘干设备的烘干室的送风管线。

在根据本发明的烘干设备中，所述烘干设备还包括与所述第一空气回路关联的第一全热交换器，所述第一空气回路的回风管线和中间管线均经过所述第一全热交换器，使得所述第一空气回路的回风管线和中间管线中的空气在所述第一全热交换器中进行热交换；并且/或者

所述烘干设备还包括与所述第二空气回路关联的第二全热交换器，所述第二空气回路的回风管线和中间管线均经过所述第二全热交换器，使得所述第二空气回路的回风管线和中间管线中的空气在所述第二全热交换器中进行热交换。

本发明提供了彼此独立而不相互换热的用于烘干设备的热泵装置，每个热泵装置中包括并联的、可单独控制的换热器，该热泵系统和包括该热泵装置的烘干设备的优点在于：能够选择性地提供诸如除湿、除湿-升温、升温以及热风、除霜等多个模式及其组合；烘干温度稳定；系统之间互为备份，提高整个系统稳定性；系统结构相同，利于模块化设计和批量生产；节能高效，能够循环多余热量进一步提供系统的能效比。

附图说明

以下将参照附图仅以示例方式描述本发明的实施方式，在附图中，相同的特征或部件采用相同的附图标记来表示且附图不一定按比例绘制，并且在附图中：

图1示出了相关技术的空气源热泵烘干设备的示意图。

图2示出了包括根据本发明的第一实施方式的热泵装置的烘干设备的示意图。

图3示出了包括根据本发明的第二实施方式的热泵装置的烘干设备的示意图。

具体实施方式

下文的描述本质上仅是示例性的而并非意图限制本发明、应用及用途。应当理解，在所有这些附图中，相似的附图标记指示相同的或相似的零件及特征。各个附图仅示意性地表示了本发明的实施方式的构思和原理，并不一定示出了本发明各个实施方式的具体尺寸及其比例，在特定的附图中的特定部分可能采用夸张的方式来图示本发明的实施方式的相关细节或结构。

下面将结合附图对根据本发明的实施方式的烘干设备的热泵装置进行介绍。在此需说明的是，除了附图中示出的部件之外，根据本发明的双热泵系统还可以包括很多其他的部件。在本申请中，为了清楚地说明本发明的发明构思，仅以示例的方式示出了与本发明构思相关的部件，而省略示出了其他部件。

图2示出了包括根据本发明的第一实施方式的热泵装置的烘干设备的示意图。如图2所示，烘干设备的热泵装置包括：第一热泵系统20，第一热泵系统20包括第一压缩机1、第一四通换向阀2、第一换热器3、第一储液器4、串联有第一膨胀阀6的第二换热器8、串联有第二膨胀阀7的第三换热器9；以及第二热泵系统21，第二热泵系统21包括第二压缩机11、第二四通换向阀12、第四换热器13、第二储液器14、串联有第三膨胀阀16的第五换热器18、串联有第四膨胀阀17的第六换热器19。因此，第一热泵系统20和第二热泵系统21各自独立而不相互换热，其中，可选地，第一热泵系统与第二热泵系统可以共用一个压缩机。并且，在第一热泵系统20中，第二换热器8和第一膨胀阀6与第三换热器9和第二膨胀阀7并联连接；在第二热泵系统21中，第五换热器18和第三膨胀阀16与第六换热器19和第四膨胀阀17并联连接，从而实现对换热器的独立控制。

特别地，能够通过切换第一四通换向阀2而使得第一热泵系统20能够处于第一操作模式和第二操作模式，在该第一操作模式下，第一换热器3用作冷凝器而第二换热器8和第三换热器9能够用作蒸发器，在该第二操作模式下，第一换热器3用作蒸发器而第二换热器8和第三换热器9能够用作冷凝器。

类似地并且可选地，通过切换第二四通换向阀12而使得第二热泵系统21能够处于第三操作模式和第四操作模式，在该第三操作模式下，第四换热器13用作冷凝器而第五换热器18和第六换热器19能够用作蒸发器，在该第四操作模式下，第四换热器13用作蒸发器而第五换热器18和第六换热器19能够用作冷凝器。

现在对处于第一操作模式中的第一热泵系统20的制冷剂循环进行描述，通过第一压缩机1的高温高压的制冷剂气体经过第一四通换向阀2进入到第一换热器(即，冷凝器)3中被冷凝成中温高压的制冷剂液体。接着，该制冷剂液体流经第一储液器4并且分支流入到并联的第二换热器(即，蒸发器)8和第三换热器(即，蒸发器)9中，其中，该制冷剂液体分别通过第一膨胀阀6和第二膨胀阀7进行膨胀而以低温低压的制冷剂液体形式流入到第二换热器8和第三换热器9中。制冷剂液体经由第二换热器8从来自烘干室10回排的热空气(将在下文中详细描述)中吸热和经由第三换热器9从环境空气中吸热而气化成低温低压的制冷剂气体返回到第一压缩机1，然后，继续进行下一次的制冷剂循环。

有利地，第一换热器3、第二换热器8、第三换热器9、第四换热器13、第五换热器18和第六换热器19可以为结构相同的换热器，并且第一热泵系统20和第二热泵系统21为结构相同的热泵系统。因此，处于第三操作模式中的第二热泵系统21的制冷剂循环与处于第一操作模式中的第一热泵系统20的制冷剂循环基本相同，在此就不再描述。

特别地，在处于第一操作模式中的第一热泵系统20中，第二换热器8用于对来自烘干设备的烘干室10的回风(回排的热空气)进行冷却除湿从而用作除湿蒸发器，而第三换热器9用于从环境空气吸收热量而用作补热蒸发器。同样地，在处于第三操作模式中的第二热泵系统21中，第五换热器18用于对来自烘干设备的烘干室10的回风(热空气)进行冷却除湿从而用作除湿蒸发器，而第六换热器19用于从环境空气吸收热量而用作补热蒸发器。

此外，在第一热泵系统20中例如通过第一膨胀阀6和第二膨胀阀7或其他适当的阀构件选择性地启用第二换热器8和第三换热器9中的一者或两者，以实现第一热泵系统20的四种模式。

具体地，在第一热泵系统20处于上述第一操作模式的情况下，也就是说，在第一换热器3用作冷凝器、第二换热器8用作除湿蒸发器而第三换热器9用作补热蒸发器的情况下，当仅启用第二换热器8时第一热泵系统20实现除湿模式，当仅启用第三换热器9时第一热泵系统20实现升温模式，而当启用第二换热器8和第三换热器9两者时第一热泵系统20实现除湿-升温模式。在第一热泵系统20处于上述第二操作模式的情况下，也就是说，在第一换热器3用作蒸发器而第二换热器8和第三换热器9用作冷凝器的情况下，第一热泵系统20实现除霜模式。在除霜模式中，例如，在第二换热器8和第三换热器9作为蒸发器从环境空气吸热时导致其外表面结霜时，可以例如采用四通换向阀对制冷剂循环进行逆向切换(热泵系统从第一操作模式转换成第二操作模式)，使得第二换热器8和第三换热器9从蒸发器转换成冷凝器以放热而进行除霜。

可选地，与第一热泵系统20相似，在第二热泵系统21中通过第三膨胀阀16和第四膨胀阀17或其他适当的阀构件选择性地启用第五换热器18和第六换热器19中的一者或两者，从而实现第二热泵系统21的四种模式。具体地，在第二热泵系统21中：在第四换热器13用作冷凝器、第五换热器18用作除湿蒸发器而第六换热器19用作补热蒸发器的情况下，也就是在第二热泵系统21处于上述第三操作模式的情况下，当仅启用第五换热器18时第二热泵系统21实现除湿模式，当仅启用第六换热器19时第二热泵系统21实现升温模式，而当启用第五换热器18和第六换热器19两者时第二热泵系统21实现除湿-升温模式；在第四换热器13用作蒸发器而第五换热器18和第六换热器19用作冷凝器的情况下，第二热泵系统21实现除霜模式。

在上述热泵装置中，当第一热泵系统和第二热泵系统同时工作时，可以实现的模式组合达到十六种之多。

上述热泵装置能够选择性地启用第一热泵系统20和第二热泵系统21中的一者或两者，使得两个系统互为备份，提高整个系统稳定性。有利地，在选择性地启用第一热泵系统20和第二热泵系统21中的全部两者的情况下，第一热泵系统20和第二热泵系统21能够在不同的操作模式下操作，使得第一热泵系统20和第二热泵系统21中一者进行除霜而另一者继续向烘干设备的烘干室10提供热风，以保证烘干室温度稳定。

下面结合图2对烘干设备中的空气回路进行描述。

烘干设备还包括与第一热泵系统20关联的第一空气回路、与第一空气回路关联的第一全热交换器5、与第二热泵系统21关联的第二空气回路、以及与第二空气回路关联的第二全热交换器15。其中，第一空气回路包括从烘干设备的烘干室10延伸至第二换热器8的回风管线10b、从第二换热器8延伸至第一换热器3的中间管线和从第一换热器3延伸至烘干室10的送风管线10a；第二空气回路包括从烘干设备的烘干室10延伸至第五换热器18的回风管线10b、从第五换热器18延伸至第四换热器13的中间管线和从第四换热器13延伸至烘干设备的烘干室10的送风管线10a。

虽然在图2中示出，第一热泵系统20的第一空气回路与第二热泵系统21的第二空气回路共用送风管线10a和回风管线10b，然而，可以理解的是，第一空气回路和第二空气回路也可以分别使用独立的送风管线和回风管线。

特别地，第一空气回路的回风管线和中间管线均经过第一全热交换器5，使得第一空气回路的回风管线和中间管线中的空气在第一全热交换器5中进行热交换，烘干设备还包括与第二空气回路关联的第二全热交换器15，第二空气回路的回风管线和中间管线均经过第二全热交换器15，使得第二空气回路的回风管线和中间管线中的空气在第二全热交换器15中进行热交换。因此，通过设置全热交换器，使得循环多余的热量以提高能效比。

现在对第一空气回路的工作具体描述，在第一热泵系统20工作时，以第一换热器3为冷凝器并且第二换热器8为蒸发器的情况下的空气烘干循环进行说明，通过第一换热器3加热的空气经由送风管线10a进入到烘干室10中，使得烘干室10中的温度升高以将待烘干的物料的水分蒸发到空气中而形成湿热空气。该湿热空气通过回风管线10b经过第一全热交换器5而被初步降温，降温后的湿热空气随即通过第二换热器8进一步冷却去湿。然后，去湿后的干燥空气再次经过第一全热交换器5(与来自回风管线10b的湿热空气进行热交换)初步升温，初步升温的干燥的空气经过第一换热器3进一步加热升温，此后，继续进行下一次的空气烘干循环。

本领域的技术人员可以理解的是，上述第二空气回路是可选的。

图3示出了包括根据本发明的第二实施方式的热泵装置的烘干设备的示意图，本发明的第二实施方式中的热泵装置与第一实施方式中的热泵装置基本相同，不同之处仅在于：第二实施方式的热泵装置省略了第一全热交换器5和第二全热交换器15。第二实施方式的热泵装置具有与第一实施方式的热泵装置基本相同的优点，且不需要全热交换器，成本更低，机组尺寸更小。

在此，已详细描述了本发明的示例性实施方式，但是应该理解的是，本发明并不局限于上文详细描述和示出的具体实施方式。在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，本领域的技术人员能够对本发明进行各种变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。