本发明涉及热泵干燥技术领域，具体说是涉及一种具有除湿功能的闭路式热泵烘干系统。
背景技术：
面对能源短缺和环境污染问题的日益突出，传统的燃油、燃气、燃煤或燃烧木材等烘干技术已逐渐被淘汰，目前的常用的环保烘干技术主要有两种，一种是采用电热管直接加热技术，操作简单，但效率太低，运行成本较高，与国家的节能政策相反；另一种是采用热泵烘干技术，特别是空气源热泵技术，结构简单，安装使用方便，节能环保，已有部分企业开始投入使用。但目前常规的空气源热泵烘干技术存在以下不足：在夏季室外气温过高时，空气源热泵的冷凝压力过高、压缩机压缩比过大、排气温度过高，其制热能力和能效比急剧下降，甚至可能导致压缩机经常保护性停机；同样在冬季室外气温过低时，空气源热泵的蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高，其制热能力和能效比急剧下降，甚至可能导致装置不能正常运行。总之，当室外温度过高或过低时，常规空气源热泵存在的突出技术问题，严重影响了空气源热泵在烘干领域的推广及应用。另外，对危险性物料、异味物料、含水率高物料和热敏性物料进行烘干时，开路式的循环烘干介质方式不能满足烘干工艺要求。
技术实现要素：
本发明提供了一种具有除湿功能的闭路式热泵烘干系统，以解决现有烘干工艺中环境污染严重、除湿能耗比较低、运行成本高、烘干速率慢、变温调节较为困难等突出技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种具有除湿功能的闭路式热泵烘干系统，包括三压力风冷热泵子系统和闭路式烘干介质循环子系统。所述的三压力风冷热泵子系统由主路压缩机、主路油分离器、冷凝器、再冷器、干燥过滤器、观察镜、第一膨胀阀、中压气液分离器、第二膨胀阀、除湿蒸发器、热源蒸发器、低压气液分离器、蒸发压力调节器、辅路压缩机、辅路油分离器、第一单向阀、第二单向阀、第一电动调节器、第二电动调节器以及连接管道组成。其具体连接关系：所述主路压缩机的排气口依次通过主路油分离器、第一单向阀分别与冷凝器的进口、第二单向阀的出口相连接；所述冷凝器的出口与再冷器的主路进口相连接；所述再冷器的主路出口依次通过干燥过滤器、观察镜、第一膨胀阀与中压气液分离器的进口相连接；所述中压气液分离器的两个出口分别与再冷器的辅路进口、第二膨胀阀的进口相连接；所述第二膨胀阀的出口分别通过第一电动调节器、第二电动调节器与除湿蒸发器、热源蒸发器的进口相连接；所述除湿蒸发器和热源蒸发器的出口均与低压气液分离器的进口相连接；所述低压气液分离器的出口与主路压缩机的吸气口相连接；所述再冷器的辅路出口通过蒸发压力调节器与辅路压缩机的吸气口相连接；所述辅路压缩机的排气口依次通过辅路油分离器、第二单向阀分别与冷凝器的进口、第一单向阀的出口相连接。
所述的闭路式烘干介质循环子系统由辅助ptc电加热器、循环风机、烘干物料间、物料、温度传感器、湿度传感器、除湿室、凝结水排出口、介质加热室以及连接风道组成。其具体安装连接关系：所述介质加热室内先后安装有冷凝器、辅助ptc电加热器，其出风口通过风道与循环风机的进风口相连接；所述循环风机的出风口与烘干物料间的进风口相连接；所述烘干物料间内安装有铺放物料的搁架，其出风口通过安装有温度传感器、湿度传感器的风道与除湿室的进风口相连接；所述除湿室内安装有除湿蒸发器和凝结水排出口，其出风口通过风道与介质加热室的进风口相连接。
本发明所述的主路压缩机和辅路压缩机分别为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。所述的冷凝器、除湿蒸发器、热源蒸发器为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。所述的第一膨胀阀和第二膨胀阀分别为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。所述的循环风机为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。所述的蒸发压力调节器为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器中的任意一种调节器形式。所述的再冷器为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种具有除湿功能的闭路式热泵烘干系统，其构思新颖，机组设计优化巧妙，通过在常规热泵烘干系统的基础上匹配除湿蒸发器和辅路调节系统（主要由辅路压缩机、辅路油分离器、辅路冷凝器、再冷器和蒸发压力调节器等组成），该系统具有以下主要优点：
（1）通过辅路调节系统的辅助调节，该风冷热泵烘干系统既能解决夏季高温制冷工作模式下冷凝压力过高、压缩机压缩比过大、排气温度过高、压缩机经常保护性停机的突出问题，又能解决冬季低温制热工作模式下蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高、制热能力和能效比急剧下降的突出问题，提高了风冷热泵烘干系统全年运行的可靠性、稳定性和经济性，拓宽了风冷热泵烘干系统的应用领域。
（2）通过辅路调节系统的辅助调节，该风冷热泵烘干系统的制热量可以随物料烘干工艺的要求而迅速变化，显著提高了烘干物料的除湿能耗比，保证了烘干物料的层色、品质和香味。
（3）通过除湿蒸发器快速除湿功能和闭路式的循环烘干介质方式，该风冷热泵烘干系统实现了对危险性物料、异味性物料、含水率高物料和热敏性物料的高效烘干。
（4）本发明提供的一种具有除湿功能的闭路式热泵烘干系统，解决了现有热泵烘干技术的缺陷，具有烘干效率高、节能、烘干物料的品质好和卫生等特点，因此，其具有广泛的市场应用前景和巨大的市场潜力，适用于大范围推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为单级压缩烘干工作模式流程图。
图3为单级压缩+ptc+除湿烘干工作模式流程图。
图4为三压力烘干工作模式流程图。
图5为三压力+除湿烘干工作模式流程图。
图6为辅路+ptc烘干工作模式流程图。
图中序号：1是主路压缩机，2是主路油分离器，3是冷凝器，4是再冷器，5是干燥过滤器，6是观察镜，7是第一膨胀阀，8是中压气液分离器，9是第二膨胀阀，10是除湿蒸发器，11是热源蒸发器，12是低压气液分离器，13是蒸发压力调节器，14是辅路压缩机，15是辅路油分离器，16是第一单向阀，17是第二单向阀，18是第一电动调节器，19是第二电动调节器，20是辅助ptc电加热器，21是循环风机，22是烘干物料间，23是物料，24是温度传感器，25是湿度传感器，26是除湿室，27是凝结水排出口，28是介质加热室。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）做进一步描述，但并不限制本发明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种具有除湿功能的闭路式热泵烘干系统，该系统主要由三压力风冷热泵子系统和闭路式烘干介质循环子系统组成。其中所述的三压力风冷热泵子系统由主路压缩机1、主路油分离器2、冷凝器3、再冷器4、干燥过滤器5、观察镜6、第一膨胀阀7、中压气液分离器8、第二膨胀阀9、除湿蒸发器10、热源蒸发器11、低压气液分离器12、蒸发压力调节器13、辅路压缩机14、辅路油分离器15、第一单向阀16、第二单向阀17、第一电动调节器18、第二电动调节器19以及连接管道组成。其具体连接关系：所述主路压缩机1的排气口依次通过主路油分离器2、第一单向阀16分别与冷凝器3的进口、第二单向阀17的出口相连接；所述冷凝器3的出口与再冷器4的主路进口相连接；所述再冷器4的主路出口依次通过干燥过滤器5、观察镜6、第一膨胀阀7与中压气液分离器8的进口相连接；所述中压气液分离器8的两个出口分别与再冷器4的辅路进口、第二膨胀阀9的进口相连接；所述第二膨胀阀9的出口分别通过第一电动调节器18、第二电动调节器19与除湿蒸发器10、热源蒸发器11的进口相连接；所述除湿蒸发器10和热源蒸发器11的出口均与低压气液分离器12的进口相连接；所述低压气液分离器12的出口与主路压缩机1的吸气口相连接；所述再冷器4的辅路出口通过蒸发压力调节器13与辅路压缩机14的吸气口相连接；所述辅路压缩机14的排气口依次通过辅路油分离器15、第二单向阀17分别与冷凝器3的进口、第一单向阀16的出口相连接。所述的闭路式烘干介质循环子系统由辅助ptc电加热器20、循环风机21、烘干物料间22、物料23、温度传感器24、湿度传感器25、除湿室26、凝结水排出口27、介质加热室28以及连接风道组成。其具体安装连接关系：所述介质加热室28内先后安装有冷凝器3、辅助ptc电加热器20，其出风口通过风道与循环风机21的进风口相连接；所述循环风机21的出风口与烘干物料间22的进风口相连接；所述烘干物料间22内安装有铺放物料23的搁架，其出风口通过安装有温度传感器24、湿度传感器25的风道与除湿室26的进风口相连接；所述除湿室26内安装有除湿蒸发器10和凝结水排出口27，其出风口通过风道与介质加热室28的进风口相连接。
本发明所述的主路压缩机1为定频涡旋式压缩机和辅路压缩机14分别变频涡旋式压缩机。所述的冷凝器3为翅片管式换热器、除湿蒸发器10为层叠式换热器、热源蒸发器11为平行流式换热器。所述的第一膨胀阀7为手动膨胀阀，第二膨胀阀9为阻流式膨胀阀。所述的循环风机21为变频风机。所述的蒸发压力调节器13为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器。所述的再冷器4为板式换热器。
实施例2
本发明所述的主路压缩机1为定频滚动转子式压缩机，辅路压缩机14为变频涡旋式压缩机。所述的冷凝器3、除湿蒸发器10为层叠式换热器、热源蒸发器11为平行流式换热器。所述的第一膨胀阀7为手动膨胀阀，第二膨胀阀9为阻流式膨胀阀。所述的循环风机21为调挡风机。所述的蒸发压力调节器13为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器。所述的再冷器4为闪发器。其他结构与实施例1相同。
实施例3
本发明所述的主路压缩机1为变频滚动转子式压缩机，辅路压缩机14为定变频涡旋式压缩机。所述的冷凝器3为层叠式换热器、除湿蒸发器10为平行流式换热器、热源蒸发器11为翅片管式换热器。所述的第一膨胀阀7为热力膨胀阀，第二膨胀阀9为阻流式膨胀阀。所述的循环风机21为调挡风机。所述的蒸发压力调节器13为比例积分调节器。所述的再冷器4为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。其他结构与实施例1相同。
实施例4
本发明所述的主路压缩机1为变频滚动转子式压缩机，辅路压缩机14为定频滚动转子式压缩机。所述的冷凝器3为平行流式换热器、除湿蒸发器10为翅片管式换热器、热源蒸发器11为翅片管式换热器。所述的第一膨胀阀7为电子膨胀阀，第二膨胀阀9为浮球式膨胀阀。所述的循环风机21为定频风机。所述的蒸发压力调节器13为比例积分微分调节器。所述的再冷器4为套管换热器。其他结构与实施例1相同。
实施例5
本发明所述的主路压缩机1为变频涡旋式压缩机，辅路压缩机14为定频滚动转子式压缩机。所述的冷凝器3为层叠式换热器、除湿蒸发器10为平行流式换热器、热源蒸发器11为翅片管式换热器。所述的第一膨胀阀7为热力膨胀阀，第二膨胀阀9为电子膨胀阀。所述的循环风机21为调挡风机。所述的蒸发压力调节器13为比例积分调节器。所述的再冷器4为套管换热器。其他结构与实施例1相同。
通过三压力风冷热泵子系统和闭路式烘干介质循环子系统的优化匹配组合，可编程控制器plc智能调节，本发明可实现五种工作模式：
（1）单级压缩烘干工作模式
图2为单级压缩烘干工作模式流程图，当室外空气温度大约位于-5℃~45℃之间时，并且物料烘干运行初开始，系统不需要能量和湿度调节时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、热源蒸发器11的风机、第二电动调节器19、循环风机21启动，辅路压缩机14、第一电动调节器18、辅助ptc电加热器20关闭。三压力风冷热泵子系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第一单向阀16进入冷凝器3，释放热量加热经循环风机21引入的循环烘干介质，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后依次通过再冷器4、干燥过滤器5、观察镜6进入第一膨胀阀7，经过第一膨胀阀7的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器8进行气液分离，然后中压气液分离器8下部的液态制冷剂再经过第二膨胀阀9的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第二电动调节器19进入热源蒸发器11，吸收热源蒸发器11的风机引入的空气源热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经低压气液分离器12进行气液分离后进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。烘干介质循环子系统的工作流程：来自于介质加热室28的高温低湿烘干介质经循环风机21进入烘干物料间22，加热物料23后释放热量降温，同时吸收了物料的水分，变为低温、较高湿度的烘干介质，然后经过风道内的温度传感器24、湿度传感器25检测后，再经过除湿室26进入介质加热室28，吸收进入冷凝器3的气态制冷剂释放的相变潜热后升温，变为高温低湿的烘干介质，开始下一循环。
（2）单级压缩+ptc+除湿烘干工作模式
图3为单级压缩+ptc+除湿烘干工作模式流程图，当室外空气温度大约位于-5℃~45℃之间时，并且物料烘干运行过程中，温度传感器24、湿度传感器25检测的烘干介质湿度过大时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、第一电动调节器18、辅助ptc电加热器20、循环风机21启动，热源蒸发器11的风机、辅路压缩机14、第二电动调节器19关闭。三压力风冷热泵子系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第一单向阀16进入冷凝器3，释放热量加热经循环风机21引入的循环烘干介质，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后依次通过再冷器4、干燥过滤器5、观察镜6进入第一膨胀阀7，经过第一膨胀阀7的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器8进行气液分离，然后中压气液分离器8下部的液态制冷剂再经过第二膨胀阀9的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第一电动调节器18进入除湿蒸发器10，吸收经循环风机21引入的循环烘干介质的热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经低压气液分离器12进行气液分离后进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。烘干介质循环子系统的工作流程：来自于介质加热室28的高温低湿的烘干介质经循环风机21进入烘干物料间22，加热物料23后释放热量降温，同时吸收了物料的水分，变为低温高湿的烘干介质，然后经过风道内的温度传感器24、湿度传感器25检测后，进入除湿室26，释放热量加热进入除湿蒸发器10的气液两相制冷剂，烘干介质中的水蒸气变成凝结水析出，并由凝结水排出口27排除，然后低温低湿的烘干介质经风道进入介质加热室28，先后吸收冷凝器3的气态制冷剂释放的相变潜热和辅助ptc电加热器20的热量后逐级升温，变为高温低湿的烘干介质，开始下一循环。
（3）三压力烘干工作模式
图4为三压力烘干工作模式流程图，当室外空气温度大约位于46℃~55℃或-20℃~-6℃之间时，并且物料烘干运行初开始，系统不需要能量和湿度调节时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、热源蒸发器11的风机、辅路压缩机14、第二电动调节器19、循环风机21启动，第一电动调节器18、辅助ptc电加热器20关闭。三压力风冷热泵子系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第一单向阀16与通过第二单向阀17的高温高压气态制冷剂混合，然后进入冷凝器3，释放热量加热经循环风机21引入的循环烘干介质，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，进入再冷器4的主路侧释放热量加热经再冷器4辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器5、观察镜6进入第一膨胀阀7，经过第一膨胀阀7的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器8进行气液分离后分为两路，其中一路为分离出的中压中温的饱和液态制冷剂，经中压气液分离器8下部排出，然后再经过第二膨胀阀9的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第二电动调节器19进入热源蒸发器11，吸收热源蒸发器11的风机引入的空气源热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经低压气液分离器12进行气液分离后进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。另一路为分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器8上部排出，进入再冷器4的辅路侧吸收经再冷器4主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为过热气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器13节流调压进入辅路压缩机14的吸气口，经过辅路压缩机14压缩排出高温高压气态制冷剂，然后依次通过辅路油分离器15、第二单向阀17与通过第一单向阀16的高温高压气态制冷剂混合，进入冷凝器3，开始进入下一循环。烘干介质循环子系统的工作流程与单级压缩烘干工作模式相同。
（4）三压力+除湿烘干工作模式
图5为三压力+除湿烘干工作模式流程图，当室外空气温度大约位于46℃~55℃或-20℃~-6℃之间时，并且物料烘干运行过程中，温度传感器24、湿度传感器25检测的烘干介质湿度过大时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、辅路压缩机14、第一电动调节器18、循环风机21启动，热源蒸发器11的风机、第二电动调节器19、辅助ptc电加热器20关闭。三压力风冷热泵子系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第一单向阀16与通过第二单向阀17的高温高压气态制冷剂混合，然后进入冷凝器3，释放热量加热经循环风机21引入的循环烘干介质，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，进入再冷器4的主路侧释放热量加热经再冷器4辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器5、观察镜6进入第一膨胀阀7，经过第一膨胀阀7的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器8进行气液分离后分为两路，其中一路为分离出的中压中温的饱和液态制冷剂，经中压气液分离器8下部排出，然后再经过第二膨胀阀9的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第一电动调节器18进入除湿蒸发器10，吸收经循环风机21引入的循环烘干介质的热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经低压气液分离器12进行气液分离后进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。另一路为分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器8上部排出，进入再冷器4的辅路侧吸收经再冷器4主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为过热气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器13节流调压进入辅路压缩机14的吸气口，经过辅路压缩机14压缩排出高温高压气态制冷剂，然后依次通过辅路油分离器15、第二单向阀17与通过第一单向阀16的高温高压气态制冷剂混合，进入冷凝器3，开始进入下一循环。烘干介质循环子系统的工作流程：来自于介质加热室28的高温低湿的烘干介质经循环风机21进入烘干物料间22，加热物料23后释放热量降温，同时吸收了物料的水分，变为低温高湿的烘干介质，然后经过风道内的温度传感器24、湿度传感器25检测后，进入除湿室26，释放热量加热进入除湿蒸发器10的气液两相制冷剂，烘干介质中的水蒸气变成凝结水析出，并由凝结水排出口27排除，然后低温低湿的烘干介质经风道进入介质加热室28，吸收冷凝器3的气态制冷剂释放的相变潜热后升温，变为高温低湿的烘干介质，开始下一循环。
（5）辅路+ptc烘干工作模式
图6为辅路+ptc烘干工作模式流程图，在物料烘干运行中后期，温度传感器24、湿度传感器25检测的烘干介质湿度较小时，可采用此工作模式。此时辅路压缩机14、辅助ptc电加热器20、循环风机21启动，主路压缩机1、热源蒸发器11的风机、第一电动调节器18、第二电动调节器19关闭。三压力风冷热泵子系统的工作流程：辅路压缩机14排出的高温高压气态制冷剂依次通过辅路油分离器15、第二单向阀17进入冷凝器3，释放热量加热经循环风机21引入的循环烘干介质，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，进入再冷器4的主路侧释放热量加热经再冷器4辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器5、观察镜6进入第一膨胀阀7，经过第一膨胀阀7的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器8进行气液分离，分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器8上部排出，进入再冷器4的辅路侧吸收经再冷器4主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为过热气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器13节流调压进入辅路压缩机14的吸气口，最后经过辅路压缩机14压缩排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。烘干介质循环子系统的工作流程：来自于介质加热室28的高温低湿烘干介质经循环风机21进入烘干物料间22，加热物料23后释放热量降温，同时吸收了物料的水分，变为低温、较高湿度的烘干介质，然后经过风道内的温度传感器24、湿度传感器25检测后，再经过除湿室26进入介质加热室28，先后吸收冷凝器3的气态制冷剂释放的相变潜热和辅助ptc电加热器20的热量后逐级升温，变为高温低湿的烘干介质，开始下一循环。