一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统的制作方法
1.本发明涉及一种除湿系统，尤其是涉及一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统。
背景技术：
2.锂离子动力电池因其能量高、体积小以及可靠的特点成为纯电动汽车的主要动力源。随着电池行业的发展，锂电池的产量也在逐年增加。锂电池的生产储存环境对温湿度的控制有着严格的要求，控制目标取决于生产车间的类型，其中对湿度要求较低(露点温度低于-10℃)的车间通常采用单级转轮除湿机组进行温湿度控制。同时，锂电池生产过程中的能耗约占其生产制造总能耗的66％，而其中又有43％是用于空调除湿，可见亟需降低转轮除湿过程中的能耗。
3.传统的单级转轮除湿系统(图1)，处理侧利用冷冻水机组生成的冷水预冷新风，与室内回风按一定比例混合后，流经转轮除湿，再通过第二表冷器降温后送风。该系统改变各表冷器的开度大小(即通入冷水量的大小)实现除湿量及温度的调节。
4.但是，传统的单级转轮除湿系统通常要求120℃甚至更高的再生温度(这也导致整体运行的高能耗)，主要原因在于：(1)处理侧第一表冷器受制于有限的换热面积和较高的表冷温度(冷水机组常规设计值为7℃供水12℃回水)，处理新风湿负荷的能力有限，无法进行更深一步的除湿，仍要求转轮承担大部分的除湿负荷；(2)第一表冷处理出风温度降低，但与回风混合后空气温度重新上升，该较高温度的空气进入转轮处理侧，使得转轮的除湿效率下降。因此除湿转轮只能依靠提高再生温度以提升能力。同时，上述第(2)点导致的转轮处理侧入口空气温度较高，还使得转轮处理侧出口空气温度也会进一步上升，由此第二表冷器承担的热负荷就会较高，需要通入更多的冷水。
5.热泵是一种高效节能的制热/制冷技术，将其与传统除湿转轮结合，可以取代原先的水表冷降低处理侧功耗，或者取代电加热降低再生侧功耗。现有一些专利(例如cn214406286u、cn211424563u)公开有热泵技术用于转轮的方案，但大都是构建一个较为复杂的整体系统：将一个或多个蒸发器按串联或并联的方式放置在转轮处理侧冷却进风，同时设置一个或多个串/并联的冷凝器用于再生侧加热再生空气，通过一个整体式的热泵同时对处理侧及再生进行温度/湿度调节。
6.现有热泵-转轮系统中这种将蒸发和冷凝侧分别设置在处理和再生侧的方式，不利于系统内部的热量平衡。当处理侧换热量随新风状态变化时，冷凝的再生加热量也会随之变化，而再生温度的变化将改变除湿转轮的除湿性能，热泵的蒸发侧及冷凝侧都会对转轮的除湿状态有不同程度的影响，送风状态很难控制。同时，再生侧的排风温度仍较高，存在较大的排风余热损失。
7.综上，传统单级除湿转轮在处理侧的表冷方案，很大程度上恶化了转轮的除湿能力，更无法对处理侧各部分的冷量进行优化分配；而现有的热泵-转轮除湿系统将热泵技术引入转轮，但其布置方式将转轮处理侧同再生侧耦合在一起，不利于送风状态的控制，在实
际系统运行中存在困难。
8.因此，有待进一步的改进。
技术实现要素：
9.有鉴于此，本发明为克服现有技术中的缺陷提供一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，(1)通过在处理侧添加多个热泵模块代替传统的表冷器，并且增加第二直膨热泵系统模块，可以达到重新分配处理侧的冷量从而降低再生侧再生温度的效果，进而减少再生侧及系统整体功耗，(2)同时在转轮再生侧单独设置加热热泵模块，对转轮处理侧及再生侧空气分别处理，可以实现单独控制，将原单级热泵拆分成多个模块，通过各个模块子系统更加灵活的调整送风状态。(3)通过对模块式直膨热泵系统的切换，还使得系统可以具备多种运行模式，适应更复杂的应用场景。
10.第一直膨热泵系统模块相比传统第一表冷器可以提供更低温度的冷源，增加第一表冷的除湿量以减少转轮的除湿负荷；进一步，通过第二直膨热泵系统模块降低处理侧混风后的空气温度(即降低转轮处理侧的进风温度)，可以增加转轮的除湿效率。因此，在相同出风露点温度的控制目标下，上述两种措施都使得转轮再生温度降低(从传统的120℃下降到80℃或更低)，进而可降低再生功耗。当新风状态改变时，可以通过仅调节第一/第二直膨热泵模块对空气进行处理，不会对再生热泵加热模块产生影响，同样再生温度可以单独调节，便于控制。
11.另一方面，值得指出的是，采用本技术方案的直膨热泵冷却在处理侧代替原表冷，并不增加处理侧的总功耗。第一/第二直膨热泵模块的功耗相比原先第一表冷会有所增加，但是由于处理侧进风温度和转轮再生温度更低，使得转轮处理侧出风温度降低，在同样送风温度的条件下，第三表冷处的热负荷/功耗可以降低。因此本技术方案本质是借助直膨热泵冷却的手段，将第三表冷的一部分显热负荷转移到第一/第二表冷处理空气的潜热/显热负荷，而处理侧负荷总值基本不变。实现了精确控制的基础上对处理侧冷量的优化分配。
12.此外，本技术方案采用主动式的热泵热回收技术，回收再生排风废热，解决了再生区空气流路排风余热浪费的问题，进一步降低再生功耗。
13.本发明可通过以下技术方案实现：
14.一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，包括排风流路和送风流路；所述的排风流路和送风流路上均连接有制冷剂循环，所述的制冷剂循环包括与送风量流路相接的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块；所述的送风流路和排风流路上连接除湿转轮；所述的除湿转轮对应有转轮再生加热热泵模块
15.优选的，所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块分别为相互独立的第一直膨热泵模块、第二直膨热泵模块和第三直膨热泵模块；所述的第一直膨热泵模块具有顺次连接的第一蒸发器、第一压缩机、第一四通换向阀、第一冷凝器和第一节流元件；所述第二直膨模块具有顺次连接的第二蒸发器、第二压缩机、第二四通换向阀、第二冷凝器和第二节流元件；所述的第三直膨热泵模块具有顺次连接的第三蒸发器、第三压缩机、第三四通换向阀、第三冷凝器和第三节流元件。
16.优选的，所述的除湿转轮具有处理区和再生区；所述的第一蒸发器、第二蒸发器、处理区和第三蒸发器依次设置在送风流路上；所述的送风流路还包括设置在首端的第一过
滤器，设置在第一蒸发器和第二蒸发器之间的第二过滤器，设置在处理区和处理区之间的送风风机，以及设置在第三蒸发器之后的送风加热器和第三过滤器。
17.优选的，所述的转轮再生加热热泵模块包括两级覆叠的低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路；所述的低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路之间通过复叠换热器换热式连接；所述的低温级制冷剂环路包括低温级蒸发器、低温级节流元件、低温级过冷器和低温级压缩机；所述的高温级制冷剂环路包括高温级冷凝器，高温级辅助阀，高温级节流元件，高温级经济器，高温级压缩机。
18.优选的，所述的低温级过冷器、高温级冷凝器、再生区和低温级蒸发器依次设置在排风流路上；所述的高温级冷凝器和再生区之间设置有转轮再生电辅热；所述的再生区和低温级蒸发器之间设置有再生风机。
19.优选的，所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块分别为相互独立的第一水冷直膨冷却模块、第二水冷直膨冷却模块和第三水冷直膨冷却模块；所述的第一水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第四蒸发器、第四压缩机、第四四通换向阀、第四水冷换热器和第四节流元件；所述的第二水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第五蒸发器、第五压缩机、第五四通换向阀、第五水冷换热器和第五节流元件；所述的第三水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第六蒸发器、第六压缩机、第六四通换向阀、第六水冷换热器和第六节流元件。
20.优选的，所述的第四蒸发器、第五蒸发器和第六蒸发器依次设置在送风流路上。
21.优选的，所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块的第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器合并成第七冷凝器。
22.优选的，所述的转轮再生加热热泵模块为单级转轮再生加热热泵模块；所述的单级转轮再生加热热泵模块包括顺次连接的第七蒸发器、第七压缩机、冷凝器和第七节流元件。
23.本发明的运行过程如下：
24.在空气侧，送风风机开启，驱动新风引入，流经第一过滤器净化和第一直膨热泵模块初步降温除湿，和回风混合后，再流经第二过滤器净化、第二直膨热泵模块降温，流经除湿转轮的处理区除湿，再通过第三过滤器深度净化，以及第三直膨热泵模块降温和送风加热器调节温度后，将湿度和温度都调节到适宜状态的空气送入锂电车间。再生进风在再生风机的驱动下，经过再生进风过滤器过滤后由转轮再生加热热泵模块加热，后经过除湿转轮的再生区实现转轮再生，使转轮恢复除湿能力。除湿转轮再生后的空气富集了湿气，将其通过再生热泵的蒸发侧，充分回收其余热，提升系统的能量利用率。
25.在制冷剂侧，直膨热泵模块中，低温低压的制冷剂在(第一、第二、第三)蒸发器中蒸发吸热后，被(第一、第二、第三)压缩机吸入压缩成高温高压的制冷剂气体，随后经过(第一、第二、第三)四通换向阀进入(第一、第二、第三)冷凝器后冷凝放热成制冷剂液体，再经过(第一、第二、第三)节流元件节流成低温低压的制冷剂液体，重新回到(第一、第二、第三)蒸发器。转轮再生加热的热泵模块中，两相态制冷剂在低温级蒸发器中蒸发为低温低压的过热气体，被低温级压缩机吸入后压缩为高温高压的制冷剂气体，流出后经过复叠换热器向高温级循环的制冷剂散热，并进一步在低温级过冷器中向流经的空气散热，形成较大的过冷度，转换为制冷剂过冷液体后，流经低温级节流元件节流，重新形成低温低压的两相态制冷剂，回到低温蒸发器中，构成低温级制冷剂循环。与此同时，两相态制冷剂在复叠换热
器中从低温级循环的制冷剂中吸热成为过热气体，被高温级压缩机吸入后压缩成为高温高压的制冷剂气体，流出后经过高温级冷凝器散热，此后一分为二，大部分经过高温级经济器进一步过冷并流经高温级节流元件节流后，重新成为两相态制冷剂，回到复叠蒸发器中；另外少部分经高温级辅助阀节流到中间压力，流经高温级经济器的另一通道使主流制冷剂过冷，其自身吸热成为过热气体后，从高温级压缩机的补气口流入，和复叠蒸发器流入压缩机吸气口压缩到中间压力的制冷剂混合，构成高温级制冷剂循环。
26.通过对(第一、第二、第三)直膨热泵模块的切换，本发明具备多种运行模式，可以满足多种环境工况。具体包括至少以下4种模式：
27.1.低新风比夏季除湿模式
28.本发明的低新风比夏季除湿模式，适用于夏季新风除湿工况下运行，通过第一/第二/第三直膨热泵模块进行冷量的分配调整，同时本实施例尤其适合新风占比较小的情形。
29.本发明在低新风比夏季除湿模式下，部件状态为：第一/第二/第三直膨热泵模块开启，再生加热热泵模块开启，新风经过第一级过滤器过滤、第一直膨热泵系统模块降温除湿后与回风混合，再经过第二级过滤器，第二直膨热泵模块降温后送入转轮处理侧，由于新风比例较小时，流经第一直膨冷却系统的处理风量较小，由于蒸发温度不能过低以避免结霜，此时除湿量较小。因此第二直膨冷却系统不可或缺，转轮除湿后经过第三直膨热泵模块冷却至设定温度排出。再生侧再生加热热泵模块用于加热再生空气并回收排风热量。
30.本模式中第二直膨热泵模块用于进一步降低转轮处理进风的温度，从而提升转轮除湿效率，可以采用更低的再生温度，降低再生功耗。且转轮处理进口更低的温度使得出风温度也降低，第三表冷/第三直膨热泵模块的功耗可以降低，因此处理侧总功耗变化不大。三个热泵模块实现了处理侧冷量的优化分配，而再生加热热泵独立对再生加热温度进行调节，不干扰处理侧，对送风状态可实现更加精确的控制。
31.2.高新风比夏季除湿模式
32.本发明的高新风比夏季除湿模式，适用于夏季新风除湿工况下运行，同时本发明尤其适合新风占比较高的情形。其系统原理与低新风比夏季除湿模式类似。区别在于关停了第二直膨热泵模块(当确定系统始终运行在高新风比例情形下，也可以直接在系统结构中取消)。
33.本发明在高新风比夏季除湿模式下，部件状态为：第一/第三直膨热泵模块开启，再生加热热泵模块开启，新风经过第一级过滤器过滤、第一直膨热泵模块降温除湿后与回风混合，直接送入转轮处理侧除湿后经过第三直膨热泵模块冷却送出。再生侧再生加热热泵模块用于加热再生空气并回收排风热量。
34.本模式中关停了第二直膨热泵模块，面向新风比例较高的应用场景。新风比例较高时，流经第一直膨热泵模块的风量更多，第一直膨热泵模块可以处理更多的湿负荷，且处理后的风温也较低，再与车间回风混合后，混合后风温并不会升高很多。由于处理侧进口空气的温/湿度已经较低，因此无需再中间冷却。
35.3.冬季加热模式
36.本发明的冬季加热模式，适用于冬季湿度较低工况下运行，其系统原理与低新风比夏季除湿模式类似，区别在于将第一/第二/第三直膨热泵模块中的四通换向阀换向，原空气回路中的蒸发器现作为冷凝器加热空气，原直膨冷却模块中冷凝器作为蒸发器吸收大
气中的热量，同时由于新风含湿量较低，不需要进一步的除湿，转轮停止转动。
37.本发明在冬季加热模式下，部件状态为：第一/第二/第三直膨热泵模块可以按需开启，应对不同负荷。四通换向阀换向。再生加热热泵模块关闭，再生风机停止运行。新风经过第一级过滤器过滤后，当需要的加热负荷较小时，可以仅开一台直膨热泵模块，对新风进行加热。加热负荷较大时，最高可以同时开启三台直膨热泵模块，对新风进行加热后送出。
38.本模式适用于冬季工况，冬季空气的含湿量较低，无需进行除湿的工况下，除湿转轮可以停止运行，仅开启处理侧热泵模块对新风进行加热，因此也无需加热再生空气，再生侧可以停止运行。此模式可根据实际系统运行要求调节，可实现在冬季工况含湿量较低的情况下仅对新风加热，达到降低能耗，且多工况调节的效果。
39.4、冬季除湿模式
40.本发明的冬季除湿模式，适用于冬季湿度较高，需要进行除湿下的工况运行，其系统原理为：为避免转轮进风温度过低导致结冰无法运行，将第一直膨热泵模块中的四通换向阀换向，原空气回路中的蒸发器现作为冷凝器加热新风后，再送入转轮进行除湿，并且可以按照送风状态需求开启第三直膨热泵模块。
41.本发明在冬季除湿模式下，部件状态为：第二直膨热泵模块关闭，再生加热热泵模块开启，新风经过第一级过滤器过滤，第一直膨热泵模块加热后，送入转轮处理侧除湿。当转轮出口空气温度较高时可以开启第三直膨热泵模块，对处理出口的空气进行冷却；当转轮处理侧出口空气温度低于所需送风温度时，可以反转第三直膨热泵模块的四通换向阀，对送风加热以达到送风状态要求。再生侧再生加热热泵模块用于加热再生空气并回收排风热量。
42.本模式适用于冬季工况下含湿量仍较高的情况下，由于温度较低，直接进入转轮可能导致结冰，开启第一直膨热泵系统模块对新风进行加热，再通过转轮进行除湿，由于该工况下转轮处理侧出风温度与含湿量有关可在根据送风温度设定值调节转轮处理后空气的温度，实现更加灵活的调节。
43.本发明的实施例还包含将第一/第二/第三直膨热泵系统模块的冷凝器改成水冷换热器，水侧与室外冷却塔连接。直膨热泵模块中的制冷剂在冷凝侧与冷却水换热，排出直膨热泵系统中的热量。
44.本发明的实施例还包括将将第一/第二/第三直膨热泵系统模块的冷凝器合并成单个冷凝器，该实施例简化了结构，降低了制造成本。
45.本发明的实施例还包括将再生加热热泵系统的形式由改进的双级复叠系统变为单级热泵系统。由于处理侧仍采用第一、二、三直膨热泵系统模块进行冷量的优化分配，转轮的再生加热温度被降低至只需约80℃，通过单级热泵可以将空气加热到75℃，再搭配少量的电辅热即可满足再生温度需求。该实施例结构简单，控制方便，系统成本大大降低。
46.本发明的有益效果在再生温度需120℃或更高的传统除湿转轮的应用场景下非常明显，采用本技术方案可显著降低其再生温度(80℃或更低)。具体来说，和现有技术相比，本发明具有以下结构特征和有益效果：
47.1、本发明采用的第一/第二直膨热泵模块互相配合，相比传统单级除湿转轮系统具备更强的湿/热处理能力，降低了转轮负荷，提升了转轮除湿效率。第一直膨热泵系统模块较传统表冷器的冷源温度更低，在进入除湿转轮之前就可以除去更多的湿；第二直膨热
泵系统模块降低了处理侧空气进风的温度。这些都使得除湿转轮可以采用远低于传统方案的再生温度(从120℃下降到80℃)，再生侧以及整体的能耗降低。
48.2、本发明的第一、第二、第三直膨热泵模块，实现了处理侧冷量的重新优化分配。第一/第二直膨热泵模块的应用使得转轮处理进风温度降低，再生温度降低，因而转轮出风温度下降，从而第三表冷处需要提供的冷量较传统方案大幅下降。处理侧第一/第二/第三表冷三者之和的总冷量/总功耗变化不大，但是实现了更优的分配。
49.3、本发明设置有多个模块式的热泵子系统，可以分别进行控制，达到单独调节处理侧及再生侧空气状态的效果，控制更加精准。解决了现有热泵-转轮系统中转轮两侧出现的热量不平衡问题。
50.4、本发明通过对模块式直膨热泵的切换，还使得系统具备低新风比夏季除湿模式、高新风比夏季除湿模式、冬季加热模式以及冬季除湿模式等多种运行模式，适应更复杂的应用场景。
51.5、本发明再生侧采用蒸汽压缩式热泵模块，实现再生排风的主动式高效余热回收，使再生能耗实现大幅度的降低。
52.6、本发明通过对处理侧冷量的优化分配，使得再生温度大幅降低至80℃或更低，还可以采用常规单级热泵(例如使用制冷剂r134a)搭配极少量电辅热即可实现再生，而不再需要实现120℃再生温度的高温热泵。系统成本降低，结构简单，控制稳健。
附图说明
53.图1为传统单级转轮除湿机的结构示意图。
54.图2为本发明实施例1中除湿模式1的结构示意图。
55.图3为本发明实施例1中除湿模式2的结构示意图。
56.图4为本发明实施例2的结构示意图。
57.图5为本发明实施例3的结构示意图。
58.图6为本发明实施例4的结构示意图。
59.图中：1为新风，2为第一过滤器，3为第一直膨热泵模块(包括3-1为第一蒸发器，3-2为第一压缩机，3-3为第一四通换向阀，3-4为第一冷凝器，3-5为第一节流原件)，4为回风，5为第二过滤器，6为第二直膨热泵模块(包括6-1为第二蒸发器，6-2为第二压缩机，6-3为第二四通换向阀，6-4为第二冷凝器，6-5为第二节流元件)，7为除湿转轮(包括7-1为处理区，7-2为再生区)，8.送风风机，9.第三直膨热泵模块(包括9-1为第三蒸发器，9-2为第三压缩机，9-3为第三四通换向阀，9-4为第三冷凝器，9-5为第三节流原件)，10.送风加热器，11为第三过滤器，12为送风，13为再生进风，14为再生进风过滤器，15为转轮再生加热热泵模块(包括15-1为低温级蒸发器，15-2为低温级节流元件，15-3为低温级过冷器，15-4为高温级冷凝器，15-5为高温级辅助阀，15-6为高温级节流元件，15-7为高温级经济器，15-8为高温级压缩机，15-9为复叠换热器，15-10为低温级压缩机)，16.转轮再生电辅热，17为再生风机，18为排风，19为第一表冷器，20为第二表冷器，21为单级转轮再生加热热泵模块(包括21-1为第七蒸发器，21-2为第七压缩机，21-3为冷凝器，21-4为第七节流元件)，22.第一水冷直膨冷却模块(包括22-1为第四蒸发器，22-2为第四压缩机，22-3为第四四通换向阀，22-4为第四水冷换热器，22-5为第四节流原件)，23.第二水冷直膨冷却模块(包括23-1为第五
蒸发器，23-2为第五压缩机，23-3为第五四通换向阀，23-4为第五水冷换热器，23-5为第五节流原件)，24.第三水冷直膨冷却模块(包括24-1为第六蒸发器，24-2为第六压缩机，24-3为第六四通换向阀，24-4为第六水冷换热器，24-5为第六节流原件)，25.冷却塔，26.第七冷凝器。
具体实施方式
60.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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
61.包括技术和科学术语的在这里使用的术语具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，只要不是不同地限定该术语。应当理解在通常使用的词典中限定的术语具有与现有技术中的术语的含义一致的含义。
62.实施例一
63.参见图2，一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，包括排风流路和送风流路；所述的排风流路和送风流路上均连接有制冷剂循环，所述的制冷剂循环包括与送风量流路相接的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块；所述的送风流路和排风流路上连接除湿转轮；所述的除湿转轮对应有转轮再生加热热泵模块。
64.进一步的说，所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块分别为相互独立的第一直膨热泵模块3、第二直膨热泵模块6和第三直膨热泵模块9；所述的第一直膨热泵模块3具有顺次连接的第一蒸发器3-1、第一压缩机3-2、第一四通换向阀3-3、第一冷凝器3-4和第一节流元件3-5；所述第二直膨模块6具有顺次连接的第二蒸发器6-1、第二压缩机6-2、第二四通换向阀6-3、第二冷凝器6-4和第二节流元件6-5；所述的第三直膨热泵模块9具有顺次连接的第三蒸发器9-1、第三压缩机9-2、第三四通换向阀9-3、第三冷凝器9-4和第三节流元件9-5。
65.进一步的说，所述的除湿转轮7具有处理区7-1和再生区7-2；所述的第一蒸发器3-1、第二蒸发器6-1、处理区7-1和第三蒸发器9-1依次设置在送风流路上；所述的送风流路还包括设置在首端的第一过滤器2，设置在第一蒸发器3-1和第二蒸发器6-1之间的第二过滤器5，设置在处理区7-1和第三蒸发器9-1之间的送风风机8，以及设置在第三蒸发器9-1之后的送风加热器10和第三过滤器11。
66.进一步的说，所述的转轮再生加热热泵模块15包括两级覆叠的低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路；所述的低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路之间通过复叠换热器15-9换热式连接；所述的低温级制冷剂环路包括低温级蒸发器15-1、低温级节流元件15-2、低温级过冷器15-3和低温级压缩机15-10；所述的高温级制冷剂环路包括高温级冷凝器15-4，高温级辅助阀15-5，高温级节流元件15-6，高温级经济器15-7，高温级压缩机15-8。
67.进一步的说，所述的低温级过冷器15-3、高温级冷凝器15-4、再生区7-2和低温级蒸发器15-1依次设置在排风流路上；所述的高温级冷凝器15-4和再生区7-2之间设置有转轮再生电辅热16；所述的再生区7-2和低温级蒸发器15-1之间设置有再生风机17。
68.本实施例的工作原理如下：在送风风机8的驱动下，引入新风1，依次流经第一过滤
器2、第一直膨热泵模块3，与回风4混合后，再流经第二过滤器5和第二直膨热泵模块6进一步处理，处理后的空气经过除湿转轮的处理区7-1、第三直膨热泵系统模块9、送风加热器10、第三过滤器11后，送入锂电车间；排风流路，在再生风机17的驱动下，引入再生进风13，流经再生进风过滤器14、转轮再生加热热泵模块15的低温级过冷器15-3、高温级冷凝器15-4、再生电辅热16后，流经转轮处理侧7-2，最后经过转轮再生加热热泵模块的低温级蒸发器15-1后排出。
69.本实施例的制冷剂环路包括第一直膨热泵模块3、第二直膨热泵模块6和第三直膨热泵模块9，三者都是典型的直膨冷却系统，由蒸发器3-1(6-1、9-1)，压缩机3-2(6-2、9-2)，四通换向阀3-3(6-3、9-3)，冷凝器3-4(6-4、9-4)和节流元件3-5(6-5、9-5)顺次连接而成。本实施例的制冷剂环路还包括转轮再生加热热泵模块15，其采用改进的两级复叠系统，包括低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路，低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路通过中间复叠换热器15-9实现换热式连接。其中，低温级制冷剂环路由低温级蒸发器15-1，低温级压缩机15-10，复叠换热器15-9的制冷剂冷凝侧通道，低温级过冷器15-3和低温级节流元件15-2顺次连接而成。高温级制冷剂环路由复叠换热器15-9的制冷剂蒸发侧通道，高温级压缩机15-8，高温级冷凝器15-4，高温级经济器15-7和高温级节流元件15-6顺次连接而成。高温级制冷剂环路还包括中间补气支路，对应的高温级压缩机15-8采用带中间补气口的喷气增焓式压缩机，该补气支路中，由高温级经济器15-7出口的制冷剂分流一部分后，经过高温级辅助阀15-5初步节流后，再流经高温级经济器15-7的另一制冷剂通道，最后从高温级压缩机15-8的中间补气口汇入。
70.本实施例的空气流路和制冷剂环路存在换热式连接，第一直膨热泵模块3、第二直膨热泵模块6和第三直膨热泵模块9通过蒸发器3-1(6-1、9-1)依次与流经转轮处理侧7-1的空气进行换热。转轮再生加热热泵模块15中的低温级过冷器15-3和高温级冷凝器15-4依次放置于除湿转轮再生区7-2的再生空气入口处，低温级蒸发器15-1放置于除湿转轮再生区7-2的空气出口。
71.本实施例中，第一过滤器2采用初效或中效过滤器，第二过滤器5和第三过滤器11采用中效或高效过滤器。
72.本实施例中，送风加热器10在除湿转轮7处理侧出口的空气温度过低时开启，用于保证合适的送风温度。转轮再生电辅热16在再生加热的热泵系统模块15出现故障时作为备用。
73.本实施例中，第一直膨热泵模块3的第一节流元件3-5、第二直膨热泵模块6的第二节流元件6-5、第三直膨热泵模块9的第三节流元件9-5、低温级节流元件15-2、高温级节流元件15-6和高温级辅助阀15-5，优选电子膨胀阀，以实现更高精度的控制。
74.本实施例在运行过程中，在空气侧，送风风机8开启，驱动新风1引入，流经第一过滤器2净化和第一直膨热泵模块3初步降温除湿后，和回风4混合，再流经第二过滤器5净化、第二直膨热泵模块6降温，流经除湿转轮的处理区7-1除湿，再经过第三直膨热泵模块9和送风加热器10调节温度后，最后经过第三过滤器11，深度过滤后将湿度和温度都调节到适宜状态的空气12送入锂电车间。再生进风13在再生风机17的驱动下，流经再生进风过滤器14，被转轮再生热泵加热模块15的冷凝侧加热，经过除湿转轮的再生区7-2实现转轮再生，恢复其除湿能力。除湿转轮7再生后的空气富集了湿气，将其通过再生热泵15的蒸发侧，充分回
收其余热，提升系统的能量利用率。
75.本实施例在运行过程中，在制冷剂侧，直膨热泵系统模块3/6/9中，低温低压的制冷剂在蒸发器3-1(6-1，9-1)中蒸发吸热后，被压缩机3-2(6-2，9-2)吸入压缩成高温高压的制冷剂气体，随后经四通换向阀3-3(6-3，9-3)进入冷凝器3-4(6-4，9-4)后冷凝放热成制冷剂液体，再经过节流元件3-5(6-5，9-5)节流成低温低压的制冷剂液体，重新回到蒸发器3-1(6-1，9-1)中，构成制冷剂循环。转轮再生加热的热泵模块15中，两相态制冷剂在低温级蒸发器15-1中蒸发为低温低压的过热气体，被低温级压缩机15-10吸入后压缩为高温高压的制冷剂气体，流出后经过复叠换热器15-9向高温级循环的制冷剂散热，并进一步在低温级过冷器15-3中向流经的空气散热，形成较大的过冷度，转换为制冷剂过冷液体后，流经低温级节流元件15-2节流，重新形成低温低压的两相态制冷剂，回到低温蒸发器15-1中，构成低温级制冷剂循环。与此同时，两相态制冷剂在复叠换热器15-9中从低温级循环的制冷剂中吸热成为过热气体，被高温级压缩机15-8吸入后压缩成为高温高压的制冷剂气体，流出后经过高温级冷凝器15-4散热，流出后一分为二，大部分经过高温级经济器15-7进一步过冷并流经高温级节流元件15-6节流后，重新成为两相态制冷剂，回到复叠蒸发器15-9中；另外少部分经高温级辅助阀15-5节流到中间压力，流经高温级经济器15-7的另一通道使主流制冷剂过冷，其自身吸热成为过热气体后，从高温级压缩机15-8的补气口流入，和复叠蒸发器15-9流入压缩机吸气口压缩到中间压力的制冷剂混合，构成高温级制冷剂循环。
76.本实施例中第一/第二/第三直膨热泵模块3/6/9中的压缩机3-2/6-2/9-2采用变频压缩机，可进行容量的无级调节。
77.通过对模块式直膨热泵系统的切换，本实施例具备多种运行模式，可以满足多种环境工况。具体包括至少以下4种模式：
78.1.低新风比夏季除湿模式(参见图2)
79.本实施例的低新风比夏季除湿模式，适用于夏季新风除湿工况下运行，通过第一/第二/第三直膨热泵系统模块进行冷量的分配调整，同时本实施例尤其适合新风占比较小的情形。
80.本实施例在低新风比夏季除湿模式下，部件状态为：第一/第二/第三直膨热泵模块3/6/9开启，再生加热热泵系统模块15开启，新风经过第一级过滤器过滤2、第一直膨热泵模块3降温除湿后与回风4混合，再经过第二级过滤器5，第二直膨热泵模块6降温后送入转轮处理侧，由于新风比例较小时，流经第一直膨冷却系统的处理风量较小，由于蒸发温度不能过低以避免结霜，此时除湿量较小。因此第二直膨冷却系统不可或缺，转轮除湿后经过第三直膨热泵模块9冷却至设定温度排出。再生侧再生加热热泵模块15用于加热再生空气并回收排风热量。
81.本模式中第二直膨热泵模块用于进一步降低转轮处理进风的温度，从而提升转轮除湿效率，可以采用更低的再生温度，降低再生功耗。且转轮处理进口更低的温度使得出风温度也降低，第三表冷/第三直膨热泵模块的功耗可以降低，因此处理侧总功耗变化不大。三个热泵模块实现了处理侧冷量的优化分配，而再生加热热泵独立对再生加热温度进行调节，不干扰处理侧，对送风状态可实现更加精确的控制。
82.2.高新风比夏季除湿模式(参见图3)
83.本实施例的高新风比夏季除湿模式，适用于夏季新风除湿工况下运行，同时本实
施例尤其适合新风占比较高的情形。其系统原理与模式1类似。区别在于关停了第二直膨热泵模块6(当确定系统始终运行在高新风比例情形下，也可以直接在系统结构中取消)。
84.本实施例在高新风比夏季除湿模式下，部件状态为：第一/第三直膨热泵系统模块3/9开启，再生加热热泵模块15开启，新风经过第一级过滤器过滤2、第一直膨热泵系统模块3降温除湿后与回风4混合，直接送入转轮处理侧除湿后经过第三直膨热泵模块9冷却送出。再生侧再生加热热泵模块15用于加热再生空气并回收排风热量。
85.本模式中关停了第二直膨热泵系统模块，面向新风比例较高的应用场景。新风比例较高时，流经第一直膨热泵模块的风量更多，第一直膨热泵模块可以处理更多的湿负荷，且处理后的风温也较低，再与车间回风混合后，混合后风温并不会升高很多。由于处理侧进口空气的温/湿度已经较低，因此无需再中间冷却。
86.3.冬季加热模式(参见图2)
87.本实施例的冬季加热模式，适用于冬季湿度较低工况下运行，其系统原理与模式1类似，区别在于将第一/第二/第三直膨热泵模块3/6/9中的四通换向阀3-3/6-3/9-3换向，原空气回路中的蒸发器3-1/6-1/9-1现作为冷凝器加热空气，原直膨冷却模块中冷凝器3-4/6-4/9-4作为蒸发器吸收大气中的热量，同时由于新风含湿量较低，不需要进一步的除湿，转轮停止转动。
88.本实施例在冬季加热模式下，部件状态为：第一/第二/第三直膨热泵模块3/6/9可以按需开启，应对不同负荷。四通换向阀3-3/6-3/9-3换向。再生加热热泵系统模块15关闭，再生风机17停止运行。新风经过第一级过滤器2过滤后，当需要的加热负荷较小时，可以仅开一台直膨热泵模块，对新风进行加热。加热负荷较大时，最高可以同时开启三台直膨热泵模块，对新风进行加热后送出。
89.本模式适用于冬季工况，冬季空气的含湿量较低，无需进行除湿的工况下，除湿转轮可以停止运行，仅开启处理侧热泵模块对新风进行加热，因此也无需加热再生空气，再生侧可以停止运行。此模式可根据实际系统运行要求调节，可实现在冬季工况含湿量较低的情况下仅对新风加热，达到降低能耗，且多工况调节的效果。
90.4、冬季除湿模式(参见图2)
91.本实施例的冬季除湿模式，适用于冬季湿度较高，需要进行除湿下的工况运行，其系统原理为：为避免转轮进风温度过低导致结冰无法运行，将第一直膨热泵模块3中的第一四通换向阀3-3换向，原空气回路中的第一蒸发器3-1现作为冷凝器加热新风后，再送入转轮7进行除湿，并且可以按照送风状态需求开启第三直膨热泵模块9。
92.本实施例在冬季除湿模式下，部件状态为：第二直膨热泵模块6关闭，再生加热热泵模块15开启，新风经过第一级过滤器2过滤，第一直膨热泵模块3加热后，送入转轮处理侧除湿。当转轮出口空气温度较高时可以开启第三直膨热泵模块9，对处理出口的空气进行冷却；当转轮处理侧出口空气温度低于所需送风温度时，可以反转第三直膨热泵模块9的第三四通换向阀9-3，对送风加热以达到送风状态要求。再生侧再生加热热泵模块15用于加热再生空气并回收排风热量。
93.本模式适用于冬季工况下含湿量仍较高的情况下，由于温度较低，直接进入转轮可能导致结冰，开启第一直膨热泵模块3对新风进行加热，再通过转轮进行除湿，由于该工况下转轮处理侧出风温度与含湿量有关可在根据送风温度设定值调节转轮处理后空气的
温度，实现更加灵活的调节。
94.实施例二
95.参见图4，第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块分别为相互独立的第一水冷直膨冷却模块22、第二水冷直膨冷却模块23和第三水冷直膨冷却模块24；所述的第一水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第四蒸发器22-1、第四压缩机22-2、第四四通换向阀22-3、第四水冷换热器22-4和第四节流元件22-5；所述的第二水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第五蒸发器23-1、第五压缩机23-2、第五四通换向阀23-3、第五水冷换热器23-4和第五节流元件23-5；所述的第三水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第六蒸发器24-1、第六压缩机24-2、第六四通换向阀24-3、第六水冷换热器24-4和第六节流元件24-5。
96.进一步的说，所述的第四蒸发器、第五蒸发器和第六蒸发器依次设置在送风流路上。
97.本实施例的结构参见图4，其系统原理与实施例1类似，区别在于在转轮处理侧的第一/第二/第三直膨热泵系统模块3/6/9改成了第一/第二/第三水冷直膨冷却系统模块22/23/24，模块冷凝侧采用水冷冷却，使用冷却塔25散热。
98.本实施例处理侧的第一/第二/第三水冷直膨热泵系统模块，采用了冷凝侧水冷的换热结构，利用冷却塔结构提供的冷水与直膨系统模块中的冷凝侧进行换热，可以使得处理侧的各个模块结构都在室内，无需同室外空气换热，提升了系统的稳定性，同时系统结构也更加紧凑。
99.实施例三
100.参见图5，其系统原理与实施例1类似，区别在于将转轮处理侧的热泵冷凝侧的第一冷凝器3-4、第二冷凝器6-4和第三冷凝器9-4，合并成第七冷凝器26。简化了系统结构，降低了制造成本。本实施例同时具备实施例1中的低新风比夏季除湿模式、高新风比夏季除湿模式，冬季加热模式以及冬季除湿模式。
101.本实施例在实施例1的基础上将三个直膨模块的冷凝侧的换热器合并成单个换热器。因直膨模块的冷凝侧与室外空气进行换热，三个模块的冷凝温度差别不大，因此可以合并成单个换热器。在结构上，本实施例的结构更加的简单，成本也更低。
102.实施例四
103.参见图6，其系统原理与实施例1类似，区别在于在转轮的再生加热侧将转轮再生加热热泵系统模块由改进的两级复叠系统15，改成单级热泵系统21。系统结构得到简化，制造成本降低。本实施例同时具备实施例1中的低新风比夏季除湿模式、高新风比夏季除湿模式，冬季加热模式以及冬季除湿模式。
104.本实施例中处理侧的第一直膨热泵系统模块及第二直膨热泵系统模块降低了转轮处理侧入口空气的湿度及温度，降低了转轮的负荷，提升了转轮的除湿效率，同时降低了转轮的再生加热温度，因此可将原两级覆叠系统改为仅采用单级热泵系统，单级再生加热热泵系统模块最高可将空气加热至75℃(例如r134a单级热泵系统)，再加少量电辅热，即可加热到优化转轮处理侧冷量分配后转轮所需的再生温度，大幅度降低了生产制造的成本。
105.最后说明的是，以上实施例仅以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发
明的权利要求范围当中。
技术特征：
1.一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，包括排风流路和送风流路；所述的排风流路和送风流路上均连接有制冷剂循环，其特征在于：所述的制冷剂循环包括与送风流路相接的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块；所述的送风流路和排风流路上连接除湿转轮；所述的除湿转轮对应有转轮再生加热热泵模块。2.根据权利要求1所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块分别为相互独立的第一直膨热泵模块、第二直膨热泵模块和第三直膨热泵模块；所述的第一直膨热泵模块具有顺次连接的第一蒸发器、第一压缩机、第一四通换向阀、第一冷凝器和第一节流元件；所述第二直膨模块具有顺次连接的第二蒸发器、第二压缩机、第二四通换向阀、第二冷凝器和第二节流元件；所述的第三直膨热泵模块具有顺次连接的第三蒸发器、第三压缩机、第三四通换向阀、第三冷凝器和第三节流元件。3.根据权利要求2所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的除湿转轮具有处理区和再生区；所述的第一蒸发器、第二蒸发器、处理区和第三蒸发器依次设置在送风流路上；所述的送风流路还包括设置在首端的第一过滤器，设置在第一蒸发器和第二蒸发器之间的第二过滤器，设置在处理区和第三蒸发器之间的送风风机，以及设置在第三蒸发器之后的送风加热器和第三过滤器。4.根据权利要求3所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的转轮再生加热热泵模块包括两级覆叠的低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路；所述的低温级制冷剂环路和高温级制冷剂环路之间通过复叠换热器换热式连接；所述的低温级制冷剂环路包括低温级蒸发器、低温级节流元件、低温级过冷器和低温级压缩机；所述的高温级制冷剂环路包括高温级冷凝器，高温级辅助阀，高温级节流元件，高温级经济器，高温级压缩机。5.根据权利要求4所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的低温级过冷器、高温级冷凝器、再生区和低温级蒸发器依次设置在排风流路上；所述的高温级冷凝器和再生区之间设置有转轮再生电辅热；所述的再生区和低温级蒸发器之间设置有再生风机。6.根据权利要求1所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块分别为相互独立的第一水冷直膨冷却模块、第二水冷直膨冷却模块和第三水冷直膨冷却模块；所述的第一水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第四蒸发器、第四压缩机、第四四通换向阀、第四水冷换热器和第四节流元件；所述的第二水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第五蒸发器、第五压缩机、第五四通换向阀、第五水冷换热器和第五节流元件；所述的第三水冷直膨冷却模块具有顺次连接的第六蒸发器、第六压缩机、第六四通换向阀、第六水冷换热器和第六节流元件。7.根据权利要求6所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的第四蒸发器、第五蒸发器和第六蒸发器依次设置在送风流路上。8.根据权利要求1所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块的第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器合并成第七冷凝器。9.根据权利要求1所述的一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，其特征在于：所述
的转轮再生加热热泵模块为单级转轮再生加热热泵模块；所述的单级转轮再生加热热泵模块包括顺次连接的第七蒸发器、第七压缩机、冷凝器和第七节流元件。
技术总结
本发明涉及一种模块式直膨热泵驱动的高效除湿系统，包括排风流路和送风流路；排风流路和送风流路上均连接有制冷剂循环，制冷剂循环包括与送风量流路相接的第一直膨模块、第二直膨模块和第三直膨模块；送风流路和排风流路上连接除湿转轮；所述的除湿转轮对应有转轮再生加热热泵模块。本发明通过在处理侧添加多个热泵模块代替传统的表冷器，并且增加第二直膨模块，可以达到重新分配处理侧的冷量从而降低再生侧再生温度的效果，进而减少再生侧及系统整体功耗；同时在转轮再生侧单独设置加热热泵模块，对转轮处理侧及再生侧空气分别处理，可以实现单独控制；通过对模块式直膨热泵系统的切换，还使得系统可以具备多种运行模式，适应更复杂的应用场景。更复杂的应用场景。更复杂的应用场景。
