一种多模式热泵烤烟系统及其控制方法

技术领域

本发明属于热泵烤烟技术领域，具体涉及一种多模式热泵烤烟系统及其控制方法。

背景技术

热泵干燥系统具有除湿速度快、效率高、能耗低的优点，可大幅降低烘干能耗，减少污染物和温室气体排放，且能够提高产品烘烤质量，已在烟草烘干领域得到了广泛的应用，取得了良好的社会和经济效益。热泵烤烟系统按照空气循环形式可分为开式系统、闭式系统以及半开式系统。

开式系统只能对空气进行一次利用，从环境中吸入的新风经冷凝器加热后直接送入烤烟房，与烟叶进行换热换湿作业后直接排放到环境中，优点是系统结构简单、体积小、成本低，缺点是吸入的新风受环境空气温湿度影响较大，而且从烤烟室排出的高温空气所携带的热量将直接排放在空气中，能量利用率低，烘烤能耗高。闭式系统则将烤房种的空气在完全封闭的循环通道中循环利用，烤烟房中排出的高温高湿空气由蒸发器除湿处理后，再由冷凝器加热后重新送回烤烟房内与烟叶进行换热换湿作业，闭式系统不从外界环境中引入新风，也不向外界环境中排放废气，不存在新风热负荷，所以能耗最低，但该系统由于压缩机功率的持续输入，烤房温度会不断升高，不利于烤房内温度的精确控制。半开式系统将部分烤烟房中排出的回风与从外界引入的新风进行混合，再经由冷凝器加热后送入室内，半开式系统可回收回风中的部分热量，相较于开式系统更加节能，相较于闭式系统可有效实现烤房内的温度控制，但是回风中含湿量较大，增大了混合空气中的含湿量，会降低了系统内的除湿效率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有多种工作模式的热泵烤烟系统及其控制方法，通过控制压缩机转速、四通换向阀方向、电子膨胀阀开度从而有效控制制冷剂的流向和流量，实现多种工作模式的切换，达到精准控制烤房内温湿度的目的，既更有效回收回风热量，降低烤烟能耗，又能达到烤烟的工艺要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多模式热泵烤烟系统包括控制器和与控制器相连的变频压缩机、四通换向阀、室外换热器、设在换热风箱内部的室内换热器、传感器组；所述换热风箱的进口处设有可调式风门，出口处设有变频风机。

所述换热风箱内部通过独立分割设有第一风腔和第二风腔，所述第一风腔和第二风腔的进口和出口均连通在一起；所述室内换热器包括分别对应设在第一风腔和第二风腔内的第一室内换热器和第二室内换热器。

进一步地，所述变频压缩机的出口连接四通换向阀的第一连接口，四通换向阀的第二连接口连接室外换热器的一端，第三连接口连通变频压缩机的进口，第四连接口连接第二室内换热器的一端；所述室外换热器的另一端分别连接第一室内换热器的一端和第一单向阀的进口，第一单向阀的出口分别连接电子膨胀阀一端和第二单向阀的进口，第二单向阀的出口连接在第一室内换热器的另一端上，电子膨胀阀的另一端连接在第二室内换热器的另一端；所述传感器组包括设在换热风箱出口的第一温湿传感器、换热风箱进口的第二温湿传感器、烤房环境中的第三温湿传感器以及设在与变频压缩机的进气口相连管道上的温度压力传感器，传感器组采集的数据信号传递至控制器；控制器根据实际工况对变频压缩机、变频风机、电子膨胀阀和可调风门进行控制。

基于上述多模式热泵烤烟系统，本发明还提出了上述系统的控制方法，具体实现步骤为：

1)根据烤烟不同过程需求，多模式热泵烤烟系统开启之后，通过控制器设置烤烟室内空气的目标温度t

2)通过控制器设置不同工作模式下的烤烟室内温升或温降速率上限值dt

3)机组工作过程中第三传感器实时检测烤烟室内当前的空气温度t

4)热泵烤烟系统运行期间，对比累计工作时间τ与系统预设检测时间间隔τ

其中，步骤3)中根据控制器的判断结果，系统选择执行对应的升温模式、升温除湿模式、除湿模式或者调温除湿模式，具体为：

31)若t

32)若t

33)若-Δt

34)若t

35)若t

其中，所述实际温升或温降速率dt为每个调节周期τ

其中，q为流过换热风箱的空气质量流量，单位为m

所述实际除湿速率

其中

其中，步骤31)中根据实际温升速率dt对比目标温升速率上限值dt

若dt＞dt

若dt＜dt

若dt

其中，步骤32)中根据实际除湿速率

若

若

若dt＞dt

其中，步骤33)中根据计算蒸发温度t

若t

若t

若

其中，步骤35)中根据实际除湿速率

若

若

若dt＞dt

本发明具有的有益效果为：

针对现有热泵烤烟系统中，开式系统能量利用率低，能耗高，闭式系统无法有效控制烤房温度，而半开式系统除湿效率低的缺点，本发明所提出的多模式热泵烤烟系统吸收三种系统的优点，摈弃其缺点，具备多种工作模式，既更有效回收回风热量，降低烤烟能耗，又能达到烤烟的工艺要求，可实现高效除湿，且精确控制烤房温度的目的。

附图说明

图1为本发明多模式热泵烤烟系统的结构示意图；

图2位本发明控制方法的逻辑框图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供一种具有多模式热泵烤烟系统包括控制器305和与控制器305相连的变频压缩机101、四通换向阀102、室外换热器103、设在换热风箱201内部的室内换热器、传感器组等。

换热风箱201包括两个独立的风腔，中间完全隔断，其内部独立分割成第一风腔204和第二风腔205，两个风腔的进口和出口均连通在一起。换热风箱的进口处设有可调式风门202，出口处设有变频风机203；室内换热器包括分别对应设在第一风腔204和第二风腔205内的第一室内换热器106和第二室内换热器107；变频压缩机101的出口连接四通换向阀102的第一连接口102-1，四通换向阀102的第二连接口102-2连接室外换热器103的一端，第三连接口102-3连通变频压缩机101的进口，第四连接口102-4连接第二室内换热器107的一端；室外换热器103的另一端分别连接第一室内换热器106的一端和第一单向阀104的进口，第一单向阀104的出口分别连接电子膨胀阀108一端和第二单向阀105的进口，第二单向阀105的出口连接在第一室内换热器106的另一端上，电子膨胀阀108的另一端连接在第二室内换热器107的另一端；

传感器组包括第一温湿传感器301、第二温湿传感器302、第三温湿传感器303和温度压力传感器304。其中第一温湿传感器301设在换热风箱出口处，第二温湿传感器302设在换热风箱进口处，第三温湿传感器303设在换热风箱201外、烤房室内环境中，温度压力传感器304设在与变频压缩机101的进气口相连的管道上；

为了达到多模式恒温除湿烤烟的效果，本实施例的具有多模式热泵烤烟系统可实现通过控制器305输入信号驱动四通换向阀102其四个连接口内部不同的导通方式进行工作模式的切换，即实现第一工作状态和第二工作状态的切换。

第一工作状态：四通换向阀102的第一连接口102-1与第二连接口102-2内部导通，第三连接口102-3与第四连接口102-4内部导通；

第二工作状态：四通换向阀102的第一连接口102-1与第四连接口102-4内部导通，第二连接口102-2与第三连接口102-3内部导通。

相应的，本实施例还提供了多模式热泵烤烟系统的控制方法，根据烤烟工艺要求，烤烟热泵系统具有升温模式、升温除湿模式、调温除湿模式和除湿模式四种工作模式，该多模式热泵烤烟系统可通过调节压缩机101的转速、切换四通换向阀102的工作状态、调节电子膨胀阀108的开度从而有效控制制冷剂的流向和流量，通过控制可调风门202的开度来有效控制风量的分配，从而实现系统多种工作模式的切换。

其中升温模式：变频压缩机101开启，四通换向阀102切换至第二工作状态，电子膨胀阀108开启，室外换热器103风机开启，可调式风门202关闭第一风腔204的进口，完全开启第二风腔205的进口，变频风机203开启；

升温除湿模式：变频压缩机101开启，四通换向阀102切换至第二工作状态，电子膨胀阀108开启，室外换热器103风机开启，可调式风门202同时开启第一风腔204的进口和第二风腔205的进口，变频风机203开启；

调温除湿模式：变频压缩机101开启，四通换向阀102切换至第一工作状态，电子膨胀阀108开启，室外换热器103风机开启，可调式风门202关闭第一风腔204的进口，变频风机203开启；

除湿模式：变频压缩机101开启，四通换向阀102切换至第二工作状态，电子膨胀阀108开启，室外换热器103风机关闭，可调式风门202关闭第一风腔204的进口，完全开启第二风腔205的进口，变频风机203开启。

相应的，基于上述多模式热泵烤烟系统，本发明还提供一种烤烟系统的控制方法；如图2所示，具体步骤如下：

1)根据烤烟不同过程需求，多模式热泵烤烟系统开启之后，通过控制器305设置烤烟室内空气目标温度t

2)根据烤烟不同过程需求，通过控制器305设置不同工作模式下的烤烟室内温升/温降速率上限值dt

3)根据烤烟过程中第三传感器303检测烤烟室当前的空气温度t

31)若t

31-1)若dt＞dt

31-2)若dt＜dt

31-3)若dt

32)若t

32-1)若

32-2)若

32-3)若

然后，控制器305根据计算得烤烟室内的实际温升速率dt对比目标温升速率上限值dt

若dt＞dt

33)若-Δt

33-1)若t

33-2)若t

若

34)若t

35)若t

35-1)若

35-2)若

35-3)若

若dt＞dt

4)在热泵烤烟系统运行期间，控制器305根据实际累计工作时间τ与系统预设检测时间间隔τ

其中，实际温升速率dt为每个调节周期τ

公式中q为流过换热风箱201的空气质量流量，单位为m

实际除湿速率

公式中

本发明换热风箱进口处可调式风门的开度调大操作为第一风腔进口扩大，第二风腔进口缩小；可调式风门的开度调小操作为第二风腔进口扩大，第一风腔进口缩小。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。