CN101731732A - 太阳能光电热一体化智能密集式烤房 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能光电热一体化智能密集式烤房，包括太阳能集热器、汽水分离器、油泵、热泵机组以及自动控制系统，太阳能集热器主要由真空管和超导管组成，带有导热油的超导管出口与烤房中的储液管的进油口相串联，与设在烤房内的散热片并联；汽水分离器通过连接分离器进风管路在烤房形成热风循环，干空气送回烤房；汽水分离器、风机、油泵及热泵机组室内外机均由自控系统连接控制。本发明降低温室气体的排放，减少了烟叶烘烤对煤炭等不可再生资源的消耗，节约能源；实现了光电、光热、热电互补自动控制，光电互补的运行成本是用煤运行成本50％，同时提高了烟叶的烘烤质量；使烟叶生产由传统农业向现代烟草农业的转变并实现专业化烘烤。

Description

太阳能光电热一体化智能密集式烤房

技术领域

本发明涉及烟叶烘烤设施领域，特别是一种用于控制烟叶烤房内的温度和湿度的太阳能光电热一体化智能密集式烤房。

背景技术

现有的烟叶烘烤设备最常用的是固定建筑式的烤房，该烤房现被产烟区的农户广泛使用，其缺陷是耗能高，成本高且污染严重。烟叶的烘烤非常复杂，并非是一个简单的干燥过程，它受地理、土质、烟叶素质及生长部位、气候条件等影响，对烘烤技术要求很高，且不易掌握，广大烟区采用传统的经验烘烤法，烤出的烟叶时好时坏，总体质量差，上等率低，直接影响烤烟质量。经调查，在我国由于受烤烟工艺而造成的经济损失约20％。

申请号为97217478.8“立式炉膛热风室平走式烤烟装置”，因设计上没有显著的技术改进，所以不能产生非常有效的结果。近些年有了高温热水烟叶烘烤设备问市，但由于涉及到压力容器，使用在点多面广的烤烟房中，受容器安全性的限制，另外加之高昂的成本费，难以大范围的推广。

近年还有使用太阳能真空管集热，用水做为介质传导热量，同时结合使用热泵，存在着集热效果低，烘烤时高温阶段稳定性差，持续时间短，热效比小，故障率高等弊病。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，设计一种太阳能光电热一体化智能密集式烤房。该烤房实现了光电、光热、热电互补的自动控制，降低温室气体排放又节约能源，降低烘烤时劳动强度，提高了烟叶的烘烤质量，实现烟叶生产的专业化烘烤。

为实现上述目的本发明采取以下技术方案：太阳能光电热一体化智能密集式烤房，包括太阳能集热器、电加热管、汽水分离器、风机、油泵、热泵机组室内机与室外机以及自动控制系统，其特征在于：太阳能集热器主要由真空管和超导管组成，带有导热油的超导管出口与烤房中的储液管的进油口相串联，与设在烤房内的散热片并联；汽水分离器通过连接分离器进风管路在烤房形成热风循环，干空气送回烤房；热泵机组室内机与室外机相接且均与自动控制系统连接，室外机经由电子膨胀阀与烤房室内机的冷凝器以及循环风机连接；电源通过升压稳压器接入温度控制仪WKY，其控制线与温、湿度计、风门、循环风机、热泵机组控制器连接，温、湿度计探头分别安装在烤房装烟室的不同棚位；电源的另一路连接热泵主机控制板RBB，再连接热泵控制器RBK，电源的第三路接入变频器BP再连接循环风机，同时接入太阳能油泵开关YK。

当设备发生故障或热量不足时，本发明烤房装有辅助加热装置启动工作，该装置是由煤炉7、加热室、循环风机6、超导管及超导液组成，烤房一侧的热风室内设有煤炉，煤炉与热风室相通，热风经循环风机由热风室通过烤房进风口进入装烟室，热风室内布放有超导管，超导管前方的循环风机将热量压入热风循环风道，热风由烤房回风口作循环。

自动控制系统中电源通过升压稳压器连接热泵机组主机板，再连接热泵机组控制器，当热泵机组独立工作时，切断热泵机组主机板与温控仪连接线；热泵控制器与热泵自动运行控制器相连接，当达到设定温度时停止，低于设定温度时开启，热泵机组控制烤房的温度主要是38℃-60℃-68℃；热泵主机控制板RBB、汽水分离器主机控制板QSB分别与热泵机组出口温度探头、高压探头、低压探头相并联，热泵主机控制板RBB的温度探头位于烤房装烟室的第一棚，通过测得的烤房实际温度与热泵控制器RBK设定温度的比较，控制器RBK自行确定电子膨胀阀DPF的开度及热泵主机的出口温度，以及热泵机组室内、室外机的运转速度；热泵控制器RBK与自动运行控制器ZDK相连接，当达到设定温度时停止，低于设定温度时开启。

本发明具有如下优点：一是降低了温室气体的排放，减少了烟叶烘烤对煤炭等不可再生资源的消耗，节约了能源。二是降低烘烤时劳动强度，减轻了烟农的负担。三是实现了光电、光热、热电互补自动控制，光电互补的运行成本是用煤运行成本50％，同时相应的提高了烟叶的烘烤质量；有利于烟叶生产实现由传统农业向现代烟草农业的转变并实现专业化烘烤。

1、本发明最大限度的满足了烟叶烘烤时对太阳能的利用。现有的太阳能真空管多采用水为介质，本发明采用超导液，避开了水达到100℃汽化的问题，使热量传输更稳定，热效果更好；

2、该烤房扩大了太阳能、热超导的应用领域，在太阳能真空管顶部使用超导管，把真空管中的热量传递到超导液中，同时使用高温热管，有效地解决了真空管因承受高温易炸管的问题；

3、该烤房进一步拓展了空气热源泵的应用范围，两组热泵机组，根据使用的制冷剂不同，制热效果不一样，一台使用R22为制冷剂，满足35-45℃的温度需求。另一台使用R417A或其他高温制冷剂，满足45-60℃时烤房对热量的需求；

4、使用了汽水分离技术，在烤房需要排潮时，尤其是定色期使用汽水分离器。在烟叶大排潮时，湿热空气经风机由烤房上部抽出，排除水分后热空气经风机循环回烤房中去，减少能量的损耗，更节能。同时汽水分离器也是热泵的低温机组，一机两用，在较少成本的前提下，提高了利用率；

5、本发明采用热泵，热量不足部分使用电加热或煤炉加热，充分的利用了各种设备的最佳使用状态，使设备的整体结构更合理，运行效果更稳定。克服了高温热泵在55℃以上，烤房升温慢，热效比低、缺乏稳定性的弊病。

6、投入成本及经济效益：现代普通烤房建设投入5万元/座，使用期限为10年，而太阳能光、电、热一体化超导式智能型密集烤房的建造成本为5.8万元/座，使用年限20年，该烤房在3年的时间里可全部收回投资费用；该烤房适于在干旱少雨，日照充足，日照时间长的区域推广使用。

附图说明

图1为本发明烤房系统结构示意图。

图2为自动控制系统原理框图。

图3为本发明烘烤工艺流程图。

具体实施方式

图1中：1太阳能集热器、2超导管、3散热器、4烤房回风口、5分离器进风管路、6风机、7煤炉、8汽水分离器、9汽水分离器出口、10烤房进风口、11电加热管、12热泵机组室内机、13油泵、14自动控制系统、15储液管、16热泵机组室外机、17升压稳压器、18装烟室、19门、20真空管、21热风室。

图2中：22温、湿度探头、23热泵机组出口温度探头、24高压探头、25低压探头、H：互感器 D：电源 WKY：温控仪 WS：温度设定 CB：超温报警 DB：低温报警 SQ：手动自动切换HKF：烘烤模式选择 QSB：汽水分离器主机控制板 RBB：热泵主机控制板 BP：变频器 YK：油泵控制器 ZDK：自动运行控制器 DPF：电子膨胀阀 GS：工作时间设定 JS：间歇时间设定 KQ：快速启动 SZ：设置 QSK：汽水分离器控制器 RBK：热泵控制器。

参见图1，太阳能集热器1主要由真空管20和超导管2组成，超导管2插入真空管20中，通过超导管2把真空管吸收的太阳能热量传递到顶部超导管中的导热油中，超导管2与布放在烤房地面上的储液管15及散热器3连通，储液管15之间连接有油泵13，油泵用于循环太阳能真空管顶端、超导管、储液管、翅片式散热器中的导热油，导热油通过油泵13把热量传递到烤房中，由趐片式散热器3把热量散出。在烤房一侧为热风室21，室21内置有煤炉7，烤房另一侧的装烟室18侧面设有进出烤烟的门19。

汽水分离器8主要由冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀、储液管、耐高温高湿轴流风机构成。汽水分离器8通过连接分离器进风管路5在烤房形成热风循环，由分离器出口9排放湿气经风机由烤房上部抽出，使湿热空气变成干空气，再由风机经烤房回风口4送回烤房，热空气经风机循环回烤房中去；烤房中的湿热空气通过蒸发器时，遇冷后蒸汽凝结成水分，通过排水口排出。电加热管11位于烤房进风口10处并与自控系统14的温控仪WKY连接，电加热管11在烘烤过程中任何时期都可用来补充热量，主要用于烘烤的高温阶段。

热泵机组室外机16主要由蒸发器、电子膨胀阀、储液罐、高低压油表、轴流风机组成。位于烤房进风口10处的热泵机组室内机12与室外机16相接且均与自动控制系统14连接，室外机经由电子膨胀阀DPF与烤房的室内机12冷凝器以及循环风机6连接；制冷剂吸收热量经蒸发器和风机冷却后的，通过压缩机变成液态，再通过电子膨胀阀把制冷剂送入烤房的辅机中。主要作用是把烤房外空气中的热量凝聚起来，通过制冷剂的循环传递到烤房中。热泵机组室内机12主要由冷凝器、耐高温高湿轴流风机组成。烤房外的热量通过制冷剂传递到烤房内的冷凝器中，由冷凝器散热，通过散热用轴流风机的风力将热量传递到烤房中。

烤房装有煤炉7作辅助加热装置，当其他设备发生故障或热量不足时，由煤炉7补充热量，满足烘烤需要。该辅助加热装置是由煤炉、加热室、循环风机6、超导管2及超导液组成，煤炉7与热风室21相通，热风室里盘放有超导管，超导管前方的循环风机(用来排潮或热风循环)将热量压入热风循环风道，热风由回风口烤房作循环。

参见图2，自动控制系统作为整个烤房的中枢系统，用于控制烤房的温湿度、太阳能、热泵、汽水分离器的工作状态以及热泵提供热量多少。自控系统主要由主供热系统、辅助供热系统和自动控制系统组成；热源为太阳能集热器、空气源热泵机组、电加热管、煤炉四部分组成；组件有真空管、超导管、导热油、循环泵、空气热源泵、汽水分离器等。

主供热控制系统是由太阳能集热器、热量循环系统、空气源热泵机组、趐片式散热器、电加热管等组成。其运行原理是：太阳能集热器1顶端导热油箱的出口，与位于烤房内地面上管网状分布的储液管15(储液管15在存储导热油的同时，也起到散热的作用)的进油口相串联，即烤房中的储液管15的进油口与太阳能真空超导管2的出油口用管道连接；输油管道分别与油箱出口端、烤房下方进风口10散热片3连接，油箱出口与位于烤房内墙底角的散热趐片3并联，趐片分为两层，高度为距地面5厘米和10厘米处。通过热量循环系统中的油泵把太阳能集热器吸收热量由导热油源源不断的传递到烤房中。主要用于变黄阶段，一般温度能保持在35℃-38℃。在热量不足时，启动空气热泵机组，由低温机组到高温机组满足烤烟不同阶段的热量需求。运行时热泵机组的室外机16，把烤房外空气中的热量收集起来，再由电子膨胀阀通过制冷剂把热量输送到烤房室内机冷凝器中，通过耐高温高湿循环风机6把热量均匀的分布到烤房的各个位置。电加热也可满足烤烟各阶段对热量的需求。

风机一侧的烤房上装有自动双向开关，其温、湿度探头安装在烤房内，烤房控制器是一个单板计算机，它的三根控制线分别与温、湿度计、风门，鼓风机连接。自动双向开关和管道上的自动阀门连接，从散热片流出的超导油经烤房管道连接到太阳恒温储油罐进油口，同时烤房里的管道起到太阳能保温罐的作用。

辅助供热系统主要在阴雨天或停电的情况下工作，是由煤炉、加热室、循环风机、太阳能集热器等组成。由太阳能集热器满足变黄期的热量需求，热量不足部分由煤炉加热，煤炉7置于热风室21内，热量通过循环风机6由热风室21通过烤房进风口10进入装烟室18。

电源D通过升压稳压器17接入温度控制仪WKY，温控仪为单板计算机，它的控制线与温、湿度计、风门、循环风机、热泵机组控制器连接。由温度控制仪控制烤房的温度和湿度、循环风机6的开关、空气热源泵的启停，温、湿度计的探头22安装在烤房装烟室21的第二、第四棚上。当温度达到设定温度时，热泵机组室内、外机(12、16)停止运行，低于设定温度WS使热泵机组开启工作。循环风机6的开关根据温度探头在烤房两棚之间测得的温度差，大于设定值时开启，小于设定值时关闭。同时当湿球大于设定值时风门开启，汽水分离控制器QSK工作，小于设定值时风门关闭，汽水分离器停止工作。在烟叶烘烤过程中，热风循环这种排湿方式热损失较大，热能利用率很低，目前最先进的密集烤房排湿热损失约占烘烤供热量的30-40％，采用汽水分离器后至少减少20％的热量损失。

电源通过升压稳压器17的另一路连接热泵机组控制板RBB，再连接热泵控制器RBK。热泵主机控制板RBB、汽水分离器主机控制板QSB分别与热泵机组出口温度探头23、高压探头24、低压探头25相并联，当热泵机组独立工作时，热泵机组主机控制板与温控仪WKY连线自动断开。热泵主机控制板RBB的温度探头位于烤房装烟室的第一棚，通过测得的烤房实际温度与热泵控制器RBK设定温度的比较，控制器RBK自行确定电子膨胀阀DPF的开度及热泵主机的出口温度，以及室内、室外机组的运转速度。同时，热泵控制器RBK与自动运行控制器ZDK相连接，当达到设定温度时停止，低于设定温度时开启。热泵机组控制烤房的温度主要是38℃-60℃-68℃。

电源D通过升压稳压器的又一路接入变频器BP再连接循环风机6，同时接入太阳能油泵开关YK。

参见图3，本发明烘烤工艺采用电脑自动化控制系统，进行烤烟三段式烘烤。

1.变黄期：45℃前白天以太阳能为主，温度可达35-38℃。夜间可用玉米轴在煤炉中燃烧，补充热量，减少费用。无论白天还是夜间均可使用热泵补充热量。循环风机根据烤房内设定的上下棚间的温度差间歇性开关，由温控仪控制。

2.定色期：45-55℃在太阳能的基础上使用高温热泵，同时使用汽水分离器，减少烟叶烘烤大排潮时热能的损失，使烤房升温更准确。

3.干筋期：55-68℃，使用热泵机组，达到烘烤的目的。60℃以后可使用电加热或煤炉加快烘烤速度。

性能指标：1.烘烤时间为132h，供热能力：3.2*105KJ/h。2.烤烟三段式烘烤温度性能指标为变黄阶段烤房起始温度到45℃，一般使用太阳能控制在36℃-38℃、定色阶段45℃-55℃使用太阳能和热泵、干筋阶段55℃-68℃使用热泵，热量不足使用电加热或煤炉。3.实现系统自动化控制。

Claims (4)

1.太阳能光电热一体化智能密集式烤房，包括太阳能集热器、电加热管、汽水分离器、风机、油泵、热泵机组室内机与室外机以及自动控制系统，其特征在于：太阳能集热器主要由真空管和超导管组成，带有导热油的超导管出口与烤房中的储液管的进油口相串联，与设在烤房内的散热片并联；汽水分离器通过连接分离器进风管路在烤房形成热风循环，干空气送回烤房；热泵机组室内机与室外机相接且均与自动控制系统连接，室外机经由电子膨胀阀与烤房室内机的冷凝器以及循环风机连接；电源通过升压稳压器接入温度控制仪WKY，其控制线与温、湿度计、风门、循环风机、热泵机组控制器连接，温、湿度计探头分别安装在烤房装烟室的不同棚位；电源的另一路连接热泵主机控制板RBB，再连接热泵控制器RBK，电源的第三路接入变频器BP再连接循环风机，同时接入太阳能油泵开关YK。

2.按照权利要求1所述的太阳能光电热一体化智能密集式烤房，其特征在于：所述的烤房一侧的热风室内设有煤炉，煤炉与热风室相通，热风经循环风机由热风室通过烤房进风口进入装烟室，热风室内布放有超导管，超导管前方的循环风机将热量压入热风循环风道，热风由烤房回风口作循环。

3.按照权利要求1所述的太阳能光电热一体化智能密集式烤房，其特征在于：热泵主机控制板RBB、汽水分离器主机控制板QSB分别与热泵机组出口温度探头、高压探头、低压探头相并联，热泵主机控制板RBB的温度探头位于烤房装烟室的第一棚，通过测得的烤房实际温度与热泵控制器RBK设定温度的比较，控制器RBK自行确定电子膨胀阀DPF的开度及热泵主机的出口温度，以及热泵机组室内、室外机的运转速度；热泵控制器RBK与自动运行控制器ZDK相连接，当达到设定温度时停止，低于设定温度时开启。

4.按照权利要求1所述的太阳能光电热一体化智能密集式烤房，其特征在于：电加热管11位于烤房进风口10处并与自控系统14的温控仪WKY连接。

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