CN101940358A - 一种以空气源热泵为热源的烟草烤房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，包括设有新风口的加热室和设有温度、湿度探头的干燥室，烤房上方设有排湿口，还包括空气源热泵和冷凝器风机，冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在7-15m²/kw之间，冷凝器及其吸风式送风风机装置在所述加热室内；所述干燥室和/或加热室设有保温层。本发明以空气源热泵和太阳能作为烟草烤房的新型热源，节能且系统能够正常平稳运行，能效比高，操控方便，所提供的热风温度较高，使空气源热泵和太阳能的应用范围得到了极大的拓展，对节约能源、保护环境具有积极意义。而且在产烟区大范围推广使用本技术可以降低大气、土壤及烟叶的硫含量，提高烟叶品质。

Description

一种以空气源热泵为热源的烟草烤房

技术领域

本发明涉及一种烟草烤房，尤其是一种以空气源热泵为热源的烟草烤房。

背景技术

作为一个烟草生产大国，我国长期以来烘烤技术和设备都相当落后，由于受烤烟工艺影响而造成的经济损失难以估计。烟农烤烟在夏天气温高的季节进行作业，传统的工艺是燃煤加热，煤在燃烧室燃烧(一座烤房的加热室一般含有几个燃烧室)放出热量，将炉体(炉衬和炉衬保护套)加热，炉衬保护套连接换热管和烟窗，燃烧室内的燃气和烟尘将炉体、换热管和烟窗加热后排出。安装在加热室上方的双速风机吹拂换热管、炉体外壳和换热管进行换热，产生的热风运动到加热室底部，触底后热风运动方向改变，进入干燥室底部，继而向上运动，对烟叶进行烘烤，加热室上部为回风道，设有回风口与干燥室相通，此时，由于风机的作用，回风道形成负压，干燥室的热空气经过对烟叶的加热后进入回风道，周而复始。回风道设有新风口，烤烟的排湿主要靠干燥室进入新风来实现，在烤房上部或顶部设有排湿口，新风门打开，干燥室形成正压，烤烟后的湿热空气，从排湿口排出。现有烤房缺陷在于：

1、能耗高，能效比低，浪费资源、燃烧产生的废渣、废气造成环境污染，尤其值得一提的是SO₂形成酸雨后会污染土壤，使栽培的烟叶含硫量增高而品质降低。烟叶中含硫量正常值为0.2-0.7之间，含硫量高，影响燃烧性，香烟持火力降低。

2、烤烟加热升温是自低向高一个缓慢的升温过程，由于燃煤加热的滞后性，当温度达到某一设定值时，要停止升温，即使关掉燃烧室风门，温度还会继续上升，影响烤烟和质量，只能通过增加新风来调节干燥室的烟叶环境的温度，造成能源浪费且影响烟叶环境的湿度控制。

烟叶的烘烤并非是一个简单的干燥过程，烘烤工艺中大致可分为变黄、定色、干筋三个阶段，每个阶段对烤房的烘烤条件都有不同的要求，但现有装置明显存在不足。如在“变黄”阶段，干燥室烟叶环境温度一般在33℃-42℃(根据上中下不同部位的烟叶，确定变黄的下限温度)，干燥室装好鲜烟叶后加热升温，要3-4小时，才能到达烟叶变黄期要求的下限温度，耗费时间，并增加了风对鲜烟叶的吹拂。如在“定色”阶段，如果几个燃烧室同时换煤或值守人耽误了，没有及时加煤，会使干燥室的温度急剧下降，对烤烟质量造成影响，干燥室内的水蒸气遇冷形成水珠，附着在烟叶上，出现“挂灰”现象。煤的质量不好，也会对烤烟质量造成影响。

3、劳动强度大：高温天气下，一房烟在长达几天的烤烟过程中，每个烤房都需要专人现场看管，调节新风口或排湿口开度、对燃烧室煤燃烧的状态进行调整，几小时换一次煤、运煤渣等。在烟农值晚班时，经常因睡过头，未能及时加煤，对烤烟质量造成影响。

空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、主节流装置组成，并依序用工质循环管道连接。它根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过传热工质把空气中无法被利用的低品位热能有效吸收，并将其提升至可用的高品位热能加以利用。其工作过程：①传热工质进入蒸发器，在蒸发器中工质吸热蒸发，此时工质从低温热源中吸收热量后进入压缩机；②工质经过压缩机的压缩、升温后，变成高温、高压的工质排出压缩机；③工质进入冷凝器，在冷凝器中将从蒸发器中吸收的热量和压缩机本身功耗所产生的那部分热量传递给其他介质；④高压工质经过节流装置节流降压后再次进入蒸发器，依此不断地循环工作。为了系统长期稳定运行，热泵还包括一些公知的辅助装置，如储液罐、气液分离器、过滤器等。以空气源热泵作为热源的典型运用是空调制热，它是以调节身体的体感舒适为目的，环境温度12℃时，空气在室内以循环风的形式进行加热，室内最高温度只能达到30℃左右，能效比为2.4左右.

发明内容

为了解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是，提供一种节能、环保的烟草烤房，温度调节迅速方便，并能大幅减轻操作人员劳动强度。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，包括由下部为送风道上部为回风道的干燥室和加热室，所述加热室设有新风口，所述干燥室设有温度探头，所述烤房上方设有排湿口，其特征在于，所述烤房还包括空气源热泵和冷凝器风机，所述空气源热泵的冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在7-13.5m²/kw之间，所述空气源热泵的冷凝器装置在所述加热室内；所述冷凝器风机为吸风式送风；所述干燥室和/或加热室设有保温层。

采用上述技术方案，以空气源热泵作为热源代替原有热源，使得烤烟烤房节能性大幅提高，无环境污染，加热实现自动控制，操作方便。

但现有空气源热泵采用的冷凝器换热面积较小，导致冷凝器的载热能力和换热能力有限、换热效率较低。环境温度较高的情况下，吸收的热量不能及时有效的输出，造成工质循环系统内部温度、压力过高，压缩机在高压状态下连续运行，频繁出现过压保护停机，系统不能正常运行，难以达到干燥的目的。通过多次试验优选，以加热效果为基础，综合考虑制造工艺可行性和生产成本等问题，选择性增大冷凝器换热面积，使其载热能力和换热能力增大，蒸发器所吸收的热量得以有效输出。该技术方案较好的实现了工质升温和输出热能的平衡。在70℃以上温度加热时能保证系统的平稳运行。较好地适应了烤烟烤房的应用要求。同时，为了进一步保证热量的有效输出，作为本发明的一种优选，所述冷凝器风机全压在140-420Pa之间，出风口风速在8.5-22m/s之间。

在烤烟工艺的变黄阶段，要根据烟叶的具体情况来决定升温速度。(每升温1℃的相距时间要2小时以上)此时，干燥室的鲜烟叶还有生命，当加热到变黄要求的温度后，风机要适度停机，并在开机时间使用低速档供风。减少热风对鲜烟叶的吹拂，以减少其体内为保持生命状态而消耗的大量有机物质。传统的燃煤加热无法实现，因为风机停，会使加热室聚集大量的热量，在重新开启风机时，会使干燥室温度迅速上升2-3℃，影响烟叶变黄。用空气源热泵则很容易实现上述目的，故而，使用空气源热泵烘烤烟叶能增产5％左右，成色有所提高，而且节能环保，有利于减少风机的金属疲劳，提高风机使用寿命。

为了有效减少风的损耗，所述冷凝器风机采用吸风式送风，作为进一步的优化，所述送风道和风机之间设有导风板。

为了便于控制，作为一种改进，所述干燥室还设有湿度探头。

进入“定色”阶段时，要对烟叶进行有效排湿，排湿需要将大量的新风加热后注入干燥室。作为进一步提高热效率的改进手段，所述排湿口上方设有余热回收装置。用导热性能较好的材料制成吸热管，放置于排湿口上方，湿热空气加热管内空气，吸热管的一端连接新风口或所述循环风道的回风道，另一端安装排风扇，开启排风扇，将吸热管内被加热的空气送入回风道；在所述吸热管的下部设置冷凝水导流板，避免吸热管吸热后的冷凝水流入干燥室内。

进入“干筋”阶段，为有利于最大限度地保留烟叶内香味物质，干燥室温度到达62-65℃时，要求增加一定的保温时间，在缓慢的升温过程中干燥烟叶筋络，保留香味物质。现有装置要实现该要求，需烟农的高素质来保证。因为要求烟农多花工时、多花燃料来完成一项不在烟叶收购中考核计价但却是很重要的指标，是不容易实现的。使用本发明的技术方案可以完全满足上述要求，从控制程序上来控制此过程。温升至66℃以后快速升温到68℃-72℃，满足干筋要求。

由于烤烟在夏季进行，具有充沛的太阳能资源。作为另一种改进，所述烤房还包括太阳能集热装置，包括依序由水循环管道连接的太阳能热水器、热水换热器、循环泵，所述热水换热器装置于加热室内冷凝器进风处前端。

太阳能热水器是利用太阳能将水加热的装置，主要由全玻璃真空集热管、储水箱、支架及相关附件组成。作为一种辅助热源应用于烤烟烤房，在能获得太阳能的时段，节约电能又有很高的能效比，进一步降低了能耗及烟农的烘烤成本。

太阳能热水换热器与新风或回风进行热交换，带走太阳能输入的热量。风温提高后，再与冷凝器进行热交换，将空气源热泵输送的热量经风道送入干燥室，风温再次获得提高。当前置的热水换热器能使热风达到干燥需要的设定温度时，空气源热泵处于不工作状态；当热风温度高于干燥室设定温度时，热水循环泵和空气源热泵停止工作；当热风温度低于干燥室设定温度或者低于设定温度一定值时，热水循环泵和空气源热泵同时工作，向干燥室供热。

为了完善太阳能集热装置在空气源热泵烤烟烤房上的应用，作为上述改进的一种优选，所述太阳能集热装置的热水换热器换热面积与所述空气源热泵压缩机输入功率的比值不小于1.3m²/kw；所述太阳能热水器全玻璃真空集热管吸热面积与所述空气源热泵压缩机输入功率的比值不小于1.2m²/kw。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明优选实施例外观结构示意图；

图2是本发明优选实施例内部结构示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，反映本发明一种优选结构。所述烟草烤房包括由送风道10和回风道2连通的干燥室1和加热室16，所述加热室16设有新风口14，所述加热室16上方设有可关闭的排湿口15，排湿口15上方安装余热回收装置，包括吸热管4、冷凝水导流板5和湿热空气导流板3，吸热管4的一端连接回风道，另一端安装排风扇。所述烤房还包括空气源热泵18和冷凝器风机8，所述空气源热泵18的冷凝器7的换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在7-13.5m²/kw之间，所述空气源热泵18的冷凝器7及其吸入式送风风机8装置在所述加热室16内；所述干燥室1和/或加热室16设有保温层；所述干燥室1设有温度、湿度的测量探头。所述送风道10和风机8之间设有导风板9。所述干燥室1底部设有导风板11，干燥室1的底板12设有均匀分布的缝隙利于均匀送风，所述干燥室1设有装烟门13。本优选结构还设有太阳能集热装置，包括依序由水循环管道19连接的太阳能热水器17、热水换热器6、循环泵20，热水换热器6装置于加热室16内冷凝器7进风处前端。

采用本装置在环境温度25℃-36℃时烘烤中部烟叶，烤烟按变黄、定色、干筋工艺。变黄温度34℃-42℃之间，43℃-54℃左右为定色阶段，55℃-72℃为干筋阶段；干燥室规格为：长4.2m，宽2.7m，高3.4m，冷凝器风机为一台功率1.5KW的双速风机，几种不同技术方案烘烤同重量烟叶的耗能情况对比：

一、仅仅启用空气源热泵加热，压缩机输入功率6KW，蒸发器面积36m²，蒸发器风机250W，冷凝器换热面积为48.6m²，烘烤时间104小时，耗电531度，烘干的烟叶155kg，烘烤一千克干烟叶电耗为3.42度/kg。

二、在空气源热泵基础上启用太阳能供热，增加循环泵功率125W，热水换热器换热面积为10.5m²，保温水箱2m³，全玻璃真空烘干的集热管200根，集热面积0.1m²/根，烘烤时间103小时，耗电431度，烘干烟叶154kg，2.8度/kg电耗。

三、在空气源热泵与太阳能基础上，启用余热回收装置，吸热风管20根，换热面积18m²，风管截面面积0.22m²，排风扇功率100w，烘烤时间101小时，耗电385.5度，烘干的烟叶156kg，烘烤一千克干烟叶电耗为2.47度/kg。

四、为了对比上述发明效果，采用电阻元件发热进行供热，不启用上述一、二、三项所述的技术方案，烘烤时间为102小时，耗电达到923度，烘干的烟叶156kg，烘烤一千克干烟叶电耗为6.23度/kg。

五、为了对比上述发明效果，在同一干燥室的条件下仅仅使用燃煤加热，烘干烟叶148kg，烘烤时间106小时，风机耗电110度，耗7800大卡的煤245kg，按照每吨7000大卡热量的煤发电3000度进行折算，其烘烤一千克干烟叶电耗为5.54度/kg，加上风机耗电0.74度/kg，总计为6.28度/kg。

六、启用太阳能和空气源热泵双热源，空气源热泵的压缩机输入功率6KW，蒸发器面积36m²，蒸发器风机250W，冷凝器换热面积为42m²；太阳能集热装置循环泵功率125W，热水换热器换热面积为15m²，保温水箱2m³，玻璃真空烘干的集热管200根，集热面积0.1m²/根。烘烤时间108小时，耗电462度，烘干的烟叶155kg，烘烤一千克干烟叶电耗为2.98度/kg。

关于换热面积计算的说明：

1、蒸发器，冷凝器管片式换热器及热水换热器换热面积计算公式：

F＝2(a×b×L/S-π/4×d²×T)+πdST [式中：F-换热面积 T-翅片总孔数L-翅片管的长度(mm) S-翅片间距(mm) L/S-翅片片数 a-翅片长度(mm)b一翅片宽度(mm) d-翅片孔成型后直径(mm)]

2、翅片的有效换热面积：工质通过铜管与翅片换热，蒸发器、冷凝器翅片的有效换热面积是：铜管内工质流动截面面积的9.2倍的范围以内。

3、本发明所述换热面积都是指管片式换热器的换热面积。

全玻璃真空集热管集热面积计算：管长乘直径。

4、冷凝器换热面积与压缩机额定功率的比值超出13.5m²/kw后，增大的冷凝器换热面积对提高换热效率和出风口温度没有明显作用，会因为面积增加、工质管道增长、工质用量增加，导致压缩机负荷增大、系统能效比有一定降低，还会增大风阻。

综上所述，采用本发明的技术方案，以空气源热泵和太阳能作为烟草烤房的新型热源，节约了能源。大幅减少了热能的损耗。且系统能够正常平稳运行，能效比高，操控方便，完全实现了发明目的。本发明提供的热风温度较高，使空气源热泵和太阳能的应用范围得到了极大的拓展，对节约能源、保护环境具有积极意义。而且在产烟区大范围推广使用本技术可以降低大气、土壤及烟叶的硫含量，提高烟叶品质。

本发明描述的上述实施方式仅是为了清楚地说明本发明的技术方案，而不能理解为对本发明做出任何的限制。本发明在本技术领域具有公知的多种替代方式或变形，在不脱离本发明实质意义的前提下，均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，包括下部为送风道上部为回风道的干燥室和加热室，所述加热室设有新风口，所述干燥室设有温度探头，所述烤房上方设有排湿口，其特征在于，所述烤房还包括空气源热泵和冷凝器风机，所述空气源热泵的冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值的取值范围在7-13.5m²/kw之间，所述空气源热泵的冷凝器装置在所述加热室内；所述冷凝器风机为吸风式送风；所述干燥室和/或加热室设有保温层。

2.如权利要求1所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述冷凝器风机全压在140-420Pa之间，出风口风速在8.5-22m/s之间。

3.如权利要求1所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述送风道和风机之间设有导风板。

4.如权利要求1所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述干燥室设有湿度探头。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述排湿口上方设有余热回收装置。

6.如权利要求5所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述余热回收装置是用导热性能较好的材料制成吸热管，放置于排湿口上方，湿热空气加热管内空气，吸热管的一端连接新风口或所述循环风道的回风道，另一端安装排风扇，开启排风扇，将吸热管内被加热的空气送入回风道；在所述吸热管的下部设置冷凝水导流板。

7.如权利要求1-4任一项所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述烤房还包括太阳能集热装置，包括依序由水循环管道连接的太阳能热水器、热水换热器、循环泵，所述热水换热器装置于加热室内冷凝器进风处前端。

8.如权利要求7所述的一种以空气源热泵为热源的烟草烤房，其特征在于，所述太阳能集热装置的热水换热器换热面积与所述空气源热泵压缩机输入功率的比值不小于1.3m²/kw；所述太阳能热水器全玻璃真空集热管吸热面积与所述空气源热泵压缩机输入功率的比值不小于1.2m²/kw。

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