CN109588754A - 用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，包括制热除湿系统、恒温系统、除湿箱、加热室；除湿箱和加热室是加热除湿装置内独立的箱体与烤房通过风口相互连接，除湿箱集成了除湿蒸发器、全热交换器、水盘、排水管、除湿风机，加热室集成了冷凝器、电辅加热器、循环风机、电动百叶窗，制热/除湿系统集成了3个结构和工作原理均一致的制热除湿子系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，恒温系统集成了循环水泵、水箱、水冷换热器，控制器放置于加热除湿装置上，控制加热除湿装置按照控制算法程序运行。本发明的有益效果：以加热除湿装置作为供热源采用空气内循环供热和除湿，可减少能源损耗和气体排放，可提升烟叶风格特色及品质，可提高烟叶的评吸质量。
Description
技术领域
本发明属于烟叶烘烤装置，尤其是一种采用清洁能源供热和空气内循环和除湿的烟叶烘烤装置。
背景技术
现存的密集烤房结构包括烤房和加热室两个空间体，在烤房与加热室通过砖墙相隔，相隔的砖墙上下两端设的有风口，对于采用气流上升式烘烤方式的密集烤房砖墙上端有三个风口，其中中间的为烤房出风口，烤房出风口两边设有对称分布且大小相等排湿窗口用于排湿，砖墙底端设有烤房进风口（也称为加热室出风口），密集烤房作为烟叶烘烤的基本设备，要在满足烟叶烘烤工艺基本需要的同时，最大限度地显露和发挥烟叶在田间形成的质量潜势。烤房设备与烤烟生产组织形式、经济和科技发展水平有着密切关系，在我国，自有烤烟种植一百多年来，烤房设备经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展。进入21世纪后，我国现代烟草农业生产的发展方向转变为适度规模化、专业化、标准化和机械化。在这种条件下，密集式烤房才能适应其发展。密集式烤房具有省工、省煤、降低劳动强度、烟叶烘烤技术易掌握、原烟质量得到提升、经济效益提高等特点。所以密集烤房成为农业科研人员热门的课题。各省烟区在进行技术引进、消化和吸收的基础上，根据各地的生产实际，示范应用一批密集烤房，取得了良好的应用效果，研究推出了一批较成型的密集烤房。但是也存在一些问题，比如自控技术不够完善、设备价格昂贵、使用成本高、能耗高、环境污染严重等，现代烟叶烘烤越来越偏向细致化、智能化、集群化和现代化发展，而对烤房设备的研究更多停留在温湿度控制灵敏、平面温度控制、自动化加煤装置、热交换或自动清灰装置、降低煤耗和能耗等方面的研究，而缺乏在供热源、空气流动方式、除湿装置等方面的探索和研究。
加热和除湿设备是密集烤房最为重要的组成部分，加热设备作为烤房供热源，其供热和稳温性能直接关系到烤房烘烤性能。目前大量推广应用的密集烤房，主要使用成套的专用加热设备，此类加热设备成本较高，并且在使用过程中也存在性能不稳定、烘烤温度不易调控、烤后烟叶香吃味变淡等问题，又由于采用排湿的烘烤方式，造成了极大的能耗损失，据研究发现，在强排湿的过程中，损失掉的热量大约为总能耗的10%~20%，最高甚至达到25%，不仅如此，在烟叶烘烤的排湿过程中还排掉了烟叶散发出来的烟香。因此，在传统密集烤房的基础上，通过改变供热源，改进加热室结构以及烟叶干燥方式，提出了内循环的加热除湿装置，使更加符合现代农业的发展需求。
发明内容
为了克服以上所述的问题，本发明公开了一种内循环除湿密集烤房烘烤系统。
一种用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，包括制热除湿系统、恒温系统、除湿箱（1-25）、加热室（1-26），除湿箱和加热室是加热除湿装置内独立的箱体与烤房通过风口相互连接；所述的除湿箱（1-25）箱体内部集成有作为干燥空气与湿热空气热交换的介质全热交换器（1-5），将已热交换过的湿热空气冷凝除去空气携带的水分的除湿蒸发器（1-4），用于装冷却水的水盘（1-19），箱体顶部设置有回风口（1-17）、出风口（1-18），回风口（1-17）上放置有用于将烤房内湿热空气抽进除湿箱进行干燥的除湿风机（1-6）且通过风管并联装置（1-23）与烤房（1-27）的排湿窗（1-3）相连接，箱体底部设置有用于排出除湿箱内积累的冷却水的排水管（1-20），出风口（1-18）用于将干燥的空气引入加热室加热；所述的加热室（1-26）内部集成了循环风机（1-10）、电辅加热器（1-9）、冷凝器（1-8），顶部集成了电动百叶窗（1-7）和加热室回风口（1-30），底部设有加热室出风口或烤房回风口（1-29），无需除湿时烤房（1-27）内空气流从烤房出风口（1-32）经过电动百叶窗（1-7）回到加热室加热为回风路径一，电动百叶窗（1-7）放置于加热室顶部（也为加热除湿装置顶部）作为风路控制开关，回风路径二由加热室回风口（1-30）将除湿箱内换热干燥的空气引入加热室（1-26）内进行加热，冷凝器（1-8）放置于加热室回风口（1-30）之下用于加热流过冷凝器的空气，电辅加热器（1-9）放置于冷凝器（1-8）之下用于辅助加热，循环风机（1-10）放置于电辅助加热（1-9）之下，用于促进烘烤系统内部空气的循环流动；所述的制热除湿系统集成了3个结构和工作原理均一致的制热除湿子系统，分别为制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ，用于烟叶烘烤过程中的热量供应和脱水除湿，3个制热除湿子系统之间相互独立，每一个制热除湿子系统都有制热模式和除湿模式，单个子系统的制热模式和除湿模式相互关联，3个子系统之间的工作关系和模式的切换由放置于加热除湿装置外壳上的控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制；恒温系统用于在烟叶烘烤的除湿阶段制热除湿系统的除湿模式开启时控制烤房内实时干球温度和升温过程中的升温速率以及降低进入除湿蒸发器内工作液的基础温度。
在本发明中，所述的制热除湿子系统包括压缩机（1-1）、室外蒸发器（1-2）、室外风机（1-3）、除湿蒸发器（1-4）、全热交换器（1-5）、除湿风机（1-6）、冷凝器（1-8）、制热电磁阀（1-14）、除湿电磁阀（1-15）、电子膨胀阀（1-16），压缩机（1-1）的工作液出口与冷凝器（1-8）的工作液进口相连接，将在压缩机（1-1）内已改变工作状态的工作液排入冷凝器（1-8）内加热流过冷凝器的空气，冷凝器的工作液出口连接用于根据烤房（1-27）的温度需求来调节工作液流量的电子膨胀阀（1-16），电子膨胀阀（1-16）出口设有两条工作液流动路径，路径一出口连接到制热电磁阀（1-14）的进口，通过制热电磁阀（1-14）控制路径一的启停，制热电磁阀（1-14）的出口与室外蒸发器（1-2）的工作液进口相连，加热除湿装置（1-24）上放置有用于促进室外蒸发器换热效率的室外风机（1-3），室外蒸发器（1-2）的出口与压缩机（1-1）相连构成了工作液的循环流动路径一，作为制热除湿子系统的制热模式工作液流动路径，路径二的出口与除湿电磁阀（1-15）的进口相连，通过除湿电磁阀（1-15）控制路径二的启停，除湿电磁阀（1-15）出口与除湿蒸发器（1-4）的工作液进口相连接，除湿蒸发器（1-5）的出口与压缩机（1-1）相连接构成了工作液的循环路径二，再加上置于除湿箱（1-25）顶部的除湿风机（1-6）形成了制热除湿子系统的除湿模式；制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ的制热模式和除湿模式的组合由控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制。
在本发明中，所述的恒温系统包括3个换热器（1-13）、循环水泵（1-11）、水箱（1-12）、进水管开关（1-21）、三通分流阀（1-22），3个换热器（1-13）放置在加热除湿装置（1-24）箱体内部将除湿电磁阀（1-15）到除湿蒸发器（1-4）之间的铜管包裹住，用于对流过管道的工作液进行降温，3个换热器（1-13）的出口通过水管并联连接到水箱（1-12），水箱（1-12）的出口与三通分流阀（1-22）连接，三通分流阀（1-22）的出口一连接到循环水泵（1-11）进水口，出口二连接一根排水管用于水箱换水时放水，循环水泵（1-11）的出水口通过并联水管连接到3个换热器（1-13）的进水口，形成一个用于控制3个制热除湿子系统开启除湿模式时实时干球温度的升温速率和温度波动范围的冷却水循环回路，水箱（1-12）上还设置有用于补充冷水的进水管开关（1-21），进水管开关（1-20）采用手动开关，恒温系统的开启或关闭由控制器（1-28）根据烘烤工艺曲线、实时湿球温度的降温速率、除湿排水口的排水量以及实时干球温度与目标温度的温度差共同决定，整个过程由控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制。
在本发明中，所述的控制器（1-28）包括CPU最小系统模块、电源电路、温度采集模块、数字输入与保护模块、数字输入与保护模块复位设置、继电器及其驱动模块、步进电机驱动模块、报警电路、LCD触摸显示屏模块、程序与数据存储模块、通信接口电路模块、高低速切换模块；CPU最小系统模块用于根据烟叶烘烤各阶段温湿度传感器采集的实时温湿度制，通过以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序分别控制3个制热除湿子系统的启动或停止和制热模式或者除湿模式的切换与组合；电源电路包括整流电路和电压转换电路，用于将~220V转换成各个电路模块所需要的5.0V和3.3V直流电压；温度采集模块用于监测烤房内的实时温湿度和热泵机组的压缩机喷液温度；数字输入与保护模块用于保证各用电设备的正常工作，包括相序保护、风机过载保护、压缩机高压保护、压缩机低压保护、电辅热超温保护；继电器及其驱动模块根据主控芯片发送的控制指令来开启或关闭电磁阀、循环风机的高低速切换模块、控制交流接触器的接通或断开； 步进电机驱动电路用于根据烟叶烘烤工艺曲线和烤房内的实时温湿度变化自动调节电动百叶窗和电子膨胀阀的开度；报警电路用于在烟叶烘烤过程中提示工作人员整个烘烤设备的故障状态；LCD触摸显示屏用于进行人机交互和显示监测的数值和设备运行状态；程序与数据存储器用于存储系统工作程序、记录并保存每次烟叶烘烤的数据；通信接口电路模块用于与上位机进行远程通信和手机终端进行远程通信；将温度采集模块采集的实时数据作为以烘烤工艺曲线为基础的嵌入算法程序的输入，在CPU内进行运算、决策后得到控制输出量，以二进制指令的形式发送给各个执行器件，实现烟叶内循环除湿智能烘烤。
在本发明中，所述的以烘烤工艺曲线为基础的嵌入算法程序集成了烘烤控制子程序，加热除湿/控制子程序，数字输入与保护子程序，控制输出程序模块，初始化CPU和外设并显示烘烤界面程序模块，开触摸屏、通信、定时器中断并设置阶段初值程序模块，测量烤房温湿度及压缩机工作温度程序模块；根据烤房（1-27）内烟叶变化和实时干湿球温度值，通过触摸屏按键中断扫描获取烘烤阶段值，再根据烘烤阶段值进入烘烤控制子程序，然后由烘烤控制子程序根据烤房（1-27）内实时干湿球温度按烘烤工艺曲线智能决策制热/除湿子程序中需要开启制热除湿子系统的数量及工作模式。
本发明的有益效果在于：使用三个制热/除湿系统进行供热，可减少对石化燃料的燃烧、废气物和有害气体的排放，采用多路径的内循环供热和除湿可降低热量的损失，可提高优质烟叶的成品率，可提高烟叶的评吸质量，采用以烘烤工艺曲线为基础的控制算法，可减少人为干扰、人工劳动强度，可降低烘烤成本。
附图说明
图1是本发明的加热除湿装置实施例框图；
图2是本发明的控制器实施例框图；
图3是本发明的控制的算法实施例框图；
图4是本发明的改造密集烤房正面图；
图5是本发明的改造密集烤房的烤房与加热室隔墙图。
图中：（1-1）：压缩机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，（1-2）：室外蒸发器，（1-3）：室外风机，（1-4）：除湿蒸发器，（1-5）：全热交换器，（1-6）：除湿风机，（1-7）：电动百叶窗，（1-8）：冷凝器，（1-9）：电辅加热器，（1-10）：循环风机，（1-11）：循环水泵，（1-12）：水箱，（1-13）：换热器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，（1-14）：制热电磁阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，（1-15）除湿电磁阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，（1-16）：电子膨胀阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，（1-17）：除湿箱回风口，（1-18）：除湿箱出风口，（1-19）：水盘，（1-20）：排水管，（1-21）：进水管开关，（1-22）：三通分流阀，（1-23）：风管并联装置，（1-24）：加热除湿装置，（1-25）：除湿箱，（1-26）：加热室，（1-27）：烤房，（1-28）：控制器，（1-29）：加热室出风口或烤房回风口（1-30）：加热室回风口，1-31）：排湿窗口Ⅰ、Ⅱ，（1-32）：烤房出风口。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图，图1是本发明的加热除湿装置实施例框图。一种用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，包括制热除湿系统、恒温系统、除湿箱（1-25）、加热室（1-26），除湿箱和加热室是加热除湿装置内独立的箱体与烤房通过风口相互连接；除湿箱（1-25）箱体内部集成有作为干燥空气与湿热空气热交换的介质全热交换器（1-5），将已热交换过的湿热空气冷凝除去空气携带的水分的除湿蒸发器（1-4），用于装冷却水的水盘（1-19），箱体顶部设置有回风口（1-17）、出风口（1-18），回风口（1-17）上放置有用于将烤房内湿热空气抽进除湿箱进行干燥的除湿风机（1-6）且通过风管并联装置（1-23）与烤房（1-27）的排湿窗（1-3）相连接，箱体底部设置有用于排出除湿箱内积累的冷却水的排水管（1-20），出风口（1-18）用于将干燥的空气引入加热室加热；加热室（1-26）内部集成了循环风机（1-10）、电辅加热器（1-9）、冷凝器（1-8），顶部集成了电动百叶窗（1-7）和加热室回风口（1-30），底部设有加热室出风口或烤房回风口（1-29），无需除湿时烤房（1-27）内空气流从烤房出风口（1-32）经过电动百叶窗（1-7）回到加热室加热为回风路径一，电动百叶窗（1-7）放置于加热室顶部（也为加热除湿装置顶部）作为风路控制开关，回风路径二由加热室回风口（1-30）将除湿箱内换热干燥的空气引入加热室（1-26）内进行加热，冷凝器（1-8）放置于加热室回风口（1-30）之下用于加热流过冷凝器的空气，电辅加热器（1-9）放置于冷凝器（1-8）之下用于辅助加热，循环风机（1-10）放置于电辅助加热（1-9）之下，用于促进烘烤系统内部空气的循环流动；制热除湿系统集成了3个结构和工作原理均一致的制热除湿子系统，分别为制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ，用于烟叶烘烤过程中的热量供应和脱水除湿，3个制热除湿子系统之间相互独立，每一个制热除湿子系统都有制热模式和除湿模式，单个子系统的制热模式和除湿模式相互关联，3个子系统之间的工作关系和模式的切换由放置于加热除湿装置外壳上的控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制；恒温系统用于在烟叶烘烤的除湿阶段制热除湿系统的除湿模式开启时控制烤房内实时干球温度和升温过程中的升温速率以及降低进入除湿蒸发器内工作液的基础温度。除湿箱（1-25）作为加热除湿装置内独立的箱体集成了通过冷凝空气除去空气中水分的除湿蒸发器（1-4），除湿蒸发器作为3个制热除湿子系统的公共模块集成了3套工作液进出口接头，3套工作液进出口接头相互独立，除湿蒸发器放置于除湿箱（1-25）底部竖直安装，将从烤房抽进除湿箱的湿热空气进行脱水干燥，全热交换器（1-5）放置于除湿蒸发器（1-4）上方，用于将已经干燥的低温空气与湿热空气进行热交换，全热交换器（1-5）有一个进风侧和一个出风侧，进风侧与除湿风机（1-6）相对，除湿风机（1-6）用于将烤房内空气抽入除湿箱内，除湿风机（1-6）通过风管并联装置（1-23）与烤房两个排湿窗口（1-31）相连接，出风侧与除湿箱出风口（1-18）相对，除湿出风口（1-18）与加热室回风口（1-30）相连接将在除湿箱内已经干燥的空气排入加热室内进行加热，在除湿底部放置有用于装经过除湿蒸发器冷凝除湿的冷却水的水盘（1-19），水盘上设有排水管（1-20）用于排出除湿箱内积累的冷却水，避免除湿内积累过多水混入干燥过的空气中再次被送到烤房内导致除湿效率下降，导致烤房内湿度过高烤坏烟叶；加热室（1-26）作为加热除湿装置内独立的空间体内部集成了循环风机（1-10）、电辅加热器（1-9）、冷凝器（1-8），加热室（1-26）有两条回风路径，一条回风路径为由烤房出风口（1-32）通过放置于加热室顶部（也为加热除湿装置顶部）的电动百叶窗（1-7）将烤房内的空气抽入加热室内部进行加热，烤房出风口（1-32）用于将烤房内空气引入到加热除湿装置内，电动百叶窗（1-7）用于控制烘烤系统内部空气流动的路径和直接从烤房流入加热室的空气量，当烟叶烘烤处在不需要除湿的变黄前期阶段或者除湿量很小的干筋后期阶段时通过完全打开电动百叶窗让烤房内空气不经过除湿箱直接进入加热室进行加热，避免了由于空气流动路径过长而造成的能量损失，当需要除湿但除湿量小时的变黄中期和干筋前期，调整电动百叶窗的开度角使一部分空气直接通过回风口一回到加热室进行加热，一部分空气通过除湿箱进行除湿干燥后再回到加热室进行加热，当除湿量非常大时闭合电动百叶窗使烤房内的空气全部经过除湿箱进行换热除湿，其中除湿量的大小由装烟量和每小时的排水量决定，另一条由加热室回风口（1-30）与除湿箱相连，加热室回风口（1-30）设置在电动百叶窗（1-7）与冷凝器（1-6）之间将经过除湿干燥过的空气引进加热室使空气流过冷凝器（1-8）和电辅加热器（1-9）进行加热，加热室底部设有加热室出风口或烤房回风口（1-6）与烤房相通用于将加热过后的空气引入烤房内进行烟叶烘烤，加热室内的冷凝器（1-8）放置于电动百叶窗（1-7）之下用于加热流过冷凝器的空气，冷凝器（1-8）上也有3套工作液进出口接头，3套工作液进出口接头相互独立作为3个制热除湿子系统的一个模块，电辅加热器（1-9）放置于冷凝器（1-8）之下用于烟叶烘烤干筋后期为达到快速干筋时开启，可缩短干筋期的时长，循环风机（1-10）放置于电辅加热器（1-9）之下，采用轴流风机并且采用高低速控制用于促进烘烤系统内部空气流动，当烟叶烘烤处在干筋期之前将循环风机调整为低速档，降低烤房内的烟叶叶间间隙的风速促进烟叶内部物质的降解、合成和转化，当烟叶烘烤处在干筋期之后开启高速档，避免烟叶凋萎干片后由于烟叶叶间间隙太大导致风路短路造成烤房内前后干球温度误差大而出现青筋或烤红烟；制热/除湿系统集成了3个制热除湿子系统，用于烟叶烘烤过程中的热量供应和脱水除湿，分别为制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ，3个制热除湿子系统之间相互独立，每一个制热除湿子系统都有制热模式和除湿模式，单个子系统的制热模式和除湿模式相互关联，三个子系统之间的工作关系和模式的切换由控制器以烘烤工艺曲线为基础嵌入在CPU内的算法程序进行智能控制；恒温系统用于在烟叶烘烤的除湿阶段制热除湿系统的除湿模式开启时控制烤房内实时干球温度和升温过程中的升温速率以及降低进入除湿蒸发器(1-4)内工作液的基础温度。
所述的制热除湿系统包括压缩机（1-1）、室外蒸发器（1-2）、室外风机（1-3）、除湿蒸发器（1-4）、全热交换器（1-5）、除湿风机（1-6）、冷凝器（1-8）、制热电磁阀（1-14）、除湿电磁阀（1-15）、电子膨胀阀（1-16），压缩机（1-1）的工作液出口与冷凝器（1-8）的工作液进口相连接，将在压缩机（1-1）内已改变工作状态的工作液排入冷凝器（1-8）内加热流过冷凝器的空气，冷凝器的工作液出口连接用于根据烤房（1-27）的温度需求来调节工作液流量的电子膨胀阀（1-16），电子膨胀阀（1-16）出口设有两条工作液流动路径，路径一出口连接到制热电磁阀（1-14）的进口，通过制热电磁阀（1-14）控制路径一的启停，制热电磁阀（1-14）的出口与室外蒸发器（1-2）的工作液进口相连，加热除湿装置（1-24）上放置有用于促进室外蒸发器换热效率的室外风机（1-3），室外蒸发器（1-2）的出口与压缩机（1-1）相连构成了工作液的循环流动路径一，作为制热除湿子系统的制热模式工作液流动路径，路径二的出口与除湿电磁阀（1-15）的进口相连，通过除湿电磁阀（1-15）控制路径二的启停，除湿电磁阀（1-15）出口与除湿蒸发器（1-4）的工作液进口相连接，除湿蒸发器（1-5）的出口与压缩机（1-1）相连接构成了工作液的循环路径二，再加上置于除湿箱（1-25）顶部的除湿风机（1-6）形成了制热除湿子系统的除湿模式；制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ的制热模式和除湿模式的组合由控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制。制热除湿子系统Ⅰ包括压缩机Ⅰ（1-1）、室外蒸发器（1-2）、室外风机（1-3）、除湿蒸发器（1-4）、全过热交换器（1-5）、除湿风机（1-6）、冷凝器（1-8）、制热电磁阀Ⅰ（1-14）、除湿电磁阀Ⅰ（1-15）、电子膨胀阀Ⅰ（1-16），压缩机Ⅰ（1-1）的工作液出口与冷凝器（1-8）的工作液进口Ⅰ相连接使经过压缩机Ⅰ（1-1）处理形成的高温高压工作液进入冷凝器和流过冷凝器的空气流进行热交换，冷凝器的工作液出口Ⅰ与电子膨胀阀Ⅰ（1-16）相连接，当制热除湿子系统Ⅰ开启时根据烤房的热量需求和实时干球温度变化速率来自动调节供热量，电子膨胀阀Ⅰ（1-16）的出口有两条分支，一条支路通过用于控制制热回路启动或停止的制热电磁阀Ⅰ（1-14）与室外蒸发器（1-2）的工作液进口Ⅰ相连，再由室外蒸发器的出口Ⅰ与压缩机Ⅰ（1-1）相连构成了制热支路循环体，再加上放置于加热除湿装置上的室外风机（1-3）组成了制热除湿子系统Ⅰ的制热模式回路，另一条支路通过用于控制除湿支路Ⅰ启动或停止的除湿电磁阀Ⅰ（1-15）与除湿蒸发器（1-4）的工作液进口Ⅰ相连接，除湿蒸发器的出口Ⅰ与压缩机Ⅰ（1-1）相连接构成了除湿支路循环体，再加上放置于加热室顶部的除湿风机（1-6）组成了制热除湿子系统Ⅰ的除湿模式回路；所述的制热除湿子系统Ⅱ包括压缩机Ⅱ（1-1）、室外蒸发器（1-2）、室外风机（1-3）、除湿蒸发器（1-4）、全过热交换器（1-5）、除湿风机（1-6）、冷凝器（1-8）、制热电磁阀Ⅱ（1-14）、除湿电磁阀Ⅱ（1-15）、电子膨胀阀Ⅱ（1-16），压缩机Ⅱ（1-1）的工作液出口与冷凝器（1-8）的工作液进口Ⅱ相连接使经过压缩机Ⅱ（1-1）处理形成的高温高压工作液进入冷凝器和流过冷凝器的空气流进行热交换，冷凝器的工作液出口Ⅱ与电子膨胀阀Ⅱ（1-16）相连接，当制热除湿子系统Ⅱ开启时根据烤房的热量需求和实时干球温度变化速率来自动调节供热量，电子膨胀阀Ⅱ（1-16）的出口有两条支路，一条支路通过用于控制制热支路Ⅱ启动或停止的制热电磁阀Ⅱ（1-14）与室外蒸发器（1-2）的工作液进口Ⅱ相连，再由室外蒸发器的出口Ⅱ与压缩机Ⅱ（1-1）相连构成了制热循环体支路，再加上放置于加热除湿装置上的室外风机（1-3）组成了制热除湿子系统Ⅱ的制热模式回路，另一条支路通过用于控制除湿支路Ⅱ启动或停止的除湿电磁阀Ⅱ（1-15）与除湿蒸发器（1-4）的工作液进口Ⅱ相连接，除湿蒸发器的出口Ⅱ与压缩机Ⅱ（1-1）相连接构成了除湿循环体支路，再加上放置于加热室顶部的除湿风机（1-6）组成了制热除湿子系统Ⅱ的除湿模式回路；所述的制热除湿子系统Ⅲ包括压缩机Ⅲ（1-1）、室外蒸发器（1-2）、室外风机（1-3）、除湿蒸发器（1-4）、全过热交换器（1-5）、除湿风机（1-6）、冷凝器（1-8）、制热电磁阀Ⅲ（1-14）、除湿电磁阀Ⅲ（1-15）、电子膨胀阀Ⅲ（1-16），压缩机Ⅲ（1-1）的工作液出口与冷凝器（1-8）的工作液进口Ⅲ相连接使经过压缩机Ⅲ（1-1）处理形成的高温高压工作液进入冷凝器和流过冷凝器的空气流进行热交换，冷凝器的工作液出口Ⅲ与电子膨胀阀Ⅲ（1-16）相连接，当制热除湿子系统Ⅲ开启时根据烤房的热量需求和实时干球温度变化速率来自动调节供热量，电子膨胀阀Ⅲ（1-16）的出口有两条支路，一条支路通过用于控制制热支路Ⅲ启动或停止的制热电磁阀Ⅲ（1-14）与室外蒸发器（1-2）的工作液进口Ⅲ相连，再由室外蒸发器的出口Ⅲ与压缩机Ⅲ（1-1）相连构成了制热循环体支路，再加上放置于加热除湿装置上的室外风机（1-3）组成了制热除湿子系统Ⅲ的制热模式回路，另一条支路通过用于控制除湿支路Ⅲ启动或停止的除湿电磁阀Ⅲ（1-15）与除湿蒸发器（1-4）的工作液进口Ⅲ相连接，除湿蒸发器的出口Ⅲ与压缩机Ⅲ（1-1）相连接构成了除湿循环体支路，再加上放置于加热室顶部的除湿风机（1-6）组成了制热除湿子系统Ⅲ的除湿模式回路；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ制热除湿系统子的制热模式和除湿模式的组合由控制器以烘烤工艺曲线为基础嵌入的算法程序进行控制，当烟叶烘烤在干筋阶段，由于供热需求量大且除湿量小时，可使3个制热除湿子系统都开启制热模式，当两子系统或者一个子系统的制热量能够再5分钟之内将烤房的实时温度升温到每个小时所需要升到的目标温度，同时所处在的烘烤阶段需要除湿，可只开启一个制热除湿子系统的制热或两个制热除湿子系统制热，同时其它子系统开启除湿模式，当两个子系统的除湿量不能满足所处烘烤阶段的除湿要求时（既除湿速率慢、除湿量少），将三个子系统都设置为除湿模式，同时开启恒温模式避免在除湿模式下由于实时干球温度不可控而导致烤坏烟叶，当烟叶烘烤在变黄前期时，可只开启一个子系统的制热模式。
所述的恒温系统包括3个换热器（1-13）、循环水泵（1-11）、水箱（1-12）、进水管开关（1-21）、三通分流阀（1-22），3个换热器（1-13）放置在加热除湿装置（1-24）箱体内部将除湿电磁阀（1-15）到除湿蒸发器（1-4）之间的铜管包裹住，用于对流过管道的工作液进行降温，3个换热器（1-13）的出口通过水管并联连接到水箱（1-12），水箱（1-12）的出口与三通分流阀（1-22）连接，三通分流阀（1-22）的出口一连接到循环水泵（1-11）进水口，出口二连接一根排水管用于水箱换水时放水，循环水泵（1-11）的出水口通过并联水管连接到3个换热器（1-13）的进水口，形成一个用于控制3个制热除湿子系统开启除湿模式时实时干球温度的升温速率和温度波动范围的冷却水循环回路，水箱（1-12）上还设置有用于补充冷水的进水管开关（1-21），进水管开关（1-20）采用手动开关，恒温系统的开启或关闭由控制器（1-28）根据烘烤工艺曲线、实时湿球温度的降温速率、除湿排水口的排水量以及实时干球温度与目标温度的温度差共同决定，整个过程由控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制。恒温系统包括水冷换热器Ⅰ（1-13）、水冷换热器Ⅱ（1-13）、水冷换热器Ⅲ（1-13）、循环水泵（1-11）、水箱（1-12）、水箱进水管开关（1-21）、三通分流阀（1-22），三个水冷换热器放置于加热除湿装置箱体内部分别将3个制热除湿子系统的除湿模式回路的铜管包住用于对流过铜管的工作液进行降温，水冷换热器Ⅰ（1-13）、水冷换热器Ⅱ（1-13）、水冷换热器Ⅲ（1-13）的出口通过水管并联接头连接到水箱（1-12），水箱用于储存恒温系统工作时的水，循环水泵（1-11）由控制器进行控制用于促进恒温系统内部水的循环流动，水箱上还设有冷水进水管开关（1-21）和三通分流阀（1-22），冷水进水管开关（1-22）上设有手动开关用于烘烤初期往水箱内注入冷水为除湿阶段开启恒温式提供充足的水量以及除湿期当水箱内水温过高而排掉时补充冷水，避免由于冷水水量不足而造成除湿效率低，三通分流阀（1-22）采用自动/手动开关用于高温期除湿时由水冷换热器排出的水温过高而导致冷水箱内水温过高影响除湿效率以及升温速率，三通分流阀（1-22）的一个出口连接到循环水泵的进水口，循环水泵（1-11）的出水口通过公共端连接到水冷换热器Ⅰ（1-13）、水冷换热器Ⅱ（1-13）、水冷换热器Ⅲ（1-13）的进水口构成了一个循环体用于控制3个制热除湿子系统开启除湿模式时实时干球温度的升温速率和温度波动范围；恒温系统的开启和关闭由控制器根据烘烤工艺曲线、实时湿球温度的降温速率、除湿排水口的排水量以及实时干球温度与目标温度的温度差共同决定整个过程由控制器以烘烤工艺曲线为基础嵌入的算法程序进行控制。
附图2是本发明的控制器实施例框图。所述的控制器（1-28）包括CPU最小系统模块、电源电路、温度采集模块、数字输入与保护模块、数字输入与保护模块复位设置、继电器及其驱动模块、步进电机驱动模块、报警电路、LCD触摸显示屏模块、程序与数据存储模块、通信接口电路模块、高低速切换模块；CPU最小系统模块用于根据烟叶烘烤各阶段温湿度传感器采集的实时温湿度制，通过以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序分别控制3个制热除湿子系统的启动或停止和制热模式或者除湿模式的切换与组合；电源电路包括整流电路和电压转换电路，用于将~220V转换成各个电路模块所需要的5.0V和3.3V直流电压；温度采集模块用于监测烤房内的实时温湿度和热泵机组的压缩机喷液温度；数字输入与保护模块用于保证各用电设备的正常工作，包括相序保护、风机过载保护、压缩机高压保护、压缩机低压保护、电辅热超温保护；继电器及其驱动模块根据主控芯片发送的控制指令来开启或关闭电磁阀、循环风机的高低速切换模块、控制交流接触器的接通或断开； 步进电机驱动电路用于根据烟叶烘烤工艺曲线和烤房内的实时温湿度变化自动调节电动百叶窗和电子膨胀阀的开度；报警电路用于在烟叶烘烤过程中提示工作人员整个烘烤设备的故障状态；LCD触摸显示屏用于进行人机交互和显示监测的数值和设备运行状态；程序与数据存储器用于存储系统工作程序、记录并保存每次烟叶烘烤的数据；通信接口电路模块用于与上位机进行远程通信和手机终端进行远程通信；将温度采集模块采集的实时数据作为以烘烤工艺曲线为基础的嵌入算法程序的输入，在CPU内进行运算、决策后得到控制输出量，以二进制指令的形式发送给各个执行器件，实现烟叶内循环除湿智能烘烤。所述的CPU最小系统，用于根据烟叶烘烤阶段、温度传感器采集的实时温度、三个制热/除湿系统运行的时间自动启停制热子系统的个数、除湿子系统的个数和选择合适的组合方式；所述的电源电路包括整流电路、和电压转换电路，用于将220V交流电转换成其它电路模块所需要的直流电；所述的温度采集模块包括放置于烤房作为烟叶烘烤过程的温度参考值部分和放置于热泵压缩机上用于监测压缩机喷液温度部分；所述的数字输入与保护模块包括相序保护部分、风机过载保护部分、热泵压缩机的高低压保护部分、电加热超温保护部分，用于控制用电设备在正常范围内工作，避免由于相序改变、负荷过大导致电气设备过载烧毁电气设备；所述的单稳态继电器驱动模块的控制端接的是微控制器，根据微控制器传送的二进制控制指令来切断或闭合触点，进而控制输出端的连接设备的启动或关闭，输出接口接由220V交流电压作为供电电源包括三个部分电磁阀部分、循环风机高低速控制装置部分、交流接触器部分，其中高低速控制装置用于根据烟叶烘烤工艺来自动或手动调节风机转速已满足烟叶烘烤需求，交流接触器部分的控制端接单稳态继电器驱动模块的输出端，输出端由380V交流电压作为供电电源分别接有3台热泵压缩机、两台除湿风机、循环水泵、电辅加热器、两台室外风机，根据微控制器发送的二进制控制指令可以直接启动或关闭电磁阀循环风机的高低速控制装置，并且通过控制交流接触器的接通和断开来控制用电设备的启停；所述步进电机驱动电路用于根据烟叶烘烤工艺曲线和烤房内的实时温度变化自动调节电动百叶窗和电子膨胀阀的开度；所述的报警电路在烟叶烘烤过程中用于提示工作人员整个烘烤设备的故障状态；LCD触摸显示屏用于进行人机交互和显示监测数值、当前所处的烘烤阶段、当前阶段的持续时间、烟叶烘烤持续的时间、3个制热/除湿系统的运行时间、3个制热/除湿系统的开启的模式和个数、设备运行状态；所述的程序与数据存储器用于记录并保存每次烟叶烘烤的数据，一方面可为以后烘烤同品种、同部位烟叶提供参考数据以及为改进现用的烘烤工艺使烘烤工艺符合当前烘烤的烟叶品种，使烟叶烘烤工艺更加具体和细致化，另一方面可作为下一次烘烤同一品种、同一部位的烟叶的设定值，避免由于烟叶烘烤过程由于人为更改设定值而造成烘烤优质烟叶率低；所述的通信接口用于与上位机进行远程通信和手机终端进行远程通信，便于烟叶烘烤向集群化和智能化发展；主控芯片通过温度采集模块采集的实时数据和数字输入模块的输入信号作为以烘烤工艺曲线为基础嵌入的算法程序的输入值，在微控制器内进行运算并得出结果，然后将运算结果以二进制指令的形式发送给各个执行器件，通过各个执行器件控制电气设备，使各个设备按照设定的烘烤工艺曲线来进行烟叶烘烤，从而实现内循环除湿烘烤。
附图3是本发明的控制算法实施例框图。以烘烤工艺曲线为基础的嵌入算法程序集成了烘烤控制子程序，加热除湿/控制子程序，数字输入与保护子程序，控制输出程序模块，初始化CPU和外设并显示烘烤界面程序模块，开触摸屏、通信、定时器中断并设置阶段初值程序模块，测量烤房温湿度及压缩机工作温度程序模块；根据烤房（1-27）内烟叶变化和实时干湿球温度值，通过触摸屏按键中断扫描获取烘烤阶段值，再根据烘烤阶段值进入烘烤控制子程序，然后由烘烤控制子程序根据烤房（1-27）内实时干湿球温度按烘烤工艺曲线智能决策制热/除湿子程序中需要开启制热除湿子系统的数量及工作模式。以烘烤工艺曲线为基础嵌入的算法程序根据烤房内烟叶变化和实时干湿球温度值通过触摸屏按键扫描子程序获取烘烤阶段值，再根据烘烤阶段值进入烘烤控制子程序，在烘烤控制子程序内将烤房内部干湿球温度传感器采集的温度值作为算法公式的输入值，由于不同阶段有不同的算法公式，因此会得出不同的计算结果，然后将输出的结果作为制热/除湿子程序的输入值，通过制热/除湿子程序得出需要开启的制热除湿子系统的工作模式以及开启制热除湿子系统的序号和个数。
本发明的有益效果在于：使用三个制热/除湿系统进行供热，可减少对石化燃料的燃烧、废气物和有害气体的排放，采用多路径的内循环供热和除湿可降低热量的损失，可提高优质烟叶的成品率，可提高烟叶的评吸质量，采用以烘烤工艺曲线为基础的控制算法，可减少人为干扰、人工劳动强度，可降低烘烤成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，包括制热除湿系统、恒温系统、除湿箱（1-25）、加热室（1-26），除湿箱和加热室是加热除湿装置内独立的箱体与烤房通过风口相互连接；其特征是：所述的除湿箱（1-25）内部集成有作为干燥空气与湿热空气热交换的介质全热交换器（1-5），将已热交换过的湿热空气冷凝除去空气携带的水分的除湿蒸发器（1-4），用于装冷却水的水盘（1-19），箱体顶部设置有回风口（1-17）、出风口（1-18），回风口（1-17）上放置有用于将烤房内湿热空气抽进除湿箱进行干燥的除湿风机（1-6）且通过风管并联装置（1-23）与烤房（1-27）的排湿窗（1-3）相连接，箱体底部设置有用于排出除湿箱内积累的冷却水的排水管（1-20），出风口（1-18）用于将干燥的空气引入加热室加热；所述的加热室（1-26）内部集成了循环风机（1-10）、电辅加热器（1-9）、冷凝器（1-8），顶部集成了电动百叶窗（1-7）和加热室回风口（1-30），底部设有加热室出风口或烤房回风口（1-29），无需除湿时烤房（1-27）内空气流从烤房出风口（1-32）经过电动百叶窗（1-7）回到加热室加热为回风路径一，电动百叶窗（1-7）放置于加热室顶部（也为加热除湿装置顶部）作为风路控制开关，回风路径二由加热室回风口（1-30）将除湿箱内换热干燥的空气引入加热室（1-26）内进行加热，冷凝器（1-8）放置于加热室回风口（1-30）之下用于加热流过冷凝器的空气，电辅加热器（1-9）放置于冷凝器（1-8）之下用于辅助加热，循环风机（1-10）放置于电辅助加热（1-9）之下，用于促进烘烤系统内部空气的循环流动；所述的制热除湿系统集成了3个结构和工作原理均一致的制热除湿子系统，分别为制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ，用于烟叶烘烤过程中的热量供应和脱水除湿，3个制热除湿子系统之间相互独立，每一个制热除湿子系统都有制热模式和除湿模式，单个子系统的制热模式和除湿模式相互关联，3个子系统之间的工作关系和模式的切换由放置于加热除湿装置外壳上的控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制；恒温系统用于在烟叶烘烤的除湿阶段制热除湿系统的除湿模式开启时控制烤房内实时干球温度和升温过程中的升温速率以及降低进入除湿蒸发器内工作液的基础温度。
2.根据权利要求1所述的用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，其特征是：所述的制热除湿子系统包括压缩机（1-1）、室外蒸发器（1-2）、室外风机（1-3）、除湿蒸发器（1-4）、全热交换器（1-5）、除湿风机（1-6）、冷凝器（1-8）、制热电磁阀（1-14）、除湿电磁阀（1-15）、电子膨胀阀（1-16），压缩机（1-1）的工作液出口与冷凝器（1-8）的工作液进口相连接，将在压缩机（1-1）内已改变工作状态的工作液排入冷凝器（1-8）内加热流过冷凝器的空气，冷凝器的工作液出口连接用于根据烤房（1-27）的温度需求来调节工作液流量的电子膨胀阀（1-16），电子膨胀阀（1-16）出口设有两条工作液流动路径，路径一出口连接到制热电磁阀（1-14）的进口，通过制热电磁阀（1-14）控制路径一的启停，制热电磁阀（1-14）的出口与室外蒸发器（1-2）的工作液进口相连，加热除湿装置（1-24）上放置有用于促进室外蒸发器换热效率的室外风机（1-3），室外蒸发器（1-2）的出口与压缩机（1-1）相连构成了工作液的循环流动路径一，作为制热除湿子系统的制热模式工作液流动路径，路径二的出口与除湿电磁阀（1-15）的进口相连，通过除湿电磁阀（1-15）控制路径二的启停，除湿电磁阀（1-15）出口与除湿蒸发器（1-4）的工作液进口相连接，除湿蒸发器（1-5）的出口与压缩机（1-1）相连接构成了工作液的循环路径二，再加上置于除湿箱（1-25）顶部的除湿风机（1-6）形成了制热除湿子系统的除湿模式；制热除湿子系统Ⅰ、制热除湿子系统Ⅱ、制热除湿子系统Ⅲ的制热模式和除湿模式的组合由控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制。
3.根据权利要求1所述的用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，其特征是：所述的恒温系统包括3个换热器（1-13）、循环水泵（1-11）、水箱（1-12）、进水管开关（1-21）、三通分流阀（1-22），3个换热器（1-13）放置在加热除湿装置（1-24）箱体内部将除湿电磁阀（1-15）到除湿蒸发器（1-4）之间的铜管包裹住，用于对流过管道的工作液进行降温，3个换热器（1-13）的出口通过水管并联连接到水箱（1-12），水箱（1-12）的出口与三通分流阀（1-22）连接，三通分流阀（1-22）的出口一连接到循环水泵（1-11）进水口，出口二连接一根排水管用于水箱换水时放水，循环水泵（1-11）的出水口通过并联水管连接到3个换热器（1-13）的进水口，形成一个用于控制3个制热除湿子系统开启除湿模式时实时干球温度的升温速率和温度波动范围的冷却水循环回路，水箱（1-12）上还设置有用于补充冷水的进水管开关（1-21），进水管开关（1-20）采用手动开关，恒温系统的开启或关闭由控制器（1-28）根据烘烤工艺曲线、实时湿球温度的降温速率、除湿排水口的排水量以及实时干球温度与目标温度的温度差共同决定，整个过程由控制器（1-28）以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序进行智能控制。
4.根据权利要求1所述的用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，其特征是：所述的控制器（1-28）包括CPU最小系统模块、电源电路、温度采集模块、数字输入与保护模块、数字输入与保护模块复位设置、继电器及其驱动模块、步进电机驱动模块、报警电路、LCD触摸显示屏模块、程序与数据存储模块、通信接口电路模块、高低速切换模块；CPU最小系统模块用于根据烟叶烘烤各阶段温湿度传感器采集的实时温湿度制，通过以烘烤工艺曲线为基础的控制算法程序分别控制3个制热除湿子系统的启动或停止和制热模式或者除湿模式的切换与组合；电源电路包括整流电路和电压转换电路，用于将~220V转换成各个电路模块所需要的5.0V和3.3V直流电压；温度采集模块用于监测烤房内的实时温湿度和热泵机组的压缩机喷液温度；数字输入与保护模块用于保证各用电设备的正常工作，包括相序保护、风机过载保护、压缩机高压保护、压缩机低压保护、电辅热超温保护；继电器及其驱动模块根据主控芯片发送的控制指令来开启或关闭电磁阀、循环风机的高低速切换模块、控制交流接触器的接通或断开；步进电机驱动电路用于根据烟叶烘烤工艺曲线和烤房内的实时温湿度变化自动调节电动百叶窗和电子膨胀阀的开度；报警电路用于在烟叶烘烤过程中提示工作人员整个烘烤设备的故障状态；LCD触摸显示屏用于进行人机交互和显示监测的数值和设备运行状态；程序与数据存储器用于存储系统工作程序、记录并保存每次烟叶烘烤的数据；通信接口电路模块用于与上位机进行远程通信和手机终端进行远程通信；将温度采集模块采集的实时数据作为以烘烤工艺曲线为基础的嵌入算法程序的输入，在CPU内进行运算、决策后得到控制输出量，以二进制指令的形式发送给各个执行器件，实现烟叶内循环除湿智能烘烤。
5.根据权利要求1所述的用于密集烤房改造的内循环加热除湿装置，其特征是：所述的控制算法程序集成了烘烤控制子程序，加热除湿/控制子程序，数字输入与保护子程序，控制输出程序模块，初始化CPU和外设并显示烘烤界面程序模块，开触摸屏、通信、定时器中断并设置阶段初值程序模块，测量烤房温湿度及压缩机工作温度程序模块；根据烤房（1-27）内烟叶变化和实时干湿球温度值，通过触摸屏按键中断扫描获取烘烤阶段值，再根据烘烤阶段值进入烘烤控制子程序，然后由烘烤控制子程序根据烤房（1-27）内实时干湿球温度按烘烤工艺曲线智能决策制热/除湿子程序中需要开启制热除湿子系统的数量及工作模式。
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