CN110260423A - 一种自洁转轮除湿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自洁转轮除湿系统，包括转轮、温度和湿度传感器、热线风速仪、加热器、传送带、电机、旋转编码器、吸附剂固体壁、外引隔板和控制电路；所述吸附剂固体壁位于转轮中心，并与转轮过盈配合；所述外引隔板固定在吸附剂固体壁的表面上，将转轮分为除湿区和再生区；所述传送带位于转轮表面上，传送带与电机一端连接，电机另一端连接与旋转编码器连接；热线风速仪、加热器和传感器均与控制电路连接。本发明通过在积水侧吸附剂固体壁开槽，喷涂疏水材料，使得转轮在除湿的同时也能将吸附的水分自行甩出来，提高转轮的工作寿命；通过遗传算法快速调整温度、湿度和转速的PID闭环参数，提高系统的响应速度，实现变工况快速切换的效果。
Description
技术领域
本发明涉及除湿技术领域，具体涉及一种自洁转轮除湿系统。
技术背景
空气湿度人们生活体感舒适性和工业生产安全都有着重大影响。这一特性在我国广东等高湿度地区尤为明显，如何保证所需要的低湿度环境，对改善人居条件、发展生产技术、保障生产工艺、提高产品质量都具有非常重要的意义。转轮除湿机作为一种高效节能的除湿设备，广泛应用于除湿和热回收领域。
转轮除湿机的核心部件是一个蜂窝式转轮，由纤维基材及活性硅胶复合而成，且表面设置有蜂窝状多孔道。转轮两侧由特制的密封装置分成两个区域：处理区与及再生区域。当需要除湿的潮湿空气通过转轮的处理区域时，湿空气中的水蒸气被转轮的活性硅胶所吸附，达到除湿的效果；而转轮的转动则携带吸附水进入再生区域，再生区域内反向吹入的高温空气使得转轮中吸附的水分被脱附，被风机排出室外，从而使得转轮恢复了吸湿的能力而完成再生过程，转轮不断转动，上述的除湿及再生周而复始地进行，从而保证除湿机持续稳定的初始状态。然而转轮除湿机在脱附再生过程中，不仅需要消耗90~95%的能量来加热再生空气，而且脱附的出来的水蒸气在通道壁面遇冷凝结，不仅增加了流动阻力，而且也容易破坏结构降低转轮使用寿命，更容易因为水分过多而滋生细菌影响送风品质。通常，相关技术人员尝试着通过双转轮并加大再生面积比来增加脱附效果以及使用疏水材料来促进水分排出。
例如，申请号201420866707.6的实用新型专利，实用新型了一种转轮除湿机的新型转轮，通过设置两个同轴排序但方向转动的转轮，在两者之间设有加热器，并按照再生/除湿面积比为5：1来布置每个转轮，以减少单轮吸附能力为代价来提高脱附效果。申请号为201521017706.5实用新型专利实用新型了一种转轮除湿机的新型转轮，也采用双转轮系统，并在单转轮采用3：1的再生/除湿面积比以及涂有疏水材料，实现转轮的自动清洁。
然而，目前这种转轮除湿机还存在一定的缺点，转轮除湿机在工作时特别依赖使用再生加热器对转轮进行除湿，过大的再生面积占比降低了除湿效果，双级转轮系统不紧消耗了大量能量，也加大了成本投入。而且转轮除湿机脱附再生的凝结水会在狭窄的空气通道中累积，不仅增加了空气阻力，同时长期的高湿度也会造成转轮结构发霉而滋生细菌因此，设计一种能够能自动排水而且降低能耗和开支的转轮除湿系统成为了亟待解决的问题。
发明内容
为了合理控制除湿转轮的水分含量，本发明从结构优化和系统控制两个方面来实现转轮除湿系统的自动清洁及除湿性能优化。为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种自洁转轮除湿系统。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种自洁转轮除湿系统，包括转轮、温度和湿度传感器、热线风速仪、加热器、传送带、电机、旋转编码器、吸附剂固体壁、外引隔板和控制电路；所述吸附剂固体壁位于转轮中心，并与转轮过盈配合；所述外引隔板固定在吸附剂固体壁的表面上，将转轮分为除湿区和再生区；所述传送带位于转轮的圆柱表面上，传送带与电机的一端连接，电机的另一端连接与旋转编码器连接；所述温度和湿度传感器以及热线风速仪均设置在除湿区的除湿排风口处；所述加热器设置在再生区的入风侧；所述热线风速仪、加热器、温度和湿度传感器均与控制电路连接。
优选的，所述吸附剂固体壁的吸附介质为硅胶。
优选的，吸附剂固体壁的形状为蜂窝状的圆筒。
优选的，所述外引隔板固定在吸附剂固体壁两侧的表面，将转轮的平面对半分为除湿区和再生区。
优选的，所述吸附剂固体壁上设有排水槽道，所述排水槽道喷涂有疏水材料。
优选的，所述转轮与吸附剂固体壁的厚度相等。
优选的，所述控制电路包括单片机和PID调节器；所述单片机与PID调节器连接。
优选的，所述温度和湿度传感器以及热线风速仪均与单片机连接，所述加热器和电机均与PID调节器连接。
优选的，所述的单片机采用STM32单片机。
优选的，采用遗传算法对控制电路中的PID调节器的比例系数、积分系数和微分系数进行最优化整定。
优选的，温度和湿度传感器所采集的温度、湿度和转速等数据经过遗传算法自动调整各温度、湿度和转速闭环的PID（Packet Identifier）参数，通过脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation，PWM）调整各回路的输出电压，通过电压控制加热器和电机等受控对象，实现系统的温度、湿度和转速的控制，提高系统的响应性和节能性。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
1、通过在转轮通道开有排水槽，用离心力引导凝结水排到排水槽。
2、通过凝结水在吸附剂固体壁的流动，带走吸附剂固体壁中的灰尘等污垢，在排水槽表面的疏水材料作用下，凝结水被迅速排出，从而实现自洁功能，提高转轮寿命。
3、通过在除湿排风口处设有温度和湿度传感器，在电机突出轴上设有旋转编码器，对温度、湿度和转速进行数据采集，实现多参数的采集和反馈。
4、采用遗传算法对PID调节器的三个参数进行最优化整定，通过PWM对加热器和电机等受控对象进行控制，从而实现对系统温度、湿度和转速的控制，提高响应速度的和降低系统能耗。
附图说明
图1为本实施例一种自洁转轮除湿系统的结构图；
图2为本实施例一种自洁转轮除湿系统的控制流程图；
图3为本实施例一种自洁转轮除湿系统的控制流程图的控制原理示意图；
图4为本实施例一种自洁转轮除湿系统的控制流程图的遗传算法程序框图；
其中：1-转轮，2-温度和湿度传感器，3-热线风速仪，4-电加热器，5-传送带，6-电机，7-旋转编码器，8-吸附剂固体壁，9-排水槽道，10-凝结水，11-外引隔板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图。
如图1所示，本实施例的一种自洁转轮除湿系统，包括空心的圆柱形转轮1、吸附剂固体壁8、温度和湿度传感器2、热线风速仪3、加热器4、传送带5、电机6、旋转编码器7、外引隔板11和控制电路，所述控制电路包括单片机和PID调节器，所述单片机与PID调节器连接。
所述吸附剂固体壁8是呈蜂窝状的单元，大量的单元固定在一起呈圆筒状，并与转轮1过盈配合，形成一个整体，吸附剂固体壁8的厚度与转轮1相等，吸附剂固体壁8的吸附介质为硅胶，圆筒上的每个蜂窝状通道上设有排水槽道9并喷涂有疏水材料，如氟碳涂料中的PTFE、FEP、ECTE、ETFE、PFA等，在风力及离心力的作用下使得凝结水10经排水槽道9排出转轮1。
所述外引隔板11固定在吸附剂固体壁8两侧的表面上，将转轮1的平面对半分为除湿区和再生区，待处理空气流经除湿区时，其中的水分被吸附剂固体壁8中的硅胶所吸收，达到除湿的目的，而再生区则对高温空气进行脱附处理；另外除湿区的除湿排风口处设有温度和湿度传感器2和热线风速仪3。
所述传送带5位于转轮1的圆柱表面上，传送带5与电机6的一端连接，电机6的另一端连接与旋转编码器7连接，电机6通过传送带5带动转轮1转动，通过旋转编码器7测定转轮1的转速。
如图2所示，所述控制电路分别与电机6和加热器4连接，控制电路通过电机6控制转轮1的转速，通过加热器4控制高温气体的温度。温度和湿度传感器2和热线风速仪3将采集的温度、湿度和速度等数据转化为电压信号，通过stm32单片机的A/D转换产生可识别的数字信号，经STM32单片机处理后再通过D/A转换重新转化为模拟信号。控制电路分别与电机和加热器相连；电机收到信号后控制转轮1的转速，控制电路控制加热器4调节高温气体的温度。
图3系统控制的原理图，将温度和湿度传感器2以及热线风速仪3上一次采集的温度、湿度和转速等数据经过转换后变为电压信号uT*(k)、uΦ*(k)和uω*(k)，并作为初值分别输入到对应的PID调节器1、PID调节器2和PID控制器3所在的增量式PID闭环中，采用遗传算法对控制电路中的PID调节器1、PID调节器2和PID控制器3中的三个参数（比例系数、积分系数、微分系数）进行最优化整定，通过PWM1、PWM2和PWM3得到各自的调整电压uT(k)、uΦ(k)和uω(k)以及反馈信号e(k)反馈到输入端，从而得到优化后的电压信号u(k)，将此电压输出到加热器4和电机6中，从而控制加热器4的加热和转轮1的转速。
通过在蜂窝状通道上开排水槽道9，并在其表面喷涂于疏水材料，能减少留在转轮里面的水分，避免因为转轮1里面水分太多导致转轮使用寿命降低。另外，温度、湿度和转速等增量式PID控制闭环中引入遗传算法，自动整定PID参数，能够快速地完成工况地切换，提高了系统的响应速度并降低了能耗。采用的遗传算法的原理如图4所示，将采集到的数据进行编码，形成二进制数，并利用适应度函数及选择函数计算其适应度；对编码形成的二进制数进行运算，通过复制、交叉和变异随机把其中几个位于同一位置的编码进行交换或者直接改变某一位置的编码，从而形成新的“个体”，重复这一过程，最终得到一个优化后的二进制数，并以此来调整PID参数。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，包括：转轮、温度和湿度传感器、热线风速仪、加热器、传送带、电机、旋转编码器、吸附剂固体壁、外引隔板和控制电路；所述吸附剂固体壁位于转轮中心，并与转轮过盈配合；所述外引隔板固定在吸附剂固体壁的表面上，将转轮分为除湿区和再生区；所述传送带位于转轮的圆柱表面上，传送带与电机的一端连接，电机的另一端连接与旋转编码器连接；所述温度和湿度传感器以及热线风速仪均设置在除湿区的除湿排风口处；所述加热器设置在再生区的入风侧；所述热线风速仪、加热器、温度和湿度传感器均与控制电路连接。
2.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述吸附剂固体壁的吸附介质为硅胶。
3.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，吸附剂固体壁的形状为蜂窝状的圆筒。
4.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述外引隔板固定在吸附剂固体壁两侧的表面，将转轮的平面对半分为除湿区和再生区。
5.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述吸附剂固体壁上设有排水槽道，所述排水槽道喷涂有疏水材料。
6.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述转轮与吸附剂固体壁的厚度相等。
7.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述控制电路包括单片机和PID调节器；所述单片机与PID调节器连接。
8.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述温度和湿度传感器以及热线风速仪均与单片机连接，所述加热器和电机均与PID调节器连接。
9.如权利要求7所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，所述的单片机采用STM32单片机。
10.如权利要求1所述的一种自洁转轮除湿系统，其特征在于，采用遗传算法对控制电路中的PID调节器的比例系数、积分系数和微分系数进行最优化整定。
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