CN110895100A - 采用变频热泵子系统的热泵机组、烟叶烘烤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用变频热泵子系统的热泵机组，包括：气流循环风道，包括进风口和出风口；至少一组定频热泵机组，包括第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器；所述第一冷凝器位于所述气流循环风道内；至少一组变频热泵机组，包括第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器；第二冷凝器位于气流循环风道内；第二蒸发器位于所述循环风道外部的环境空气中；第二压缩机的电源模块上设置有用于调节第二压缩机的转速的变频控制模块；由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，自进风口进入气流循环通道内，流经第一冷凝器、第二冷凝器后变成高温干燥空气，再经过出风口排入烘干空间，进行新一轮烘干作业。

Description

采用变频热泵子系统的热泵机组、烟叶烘烤装置及方法

技术领域

本发明涉及热泵系统设计技术领域，具体涉及一种采用变频热泵子系统的热泵机组、烟叶热泵烘烤装置及方法。

背景技术

绿色发展成为社会主流观念以来，在农产品以及木材、纸张、海产品等等烘干领域，热泵代替燃煤热风炉、燃气热风炉、燃油热风炉渐渐成为风尚。

而烟叶热泵烘烤，是农产品热泵烘干领域的焦点。

因为烟叶烘烤时间很长一般在170小时以上，烘烤工艺十分严格。在170小时烘烤过程中，烘干间内干湿球温度缓慢变化，并且干湿球温度控制精度要求干球温度不超过目标值±2℃，湿球温度不超过目标值±1℃；为了适应这种严格的烘烤工艺，热泵烘干间都只能采取一只热泵机组对应一间烘干间的“一对一”配合模式，这只热泵机组在运行过程中不断调节自身制热能力、除湿能力以满足烟叶严格的烘烤工艺要求。

采用定频压缩机的烟叶烘烤热泵机组，始终面临如下两个问题：

1.烤烟房热量需求宽幅变化定频压缩机难以跟随；

2.干筋期烤烟房热量供求出现剪刀差；

发明内容

针对现有定频热泵烘干机组不能连续调节热量输出，无法满足烟叶、中草药等精细烘烤工艺要求，本发明提供了一种包括外吸热变频热泵子系统的热泵烘干机组，包括：

气流循环风道，包括进风口和出风口，用于与一烘干空间循环连接起来；

至少一组定频热泵机组，包括第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器，所述第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的第一循环系统；所述第一冷凝器位于所述气流循环风道内；所述蒸发器在外排湿气流与环境新风混合气流中(或者内除湿模块的气流中)回收热量；

至少一组变频热泵机组，外吸热内加热，包括第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器，所述第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的第二循环系统；所述第二冷凝器位于所述气流循环风道内；所述第二蒸发器位于所述循环风道外部的环境空气中；所述第二压缩机的电源模块上设置有用于调节所述第二压缩机的转速的变频控制模块；

由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，自所述进风口进入所述气流循环通道内，流经所述第一冷凝器、第二冷凝器后变成高温干燥空气，再经过所述出风口排入烘干空间，进行新一轮烘干作业。

较佳地，所述循环风道内靠近所述出风口处设置有第一风机。

较佳地，所述第二蒸发器的一侧设置有第二风机，用于带动外部环境空气流经所述第二蒸发器。

较佳地，所述定频热泵机组采用外吸热内加热热泵机组，所述第一冷凝器位于所述循环风道内，所述第一蒸发器位于所述循环风道外部的环境空气中，所述第一蒸发器在外排湿气流与环境新风混合气流中回收排湿气流水蒸汽热量。

较佳地，所述第一蒸发器的一侧设置有第三风机，用于带动外部环境空气流经所述第一蒸发器。

较佳地，所述定频热泵机组采用内除湿内加热热泵机组，所述第一蒸发器布置在所述循环风道内，所述第一蒸发器的进风风路与出风风路之间设置有一错流换热器，来自所述进风口的一部分湿空气顺序流经所述错流换热器热流体通道、第一蒸发器、错流换热器冷流体通道变成干燥空气，再与另一部分湿空气混合，之后经过所述第一冷凝器、第二冷凝器后由所述出风口排出。

较佳地，所述错流换热器的出风口处设置有第四风机。

较佳地，所述循环风道上设置有补风口、排湿口，所述排湿口靠近所述进风口一侧设置，所述补风口靠近所述第一冷凝器/所述第二冷凝器设置。

较佳地，所述循环风道内靠近所述排湿口处设置有第五风机。

较佳地，所述循环风道内靠近所述排湿口出设置有进风口回风动静压头转换风管。

本发明还提供了一种包括热回收定频子系统和外吸热变频子系统的烟叶热泵烘干机组。较佳地，还包括用于测量烘干间内温度的第一测温装置、用于测量环境空气温度的第二测温装置；

所述变频控制模块根据从第一测温装置、第二测温装置上获取的温度信息来调节所述第二压缩机的转速。

本发明还提供了一种烟叶热泵烘烤方法，采用如上所述的烟叶热泵烘烤装置，所述烟叶热泵烘烤时间段顺序分为变黄期t1、定色期t2和干筋期t3，所述烟叶烘烤方法如下：

S1、在变黄期t1期间内，实时监测烘干间内的温度T，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度T1时，启动变频热泵机组，并通过变频控制模块控制所述第二压缩机在低转速下进行运行；

S2、在定色期t2期间内，启动定频频热泵机组；实时监测烘干间内的温度T，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度T2时，启动变频热泵机组，并控制所述第二压缩机在中高速段进行运行，弥补烤烟房热量需求与定频热泵子系统热量输出的差值；

S3、当进入干筋期t3后，同时启动定频频热泵机组、变频热泵机组；实时监测烘干间内的温度T，当烘干间内的温度T小于预设烘烤工艺目标温度T3时，通过变频控制模块控制第二压缩机高速运转，弥补烤烟房热量需求与定频热泵子系统热量输出的差值。

本发明所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，所述烘烤工艺目标温度T1的取值范围为：环境温度-44℃。

本发明所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，所述烘烤工艺目标温度T2的取值范围是为：44℃-54℃。

本发明所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，所述烘烤工艺目标温度T3的取值范围为：54℃-68℃。

本发明的烟叶烘烤方法，其特征在于，步骤S1中的第二压缩机运行的低速段取值为3000rev/min附近。

本发明所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，步骤S2中的第二压缩机运行的中高速段取值为4500rev/min附近。

本发明所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，步骤S3中的第二压缩机运行的高速段取值为6500rev/min附近。

本发明提供的采用变频热泵子系统的热泵机组、烟叶烘烤装置及方法，由于采用以上定频变频组合技术方案，与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、制热功率高弹性

本发明定频热泵机组和变频热泵机组联合运行，烤烟房在变黄期定色期干筋期各个阶段所需实际热量与定频热泵机组输出热量之间的缺口，均由变频热泵机组进行补充弥合；

本发明变频热泵机组因为转速的可调节性而使制热功率具有高弹性，在定频热泵机组制热运转基础上，控制器依据烤烟房目标温度与实际检测温度的差值来调控外吸热内加热变频压缩机的转速，温差小则变频压缩机转速低制热量小，温差大则变频压缩机转速高制热量大，可以无缝弥补烤烟房在变黄期定色期干筋期各个阶段所需实际热量与定频热泵机组输出热量之间的缺口，解决烤烟房气流温度对目标温度的跟随契合，以及烤烟房干湿球温度稳定性问题。

2、制热高能效

本发明定频热泵机组和变频热泵机组联合运行，定频机组承担烘干装置余热回收任务。无论烘干装置采用气流闭路循环模式还是开路循环模式，都需要对烘干气流进行排湿(减湿)操作以降低烘干气流的湿含量，从而促进烟叶等含湿物料水分的后续蒸发；由于烘干过程具有“等焓”特性，由于湿空气的能量主要由湿度而不是温度决定，排湿气流因为水蒸汽含量高而具有了可以比肩烘干空间进风口高温干燥空气高焓值的特点，因此对于由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，无论采用外排湿还是内除湿技术方案进行热回收，承担余热回收任务定频机组的蒸发压力、蒸发温度都明显高出自环境空气吸热的机组，因而制热功率、制热能效比都比较高，实现热泵机组制热高能效。

3、弥补了因为干筋期的热量供求剪刀差缺口

针对烟叶烘烤干筋期漏热功率与供热能力的“剪刀差”问题，本发明干筋期将外吸热内加热的变频压缩机热泵机组的变频控制模块调整到高频输出，大幅度提高变频压缩机转速和吸气量，扩大蒸发器的吸热量，实施高频强力制热，从而解决干筋期制冷剂循环过程中“制冷液在冷凝器中过冷度变小、在节流阀中汽化比例升高、在蒸发器中液相比例降低导致蒸发吸热不足”的运行工况问题，弥补了“烤烟房漏热增加而热泵制热功率降低”导致热量供求出现的“剪刀差”缺口；

4、系统架构简单具有高可靠性

本发明两个互补配合的热泵子机组，都是由压缩机-冷凝器-节流装置-蒸发器组成的简单的单一制冷系统，没有“一机多用”系统中的四通阀、电磁阀及分支路，本发明结构简单，可靠性高。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为烘干间内气流干湿球温度曲线图；

图2为实施例1中烘干热泵机组、烟叶烘烤装置的结构示意图；

图3为实施例1中烘干热泵机组、烟叶烘烤装置的变换结构示意图

图4为实施例1中烟叶烘烤装置工作时的压焓图；

图5为实施例2中烘干热泵机组的结构示意图；

图6为实施例2中第一蒸发器与错流换热器的连接示意图。

图7为实施例2中烟叶烘烤装置的结构示意图；

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

在一只热泵机组对应一间烤房的“一对一”配合模式和新鲜烟叶批量式烘烤条件下，业界普遍对烤烟房排湿时的暖湿出风进行余热热泵回收,形成了由1套外吸热内加热热泵机组+1套内除湿内加热热泵机组或者2套外吸热内加热热泵机组(蒸发器也在开放环境中吸收烤烟房排湿气流余热)组成的热泵机组结构。

无论采用哪一种热泵机组结构，都存在两大问题：

(一)定频热泵供热能力无法跟随烤烟房热量需求宽幅变化问题

烤烟房热量需求宽幅变化这个问题的根源，在于一个烤烟周期里，如图1，烤烟房经历了烟叶变黄期定色期干筋期的不同能量状态：

在变黄期，鲜烟叶含水率高、热容量大，变黄期的升温阶段所需热功率大，稳温阶段由于烟叶存在有氧呼吸产生自热所需外部热量很小；

在定色期，鲜烟叶进入大排湿时期，烟叶水分蒸发成为水蒸汽脱离烟叶，需要巨量热量；

在干筋期，烤烟房内温度接近70℃，内外温差达到40℃以上，漏热功率达到峰值；

烤烟房从烟叶变黄期到定色期再到干筋期，热负荷变化范围太大，从几千瓦到几十千瓦，相差10多倍，定频热泵机组制热量无法跟随烤烟房热量需求的跨数量级的宽幅变化；

(二)干筋期热量供求剪刀差问题

在干筋期，热泵烤烟房出现了“漏热增加而热泵制热功率降低”的热量供求“剪刀差”缺口，以致于不得不借助电辅热这样的高耗能手段来弥补这个剪刀差。热泵烤烟房干筋期出现了“漏热增加而热泵制热功率降低”的热量供求“剪刀差”缺口，其成因如下：对于内除湿内加热热泵机组，在烟叶烘烤后期即干筋期，烤房干球温度接近70℃，烤烟房回风温度上升相对湿度降低、蒸发器滤不出冷凝水来、除湿量接近零，此时内除湿内加热热泵机组的制热功率就与压缩机的电功率接近，结构复杂投资巨大的热泵机组就退化成为1根功率与压缩机电功率接近的电热丝，热泵的经济性大为降低。

对于外吸热内加热热泵机组而言，从环境空气吸收热量以提升烤烟房温度；其制热效率(能效比)主要由热泵系统的冷凝压力(冷凝温度)和蒸发压力(蒸发温度)决定；如果环境温度低、烤烟房气流温度高，则外吸热内加热热泵机组蒸发器的蒸发压力低，冷凝器的冷凝压力高，压缩机吸气压力与排气压力两者之间的“压差”增高，压缩比增高，造成制热功率降低、制热能效比降低、压缩机排气温度升高的“两低一高”现象，压缩机工况恶化，热泵的高能效比和高经济性丧失殆尽。这是在冷凝器与蒸发器之间进行大温差、大压差、高压缩比运行的热泵的必然结果。烤烟干筋期只有50小时左右，在170小时烘烤全程的时间占比不到1/3，而干筋期热泵机组电耗却达到烤烟全程电耗的50％左右，成为热泵机组节能的焦点问题。

在干筋期，产生了“烤烟房漏热增加而热泵制热功率降低”的热量供求“剪刀差”缺口，以致于不得不借助电辅热这样的高耗能手段来弥补这个剪刀差。造成干筋期热泵系统供热能力不足的原因，归纳起来就是“两个衰减”：

①内除湿内加热热泵机组制热能力大幅衰减

在烟叶烘烤后期即干筋期，烤房干球温度接近70℃，烤烟房回风温度上升相对湿度降低、蒸发器滤不出冷凝水来、除湿量接近零，此时内除湿内加热热泵机组的制热功率就与压缩机的电功率接近，复杂的热泵系统就是退化成为1根功率与压缩机电功率接近的电热丝，热泵的经济性大为降低；

②外吸热内加热热泵机组制热能力大幅衰减

烤房内干球温度上升到60℃以上，烤房内外温差扩大到40℃甚至更大、漏热功率大幅增加，维持烤烟房内高温状态所需的制热功率大幅增加，而此时外吸热内加热热泵机组由于循环温升(冷凝温度-蒸发温度)扩大造成压缩机功耗增加、制冷剂冷凝液过冷度降低造成制冷液在节流阀中汽化比例增加、在蒸发器中吸热汽化比例降低，致使制热功率大幅度下降，制热能力大幅衰减。

针对上述问题，本发明提供了一种采用定频子系统和变频子系统的热泵烘干机组，包括：热泵机组气流循环风道，包括进风口和出风口，将热泵机组与烤烟房连接起来；至少一组定频热泵机组，包括第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器，所述第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的第一循环系统；所述第一冷凝器位于所述气流循环风道内；

至少一组变频热泵机组，外吸热内加热，包括第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器，所述第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的第二循环系统；所述第二冷凝器位于所述气流循环风道内；所述第二蒸发器位于所述循环风道外部的环境空气中；所述第二压缩机的电源模块上设置有用于调节所述第二压缩机的转速的变频控制模块；

由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，自所述进风口进入所述气流循环通道内，流经所述第一冷凝器、第二冷凝器后变成高温干燥空气，再经过所述出风口排入烘干空间，进行新一轮烘干作业。

其中，定频热泵机组可采用内除湿内加热热泵机组，也可采用外吸热内加热热泵机组，此处不做限制限制。

其中，通过在第二压缩机的电源输送模块上设置有变频控制模块，从而实现压缩机转速的调整，使得第二压缩机形成一变频压缩机；进一步的，变频控制模块的实现原理具体如下：

首先将输送给第二压缩机的电网中的交流电转换成方波脉冲输出，再通过调节方波脉冲的频率(即调节占空比)，就可以控制驱动第二压缩机的电机转，方波脉冲的频率越高，变频压缩机转速也越高；

本发明通过一外吸热内加热的变频热泵机组与一定频热泵机组配合使用，两个热泵机组压缩机一定一变，互补配合，在烟叶烘烤过程中变黄、定色、干筋的各个阶段，实现全程制热高强度、高能效、高弹性；本发明有益之处具体如下：

1、制热功率高弹性

本发明定频热泵机组和变频热泵机组联合运行，烤烟房在变黄期定色期干筋期各个阶段所需实际热量与定频热泵机组输出热量之间的缺口，均由变频热泵机组进行补充弥合；变频热泵机组制热功率具有高弹性，在定频热泵机组制热运转基础上，控制器依据烤烟房目标温度与实际检测温度的差值来调控外吸热内加热变频压缩机的转速，温差小则变频压缩机转速低制热量小，温差大则变频压缩机转速高制热量大，解决烤烟房气流温度对目标温度的跟随契合，以及烤烟房干湿球温度稳定性问题；

2、制热高能效

本发明定频热泵机组和变频热泵机组联合运行，定频机组承担烤烟房余热回收任务。无论烤烟房采用气流闭路循环模式还是开路循环模式，都需要对烘干气流进行排湿(减湿)操作以降低烘干气流的湿含量，从而促进烟叶等水分的后续蒸发；由于湿空气的能量主要由湿度而不是温度决定，排湿气流因为水蒸汽含量高而具有了可以比肩烘干空间进风口高温干燥空气高焓值的特点，因此对于由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，无论采用外排湿还是内除湿技术方案进行热回收，承担余热回收任务定频机组的蒸发压力、蒸发温度都明显高出自环境空气吸热的机组，因而制热功率、制热能效比都比较高，实现热泵机组制热高能效。

3、弥补了烟叶干筋期的热量供求剪刀差缺口

针对烟叶干筋期漏热功率与供热能力的“剪刀差”问题，本发明干筋期将外吸热内加热的变频压缩机热泵机组的变频控制模块调整到高频输出，大幅度提高变频压缩机转速和吸气量，扩大蒸发器的吸热量，实施高频强力制热，从而解决干筋期制冷剂循环过程中“制冷液在冷凝器中过冷度变小、在节流阀中汽化比例升高、在蒸发器中液相比例降低导致蒸发吸热不足”的运行工况问题，弥补了“烤烟房漏热增加而热泵制热功率降低”导致热量供求出现“剪刀差”缺口；

4、系统架构简单具有高可靠性

本发明两个互补配合的热泵子机组，都是由压缩机-冷凝器-节流装置-蒸发器组成的简单的单一制冷系统，没有“一机多用”系统中的四通阀、电磁阀、单向阀及分支路，本发明结构简单，可靠性高。

下面就具体实施方式做进一步的说明：

实施例1

参照图2-图4，本发明提供了一种包括外吸热变频热泵子系统的外排湿烟叶热泵烘干机组，包括循环风道2、至少一组的定频热泵机组和至少一组的变频热泵机组，循环风道2包括有进风口17和出风口16。循环风道2通过进风口17和出风口16与一烘干间循环连通。

在本实施例中，定频热泵机组采用外吸热内加热热泵机组；具体的，如图2中所示，定频热泵机组包括第一压缩机6、第一冷凝器8、第一节流装置15、第一蒸发器5，第一压缩机6、第一冷凝器8、第一节流装置15、第一蒸发器5顺序连接构成一供制冷剂循环的第一循环系统；第一蒸发器5设置在循环风道2外的环境空气中，第一冷凝器8设置在循环风道2内。

在本实施例中，变频热泵机组采用外吸热内加热热泵机组；具体的，如图2中所示，变频热泵机组包括第二压缩机13、第二冷凝器9、第二节流装置10、第二蒸发器11，第二压缩机13、第二冷凝器9、第二节流装置10、第二蒸发器11顺序连接构成一供制冷剂循环的第二循环系统；第二冷凝器9布置在循环风道2内，第二蒸发器11位于循环风道2外部的环境空气中。

在本实施例中，第一冷凝器8和第二冷凝器9顺序布置在循环风道内，使得循环风道2内的湿空气均经过第一冷凝器8和第二冷凝器9；本实施例中，湿空气先经过第二冷凝器9再经过第一冷凝器8后从出风口16排出；当然在其他实施例中，第一冷凝器8和第二冷凝器9的位置也可互调，即第二冷凝器9布置在靠近出风口16的一侧，此处不做限制。

进一步的，循环风道2内靠近出风口16处设置有第一风机3，用于带动整个循环风道2内的空气自进风口17进入、从出风口16排出。

在本实施例中，第二蒸发器11的一侧设置有第二风机12，用于带动外部环境空气流经第二冷凝器9。第一蒸发器5的一侧设置有第三风机18，用于带动外部环境空气流经第一蒸发器5。

在本实施例中，循环风道2上设置有补风口202、排湿口201，排湿口201靠近进风口17一侧设置，循环风道内靠近排湿口201设置有第五风机19，补风口202靠近第一冷凝器8/第二冷凝器9设置。本发明通过排湿口201的设置在第五风机19的作用下将循环通道内的湿空气排出，再在第一风机3的作用下从补风口202补入环境空气，补入的新空气经过第二冷凝器9、第一冷凝器8被加热成干燥的高温空气。

在本实施例中，如图3中所示，循环风道内靠近排湿口201还可以设置进风口回风动静压转换管18代替第五风机19，将进风口高速回风的动压头转化为静压头，克服排湿口201的阻力而将部分湿空气排出风道。

进一步的，本实施例中第一蒸发器5靠近排湿口201设置，从而便于排出的湿空气经过第一蒸发器5滤出水分，并在第一蒸发器5的下端设置有接水盘，用于回收滤出水分。当然，在其他实施例中，第一蒸发器5也可不靠近排湿口201设置，此处不做限制。

具体工作的时候，由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，自进风口进入气流循环通道内，进入热泵机组进风口后分为两路，一路排出气流循环风道与环境空气混合后进入第一蒸发器进行热回收，另一路与补入新风混合，流经第一冷凝器、第二冷凝器后变成高温干燥空气，再经过出风口排入烘干空间，进行新一轮烘干作业。

本实施例中，在第二压缩机13的电源输送模块上设置有用于调节第二压缩机13转速的变频控制模块14，从而使得外吸热内加热热泵机组构成一变频热泵机组。

本发明将定频热泵机组与变频热泵机组组合进入同一个热泵装置，两个热泵机组互补配合，从而在包括变黄定色、干筋各个阶段的烟叶烘烤全过程，实现制热高能效。

在变黄期，实时监测烘干间内的温度，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度时，启动变频热泵机组，并通过变频控制模块控制所述第二压缩机在低转速下进行运行；

在定色期期间内，启动定频频热泵机组；实时监测烘干间内的温度，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度时，启动变频热泵机组，并控制所述第二压缩机在中高速段进行运行，弥补烤烟房热量需求与定频热泵机组热量输出之间缺口；

在进入干筋期后，同时启动定频频热泵机组、变频热泵机组；实时监测烘干间内的温度，当烘干间内的温度小于预设烘烤工艺目标温度时，通过变频控制模块控制第二压缩机高速运转，弥补烤烟房热量需求与定频热泵机组热量输出之间缺口。

具体的，本发明外吸热内加热的变频热泵机组在干筋期实施高频强力制热，只要压缩机电源驱动模块调整到高频输出即可实现，不需要增加蒸发器的换热面积和通风量，不需要增加冷凝器的换热面积和通风量；因为干筋期外吸热内加热热泵机组制热能力相对于变黄期定色期的衰减，如图4，本质上是由于干筋期制冷剂循环过程中“制冷液在冷凝器中过冷度变小、在节流阀中汽化比例升高、在蒸发器中液相比例降低导致蒸发吸热不足”问题，造成单位制冷剂循环量制冷量减少(图4中从(h2-h1)变成(h2-h1，))，从而带来蒸发器吸热不足、冷凝器放热能力衰减，并且造成压缩机压缩功增加(图4中从(h3-h2)变成(h3，-h2))；

相对于变黄期定色期，干筋期外吸热内加热热泵机组的蒸发器、冷凝器出现能力冗余，本发明在干筋期变频控制模块引导变频压缩机转入高频运行，大幅度提高吸气量，实际地提高了蒸发器吸热量和冷凝器放热量，消除了蒸发器冷凝器的能力冗余状态，使之恢复到变黄期定色期的正常状态。

实施例2

参照图5-图7，本发明提供了一种包括外吸热变频子系统的内除湿热泵烘干机组，包括循环风道2、至少一组的定频热泵机组和至少一组的变频热泵机组，循环风道2包括有进风口17和出风口16。

在本实施例中，定频热泵机组采用内除湿内加热热泵机组，包括第一压缩机6、第一冷凝器8、第一节流装置15、第一蒸发器5，第一压缩机6、第一冷凝器8、第一节流装置15、第一蒸发器5顺序连接构成一供制冷剂循环的第一循环系统；第一蒸发器5的进风风路与出风风路之间设置有一错流换热器4，第一冷凝器8、第一蒸发器5、错流换热器4位于循环风道内。

其中，变频热泵机组采用外吸热内加热热泵机组，包括第二压缩机13、第二冷凝器9、第二节流装置10、第二蒸发器11，第二压缩机13、第二冷凝器9、第二节流装置10、第二蒸发器11顺序连接构成一供制冷剂循环的第二循环系统；第二冷凝器9布置在循环风道2内；第二蒸发器11位于循环风道2外部的环境空气中.

来自进风口17进入循环风道2的湿空气，依次经过错流换热器热流体通道、第一蒸发器、错流换热器冷流体通道变成干燥空气，再经过第一冷凝器8、第二冷凝器9后变成高温干燥空气，经出风口16排出高温干燥空气。

进一步的，循环风道2内靠近出风口16处设置有第一风机3，用于带动整个循环风道2内的空气自进风口17进入、从出风口16排出。

在本实施例中，第二蒸发器11的一侧设置有第二风机12，用于带动外部环境空气流经第二冷凝器9。

在本实施例中，错流换热器4的出风口处设置有第四风机7。

在本实施例中，如图6中所示，错流换热器4采用板式错流换热器，第一蒸发器5直接紧靠在错流换热器4的一侧，错流换热器4的热流体通道401直接与第一蒸发器5进风连通，第一蒸发器5的出风通过连通风道与错流换热器4的冷流体通道402连通，冷流体通道402的出风口设置有第二风机7；错流换热器4、第一蒸发器5、第二风机7与连接风道共同组成“进风预冷出风再热高效除湿模块”；。

自进风口17进入的的高温湿空气进入到循环通道内，部分空气进入错流换热器4的热流体通道401内，被冷流体通道402内的低温出风所降温“预冷”，被预冷之后的气流温度降低、相对湿度增加、湿负荷比例增加，再进入第一蒸发器5进一步降温除湿，滤除水蒸汽；离开第一蒸发器5的低温出风，进入错流换热器4的冷流体通道402，被热流体通道401的高温进风所加热，成为干燥空气再被第二风机7吸入、升压、排出，360°抛向四侧，与四周竖直向上输送的另一部分湿空气垂直相交，发生气体分子的相互碰撞、气体分子对壁面的反射，产生气流涡旋和相互强烈扩散，从而获得温度、湿度均匀化的气流，该气流再流经第一冷凝器8、第二冷凝器9，获得高温干燥空气，在第一风机3的作用下从进风口16排进烘干间内。

在本实施例中，进一步的在第二压缩机13的电源输送模块上设置有用于调节第二压缩机13的供电频率的变频控制模块14，从而使得外吸热内加热热泵机组构成一变频热泵机组。

本发明一种采用变频技术弥补干筋期供热缺口烟叶烘烤热泵机组的，将定频热泵机组(内除湿内加热热泵机组)与变频热泵机组(外吸热内加热热泵机组)组合进入同一个热泵装置，两个热泵机组错峰运行，互补配合，从而在包括变黄定色、干筋各个阶段的烟叶烘烤全过程，实现制热高能效。

在定色期大排湿阶段，采用具有定频压缩机的内除湿内加热热泵机组，实施蒸发器进风预冷出风再热高效除湿，解决烟叶水分蒸发所需要的巨量热量问题；在干筋期高温运行阶段，采用具有变频压缩的外吸热内加热热泵机组，提高第二压缩机的电频，实施高频强力制热，解决制冷液冷凝器中过冷度小、节流阀中汽化比例高、蒸发器中液相比例低导致蒸发吸热不足的问题，弥补“烘干间1漏热增加而热泵制热功率降低”导致热量供求出现“剪刀差”缺口。

本发明通过外吸热内加热热泵机组在干筋期实施高频强力制热，只要压缩机电源驱动模块调整到高频输出即可实现，不需要增加蒸发器的换热面积和通风量，不需要增加冷凝器的换热面积和通风量，结构简单，操作方便。

在本实施例中，循环风道2上设置有补风口202，具体的补风口202位于错流换热器4的出风口与第一冷凝器8之间的循环风道2上。循环风道2上还设置有排湿口201。

在实际的烟叶热泵烘烤生产中，特别是在变黄期，由于新鲜烟叶自身有氧呼吸而产生的自热和内除湿内加热热泵机组压缩机功率对烘干间1的净加热，部分时段可能出现干球温度超出烘烤工艺目标值的情况，需要将烘干间1多余热量排入环境大气，本实施例通过补风口202、排湿口201的联动，补入新风使烘干间1相对于环境大气呈现出微正压的状态，推动部分含湿气流经排湿风门进入环境大气，从而降低烘干间1干湿球温度。

实施例3

本实施例提供了一种烟叶烘烤装置，包括有用于烟叶烘烤的烘干间和实施例1或实施例2中所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，此处不做限制。

在本实施例中，烟叶烘烤装置还包括用于测量烘干间内温度的第一测温装置、用于测量环境空气温度的第二测温装置；第一测温装置、第二测温装置与所述变频控制模块，变频控制模块根据从第一测温装置、第二测温装置上获取的温度信息来调节第二压缩机的转速。

实施例4

本实施例提供了一种烟叶热泵烘烤方法，采用实施例3中所述的烟叶烘烤装置，烟叶热泵烘烤时间段顺序分为变黄期t1、定色期t2和干筋期t3。

烟叶烘烤方法具体如下：

S1、在变黄期t1期间内，启动变频热泵机组，并通过变频控制模块控制第二压缩机在低转速下进行运行。

其中，变黄期t1时长通常在80h左右；

其中，步骤S1中的第二压缩机运行的中低速段取值为3000rev/min左右；

在烟叶变黄期t1，启动运行变频热泵机组(外吸热内加热变频热泵机组)，变频控制模块引导变频压缩机低速变速运转(3000rev/min左右)，应对变黄期升温阶段与稳温阶段所需热功率的变化；

S2、在定色期t2期间内，启动定频频热泵机组；实时监测烘干间内的温度T1，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度T2时，启动变频热泵机组，并控制所述第二压缩机在中高速段进行运行；

其中，定色期t2时长通常在50h左右；

其中，步骤S2中的第二压缩机运行的中高速段取值为4500rev/min。

定频热泵机组和变频热泵机组联合运行，烤烟房在定色期各个阶段所需热量与定频热泵机组输出热量之间的缺口，由变频热泵机组进行补充弥合；变频热泵机组在定频热泵机组运转基础上，变频控制模块引导变频压缩机中速或中高速运转(4000rev/min左右)，解决定色期大排湿阶段烟叶水分蒸发所需要的巨量热量问题和烤烟房干湿球温度稳定性问题；

S3、当进入干筋期t3后，同时启动定频频热泵机组、变频热泵机组；实时监测烘干间内的温度T1，当烘干间内的温度T1小于预设烘烤工艺目标温度T3时，通过变频控制模块控制第二压缩机高速运转。

其中，定色期t3时长通常在30h左右；

其中，步骤S3中的第二压缩机运行的高速段取值为6000rev/min。

在干筋期，定频热泵机组和变频热泵机组联合运行，烤烟房在干筋期各个阶段所需热量与定频热泵机组输出热量之间的缺口，由变频热泵机组进行补充弥合；变频热泵机组在定频热泵机组运转基础上，变频控制模块引导变频压缩机高速运转(5500rev/min左右)强力制热，解决由于干筋期烤烟房漏热量增加以及干筋期制冷剂“冷凝器末端过冷度变小、节流阀中汽化比例升高、蒸发器中液相比例降低、蒸发吸热不足”而造成的干筋期热量供求“剪刀差”问题，以及烤烟房干湿球温度稳定性问题。

本发明一种烟叶烘干方法具有以下优点：

1.解决干筋期“烘干间漏热增加而热泵制热功率降低”的热量供求剪刀差

针对干筋期漏热功率与供热能力的“剪刀差”问题，本发明干筋期将外吸热内加热热泵机组的第二压缩机调整到高频输出，大幅度提高第二压缩机转速和吸气量，扩大蒸发器的吸热量，实施高频强力制热，从而修补干筋期制冷剂循环过程中“制冷液在冷凝器中过冷度变小、在节流阀中汽化比例升高、在蒸发器中液相比例降低导致蒸发吸热不足”的运行工况缺口，解决“烘干间漏热增加而热泵制热功率降低”导致热量供求出现“剪刀差”问题；

2.系统架构简单具有高可靠性

本发明两个互补配合的内除湿内加热热泵机组与外吸热内加热热泵机组，都是由压缩机-冷凝器-节流阀-蒸发器组成的简单的单一制冷系统，没有“一机多用”系统中的四通阀、电磁阀及分支路，所以本发明结构简单，可靠性高。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (20)

1.一种采用外吸热内加热变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，包括：

气流循环风道，包括进风口和出风口，用于与一烘干空间循环连接起来；

至少一组定频热泵机组，包括第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器，所述第一压缩机、第一冷凝器、第一节流装置、第一蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的第一循环系统；所述第一冷凝器位于所述气流循环风道内；

至少一组变频热泵机组，包括第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器，所述第二压缩机、第二冷凝器、第二节流装置、第二蒸发器顺序连接构成一供制冷剂循环的第二循环系统；所述第二冷凝器位于所述气流循环风道内；所述第二蒸发器位于所述循环风道外部的环境空气中；所述第二压缩机的电源模块上设置有用于调节所述第二压缩机的转速的变频控制模块；

由烘干空间高温干燥空气与含湿物料进行热湿交换而生成的湿空气，自所述进风口进入所述气流循环通道内，流经所述第一冷凝器、第二冷凝器后变成高温干燥空气，再经过所述出风口排入烘干空间，进行新一轮烘干作业。

2.根据权利要求1所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述气流循环风道内靠近所述出风口处设置有第一风机。

3.根据权利要求1所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述第二蒸发器的一侧设置有第二风机，用于带动外部环境空气流经所述第二蒸发器。

4.根据权利要求1所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述定频热泵机组采用外吸热内加热热泵机组，所述第一冷凝器位于所述循环风道内，所述第一蒸发器位于所述循环风道外部的环境空气中。

5.根据权利要求4所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述第一蒸发器的一侧设置有第三风机，用于带动外部环境空气和外排湿气流流经所述第一蒸发器，第一蒸发器吸收外排湿气流和环境空气混合气流的热量，对外排湿水蒸汽实施余热回收。

6.根据权利要求1所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述定频热泵机组采用内除湿内加热热泵机组，所述第一蒸发器布置在所述循环风道内，来自所述进风口的一部分湿空气先流经所述第一蒸发器后，再与另一部分湿空气混合，之后经过所述第一冷凝器、第二冷凝器。

7.根据权利要求6所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述第一蒸发器的进风风路与出风风路之间设置有一错流换热器，所述第一冷凝器、第一蒸发器、错流换热器位于所述循环风道内；来自所述进风口的一部分湿空气顺序流经所述错流换热器热流体通道、第一蒸发器、错流换热器冷流体通道变成干燥空气，再与另一部分湿空气混合，之后经过所述第一冷凝器、第二冷凝器后由所述出风口排出。

8.根据权利要求7所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述错流换热器的出风口处设置有第四风机。

9.根据权利要求1或4或6所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述循环风道上设置有补风口、排湿口，所述排湿口靠近所述进风口一侧设置，所述补风口靠近所述第一冷凝器/所述第二冷凝器设置。

10.根据权利要求9所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述循环风道内靠近所述排湿口出设置有第五风机。

11.根据权利要求9所述的采用变频热泵子系统的热泵机组，其特征在于，所述循环风道内靠近所述排湿口出设置有进风口回风动静压头转换风管。

12.一种烟叶烘烤装置，其特征在于，包括有用于烟叶烘烤的烘干间和权利要求1-11中任意一项所述的采用变频热泵子系统的热泵机组。

13.根据权利要求12所述的烟叶烘烤装置，其特征在于，还包括用于测量烘干间内温度的第一测温装置、用于测量环境空气温度的第二测温装置；

所述变频控制模块根据从第一测温装置、第二测温装置上获取的温度信息来调节所述第二压缩机的转速。

14.一种烟叶烘烤方法，其特征在于，采用如上权利要求1213中所示的烟叶烘烤装置，所述烟叶热泵烘烤时间段顺序分为变黄期t1、定色期t2和干筋期t3，所述烟叶热泵烘烤方法：

S1、在变黄期t1期间内，实时监测烘干间内的温度T，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度T1时，启动变频热泵机组，并通过变频控制模块控制所述第二压缩机在低转速下进行运行；

S2、在定色期t2期间内，启动定频频热泵机组；实时监测烘干间内的温度T，当烘干间内的温度低于预设烘烤工艺目标温度T2时，启动变频热泵机组，并控制所述第二压缩机在中高速段进行运行，弥补烤烟房热量需求与定频热泵机组热量输出之间缺口；

S3、当进入干筋期t3后，同时启动定频频热泵机组、变频热泵机组；实时监测烘干间内的温度T，当烘干间内的温度T小于预设烘烤工艺目标温度T3时，通过变频控制模块控制第二压缩机高速运转，弥补烤烟房热量需求与定频热泵机组热量输出之间缺口。

15.根据权利要求14所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，所述烘烤工艺目标温度T1的取值范围为：环境温度-44℃)。

16.根据权利要求14所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，所述烘烤工艺目标温度T2的取值范围是为：44℃-54℃。

17.根据权利要求14所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，所述烘烤工艺目标温度T3的取值范围为：54℃-68℃。

18.根据权利要求14所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，步骤S1中的第二压缩机运行的低速段取值为3000rev/min附近。

19.根据权利要求14所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，步骤S2中的第二压缩机运行的中高速段取值为4500rev/min附近。

20.根据权利要求14所述的烟叶烘烤方法，其特征在于，步骤S3中的第二压缩机运行的高速段取值为6500rev/min附近。

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