CN110906698A - 闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，包括：(1)启动闭式循环热泵系统，设定目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset；(2)检测装烟室内的干球温度和湿球温度，通过与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset比较，实现对压缩机启停及制热和除湿模式的切换控制；结合对辅助电加热设备的控制，创造性的结合压缩机开启干球温控幅差A1、压缩机停止干球温控幅差A2、压缩机湿球温控幅差A3以及电加热开启干球温控幅差A4，使压缩机能够合理启停以及在制热和除湿模式间进行切换，保证烤房温湿度和目标温湿度相吻合，实现温度与湿度的兼顾，控制效果好，具有较高的市场推广及应用前景。

Description

闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法

技术领域

本发明属于热泵烤房技术领域，具体涉及一种闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法。

背景技术

烟叶烤房有燃煤烤房和热泵烤房等类型，热泵烤房又分为开式循环热泵烤房和闭式循环热泵烤房。开式循环热泵烤房一般只具有制热和外排湿功能，热泵制热加热空气并通过循环风机的作用将高温空气送入装烟室，达到加热烟叶的目的。烟叶受热导致内部水分蒸发进入装烟室，当装烟室内空气相对湿度高于设定值时，冷风门开启，外部新鲜干燥空气在循环风机作用下进入烤房装烟室，装烟室内湿热空气排出烤房，在开式循环热泵烤房内，热泵制热和冷风门开启是相互独立的系统，因此可以互不影响按照各自的模式工作。

闭式循环热泵烤房近几年开始应用于烟叶烘烤，如公开号为【CN109247610A】的发明专利公开一种可调节气流方向的冷暖式闭式循环热泵烘烤房及其使用方法，与开式循环热泵烤房及燃煤烤房相比，温度波动小，节能减排，烤后烟叶柔软，香气量提高，烤后烟叶内外在质量均明显提高。但是，目前闭式循环热泵烤房在烟草烘烤上基本处于摸索阶段，技术上不是很成熟，温湿度控制上都存在问题。闭式循环热泵烟叶烤房一般具有制热、内循环除湿功能，当装烟室内相对湿度高于设定值时，通过冷凝除湿的方式将高温水蒸气以冷凝水的形式排出。在实际烟叶烘烤中，考虑到设备成本和烘烤能耗成本，闭式循环热泵烤房的制热和内循环除湿功能共用一台压缩机(或总功率相同的两台小功率压缩机)，因此，闭式循环热泵烟叶烤房要根据制热和除湿的需要在制热模式和内循环除湿模式间进行切换。

在利用闭式循环热泵烤房进行烟叶烘烤的实践中，闭式循环热泵的控制系统是影响烤后烟叶质量的关键因素，如何根据烘烤需要，使闭式循环热泵烤房在制热、内循环除湿实现迅速切换，是保证烟叶烘烤质量的关键，而目前闭式循环热泵的控制方案研究尚不成熟，且由于闭式循环热泵本身的问题，很难实现对装烟室内温度和湿度的兼顾。

发明内容

本发明针对现有闭式循环热泵烟叶烤房装烟室内温度和湿度难以同时满足烟叶烘烤需要的问题，提出一种闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，所述基于闭式循环热泵烟叶烤房系统包括装烟室、压缩机、室内循环风机、除湿电磁阀和吸热电磁阀等，所述温湿度智能控制方法包括以下步骤：

步骤A、启动闭式循环热泵系统，设定目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset；

步骤B、检测装烟室内的干球温度和湿球温度，通过与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset比较，实现对压缩机启停及制热和除湿模式的切换控制，具体包括：

步骤B1、压缩机启停状态控制：

若满足条件1：Tdroom<Tdset-A1，且Twroom<Twset+A3；则压缩机开启，吸热电磁阀开启，除湿电磁阀关闭，系统为制热模式；

若满足条件2：Tdroom<Tdset-A1，且Twroom≥Twset+A3；则压缩机开启，除湿电磁阀开启，吸热电磁阀关闭，系统为除湿模式；

其中，Tdroom为检测周期t1内的干球温度均值，Twroom为检测周期t1内的湿球温度均值，A1为压缩机开启干球温控幅差，A3为压缩机湿球温控幅差；

若既不满足条件1也不满足条件2，则压缩机处于停机状态，吸热电磁阀、除湿电磁阀处于关闭状态；

压缩机停机期间，基于检测周期时间t1重新进行干球温度和湿球温度循环检测，实现对压缩机的启停状态控制；

步骤B2、压缩机启动运行后，循环检测及制热和除湿模式切换控制：

压缩机启动运行后，基于检测周期时间t1，继续检测装烟室内干球温度均值Tdroom和湿球温度均值Twroom，并进行以下控制：

若满足条件3：Tdroom<Tdset+A2，且Twroom<Twset+A3；则压缩机保持开启，吸热电磁阀开启，除湿电磁阀关闭，系统为制热模式；其中，A2为压缩机停止干球温控幅差；

若满足条件4：Tdroom<Tdset+A2，且Twroom≥Twset+A3；则压缩机保持开启，除湿电磁阀开启，吸热电磁阀关闭，系统为除湿模式；

若满足条件5：Tdroom≥Tdset+A2；则吸热电磁阀关闭，除湿电磁阀关闭，压缩机停止工作；

压缩机停机期间，基于检测周期时间t1，重新进行干球温度和湿球温度检测，直至达到压缩机开启运行条件，开始下一个运行循环。

进一步的，基于闭式循环热泵烟叶烤房系统还包括电加热辅助设备，设定电加热停止运行平衡时间t2，具体在对温湿度进行控制时还包括以下步骤：

步骤C、电加热辅助设备启动及关闭控制：

(1)闭式循环热泵运行过程中，基于检测周期时间t1，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值，并与目标干球温度进行对比：

若室内循环风机运行，且Tdroom≤Tdset-A4，电加热辅助设备启动；否则，电加热辅助设备处于关闭状态；

(2)电加热辅助设备启动后，基于检测周期时间t1，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值，并与目标干球温度进行对比：

若Tdroom≥Tdset，且维持t2时间以上，电加热辅助设备关闭；

(3)基于检测周期时间t1，通过检测判断装烟室内干球温度的均值，并与目标干球温度进行对比，实现对电加热辅助设备启动及关闭的循环控制。

进一步的，所述压缩机开启干球温控幅差A1的调整范围为0.1℃-5.0℃，压缩机停止干球温控幅差A2的调整范围为-0.1℃-5.0℃，压缩机湿球温控幅差A3的调整范围为0.1℃-5.0℃。

进一步的，所述检测周期时间t1为5s-10s。

进一步的，当系统关机或电加热辅助设备进入禁止模式或电加热辅助设备防过热开关受热断开时，电加热辅助加热关闭。

进一步的，所述电加热开启干球温控幅差A4的调整范围为0.1℃-5.0℃。

进一步的，所述电加热停止运行平衡时间t2为5s-10s。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案通过检测装烟室内干球温度和湿球温度，并以此作为基础与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset进行对比；并结合压缩机开启干球温控幅差A1、压缩机停止干球温控幅差A2、电加热开启干球温控幅差A4以及装烟室内湿球温度均值Twroom与装烟室内目标湿球温度Twset、压缩机湿球温控幅差A3进行对比；根据对比结果对压缩机启停、吸热电磁阀启停、除湿电磁阀启停、电加热辅助加热启停进行调节，通过吸热电磁阀启停和除湿电磁阀的启停实现对制热模式和除湿模式的切换，使压缩机能够合理启停以及在制热和除湿模式间进行切换，保证烤房温湿度和目标温湿度相吻合，实现温度与湿度的兼顾，控制效果好，具有较高的市场推广及应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例所述闭式循环热泵烤房的结构示意图；

图2为本发明实施例所述控制方法的原理图；

其中，1、闭式循环热泵机组；1-1、室外冷凝风机；1-2、室外换热器；1-3、室外节流装置；1-4、吸热电磁阀；1-5、室内循环风机；1-6、电加热辅助设备；1-7、室内换热器A；1- 8、压缩机；1-9、四通换向阀；1-10除湿电磁阀；1-11、室内节流装置；1-12、冷凝排水管； 1-13、单向阀；1-14、室内换热器B；2、装烟室；2-1、墙体；2-2、装烟室门；3、进出风管软连接；4、烟叶。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本发明的上述目的和优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细地描述：

需要说明的是：本方案所针对的是闭式循环热泵的烟叶烤房，烟叶烘烤一般历时6-8天，从30℃左右开始至68℃左右结束，在此过程中需要控制烤房温湿度，使其与目标温湿度基本吻合。不同于开式循环热泵的加热和排湿是独立进行，其热泵只负责加热，而排湿靠吸入新风；对于闭式循环热泵来说，加热和排湿都要依靠热泵进行，会出现温度和湿度不能兼顾的情况。比如：在干球温度偏高，湿球温度偏高的情况下，开式热泵烤房只需热泵停止工作，冷风门打开吸入新鲜空气，将湿热空气排出即可，温湿度均会下降。但对于闭式循环热泵烤房，如果进入除湿模式，湿球温度会下降，但因为水蒸气冷凝放热，干球温度会继续升高，因此就会出现矛盾，为此，就需要找到一个合理的控制平衡点，以达到更好的控制效果。

为了便于理解，首先对闭式循环热泵烟叶烤房的工作原理进行介绍，如图1所示，为基于闭式循环热泵的烟叶烤房的结构示意图，包括装烟室、室外换热器、室内换热器A、室内换热器B、压缩机、室内循环风机、室外冷凝风机、节流装置、电加热辅助设备、除湿电磁阀、吸热电磁阀等，其工作原理为：

当需要加热时，室外换热器1-2吸收外界空气中的热量，加热冷媒，低压气态冷媒进入压缩机1-8，经过压缩成为高温高压气体，这时冷媒沸点随压力的升高而升高，高沸点的冷媒进入室内换热器A开始液化，变成液体，放出热量，加热空气，在室内循环风机1-5的作用下，将热空气送入装烟室2，加热烟叶4。冷媒经过吸热电磁阀1-4和室外节流装置1-3，又使冷媒压力降低，压力降低的冷媒在室外换热器1-2中又开始蒸发，吸收外界空气中的热量，又变为低压的气体，然后再次进入压缩机，开始下一个制热循环。

当需要除湿时，室内换热器B吸收装烟室流出的湿热空气的热量，湿热空气中的水蒸气冷凝放热变为液态水，由冷凝排水管1-12排出烤房外。冷媒吸热后变为低压气态进入压缩机 1-8，经过压缩成为高温高压气体，这时冷媒沸点随压力的升高而升高，高沸点的冷媒进入室内换热器A开始液化，变成液体，放出热量，加热空气，在室内循环风机1-5的作用下，将热空气送入装烟室2，加热烟叶4。冷媒经过除湿电磁阀1-10和室内节流装置1-11，又使冷媒压力降低，压力降低的冷媒在室内换热器B中又开始蒸发，吸收装烟室流出的湿热空气中的热量，又变为低压的气体，然后再次进入压缩机1-8，开始下一个除湿循环。

本实施例提出一种闭式循环热泵烟叶烤房温湿度控制方法，所述的控制方法适用于所有形式的基于闭式循环热泵的烟叶烤房。其控制原理为：通过检测装烟室内干球温度和湿球温度，并以此作为基础与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset进行对比；将检测周期内装烟室内干球温度均值Tdroom与目标干球温度Tdset、压缩机开启干球温控幅差A1、压缩机停止干球温控幅差A2、电加热开启干球温控幅差A4以及装烟室内湿球温度均值Twroom与装烟室内目标湿球温度Twset、压缩机湿球温控幅差A3进行对比；根据对比结果对压缩机启停、吸热电磁阀启停、除湿电磁阀启停、电加热辅助设备启停进行调节；实现：1)通过压缩机启停、吸热电磁阀启停、电加热辅助设备启停对装烟室内干球温度的调节；2)通过压缩机启停、除湿电磁阀启停对装烟室内湿球温度的调节；3)通过吸热电磁阀启停和除湿电磁阀的启停对制热模式和除湿模式的切换。

具体的，如图2所示，基于闭式循环热泵的烟叶烤房温湿度控制方法，包括以下步骤：

步骤一、启动闭式循环热泵系统，设定目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset；

并设定压缩机开启干球温控幅差A1、压缩机停止干球温控幅差A2、压缩机湿球温控幅差A3、电加热开启干球温控幅差A4，检测周期时间t1以及电加热停止运行平衡时间t2；

步骤二、闭式循环热泵系统启动后，室内循环风机始终保持运行状态；

检测t1周期时间内装烟室内干球温度均值Tdroom和湿球温度均值Twroom，通过与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset进行对比，实现对压缩机启停及制热、除湿模式的切换；即在t1时间周期内，采集装烟室内干球温度和湿球温度，并分别计算对应的均值，并以此基础，分别与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset进行对比，根据对比结果对压缩机启停、吸热电磁阀启停、除湿电磁阀启停、电加热辅助加热启停进行调节，具体包括：

(1)压缩机启停状态控制：

若满足条件1：Tdroom<Tdset-A1，且Twroom<Twset+A3，则压缩机开启，吸热电磁阀开启，除湿电磁阀关闭，系统切换为制热模式；

若满足条件2：Tdroom<Tdset-A1，且Twroom≥Twset+A3，则压缩机开启，除湿电磁阀开启，吸热电磁阀关闭，系统切换为除湿模式；

若既不满足条件1也不满足条件2：则压缩机处于停止状态，吸热电磁阀、除湿电磁阀处于关闭状态；

压缩机停机期间重新进行干球温度和湿球温度检测，直至达到压缩机开启运行条件；

(2)压缩机启动运行后，循环检测判断：

在t1时间周期内，检测装烟室内干球温度和湿球温度，计算装烟室内干球温度和湿球温度的均值，并以此作为装烟室内干球温度和湿球温度与目标干球温度和湿球温度进行对比：

若满足条件3：Tdroom<Tdset+A2，且Twroom<Twset+A3，则压缩机保持开启，吸热电磁阀开启，除湿电磁阀关闭，系统切换为制热模式；

若满足条件4：Tdroom<Tdset+A2，且Twroom≥Twset+A3，则压缩机保持开启，除湿电磁阀开启，吸热电磁阀关闭，系统切换为除湿模式；

若满足条件5：Tdroom≥Tdset+A2，则吸热电磁阀关闭，除湿电磁阀关闭，压缩机停止工作；

压缩机停机期间，在t1时间周期内，重新进行干球温度和湿球温度检测，直至达到开启运行条件，开始下一个运行循环。

另外，考虑到基于闭式循环热泵烟叶烤房系统还设有电加热辅助设备，电加热辅助设备为独立的系统，在特殊情况下或热泵制热能力不足时开启，如温度大幅低于某一设定温度时启动，不管是热泵在加热还是除湿模式，只要温度低于一定幅度就会开启，对于设有电加热辅助设备的烤房系统来说，本实施例还包括以下步骤：

步骤三、电加热辅助设备启动及关闭控制：

热泵运行过程中，在t1时间周期内，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值，并以此作为装烟室内干球温度与目标干球温度进行对比：

若室内循环风机运行，且Tdroom≤Tdset-A4，电加热辅助设备启动；若电加热辅助设备达不到上述开启条件，则处于关闭状态；

电加热辅助设备启动后，在t1时间周期内，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值Tdroom，并以此作为装烟室内干球温度与目标干球温度进行对比：

若Tdroom≥Tdset，且维持t2时间以上，电加热辅助设备关闭；

另外，当系统关机或电加热辅助设备进入禁止模式或电加热辅助设备防过热开关受热断开时，电加热辅助设备关闭；

在t1时间周期内，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值，并以此作为装烟室内干球温度与目标干球温度进行对比，开始下一个运行循环。

本发明的闭式循环热泵烟叶烤房的温湿度智能控制方法，根据装烟室内干球温度Tdroom 与目标干球温度Tdset、压缩机开启干球温控幅差、压缩机停止干球温控幅差、电加热开启干球温控幅差以及装烟室内湿球温度Twroom与目标装烟室内湿球温度Twset、压缩机湿球温控幅差进行对比，自动选择合适的控制方式；经过实际验证，本发明能够使得装烟室内干球温度和湿球温度很好地达到设定目标，使得装烟室内干球温度和湿球温度能够满足烟叶烘烤的需要。

本实施例中，所述目标干球温度Tdset、目标湿球温度Twset以及压缩机开启干球温控幅差A1、压缩机停止干球温控幅差A2、压缩机湿球温控幅差A3、电加热开启干球温控幅差 A4，检测周期时间t1和电加热停止运行平衡时间t2根据实际控制需求进行设定，本实施中优选采用表1所示的参数，比如，压缩机开启干球温控幅差A1优选0.3℃、压缩机停止干球温控幅差A2优选0℃、压缩机湿球温控幅差A3优选0.4℃、电加热开启干球温控幅差A4优选3℃，检测周期时间t1优选8s，电加热停止运行平衡时间t2优选8s：

表1参数设定表

另外，需要强调的是，在不脱离本发明设计构思的前提下，该方案同样适用于2台及以上压缩机闭式循环热泵、2组及以上电加热辅助设备的智能控制，在此不做详述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、启动闭式循环热泵系统，设定目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset；

步骤B、检测装烟室内的干球温度和湿球温度，通过与目标干球温度Tdset和目标湿球温度Twset进行比较，实现对压缩机启停及制热和除湿模式的切换控制，具体包括：

步骤B1、压缩机启停状态控制：

若满足条件1：Tdroom<Tdset-A1，且Twroom<Twset+A3；则压缩机开启，吸热电磁阀开启，除湿电磁阀关闭，系统为制热模式；

若满足条件2：Tdroom<Tdset-A1，且Twroom≥Twset+A3；则压缩机开启，除湿电磁阀开启，吸热电磁阀关闭，系统为除湿模式；

其中，Tdroom为检测周期t1内的干球温度均值，Twroom为检测周期t1内的湿球温度均值，A1为压缩机开启干球温控幅差，A3为压缩机湿球温控幅差；

若既不满足条件1也不满足条件2，则压缩机处于停机状态，吸热电磁阀、除湿电磁阀处于关闭状态；

压缩机停机期间，基于检测周期时间t1重新进行干球温度和湿球温度循环检测，实现对压缩机的启停状态控制；

步骤B2、压缩机启动运行后，循环检测及制热和除湿模式切换控制：

压缩机启动运行后，基于检测周期时间t1，继续检测装烟室内干球温度均值Tdroom和湿球温度均值Twroom，并进行以下控制：

若满足条件3：Tdroom<Tdset+A2，且Twroom<Twset+A3；则压缩机保持开启，吸热电磁阀开启，除湿电磁阀关闭，系统为制热模式；其中，A2为压缩机停止干球温控幅差；

若满足条件4：Tdroom<Tdset+A2，且Twroom≥Twset+A3；则压缩机保持开启，除湿电磁阀开启，吸热电磁阀关闭，系统为除湿模式；

若满足条件5：Tdroom≥Tdset+A2；则吸热电磁阀关闭，除湿电磁阀关闭，压缩机停止工作；

压缩机停机期间，基于检测周期时间t1，重新进行干球温度和湿球温度检测，直至达到压缩机开启运行条件，开始下一个运行循环。

2.根据权利要求1所述的闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于：基于闭式循环热泵烟叶烤房系统还包括电加热辅助设备，设定电加热停止运行平衡时间t2，具体在对温湿度进行控制时还包括以下步骤：

步骤C、电加热辅助设备启动及关闭控制：

(1)闭式循环热泵运行过程中，基于检测周期时间t1，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值，并与目标干球温度进行对比：

若室内循环风机运行，且Tdroom≤Tdset-A4，电加热辅助设备启动；否则，电加热辅助设备处于关闭状态；

(2)电加热辅助设备启动后，基于检测周期时间t1，检测装烟室内干球温度，计算装烟室内干球温度的均值，并与目标干球温度进行对比：

若Tdroom≥Tdset，且维持t2时间以上，电加热辅助设备关闭；

(3)基于检测周期时间t1，通过检测判断装烟室内干球温度的均值，并与目标干球温度进行对比，实现对电加热辅助设备启动及关闭的循环控制。

3.根据权利要求1所述的闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于：所述压缩机开启干球温控幅差A1的调整范围为0.1℃-5.0℃，压缩机停止干球温控幅差A2的调整范围为-0.1℃-5.0℃，压缩机湿球温控幅差A3的调整范围为0.1℃-5.0℃。

4.根据权利要求1所述的闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于：所述检测周期时间t1为5s-10s。

5.根据权利要求2所述的闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于：当系统关机或电加热辅助设备进入禁止模式或电加热辅助设备防过热开关受热断开时，电加热辅助设备关闭。

6.根据权利要求2所述的闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于：所述电加热辅助设备开启干球温控幅差A4的调整范围为0.1℃-5.0℃。

7.根据权利要求2所述的闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法，其特征在于：所述电加热停止运行平衡时间t2为5s-10s。

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