CN111365977B - 闭式变频热泵干燥设备控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种闭式变频热泵干燥设备控制方法,控制方法包括是:建立干燥仓的等效空气入口温度T0´随实际空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0偏差变化的关系式Ⅰ;控制器通过比较实际空气入口温度T1与等效空气入口温度T0´的大小来调节变频压缩机的频率;控制器根据热泵系统优化运行需要和比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小来调节节流阀的开度大小;控制器通过比较介质空气进、出干燥仓的实际湿度变化值Δφ与设定空气湿度差值Δφ´的大小、实际温度变化值ΔT与设定空气温度差值ΔT´的大小,对变频风机的频率进行调节。其优点是:干燥设备在满足干燥工艺参数条件下,实现干燥设备运行节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频热泵干燥设备控制方法,涉及热泵节能领域。
背景技术
热泵干燥技术已广泛应用于食品、农产品等的干燥加工,在这些产品干燥加工中一个显著的特征就是整个加工过程中加热负荷变化大,此外,干燥工艺参数(介质空气的温度、湿度)对干燥速率及产品质量影响也比较大。
目前,热泵干燥设备多采用定频热泵技术,其与干燥工艺要求的适应性差,不仅干燥速率及产品质量难以达到设计要求,并且干燥设备的能耗也较高。为此,具有较好加热负荷调节能力的变频热泵干燥技术也逐步开始应用,变频热泵虽然解决了加热负荷的调节问题,但如何更好的满足设定工艺参数以及如何实现设备运行节能,还需要进行系统优化控制。在闭式变频热泵干燥设备中,一般通过调节变频压缩机频率来控制介质空气温度,通过调节变频风机频率来控制循环空气湿度,这样虽然能保证设定的工艺参数,但可能会出现因此循环空气风量过大或过小,当风量过大时,不仅风机功率增加,同时热泵系统的能耗也会增加;当风量过小时,干燥仓内的物料干燥速率及均匀度均较差。为此,需进一步优化闭式变频热泵干燥设备方法,实现干燥设备的高效节能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供的一种闭式变频热泵干燥设备控制方法,其可以根据设定干燥工艺参数要求,控制系统自动调节干燥设备的压缩机频率和风机频率,并通过对热泵系统中的节流阀的开度调节来调节蒸发器过热度,干燥设备在满足干燥工艺参数条件下,实现干燥设备运行节能。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的,其是一种闭式变频热泵干燥设备控制方法,干燥设备包括变频压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、用于输送介质空气并调节风量的变频风机、用于干燥加工的干燥仓、控制器、干燥仓入口温度传感器、干燥仓入口湿度传感器、干燥仓出口温度传感器、干燥仓出口湿度传感器、制冷剂入口温度传感器、制冷剂出口温度传感器;其中所述干燥仓入口温度传感器、干燥仓入口湿度传感器分别感应的是干燥仓空气入口温度T1、干燥仓空气入口湿度φ1,干燥仓出口温度传感器、干燥仓出口湿度传感器分别感应的是干燥仓空气出口温度T2、干燥仓空气出口湿度φ2,制冷剂入口温度传感器、制冷剂出口温度传感器分别感应蒸发器的制冷剂入口温度T3、制冷剂出口温度T4;其特征在于在所述冷凝器中,制冷剂与介质空气进行热交换;在所述蒸发器中,制冷剂与介质空气进行热交换,所产生的冷凝水直接排到外部;其控制方法包括步骤如下:
(一)在控制器中设定干燥工艺参数,干燥仓介质空气的设定空气入口温度T0、设定空气入口湿度φ0,及介质空气进、出干燥仓的设定空气温度差值ΔT´、设定空气湿度差值Δφ´;
(二)建立干燥仓的等效空气入口温度T0´随实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0偏差变化的关系式Ⅰ:T0´= T0-50(φ0-φ1);
(三)控制器通过干燥仓入口温度传感器及干燥仓入口湿度传感器检测干燥仓空气入口温度T1、干燥仓空气入口湿度φ1,并根据关系式Ⅰ得到等效空气入口温度T0´,通过比较实际的干燥仓空气入口温度T1与等效空气入口温度T0´的大小来调节变频压缩机的频率;当T1>T0´时,降低变频压缩机的频率;当T1<T0´时,升高变频压缩机的频率;
(四)控制器根据热泵系统优化运行需要和比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小来调节节流阀的开度大小;具体调节方法如下:
(a)以热泵系统优化运行为目标确定制冷剂蒸发器设定过热度c´,制冷剂蒸发器设定过热度c´的设定范围为1~5℃;制冷剂蒸发器实际过热度c= T4- T3,当制冷剂蒸发器实际过热度c>c´,节流阀的开度增加;当制冷剂蒸发器实际过热度c<c´,节流阀的开度减小;
(b)比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小,(ⅰ):φ0-10%≤φ1≤φ0+10%,节流阀的开度仍然以前述(a)的热泵系统优化运行为目标进行调节;(ⅱ):φ1>φ0+10%,减小节流阀的开度使制冷剂蒸发器实际过热度c增加,并且c ≤15℃范围内进行调节,使φ1≤φ0+10%,当出现制冷剂蒸发器实际过热度c =15℃时,仍出现实际的干燥仓空气入口湿度φ1>φ0+10% ,则以制冷剂蒸发器实际过热度c =15℃来调节节流阀的开度;(ⅲ):φ0-10%>φ1 ,节流阀的开度仍然按前述(a)以热泵系统优化运行为目标进行调节;
(五)控制器通过比较介质空气进、出干燥仓的实际湿度变化值Δφ与设定空气湿度差值Δφ´的大小、实际空气温度变化值ΔT与设定空气温度差值ΔT´的大小,对变频风机的频率进行调节,其中:Δφ=φ1-φ2,ΔT= T1- T2;在调节过程中,ΔT与ΔT´的偏差作为限制控制参数,Δφ与Δφ´的偏差作为过程控制参数,在调节过程中:(ⅰ)在ΔT<ΔT´情况下,当
Δφ<Δφ´时,降低变频风机的频率,当Δφ>Δφ´时,提高变频风机的频率;(ⅱ)一旦出现ΔT≥ΔT´的情况,均通过提高变频风机(7)的频率使ΔT<ΔT´。
在本技术方案中,所述设定空气湿度差值Δφ´的设定范围为-10%~-60%,在整个干燥过程中,设定空气湿度差值Δφ´可以是一个固定值,也可以是在不同干燥阶段取不同值;所述设定空气温度差值ΔT´的设定范围为1~15℃,在整个干燥过程中设定空气温度差值ΔT´可以是一个固定值,也可以是在不同干燥阶段取不同值。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
利用制冷剂蒸发器过热度对除湿能力的调节作用以及通过建立入口空气温度、湿度对干燥速率等效关系,较好的保证了干燥工艺参数和干燥产品质量,同时有效的降低热泵系统能耗和变频风机的能耗,实现干燥设备的高效节能。
附图说明
图1是本发明实施的闭式变频热泵干燥设备系统原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,其是一种闭式变频热泵干燥设备控制方法,干燥设备包括变频压缩机1、冷凝器2、节流阀3、蒸发器4、制冷剂入口温度传感器5、制冷剂出口温度传感器6、变频风机7、干燥仓10、控制器13、干燥仓空气入口温度传感器8、干燥仓空气入口湿度传感器9、干燥仓空气出口温度传感器11、干燥仓空气出口湿度传感器12;其中所述干燥仓空气入口温度传感器8、干燥仓空气入口湿度传感器9分别感应的是干燥仓空气入口温度T1、干燥仓空气入口湿度φ1,干燥仓空气出口温度传感器11、空气出口湿度传感器12分别感应的是干燥仓空气出口温度T2、干燥仓空气出口湿度φ2;
在干燥设备中,变频压缩机1、冷凝器2、节流阀3和蒸发器4构成热泵系统,制冷剂经变频压缩机1到冷凝器2,在冷凝器2中与介质空气进行热交换并冷凝成液体,液态制冷剂经节流阀3节流后到蒸发器4,在蒸发器4中与介质空气进行热交换并蒸发为气体,然后回到压缩机1;在工作过程中,介质空气经蒸发器4减湿冷却(冷凝水直接排出)后进入冷凝器2等湿加热,加热后的介质空气经变频风机7送到干燥仓10,在干燥仓10中与被干燥物料进行热湿交换,物料被逐步干燥,介质空气一方面温度会有所下降,另一方面含湿量也提高,高温、高湿(相对湿度较高)的介质送到蒸发器4减湿冷却;干燥设备控制方法包括步骤如下:
(一)在控制器13中设定干燥工艺参数,干燥仓10介质空气的设定空气入口温度T0、设定空气入口湿度φ0,介质空气进、出干燥仓10的设定空气温度差值ΔT´、设定空气湿度差值Δφ´;
(二)建立等效空气入口温度T0´随实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0偏差变化的关系式Ⅰ:T0´=T0-50(φ0-φ1);
(三)控制器13通过干燥仓空气入口温度传感器8、干燥仓空气入口湿度传感器9检测干燥仓空气入口温度T1、干燥仓空气入口湿度φ1,并根据关系式Ⅰ得到等效空气入口温度T0´,通过比较实际的干燥仓空气入口温度T1与等效空气入口温度T0´的大小来调节变频压缩机1的频率;当T1>T0´时,降低变频压缩机1的频率;当T1<T0´时,升高变频压缩机1的频率;
(四)控制器13根据热泵系统优化运行需要和比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小来调节节流阀3的开度大小;具体调节方法如下:
(a)以热泵系统优化运行为目标确定制冷剂蒸发器设定过热度c´,设定过热度c´的设定范围为1~5℃,特别优选3℃,当实际过热度c>c´,节流阀3的开度增加;当实际过热度c<c´,节流阀3的开度减小;
(b)比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小,如(ⅰ):φ0-10%≤φ1≤φ0+10%,节流阀3的开度仍然以前述(a)的热泵系统优化运行为目标进行调节;如(ⅱ):φ1>φ0+10%,减小节流阀3的开度使制冷剂蒸发器实际过热度c增加,并且c ≤15℃范围内进行调节,使φ1≤φ0+10%,当出现制冷剂蒸发器实际过热度c =15℃时,仍出现实际的干燥仓空气入口湿度φ1>φ0+10% ,则以制冷剂蒸发器实际过热度c =15℃来调节节流阀3的开度;如(ⅲ):φ0-10%>φ1 ,节流阀3的开度仍然按前述(a)以热泵系统优化运行为目标进行调节;
(五)通过比较介质空气进、出干燥仓10的实际湿度变化值
Δφ(Δφ=φ1-φ2)与设定空气湿度差值Δφ´的大小、实际空气温度变化值ΔT(ΔT=T1-T2)与设定空气温度差值ΔT´的大小,对变频风机7的频率进行调节;在调节过程中,ΔT与ΔT´的偏差作为限制控制参数,Δφ与Δφ´的偏差作为过程控制参数,在调节过程中:(ⅰ)在ΔT<ΔT´情况下,当Δφ<Δφ´时,降低变频风机7的频率,当Δφ>Δφ´时,提高变频风机7的频率;(ⅱ)一旦出现ΔT≥ΔT´的情况,均通过提高变频风机7的频率使ΔT<ΔT´。
在本实施例中,所述设定空气湿度差值Δφ´的设定范围为-10%~-60%,在整个干燥过程中Δφ´可以是一个固定值,也可以是在不同干燥阶段取不同值,本实施案例取固定值-40%;所述设定空气温度差值ΔT´的设定范围为1~15℃,在整个干燥过程中ΔT´可以是一个固定值,也可以是在不同干燥阶段取不同值,本实施案例取固定值5℃。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换及变形,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种闭式变频热泵干燥设备控制方法,干燥设备包括变频压缩机(1)、冷凝器(2)、节流阀(3)、蒸发器(4)、用于输送介质空气并调节风量的变频风机(7)、用于干燥加工的干燥仓(10)、控制器(13)、干燥仓入口温度传感器(8)、干燥仓入口湿度传感器(9)、干燥仓出口温度传感器(11)、干燥仓出口湿度传感器(12)、制冷剂入口温度传感器(5)、制冷剂出口温度传感器(6);其中所述干燥仓入口温度传感器(8)、干燥仓入口湿度传感器(9)分别感应的为干燥仓空气入口温度T1、干燥仓空气入口湿度φ1,干燥仓出口温度传感器(11)、干燥仓出口湿度传感器(12)分别感应的为干燥仓空气出口温度T2、干燥仓空气出口湿度φ2,制冷剂入口温度传感器(5)、制冷剂出口温度传感器(6)分别感应蒸发器(4)的制冷剂入口温度T3、制冷剂出口温度T4;其特征在于在所述冷凝器(2)中,制冷剂与介质空气进行热交换;在所述蒸发器(4)中,制冷剂与介质空气进行热交换,所产生的冷凝水直接排到外部;其控制方法包括步骤如下:
(一)在控制器(13)中设定干燥工艺参数,干燥仓(10)介质空气的设定空气入口温度T0、设定空气入口湿度φ0,及介质空气进、出干燥仓(10)的设定空气温度差值ΔT´、设定空气湿度差值Δφ´;
(二)建立干燥仓(10)的等效空气入口温度T0´随实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0偏差变化的关系式Ⅰ:T0´= T0-50(φ0-φ1);
(三)控制器(13)通过干燥仓入口温度传感器(8)及干燥仓入口湿度传感器(9)检测干燥仓空气入口温度T1、干燥仓空气入口湿度φ1,并根据关系式Ⅰ得到等效空气入口温度T0´,通过比较实际的干燥仓空气入口温度T1与等效空气入口温度T0´的大小来调节变频压缩机(1)的频率;当T1>T0´时,降低变频压缩机(1)的频率;当T1<T0´时,升高变频压缩机(1)的频率;
(四)控制器(13)根据热泵系统优化运行需要和比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小来调节节流阀(3)的开度大小;具体调节方法如下:
(a)以热泵系统优化运行为目标确定制冷剂蒸发器设定过热度c´,制冷剂蒸发器设定过热度c´的设定范围为1~5℃;制冷剂蒸发器实际过热度c= T4- T3,当制冷剂蒸发器实际过热度c>c´,节流阀(3)的开度增加;当制冷剂蒸发器实际过热度c<c´,节流阀(3)的开度减小;
(b)比较实际的干燥仓空气入口湿度φ1与设定空气入口湿度φ0的大小,(ⅰ):φ0-10%≤φ1≤φ0+10%,节流阀(3)的开度仍然以前述(a)的热泵系统优化运行为目标进行调节;(ⅱ):φ1>φ0+10%,减小节流阀(3)的开度使制冷剂蒸发器实际过热度c增加,并且c ≤15℃范围内进行调节,使φ1≤φ0+10%,当出现制冷剂蒸发器实际过热度c =15℃时,仍出现实际的干燥仓空气入口湿度φ1>φ0+10% ,则以制冷剂蒸发器实际过热度c =15℃来调节节流阀(3)的开度;(ⅲ):φ0-10%>φ1 ,节流阀(3)的开度仍然按前述(a)以热泵系统优化运行为目标进行调节;
(五)控制器(13)通过比较介质空气进、出干燥仓(10)的实际湿度变化值Δφ与设定空气湿度差值Δφ´的大小、实际温度变化值ΔT与设定空气温度差值ΔT´的大小,对变频风机(7)的频率进行调节,其中:Δφ=φ1-φ2,ΔT= T1- T2;在调节过程中,ΔT与ΔT´的偏差作为限制控制参数,
Δφ与Δφ´的偏差作为过程控制参数,在调节过程中:(ⅰ)在
ΔT<ΔT´情况下,当Δφ<Δφ´时,降低变频风机(7)的频率,当Δφ>Δφ´时,提高变频风机(7)的频率;(ⅱ)一旦出现ΔT≥ΔT´的情况,均通过提高变频风机(7)的频率使ΔT<ΔT´。
2.根据权利要求1所述的闭式变频热泵干燥设备控制方法,其特征在于所述设定空气湿度差值Δφ´的设定范围为-10%~-60%,在整个干燥过程中,设定空气湿度差值Δφ´可以是一个固定值,也可以是在不同干燥阶段取不同值;所述设定空气温度差值ΔT´的设定范围为1~15℃,在整个干燥过程中设定空气温度差值ΔT´可以是一个固定值,也可以是在不同干燥阶段取不同值。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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