CN115720926A - 一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，首先是利用神经网络建立基于进风速度、温度、湿度、基体转速和材料尺寸等参数的转轮除湿出风温度模型，再根据压缩机蒸发温度、冷凝温度等的工作参数利用神经网络建立变频压缩机出风温度模型。由于干燥温度T(T＝t_out)，所以反推出转轮出风温度t_out(t_out＝T)，再根据转轮出风温度模型，反推出转轮进风温度t_in。此时转轮进风温度等于管路温度，即t_in＝t_g。根据进风t₀，计算出△t₁，然后控制压缩机频率，实现对温度的精准控制；本发明综合干燥设备前端输入、中间转轮热泵特性与后端输出状态进行联合调节，从而避免传统单一依靠后端进行温湿度调节的问题，实现微幅度、精准与节能调节。

Description

一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法

技术领域

本发明涉及食品干燥技术领域，具体涉及一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法。

背景技术

我国食用菌产量居全球首位，香菇等食用菌含水率高，需要及时干制。传统干燥方法存在干燥时间长、能耗高等问题。转轮热泵联合干燥充分融合转轮的低露点和热泵的节能性，对干燥介质(空气)进行预除湿，即蒸发器冷凝除湿加转轮吸附除湿，可以得到非常干燥的空气，是实现食用菌低温高效干燥的有效方法。由于该系统由热泵与转轮两大部分组成，影响系统工作效果的因素非常多，因为确定有效的系统温湿度调节方法很有必要。目前该联合系统温湿度控制方法为传统控制方法，即主要是通过设置干燥箱进风口处的温湿度信息对压缩机进行调控。但由于该联合系统的工作流程是：空气先经过蒸发器降温除湿再经过转轮升温除湿，然后再经过冷凝器和辅助加热器调温，之后送入干燥箱。也就是说转轮除湿过程中也会升温，因此对于部分低温干燥物料，仅仅靠后端辅热器进行调节，一方面会造成调节幅度大、过程长；另一方面有可能还会造成转轮除湿后的风温已经高于干燥温度要求，调节失效。同时，箱体进风的湿度也无法控制，一般只是经验性的通过再生温度来大概的控制湿度，因此误差较大。由此可知，单纯通过控制干燥箱进口风的温湿度不能满足干燥要求。

另外，不仅仅是转轮热泵联合干燥，包括传统热泵干燥在内，基本都采用后端调节(干燥箱进风状态调节)的方法，忽略输入状态与空气处理过程，导致调节耗时、耗能、粗放。因此，需要综合前端输入信息、中间处理特性与后端输出状态进行协同调节，利用系统观念，充分考虑各处的温湿度变化及要求，可以进行及时响应、快速反馈、精准调控，这样也减少调节时间，降低了调节幅度，进而减低工作能耗，从而避免传统单一依靠后端进行温湿度调节的问题，实现微幅度、高精度与低能耗调节。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，综合干燥设备前端输入、中间转轮热泵特性与后端输出状态进行联合调节，从而避免传统单一依靠后端进行温湿度调节的问题，实现微幅度、精准与节能调节。

技术方案：本发明所述一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，联合干燥系统包括蒸发器，蒸发器通过膨胀阀和压缩机与除湿转轮连通，除湿转轮与冷凝器连通，冷凝器还与辅热器连通，辅热器与干燥箱体连通，包括如下步骤对所述联合干燥系统进行调控：

步骤1、利用神经网络建立基于各项参数的转轮除湿模型；

步骤2、利用神经网络建立基于压缩机工作参数的变频压缩机除湿量模型；

步骤3、测量干燥箱体的干燥温度T和相对温湿度，从而得到干燥箱体进风口处的含水量d₂，同时得到转轮出风温度t_out；

步骤4、测量蒸发器进风口的相对温湿度，从而得到蒸发器进风口处的含水量d₀；

步骤5、根据如下公式(1)，计算得转轮、蒸发器和冷凝器的总的除湿量△d

△d＝d₂-d₀＝△d₁+△d₂ (1)

步骤6、根据如下公式(2)，计算得到转轮的除湿量△d₂

△d₂＝f(t_in,v,H_in,L,R) (2)

式中，t_in-转轮进风温度，v-转轮转速，H_in-进风相对湿度，L-转轮吸附通道长度，R-吸附剂半径；

转轮除湿干燥系统由转轮、处理进风、再生进风及加热器等组成，转轮中装填吸附剂，转轮面分为除湿与再生区。在除湿过程中，转轮在驱动装置带动下缓慢转动，当转轮在除湿区域吸附水分达到饱和状态后，进入再生区域由高温再生进风进行脱附再生，这一过程循环进行，除湿干燥后的处理出风经加热处理后送入干燥箱对物料进行干燥。

步骤7、将步骤6中得到的△d₂再代入公式(1)中得到蒸发器除湿量△d₁；

步骤8、将△d₁代入如下公式(3)，计算得到t_c，t_c即为除湿转轮需设定的温度；

△d₁＝f(t_c,t_e,d₀,v_am，z) (3)

式中，t_c-冷凝温度，t_e-蒸发温度，d₀-进风口处的含水量，v_am-空气质量流量，z-压缩机频率；冷凝温度为冷凝器的温度，蒸发温度为蒸发器的温度，空气质量流量可由流量计获得。

步骤9、根据步骤8计算出的温度t_c，调控除湿转轮的压缩机从而达到需设定的温度。

进一步地，步骤1中的各项参数包括进风速度、进风温度、转轮转速、吸附剂尺寸和转轮的半径与厚度材料尺寸。

进一步地，步骤2中压缩机的工作参数包括蒸发温度和冷凝温度。

进一步地，步骤9中调控除湿转轮的压缩机方法具体的为：

步骤9.1、测量进风温度t₀，将t₀代入如下公式(4)得到空气经过蒸发器后温度的降低量△t₁

△t₁＝f(t_c,t_e,d₀,v_am,z) (4)

步骤9.2、将步骤9.2中得到的△t₁代入如下公式(5)得到空气经过转轮后的升温量△t₂

△t₂＝f(t_in,v,H_in,L,R) (5)。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过对综合干燥设备前端输入、中间转轮热泵特性与后端输出状态进行联合调节，从而避免传统单一依靠后端进行温湿度调节的问题，实现微幅度、精准与节能调节；

(2)本发明针对转轮热泵联合干燥系统，建立管路控温模式，可以实现低温干燥过程中对干燥箱进风温度的精准控制；

(3)本发明的联合干燥系统，通过管路控制模式，依据干燥进风状态反推转轮进风温度，可以实现干燥湿度的有效控制，本发明对热泵干燥亦有借鉴作用。

附图说明

图1是本发明中联合干燥系统的结构示意图；

图2是本发明中转轮除湿的结构示意图；

图3是本发明中吸附剂的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，如图1所示的联合干燥系统包括蒸发器1，蒸发器通过膨胀阀2和压缩机3与除湿转轮4连通，除湿转轮4与冷凝器5连通，冷凝器还与辅热器6连通，辅热器6与干燥箱体7连通，干燥箱体上方设置有回风阀，回风通过回风管返回到新风入口处，新风和回风通过新回风切换阀10切换。另外，冷凝器与除湿转轮的再生区之间连接有再生加热器8。

本实施例包括如下步骤对所述联合干燥系统进行调控：

步骤1、利用神经网络建立基于各项参数的转轮除湿模型；步骤1中的各项参数包括进风速度、进风温度、转轮转速、吸附剂尺寸和转轮的半径与厚度材料尺寸。

步骤2、利用神经网络建立基于压缩机工作参数的变频压缩机除湿量模型；步骤2中压缩机的工作参数包括蒸发温度和冷凝温度。

步骤3、测量干燥箱体的干燥温度T和相对温湿度，从而得到干燥箱体进风口处的含水量d₂，同时得到转轮出风温度t_out；

步骤4、测量蒸发器进风口的相对温湿度，从而得到蒸发器进风口处的含水量d₀；

步骤5、根据如下公式(1)，计算得转轮、蒸发器和冷凝器的总的除湿量△d

△d＝d₂-d₀＝△d₁+△d₂ (1)

步骤6、根据如下公式(2)，计算得到转轮的除湿量△d₂

△d₂＝f(t_in,v,H_in,L,R) (2)

式中，t_in-转轮进风温度，v-转轮转速，H_in-进风相对湿度，L-转轮吸附通道长度，R-吸附剂半径；如图3所示。

如图2所示的除湿转轮4，转轮除湿干燥系统由转轮41、处理进风42、再生进风43及加热器44等组成，转轮中装填吸附剂，转轮面分为除湿区45与再生区46。在除湿过程中，转轮在驱动装置47带动下缓慢转动，当转轮在除湿区域吸附水分达到饱和状态后，进入再生区由高温再生进风进行脱附再生，这一过程循环进行，除湿干燥后的处理出风经加热处理后送入干燥箱对物料进行干燥。

步骤7、将步骤6中得到的△d₂再代入公式(1)中得到蒸发器除湿量△d₁；

步骤8、将△d₁代入如下公式(3)，计算得到t_c，t_c即为除湿转轮需设定的温度；

△d₁＝f(t_c,t_e,d₀,v_am，z) (3)

式中，t_c-冷凝温度，t_e-蒸发温度，d₀-进风口处的含水量，v_am-空气质量流量，z-压缩机频率；冷凝温度为冷凝器的温度，蒸发温度为蒸发器的温度，空气质量流量可由流量计获得。

步骤9、根据步骤8计算出的温度t_c，调控除湿转轮的压缩机从而达到需设定的温度；步骤9中调控除湿转轮的压缩机的方法具体的为：

步骤9.1、测量进风温度t₀，将t₀代入如下公式(4)得到空气经过蒸发器后温度的降低量△t₁

△t₁＝f(t_c,t_e,d₀,v_am,z) (4)

步骤9.2、将步骤9.2中得到的△t₁代入如下公式(5)得到空气经过转轮后的升温量△t₂

△t₂＝f(t_in,v,H_in,L,R) (5)。

本发明的工作原理为：

首先是利用神经网络建立基于进风速度、温度、湿度、基体转速和材料尺寸等参数的转轮除湿出风温度模型，再根据压缩机蒸发温度、冷凝温度等的工作参数利用神经网络建立变频压缩机出风温度模型。由于干燥温度T(T＝t_out)，所以反推出转轮出风温度t_out(t_out＝T)，再根据转轮出风温度模型，反推出转轮进风温度t_in。此时转轮进风温度等于管路温度，即t_in＝t_g。根据进风t₀，计算出△t₁，然后控制压缩机频率，实现对温度的精准控制。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，所述联合干燥系统包括蒸发器(1)，所述蒸发器通过膨胀阀(2)和压缩机(3)与除湿转轮(4)连通，所述除湿转轮(4)与冷凝器(5)连通，所述冷凝器还与辅热器(6)连通，所述辅热器(6)与干燥箱体(7)连通，其特征在于包括如下步骤对所述联合干燥系统进行调控：

步骤1、利用神经网络建立基于各项参数的转轮除湿模型；

步骤2、利用神经网络建立基于压缩机工作参数的变频压缩机除湿量模型；

步骤3、测量干燥箱体的干燥温度T和相对温湿度，从而得到干燥箱体进风口处的含水量d₂，同时得到转轮出风温度t_out；

步骤4、测量蒸发器进风口的相对温湿度，从而得到蒸发器进风口处的含水量d₀；

步骤5、根据如下公式(1)，计算得转轮、蒸发器和冷凝器的总的除湿量△d

△d＝d₂-d₀＝△d₁+△d₂ (1)

步骤6、根据如下公式(2)，计算得到转轮的除湿量△d₂

△d₂＝f(t_in,v,H_in,L,R) (2)

式中，t_in-转轮进风温度，v-转轮转速，H_in-进风相对湿度，L-转轮吸附通道长度，R-吸附剂半径；

步骤7、将步骤6中得到的△d₂再代入公式(1)中得到蒸发器除湿量△d₁；

步骤8、将△d₁代入如下公式(3)，计算得到t_c，t_c即为除湿转轮需设定的温度；

△d₁＝f(t_c,t_e,d₀,v_am，z) (3)

式中，t_c-冷凝温度，t_e-蒸发温度，d₀-进风口处的含水量，v_am-空气质量流量，z-压缩机频率；

步骤9、根据步骤8计算出的温度t_c，调控除湿转轮的压缩机从而达到需设定的温度。

2.根据权利要求1所述的一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，其特征在于：步骤1中的各项参数包括进风速度、进风温度、转轮转速、吸附剂尺寸和转轮的半径与厚度材料尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，其特征在于：步骤2中压缩机的工作参数包括蒸发温度和冷凝温度。

4.根据权利要求1所述的一种基于管路控温的食用菌转轮热泵联合干燥系统调控方法，其特征在于：步骤9中调控除湿转轮的压缩机方法具体的为：

步骤9.1、测量进风温度t₀，将t₀代入如下公式(4)得到空气经过蒸发器后温度的降低量△t₁

△t₁＝f(t_c,t_e,d₀,v_am,z) (4)

式中，t_c-冷凝温度，t_e-蒸发温度，d₀-进风口处的含水量，v_am-空气质量流量，z-压缩机频率；

步骤9.2、将步骤9.2中得到的△t₁代入如下公式(5)得到空气经过转轮后的升温量△t₂

△t₂＝f(t_in,v,H_in,L,R) (5)

式中，t_in-转轮进风温度，v-转轮转速，H_in-进风相对湿度，L-转轮吸附通道长度，R-吸附剂半径。

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