CN207527887U - 多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统 - Google Patents

多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统，所述粮库粮堆环境控制系统包括粮库粮堆循环送回风机构、热泵热力循环机构、多源载体循环机构、浅层地热载体接入接出机构。本实用新型采用自然能源与热泵双向高效耦合使用功能，为高湿入库粮食提供环境参数控制，符合高品质较长期储藏粮食的要求。根据粮库当地自然能源条件，本实用新型提出来尽可能优先使用自然能源工艺路径与技术手段，为粮库粮堆环境处理与控制系统节能运行提供了基础保障。本实用新型提供了多能联合同时使用与也可独立使用的方式，为保障粮库粮堆含氧量控制需求，多能源均采用间接使用方式，采用闭式系统有效地避免了对粮库的含氧量控制产生影响。

Description

多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种粮库粮堆环境控制系统，特别是涉及一种多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统。
背景技术
粮库当地气候条件、粮库维护结构情况及粮食自身呼吸过程的排湿发热等是粮堆环境温湿度的主要影响因素。为了满足粮食高品质长期储藏要求，因此，粮库粮堆环境处理控制及其系统能耗成为关键技术问题。
当前，在粮库温度控制中，很少采用可再生能源。为节约粮库运行能耗，尽可能利用自然能源如空气能、浅层地能(或其他品位稳定可再生能源)将成为重中之重，尤其采用高效传热与热泵冷热双向耦合利用等综合使用，为粮库粮堆恒温恒湿环境控制系统提供温湿度综合处理的节能技术手段将尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统，尽可能优先使用自然能源，实现制冷、制热、加湿、除湿的独立功能或组合功能，为粮库粮堆环境控制系统节能运行提供保障。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统，所述粮库粮堆环境控制系统包括粮库粮堆循环送回风机构、热泵热力循环机构、多源载体循环机构、浅层地热载体接入接出机构；
所述循环送回风机构包括粮库粮堆回风主风道、粮库粮堆送风主风道，还包括并联设置在粮库粮堆回风主风道与粮库粮堆送风主风道之间的降温除湿通道、升温加湿通道、旁风通道；
所述热泵热力循环机构包括通过工质管道依次连通的气液分离器、压缩机、高效油过滤器、冷凝单元、膨胀阀单元、蒸发单元；
所述多源载体循环机构包括通过管道相连的空气能取能器、浅层地能载体取能器、多源载体分路电动阀单元、多源载体补液定压装置、多源载体循环泵，所述空气能取能器外侧设有取能风机，所述多源载体补液定压装置上设有补液电动阀，所述补液电动阀与补液管道相连；
所述浅层地热载体接入接出机构包括通过管道相连的浅层地热载体进出口、浅层地热载体分路电动阀单元，所述浅层地热载体进出口通过浅层地热载体分路电动阀单元分四路与浅层地热载体热泵冷凝器、浅层地热载体热泵蒸发器、浅层地热载体取能器、设置在升温加湿通道内的多能载体粮堆回风升温换热器并联连通。
优选地，所述降温除湿通道内设有第一电动调节风阀、多源载体粮堆回风降温除湿换热器、粮堆回风降温除湿热泵蒸发器及理化除湿器；所述升温加湿通道内还设有第二电动调节风阀、粮堆回风升温热泵冷凝器、加湿器及补水电动调节阀；所述旁风通道内设有第三电动调节阀。
优选地，所述冷凝单元包括与工质管道并联连接设置的第一工质气体分路电磁阀与第二工质气体分路电磁阀，所述第一工质气体分路电磁阀与粮堆回风升温热泵冷凝器相连通，所述第二工质气体分路电磁阀与空气热泵冷凝器、浅层地能载体热泵冷凝器相连通，所述空气热泵冷凝器外侧设有冷凝风机，所述第一工质气体分路电磁阀与第二工质气体分路电磁阀两路工质支管汇集于同一工质干管。
优选地，所述膨胀阀单元包括与冷凝单元下游段的工质干管并联连接第一膨胀阀与第二膨胀阀。
优选地，所述蒸发单元包括通过工质管道与第一膨胀阀相连的第三工质液体分路电磁阀、与第二膨胀阀相连的第四工质液体分路电磁阀，所述第三工质液体分路电磁阀与粮堆回风降温除湿热泵蒸发器相连通，所述第四工质液体分路电磁阀与空气源热泵蒸发器、浅层地能载体热泵蒸发器相连通，所述空气源热泵蒸发器外侧设有蒸发风机，所述第三工质液体分路电磁阀与第四工质液体分路电磁阀两路工质支管均汇集到所述气液分离器。
优选地，所述多源载体分路电动阀单元包括并联设置的第一多源载体分路电动阀与第二多源载体分路电动阀，所述第一多源载体分路电动阀与多源载体粮堆回风升温换热器、第三多源载体分路电动阀相连通，所述第二多源载体分路电动阀与多源载体粮堆回风降温除湿换热器相连通，所述第一多源载体分路电动阀与第二多源载体分路电动阀两路支管均汇集于同一干管。
优选地，所述浅层地热载体分路电动阀单元包括分四路并联设置的第一浅层地热载体分路电动阀、第二浅层地热载体分路电动阀、第三浅层地热载体分路电动阀、第四浅层地热载体分路电动阀；所述第一浅层地热载体分路电动阀与浅层地热载体热泵冷凝器相连通，所述第二浅层地热载体分路电动阀与浅层地热载体热泵蒸发器相连通，所述第三浅层地热载体分路电动阀与浅层地热载体取能器相连通，所述第四浅层地热载体分路电动阀与多能载体粮堆回风升温换热器、第五浅层地热载体分路电动阀相连通。
基于上述技术方案，本实用新型的优点是：
本实用新型的多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统采用自然能源与热泵双向高效耦合使用功能，为高湿入库粮食提供环境参数控制，本实用新型符合高品质较长期储藏粮食的要求，为智慧粮食与智慧粮库建设改造提供了坚实基础条件。根据粮库当地自然能源条件，本实用新型提出来尽可能优先使用自然能源工艺路径与技术手段，为粮库粮堆环境处理与控制系统节能运行提供了基础保障。在利用粮库当地自然能源(主要是空气能与浅层地能)方面，本实用新型提供了多能联合同时使用(可并联或串联)与也可独立使用的方式，为保障粮库粮堆含氧量控制需求，多能源均采用间接使用方式，采用闭式系统有效地避免了对粮库的含氧量控制产生影响。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统示意图；
图2为粮食贮藏分区控制示意图；
其中，1～粮库粮堆回风主风道；2～第一电动调节风阀；3～第二电动调节风阀；4～第三电动调节阀；5～升温加湿通道；6～降温除湿通道；7～旁风通道；8～理化除湿器；9～粮堆回风降温除湿热泵蒸发器；10～多源载体粮堆回风降温除湿换热器；11～第一膨胀阀；12～第三工质液体分路电磁阀；13～第二膨胀阀；14～第四工质液体分路电磁阀；15～蒸发风机；16～空气源热泵蒸发器；17～浅层地热载体热泵蒸发器；18～气液分离器；19～压缩机；20～高效油过滤器；21～加湿器；22～粮堆回风升温热泵冷凝器；23～多能载体粮堆回风升温换热器；24～补水电动调节阀；25～第一工质气体分路电磁阀；26～第二工质气体分路电磁阀；27～冷凝风机；28～空气热泵冷凝器；29～浅层地热载体热泵冷凝器；30～第一浅层地热载体分路电动阀；31～第二浅层地热载体分路电动阀；32～第三浅层地热载体分路电动阀；33～第一多源载体分路电动阀；34～第二多源载体分路电动阀；35～浅层地能载体取能器；36～取能风机；37～多源载体循环泵；38～空气能取能器；39～多源载体补液定压装置；40～补液电动阀；41～粮库粮堆送风主风道；42～浅层地热载体进出口；43～第四浅层地热载体分路电动阀；44～第五浅层地热载体分路电动阀；45～第三多源载体分路电动阀。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型提供了一种多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统，如图1、图2所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。具体地，所述粮库粮堆环境控制系统包括粮库粮堆循环送回风机构、热泵热力循环机构、多源载体循环机构、浅层地热载体接入接出机构；
所述循环送回风机构包括粮库粮堆回风主风道1、粮库粮堆送风主风道41，还包括并联设置在粮库粮堆回风主风道1与粮库粮堆送风主风道41之间的降温除湿通道6、升温加湿通道5、旁风通道7；
所述热泵热力循环机构包括通过工质管道依次连通的气液分离器18、压缩机19、高效油过滤器20、冷凝单元、膨胀阀单元、蒸发单元；
所述多源载体循环机构包括通过管道相连的空气能取能器38、浅层地能载体取能器35、多源载体分路电动阀单元、多源载体补液定压装置39、多源载体循环泵37，所述空气能取能器38外侧设有取能风机36，所述多源载体补液定压装置39上设有补液电动阀40，所述补液电动阀40与补液管道相连；
所述浅层地热载体接入接出机构包括通过管道相连的浅层地热载体进出口42、浅层地热载体分路电动阀单元，所述浅层地热载体进出口42通过浅层地热载体分路电动阀单元分四路与浅层地热载体热泵冷凝器29、浅层地热载体热泵蒸发器17、浅层地热载体取能器35、设置在升温加湿通道5内的多能载体粮堆回风升温换热器23并联连通。
优选地，所述降温除湿通道6内设有第一电动调节风阀2、多源载体粮堆回风降温除湿换热器10、粮堆回风降温除湿热泵蒸发器9及理化除湿器8；所述升温加湿通道6内还设有第二电动调节风阀3、粮堆回风升温热泵冷凝器22、加湿器21及补水电动调节阀24；所述旁风通道7内设有第三电动调节阀4。
如图1所示，优选地，所述冷凝单元包括与工质管道并联连接设置的第一工质气体分路电磁阀25与第二工质气体分路电磁阀26，所述第一工质气体分路电磁阀25与粮堆回风升温热泵冷凝器22相连通，所述第二工质气体分路电磁阀26与空气热泵冷凝器28、浅层地能载体热泵冷凝器29相连通，所述空气热泵冷凝器28外侧设有冷凝风机27，所述第一工质气体分路电磁阀25与第二工质气体分路电磁阀26两路工质支管汇集于同一工质干管。
优选地，所述膨胀阀单元包括与冷凝单元下游段的工质干管并联连接第一膨胀阀11与第二膨胀阀13。
优选地，所述蒸发单元包括通过工质管道与第一膨胀阀11相连的第三工质液体分路电磁阀12、与第二膨胀阀13相连的第四工质液体分路电磁阀14，所述第三工质液体分路电磁阀12与粮堆回风降温除湿热泵蒸发器9相连通，所述第四工质液体分路电磁阀14与空气源热泵蒸发器16、浅层地能载体热泵蒸发器17相连通，所述空气源热泵蒸发器16外侧设有蒸发风机15，所述第三工质液体分路电磁阀12与第四工质液体分路电磁阀14两路工质支管均汇集到所述气液分离器18。
优选地，所述多源载体分路电动阀单元包括并联设置的第一多源载体分路电动阀33与第二多源载体分路电动阀34，所述第一多源载体分路电动阀33与多源载体粮堆回风升温换热器23、第三多源载体分路电动阀45相连通，所述第二多源载体分路电动阀34与多源载体粮堆回风降温除湿换热器10相连通，所述第一多源载体分路电动阀33与第二多源载体分路电动阀34两路支管均汇集于同一干管。
优选地，所述浅层地热载体分路电动阀单元包括分四路并联设置的第一浅层地热载体分路电动阀30、第二浅层地热载体分路电动阀31、第三浅层地热载体分路电动阀32、第四浅层地热载体分路电动阀43；所述第一浅层地热载体分路电动阀30与浅层地热载体热泵冷凝器29相连通，所述第二浅层地热载体分路电动阀31与浅层地热载体热泵蒸发器17相连通，所述第三浅层地热载体分路电动阀32与浅层地热载体取能器35相连通，所述第四浅层地热载体分路电动阀43与多能载体粮堆回风升温换热器23、第五浅层地热载体分路电动阀44相连通。
当夏季粮食入库时，粮食水份较高，温度较高，室外空气温湿度均较高，入库后粮食呼吸旺盛，其发热量大，产湿量高，粮堆回风温湿度均较高，需先对入库粮食进行快速烘干脱水处理，本实用新型的多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统具备该功能，其工作原理如下：
一方面，可采用浅层地能(地层恒温层温度较低)载体通过浅层地热载体进出口、开启分路电动阀、换热器、自然能源载体循环泵将浅层地能输送至内置在降温除湿通道的粮堆回风换热器进行降温除湿预处理，达到节省能源消耗；
另一方面，可启动热泵热力循环机构工作，通过内置在降温除湿通道的粮堆回风蒸发器对粮堆回风进一步降温除湿处理(降低回风绝对含湿量与粮食脱水)，同时，通过内置在升温加湿通道的粮堆回风冷凝器对粮堆回风升温处理(降低相对湿度)，此时热泵冷热双向高效利用，成为典型的高效除湿机；
此外，通过内置在降温除湿通道的粮堆理化除湿器对粮堆回风再进一步脱湿处理。通过上述功能机构的耦合工作，可为粮库粮堆输送温度较低绝对含湿量很低空气(近似干空气)，满足粮食入库时快速烘干脱水要求。
除冬季室外空气温度较低外，其他季节粮食入库或夏季入库烘干后粮食本体均温度较高，其呼吸仍较旺盛，仍有较大的发热量和一定的产湿量，由于粮食本体导热性较差，粮堆回风温(湿)度仍较高，需对粮食进行“快眠”降温(除湿)处理，其工作原理如下：
一方面，可采用浅层地能(地层恒温层温度较低)载体通过浅层地热载体进出口、开启分路电动阀、换热器、浅层地能载体循环泵将浅层地能输送至内置在降温除湿通道的粮堆回风换热器进行降温除湿预处理，达到节省能源消耗；
另一方面，可启动热泵热力循环机构工作，通过内置在降温除湿通道的粮堆回风蒸发器对粮堆回风降温除湿处理，热泵空气冷凝器与浅层地能载体冷凝器同时工作，将热泵蒸发器从粮堆回风中获取的热量散发到室外空气与自然能源载体中，使热泵获取较低的冷凝温度和高能效，从而对粮堆回风降温除湿处理目的，此时热泵为高效制冷机。
粮食冬季入库或其他季节入库并经烘干脱水与“快眠”降温除湿处理后，粮食进入“冬眠保持”储藏阶段，此时，粮食本体表现的主要特征是：温度低(≤15℃)、含水份较少(≤14％)，呼吸微弱，其呼吸发热量与产湿量很小，对粮堆环境温湿度影响较小。粮库粮堆环境温湿度主要影响因素为室外气象条件的变化与粮库维护结构密闭性及其导热导湿性能，对于人工粮堆环境处理与控制系统主要表现为运行能耗最低。优选地，温度的参数区间为6℃～14℃；相对湿度的参数区间为40％～55％，上述温度与相对湿度的区间能够获得较长的粮食贮藏时间。
本实用新型的多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统，是基于粮库粮堆温湿度环境九区分控模型设计的，如图2所示，其示出了粮食贮藏分区控制示意图。其中，在所述粮食贮藏分区控制图中，温度、相对湿度的参数区间作为边界条件将粮食贮藏分区控制图分成9个环境控制区域，所述温度、相对湿度的参数区间内部为恒温恒湿区-⑨区，其余8个环境控制区域分别为降温除湿区-①区、降温恒湿区-②区、降温加湿区-③区、恒温除湿区-④区、恒温加湿区-⑤区、升温除湿区-⑥区、升温恒湿区-⑦区、升温加湿区-⑧区。
根据上述粮食贮藏分区控制模型，在各个区域内，多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统的工作过程如下表所示：
根据现代粮食储藏科技研究，较长期储藏的“入眠”粮食出库时的“缓醒”工艺过程要求同样是高品质保障的基本要求之一，除粮库粮堆风速及含氧量的缓慢调整外，其温湿度同样需要缓慢调整，只有使粮食呼吸慢慢恢复正常，才有可能保障高品质粮食出库。本实用新型多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统为粮食出库时的“缓醒”工艺要求提供了基础条件。
本实用新型的多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统采用自然能源与热泵双向高效耦合使用功能，为高湿入库粮食提供环境参数控制，本实用新型符合高品质较长期储藏粮食的要求，为智慧粮食与智慧粮库建设改造提供了坚实基础条件。根据粮库当地自然能源条件，本实用新型提出来尽可能优先使用自然能源工艺路径与技术手段，为粮库粮堆环境处理与控制系统节能运行提供了基础保障。在利用粮库当地自然能源(主要是空气能与浅层地能)方面，本实用新型提供了多能联合同时使用(可并联或串联)与也可独立使用的方式，为保障粮库粮堆含氧量控制需求，多能源均采用间接使用方式，采用闭式系统有效地避免了对粮库的含氧量控制产生影响。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种多能源与热泵冷热双向耦合的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述粮库粮堆环境控制系统包括粮库粮堆循环送回风机构、热泵热力循环机构、多源载体循环机构、浅层地热载体接入接出机构；
所述循环送回风机构包括粮库粮堆回风主风道(1)、粮库粮堆送风主风道(41)，还包括并联设置在粮库粮堆回风主风道(1)与粮库粮堆送风主风道(41)之间的降温除湿通道(6)、升温加湿通道(5)、旁风通道(7)；
所述热泵热力循环机构包括通过工质管道依次连通的气液分离器(18)、压缩机(19)、高效油过滤器(20)、冷凝单元、膨胀阀单元、蒸发单元；
所述多源载体循环机构包括通过管道相连的空气能取能器(38)、浅层地能载体取能器(35)、多源载体分路电动阀单元、多源载体补液定压装置(39)、多源载体循环泵(37)，所述空气能取能器(38)外侧设有取能风机(36)，所述多源载体补液定压装置(39)上设有补液电动阀(40)，所述补液电动阀(40)与补液管道相连；
所述浅层地热载体接入接出机构包括通过管道相连的浅层地热载体进出口(42)、浅层地热载体分路电动阀单元，所述浅层地热载体进出口(42)通过浅层地热载体分路电动阀单元分四路与浅层地热载体热泵冷凝器(29)、浅层地热载体热泵蒸发器(17)、浅层地热载体取能器(35)、设置在升温加湿通道(5)内的多能载体粮堆回风升温换热器(23)并联连通。
2.根据权利要求1所述的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述降温除湿通道(6)内设有第一电动调节风阀(2)、多源载体粮堆回风降温除湿换热器(10)、粮堆回风降温除湿热泵蒸发器(9)及理化除湿器(8)；所述升温加湿通道(6)内还设有第二电动调节风阀(3)、粮堆回风升温热泵冷凝器(22)、加湿器(21)及补水电动调节阀(24)；所述旁风通道(7)内设有第三电动调节阀(4)。
3.根据权利要求2所述的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述冷凝单元包括与工质管道并联连接设置的第一工质气体分路电磁阀(25)与第二工质气体分路电磁阀(26)，所述第一工质气体分路电磁阀(25)与粮堆回风升温热泵冷凝器(22)相连通，所述第二工质气体分路电磁阀(26)与空气热泵冷凝器(28)、浅层地能载体热泵冷凝器(29)相连通，所述空气热泵冷凝器(28)外侧设有冷凝风机(27)，所述第一工质气体分路电磁阀(25)与第二工质气体分路电磁阀(26)两路工质支管汇集于同一工质干管。
4.根据权利要求3所述的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述膨胀阀单元包括与冷凝单元下游段的工质干管并联连接第一膨胀阀(11)与第二膨胀阀(13)。
5.根据权利要求4所述的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述蒸发单元包括通过工质管道与第一膨胀阀(11)相连的第三工质液体分路电磁阀(12)、与第二膨胀阀(13)相连的第四工质液体分路电磁阀(14)，所述第三工质液体分路电磁阀(12)与粮堆回风降温除湿热泵蒸发器(9)相连通，所述第四工质液体分路电磁阀(14)与空气源热泵蒸发器(16)、浅层地能载体热泵蒸发器(17)相连通，所述空气源热泵蒸发器(16)外侧设有蒸发风机(15)，所述第三工质液体分路电磁阀(12)与第四工质液体分路电磁阀(14)两路工质支管均汇集到所述气液分离器(18)。
6.根据权利要求2所述的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述多源载体分路电动阀单元包括并联设置的第一多源载体分路电动阀(33)与第二多源载体分路电动阀(34)，所述第一多源载体分路电动阀(33)与多源载体粮堆回风升温换热器(23)、第三多源载体分路电动阀(45)相连通，所述第二多源载体分路电动阀(34)与多源载体粮堆回风降温除湿换热器(10)相连通，所述第一多源载体分路电动阀(33)与第二多源载体分路电动阀(34)两路支管均汇集于同一干管。
7.根据权利要求1所述的粮库粮堆环境控制系统，其特征在于：所述浅层地热载体分路电动阀单元包括分四路并联设置的第一浅层地热载体分路电动阀(30)、第二浅层地热载体分路电动阀(31)、第三浅层地热载体分路电动阀(32)、第四浅层地热载体分路电动阀(43)；所述第一浅层地热载体分路电动阀(30)与浅层地热载体热泵冷凝器(29)相连通，所述第二浅层地热载体分路电动阀(31)与浅层地热载体热泵蒸发器(17)相连通，所述第三浅层地热载体分路电动阀(32)与浅层地热载体取能器(35)相连通，所述第四浅层地热载体分路电动阀(43)与多能载体粮堆回风升温换热器(23)、第五浅层地热载体分路电动阀(44)相连通。
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