CN219578279U - 烟叶烘烤和晾制两用实验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱，包括箱体，箱体的内腔右侧设有隔板；隔板宽度小于箱体宽度，隔板高度等于箱体高度，在箱体宽度方向上隔板居中，隔板与箱体内壁形成热气进口和热气出口，隔板将箱体的内腔分隔成左侧的装烟箱和右侧的加热通道，在加热通道内固设有电加热器和风机；箱体左侧壁前后设有进气口和出气口，进气口连接有进气三通阀，出气口连接有出气三通阀；进气三通阀的一个进口连接有进气管；进气三通阀的另一个进口连接加湿管道一端；加湿管道另一端连接出气三通阀的一个出口，出气三通阀的另一个出口连接有出气管；加湿管道与加湿器连接。本实用新型便于调节烟叶的湿度和温度，用于烟叶烘烤和晾制试验。

Description

烟叶烘烤和晾制两用实验箱

技术领域

本实用新型涉及烟叶实验设备技术领域，特别是涉及一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱。

背景技术

目前我国烟叶烘烤通常在密集烤房中进行，每次装烟约5吨，烟叶晾制通常在大型晾房中开展，每次装烟约25吨，一旦烘烤或晾制失败，就会造成数万元的损失。在进行烟叶烘烤工艺和晾制工艺研究时，存在较高的失败风险，为了降低实验造成的损失，需要开发一种容量更小的实验设备。烟叶烘烤实验一般采用烘烤箱进行，目前市面上已经有类似产品，但是对烟叶晾制方面的实验装置还没有。随着雪茄烟种植的逐渐推广，对烟叶晾制实验的需要越来越迫切。由于烟叶烘烤和烟叶晾制均属于烟叶调制工艺，部分功能相同，开发一种烟叶智能烘烤和晾制两用的实验箱具有一定的实用价值。

因此，现有技术的缺陷是，缺少一种烟叶智能烘烤和晾制两用的实验箱，便于调节湿度和温度，用于烟叶烘烤和晾制试验。

实用新型内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型的目的是提供一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱，便于调节湿度和温度，用于烟叶烘烤和晾制试验。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱，包括箱体，箱体的内腔右侧设置有隔板；隔板的宽度小于箱体的内腔宽度，隔板的高度等于箱体的内腔高度，在箱体的宽度方向上隔板居中设置，隔板将箱体的内腔分隔成左侧的装烟箱和右侧的加热通道，隔板的前后两端与箱体的内腔壁之间形成热气进口和热气出口，在加热通道内固定设置有电加热器和风机；箱体的左侧壁前后分别设置有进气口和出气口，进气口连接有进气三通阀，出气口连接有出气三通阀；进气三通阀的其中一个进口连接有进气管；进气三通阀的另一个进口连接加湿管道的一端；加湿管道的另一端连接出气三通阀的其中一个出口，出气三通阀的另一个出口连接有出气管；加湿管道与加湿器的湿气管连接。

电加热器的功率是可以调节的。箱体的前面还设置有可以打开和关闭的密封门；进气三通阀的出口连接箱体的进气口，出气三通阀的进口连接箱体的出气口。

所述装烟箱内固定设置有温湿度传感器，温湿度传感器连接有控制系统；所述控制系统包括控制板，控制板设置有单片机，单片机与温湿度传感器、电加热器、风机、进气三通阀、出气三通阀以及加湿器连接，单片机还连接有触摸屏、指示灯、语音器和无线通讯设备。

所述电加热器包括电热器组A和电热器组B；电热器组A的功率大于电热器组B的功率。

还包括换热器，所述进气管连接换热器的冷气通道，出气管连接换热器的热气通道。

所述进气三通阀、出气三通阀均为电动阀；电加热器为电热棒。

显著效果:本实用新型提供了一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱，便于调节湿度和温度，用于烟叶烘烤和晾制试验。

附图说明

图1为本实用新型的实验装置箱体结构框图；

图2为图1的仰视图；

图3为本实用新型的控制系统框图；

图4为单片机的电源电路图；

图5为单片机及其外围电路图；

图6为指示灯的控制电路图；

图7为语音器的控制电路图；

图8为触摸屏的接口电路图；

图9为无线通讯设备的接口电路图；

图10为温湿度传感器接口的电路图；

图11为加湿器的控制电路图；

图12为进气三通阀的控制电路图；

图13为出气三通阀的控制电路图；

图14为风机的控制电路图；

图15为电热器组A的控制电路图；

图16为电热器组B的控制电路图；

图17为单片机的运行模式子程序流程图；

图18为单片机的加湿子程序流程图；

图19为装烟箱加湿和保湿时进气三通阀和出气三通阀的状态图；

图20为装烟箱排湿时进气三通阀和出气三通阀的状态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-图20所示，一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱，包括箱体1，箱体1的内腔右侧设置有隔板2；隔板2的宽度小于箱体1的内腔宽度，隔板2的高度等于箱体1的内腔高度，在箱体1的宽度方向上隔板2居中设置，隔板2将箱体1的内腔分隔成左侧的装烟箱11和右侧的加热通道12，隔板2的前后两端与箱体1的内腔壁之间形成热气进口121和热气出口122，隔板2的右侧壁上固定设置有电加热器3，在加热通道12内固定设置有风机4；箱体1的左侧壁前后分别设置有进气口和出气口，进气口连接有进气三通阀5，出气口连接有出气三通阀6；进气三通阀5的其中一个进口连接有进气管7；进气三通阀5的另一个进口连接加湿管道8的一端；加湿管道8的另一端连接出气三通阀6的其中一个出口，出气三通阀6的另一个出口连接有出气管9；加湿管道8与加湿器10的湿气管101连接。

箱体1的前面还设置有可以打开和关闭的密封门13，方便人员和烟叶进出；进气三通阀5的出口连接箱体1的进气口，出气三通阀6的进口连接箱体1的出气口。

如图1和图2所示，隔板2将箱体1的内腔分隔成左侧的装烟箱11和右侧的加热通道12，隔板2的宽度小于箱体1的内腔宽度，在箱体1的宽度方向上隔板2居中设置，形成了一个热风可以循环的流道，给电加热器3通电，启动风机4，热风沿着图1中的箭头循环流动，便于给整个装烟箱11均匀加热，便于调节装烟箱11的温度。

当需要给装烟箱11加湿时，进气三通阀5将进气管7关闭，使加湿管道8的一端与箱体1的进气口连通，出气三通阀6将出气管9关闭，加湿管道8的另一端连接箱体1的出气口，启动加湿器10，加湿器10的湿气通过湿气管101进入加湿管道8，由于风机4的作用，热气流通过出气三通阀6经加湿管道8流向进气三通阀5，将加湿管道8内的湿气带入装烟箱11，装烟箱11内湿度上升。当不需要给装烟箱11加湿时，关闭加湿器10，没有湿气进入加湿管道8，维持装烟箱11的湿度。

当需要给装烟箱11排湿时，关闭加湿器10，没有湿气进入加湿管道8；进气三通阀5将进气管7打开，使进气管7与箱体1的进气口连通，关闭加湿管道8；出气三通阀6将出气管9打开，出气管9连通箱体1的出气口，关闭加湿管道8；由于风机4的作用，装烟箱11内的湿气经出气管9排出，外界的空气经进气管7进入装烟箱11内，装烟箱11内湿度下降。

其中，电加热器3的功率是可以调节的，烘烤时的功率大于晾制时的功率。在进行烟叶烘烤时，电加热器3的功率较大，在进行烟叶晾制时，电加热器3的功率较小。

如图3所示，所述装烟箱11内固定设置有温湿度传感器，温湿度传感器连接有控制系统；所述控制系统包括控制板，控制板设置有单片机，单片机与温湿度传感器、电加热器3、风机4、进气三通阀5、出气三通阀6以及加湿器10连接，单片机还连接有触摸屏、指示灯、语音器和无线通讯设备。

如图4所示，为单片机的电源电路图；该电源电路获取AC220V交流电转换为3.3V直流电为单片机供电；

图5为单片机及其外围电路图；单片机采用C8051F单片机；

图6为指示灯的控制电路图；单片机通过OUT LED引脚输出高低电平控制三极管T2导通和截止，三极管T2控制指示灯通断电，从而指示单片机的相应状态。

图7为语音器的控制电路图；单片机通过OUT BEEP引脚输出高低电平控制语音器通断电，可以指示温湿度报警信号。

图8为触摸屏的接口电路图；单片机通过SCREEN RX引脚、SCREEN TX引脚、SCREENDE引脚连接第一SP485EEN-L/TR模块，第一SP485EEN-L/TR模块连接触摸屏，通过触摸屏显示装烟箱11内温湿度数据。

图9为无线通讯设备的接口电路图；单片机通过DTU RX引脚、DTU TX引脚、DTU DE引脚连接第二SP485EEN-L/TR模块，第二SP485EEN-L/TR模块连接无线通讯模块，通过无线通讯模块远程发送装烟箱11内温湿度数据。

图10为温湿度传感器接口的电路图；该装烟箱11采用干湿球温度传感器检测装烟箱11内温湿度数据，分别是上棚干球温度、上棚湿球湿度、下棚干球温度、下棚湿球温度；采用四个DS18B20温度传感器检测装烟箱11内上下方温湿度数据。

图11为加湿器的控制电路图；单片机通过CTRL HUMI引脚输出高低电平控制继电器K1通断电，从而控制加湿器10通断电，可以通过控制加湿器10通断电的占空比调节装烟箱11内湿度。

图12为进气三通阀5的控制电路图；单片机通过CTRL VAL1引脚输出高低电平控制三极管T3导通和截止，从而控制继电器K2通断电，继电器K2控制进气三通阀5通断电，进气三通阀5控制装烟箱11的进气口连接进气管7或加湿管道8；

图13为出气三通阀的控制电路图；单片机通过CTRL VAL2引脚输出高低电平控制三极管T5导通和截止，从而控制继电器K3通断电，继电器K3控制出气三通阀6通断电，出气三通阀6控制装烟箱11的出气口连接出气管9或加湿管道8；

图14为风机的控制电路图；单片机通过MOT SPD引脚和MOT PWM引脚输出PWM信号控制风机4的转速；MOT SPD引脚和MOT PWM引脚可以通过场效应管控制风机4的转速。

所述电加热器3包括电热器组A和电热器组B；电热器组A的功率大于电热器组B的功率。

图15为电热器组A的控制电路图；单片机通过HEAT PWM1引脚输出PWM信号控制三极管T6导通和截止，从而控制电热器组A通断电，三极管T6可以通过继电器、场效应管等控制电热器组A通断电。

图16为电热器组B的控制电路图；单片机通过HEAT PWM2引脚输出PWM信号控制三极管T7导通和截止，从而控制电热器组B通断电，三极管T7可以通过继电器、场效应管等控制电热器组B通断电。

用于烟叶烘烤加热时，同时启动电热器组A和电热器组B工作；用于烟叶的晾制加热时，仅启动电热器组B工作。

还包括换热器14，换热器14采用管壳式换热器，管壳式换热器设置有冷气通道和热气通道；所述进气管7连接换热器14的冷气通道的一端，出气管9连接换热器14的热气通道的一端，冷气通道的另一端和热气通道的另一端直接连通外界大气。通过换热器14的设置，可以将装烟箱11的出气口的热量加热进气管7内的空气，减小排湿过程中装烟箱11的温度变化。

所述进气三通阀5、出气三通阀6均为电动阀；电加热器3为电热棒。进气三通阀5、出气三通阀6还可以是电磁阀。电热器组A和电热器组B可以是电热棒、电加热管、远红外电加热器等。

进一步的，本发明用一个设备满足烟叶烘烤和晾制两种调制工艺的要求，根据设置切换运行模式，降低成本。设计了加湿和排湿管路的互斥并联结构，解决常规烘烤装置加湿过程不保湿的缺点，另一方面，在加湿过程中，由于水分雾化蒸发，装烟室内温度下降，此时关闭排湿通道，阻止箱体1外部冷空气进入，有助于保温，减缓温度下降。排气与进气管路之间的增设换热器14，利用排气加热进气，节约能源。在湿度控制方面，采用开关式加湿器10，利用电动阀、风机4、加湿器10的协调运行，近似实现湿度的连续调节。

装置组成：

换热器14、加湿器10、进风口电动阀、出风口电动阀、装烟箱11、电热棒、风机4、控制系统等组成。控制系统结构框图如图3所示。

模式切换控制：

气流速度控制：

在烘烤和晾制过程中，有要求气流速度必须在一定范围内，传统的密集烤房内采用固定转速风机或者变频风机，实现转速调节。如图15所示，该装置的风机采用无刷直流电机，无级调速范围10％到90％；单片机采用PWM信号调节占空比调速。

加热器功率分配：

由于烘烤和晾制对温度控制要求的差异，为了提升加热功率控制的精度，电加热器3分为大功率和小功率两组，设总额定功率为100％，大功率加热器额定功率占比为90％，小功率加热器额定功率占比为10％。两个加热器各自采用独立的调压器进行功率调节，调压器的无级调节范围约10-90％。通过将电加热器3分为两组，实现组合功率的无级调节范围为1％至99％；如图15-图16所示，采用PWM信号调节占空比无级调节。

换热器：换热器14采用管壳式换热器，管壳式换热器采用现有成熟产品，结构图略；管壳式换热器的冷气管道连接进气管7，热气管道连接出气管9。

在进气和排气管道之间设置换热器14，有2个功能：一是节能，二是一定程度实现温度和湿度的部分解耦。在排湿阶段，烤房内的热量随着湿空气排出，冷空气进入，造成温度下降，温度和湿度之间的耦合关系，容易造成温度波动。运行模式子程序如图17所示；

湿度控制：

1)加湿控制：

为了简化控制接口，加湿器10采用开关式运行，加湿器10本身不能连续调节加湿速度。加湿器10采用工业加湿器，属于现有成熟产品，结构图略；其湿气管101与加湿管道8的中部连接。为了实现加湿速度的可调，设置加湿器10运行周期，运行周期包括运行时间和停止时间，调节运行时间和停止时间占周期的比例，近似实现加湿速度的调节。

由于电动阀、加湿器10、风机4的运行状态转换快慢不同，为了加湿过程的稳定性，减少水雾在加湿管道8中凝结，只要目标加湿速度不为零，则持续导通加湿管道8，在进行加湿时，先提高风机4转速，再运行加湿器10。要停止加湿时，先停止加湿器10，再恢复风机4转速。

加湿时的风机4速度由以下公式计算：

n_hon-加湿运行时的风机4的转速；

n_off-正常风机4的转速；

p_h-修正系数，一般为≥1的数值，以保证加湿管道8没有水珠持续凝结为准；s_h-加湿管道8气流横截面积；

s_c-装烟箱11气流横截面积；

加湿子程序如图18所示；

2)排湿控制：

关闭加湿器10和加湿管道8，提高风机4的转速，风机4的转速计算方法与加湿时的风机4转速计算公式相似；

排湿时的风机4速度值由以下公式计算：

n_hoff-排湿时的风机4的转速；

n_off-正常风机4的转速；

p_o-修正系数，一般为≤1的数值，以保持箱体1内的温度下降速度小于某一速度，如1℃/min；

s_o-出气管9的气流横截面积；

s_c-装烟箱11气流横截面积；

本装置具有如下优点：

1)具有烟叶烘烤和晾制两种运行模式，节省设备成本。

2)进气和排气之间有换热，运行过程更节能。

3)具有加湿速度可调以及运行周期可调的加湿器10，通过调节风机4的转速、电动阀的开关、加湿器10断续运行的方式，近似实现加湿速度连续可调。由于加湿器10启动、电动阀开关调节速度的特点，设计了对应时序控制顺序，实现加湿速度的基本平稳。

4)加湿和排湿的互斥运行机制，提高了系统的可靠性。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种烟叶烘烤和晾制两用实验箱，包括箱体(1)，其特征在于，箱体(1)的内腔右侧设置有隔板(2)；隔板(2)的宽度小于箱体(1)的内腔宽度，隔板(2)的高度等于箱体(1)的内腔高度，在箱体(1)的宽度方向上隔板(2)居中设置，隔板(2)将箱体(1)的内腔分隔成左侧的装烟箱(11)和右侧的加热通道(12)，隔板(2)的前后两端与箱体(1)的内腔壁之间形成热气进口(121)和热气出口(122)，在加热通道(12)内固定设置有电加热器(3)和风机(4)；箱体(1)的左侧壁前后分别设置有进气口和出气口，进气口连接有进气三通阀(5)，出气口连接有出气三通阀(6)；进气三通阀(5)的其中一个进口连接有进气管(7)；进气三通阀(5)的另一个进口连接加湿管道(8)的一端；加湿管道(8)的另一端连接出气三通阀(6)的其中一个出口，出气三通阀(6)的另一个出口连接有出气管(9)；加湿管道(8)与加湿器(10)的湿气管(101)连接。

2.根据权利要求1所述的烟叶烘烤和晾制两用实验箱，其特征在于：所述装烟箱(11)内固定设置有温湿度传感器，温湿度传感器连接有控制系统；所述控制系统包括控制板，控制板设置有单片机，单片机与温湿度传感器、电加热器(3)、风机(4)、进气三通阀(5)、出气三通阀(6)以及加湿器(10)连接，单片机还连接有触摸屏、指示灯、语音器和无线通讯设备。

3.根据权利要求1所述的烟叶烘烤和晾制两用实验箱，其特征在于：所述电加热器(3)包括电热器组A和电热器组B；电热器组A的功率大于电热器组B的功率。

4.根据权利要求1所述的烟叶烘烤和晾制两用实验箱，其特征在于：还包括换热器(14)，所述进气管(7)连接换热器(14)的冷气通道，出气管(9)连接换热器(14)的热气通道。

5.根据权利要求3所述的烟叶烘烤和晾制两用实验箱，其特征在于：所述进气三通阀(5)、出气三通阀(6)均为电动阀；所述电加热器(3)为电热棒。