热风室斜分隔储热式热泵供热装置及方法
阅读：547发布：2024-02-16
专利汇可以提供热风室斜分隔储热式热泵供热装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且热 风 室斜分隔储热式 热 泵 供热装置，包括加热器，风机，分隔板，热泵，温控器和烤房 控制器 ，热风室内倾斜布置分隔板，分隔板将热风室内腔分为互不连通的前下 角 区和后上角区，前下角区内放置 冷凝器 ，前下角区、风机和加热器两两之间管道连接，加热器吊挂在热风室顶墙中心 通风 孔正下方，风机底座固定在后上角区侧墙内壁面上，烤房控制器依据装烟室中心湿空气 温度 控制风机启停，温控器依据前下角区空气 温度控制 压缩机 启停，烤房控制器按三段式密集 烘烤 要求设定装烟室中心湿空气干 湿球温度 曲线，同一时刻湿空气 干球温度 设定值低于空气温度设定值0.5℃～10.0℃。烟叶密集烘烤可使用 发明 。发明节能环保，精准控温，供热时间长短不限，无人值守。，下面是热风室斜分隔储热式热泵供热装置及方法专利的具体信息内容。
1.热风室斜分隔储热式热泵供热装置，主要包括加热器，风机，分隔板，热泵，温控器和烤房控制器，热泵主要包括压缩机，蒸发器，毛细管和冷凝器，蒸发器放置在密集烤房热风室前墙外，其特征在于：热风室内倾斜布置方形分隔板，分隔板四边分别在热风室前墙内壁面，左侧墙内壁面，地平面和右侧墙内壁面上，分隔板将热风室内腔分为互不连通的前下角区和后上角区，前下角区内布置冷凝器，压缩机和毛细管，分隔板设置前下角区空气进出口，前下角区空气出口和风机空气进口之间管道连接，风机空气出口和加热器空气进口之间管道连接，加热器空气出口和前下角区空气进口之间管道连接，加热器吊挂布置在热风室顶墙中心通风孔正下方，加热器呈正立矮方体状，加热器水平截面边长和热风室顶墙中心通风孔孔径相等，加热器，风机和两者连接管道均置于后上角区内，风机底座固定在后上角区左侧墙内壁面上，风机启停由烤房控制器依据装烟室中心湿空气温度控制，压缩机启停由温控器依据前下角区空气温度控制。
2.使用权利要求1所述的热风室斜分隔储热式热泵供热装置时，烤房控制器按三段式密集烘烤工艺要求设定装烟室湿空气干湿球温度曲线，同一时刻烤房控制器装烟室湿空气干球温度设定值始终低于温控器热风室前下角区空气温度设定值。
3.权利要求2所述的同一时刻烤房控制器装烟室湿空气干球温度设定值与温控器热风室前下角区空气温度设定值之差在0.5℃～10.0℃之间。
热风室斜分隔储热式热泵供热装置及方法
技术领域
背景技术
[0002] 我国目前主要采用燃煤热风炉来烘烤烟叶。按不完全统计的2017年我国烟叶生产年种植面积2200万亩推算，烟叶烘烤年用煤炭约为440至520万吨标准煤。用燃煤烘烤烟叶不仅耗煤量巨大，而且释放的燃烧污染物严重影响了烤烟区周围环境。空气能作为一种廉价且分布广泛的可再生能源和新能源，被认为是烟草烘烤用能理想替代方案。将空气能科学地应用到烤烟密集烘烤工艺，供能总量及速度和供能节奏均满足烟叶密集烘烤工艺需要，以保证干烟叶内在品质，是烟叶经济高效节能环保安全烘烤关键。
[0003] 如附图2所示，传统热泵供热装置包括热泵和烤房控制器，热泵包括压缩机，蒸发器，毛细管和冷凝器，冷凝器吊挂布置在热风室顶墙中心通风孔正下方。热风室顶墙即混合室和热风室之间的分隔墙，热风室顶墙中心开设圆形通风孔，湿空气驱动装置固定在通风孔内。在湿空气驱动装置作用下，装烟室来的湿空气和外界来的新风首先在混合室混合，接着湿空气穿过通风孔和冷凝器，然后自上而下穿过热风室，最后从热风室底部通风口进入装烟室。但是由于压缩机通电开机延时、热泵控制系统通电自检延时和压缩机启动后从冷凝压力升至额定值需要一段时间，压缩机停机后从冷凝压力降至0kPa也需要一段时间，烘烤供热和停止供热均存在迟后现象，导致装烟室温度不能适应烘烤工艺要求及时上升或下降。在一个装烟室温度变化周期内，相当长时间装烟室温度不在烘烤工艺所要求的温度范围。装烟室温度波动较大，烟叶烘烤质量不佳，尤其寒冷季节，传统热泵烤房烤坏烟叶现象更为突出。为了能控制装烟室中心湿空气温度，提高干烟叶烘烤品质，有必要改进热泵烤房结构和烘烤热源特性。
[0004] 解决现有热泵烤房无法立即升降温问题，是让热泵可真正用于密集烘烤工艺的重要一步。研发控温及时且节能高效的热风室斜分隔储热式热泵供热装置，有助于提高我国现有烤烟装备技术水平，并促使烟草行业可持续发展。
发明内容
[0005] 为了解决现有热泵烤房开始供热和停止供热存在明显迟后，导致装烟室温度波动幅度大、难以控温、烘烤时间延长和干烟叶品质无保障等问题，发明提供一种基于热泵供热、中间储热缓冲和无供热迟后间接加热烘烤技术，具有精准控温、烘烤周期长短不限、无人值守和三段式密集烘烤工艺相适应的热风室斜分隔储热式热泵供热装置。
[0006] 热风室斜分隔储热式热泵供热装置，主要包括加热器，风机，分隔板，热泵，温控器和烤房控制器，热泵主要包括压缩机，蒸发器，毛细管和冷凝器，蒸发器放置在密集烤房热风室前墙外，热风室内倾斜布置方形分隔板，分隔板四边分别在热风室前墙内壁面，左侧墙内壁面，地平面和右侧墙内壁面上，分隔板将热风室内腔分为互不连通的前下角区和后上角区，前下角区内布置冷凝器，压缩机和毛细管，分隔板设置前下角区空气进出口，前下角区空气出口和风机空气进口之间管道连接，风机空气出口和加热器空气进口之间管道连接，加热器空气出口和前下角区空气进口之间管道连接，加热器吊挂布置在热风室顶墙中心通风孔正下方，加热器呈正立矮方体状，加热器水平截面边长和热风室顶墙中心通风孔孔径相等，加热器，风机和两者连接管道均置于后上角区内，风机底座固定在后上角区左侧墙内壁面上，风机启停由烤房控制器依据装烟室中心湿空气温度控制，压缩机启停由温控器依据热风室前下角区空气温度控制。
[0007] 使用热风室斜分隔储热式热泵供热装置时，烤房控制器按三段式密集烘烤工艺要求设定装烟室湿空气干湿球温度曲线，同一时刻烤房控制器装烟室湿空气干球温度设定值始终低于温控器热风室前下角区空气温度设定值，同一时刻烤房控制器装烟室湿空气干球温度设定值与温控器热风室前下角区空气温度设定值之差在0.5℃～10.0℃之间。
[0008] 烟草加工调制、烟草种植加工基地及烟农合作社烟叶密集烘烤供热场所，可以使用发明。
[0009] 发明经济、节能环保，社会效益显著。发明节能效益明显；热泵使用寿命延长，环境污染物排放为零；环境温度低至-10℃时可以使用；加热可调节性好，精准控温，装烟室湿空气温度变化控制在-0.2℃～0℃以内；烘烤供热时间没有限制；无需人值守，无不安全隐患；和三段式密集烘烤工艺相适应，不会因供热问题烤坏烟叶。
附图说明
[0010] 图1为热风室斜分隔储热式热泵供热装置原理图，图2为传统热泵供热装置原理图。图1和图2中，1为加热器，2为风机，3为分隔板，4为热泵，41为压缩机，42为蒸发器，43为毛细管，44为冷凝器，5为温控器，6为烤房控制器。注意区分制冷剂、空气和湿空气用词。制冷剂沿“压缩机→冷凝器→毛细管→蒸发器→压缩机”路线流动。空气沿“热风室前下角区→风机→加热器→热风室前下角区”路线流动，流过热风室前下角区的流体是空气。湿空气沿“装烟室→混合室→热风室顶墙中心通风孔→热风室后上角区→装烟室”路线流动，流过热风室后上角区的流体是湿空气。
具体实施方式
[0011] 下面结合附图进一步阐述本发明。
[0012] 如附图1所示，热风室斜分隔储热式热泵供热装置，主要包括加热器1，风机2，分隔板3，热泵4，温控器5和烤房控制器6。热泵4主要包括压缩机41，蒸发器42，毛细管43和冷凝器44。蒸发器42放置在密集烤房热风室前墙外。热风室内倾斜布置分隔板3，分隔板3呈方板状，分隔板3四边分别在热风室前墙内壁面，左侧墙内壁面，地平面和右侧墙内壁面上。分隔板3将热风室内腔分为互不连通的前下角区和后上角区，热风室后上角区容积大于前下角区容积，前下角区呈倾倒90°放置的三棱柱状。热风室内腔内壁面和分隔板3上下表面均为光滑表面,包围前下角区的三面墙壁和分隔板3均具有绝热保温功能。冷凝器44，压缩机41和毛细管43可以放置在前下角区内，压缩机41和冷凝器44重量由前下角区水平地平面支撑。分隔板3设置前下角区空气进口和空气出口。前下角区空气出口和风机2空气进口之间用管道连接，风机2空气出口和加热器1空气进口之间用管道连接，加热器1空气出口和前下角区空气进口之间用管道连接。风机2为微小型变频贯流风机或离心风机。加热器1重量由热风室顶墙支撑，加热器1可以吊挂布置在热风室顶墙中心通风孔正下方，此时加热器1最高位置和湿空气驱动装置及热风室顶墙外两者最低位置之间垂直距离为50mm～100mm，加热器1也可以固定在热风室顶墙中心通风孔正上方，此时加热器1最低位置和湿空气驱动装置及热风室顶墙外两者最高位置之间垂直距离为50mm～100mm。加热器1呈正立矮方体状，热风室顶墙中心通风孔孔径和加热器1水平截面边长相等，热风室顶墙中心和加热器1水平截面中心在同一条竖直线上。加热器1，风机2和两者连接管道均置于后上角区内，风机3底座固定在后上角区左侧墙内壁面上。后上角区右侧墙开设维修进出口，平时维修进出口用维修门密封堵死。前下角区右侧墙开设维修进出口，平时维修进出口用维修门密封堵死。风机2启停由烤房控制器6依据装烟室中心湿空气温度控制，压缩机41启停由温控器5依据前下角区空气温度控制。
[0014] 密集烤房包括装烟室，热风室和混合室，混合室在热风室之上，热风室顶墙即混合室和热风室分隔墙，热风室宽度小于装烟室宽度。装烟室和混合室之间设置竖直隔墙，该竖直隔墙同时隔开装烟室和热风室。混合室顶墙和装烟室顶墙相连接，热风室地平面和装烟室地平面相连接。竖直隔墙顶面低于混合室顶墙内壁面一定高度，竖直隔墙顶面和混合室顶墙内壁面之间空间供装烟室湿空气流出。装烟室湿空气流出口相对的混合室侧墙开设新风进口。竖直隔墙底面高出热风室地平面一定高度，竖直隔墙底面和热风室地平面之间空间供湿空气从热风室流入装烟室。热风室顶墙中心开设圆形通风孔，湿空气驱动装置水平固定在通风孔内，发明通风孔孔径和加热器1水平截面边长相等。以下吸式密集烤房和加热器1吊挂固定在热风室顶墙中心通风孔之下为例，在湿空气驱动装置作用下，装烟室湿空气在混合室和新风混合，湿空气全部垂直流过加热器1管壁外表面，再自上而下流过后上角区，最后经垂直隔墙底部通风口流回装烟室。对于加热器1热交换而言，湿空气走壳程，从前下角区流出的热空气走管程，湿空气和空气进行垂直交叉冲击式高效传热，经加热器1表面加热后湿空气升温，加热器1空气降温。
[0015] 发明压缩机41，毛细管43和冷凝器44均放置在热风室前下角区内，压缩机41和冷凝器44重量由前下角区地平面支撑。分隔板3可用铝、钢铁或塑料质材料加工制成，分隔板3上壁面不敷设保温层。前下角区内载热介质可以是空气，也可以是二氧化碳或制冷剂气体。压缩机41压缩放热在前下角区内，自然组织余热回收，加大了节能效益。分隔板3上壁面裸露，湿空气高速撞击分隔板3上壁面时动量动能损失小。压缩机41，毛细管43，冷凝器44和风机2均放置在热风室内，外观美观，并保证设备安全。分隔板3开设有供前下角区热空气流出的空气出口和供冷空气流进的空气进口，空气进出口处密封以防前下角区空气和后上角区湿空气串混。热风室前墙开设有热泵4管道进出口，热泵4管道进出口密封以防前下角区空气泄漏到外界。
[0016] 发明制冷剂依次流过压缩机41，冷凝器44，毛细管43和蒸发器42后，又流回压缩机41。热泵4循环流动的制冷剂不泄漏到环境或前下角区。分隔板3设置前下角区空气进出口。
前下角区空气在风机2驱动下依次向上流过分隔板3空气出口，风机2和加热器1空气进口，再依次向下流过加热器1空气出口和分隔板3空气进口，又流回前下角区。在加热器1，风机2和前下角区之间循环流动的空气不泄漏到后上角区。管道和加热器1空气进口连接处，管道和加热器1空气出口连接处，管道和风机2空气进口连接处，管道和风机2空气出口连接处，管道和分隔板3空气进口连接处，管道和分隔板3空气出口连接处，均保持密封，即不发生空气泄漏到后上角区故障。
前下角区空气在风机2驱动下依次向上流过分隔板3空气出口，风机2和加热器1空气进口，再依次向下流过加热器1空气出口和分隔板3空气进口，又流回前下角区。在加热器1，风机2和前下角区之间循环流动的空气不泄漏到后上角区。管道和加热器1空气进口连接处，管道和加热器1空气出口连接处，管道和风机2空气进口连接处，管道和风机2空气出口连接处，管道和分隔板3空气进口连接处，管道和分隔板3空气出口连接处，均保持密封，即不发生空气泄漏到后上角区故障。
[0017] 发明加热器1和冷凝器44管道外壁面可以敷设肋片，也可以不敷设肋片。加热器1水平截面中心和热风室顶墙中心在同一条竖直线上，加热器1水平截面边长和热风室顶墙中心通风孔孔径相等，加热器1能挡住热风室顶墙中心通风孔，以保证通过热风室顶墙中心通风孔的全部湿空气被加热。加热器1和湿空气驱动装置及热风室顶墙之间的垂直间距50mm～100mm，可以保证湿空气驱动装置高速转动时不碰刮加热器1表面。
[0018] 发明温控器5接收前下角区空气温度信号，并依据空气温度和设定值比较结果控制压缩机41开停。烤房控制器6接收装烟室中心湿空气温度信号，并依据湿空气温度和设定值比较结果控制风机2开停。前下角区连接两条通道，其中一条通道为制冷剂循环通道，沿着制冷剂流动方向，制冷剂依次流过冷凝器44，毛细管43，蒸发器42和压缩机41，最后流回冷凝器44。依据逆卡诺定理，冷凝器44制冷剂放热，前下角区空气被加热。前下角区内设置检测空气温度的铂电阻感温体，温控器5接收前下角区空气温度信号，并将空气温度和已设定温度区间值比较。当空气温度低于设定值下限时，自动接通压缩机41电源使压缩机41开启运行，直到将前下角区空气加热至设定值上限，自动切断压缩机41电源使压缩机41停止运行。反之亦然，当空气温度高于设定温度时，自动切断压缩机41电源使压缩机41停止运行，直到空气温度下降至设定值下限，自动接通压缩机41电源使压缩机41开启运行工作。当空气温度低于设定值上限且高于设定值下限时，保持压缩机41电源切断状态不变。另一条通道为空气循环通道。沿着空气流动方向，空气依次流过前下角区、风机2和加热器1，最后流回前下角区。装烟室中心设置检测装烟室中心湿空气温度的铂电阻感温体，烤房控制器6接收湿空气温度信号，并将湿空气温度和已设定温度区间比较。当湿空气温度低于设定值下限时，即刻接通风机2电源使风机2开启运行，直到将湿空气温度加热至设定值上限，即刻切断风机2电源使风机2停止运行。反之亦然，当湿空气温度高于设定温度时，即刻切断风机2电源使风机2停止运行，直到湿空气温度下降至设定值下限，即刻接通风机2电源使风机2开启运行工作。当湿空气温度低于设定值上限且高于设定值下限时，保持风机2电源切断状态不变。风机2断电不运转时，前下角区空气进出口静压相等，管内空气不流动。
[0019] 发明烤房控制器6即为密集烤烟普遍使用的烤房控制器，温控器5结构原理和烤房控制器6可以相同，即温控器5可以用密集烤烟普遍使用的烤房控制器替代。温控器5和烤房控制器6并列固定在处于环境温度的装烟室前墙外壁面上，无高温烧损及因受热导致数字显示不正常等隐患。
[0020] 三段式密集烘烤工艺结合鲜烟叶生理变化，分为变黄、定色和干茎三阶段缓慢升温，装烟室湿空气干湿球温度逐渐升高，一个标准密集烤房正常烘烤加热持续6天～7天。发明烤房控制器6需要按传统三段式密集烘烤工艺要求设定装烟室湿空气干湿球温度变化曲线，温控器5只设定热风室前下角区空气温度变化范围，同一时刻温控器5中前下角区空气温度设定值始终高于烤房控制器6中装烟室湿空气干球温度设定值。同一时刻烤房控制器6中装烟室湿空气干球温度设定值与温控器5中前下角区空气温度设定值之差在0.5℃～10.0℃范围。如使用温控器5和烟控制器6时，小火变黄阶段温控器5中前下角区空气温度设定值高出烤房控制器6中装烟室湿空气干球温度设定值差值取0.5℃～2.0℃，大火定色阶段两温度设定值差值小于10.0℃，中火干茎阶段两温度设定值差值小于5.0℃。
[0021] 发明温控器5中热风室前下角区空气温度设定值与烤房控制器6中装烟室湿空气干球温度设定值之间差值小，限制了加热器1传热温差，保证对装烟室湿空气进行缓慢加热，避免快速升温，最终保证干烟叶烘烤品质。温控器5中前下角区空气温度设定值始终高于烤房控制器6中装烟室湿空气干球温度设定值，一方面保证了热量始终从前下角区空气传递到装烟室湿空气，另一方面保证随时有热量传递给装烟室湿空气，避免在装烟室湿空气温度低于设定值下限时继续降温问题，消除了烘烤供热升温迟后性。
[0022] 如附图2所示，传统热泵供热装置包括热泵4和烤房控制器6，热泵4包括压缩机41，蒸发器42，毛细管43和冷凝器44。传统热泵供热装置热风室内没有分隔板3。冷凝器44直接吊挂在热风室顶墙中心通风孔正下方，冷凝器44放出的冷凝热直接传递给装烟室湿空气。烤房控制器6根据装烟室中心湿空气温度信号直接控制压缩机41开停。装烟室湿空气温度高于设定值上限时，压缩机41停止运行，冷凝器44迅速降温到室温。装烟室湿空气降温至设定值下限时，压缩机41经过控制系统通电自检延时、压缩机41通电开机延时和冷凝器44升温延时后才正常烘烤加热。热泵4控制系统通电自检延时(10秒～20秒)、压缩机41通电保护性开机延时(厂家预设长至60秒)和冷凝器44升温延时(15秒～30秒)，均只能由热泵生产厂家专业人员后台修改,是影响烘烤温度波动的3个因素，其中冷凝器44升温延时影响尤为重要。将热泵4控制系统电源独立于热泵4电源外，即给控制系统单独通电，可以去掉控制系统通电自检时间。压缩机41通电启动延时，出于保护压缩机41以延长使用寿命而设置。压缩机
41启动后冷凝压力升至额定压力时间，即冷凝器升温延时。升温延时与气温高低、排湿强度、热风温度有关，气温越低，排湿负荷越大，热风温度越高，则延时越长。热泵生产厂家能调短控制系统通电自检时间和通电开机延时到供热迟后总时间10秒～30秒，但无法缩短到
0秒程度。传统热泵供热装置实际运行表明：装烟室湿空气温度波动幅度较大(偏离设定值-
2.6℃～1.1℃)，装烟室烟叶上下层温度分布不均匀，前后温度不均匀，有效烘烤效率降低，烘烤时间延长，产品合格率降低。
41启动后冷凝压力升至额定压力时间，即冷凝器升温延时。升温延时与气温高低、排湿强度、热风温度有关，气温越低，排湿负荷越大，热风温度越高，则延时越长。热泵生产厂家能调短控制系统通电自检时间和通电开机延时到供热迟后总时间10秒～30秒，但无法缩短到
0秒程度。传统热泵供热装置实际运行表明：装烟室湿空气温度波动幅度较大(偏离设定值-
2.6℃～1.1℃)，装烟室烟叶上下层温度分布不均匀，前后温度不均匀，有效烘烤效率降低，烘烤时间延长，产品合格率降低。
[0023] 和传统热泵供热装置相比，发明热风室前下角区是一个中间热源。该热源在向外界释放热量同时从外界吸收热量，压缩机41停机次数减少，前下角区储热升温时间长于放热降温时间，始终能保持足够储热量及品质。前下角区是一个变温热源。和装烟室湿空气温度按照烤房控制器6所设定烘烤曲线缓慢同步升高，前下角区空气温度按照类似烤房控制器6所设定烘烤曲线缓慢升高，同一时刻前下角区空气温度始终高出装烟室中心湿空气温度0.5℃～10.0℃。前下角区是一个有限热源。随着热量从前下角区传递到穿过加热器1的湿空气，前下角区储热必定减少，经过一时间间隔后热泵4启动运行，源源不断地将“外界热能+本身电能消耗转化的热量”转移到前下角区，最终维持前下角区储热总量不变和温度相对不变。这一时间间隔长短与前下角区静态储热量大小有关。前下角区内腔容积越大，载热介质定压比热容越大，前下角区静态储热量就越多，前下角区放热和压缩机41通电储热之间时间间隔就越长，而且这一时间间隔要远长于热泵4存在的“控制系统通电自检延迟+压缩机41安全启动延迟+冷凝器44缓慢升压储热延迟”等时间之和。发明使用有限变温热源，不使用无限热源，无限热源只能设定一个温度，会使发明使用经济性变差。
[0024] 和传统热泵供热装置相比，发明优化了热源性能，以有限变温热源替代延时热源。发明热风室前下角区空气储热直接用于加热装烟室湿空气，没有传统热泵供热装置“控制系统通电自检→压缩机41安全启动→冷凝器44缓慢升压储热”迟后供热烘烤过程，保证装烟室湿空气温度稳定在设定温度范围(-0.2℃～0℃)变化。
[0025] 发明热风室前下角区空气储热量可调节性好，调节手段多。前下角区载热介质定压比热容、前下角区容积、风机2频率、加热器1管道截面积、加热器1管道外表面伸展和温控器5中前下角区载热介质温度设定等，均是发明湿空气加热量和加热速度调节手段。前下角区储热量取决于前下角区载热介质比热容、前下角区内腔容积和风机2转速。载热介质比热容越大，前下角区容积越大，风机2频率越高，则前下角区储热越多。前下角区容积越大，则前下角区热惯性越大。前下角区在热风室内，前下角区容积受到热风室内腔容积限制，前下角区容积可以大到接近热风室内腔容积程度。加热器1湿空气吸热量和空气流速、传热面积和传热温差正相关。风机2频率提高，管内空气流速提高，风机2驱动的空气流量越大。相同空气流量条件下，加热器1管道截面积越小，管内空气速度越大。加热器1管壁外壁面敷设肋片，可增加传热面积。温控器5中调整前下角区空气温度设定值，可以相应调整前下角区空气温度和加热器1传热温差。随着烘烤时间延长，前下角区空气温度从38℃开始，缓慢升温到70℃结束。
[0027] 发明节能率受环境温度和烘烤阶段影响。定色期节能率和变黄期不同，正午节能率和深夜不同，秋天节能率和夏天不同，变黄期、深夜和秋天节能率最低。以热泵4性能系数2.5为例，发明节能率超过71.4％。发明运行可以保留控制系统通电自检延迟时间和压缩机
41安全启动延迟时间，减少了压缩机41开停次数，热泵4运行时间更集中，热泵4使用寿命延长。
41安全启动延迟时间，减少了压缩机41开停次数，热泵4运行时间更集中，热泵4使用寿命延长。
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