空气能粮食烘干冷藏节能一体装置及其智能操控方法与流程

本发明涉及粮食烘干储藏低碳环保技术领域，具体而言涉及一种空气能粮食烘干冷藏节能一体装置及其智能操控方法。

背景技术：

根据农业与农村经济发展目标，粮食烘干作为粮食生产中耕作、播种、收获、烘干等粮食不落地入库作业环节的重要组成部分，是最后一个工作量大、作业时间短、作业要求高的工作环节。但是，一方面，现有粮食烘干设备很多还是采用高能耗、高污染、自动化程度低的燃煤(燃油)型热风炉为主要热源，存在能源消耗高，烟尘、二氧化碳和二氧化硫等污染物排放高等问题；另一方面，一些采用清洁能源的粮食烘干机，在烘干过程中会造成能量浪费。

授权专利zl201210568843.2“空气能热循环烘干与冷气回收装置及其自动控温方法”提出：在烘房顶部设置回热管道，对在烘房烘烤过的余热进行回收，并通过除湿机进行潮湿热空气的除湿，形成烘干的空气，再输送入空气能热泵中进行微加热，最后通过热通管将热量输入烘房进行再利用。但是，此专利只是对在烘房烘烤过的余热进行回收，未考虑空气能热泵工作的特点。根据逆卡诺原理，热泵系统将空气中的热量吸收后，变成热量转移到粮食烘干机中，同时把失去大量能量的低温冷气排到大气中，并且排风风扇功率需较大，出风量大，造成电能浪费，产生振动噪声影响环境。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种空气能粮食烘干冷藏节能一体装置及其智能操控方法，考虑到粮食烘干后需立即进入冷库进行冷藏保鲜，通过增加冷气回收装置、对热泵系统做微小改动以实现冷气回收再利用，进而实现粮食烘干与冷藏一体化装置的设计，达到一机多用的效果。不仅可实现粮食储藏“三低、三高”(低损耗、低污染、低成本；高质量、高营养、高效益)的目标；而且带动粮食储藏向着“生态”“绿色”方向发展，带动清洁能源在农业生产上的应用，促进农机化工作向着绿色节能减排、提质增效方面的转变。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种空气能粮食烘干冷藏节能一体装置，所述装置包括远程监控中心、热泵系统、烘干设备、冷库、冷气回收设备。

所述冷库具有冷库进风口和冷库回风口。冷气从冷库进风口进入冷库内部，再从冷库回风口排出冷库，以对冷库中贮存的粮食进行降温处理。

所述烘干设备具有热风进风口和废气排出口。热风从热风进风口进入烘干设备的容纳腔，经容纳腔、废气排出口离开烘干设备，以对容纳腔内的粮食进行烘干处理。

所述热泵系统包括进气口、热风输出口、冷气输出口，热泵系统通过热交换以提取通过进气口输入的气体的热能，将经热交换后排出的冷风输送至冷气输出口，热风输送至热风输出口。

所述热风输出口与烘干设备的热风进风口通过一热风送风管连通。

在一些例子中，所述热泵系统包括热泵机组、蒸发器、冷凝器，以及分别和所述蒸发器、冷凝器、热泵机组电连接以控制热泵机组、蒸发器、冷凝器工作状态的热泵系统控制器。

所述蒸发器被设置成根据热泵系统控制器的控制指令将通过进气口进入的气体制冷后输出至冷气输出口，释放的热能输送至冷凝器。

所述冷凝器被设置成根据热泵系统控制器的控制指令将通过进气口进入的气体加热后输出至热风输出口，排放的冷风输送至蒸发器。

应当理解，所述热泵系统的选型不局限于前述这一种，实际上，只要能够实现前述热交换功能以实现冷热气体分离、输出即可满足本发明所提出的空气能粮食烘干冷藏节能一体装置的需求。

优选的，所述热泵机组采用1拖n模块化机组。n根据烘干功率进行配置。

所述热泵系统具有制热和制冷两种模式：

当热泵系统处于制热模式时，热泵系统通过热交换以提取通过进气口输入的气体的热能，将经热交换后排出的冷风输送至冷气输出口，热风输送至热风输出口。

当热泵系统处于制冷模式时，热泵系统将通过进气口输入的气体制冷后输送至冷气输出口。

当热泵系统工作于“制热”模式时，空气能热泵热风机组的基本功能是为粮食的烘干设备提供热源，该热源能够持续24小时不间断自动运行，为烘干设备提供稳定的热风；热泵系统实现了冷热气体分离，经过热交换系统后排出的冷风直接输送到冷库用于粮食冷藏保鲜，实现资源的回收再利用。

当粮食不需要烘干但还需低温冷藏通风时，切换成“制冷”，此时，所述热泵系统蒸发器端输出低温低湿冷气通过冷气送风管直接送往冷库。

优选的，设置一“工作模式”按键，通过该“工作模式”按键智能实现“制热”、“制冷”模式的切换，无需手工操作，可提高设备的利用率。

当所述热泵系统控制器处于“制热”模式时，所述热泵系统的冷凝器端输出热风，通过热风送风管送至烘干设备，再从烘干设备的废气排出口排出废气，形成一开环系统。

所述热泵系统的蒸发器端输出冷气通过所述冷库送风管送至冷库，冷库回风口再通过冷库回风管输至热泵系统所述蒸发器的入口端，最终形成一闭环系统。

所述冷气回收设备包括第一风门、第二风门、冷气输出管、冷库送风管、冷库回风管、空气输入管。

所述热泵系统的冷气输出口通过第一风门分别与冷库送风管、冷气输出管连接，冷库送风管连接在第一风门和冷库进风口之间，第一风门具有第一连通状态和第二连通状态：

当所述第一风门处于第一连通状态时，热泵系统的冷气输出口与冷库送风管连通，当所述第一风门处于第二连通状态时，热泵系统的冷气输出口与多余冷气输出管连通。如图1所示，所述第一风门工作于两个状态，分别为ab与ac，当第一风门处于ab状态时，能够控制回收的冷气进入冷库再利用，当第一风门处于ac状态时，能够控制回收的多余冷气通过多余冷气输出管排放至大气中、或者再做其他利用。

所述热泵系统的进气口通过第二风门分别与空气输入管、冷库回风管连接，冷库回风管连接在第二风门和冷库回风口之间，第二风门具有第三连通状态和第四连通状态：

当所述第二风门处于第三连通状态时，热泵系统的进气口与冷库回风管连通；当所述第二风门处于第四连通状态时，热泵系统的进气口与空气输入管连通。如图1所示，所述第二风门工作于两个状态，分别为a1b1与a1c1，当第二风门处于a1b1状态时，能够控制冷库排放的废气输入热泵系统再利用，当第二风门处于a1c1状态时，能够使外界空气能进入热泵系统。

另外，当第一风门和第二风门分别处于ab和a1b1状态时，冷库系统处于循环制冷状态，热泵系统源源不断地向冷库内输送冷气，冷库温度逐渐下降，这一过程中释放的热能被回收至热泵系统，经由热泵系统处理后输送至烘干设备以实现烘干功能，此时，热泵系统为烘干设备提供的热量均来自于冷库。

当第一风门和第二风门分别处于ac和a1c1状态时，冷库系统处于封闭状态，热泵系统不再对冷库进行降温。如果此时烘干设备启动，热泵系统将提取外界空气中的热量输送至烘干设备以实现烘干功能，此时，热泵系统为烘干设备提供的热量来自于外界空气能。

所述远程监控中心分别与热泵系统、烘干设备、冷库、冷气回收设备电连接，以实现对所述空气能粮食烘干冷藏节能一体装置的远程操控。

关于前述对多余冷气的处理，其中一种方式是直接排放在大气中，但从环保和能源再利用角度来说，优选的，将多余的冷气再次回收利用更佳。例如，将多余冷气输出管远离第一风门的一端连接至其他冷库的冷库进风口，对其他冷库进行降温处理，一个烘干设备对接多个冷库，从而实现对回收的冷气进行最大化利用的目的。

应当理解，一个冷库也可以对接多个烘干设备，考虑到在某些情况下，存在冷库使用时，部分烘干设备已经停用的可能性，此时，可以选择将冷库制冷时产生的热量输送至正在启用的烘干设备中去。

冷库和烘干设备的对应关系并不唯一，取决于实际应用场景，其本质原理仍是基于能量守恒的前提下，对冷热气体的分离和再利用。

经热泵系统制冷后的冷气为高湿，不利于冷库中粮食冷藏，为此，本发明提出所述第一风门与冷库进风口之间设置有一除湿机，对热泵系统制冷后的冷气进行除湿预处理，再输送至冷库。

应当理解，除湿机的位置并不局限于前述这一种，例如也可以设置在冷气输出口至第一风门之间等等。从除湿的目的出发，设置在第一风门和冷库进风口之间还具有如下优点：当冷库不需要冷气时，冷气输出口处的冷气将直接通过多余冷气输出管排放至大气中、或者作其他利用，此时有可能不需要对这部分冷气进行除湿处理、直接排放，即，此种情况下，无需启动除湿机，减少损耗。

优选的，所述第一风门与除湿机之间设置有进风口温湿度传感器组。所述进风口温湿度传感器组实时监测热泵系统蒸发器即将输送至冷库的冷气的温湿度，除湿机目标湿度以此为控制对象。

同样的，进风口温湿度传感器组的位置也不局限于此处，也可以设置在诸如冷气输出口至第一风门之间等等，可以根据实际需求和结构布局来做安装位置的调整。

所述冷库回风口处设置有回风口温湿度传感器组，所述回风口温湿度传感器组实时监测冷库回风口处的气体的温湿度值，冷库目标温度以此为控制对象。

结合图2，在另一些例子中，所述冷气回收设备还包括智能调节控制器。

所述智能调节控制器包括温湿度自动调节模块、风门控制输出通道、通讯电路，以及分别与温湿度自动调节模块、风门控制输出通道、通讯电路电连接的mcu控制电路。

所述风门控制输出通道包括第一通道和第二通道，分别连接至第一风门和第二风门。

所述mcu控制电路还与除湿机、进风口温湿度传感器组、回风口温湿度传感器组、热泵系统电连接。

当热泵系统的工作模式选择“制热”时，将此工作模式通过通讯电路反馈给智能控制器，智能控制器开始工作。

具体的，所述mcu控制电路被设置成实时接收进风口温湿度传感器组、回风口温湿度传感器组反馈的探测结果，根据接收的探测结果，结合温湿度自动调节模块，以调整除湿器、热泵系统的工作参数。

所述温湿度自动调节模块遵循如下控制规则：

根据能量守恒原理，蒸发器端的能量与冷凝器端的能量相等。在本发明中，所述冷库为一闭环系统，所述烘干设备为开环系统，因此烘干所需要的能量要远远大于冷库的能量，本发明提出，所述热泵系统可以从大气环境中获取能量，以补足烘干工序和冷藏工序之间的能量差。

a、开始工作阶段：第一风门和第二风门分别处于ac、a1c1状态，冷库内部开始进行循环制冷，此时，热泵系统为烘干设备提供的热量来自冷库。

b、当冷库的温度达到设定冷藏温度时：此时不需要冷气，并停止向冷库输送冷气，此时，第一风门和第二风门处于ab、a1b1状态；同时，烘干设备仍然需要热量，这时热泵系统的蒸发器处于烘干外循环，提取大气环境中的空气能为烘干设备提供热量补充。

c、当冷库的温度低于预警温度时，热泵系统工作效率下降，停止向冷库输送冷气，此时，第一风门和第二风门处于ab、a1b1状态；智能调节控制器通过通讯电路向远程监控中心进行预警。优选的，预警温度低于设定冷藏温度。

d、当热泵系统工作于除霜工状时，停止向冷库输送冷气，此时，第一风门和第二风门处于ab、a1b1状态；热泵系统控制器和/或智能调节控制器通过通讯电路向远程监控中心进行预警。

后两种情况下，远程监控中心接到预警后，由工作人员对整个装置进行人为干预。

结合图3，基于前述空气能粮食烘干冷藏节能一体装置，本发明还提及一种空气能粮食烘干冷藏节能一体装置的智能操控方法，所述方法包括：

通过远程监控中心设置所述装置的工作模式，所述工作模式至少包括烘干设备和冷库的工作参数，远程监控中心将设置结果发送至热泵系统、冷库、烘干设备和冷气回收设备：

1)如果烘干设备不启动，热泵系统切换至制冷模式，向冷库输送冷气，第一风门切换至第一连通状态，第二风门切换至第三连通状态，冷气回收设备不工作。

2)如果烘干设备启动，热泵系统切换至制热模式，冷气回收设备开始工作。

其中，所述如果烘干设备启动，热泵系统切换至制热模式，冷气回收设备开始工作是指，

智能调节控制器启动，实时采集回风口温湿度传感器组探测到的冷库实时温度和进风口温湿度传感器组探测到的冷气输出口处气体的实时温度和实时湿度：

1)如果冷库实时温度高于设定冷藏温度，智能调节控制器将第一风门切换至第一连通状态，第二风门切换至第三连通状态，冷库被设置成循环制冷模式，制冷过程中释放的热量经热泵系统提取后输送至烘干设备。

2)如果冷库实时温度达到设定冷藏温度，智能调节控制器将第一风门切换至第二连通状态、第二风门切换至第四连通状态，冷库被设置成封闭模式，热泵系统通过空气输入管提取外部空气中的热量输送至烘干设备。

3)如果冷气输出口处气体的实时湿度大于设定湿度，智能调节控制器驱动除湿器开始工作。

4)当冷库实时温度低于预警温度和/或热泵系统处于除霜工况时，智能调节控制器将第一风门切换至第二连通状态、第二风门切换至第四连通状态，封闭冷库，并且通过通讯电路向远程监控中心发送预警信息。

以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

1)本发明对空气能烘干设备进行局部微小改动升级即可实现粮食烘干与冷藏一体化装置的设计，达到一机多用的效果，实现冷气回收资源循环再利用的目的。

2)本发明通过对基于空气能热泵系统的烘干设备增加一个智能调节控制器，即可在原有工程基础上实现全程自动控制的目的，升级改造方便。

3)本发明空气能热泵所产生的冷空气进行回收，并运用至粮食冷藏保鲜中，环保安全，可提高废气利用率。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的空气能粮食烘干冷藏节能一体装置的结构示意图。

图2是本发明的冷库控制原理图。

图3是本发明的空气能粮食烘干冷藏节能一体装置的智能操控方法流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

结合图1，本发明提出一种空气能粮食烘干冷藏节能一体装置，所述装置包括远程监控中心50、热泵系统10、烘干设备20、冷库30、冷气回收设备。

所述冷库30具有冷库进风口31和冷库回风口32。

所述烘干设备20具有热风进风口21和废气排出口22。

所述热泵系统10包括进气口13、热风输出口14、冷气输出口15，热泵系统10通过热交换以提取通过进气口13输入的气体的热能，将经热交换后排出的冷风输送至冷气输出口15，热风输送至热风输出口14。

所述热风输出口14与烘干设备20的热风进风口通过一热风送风管81连通。

具体的，所述热泵系统10包括热泵机组、蒸发器12、冷凝器11，以及分别和所述蒸发器12、冷凝器11、热泵机组电连接以控制热泵机组、蒸发器12、冷凝器11工作状态的热泵系统控制器16。

所述蒸发器12被设置成根据热泵系统控制器16的控制指令将通过进气口13进入的气体制冷后输出至冷气输出口15，释放的热能输送至冷凝器11。

所述冷凝器11被设置成根据热泵系统控制器16的控制指令将通过进气口13进入的气体加热后输出至热风输出口14，排放的冷风输送至蒸发器12。

所述冷气回收设备包括第一风门41、第二风门42、冷气输出管43、冷库送风管44、冷库回风管45、空气输入管46。

所述热泵系统10的冷气输出口15通过第一风门41分别与冷库送风管44、冷气输出管43连接，冷库送风管44连接在第一风门41和冷库进风口31之间，第一风门41具有第一连通状态和第二连通状态。

当所述第一风门41处于第一连通状态时，热泵系统10的冷气输出口15与冷库送风管44连通，当所述第二风门42处于第二连通状态时，热泵系统10的冷气输出口15与多余冷气输出管82连通。

所述热泵系统10的进气口13通过第二风门42分别与空气输入管46、冷库回风管45连接，冷库回风管45连接在第二风门42和冷库回风口32之间，第二风门42具有第三连通状态和第四连通状态：

当所述第二风门42处于第三连通状态时，热泵系统10的进气口13与冷库回风管45连通；当所述第二风门42处于第四连通状态时，热泵系统10的进气口13与空气输入管46连通。

所述远程监控中心50分别与热泵系统10、烘干设备20、冷库30、冷气回收设备电连接。

结合图2，所述冷气回收设备还包括智能调节控制器。

所述智能调节控制器包括温湿度自动调节模块472、风门控制输出通道、通讯电路，以及分别与温湿度自动调节模块472、风门控制输出通道、通讯电路电连接的mcu控制电路471。

所述风门控制输出通道包括第一通道和第二通道，分别连接至第一风门41和第二风门42。

所述mcu控制电路471还与除湿机70、进风口温湿度传感器组61、回风口温湿度传感器组62、热泵系统10电连接。

当不需要启动烘干设备20时，通过远程监控中心50选择热泵系统10工作于“制冷”模式，热泵系统控制器16通过通讯电路接收到工作于“制冷”模式的命令，向冷库30输送冷气，第一风门41切换至第一连通状态，第二风门42切换至第三连通状态，冷库30处于循环制冷状态，智能调节控制器不工作。

优选的，第一风门41、第二风门42的初始状态为第一连通状态和第三连通状态。

当需要启动烘干设备20时，通过远程监控中心50选择热泵系统10工作于“制热”模式，热泵系统控制器16通过通讯电路接收到工作于“制热”模式的命令后，智能调节控制器开始工作。

当智能调节控制器接收到工作命令后，进风口温湿度传感器组61实时监测热泵系统10蒸发器12端排出口的冷气温湿度，除湿器开始工作；同时，冷库回风口32温湿度传感器组62实时监测冷库30，并根据回风口温度值控制第一风门41和第二风门42的工作状态。具体的：

a、当冷库30实时温度未达到设定要求时：第一风门41和第二风门42分别处于ac、a1c1状态，冷库30内部进行循环制冷，此时，热泵系统10为烘干设备20提供的热量来自冷库30。

b、当冷库30的温度达到设定要求时：此时不需要冷气，并停止向冷库30输送冷气，此时，第一风门41和第二风门42处于ab、a1b1状态；同时，烘干设备20仍然需要热量，这时热泵系统10的蒸发器12处于烘干外循环，提取大气环境中的空气能为烘干设备20提供热量补充。

c、当冷库30的温度低于预警温度，例如-3度时，热泵系统10工作效率下降，停止向冷库30输送冷气，此时，第一风门41和第二风门42处于ab、a1b1状态；智能调节控制器通过通讯电路向远程监控中心50进行预警。

d、当热泵系统10工作于除霜工状时，停止向冷库30输送冷气，此时，第一风门41和第二风门42处于ab、a1b1状态；热泵系统控制器16和/或智能调节控制器通过通讯电路向远程监控中心50进行预警。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。