一种变频式烤烟热泵双动力烤房的制作方法

本发明属于烟草烘烤设备技术领域，具体涉及一种能有效降低能耗、提升热利用效率的变频式烤烟热泵双动力烤房。

背景技术：

随着烟草工业的高速发展，对烟叶需求的标准越来越高，生产优质烟叶是未来发展的主要方向，科技兴烟已成为传统农业向现代烟叶发展的主旋律。运用先进的科学技术突出烤房配套，不断提高烟叶的内在质量和外在质量，降低劳动强度和生产成本，增加经济效益，已成为现阶段烟草主要竞争市场的必要手段。在烟草育苗、种植、采摘、烘烤四个环节中，烘烤是烤烟质量最不可控、风险最高、损失最大的一个环节。烟叶烘烤是烤烟生产中必不可少的关键环节，也是目前烟叶生产中最薄弱的环节，解决烟叶烘烤调制问题，就是保持农民种烟积极性、解决烟草生产稳定的问题。

针对烟叶烘烤中存在的问题，目前主要通过优化密集烤房结构并配套专用烟叶烘烤控制器来解决，对烟叶集约化生产与管理有很大的推动作用，但国内密集烤房供热主要是燃煤，由于其燃烧不稳定、升稳温不均匀影响烤后烟叶质量，无效能耗过高导致燃料浪费，排放大量的so2、co2、nox、颗粒物等污染物造成环境破坏等多种问题不容忽视。而且现有的烟叶烘烤控制器以烘烤温度及湿度作为控制参数，由于烟叶成熟度不同，导致自动控制效果不如意，智能化、自动化程度较低，烘烤操控相对复杂、用工水平高，且烟叶适应性差，烤后质量有待提升（现阶段密集烤房存在人为强制缩短烘烤时间，烟叶内大分子化合物分解转化不充分，致香物质的合成量较少，导致烤后烟叶存在平板烟叶多、颜色淡、油分少等品质问题）。

针对上述不足，出现了诸如生物质颗粒燃料、电磁加热及电阻加热、红外加热等加热方式，虽然能够规避燃煤加热存在的一些问题，但又带来了一系列新问题。比如生物质颗粒分布较散，密度低且制造厂家布点少、产量低、发展慢，生物质燃料烤房的烘烤技术对于突破现有烘烤技术，完全实现智能化、精准化烘烤还有一定距离。电磁加热虽然发热快，但能耗能大、热效率低，不节能；而电阻加热和红外加热等电加热烤房是将烤房原有的加热设备去除（或保留），在烤房原有的加热室和烤烟室内安装多组电阻丝或远红外线碳纤维电热管，通过控制多组电阻丝或远红外线碳纤维电热管的不同组合来调整烤房内的温度，虽然控制较为简单，但无论是电阻丝或远红外线碳纤维电热管均存在发热效率低、输出功率只能分段控制，导致温度调整不够精细和平稳的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能有效降低能耗、提升热利用效率的变频式烤烟热泵双动力烤房。

本发明的目的是这样实现的：包括烤烟室、加热室、热泵机组、生物质燃料炉，所述加热室密闭并与烤烟室相邻且隔热墙上部设置进风口及下部设置回风口，所述加热室内正对回风口设置导流墙，在导流墙的外侧设置阻隔墙，使导流墙与隔热墙之间形成通风道，导流墙与阻隔墙之间形成安装空间，所述导流墙上设置联通通风道和安装空间的通风口，在安装空间内正对通风口设置热泵机组的热泵蒸发器，在热泵蒸发器上方的安装空间内设置换热装置，在换热装置上方设置导流风扇，所述导流墙的顶部设置与之垂直的挡板，在挡板与隔热墙之间设置导流切换阀，所述加热室内正对进风口设置热泵机组的热泵冷凝器，在热泵冷凝器后方的进风口中设置循环风扇，在所述热泵机组任一侧的加热室内设置生物质燃料炉和控制装置，所述于生物质燃料炉、热泵蒸发器、导流风扇、导流切换阀、热泵冷凝器、热泵机组的压缩机、循环风扇、换热装置上分别设置有变频控制器，所述变频控制器信号连接控制装置。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明采用气流闭路循环与生物质燃料炉外部供热二者同时使用或交替使用，形成双动力烘烤，使加热气流在烤房内进行的大循环与小处理量，并具备通过空气源热泵加热排湿或冷凝除湿方式以达到干燥目的，利用热泵冷凝器的放热来加热烟叶，利用热泵蒸发器的降温除湿功能来滤除空气中的水分，使烟叶在烘烤过程中风压、风量稳定，减少烟叶中飘逸或吹走的小分子物质，烷烃、烯烃和挥发性香气物质，提升烟叶香吃味和油分，保障烟叶变黄与定色协调，干燥与香气匹配，从而达到改善烟叶烘烤质量，降低残次品率；

2、本发明充分考虑了多种鲜烟叶素质参差不齐，调制难度较大，排湿困难的问题；采用变频控制烟叶烘烤的变黄期、凋萎期、定色期、干筋期的风速、风压和转速控制范围，风速、风压和转速能根据客观实际需要随意调节大小，满足不同工况需求；实现烘烤过程中的烟叶变黄与失水协调、定色与增香、干筋与保香的烘烤目标，能较大的提高烘烤黄烟率，改善烟叶品质；有效防止升温过程中带来的高温条件烤伤烟叶，降低烘烤质量；

3、本发明能将烘烤烟叶淀粉含量降至3%左右，达到烟叶的标准水平，且烘烤过程中，气流闭路循环能有效降低能源消耗，且热利用效率高，并通过控制装置实现自动化控制，操作更方面、简捷，能精细和平稳调整控制温度变化，相比其它类型烘烤方式烘烤成本低和节能，更能恰当体现或固定鲜烟叶质量，减少烤坏烟叶，降低烟叶调制损失，实现烟叶烤黄、烤干、烤香的烘烤目标。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的左视结构示意图；

图3为本发明中集热管的结构示意图；

图4为本发明中换热装置的结构示意图；

图5为图4中六边形壳体的内部结构示意图；

图6为为本发明中集热管的另一种实施结构示意图；

图中标号：1~烤房，1a~烤烟室，1b~加热室，1c~隔热墙，1d~进风口，1e~回风口，1f~导流墙，1g~阻隔墙，1h~通风道，1i~循环风扇，2~生物质燃料炉，3~控制装置，4~热泵机组，4a~热泵蒸发器，4b~导流风扇，4c~挡板，4d~导流切换阀，4e~热泵冷凝器，4f~压缩机，4g~循环管道，4h~节流阀，4i~冷凝池，4j~排液管，5~加热翅片，6~集热管，6a~吸热管，6b~蓄热介质，6c~换热管，6d~保温管塞，7~换热装置，7a~六边形壳体，7b~导流板，7c~预冷热管换热器，7d~预热热管换热器，7e~隔热块，7f~移动底座，7g~移动底座导轨，7h~加热块，7i~气口，7j~水平驱动气缸，8~温度传感器，9~湿度传感器，10~红外光谱分析仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1~5所示的变频式烤烟热泵双动力烤房，包括烤烟室1a、加热室1b、热泵机组4、生物质燃料炉2，其特征在于：所述加热室1b密闭并与烤烟室1a相邻且隔热墙1c上部设置进风口1d及下部设置回风口1e，所述加热室1b内正对回风口1e设置导流墙1f，在导流墙1f的外侧设置阻隔墙1g，使导流墙1f与隔热墙1c之间形成通风道1h，导流墙1f与阻隔墙1g之间形成安装空间，所述导流墙1f上设置联通通风道1h和安装空间的通风口，在安装空间内正对通风口设置热泵机组4的热泵蒸发器4a，在热泵蒸发器4a上方的安装空间内设置换热装置7，在换热装置7上方设置导流风扇4b，所述导流墙1f的顶部设置与之垂直的挡板4c，在挡板4c与隔热墙1c之间设置导流切换阀4d，所述加热室1b内正对进风口1d设置热泵机组4的热泵冷凝器4e，在热泵冷凝器4e后方的进风口1d中设置循环风扇1i，在所述热泵机组4任一侧的加热室1b内设置生物质燃料炉2和控制装置3，所述于生物质燃料炉2、热泵蒸发器4a、导流风扇4b、导流切换阀4d、热泵冷凝器4e、热泵机组4的压缩机4f、循环风扇1i、换热装置7上分别设置有变频控制器，所述变频控制器信号连接控制装置3。

所述的烤烟室1a的任一个或各个侧壁上自下而上均匀设置加热翅片5，所述加热翅片5连接集热管6。

所述的集热管6一端设置于通风道1h中，另一端穿过隔热墙1c延伸入烤烟室1a内，所述的集热管6包括吸热管6a、蓄热介质6b、换热管6c和保温管塞6d，所述吸热管6a的一端密闭并设置于通风道1h中，另一端设置开口设置于烤烟室1a内，所述吸热管6a内填充蓄热介质6b，在换热管6c的开口处设置保温管塞6d，所述换热管6c一端穿过保温管塞6d同轴设置于吸热管6a中，另一端连接加热翅片5。

所述的烤烟室1a的顶部排列设置集热管6，且集热管6与水平线呈锐角设置，所述的集热管6包括吸热管6a、蓄热介质6b、换热管6c和保温管塞6d，所述吸热管6a的一端密闭，另一端设置开口，所述吸热管6a内填充蓄热介质6b，在换热管6c的开口处设置保温管塞6d，所述换热管6c一端穿过保温管塞6d同轴设置于吸热管6a中，另一端向下穿入烤烟室1a内连接加热翅片5。

所述的吸热管6a位双层中空管，在吸热管6a的内管壁上涂有吸热涂层，且所述吸热管6a抽真空。

所述的换热管6c为密闭的椭圆状循环管结构，在换热管6c内填充有换热介质，在换热管6c与加热翅片5之间还设置有控制阀。

所述的吸热管6a与加热翅片5之间的换热管6c外部包裹有保温隔热层。

所述的换热装置7包括两个并列设置的六边形壳体7a、导流板7b、预冷热管换热器7c、预热热管换热器7d、隔热块7e、移动底座7f、移动底座导轨7g、加热块7h，所述的六边形壳体7a内从上到下依次等间距设有若干个导流板7b，且相邻导流板7b之间错位设置，导流板7b将六边形壳体7a内划分成蛇形气流通道，所述的六边形壳体7a的顶部、底部分别设有气口7i，其中一个六边形壳体7a的蛇形气流通道为预冷通道，另一个六边形壳体7a的蛇形气流通道为预热通道，且气流流向为先经过六边形壳体7a的预冷通道，再经过六边形壳体7a的预热通道，所述的预冷热管换热器7c呈水平状，且蒸发段设于预冷通道内，绝热段、冷凝段穿过烤房1，位于烤房1之外，所述的预热热管换热器7d呈水平状，且冷凝段设于预热通道内，绝热段、蒸发段穿过烤房1，位于烤房1之外，所述的隔热块7e与预冷热管换热器7c相对设置，且隔热块7e与预冷热管换热器7c相对的一面设有与预冷热管换热器7c一一对应的隔热孔洞，所述的移动底座7f设于隔热块7e底部，所述的移动底座导轨7g设于移动底座7f底部，且移动底座7f与移动底座导轨7g滑动配合，所述的加热块7h与预热热管换热器7d相对的一面设有与预热热管换热器7d一一对应的加热孔洞，且预热热管换热器7d的蒸发段设于加热孔洞内。

所述的隔热块7e的侧面设有水平驱动气缸7j。

所述加热块7h的内部材料为保温隔热材料，所述的加热孔洞内设有电加热元件。

所述预冷热管换热器7c设有预冷工质。

所述预热热管换热器7d设有预热工质。

所述的加热块7h的内部材料为保温隔热材料，所述的加热孔洞内壁设有换热管6c，换热管6c与生物质燃烧机的烟气管连接，组成闭合回路。

所述的导流切换阀4d包括阀板驱动，和与之连接的阀板，所述阀板驱动设置于挡板4c上，所述阀板设置于通风道1h顶部，在所述隔热墙1c上对应阀板设置有与之配适的承接凹槽。

所述的阀板驱动为液压动力单元或气缸。

所述烤烟室1a内设置连接控制装置3的监测系统，所述的监测系统包括设置于烤烟室1a内部的温度传感器8、湿度传感器9、红外光谱分析仪10，所述温度传感器8及湿度传感器9分别设置于烤烟室1a内的多处并与控制装置3信号连接，所述红外光谱分析仪10设置于烤烟室1a内部且测量探头正对烟叶；通过设置于烤烟室1a内的红外光谱分析仪10对烟叶温度及内在成分（水分、淀粉、色素、蛋白质等）进行实时检测监控，现场控制仪通过烟叶温度和内在成分的变化情况，结合烤房1内的温湿度监测系统的温湿度情况，与其内存储的烘烤曲线对比，智能化控制循环风扇1i的转速和热泵机组4的压缩机4f启停及热泵冷凝器4e和热泵蒸发器4a之间的节流阀4h，从而可以及时、精准的调整烤房1内的温度和湿度，以提高烘烤质量，达到降低烟叶损耗和提质增香的目的。

所述的热泵机组4还包括压缩机4f、循环管道4g和节流阀4h，所述循环管道4g一端连接压缩机4f，另一端依次热泵蒸发器4a、热泵冷凝器4e后接回压缩机4f，所述节流阀4h设置于热泵蒸发器4a与热泵冷凝器4e之间的循环管道4g上。

所述的热泵蒸发器4a的底部设置有冷凝池4i，所述冷凝池4i上设置连接室外的排液管4j。

所述控制装置3分别与水平驱动气缸7j、电加热元件、阀板驱动、导流风扇4b、循环风扇1i接，控制装置3的控制面板上设有用于启动或停止水平驱动气缸7j、电加热元件、阀板驱动、生物质燃烧机、导流风扇4b和循环风扇1i的按钮。

所述的控制装置3为plc可编程逻辑控制器或pc。

如图6所示的集热管6的另一种实施方式，所述的烤烟室1a的顶部排列设置集热管6，且集热管6与水平线呈锐角设置，所述的集热管6包括吸热管6a、蓄热介质6b、换热管6c和保温管塞6d，所述吸热管6a的一端密闭，另一端设置开口，所述吸热管6a内填充蓄热介质6b，在换热管6c的开口处设置保温管塞6d，所述换热管6c一端穿过保温管塞6d同轴设置于吸热管6a中，另一端向下穿入烤烟室1a内连接加热翅片5，吸热管6a能直接吸收太阳能供给加热翅片5，实现加热翅片5对烤烟室1a内的烟叶进行烘烤，更进一步节约燃料和能源。

本发明工作原理和工作过程：把烤烟装入烤烟室1a内并封闭，开启生物质燃料炉2燃烧向烤烟室1a内输送热空气，热空气则通过循环风扇1i抽取，从进风口1d进入烤烟室1a，在烤烟室1a内循环后从回风口1e排出到通风道1h中进行下一次循环；在烘烤过程中，根据实际需要通过利用热泵机组4的热泵冷凝器4e放热来加热烤烟室1a中的烟叶，而利用热泵机组4的热泵蒸发器4a除湿功能来滤除烤烟室1a回流空气中的水分，从而起到一组机组同时兼顾加热和除湿的作用，热泵蒸发器4a除湿过程中产生的水分则凝结汇集到冷凝池4i，并由排液管4j排出。

在烘烤过程中，能根据客观实际需要通过控制装置3控制各个变频器，使各个变频器控制随意调节与之对应连接的生物质燃料炉2、热泵蒸发器4a、导流风扇4b、导流切换阀4d、热泵冷凝器4e、热泵机组4的压缩机4f、循环风扇1i或换热装置7的工作频率，调大或调小工作频率，达到精细和平稳调整控制烤烟室1a内温度变化，避免烤烟室1a中温度变化幅度过大或不精准影响烟叶烘烤质量目的。

当不需要进行预热或预冷时，关闭换热装置7，控制阀板驱动打开阀板，通风道1h中的气流直接上升接触热泵冷凝器4e，与热泵冷凝器4e换热后再从进风口1d进入烤烟室1a；当需要进行预热或预冷时，开启换热装置7，控制阀板驱动关闭阀板，阻断气流从通风道1h中的顶部流出，使通风道1h中的气流全部进入换热装置7中进行预热或预冷，经过预热或预冷的气流从气口7i排出，由导流风扇4b抽取输送与热泵冷凝器4e换热后再从进风口1d进入烤烟室1a，对烟叶进行烘烤。

在烘烤过程中通风道1h内的气流部分热能被吸热管6a吸收，预先存贮至蓄热介质6b中，或者太阳光中的热能被吸热管6a吸收，预先存贮至蓄热介质6b中，在烘烤时，打开换热管6c上的控制阀，使换热介质在换热管6c内循环流动，把蓄热介质6b中的热能交换给加热翅片5，从而使加热翅片5加热烤烟室1a内的气体，为烤烟室1a提供烘烤热能；有效解决烘烤人员因事务繁忙无法为生物质燃料炉2及时补充燃料，导致生物质燃料炉2提供的温度过低，或者热泵冷凝器4e发出的温度过低时，不能满足烘烤需求的问题；此外，在烘烤过程中，天气晴朗、光照条件较好的情况下，还可以关闭生物质燃料炉2，由集热管6直接吸取太阳光转化为热能提供给加热翅片5，由加热翅片5加热烤烟室1a内的气体，对烟叶进行烘烤。

换热装置7的预热或预冷工作原理为：从烤烟室1a内排出的湿润空气进入通风道1h中，在上升过程中由六边形壳体7a顶部的气口7i进入预冷通道，温度较高的气流在经过预冷通道过程中，预冷热管换热器7c的蒸发段的预冷工质吸热蒸发产生蒸汽，蒸汽在管内压差的作用下，流到冷凝段，由于冷凝段位于烤房1之外，即蒸汽凝结成液体，同时放出热量，而预冷工质液体再次回流到蒸发段再次蒸发，如此往复，达到对湿空气预冷的效果；预冷后的湿空气从六边形壳体7a底部的气口7i排出，并经过热泵机组4的热泵蒸发器4a，湿空气在热泵蒸发器4a表面结露形成液滴，即除湿；除湿后的空气由另一个六边形壳体7a底部的气口7i进入预热通道，温度较低的气流在经过预热通道过程中，预热热管换热器7d的蒸发段的预热工质在加热块7h的作用下，使预热工质吸热蒸发产生蒸汽，蒸汽在管内压差的作用下，流到冷凝段，冷凝段对预热通道内的气流进行加热，同时蒸汽凝结成液体，而预热工质液体再次回流到蒸发段再次蒸发，如此往复，达到对空气预热的效果；预热后的空气从六边形壳体7a顶部的气口7i排出；到达热泵机组4的热泵冷凝器4e，即对气流进行加热以满足烘烤需要；当烤房1湿度已满足烘烤需求，不需要除湿时，启动水平驱动气缸7j，移动底座7f带动隔热块7e向预冷热管换热器7c移动，使预冷热罐换热器的绝热段、冷凝段被套入隔热孔洞内，即可；当不需要对气流预热时，通过停止加热块7h加热即可。