闭式循环热泵烟叶烤房辅助排湿智能控制方法与流程

本发明属于热泵烤房技术领域，具体涉及一种闭式循环热泵烟叶烤房辅助排湿智能控制方法。

背景技术：

烟叶烤房包括燃煤烤房和热泵烤房等类型，热泵烤房又分为开式循环热泵烤房和闭式循环热泵烤房。开式循环热泵烤房排湿模式为，当装烟室内空气相对湿度高于设定值时，冷风门开启，外部新鲜干燥空气在循环风机作用下进入烤房装烟室，装烟室内湿热空气在气流压力作用下排出烤房。闭式循环热泵烤房近几年开始应用于烟叶烘烤，与开式循环热泵烤房及燃煤烤房不同，闭式循环热泵烤房排湿模式为，当装烟室内相对湿度高于设定值时，通过冷凝除湿的方式将高温水蒸气以冷凝水的形式排出。

本发明人的研究团队在国内率先开展了闭式循环热泵烤房的研究，研发出一种闭式循环热泵烤房的温湿度控制方法(任杰，曹亚凡，卢晓华，等.可调节气流方向的闭式循环热泵烤房的设计应用[j].烟草科技，2019，52(8):82-88.)，并申请了名称为“闭式循环热泵烟叶烤房温湿度智能控制方法”，申请号为201911179694.9的发明专利。但是在利用闭式循环热泵烤房进行烟叶烘烤的实践中，我们发现，在特殊情况下，当内循环除湿速率不能满足除湿要求时，还需要开启辅助外排湿功能，冷风门开启，外部新鲜干燥空气在循环风机作用下进入烤房装烟室，装烟室内湿热空气排出烤房。冷风门开启角度越大，则进入新鲜空气越多，辅助排湿量越大。

在外排湿模式下，冷风门开启，烤房外新鲜空气在循环风机作用下进入烤房，在气流压力作用下将烤房内的湿热空气排出烤房外，造成能量的巨大浪费，此外，外排湿模式排湿速率高，烟叶干燥快，导致烤后烟叶僵硬不柔软，也容易造成易挥发香气物质的损失。基于此，如何根据烘烤需要，使闭式循环热泵烤房辅助外排湿功能及时启动并根据需要保证进风量，是保证烟叶烘烤质量的关键。

技术实现要素：

为解决现有闭式循环热泵烟叶烤房在特殊情况下通过冷凝排湿难以满足烟叶烘烤需要的问题，本发明提出了一种闭式循环热泵烟叶烤房辅助排湿智能控制方法，根据湿球温度的升幅也就是排湿量确定冷风门的开启角度，能满足辅助排湿要求即可，尽可能减少辅助外排湿的影响，提高烟叶柔软性和香气质量，减少外排湿时的能量损耗。

本发明的技术方案是：

一种闭式循环热泵烟叶烤房辅助排湿智能控制方法，包括如下步骤：

(1)设定不同烘烤温度段的目标湿球温度twset、冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1和冷风门开启角度参照湿球幅差a2；(2)检测装烟室内的湿球温度，并将湿球温度twroom与装烟室内的目标湿球温度twset、冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1、冷风门开启角度参照湿球幅差a2进行对比；(3)根据对比结果对冷风门的开闭及其开启角度进行调节，实现对装烟室内湿球温度的辅助调节，具体包括：

若twroom<twset+a1+[1/9]*a2，冷风门完全关闭；

若twset+a1+[1/9]*a2≤twroom<twset+a1+[2/9]*a2，冷风门开启10°；

若twset+a1+[2/9]*a2≤twroom<twset+a1+[3/9]*a2，冷风门开启20°；

若twset+a1+[3/9]*a2≤twroom<twset+a1+[4/9]*a2，冷风门开启30°；

若twset+a1+[4/9]*a2≤twroom<twset+a1+[5/9]*a2，冷风门开启40°；

若twset+a1+[5/9]*a2≤twroom<twset+a1+[6/9]*a2，冷风门开启50°；

若twset+a1+[6/9]*a2≤twroom<twset+a1+[7/9]*a2，冷风门开启60°；

若twset+a1+[7/9]*a2≤twroom<twset+a1+[8/9]*a2，冷风门开启70°；

若twset+a1+[8/9]*a2≤twroom<twset+a1+a2，冷风门开启80°；

若twroom≥twset+a1+a2，冷风门开启90°。

进一步的，所述冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1的设定范围为0.1～5.0℃。a1主要是为了实现以冷凝除湿为主，辅助外排湿为辅；只要湿球温度升幅在a1设定范围以内，则以冷凝除湿方式进行除湿。冷风门开启为辅助排湿，因此，a1值设置会高于完全依赖冷风门开启排湿的烤房，优选a1的设定范围为0.6～1.5℃，实现以冷凝除湿为主。

进一步的，所述冷风门开启角度参照湿球幅差a2的设定范围为0.1～5.0℃。

进一步的，所述湿球温度的检测步骤包括：在t1时间周期内，检测装烟室内湿球温度，并计算装烟室内湿球温度的均值，以此作为湿球温度twroom；所述时间周期t1为1～10s。

本发明的有益效果：

本发明所提供的闭式循环热泵烟叶烤房辅助排湿智能控制方法，根据湿球温度的升幅也就是排湿量确定冷风门的开启角度，能满足辅助排湿要求即可，尽可能减少辅助外排湿的影响，提高烟叶柔软性和香气量，减少外排湿时的能量损耗；本发明根据装烟室内湿球温度twroom与装烟室内目标湿球温度twset、冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1、冷风门开启角度参照湿球幅差a2进行对比，自动选择冷风门的开闭及其开启角度，经过实践验证，能够做到烘烤过程以冷凝除湿为主，在特殊情况下开启辅助外排湿功能，防止因冷凝除湿不能满足除湿要求时出现的烤坏烟现象，保证烟叶烘烤质量。

附图说明

图1为不同烤房烤后烟叶收缩率值图；

图2为不同烤房烤后烟叶柔软度值图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

一种闭式循环热泵烟叶烤房辅助排湿智能控制方法，方法步骤如下：

闭式循环热泵开机前，设定不同烘烤温度段的目标湿球温度twset为35～70℃，设定冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1值范围为0.1～5.0℃，设定冷风门开启角度参照湿球幅差a2值范围为0.1～5.0℃，然后按照已设置好的烘烤工艺进行烘烤；

烘烤过程中，在烘烤的各个阶段期内，在1～10s时间周期内检测多个装烟室内湿球温度，并据此计算装烟室内湿球温度的均值，作为湿球温度twroom；将湿球温度twroom与目标湿球温度twset、冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1、冷风门开启角度参照湿球幅差a2进行对比，根据对比结果调节冷风门的开闭及其开启角度的大小，调节步骤包括：若twroom<twset+a1+[1/9]*a2，冷风门完全关闭；

若twset+a1+[1/9]*a2≤twroom<twset+a1+[2/9]*a2，冷风门开启10°；

若twset+a1+[2/9]*a2≤twroom<twset+a1+[3/9]*a2，冷风门开启20°；

若twset+a1+[3/9]*a2≤twroom<twset+a1+[4/9]*a2，冷风门开启30°；

若twset+a1+[4/9]*a2≤twroom<twset+a1+[5/9]*a2，冷风门开启40°；

若twset+a1+[5/9]*a2≤twroom<twset+a1+[6/9]*a2，冷风门开启50°；

若twset+a1+[6/9]*a2≤twroom<twset+a1+[7/9]*a2，冷风门开启60°；

若twset+a1+[7/9]*a2≤twroom<twset+a1+[8/9]*a2，冷风门开启70°；

若twset+a1+[8/9]*a2≤twroom<twset+a1+a2，冷风门开启80°；

若twroom≥twset+a1+a2，冷风门开启90°；

通过上述调节过程，控制冷风门的开闭及开启角度，作为对装烟室内湿球温度的辅助调节，实现精确的辅助排湿控制。

实施例1

闭式循环热泵开机前，设定冷风门辅助排湿湿球温控幅差a1为0.6℃，设定冷风门开启角度参照湿球幅差a2为0.9℃，按照如下表所示的烘烤工艺进行烘烤：

表1烘烤工艺参数设置列表

具体操作如下：

(1)设定目标温湿度：干球温度38℃，湿球温度37℃；开启风机内循环，逐渐升温，5h后干球温度升到38℃，稳温20h；

(2)设定目标温湿度：干球温度40℃，湿球温度37℃；以2h升温1℃的速度，将干球温度升到40℃，湿球控制在37℃。稳温至高温层烟叶达到黄片青筋，一般需20h以上；

(3)设定目标温湿度：干球温度42℃，湿球温度37℃；以2h升温1℃的速度，将干球温度逐步升到42℃，湿球温度保持37℃，稳至低温棚烟叶达到黄片青筋，主脉发软，一般需24h以上；

(4)设定目标温湿度：干球温度45℃，湿球温度37℃；以1℃/2小时的速度，将干球温度从42℃升至45℃，湿球温度控制在37℃，直至高温棚烟叶主筋变白、叶片达到勾尖卷边；

(5)设定目标温湿度：干球温度47℃，湿球温度37℃；以1℃/2小时的速度，将干球温度升到47℃，湿球温度控制在37℃，稳至低温棚烟叶主筋变白、叶片达到勾尖卷边；

(6)设定目标温湿度：干球温度50℃，湿球温度38℃；以1h升温1℃的速度，将干球温度从47℃升到50℃，湿球温度控制在38℃，稳温至高温棚烟叶叶片全干；

(7)设定目标温湿度：干球温度54℃，湿球温度39℃；以1h升温1℃的速度，将干球温度升到54℃，湿球温度控制在39℃，稳温至低温棚烟叶叶片全干；

(8)设定目标温湿度：干球温度68℃，湿球温度42℃；以每小时升温1℃的速度，将干球温度从54℃升到68℃，湿球温度控制在42℃，直至烟筋全干。

以上述步骤中的烘烤变黄期为例，设定变黄期的目标湿球温度twset为37℃；

则twset+a1+1/9a2＝37+0.6+1/9*0.9＝37.7℃；

twset+a1+2/9a2＝37+0.6+2/9*0.9＝37.8℃；

twset+a1+3/9a2＝37+0.6+3/9*0.9＝37.9℃；

以此类推，

twset+a1+a2＝37+0.6+0.9＝38.5℃；

闭式循环热泵开机，烘烤开机后，当t1时间周期5s内装烟室内湿球温度twroom满足twroom<37.7℃时，则冷风门完全关闭；

若37.7℃≤twroom<37.8℃，则冷风门开启10°；

若37.8℃≤twroom<37.9℃，则冷风门开启20°；

以此类推，

若twroom≥38.5℃，则冷风门开启90°。

试验例

对烘烤后的烟叶质量和能耗水平进行了验证，结果见图1和图2，图1和2中柱顶字母不同表示在α＝0.05水平上具有显著差异，字母相同则表示无显著差异。验证结果表明，与常规开式热泵烤房相比，如图1所示，采用本发明控制方法的闭式循环热泵烤房烤后烟叶宽度收缩率显著提高。而柔软度数值越高，柔软性越差，如图2中所示的柔软度值可以比较得出，采用本发明控制方法的闭式循环热泵烤房烤后烟叶柔软性显著提高。

表2不同烤房烤后烟叶感官质量

如表2所示，采用本发明所提供方法烘烤的烟叶感官评吸质量得分显著提高(提高0.5分视为显著差异)，主要表现为香气量更足，余味更舒适。

表3不同烤房千克干烟能耗成本

由上表3可以得出，在能耗方面，开放式排湿热泵烤房千克干烟能耗成本为1.65元，而采用本发明控制方法的闭式循环热泵烤房千克干烟能耗成本为1.14元，每千克干烟能耗成本下降0.51元，极大地节约了烘烤过程中的生产成本。

上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，凡在本发明的内容范围内所做出的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的专利保护范围之内。

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