太阳能储能供热烟叶烘烤系统的制作方法

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1.本实用新型涉及一种烘烤系统，具体的说涉及一种太阳能储能供热烟叶烘烤系统。

背景技术：

2.目前，我国的烟叶烘烤技术规范是采用2010年3月15日(含勘误和补充)密集烤房技术规范(试行)版，以煤作为主要燃料来源，每烘烤5000公斤烟叶(干烟叶500 公斤)需要消耗燃煤1500公斤左右，具有污染大、排烟易污染烟叶且热损耗大、热效率低等问题，近年来也有采用空气源热泵与电加热器互补加热来烘烤烟叶的方案，但是能源费用比燃煤供热的方式增加了2-3倍，所以如何采用太阳能及低谷电等能源达到零排放、低成本的加热烘烤烟叶是一个急需解决的问题，而解决这个问题的关键技术是太阳能的全天候高效采集与太阳能及低谷电的存储。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种太阳能储能供热烟叶烘烤系统。烘烤系统中储能器模块化设计，适合标准化、产业化生产，并且安装维护方便；利用纳米复合材料的相变潜热将太阳能直接转换成热能存在蓄热设备中，解决了新能源太阳能在烤房应用中能流密度低，受昼夜、季节、天气、地理纬度和海拔高度等自然条件影响，太阳辐射度既间断、又极不稳定，太阳能利用效率低、能量转换损耗大等问题，通过蓄能储热器系统，实现了太阳能的存储及稳定供热使用。
4.实用新型本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.太阳能储能供热烟叶烘烤系统，包括控制机构和烤房，所述烤房设有热风回风口和排湿口，烘房的内部设有干球温度传感器和湿球温度传感器，所述烘烤系统还包括如下模块：
6.高温储能供热模块，所述高温储能供热模块包括送风机构、储能机构、谷电加热机构以及进、出风口，储能机构与外部电源电连接且能够充电及放热，送风机构及谷电加热机构与外部电源电连接，进风口能够补充新风，经加热后由出风口送至烤房内；
7.太阳能供热模块，所述太阳能供热模块与烤房的加热器连通，能够直接向加热器供能；
8.热泵机构，所述热泵机构与烤房的加热器连通，能够直接向加热器供能；
9.低温储能供热模块，所述低温储能供热模块能够接受太阳能供热模块的供能并存储能量，且与热泵机构配合能够向烤房的加热器供能；
10.环境热量和/或烤房余热收集模块，与低温储能供热模块连通，能够向低温储能供热模块提供能量；
11.所述太阳能供热模块、低温储能供热模块、热泵机构以及环境热量和/或烤房余热收集模块均设有温度传感器，各模块之间连通的管路中设有控制阀，所述温度传感器、控制
阀以及各模块的电控单元均与控制机构电连接。
12.优选的，所述太阳能供热模块的温度传感器检测的温度记为t1，通过第一支管路与加热器连通，第一支管路上自太阳能供热模块端依次快速接口二、k1控制阀、水流开关、快速接口七，加热器内温度传感器检测的温度记为t5，加热器通过第二支管路与太阳能供热模块形成回路，所述第二支管路上自加热器端依次设有快速接口八、热量计、检测温度记为t6的温度传感器、k9控制阀、b1泵体、k4控制阀和快速接口一。
13.优选的，所述低温储能供热模块通过第三支管路与第一支管路连通，且设有k2控制阀，低温储能供热模块的回路与第二支管路连通。
14.优选的，所述热泵模块的热交换端通过第五支管路和第六支管路分别与第一支管路和第二支管路连通，第五支管路上设有快速接口五、k6控制阀，第六支管路上设有b3 泵体和快速接口六；蒸发器端通过第七支管路和第八支管路与低温储能供热模块连通，第七支管路设有快速接口三、k5控制阀和b2泵体，第八支管路上设有快速接口四，低温储能供热模块内设有检测温度记为t3的温度传感器和t4的温度传感器。
15.优选的，所述第二支管路和第八支管路之间设有第九支管路，第九支管路上还设有 k8控制阀，第七支管路和第一支管路之间设有第十支管路，第十支管路上设有k7控制阀。
16.优选的，所述环境热量和/或烤房余热收集模块余热收集模块设有检测温度记为t2 的温度传感器，且环境热量和/或烤房余热收集模块的输出端与第三支管路连通，环境热量和/或烤房余热收集模块的回路与第二支管路连通，且设有k3控制阀。
17.优选的，所述高温储能供热模块的进风口与烤房的热风回风口连通，且设有冷风补偿支路，所述第二支管路在位于高温储能供热模块和太阳能供热模块的两端分别设有 k11排水阀和k10排水阀。
18.优选的，所述控制机构包括至少一个处理器，以及一个与处理器通信连接的存储器，存储器存储有调动时能被所述处理器执行的指令，所述处理器还能够对温度传感器传送的数据信息与预设的信息进行比对，生成执行指令的信息，控制各模块的运行。
19.优选的，所述系统还包括能与控制机构双向通信的客户端，接收来自控制机构的运行信息，实现用户指令的接收和回传；所述客户端为基于手持移动终端或者可穿戴设备的app，控制机构与客户端通过2g、3g、4g、5g以及wifi中任意一种远程通信方式通信，或者通过蓝牙、homerf和红外三种短距离无线通信中任意一种或几种通信。
20.本实用新型还公开了太阳能储能供热烟叶烘烤系统的控制方法，所述方法步骤如下。
21.太阳能储能供热烟叶烘烤系统开启，当t5＜55℃时，若t1≥t5+2℃，太阳能供热模块开启，直接向加热器供能，若t1＜t5+2℃，热泵机构开启，向加热器供能，此时若 t1≥t3+2℃，太阳能供热模块开启向低温储能供热模块供能，若此时t1＜t3+2℃，太阳能供热模块停止向低温储能供热模块供能，此时若t3＜t2,环境热量和/或烤房余热收集模块开启，向低温储能供热模块供能，若t3≥t2,环境热量和/或烤房余热收集模块关闭，停止向低温储能供热模块供能；
22.太阳能储能供热烟叶烘烤系统开启，当t5≥55℃时，若t1≥t5+2℃，太阳能供热模块开启，直接向加热器供能，若t1＜t5+2℃，高温储能供热模块开启，向加热器供能，此时若
b供能；
36.热泵机构，所述热泵机构与烤房的加热器b连通，能够直接向加热器b供能；
37.低温储能供热模块，所述低温储能供热模块能够接受太阳能供热模块的供能并存储能量，且与热泵机构配合能够向烤房的加热器b供能；
38.环境热量和/或烤房余热收集模块，与低温储能供热模块连通，能够向低温储能供热模块提供能量；
39.所述太阳能供热模块、低温储能供热模块、热泵机构以及环境热量和/或烤房余热收集模块均设有温度传感器，各模块之间连通的管路中设有控制阀，所述温度传感器、控制阀以及各模块的电控单元均与控制机构电连接。
40.本实施例中，所述太阳能供热模块的温度传感器检测的温度记为t1，通过第一支管路与加热器b连通，第一支管路上自太阳能供热模块端依次快速接口二2、k1控制阀、水流开关c、快速接口七7，加热器b内温度传感器检测的温度记为t5，加热器b通过第二支管路与太阳能供热模块形成回路，所述第二支管路上自加热器b端依次设有快速接口八8、热量计d、检测温度记为t6的温度传感器、k9控制阀、b1泵体、k4控制阀和快速接口一1。
41.具体到本实用新型，所述低温储能供热模块通过第三支管路与第一支管路连通，且设有k2控制阀，低温储能供热模块的回路与第二支管路连通。
42.本实施例的实现方案中，所述热泵模块的热交换端通过第五支管路和第六支管路分别与第一支管路和第二支管路连通，第五支管路上设有快速接口五5、k6控制阀，第六支管路上设有b3泵体和快速接口六6；蒸发器端通过第七支管路和第八支管路与低温储能供热模块连通，第七支管路设有快速接口三3、k5控制阀和b2泵体，第八支管路上设有快速接口四4，低温储能供热模块内设有检测温度记为t3的温度传感器和t4 的温度传感器。
43.本实施例的实现方案中，所述第二支管路和第八支管路之间设有第九支管路，第九支管路上还设有k8控制阀，第七支管路和第一支管路之间设有第十支管路，第十支管路上设有k7控制阀。
44.本实施例的实现方案中，所述环境热量和/或烤房余热收集模块余热收集模块设有检测温度记为t2的温度传感器，且环境热量和/或烤房余热收集模块的输出端与第三支管路连通，环境热量和/或烤房余热收集模块的回路与第二支管路连通，且设有k3控制阀。
45.本实施例的实现方案中，所述高温储能供热模块的进风口与烤房的热风回风口连通，且设有冷风补偿支路，如通过冷风进口风门mf1补偿新风，所述第二支管路在位于高温储能供热模块和太阳能供热模块的两端分别设有k11排水阀和k10排水阀。
46.本实施例的实现方案中，所述控制机构包括至少一个处理器，以及一个与处理器通信连接的存储器，存储器存储有调动时能被所述处理器执行的指令，所述处理器还能够对温度传感器传送的数据信息与预设的信息进行比对，生成执行指令的信息，控制各模块的运行。
47.本实施例的实现方案中，所述系统还包括能与控制机构双向通信的客户端，接收来自控制机构的运行信息，实现用户指令的接收和回传；所述客户端为基于手持移动终端或者可穿戴设备的app，控制机构与客户端通过2g、3g、4g、5g以及wifi中任意一种远程通信方式通信，或者通过蓝牙、homerf和红外三种短距离无线通信中任意一种或几种通信。
48.本实用新型还公开了一种太阳能储能供热烟叶烘烤系统的控制方法，所述控制方
法如下：太阳能储能供热烟叶烘烤系统开启，当t5＜55℃时，若t1≥t5+2℃，太阳能供热模块开启，直接向加热器供能，若t1＜t5+2℃，热泵机构开启，向加热器供能，此时若 t1≥t3+2℃，太阳能供热模块开启向低温储能供热模块供能，若此时t1＜t3+2℃，太阳能供热模块停止向低温储能供热模块供能，此时若t3＜t2,环境热量和/或烤房余热收集模块开启，向低温储能供热模块供能，若t3≥t2,环境热量和/或烤房余热收集模块关闭，停止向低温储能供热模块供能；
49.太阳能储能供热烟叶烘烤系统开启，当t5≥55℃时，若t1≥t5+2℃，太阳能供热模块开启，直接向加热器供能，若t1＜t5+2℃，高温储能供热模块开启，向加热器供能，此时若t1≥t3+2℃，太阳能供热模块开启向低温储能供热模块供能，若此时t1＜t3+2℃，太阳能供热模块停止向低温储能供热模块供能，此时若t3＜t2,环境热量和/或烤房余热收集模块开启，向低温储能供热模块供能，若t3≥t2,环境热量和/或烤房余热收集模块关闭，停止向低温储能供热模块供能；依次循环，直至烘房烤烟至合格；
50.谷电时，控制机构控制高温储能供热模块充电储能，同时控制谷电加热机构加热以提供能量。
51.本实用新型的烘烤系统中储能器模块化设计，适合标准化、产业化生产，并且安装维护方便；利用纳米复合材料的相变潜热将太阳能直接转换成热能存在蓄热设备中，解决了新能源太阳能在烤房应用中能流密度低，受昼夜、季节、天气、地理纬度和海拔高度等自然条件影响，太阳辐射度既间断、又极不稳定，太阳能利用效率低、能量转换损耗大等问题，通过蓄能储热器系统，实现了太阳能随取随用。
52.本实用新型的控制方法。利用物联网和数据采集传感器进行干球温度与湿球温度采集，通过智能控制系统对新风、排湿、循环风机风量及太阳能的集热、储能和供热量及热风温度等进行智慧自动调控，使太阳能储热供热系统可以按照烘烤工艺的要求安全稳定的运行，建立远程监控平台，实现数据的精准采集、数据存储与溯源等。
53.本实用新型的试验地点设在洛宁县河底镇城村村，供试烟叶为城村烟农张留杰种植面积12.5亩、品种为西部100，城村李全智种植面积12.5亩、品种为西部100,试验地块土质为红壤，肥力中等。五月七日移栽，行距142cm，株距70cm。亩施纯氮5kg， n:p2o5:k2o＝1:2:3，田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行。
54.供试烤房为符合《密集烤房技术标准》建造要求下降式密集烤房1座，三棚两路，进行改造。
55.具体试验验证方案如下：
56.(1)设计思路：
57.太阳能储能供热烟叶烘烤系统，利用晴天太阳能直接辐射的能量、阴雨天漫反射的能量和夜晚热空气的能量，使系统的制热能效比cop高达3.5-4.5左右，通过智能控制装置，将储存的热能全天24小时按需释放，满足烘烤条件，实现均衡供热。考虑到万一太阳能储能供热烟叶烘烤系统发生故障及突发异常阴冷天气，还配备了高温储能供热模块，可以利用低价谷电直接进行烟叶烘烤供热。
58.(2)热负荷计算
59.确定热负荷数据来源：根据用户以前使用燃煤的能耗资料：每公斤干烟叶需要 1.5-2kg燃煤，烘烤时间为6-7天，每次将50000公斤新鲜烟叶烘烤为500kg干烟叶，每次烘烤
热量＝1000*5800＝5800000大卡＝6736kwh，考虑到燃煤热风炉的排烟热损较大热效率约60％左右，故有效热量约为4000kwh
60.a:计算加热平均功率＝4000/6/24＝46.8kwh/h＝28kw(按6天计算功率比较大)，所以表冷器的加热功率＝28kw*2＝56kw；
61.b:储能热泵加热功率取为28kw*1.6＝45kw；
62.c:考虑到烟叶烘烤的高温段(55度以上)烟叶的含水率已经从99％降低为40％以下，所以热负荷减小，所以选择高温储能器放热功率22kw(储能时功率11kw)。
63.(3)供热方式
64.当有太阳的时候优先使用太阳能，把多余的太阳能存储到低温储能器供热模块，供晚上烘烤烟叶时使用，当低温储能器供热模块温度低于烟叶烘烤所需的温度时开启储能热泵提升温度(此时只要花费少量的电力，cop高达4.5)，如果在连续阴雨天当低温储能器供热模块存储的能量不足，储能温度低于环境温度(20度左右)时开启k9控制阀将热泵机构输入端的低温出水口(10度左右)的冷水直接输入太阳能集热器及环境能量吸收器从环境的热空气中吸收能量。如果万一太阳能储能供热烟叶烘烤系统发生故障及突发异常阴冷天气，还配备了高温储能供热模块，可以利用低价谷电直接进行烟叶烘烤供热。
65.(4)数据记载
66.本实验按照七、八、九月常态烘烤季设计烘烤工艺，由于今年遭遇极端天气，烟叶成熟期推迟，9月8日开始正式烘烤，并采集相关数据。
67.(5)烤后烟叶取样
68.烘烤结束后，进行烤后烟叶化学成分分析。
69.(6)结论
70.不同炕次能耗情况
[0071][0072]
根据烟叶烘烤房顶的面积可以安装太阳能集热系统84平方米，根据太阳能热利用设计数据，按照实验地区7、8、9三个月的太阳能辐射最小的9月平均值为10万千卡/ 平方米.月计算，标准光照下每天可以利用的太阳能3.87kwh/天，所以84平方米每天可以采集到的太阳能＝84*3.87*0.97＝315kwh，所以烟叶连续烘烤7天时间里可以利用的热量＝315*7＝2200kwh(考虑到7、8月份能量更多一些)，其余所需的热量1800kwh 需要采用储能热泵从环境热空气中吸收热量，需要花费的电力＝1800kwh/4.5＝400kwh, 另外考虑到水泵及风机的运行还需要消耗电力200-400kwh，所以烟叶连续烘烤7天的总能耗为600-800kwh。
[0073]
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

技术特征：

1.太阳能储能供热烟叶烘烤系统，包括控制机构和烤房，所述烤房设有热风回风口和排湿口，烘房的内部设有干球温度传感器和湿球温度传感器，其特征在于，所述烘烤系统还包括如下模块：高温储能供热模块，所述高温储能供热模块包括送风机构、储能机构、谷电加热机构以及进、出风口，储能机构与外部电源电连接且能够充电及放热，送风机构及谷电加热机构与外部电源电连接，进风口能够补充新风，经加热后由出风口送至烤房内；太阳能供热模块，所述太阳能供热模块与烤房的加热器连通，能够直接向加热器供能；热泵机构，所述热泵机构与烤房的加热器连通，能够直接向加热器供能；低温储能供热模块，所述低温储能供热模块能够接受太阳能供热模块的供能并存储能量，且与热泵机构配合能够向烤房的加热器供能；环境热量和/或烤房余热收集模块，与低温储能供热模块连通，能够向低温储能供热模块提供能量；所述太阳能供热模块、低温储能供热模块、热泵机构以及环境热量和/或烤房余热收集模块均设有温度传感器，各模块之间连通的管路中设有控制阀，所述温度传感器、控制阀以及各模块的电控单元均与控制机构电连接。2.根据权利要求1所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述太阳能供热模块的温度传感器检测的温度记为t1，通过第一支管路与加热器连通，第一支管路上自太阳能供热模块端依次快速接口二、k1控制阀、水流开关、快速接口七，加热器内温度传感器检测的温度记为t5，加热器通过第二支管路与太阳能供热模块形成回路，所述第二支管路上自加热器端依次设有快速接口八、热量计、检测温度记为t6的温度传感器、k9控制阀、b1泵体、k4控制阀和快速接口一。3.根据权利要求2所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述低温储能供热模块通过第三支管路与第一支管路连通，且设有k2控制阀，低温储能供热模块的回路与第二支管路连通。4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于；所述热泵机构的热交换端通过第五支管路和第六支管路分别与第一支管路和第二支管路连通，第五支管路上设有快速接口五、k6控制阀，第六支管路上设有b3泵体和快速接口六；蒸发器端通过第七支管路和第八支管路与低温储能供热模块连通，第七支管路设有快速接口三、k5控制阀和b2泵体，第八支管路上设有快速接口四，低温储能供热模块内设有检测温度记为t3的温度传感器和t4的温度传感器。5.根据权利要求4所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述第二支管路和第八支管路之间设有第九支管路，第九支管路上还设有k8控制阀，第七支管路和第一支管路之间设有第十支管路，第十支管路上设有k7控制阀。6.根据权利要求1或2或3所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述环境热量和/或烤房余热收集模块余热收集模块设有检测温度记为t2的温度传感器，且环境热量和/或烤房余热收集模块的输出端与第三支管路连通，环境热量和/或烤房余热收集模块的回路与第二支管路连通，且设有k3控制阀。7.根据权利要求2或3所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述高温储能供热模块的进风口与烤房的热风回风口连通，且设有冷风补偿支路，所述第二支管路在
位于高温储能供热模块和太阳能供热模块的两端分别设有k11排水阀和k10排水阀。8.根据权利要求1或2或3所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述控制机构包括至少一个处理器，以及一个与处理器通信连接的存储器，存储器存储有调动时能被所述处理器执行的指令，所述处理器还能够对温度传感器传送的数据信息与预设的信息进行比对，生成执行指令的信息，控制各模块的运行。9.根据权利要求8所述的太阳能储能供热烟叶烘烤系统，其特征在于：所述系统还包括能与控制机构双向通信的客户端，接收来自控制机构的运行信息，实现用户指令的接收和回传；所述客户端为基于手持移动终端或者可穿戴设备的app，控制机构与客户端通过2g、3g、4g、5g以及wifi中任意一种远程通信方式通信，或者通过蓝牙、homerf和红外三种短距离无线通信中任意一种或几种通信。

技术总结

本实用新型涉及一种太阳能储能供热烟叶烘烤系统，包括如下模块：所述高温储能供热模块包括送风机构、储能机构、谷电加热机构以及进、出风口，储能机构与外部电源电连接且能够充电及放热，送风机构及谷电加热机构与外部电源电连接，进风口能够补充新风，经加热后由出风口送至烤房内；太阳能供热模块，与高温储能供热模块的加热机构连通供能；热泵机构，与高温储能供热模块的加热机构连通，能够供能；低温储能供热模块，能够接受太阳能供热模块的供能，且与热泵机构配合能够向加热机构供能；环境热量和/或烤房预热收集模块，与低温储能供热模块连通，能够向低温储能供热模块功能。本实用新型能实现太阳能的全天候高效采集与太阳能及低谷电的存储。阳能及低谷电的存储。阳能及低谷电的存储。