一种多能互补联合干燥系统及其控制方法

本发明涉及干燥系统，尤其是涉及一种多能互补联合干燥系统，还涉及了一种多能互补联合干燥系统的控制方法。

背景技术：

1、果蔬产业是农业结构中不可缺少的组成部分。但是由于果蔬产品的季节性和易腐性，后期加工或流通不当往往会导致变质，造成果蔬价值损失。因此，有必要采取方法来提高果蔬产品的质量，使其具有更长贮藏时间。在食品工业中，干燥是一种广泛使用的食品保鲜手段，其能够去除果蔬中的水分和防止微生物生产繁殖，从而延长果蔬保质期。目前，干燥技术主要有热风干燥、真空干燥、微波干燥。热风干燥时间短，处理量大，但是在运行时热效率低、能耗高。微波干燥能够缩短加工时间，提高效率，但是容易使物料中心出现焦化现象，需要精确控制。真空干燥通用性好、但其初始投资较高。干燥技术在单独使用时，都会有各自独特的优缺点,普遍适用性较差。

2、2020年，国际干燥协会指出，干燥技术的未来发展趋势是朝着有效利用能源、提高产品质量、减少环境污染、操作安全、易于控制的方向发展。随着国家对能源再利用、节能减排的倡导，采用多热源互补干燥的方式得到了发展。

3、热泵干燥技术可以节约大量能耗，可以实现温湿度的精确控制，保证果蔬干燥的品质。太阳能干燥技术清洁无污染，且应用范围广。将太阳能干燥与热泵相结合，可以实现优势互补，具有更好的经济效益和环保效益。但是在冬季或者严寒地区热泵会出现结霜现象，降低热泵的性能。对于太阳能-热泵干燥系统来说，仅仅依靠太阳能无法完成除霜需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中在冬季或者严寒地区热泵会出现结霜现象，降低热泵的性能；对于太阳能-热泵干燥系统来说，仅仅依靠太阳能无法完成除霜需求的问题，提供一种多能互补联合干燥系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多能互补联合干燥系统，包括太阳能干燥系统、空气源热泵干燥系统、生物质锅炉干燥系统、空气源热泵冬季除霜系统以及控制系统；

3、所述太阳能干燥系统包括太阳能集热器、太阳能循环水泵、蓄热水箱、干燥循环水泵、干燥箱，所述太阳能集热器和太阳能循环水泵连接，所述太阳能循环水泵和蓄热水箱连接，所述太阳能集热器和蓄热水箱连接，所述蓄热水箱和干燥循环水泵连接，所述干燥循环水泵和干燥箱连接，所述干燥箱和蓄热水箱连接，所述干燥箱上依次串联水汽捕集器和真空泵，所述真空泵用于对干燥箱进行真空处理，所述太阳能集热器用于对循环水进行加热，所述蓄热水箱用于储存循环水；

4、所述生物质锅炉干燥系统包括生物质锅炉、生物质锅炉循环水泵，所述生物质锅炉和蓄热水箱连接，所述生物质锅炉和生物质锅炉循环水泵连接，所述生物质锅炉循环水泵和蓄热水箱连接，所述生物质锅炉用于对循环水进行加热；

5、所述空气源热泵干燥系统包括电加热器、蒸发器、压缩机、膨胀阀和冷凝器，所述蒸发器的出气端和压缩机的进气端连接，所述蒸发器的进气端和膨胀阀的出气端连接，所述膨胀阀的进气端和冷凝器的出气端连接，所述冷凝器的进气端和压缩机的出气端连接，所述干燥箱一端连接电加热器，所述电加热器和通风扇连接，所述通风扇和冷凝器连接，所述干燥箱另一端连接排风扇，所述排风扇和蒸发器连接；

6、所述空气源热泵冬季除霜系统包括换热循环水泵、换热器，所述换热循环水泵和水泵连接，所述换热循环水泵和蓄热水箱连接，所述换热器和蓄热水箱连接；

7、所述控制系统用于采集太阳能干燥系统、空气源热泵干燥系统、生物质锅炉干燥系统的工艺参数和空气源热泵冬季除霜系统以及用于调控太阳能干燥系统、空气源热泵干燥系统、空气源热泵冬季除霜系统和生物质锅炉干燥系统内设备，本发明以太阳能、空气源热泵和生物质锅炉作为热源，电加热作为辅助热源，采用并联连接方式，可以实现太阳能-热泵干燥联合运行模式、生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式、太阳能-生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式及蓄热水箱-热泵干燥联合运行模式四种运行模式；根据不同的气候条件，采用不同的运行方式，在降低能耗的基础上保持了干燥系统的平稳运行。

8、进一步包括太阳能干燥系统包括阀门一、阀门二，所述阀门一布置在太阳能集热器和蓄热水箱之间，所述阀门二布置在太阳能循环水泵和蓄热水箱之间。

9、进一步包括生物质锅炉干燥系统包括阀门三、阀门四，所述阀门三布置在生物质锅炉和蓄热水箱之间，所述阀门四布置在生物质锅炉循环水泵和蓄热水箱之间。

10、进一步包括空气源热泵冬季除霜系统包括阀门五、阀门六，所述阀门五布置在热循环水泵和蓄热水箱之间，所述阀门六布置在换热器和蓄热水箱之间。

11、进一步包括空气源热泵冬季除霜系统包括三通阀一、三通阀二，所述三通阀一分别连接循环水箱、阀门三以及干燥循环水泵，所述三通阀二分别连接循环水箱、干燥箱以及阀门六。

12、进一步包括控制系统包括工艺参数采集系统和运行设备调控系统；

13、所述工艺参数采集系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和第三温湿度传感器；所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别置于太阳能集热器、生物质锅炉、蓄热水箱出口处；所述第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和第三温湿度传感器分别置于通风扇和干燥箱之间、通风扇和干燥箱之间以及干燥箱外；

14、所述运行设备调控系统包括控制器，所述控制器实时读取各运行参数，根据所设定的参数，对运行设备按设定进行调节控制，选择采用太阳能-热泵干燥联合运行模式、生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式、太阳能-生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式及蓄热水箱-热泵干燥联合运行模式。

15、进一步包括一种多能互补联合干燥系统的控制方法，采用太阳能-热泵干燥联合运行模式：若白天太阳能辐照量充足，且太阳能集热器出口水温与蓄热水箱底部水温的温差大于8℃，开启阀门一和阀门二，启动太阳能循环水泵，水在太阳能集热器-蓄热水箱中循坏加热；当蓄热水箱上部水温达到真空干燥要求，启动真空泵，对干燥箱进行真空处理，开启三通阀一、三通阀二，启动干燥循环水泵，热水进入干燥箱对物料加热，经过水汽捕集器将水分排出，完成真空干燥；同时，干燥箱排出的热湿空气经排风扇放热降温后在蒸发器中进一步降温除湿，然后经冷凝器加热达到干燥工艺要求的温湿度，通过通风扇送入干燥箱进行对水果蔬菜的热风干燥。

16、生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式：若在阴天或夜晚太阳能干燥系统停止运行，则采用生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式；开启阀门三和阀门四，

17、启动生物质锅炉循环水泵，生物质锅炉产生的热水流向蓄热水箱；当蓄热水箱上部水温达到真空干燥要求，启动真空泵，对干燥箱进行真空处理，开启三通阀一、三通阀二，启动干燥循环水泵，热水进入干燥箱对物料加热，经过水汽捕集器将水分排出，完成真空干燥；同时，干燥箱排出的热湿空气经排风扇放热降温后在蒸发器中进一步降温除湿，然后经冷凝器加热达到干燥工艺要求的温湿度，通过通风扇送入干燥箱进行对水果蔬菜的热风干燥；

18、太阳能-生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式：若白天太阳能辐射不足，则采用太阳能-生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式；开启阀门一、阀门二、阀门三及阀门四，启动太阳能循环水泵和生物质锅炉循环水泵，太阳能集热器和生物质锅炉产生的热水都流向蓄热水箱；当蓄热水箱上部水温达到真空干燥要求，启动真空泵，对干燥箱进行真空处理，开启三通阀一、三通阀二，启动干燥循环水泵，热水进入干燥箱对物料加热，经过水汽捕集器将水分排出，完成真空干燥；同时，干燥箱排出的热湿空气经排风扇放热降温后在蒸发器中进一步降温除湿，然后经冷凝器加热达到干燥工艺要求的温湿度，通过通风扇送入干燥箱进行对水果蔬菜的热风干燥；

19、蓄热水箱-热泵干燥联合运行模式：若蓄热水箱上层水温能够达到干燥温度要求，则采用蓄热水箱-热泵干燥联合运行模式；所述蓄热水箱中热水直接用于干燥，启动真空泵，对干燥箱进行真空处理，开启三通阀一、三通阀二，启动干燥循环水泵，热水进入干燥箱对物料加热，经过水汽捕集器将水分排出，完成真空干燥；同时，干燥箱排出的热湿空气经排风扇放热降温后在蒸发器中进一步降温除湿，然后经冷凝器加热达到干燥工艺要求的温湿度，通过通风扇送入干燥箱进行对水果蔬菜的热风干燥。

20、除霜模式：若在冬季或寒冷地区，所述蒸发器周围的温度低于5℃，则开启除霜模式；开启阀门五、阀门二、三通阀一及三通阀二，启动换热循环水泵，蓄热水箱的热水在换热循环水泵的作用下，通过换热器加热蒸发器周围的空气，从而防止热泵结霜，保持系统的高效运行。

21、进一步包括当冷凝器出口处的空气未能达到规定温度，开启电加热器，直至温度达到规定要求才停止辅助加热。

22、本发明的有益效果是：本发明提供的一种多能互补联合干燥系统；

23、(1)本发明以太阳能、空气源热泵和生物质锅炉作为热源，电加热作为辅助热源，采用并联连接方式，可以实现太阳能-热泵干燥联合运行模式、生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式、太阳能-生物质锅炉-热泵干燥联合运行模式及蓄热水箱-热泵干燥联合运行模式四种运行模式；根据不同的气候条件，采用不同的运行方式，在降低能耗的基础上保持了干燥系统的平稳运行；

24、(2)本发明使用热风干燥和真空干燥两种干燥技术，充分发挥了两种干燥技术的独特优势，并弥补了两种干燥技术单独使用时的不足；新的组合干燥方式使果蔬的处理量增大且干燥时间也进一步减少；

25、(3)本发明适用于严寒地区及冬季室外温度较低的情况；蓄热水箱能够存储太阳能和生物质锅炉产生的热水，当温度较低时通过换热器用于对空气源热泵的除霜工作，使系统保持高效运行。