用于海带干燥的太阳能热泵自适应控制系统及方法

1.本发明属于海带脱水干燥技术领域，具体涉及一种用于海带干燥的太阳能热泵自适应控制系统及方法。


背景技术：

2.海带热量低、蛋白质适中、矿物质含量丰富，是一种理想的天然海洋食品，同时其富含褐藻酸、纤维素、甘露醇以及多种微量元素等营养成分，也是医药保健、海藻化工和农业肥料等行业的重要原料。由于海带高含水率、强季节性、生产量集中等特点，对其进行干燥处理是海带加工领域的重要环节。传统海带干燥多采用人工沙地摊晒的方式，将海带平摊在露天沙滩上，干燥过程中需要人工翻晒，存在劳动强度大、干燥不均匀、效率低和卫生状况差等问题；也有通过热风干燥设备对海带进行脱水处理，但由于干燥品质和能耗受到干燥技术装备的限制，无法达到提质增效的目的。
3.热泵烘干设备利用经冷凝器加热后的干燥介质带走被干物料的水分，并在蒸发器表面冷凝排出，从而达到除湿的目的。因其热效率高，烘干成本和维护费用低等特点，越来越多的应用于农产品烘干领域。但是传统的热泵干燥机组仅依靠单一热源对干燥室升温，升温过程十分缓慢，且控制策略比较单一，控制方式粗犷，能源利用率低，无法满足海带对干燥室温度精细化的控制要求。
4.太阳能具有普遍性，不受地域的限制，可直接开发利用，且无需运输。太阳能还是最清洁能源之一，与传统化石能源相比，不会对环境产生污染，开发利用太阳能，形成以光伏能源为主体的多元化能源结构，有利于“碳达峰、碳中和”目标的实现。但单一的太阳能又易受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种用于海带干燥的太阳能热泵自适应控制系统及方法，本装置通过对设备和控制方法的改进后，相较于传统热泵干燥控制系统，该干燥效率高，控制方式更加科学合理，且有效提高了能源的利用率。
6.为实现上述目的，本发明的目的之一是提供一种用于海带干燥的太阳能热泵自适应控制系统，包括除湿系统；
7.所述除湿系统包括干燥室和送风机，所述干燥室内用于存放待干燥品进行通风干燥，干燥室具有进风口和出风口，其中送风机位于靠近进风口的进风管内或进风口处，用于向干燥室内进行送风并对送风量进行调节；
8.所述干燥室的排风口设置有排风管，排风管内设置有第三风阀，第三风阀用于控制排风口与外部空气之间的连通和断开；
9.所述第一风阀的排气侧的进风管和第三风阀的进气侧的排风管通过循环管相连通，在循环管内设置有第二风阀，用于控制干燥室的进风口与排风口的连通和断开。
10.作为优选方案，所述干燥室的进风管入口分为两个支路，其中第一支路上设置有第一风阀，第一风阀用于控制外部空气与干燥室进风口之间的连通与断开，第二支路上设置有第四风阀，第四风阀用于控制太阳能供热设备的排风口与所述干燥室进风口的连通与断开。
11.作为优选方案，所述进风管内设置有热交换设备ⅰ和热交换设备ⅱ，其中热交换设备ⅰ用于对进风管内的进气气流进行除湿干燥，并将进气气流冷凝后的冷凝水排出除湿系统，热交换设备ⅱ设置在热交换设备ⅰ和送风机之间的管道内，用于对进入干燥室内的气流进行加热升温。
12.作为优选方案，还包括热泵系统，所述热泵系统用于为干燥室的进气气流进行加热或降温；
13.所述热泵系统包括压缩机、三通阀、热交换设备ⅰ、热交换设备ⅱ、储液器、热交换设备ⅲ、气液分离器和节流件；
14.所述压缩机，具有低压进气口和高压排气口，所述压缩机的高压排气口通过三通阀分别连接第一支路和第二支路，在第一支路上设置有热交换设备ⅱ，在第二支路上设置有热交换设备ⅲ，三通阀具有两个工作状态，在第一工作状态，压缩机的高压排气口与热交换设备ⅱ的制冷剂通道进口连通，在第二工作状态，压缩机的高压排气口与热交换设备ⅲ的制冷剂通道进口连通；
15.热交换设备ⅱ，设置在干燥室的进风管内，用于对干燥室的进气气流进行加热，并将热交换设备ⅱ的制冷剂通道内的高温高压气体冷凝为高压液态制冷剂，热交换设备ⅱ的制冷剂通道出口与储液器的进口连通；
16.储液器，用于储存液态制冷剂，其具有一个进口和一个出口，所述储液器的出口通过节流件分为两个支路，其中一个支路与热交换设备ⅰ的制冷剂通道进口相连，热交换设备ⅰ的制冷剂通道出口与气液分离器的制冷剂进口相连；另一个支路通过第一电磁阀与热交换设备ⅲ连接，热交换设备ⅲ设置在进气管的管道外，用于将除湿系统外部空气中的热量与除湿系统内部空气进行热交换；所述热交换设备ⅲ的制冷剂通道出口通过第二电磁阀与气液分离器的制冷剂进口相连。
17.作为优选方案，还包括室外机，所述室外机位于热交换设备ⅲ的一侧，用于加快热交换设备ⅲ的外围空气流动。
18.作为优选方案，所述储液器的进口经第一单向阀汇集两个支路，其中一个支路与第三电磁阀和热交换设备ⅲ之间的制冷剂管路相连通，另一个支路与换热设备ⅱ的制冷剂管路相连通。
19.本发明的目的之二是提供一种用于海带干燥的太阳能热泵自适应控制方法，具体步骤如下：
20.步骤一、将所检测到的干燥室内的温度和湿度数据，与预设定的目标温度和目标湿度数据进行比较；
21.步骤二、当所检测到的干燥室内的湿度大于或等于干燥室的目标湿度数据时，启动除湿系统，并根据所检测的干燥室内的温度与干燥室内目标温度的比较关系，选择除湿系统、热泵系统对应的工作模式；
22.升温模式：当所检测的干燥室内的温度值小于干燥室内目标温度的下限值，采用
升温模式；
23.首先根据光辐射量传感器判断当前太阳集热器能是否满足升温条件：
24.(1)、若太阳能集热器出口空气温度高于干燥室温度，则由太阳能集热器供热，开启除湿系统中送风机、第三风阀和第四风阀，关闭第一风阀和第二风阀，将太阳能集热器加热过的空气经第四风阀、送风机送入干燥室内，干燥室内的空气由第三风阀向外界排出；
25.(2)、若太阳能集热器出口空气温度等于或低于干燥室温度，则由热泵系统供热，开启除湿系统中的送风机、室外风机和第二风阀，关闭第一风阀、第三风阀和第四风阀，通过循环管将干燥室的出风口和进风口连接为循环管路，干燥室内的进气气流通过热泵系统的热交换设备ⅱ进行预热，通过送风机送入干燥室内，同时高温高湿空气由循环管进入进风管内，通过热泵系统的热交换设备ⅰ进行降温除湿后，再经过热交换设备ⅱ升温后，再次进入干燥室内进行干燥；
26.降温模式：当所检测的干燥室内的温度值大于干燥室内目标温度上限；采用降温模式；
27.首先根据干燥室内外温度差判断室外温度是否满足降温条件：
28.(1)、若干燥室内温度-干燥室外温度》δt℃，开启除湿系统中的送风机、第一风阀和第三风阀，并关闭第二风阀和第四风阀，将外界空气经第一风阀送入干燥室内进行换热，降低干燥室内温度，同时干燥室内空气经由第三风阀向外界排出；
29.(2)、若干燥室内温度-干燥室外温度≤δt℃；开启除湿系统中的送风机和第二风阀，关闭第一风阀、第三风阀和第四风阀，通过循环管将干燥室的出风口和进风口连接为循环管路，进气气流通过送风机送入干燥室内，同时高温高湿空气由循环管进入进风管内，通过热泵系统的热交换设备ⅰ进行降温除湿后，再次进入干燥室内进行干燥；
30.其中，所述δt℃为允许换热温差最小值；
31.恒温模式：当所检测的干燥室内的温度值小于干燥室内目标温度上限且大于干燥室内目标温度下限；采用恒温模式；
32.由热泵系统供热，开启除湿系统中的送风机、室外风机和第二风阀，关闭第一风阀、第三风阀和第四风阀，通过循环管将干燥室的出风口和进风口连接为循环管路，干燥室内的进气气流通过热泵系统的热交换设备ⅱ进行预热，通过送风机送入干燥室内，同时高温高湿空气由循环管进入进风管内，通过热泵系统的热交换设备ⅰ进行降温除湿，再经过热交换设备ⅱ进行升温后，再次进入干燥室内进行干燥。
33.作为优选方案，所述升温模式中，若太阳能集热器出口空气温度等于或低于干燥室温度，启动压缩机，并开启节流件、第一电磁阀和第二电磁阀，关闭第三电磁阀，三通阀连通压缩机的高压排气口和热交换设备ⅱ的制冷剂进口，用于将高压气体冷凝为液态制冷剂存贮在储液罐内，储液罐内的制冷剂经过节流件的节流降压后分为两路，其中一路用于通过热交换设备ⅰ将进风管的高温高湿空气降温冷凝为低温低湿空气，另一路通过热交换设备ⅲ与外界空气换热，热交换设备ⅲ此时作为蒸发器，将除湿系统外部空气中的热量转移到除湿系统内部。
34.作为优选方案，所述降温模式中，若干燥室内温度-干燥室外温度≤δt℃，其中，所述δt℃为允许换热温差最小值；启动压缩机，打开节流件和第三电磁阀，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，三通阀连通压缩机的高压排气口和热交换设备ⅲ的制冷剂通道进口，热
交换设备ⅲ此时作为冷凝器，用于将除湿系统内部空气中的热量转移到除湿系统外部，并将热交换设备ⅲ内的高温高压气体制冷剂冷凝为液态制冷剂存贮在储液罐内，储液罐内的液态制冷剂经过节流件的节流降压后，通过热交换设备ⅰ将来自干燥室排气口的高温高湿空气降温为低温低湿空气，并将进气气流的冷凝水由除湿系统排出，低温低湿空气再次进入干燥室内进行干燥。
35.作为优选方案，所述恒温模式中，启动压缩机，打开节流件，关闭第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，三通阀连通压缩机的高压排气口和热交换设备ⅱ的制冷剂进口，用于将高温高压气体制冷剂冷凝为液态制冷剂存贮在储液罐内，储液罐内的液态制冷剂经过节流件的节流降压后，通过热交换设备ⅰ将来自干燥室排气口的高温高湿空气降温为低温低湿空气，并将进气气流的冷凝水由除湿系统排出，再通过热交换设备ⅱ升温为高温低湿空气，再次进入干燥室内进行干燥。与现有技术相比，本方案的有益效果至少包括：
36.其一、本方案通过改进，包括除湿系统和热泵系统，通过除湿系统的各阀门的切换，可以实现不同干燥需求情况下的工作模式的切换，具体地：通过在干燥室的进风管、排风管和循环管上分别设置有风阀，在进风口处还设置有送风机，通过对各个风阀的切换同时与送风机进行配合，可以实现不同干燥模式下气流的引导切换，当将进风管和出风管的风阀打开，且循环管的风阀关闭，可用于将外部空气引入干燥室内，通过引入外界空气对干燥室进行降温，当进风管和排风管的风阀关闭，循环管内的风阀打开，用于将干燥室排风口的气流经过循环管再次引入进风管处，从而实现气流的循环流动，在进风管对于干燥室出口空气进行余热回收并经过除湿处理，可以再次进入干燥室内进行干燥利用，有效提高能源的有效利用率。
37.其二、太阳能集热器与热泵系统协同供能，综合利用，可实现全天候干燥作业，不仅提高了能源利用率，而且大幅降低了电能的消耗；在干燥室的进风管处连接有太阳能集热器，当太阳能集热器能够满足干燥需要时，可充分利用太阳能自然能源，从而提升低品位能源的利用率。在干燥室的进风管内设置有热交换设备ⅰ和热交换设备ⅱ，从而通过热泵系统分别实现对干燥室进气气流的干燥除湿和升温加热，以在太阳能不能够满足干燥室需求的情况下，利用热泵单元进行干燥作业，从而实现太阳能集热器和热泵系统有机结合。
38.其三、本方案，对热泵系统进行了合理优化，通过利用三通阀、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的启闭切换，能够实现热干模式和冷干模式的自由切换，因此热泵系统能够满足不同干燥需要，通过将检测到的干燥室环境温度、湿度数据与预设的目标温度、目标湿度对比，系统能够自动选择单冷凝-双蒸发、单冷凝-单蒸发ⅰ以及单冷凝-单蒸发ⅱ等三种工作状态，从而为干燥设备匹配当前干燥作业最佳工作模式。
附图说明
39.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本发明热泵系统工作原理示意图；
41.图2为本发明的除湿系统工作原理示意图；
42.图3为本发明处理器单元电气连接示意图；
43.图4为多传感器自适应加权融合模型；
44.图5为本发明的控制方法流程图；
45.图中标记：
46.1、压缩机，2、三通阀，3、热交换设备ⅱ，4、热交换设备ⅲ，5、第一单向阀，6、第三电磁阀，7、储液罐，8、过滤器，9、节流件，10、第二单向阀，11、热交换设备ⅰ，12、第一电磁阀，13、第二电磁阀，14、气液分离器，15、送风机，16、室外风机，17、第一风阀，18、第二风阀，19、第三风阀，20、第四风阀，21、太阳能集热器，22、干燥室，23、风机组，24、循环管，25、进风管，26、排风管；
47.a、第一温度传感器，b、第一压力传感器，c、第二温度传感器，d、第三温度传感器，e、第四温度传感器，f、第二压力传感器，g、第五温度传感器，h、低压保护开关，i、高压保护开关，j、第一温-湿度传感器，k、第二温-湿度传感器，l、第三温-湿度传感器，m、第四温-湿度传感器，n、第一风速传感器，o、第二风速传感器，p、光辐射量传感器。
具体实施方式
48.以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。
49.需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。
50.如图1和2所示，本方案提供一种用于海带干燥的太阳能热泵自适应控制系统，包括数据采集单元、处理器单元和执行单元，其中执行单元包括除湿系统，所述除湿系统包括干燥室22和送风机15，干燥室22内用于盛放待干燥的海带，在干燥室22的两个相对侧壁上分别设置有进风口和排风口，在干燥室22的进风口设置有进风管25，在排风口设置有排风管26，在进风口内或靠近进风口的进风管道内设置有送风机15，用于向干燥室22内送风，在进风管25的管道内设置第一风阀17，从而控制外界空气与干燥室22进风口之间管路的连通与切断，在排风管26内设置有第三风阀19，从而控制外界空气与干燥室22排风口之间管路的连通与切断，所述第一风阀17的排气侧的进风管25和第三风阀19的进气侧的排风管26通过循环管24相连通，在循环管24内设置有第二风阀28，用于控制干燥室22进风口与排风口的连通与切断。通过对第一风阀17、第二风阀18和第三风阀19的阀门启闭调节，从而满足不同干燥模式下，根据需要切换管路并对气流进行引导。
51.本方案为了实现对太阳能的有效利用，在进风管25的第一风阀17后侧的管道内连接有支路，该支路是与太阳能集热器21的风道连通，通过在该支路的管道内设置第四风阀20，从而控制太阳能集热器21的风道与干燥室22进风口之间管路的连通与切断。从而在特定工作状态下，通过太阳能集热器21对于空气进行预热，送入干燥室22内对海带进行干燥，
提升低品位能源的利用率。太阳能集热器21具有空气加热管，空气加热管内形成有风道，风道具有进风口，风道的排风口与第四风阀20连通，该太阳能供热设备的结构为现有技术，其可以采用与太阳能热水器相类似的结构，区别主要在于太阳能热水器对水进行加热，而此处对空气进行加热，在太阳能集热器21上设置有进风口和出风口，因此该结构此处不再赘述。
52.本实施例，太阳能集热器21坐北朝南设置，且其倾角满足安装所在地纬度
±
10
°
的关系，即太阳能集热器21倾角范围为(x-10
°
，x+10
°
)，其中x为太阳能集热器21安装所在地纬度，如此设计，能够使太阳能集热器21换热时间更长，达到充分利用太阳能的目的。
53.本方案，在干燥室22的室内的进风口处设置有风机组23，风机组23包括机架和若干风机，风机在机架上呈规则的阵列分布，用于将进风口汇入的气流均匀分散在整个干燥室22内，使得干燥室22内的各处能够相对均匀通过干燥气流，并同时避免气流流动的死角。
54.优选地，干燥室22的进风口和排风口设置在两个相对的侧壁上，进风口位于侧壁靠近底部的位置，排风口位于侧壁靠近顶部的位置，因此进风口和排风口不会直接对流，从而使得干燥气流尽可能延长在干燥室内的时间，尽可能延长与待干燥的海带接触时间，同时增大气流通过的覆盖面，对干燥室的各个角落均能够得到较佳的干燥效果。
55.干燥室22后墙(朝向北)与侧墙为保温隔热材质，可有效减少热量散失；干燥室22顶部与前墙(朝向南)为真空玻璃板，太阳光可直接透过真空玻璃板辐射至干燥室22内，且顶部真空玻璃板倾斜安装，其角度可根据安装所在地纬度确定。因此，海带太阳能热泵协同干燥装置将温室型和集热型干燥原理结合，既能以辐射的方式被动利用太阳能，即太阳光透过真空玻璃板辐射至干燥室22内，又能以对流的方式主动利用太阳能，即送风机15将太阳能集热器21加热后的空气送入干燥室22内。需要指出的是；图2中只示意标出了热泵系统主要部件(压缩机1，各热交换设备和节流装置)和除湿系统(送风机15和室外风机16)的相对位置，未对热泵系统中的所有机构进行标识。
56.本方案，还设置有热泵系统，热泵系统的作用是对进入干燥室22内的气流进行加热或冷却，热泵系统包括压缩机1、三通阀2、热交换设备ⅰ11、热交换设备ⅱ3、储液器7、热交换设备ⅲ4和气液分离器14，其中热交换设备ⅰ11为除湿蒸发器，将其设置在干燥室22的靠近进风口的进风管25的管道内，用于对进入干燥室22的气流进行除湿干燥，从而降低进入干燥室22内的空气湿度，热交换设备ⅱ3位于热交换设备ⅰ11和送风机5之间，具体地，是设置在热交换设备ⅰ11的出风一侧，并位于送风机5的进风一侧，其目的是通过热泵系统，对于进入干燥室22的气流进行升温，同时能够将热交换设备ⅱ3内的高压气体制冷剂冷凝为高压液态制冷剂，本方案通过将热交换设备ⅰ11和热交换设备ⅱ3设置在进风管25的管道内，能够实现对进入干燥室22的除湿的同时，同时实现了进气气流的升温。
57.本方案，送风机5可通过变频器调节工作频率，改变向干燥室22送入的风量，降低风机的能耗，实现设备的高效节能。此外，风机组23中的风机可以根据海带干燥进程中含水率的变化，动态调节各个风机的送风量，使海带在最佳干燥条件下进行烘干。
58.本实施例，压缩机1具有低压进气口和高压排气口，其作用是将低压气态制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂，压缩机1的高压排气口通过三通阀分为两个支路，在第一支路上设置有热交换设备ⅱ3，在第二支路上设置有热交换设备ⅲ4，三通阀3具有两个工作状态，在第一工作状态，压缩机1的高压排气口与热交换设备ⅱ3的制冷剂通道进口连通，且压缩
机1的高压排气口与热交换设备ⅲ4的制冷剂通道进口切断，在该工作状态下，热交换设备ⅱ3的制冷剂通道内的高温高压气态制冷剂通过与即将进入干燥室22的进气气流进行热交换，从而使得进气气流的温度升高，而高温高压气态制冷剂被冷凝为高压液态制冷剂，在第二工作状态，压缩机1的高压排气口与热交换设备ⅲ4制冷剂进口连通，且压缩机1的高压排气口与热交换设备ⅱ3的制冷剂通道进口切断；此种工作状态下，热交换设备ⅲ4的制冷剂通道内的高温高压气态制冷剂，通过与室外气流进行热交换，从而使得热交换设备ⅲ4内的高温高压气态制冷剂被冷凝为高压液态制冷剂，上述两种工作状态下，高压液态制冷剂分别通过第一单向阀5和第三电磁阀6进入储液器7内。
59.本方案，压缩机1采用变频压缩机，工作频率可根据目标温度与检测温度的差值进行动态调整，降低压缩机1的能耗，实现设备的高效节能。压缩机1进气口与排气口处分别安装有低压保护开关h和高压保护开关i，当检测到压缩机1吸气压力和排气压力异常时发出警报，并在出现故障后及时切断电源，以保护压缩机1正常运行。
60.本实施例中，储液器7，用于储存高压液态制冷剂，其具有一个进口和一个出口，进口处有两个分支，其中一个分支通过第一单向阀5与热交换设备ⅱ3的制冷剂管道出口连通，另一分支通过第一单向阀5与第三电磁阀6和热交换设备ⅲ4之间的制冷剂管路相连通。储液器7的出口通过节流件9后分为两个支路，其中节流件9为电子膨胀阀，储液器7的出口的其中一个支路与热交换设备ⅰ11的制冷剂进口相连，热交换设备ⅰ11的制冷剂通道出口与气液分离器14的制冷剂进口相连，热交换设备ⅰ11为除湿蒸发器，其作用是对进入干燥室22内的气流进行干燥除湿；另一个支路通过第一电磁阀12与热交换设备ⅲ4相连，热交换设备ⅲ4设置在进气管25的管道外部，用于将除湿系统外部空气中的热量与除湿系统内部空气进行热交换。
61.本实施例，在热交换设备ⅲ4的制冷剂管道一端设置有第一电磁阀12，所述热交换设备ⅲ4的制冷剂管道另一端设置有第二电磁阀13。通过三通阀2、第一电磁阀12、第二电磁阀13和第三电磁阀6的切换，从而实现不同工作状态下，对热泵系统管路内工质流向进行切换引导。
62.室外机16的作用是：加强热交换设备ⅲ4外表面的空气流动，从而加强热交换设备ⅲ4内的制冷剂与外界空气之间的热交换，室外机16位于热交换设备ⅲ4的一侧，并将气流吹向热交换设备ⅲ4的表面。热交换设备ⅲ4与室外风机16一同工作，当热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器)进行热交换时，开启室外风机，加快表面空气流速，提高换热效率。
63.热泵系统的一个较佳的实施例可以采用如下结构：包括压缩机1、三通阀2、热交换设备ⅱ3(主冷凝器)、热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器)、第一单向阀5、第三电磁阀6、储液器7、过滤器8、节流件9(电子膨胀阀)、第二单向阀10、热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)、第一电磁阀12、第二电磁阀13、气液分离器14、低压保护开关h、高压保护开关i，热泵系统中各个元件通过管路连接构成回路。其中，主冷凝器即为热交换设备ⅱ3，除湿蒸发器即为热交换设备ⅰ11，热交换设备ⅱ3(主冷凝器)和热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)位于干燥室22进风口处的风道内部，并靠近送风机15；蒸发冷凝器即为热交换设备ⅲ4，其位于干燥室22风道外部，靠近室外风机16。热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)内的制冷剂为低温低压液态，从干燥室22内排出的高温高湿空气流经热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)表面，所含的水蒸气凝结成小水珠附着在除湿蒸发器表面，汇聚的水珠越来越多汇集最终流出热泵机组，从而排出除湿系统。
64.热泵系统具有热干工作模式和冷干工作模式，其中热干模式包括单冷凝-双蒸发工作状态和单冷凝-单蒸发模式ⅰ工作状态。冷干模式为单冷凝-单蒸发模式ⅱ工作状态。不同工作状态通过改变三通阀2、第一电磁阀12、第二电磁阀13和第三电磁阀6的开闭状态进行切换。
65.热干工作模式下：干燥介质空气在热交换设备ⅱ3(主冷凝器)处进行换热，送风机15将加热后的空气输送到干燥室22内，以提高干燥室22内环境温度。干燥室22排出的湿热空气在热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)进行热交换，从而将空气中的水分冷凝排出除湿系统。冷干工作模式下：外界空气在室外风机16的作用下与热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器)内工质进行换热，热交换设备ⅱ3(主冷凝器)停止使用，热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)正常工作。
66.本实施例，蒸发冷凝器位于风道外，热干模式下将其作为蒸发器使用，从而将除湿系统外部的热量通过热泵系统转移到除湿系统内部；冷干模式下将其作为冷凝器使用，从而将除湿系统内部的热量通过热泵系统转移到除湿系统外部。
67.本方案，如图3所示，数据采集单元包括位于热泵系统中的温度传感器和压力传感器。热泵系统中的温度传感器分别为布置于压缩机1吸气口的第五温度传感器g、排气口的第一温度传感器a、主冷凝器上的第二温度传感器c、蒸发冷凝器上的第三温度传感器d和除湿蒸发器上的第四温度传感器e，分别采集压缩机1的吸气温度和排气温度、冷凝温度、蒸发温度和蒸发/冷凝温度；压力传感器分别为布置于压缩机1吸气口的第二压力传感器f和排气口的第一压力传感器b，分别用于采集压缩机1的吸气压力和排气压力。
68.此外，数据采集单元还包括位于除湿系统中的光辐射量传感器p、温-湿度传感器和风速传感器。除湿系统中的光辐射量传感器p位于太阳能集热器21上，用于采集当前光辐射量；温-湿度传感器分别为布置在太阳能集热器21出口处的第一温-湿度传感器j、干燥室22进风口处的第二温-湿度传感器k、出风口处的第三温-湿度传感器l和室内的第四温-湿度传感器m，用于采集太阳能集热器出口温湿度、干燥室进风口温湿度、出风口温湿度和干燥室内温-湿度；风速传感器分别为布置于干燥室22进风口处的第一风速传感器n和出风口处的第二风速传感器o，用于采集干燥室22进风口风速和出风口风速。
69.由于干燥温湿度变化的非线性、大滞后性和不均匀等特点，单一的传感器无法精确的表征环境数据信息，故在干燥室22内设置多个温湿度数据采集点，并对采集结果进行自适应加权数据融合，更加精确、可靠地反映整个干燥室22内的温湿度变化情况。
70.本实施例，处理器单元包括plc控制器和触摸屏，所述plc控制器与所述数据采集单元中的各类传感器电连接，用于采集所述热泵系统中的温度、压力信号和所述除湿系统中的光辐射量、温度、湿度、风速信号；所述plc控制器与所述执行单元的热泵系统和除湿系统中各个控制元件电性连接，根据不同工况发送相应的控制信号；所述plc控制器与所述触摸屏电性连接，通过信号线将控制器内部数据显示在触摸屏上，便于操作人员对干燥设备的运行状况进行监控与管理。
71.本实施例中，通过触摸屏预设干燥室22内环境目标温度、目标湿度；传感器采集干燥室22内外各类环境参数，包括干燥室22内温度、湿度、风速，干燥室外光辐射量、温度，并对干燥室22内多个温湿度传感器的采集结果进行自适应加权数据融合，步骤如下；
72.步骤1：根据需求选择温湿度传感器；
73.步骤2：确定传感器的数量以及安装布局，数量和布局需要结合干燥室环境的温湿
度基本情况和气流流动方向，以便覆盖各种动态场景；
74.步骤3：通过安装的多个温湿度传感器进行干燥室环境数据采集。
75.步骤4：将采集到的多个温湿度数据进行自适应加权数据融合；
76.将上述经自适应加权数据融合后的温湿度数据传输至处理器单元的plc控制器中，并与目标温度、目标湿度进行比较；
77.所述步骤4中，设干燥室内安装有n个温湿度传感器，参照图4，同一时刻采集的温度数据分别为x1、x2、
…
、xn，它们彼此相互独立，且为温度真值x的无偏估计。由于各传感器本身存在差异且安装位置不同，故加权因子也不相同，分别用w1、w2、
…
、wn表示，将采集的温度数据x1、x2、
…
、xn进行加权融合，融合结果满足以下条件：
78.设干燥室内安装有n个温湿度传感器，同一时刻采集的温度数据分别为x1、x2、
…
、xn，它们彼此相互独立，且为温度真值x的无偏估计。由于各传感器本身存在差异且安装位置不同，故加权因子也不相同，分别用w1、w2、
…
、wn表示，将采集的温度数据x1、x2、
…
、xn进行加权融合，融合结果满足以下条件：
[0079][0080]
总均方差σ2为：
[0081][0082]
由于x1、x2、
…
、xn彼此相互独立，且为x的无偏估计，所以
[0083]
e[(x-x
p
)(x-xq)]＝0
ꢀꢀꢀ
(3)
[0084]
则
[0085][0086]
σi为各传感器的方差。
[0087]
由公式(4)可知，总均方差σ2为加权因子wi的二次函数，存在最小值。根据多元函数极值理论可知，总均方差取得最小值σ
2min
时，所对应的最优加权因子为：
[0088][0089]
此时，最小总均方差σ
2min
为：
[0090][0091]
最终数据融合结果为：
[0092][0093]
由公式(5)可知，需要先求出各传感器的方差σ
i2
，才能得到最优加权因子。设两个相互独立的传感器m、n，其测量值分别为xm、xn，对应的测量误差
[0094]
为em、en，待估计真知为x，则有：
[0095][0096]
传感器m的方差为：
[0097]
σ
m2
＝e(em)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0098]
xm、xn的互协方差r
mn
满足下式：
[0099]rmn
＝e(xmxn)＝e(x2)
ꢀꢀꢀ
(10)
[0100]
xm的自协方差r
mm
满足下式：
[0101]rmm
＝e(x
m2
)＝e(x2)+e(e
m2
)
ꢀꢀꢀ
(11)
[0102]
根据公式(9)、公式(10)和公式(11)可得，
[0103]
σ
m2
＝r
mm-r
mn
ꢀꢀꢀ
(12)
[0104]
传感器在k时刻，r
mm
和r
mn
的时间域估计值分别为r
mm
(k)和r
mn
(k)，则有：
[0105][0106][0107]
根据传感器的测量值求得r
mm
和r
mn
的时间域估计值，从而可以估计出传感器的方差σ
i2
，再根据公式(7)得到最终温度数据融合结果，同理可得湿度数据融合结果。
[0108]
通过在干燥室22内布置有多个温湿度传感器，利用多元数据的互补性提高信息质量。采集来的多个温湿度数据经过自适应加权数据融合算法处理，提高检测的准确性和可靠性。
[0109]
将上述经数据融合后的温湿度数据传输至处理器单元的plc控制器中，并与预设的目标温度、目标湿度进行比较。
[0110]
根据上述比较结果，确定干燥设备的热泵系统和除湿系统中各执行机构的工作状态，当所检测到的干燥室内的湿度大于或等于干燥室的目标湿度数据时，启动除湿系统，参照图5，需要指出的是，图5中的环境温度是指干燥室的室内环境温度，具体步骤如下：
[0111]
s1、若检测温度小于干燥室22内目标温度下限(目标温度-温度回差)，plc控制器调用升温子程序，首先根据光辐射量传感器判断当前太阳能是否满足升温条件，若太阳能
集热器21出口空气温度高于干燥室22温度，则先由太阳能集热系统供热，即采用“太阳能优先”策略，否则启动热泵系统供热。
[0112]
plc控制器发送控制信号，开启除湿系统中送风机15、第三风阀19和第四风阀20，关闭第一风阀17和第二风阀18，将太阳能集热器21加热过的空气经第四风阀20送入干燥室22内进行换热，提高干燥室22内环境温度并带走物料的水分，同时换热后的空气在送风机15的作用下经由第三风阀19排出干燥室22。
[0113]
s2、若太阳能集热器21出口温度不满足干燥室22升温条件，也即太阳能集热器21出口空气温度等于或低于干燥室22温度，则由热泵系统供热，热泵系统运行单冷凝-双蒸发热干模式工作状态，即plc控制器发送控制信号，打开热泵系统中的压缩机1、节流件9(电子膨胀阀)、第一电磁阀12、第二电磁阀13以及除湿系统中的送风机15、室外风机16、第二风阀18，第一、三、四风阀17,19,20和第三电磁阀6均保持切断状态。此时热泵系统中工质流向为压缩机1
→
三通阀2
→
热交换设备ⅱ3(主冷凝器)
→
第一单向阀5
→
储液器7
→
过滤器8
→
节流件9(电子膨胀阀)，由电磁膨胀阀9节流降压后分为两路，其中一路为节流件9(电子膨胀阀)
→
第二单向阀10
→
热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)
→
气液分离器14
→
压缩机1进气口，另一路为节流件9(电子膨胀阀)
→
第一电磁阀12
→
热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器)
→
第二电磁阀13
→
气液分离器14
→
压缩机1进气口，干燥室22内干燥介质空气在送风机15的作用下由出风口排出，低温高湿空气在热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)处进行余热回收，并将空气内的水分冷凝排出除湿系统，之后低温低湿空气流经热交换设备ⅱ3(主冷凝器)进行热交换变成高温低湿空气进入干燥室22，如此循环，以提高干燥室22环境温度并降低被干物料的水分；同时干燥室22外空气在室外风机16的作用下经过风道外的热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器，此时作为蒸发器)，并将除湿系统外部空气中的热量转移到除湿系统内部。双蒸发器同时工作，提高了干燥室22的升温效率。
[0114]
s3、若检测温度大于干燥室22内目标温度上限，其中目标温度上限等于＝目标温度+温度回差，plc控制器调用降温子程序，首先根据干燥室22内外温度差判断，若干燥室内温度-干燥室外温度》δt℃(δt为允许换热温差最小值)，则先通过除湿系统的执行机构降温，否则启动热泵系统降温。
[0115]
具体的，plc控制器发送控制信号，开启除湿系统中送风机15、第一风阀17和第三风阀19，关闭第二风阀18和第四风阀20，将外界空气经第一风阀17送入干燥室22内进行换热，降低干燥室22内环境温度，同时换热后的空气在送风机15的作用下经由第三风阀19排出室外。
[0116]
s4、若干燥室22内外温差不满足干燥室内温度-干燥室外温度》δt℃，则由热泵系统降温，具体的，热泵系统运行单冷凝-单蒸发ⅱ冷干模式工作状态，即plc控制器发送控制信号，打开热泵系统中的压缩机1、三通阀2、第三电磁阀6、节流件9以及除湿系统中的送风机15、室外风机16、第二风阀18，其他风阀保持切断状态。此时热泵系统中工质流向为压缩机1
→
三通阀2
→
热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器)
→
第三电磁阀6
→
储液器7
→
过滤器8
→
节流件9(电子膨胀阀)
→
第二单向阀10
→
热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)
→
气液分离器14
→
压缩机1进气口，风道内的主冷凝器不工作。干燥室22内干燥介质空气在送风机15的作用下由干燥室22出风口排出，低温高湿空气在热交换设备ⅰ11(除湿蒸发器)进行热交换，并将空气内的水分冷凝排出，之后低温低湿空气直接进入干燥室22，如此循环，以降低干燥室22环境温
度及物料的水分。同时干燥室22外空气在室外风机16的作用下经过风道外的热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器，此时作为冷凝器)，并将除湿系统内部空气中的热量转移到除湿系统外部。
[0117]
s5、若检测温度位于干燥室内目标温度范围内，也即目标温度
–
温度回差≤检测温度≤目标温度+温度回差，plc控制器调用恒温子程序，热泵系统运行单冷凝-单蒸发ⅰ热干模式工作状态，即plc控制器发送控制信号，打开热泵系统中的压缩机1、节流件9以及除湿系统中的送风机15、第二风阀18，第一、三、四风阀17,19,20保持切断状态。此时热泵系统中工质流向为压缩机1
→
三通阀2
→
热交换设备ⅱ3(主冷凝器)
→
第一单向阀5
→
储液器7
→
过滤器8
→
节流件9(电子膨胀阀)
→
第二单向阀10
→
热交换设备i11(除湿蒸发器)
→
气液分离器14
→
压缩机1进气口，风道外的热交换设备ⅲ4(蒸发冷凝器)不工作。干燥室22内干燥介质空气在送风机的作用下由干燥室22出风口排出，低温高湿空气在除湿蒸发器进行热交换，回收余热，并将空气内的水分冷凝排出，之后低温低湿空气流经主冷凝器3进行热交换变成高温低湿空气进入干燥室22，如此循环，以降低干燥室22物料的水分。
[0118]
上述调节步骤中，引入回差数据进一步对比，自动确定热泵干燥机组适配的压缩机工作状态和送风机工作频率，使干燥过程更加精细，保证了被干物料的品质，提高生产效率。同时有效降低了热泵系统能耗和风机能耗，实现干燥设备的高效节能。
[0119]
通过上述步骤调节干燥室温度，使海带在最适温度区间内持续干燥，并根据前期实验所得不同干燥条件下的含水率预测模型，将前期实验所得不同干燥条件下的含水率预测模型输入到plc控制器中，由干燥室内温湿度传感器和光辐射量传感器采集当前温度、湿度和光辐射量，通过上述干燥预测模型可以实时预测当前海带的含水率，以此作为干燥终点的判断条件，具体如下：
[0120]
太阳能干燥：k＝-0.101-0.006f+0.051h，n＝1.779+0.01f-0.034h
[0121]
mr＝exp[(-0.101-0.006f+0.051h)t
(1.779+0.01f-0.034h)
]
ꢀꢀꢀ
(15)
[0122]
热泵干燥：k＝-2.71+0.067h-0.01t，n＝-1.64+0.07h+0.001t
[0123]
mr＝exp[(-2.71+0.067h-0.01t)t
(-1.64+0.07h+0.001t)
]
ꢀꢀꢀ
(16)
[0124]
太阳能热泵协同干燥：k＝-1.495+0.027t+0.002f，n＝-0.958+0.02t+0.01f
[0125]
mr＝exp[(-1.495+0.027t+0.002f)t
(-0.958+0.02t+0.01f)
]
ꢀꢀꢀ
(17)
[0126]
其中t为干燥温度，h为干燥湿度，f为太阳辐射量。
[0127]
将上述含水率预测模型输入到plc控制器中，并由干燥室内温湿度传感器和光辐射量传感器采集当前温度、湿度和光辐射量，通过上述干燥预测模型可以实时预测当前海带的含水率，以此作为干燥终点的判断条件。
[0128]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。