CN114436495A - 一种太阳能空气源热泵污泥干化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能和空气源热泵相结合利用领域，具体公开了一种太阳能空气源热泵污泥干化装置，主要由太阳能集热器、干化温室、滚铲刀、滑块、铲刀驱动装置、滑块驱动装置、滚铲刀轨道、污泥盘、空气源热泵机组、空气源热泵循环管道、蓄热水箱、滚刀导轨支架、热电制冷器构成。结合清洁免费的太阳能和节能的空气源热泵加热水箱以对污泥进行干燥，同时加入热电制热器为空气源热泵提供更多空气热量和对污泥盘进行加热，再通过滚铲刀对污泥进行搅拌，使得污泥可快速被干燥，不仅环保，且大大降低能耗污泥干化过程的能耗。
Description
技术领域
本发明属于太阳能和空气源热泵相结合利用领域，特别涉及一种太阳能空气源热泵污泥干化装置。
背景技术
目前，随着城市的发展产生大量的城市污水越来越多，污水处理率越来越高，正走向良性的可持续发展。但污水处理产生大量的污泥，若处理不当会引起环境污染，带来很大的社会问题。当前污泥处置方式主要有卫生填埋、农用、污泥焚烧、污泥气化、污泥干燥、污泥堆肥和海洋倾倒等，在这些处置方式中污泥干化和焚烧是最完全、稳定的处理手段，然而污泥焚烧过程中易产生氮氧化物、硫氧化物、二噁英等气体污染物，对环境二次污染且处理难度大。污泥干化是通过加热使水分蒸发，污泥除水干化过程是一个的耗能过程。因此，亟需解决污泥干化中污染和耗能的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能空气源热泵污泥干化装置，结合清洁免费的太阳能和节能的空气源热泵对污泥进行干燥，不仅环保且降低了污泥干化过程的能耗。
为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能空气源热泵污泥干化装置，包括：太阳能集热器、干化温室、滚铲刀、滑块、铲刀驱动装置、滑块驱动装置、滚铲刀轨道、污泥盘、空气源热泵机组、空气源热泵循环管道、蓄热水箱、滚刀导轨支架、热电制冷器；
所述滚刀导轨支架和所述蓄热水箱设于所述干化温室内，所述滚铲刀轨道设于所述滚刀导轨支架上，所述滚铲刀以可转动地设于滑块上，所述滑块以可来回滑动地设于所述滚铲刀轨道上，所述污泥盘放置于所述蓄热水箱上并位于所述滚铲刀的下方，所述滑块驱动装置用于驱动所述滑块来回滑动，所述铲刀驱动装置用于驱动所述滚铲刀旋转；
所述太阳能集热器的太阳能集热循环管和空气源热泵机组的冷凝端延伸至所述蓄热水箱内；
所述污泥盘的侧壁设有空腔，所述干化温室的侧壁开设有安装室，所述热电制冷器设于所述安装室内，所述热电制冷器的热端和冷端通过隔板分隔开以形成热端室和冷端室，所述热端室通过管道分别延伸至所述空腔和所述空气源热泵机组的进风口处。
优选的，上述技术方案中，所述太阳能集热器包括吸热板和设于所述吸热板背部的上循环管、下循环管及连接于上循环管和下循环管之间的多根支管，所述上循环管和下循环管通过所述太阳能集热循环管连接。
优选的，上述技术方案中，所述热端位于所述干化温室内侧，所述冷端位于所述干化温室外部。
优选的，上述技术方案中，所述干化温室的顶部设有透明盖板。
优选的，上述技术方案中，还包括蓄热水箱支架，所述蓄热水箱通过所述蓄热水箱支架设于所述滚刀导轨支架上。
优选的，上述技术方案中，所述铲刀驱动装置为滚铲刀电机。
优选的，上述技术方案中，所述蓄热水箱外部设有保温层。
优选的，上述技术方案中，还包括太阳能电池板、逆变器及蓄电池，所述太阳能电池板、蓄电池、逆变器及空气源热泵机组依次连接，所述蓄电池连接所述热电制冷器，所述冷端室通过管道延伸至所述太阳能电池板的背部。
优选的，上述技术方案中，所述热电制冷器和安装室为多个，每个所述热电制冷器设于一个所述安装室内，所述热电制冷器的热端和冷端通过隔板分隔开以形成热端室和冷端室，所述热端室通过管道分别延伸至所述空腔和所述空气源热泵机组的进风口处。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1. 本发明中的太阳能空气源热泵污泥干化装置，结合清洁免费的太阳能和节能的空气源热泵加热水箱以对污泥进行干燥，同时加入热电制热器为空气源热泵提供更多空气热量和对污泥盘进行加热，再通过滚铲刀对污泥进行搅拌，使得污泥可快速被干燥，不仅环保，且大大降低能耗污泥干化过程的能耗。
2. 本发明引入太阳能发电为热电制热器和空气源热泵提供电源，并利用热电制热器产生的冷气为太阳能电池板降温，提高了太阳能电池板的发电效率，又进一步降低了能耗。
附图说明
图1为本发明太阳能空气源热泵污泥干化装置的结构图。
图2 为本发明太阳能空气源热泵污泥干化装置的滚铲刀轨道的局部图。
其中，1-太阳能集热器，2-太阳能集热循环管，3-干化温室，4-滚铲刀电机，5-透明盖板，6-滚铲刀，7-滚铲刀轨道，8-污泥盘，9-空气源热泵机组，10-空气源热泵循环管道，11-污泥，12-蓄热水箱，13-保温层，14-蓄热水箱支架，15-滚刀导轨支架，16-安装室，17-热端室，18-冷端室，19-热电制冷器，20-太阳能电池板，21-蓄电池，22-逆变器，23-空腔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-图2所示，该实施例中的一种太阳能空气源热泵污泥干化装置，包括：太阳能集热器1、干化温室3、滑块、铲刀驱动装置、滑块驱动装置、滚铲刀6、滚铲刀轨道7、污泥盘8、空气源热泵机组9、空气源热泵循环管道10、蓄热水箱12、蓄热水箱支架14、滚刀导轨支架15、热电制冷器19、太阳能电池板20、逆变器22及蓄电池21。
继续参考图1，滚刀导轨支架15和蓄热水箱12设于干化温室3内，蓄热水箱12通过蓄热水箱支架14设于滚刀导轨支架15上。干化温室3的顶部设有透明盖板5，太阳光可以通过透明盖板5射入干化温室3内，从而能够提高干化温室3的温度。滚铲刀轨道7设于滚刀导轨支架15上，滚铲刀6以可转动地设于滑块上，滑块以可来回滑动地设于滚铲刀轨道7上，如图1和图2中所示，滚铲刀轨道7分为左右两侧滚铲刀轨道7，滑块为两个，每个滑块可滑动地设于一个滚铲刀轨道7上，滚铲刀6的两端以可转动地对应一个滑块上。污泥盘8放置于蓄热水箱12上并位于滚铲刀6的下方，污泥11放置于污泥盘8内，蓄热水箱12外部设有保温层13。
继续参考图1和图2，铲刀驱动装置用于驱动滚铲刀6转动。该实施例中具体地，铲刀驱动装置为滚铲刀电机4，滚铲刀电机4固定于滑块上，滚铲刀电机4的转轴与滚铲刀6的端部连接（带传动或链条传动的方式）以带动滚铲刀6转动。滑块驱动装置用于驱动滑块沿滚铲刀轨道7来回滑动。该实施例中具体地，滑块驱动装置包括链条、两个齿轮及滑块电机，两个齿轮分别设于滚铲刀轨道7的两侧，链条设于两个齿轮上，链条的一侧与滑块连接，滑块电机驱动其中一个齿轮旋转，从而带动链条移动，进而带动滑块来回移动。滑块驱动装置优选为两套，分别用于驱动滚铲刀6的两端，以使滚铲刀6的两端同步带动。来回搅动污泥11，能够加快污泥11的干化时间。
继续参考图1，太阳能集热器1的太阳能集热循环管2和空气源热泵机组9的冷凝端延伸至蓄热水箱12内。该实施例中具体的，太阳能集热器1包括吸热板和设于吸热板背部的上循环管、下循环管及连接于上循环管和下循环管之间的多根支管，上循环管和下循环管通过太阳能集热循环管2连接。污泥盘8的侧壁设有空腔，干化温室3的侧壁开设有安装室，热电制冷器19设于安装室内，热电制冷器19的热端和冷端通过隔板分隔开以形成热端室17和冷端室18，热端位于干化温室3内侧，冷端位于干化温室3外部。热端室17通过管道分别延伸至污泥盘8空腔23和空气源热泵机组9的进风口处。通过热电制冷器19产生热量可通过管道传至污泥盘8空腔，可提高污泥盘8的温度，从而可加速污泥盘8内污泥的干燥速度。另外，通过管道也可将热电制冷器19产生的热量传输至空气源热泵机组9的进风口处，提高进入到空气源热泵机组9空气的温度，从而使空气源热泵机组9冷凝端获得更高的温度，加速蓄热水箱12内水的温度的提高。结合热电制冷器19产生的热量和冷量，大大提高了污泥干化的效率。
值得说明的是，热电制冷器19也被成为珀尔帖制冷器，是一种以半导体材料为基础，可以用作小型热泵的电子元件，通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端，此时，热电制冷器的一端温度就会降低，而另一端温度就会同时上升。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。
进一步参考图1，太阳能电池板20、蓄电池21、逆变器22及空气源热泵机组9依次连接，蓄电池21连接热电制冷器19，蓄电池21也用于为滚铲刀电机4和滑块电机提供电源，当然，该实施例中当蓄电池电量不足时，也可采用市电为蓄电池充电或者直接采用市电进行供电。另外，冷端室18通过管道延伸至太阳能电池板20的背部。利用热电制热器19产生的冷气为太阳能电池板20降温，提高了太阳能电池板20的发电效率，又进一步降低了干化装置的能耗。
该实施例中优选的，热电制冷器19和安装室16为多个，每个热电制冷器19设于一个安装室16内，热电制冷器19的热端和冷端通过隔板分隔开以形成热端室17和冷端室18，热端室17通过管道分别延伸至空腔23和空气源热泵机组9的进风口处。冷端室18通过管道延伸至太阳能电池板20的背部。因热电制冷器耗电量小，所以耗能小，因此采用多套热电制冷器，可进一步提高空气源热泵机组9的产热量、提高污泥盘的温度及降低太阳能电池板的温度，进一步提高了整个污泥干化装置的干化效果。
另外，还引入风力发电机，将风力发电机结合太阳能蓄电池为蓄电池充电，且因风力发电机可产生风力，为进一步优化干化效果，在风力发电机的风叶后端设于喇叭形的集风管，集风管的喇叭端对应风力发电机的风叶后端，并在污泥盘的空腔开设散热孔，利用管道连接集风管和安装室的热端室，此时，风力发电机产生的风力可将热端室的热量带到污泥盘的空腔内，可加速热端室的热量散热，从而进一步提高干化效果。
综上所述，本实施例中的太阳能空气源热泵污泥干化装置，结合清洁免费的太阳能和节能的空气源热泵加热水箱以对污泥进行干燥，同时加入热电制热器为空气源热泵提供更多空气热量和对污泥盘进行加热，再通过滚铲刀对污泥进行搅拌，使得污泥可快速被干燥，不仅环保，且大大降低能耗污泥干化过程的能耗。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (9)
1.一种太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，包括：太阳能集热器、干化温室、滚铲刀、滑块、铲刀驱动装置、滑块驱动装置、滚铲刀轨道、污泥盘、空气源热泵机组、空气源热泵循环管道、蓄热水箱、滚刀导轨支架、热电制冷器；
所述滚刀导轨支架和所述蓄热水箱设于所述干化温室内，所述滚铲刀轨道设于所述滚刀导轨支架上，所述滚铲刀以可转动地设于滑块上，所述滑块以可来回滑动地设于所述滚铲刀轨道上，所述污泥盘放置于所述蓄热水箱上并位于所述滚铲刀的下方，所述滑块驱动装置用于驱动所述滑块来回滑动，所述铲刀驱动装置用于驱动所述滚铲刀旋转；
所述太阳能集热器的太阳能集热循环管和空气源热泵机组的冷凝端延伸至所述蓄热水箱内；
所述污泥盘的侧壁设有空腔，所述干化温室的侧壁开设有安装室，所述热电制冷器设于所述安装室内，所述热电制冷器的热端和冷端通过隔板分隔开以形成热端室和冷端室，所述热端室通过管道分别延伸至所述空腔和所述空气源热泵机组的进风口处。
2.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，所述太阳能集热器1包括吸热板和设于所述吸热板背部的上循环管、下循环管及连接于上循环管和下循环管之间的多根支管，所述上循环管和下循环管通过所述太阳能集热循环管连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，所述热端位于所述干化温室内侧，所述冷端位于所述干化温室外部。
4.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，所述干化温室的顶部设有透明盖板。
5.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，还包括蓄热水箱支架，所述蓄热水箱通过所述蓄热水箱支架设于所述滚刀导轨支架上。
6.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，所述铲刀驱动装置为滚铲刀电机。
7.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，所述蓄热水箱外部设有保温层。
8.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，还包括太阳能电池板、逆变器及蓄电池，所述太阳能电池板、蓄电池、逆变器及空气源热泵机组依次连接，所述蓄电池连接所述热电制冷器，所述冷端室通过管道延伸至所述太阳能电池板的背部。
9.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵污泥干化装置，其特征在于，所述热电制冷器和安装室为多个，每个所述热电制冷器设于一个所述安装室内，所述热电制冷器的热端和冷端通过隔板分隔开以形成热端室和冷端室，所述热端室通过管道分别延伸至所述空腔和所述空气源热泵机组的进风口处。
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| Title |
|---|
| 徐政等: "光伏-热泵型与集热型太阳能污泥干化对比研究", 太阳能学报, vol. 41, no. 8, pages 186 - 191 * |
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