一种多功能太阳能热泵污泥干燥系统的制作方法

本实用新型属于新型污泥干燥装置技术领域，具体涉及一种多功能太阳能热泵污泥干燥系统。

背景技术：

人们的生活和工业生产是污水产生的主要来源。在污水处理的过程中会产生污泥。据统计，2015年我国城镇生活污水排放量为545亿吨，占全年污水排放总量的71.4％，而且每年在以6％的速度增长。污泥是污水处理后的附属品，是一种由有机残片，细菌菌体，无机颗粒，胶体等组成的极其复杂的非均质体。若污泥不经过处理直接排放到环境中会对土壤环境造成严重污染，污泥中含有的有毒有机物以及病原微生物会对土壤和地下水造成污染，而无机盐分会提高土壤的导电率，破坏植物的养分平衡，污泥当中重金属也会造成污染。绝大多数的污泥都需要通过焚烧的方式降低其对环境的污染。企业将污泥送到焚烧厂的处理成本按照重量计算，若不进行干燥处理会给中小企业带来了巨大的经济压力。

如何提高的干燥效率，降低污泥的含水率一直以来都是研究重点。常用的是太阳能空气集热系统和热泵系统。太阳能作为一种清洁能源，其利用技术已经比较成熟，太阳能空气集热系统与热泵系统的联合利用已逐渐发展用来干燥污泥。

专利CN108046565B公开了一种污泥干燥装置，该专利采用太阳能进行污泥干燥。该装置包括箱体，搅拌装置，循环加热系统，太阳能加热器，控制箱和输料装置。该装置以太阳能加热器为核心，其与循环加热泵相连通，搅拌装置设置在箱体内部，以增加污泥的干燥效果。太阳能加热器中的加热板和水箱相连通，太阳能加热器将进入的水温度加热到55-60℃之间，用来加热抽成真空的箱体内的污泥，污泥中的水在55度沸腾蒸发，通过抽空孔将水蒸气抽出，污泥干燥结束后，将干燥的污泥输出至指定位置，然后进行下一次的污泥干燥。该实用新型装置系统功能单一，仅适用于太阳辐照条件好的情况，在太阳辐照条件不好时，效果很差。

专利CN104129896B公开了一种污泥热泵干燥装置，该专利采用热泵进行污泥干燥。该装置的干燥箱内设置承载带，并且在箱内设置了驱动承载带运行的动力装置。热泵作为加热装置，其中设置风机，压缩机，主副冷凝器，蒸发器，膨胀阀。该装置在干燥箱的出口位置设置了除尘器与燃烧器，还加装了智能控制系统。从干燥箱中出来的湿热空气经过除尘器和风机作用，除去其夹带的泥尘，然后进入到热泵蒸发器中。湿热空气通过热泵蒸发器后，被冷却成冷干空气后通入主热泵冷凝器中，冷凝水通过热泵蒸发器的排水管排出。在主热泵冷凝器中，加热冷干空气，使冷干空气被加热成为热干空气，进入干燥箱内进行循环干燥。该实用新型装置耗电量大，运行成本偏高，且污泥干燥容量不可调，导致污泥的处理量及污泥适用范围窄。

专利CN100559103C公开了一种潮湿物料的干燥装置，包括一干燥机和热泵，干燥机内设有多层带式传送装置、风道及连接热泵的进出风道，干燥机的进料口上设有潮湿物料进给装置，出料口输出干燥物料，它设有太阳能空气集热器，在热泵上设有辅助进气口；太阳能空气集热器上设有风机，其出气口分别通过设有阀门的管道与热泵的辅助进气口、干燥机与热泵之间的进风道相连，其进气口分别通过设有阀门的管道与干燥机与热泵之间的出风道、外界相连，该实用新型同时利用了太阳能和热泵，但仍然无法根据光照情况来进行运行模式的调节。

综上，现有普通太阳能和/或热泵污泥干燥系统存在的缺陷为：(1)系统功能单一，如太阳能污泥干燥仅适用于太阳辐照条件好的情况，在太阳辐照条件不好时，效果很差；而单独的热泵污泥干燥耗电量大，运维成本偏高，二者组合的系统仍然无法根据光照情况来进行运行模式的调节；(2)污泥干燥容量不可调，导致污泥处理量及污泥适用范围窄，很多污泥会存在发热及热解的情况，导致市面上已有的热泵污泥干燥机组的设计值偏小，导致机组无法运行；使用大型机组又增加了投资及运行成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决上述问题而提供一种多功能太阳能热泵污泥干燥系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种多功能太阳能热泵污泥干燥系统，包括污泥干燥单元、太阳能空气集热器、空气-水换热器、蒸发器和冷凝器，各组件通过管路以及设于管路中的三通阀与电磁阀连接形成多个不同工作模式的污泥干燥子系统，包括：

由污泥干燥单元、空气-水换热器、太阳能空气集热器串联形成的太阳能空气集热干燥子系统；

由污泥干燥单元、蒸发器、冷凝器串联形成的热泵干燥子系统；

由污泥干燥单元、蒸发器、太阳能空气集热器、冷凝器串联形成的太阳能空气集热与热泵串联干燥子系统；

由太阳能空气集热干燥子系统与热泵干燥子系统并联形成的太阳能空气集热与热泵并联干燥子系统。

进一步地，所述污泥干燥单元包括用于放置湿污泥的干燥箱以及将热空气引入干燥箱的风机。

进一步地，所述干燥箱包括设有进风口和出风口的箱体，所述箱体内设置物料板。

进一步地，所述箱体内在进风口处设置均风板，均风板使干燥箱内空气流动均匀，保证了污泥可以被干燥均匀，所述均风板远离物料板设置，以防有干燥后的污泥颗粒阻塞匀风板。

进一步地，所述进风口和出风口数量为多个。

进一步地，所述太阳能空气集热器连接冷却塔。

进一步地，所述太阳能空气集热器自上而下依次设置玻璃盖板、选择性吸热板和保温层，所述太阳能空气集热器内空气的进出口可在同一侧或是两侧。

进一步地，所述选择性吸热板表面上装有翅片，太阳能空气集热器内空气流动方向平行于翅片。

进一步地，所述蒸发器和冷凝器之间设有压缩机和膨胀阀，所述蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀组成热泵加热单元。

进一步地，该系统中设有四个三通阀和两个电磁阀，并通过三通阀和电磁阀的开关组合进行运行模式的切换，其中，所述三通阀分别设于太阳能空气集热器的出入口处、冷凝器的出口处以及空气-水换热器的入口处；所述电磁阀分别设于空气-水换热器出口的连接管道和蒸发器进口的连接管道上。

本系统的具体工作原理为：

1、光照充足时，采用太阳能空气集热干燥子系统，开启太阳能空气集热干燥子系统，将三通阀和电磁阀开启，将需要干燥的污泥平铺于干燥箱的物料架上。装置开启时，通入装置内的新风通入太阳能空气集热器，在吸收太阳辐射后不断升温，在达到干燥所需的温度时，由通风管道借由风机进入干燥箱内，通过匀风板均匀的在污泥表面流动，由出风口导出，从通风管道进入气水换热器中，冷却塔中的水进入气水换热器与中温高湿的空气换热析出水分，低温低湿的空气进入太阳能空气集热器被加热成高温低湿的热空气，再送入干燥箱中干燥污泥。

2、没有光照时，采用热泵干燥子系统，开启热泵干燥子系统，打开电磁阀和三通阀，关闭太阳能空气集热干燥子系统，污泥置于干燥箱内并且将新风通入装置中之后，装置启动，热泵干燥子系统将新风加热成高温低湿的空气，通入干燥箱内。从干燥箱内出来的中温高湿的空气，进入热泵干燥子系统，在蒸发器内，空气与低压液态冷媒进行换热，变成低温低湿的空气，通入冷凝器内，与高温高压的冷媒蒸汽进行换热，变成高温低湿的空气，由风机通入干燥箱，进行循环干燥。

3、有光照但光照不充足或处于变化状态时，可根据需要采用太阳能空气集热与热泵串联干燥子系统，或太阳能空气集热与热泵并联干燥子系统。

该模式下系统功率可调，热泵干燥子系统和太阳能集热子系统通过串、并联实现容量可调，具体为：

当太阳条件好时，可将热泵干燥子系统和太阳能空气集热干燥子系统同时并联运行，此时系统具有最大的干燥容量，热泵干燥子系统和太阳能空气集热干燥子系统分别按照各自设计功率及运行模式独立运行。

当太阳条件一般时，热泵干燥子系统和太阳能空气集热干燥子系统串联运行，系统总功率介于二者之间，并且可根据辐照条件或是污泥的量进行调节。

太阳能空气集热干燥子系统与热泵干燥子系统将新风加热成高温空气，通入干燥箱内。从干燥箱内出来的中温高湿的空气，根据光照条件调节进入太阳能空气集热干燥子系统的空气，空气经由通风管道进入气水换热器中，冷却塔中的水进入气水换热器与中温高湿的空气换热析出水分，低温低湿的空气进入太阳能空气集热器5被加热成高温低湿的热空气；

另一部分进入热泵干燥子系统，在蒸发器内，空气与低压液态冷媒进行换热，变成低温低湿的空气，部分低温低湿的空气由通风管道送入太阳能空气集热器进行加热，后进入冷凝器内，完成二次加热，与高温高压的冷媒蒸汽进行换热，变成高温低湿的空气，与从太阳能空气集热干燥子系统出来的高温低湿的空气进行混合，由风机通入干燥箱，进行循环干燥。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型在空气-水换热器出口的风管和蒸发器进口的风管上分别设置有电磁阀，根据光照条件的不同，调节进入太阳能集热器和蒸发器的空气量，保证从冷凝器出口的空气温度与集热器出口的温度相差不大，将太阳能、热泵与污泥干燥结合，三者可互利互补，共同实现性能的提高，增加系统功率的可调节性，降低系统的能耗。

2、本实用新型在太阳能空气集热器的选择性吸热板上设置翅片，空气沿着翅片排列的方向通入集热器，加强了空气的换热效果。

3、干燥箱内设置匀风板，箱内空气流动的均匀，保证了污泥可以均匀被干燥。

附图说明

图1为多功能太阳能热泵污泥干燥系统的结构示意图；

图2为太阳能空气集热器的结构示意图；

图3为干燥箱的结构示意图；

图4-7为不同工作模式的系统示意图；

图中：1-压缩机；2-膨胀阀；3-蒸发器；4-冷凝器；5-太阳能空气集热器；6-风机；7-干燥箱；8-冷却塔；9-空气-水换热器；10-翅片；11-玻璃盖板；12-选择性吸热板；13-保温层；14-出风口；15-物料板；16-进风口；17-匀风板；V1、V2、V3、V4-三通阀；S1、S2-电磁阀；h1-冷媒管道；h2-水管道；h3-通风管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

多功能太阳能热泵污泥干燥系统，其结构如图1所示，主要包括压缩机1、膨胀阀2、蒸发器3、冷凝器4、太阳能空气集热器5、风机6、干燥箱7、冷却塔8和空气-水换热器9等组件，还有相应的连接管道与控制部件。

其中，压缩机1为直流压缩机，与膨胀阀2、蒸发器3、冷凝器4和冷媒管道h1等组成了热泵加热单元；太阳空气能集热器5、冷却塔8、空气-水换热器9、水管道h2和通风管道h3等组件组成了太阳能空气集热子系统；风机6、干燥箱7和通风管道h3等组件组成了污泥干燥单元。风机6与干燥箱7相连，空气-水换热器9与冷却塔8由水管道h2相连，空气-水换热器9的出口处由通风管道h3与太阳能空气集热器5相连，太阳能空气集热器5的出口处由通风管道h3与风机6相连。蒸发器3与冷凝器4由通风管道h3直接相连，蒸发器3、太阳能空气集热器5、冷凝器4通过通风管道h3相连，促使空气进行二次加热。蒸发器3，压缩机1，冷凝器4，膨胀阀2，按冷媒流动方向通过冷媒管道h1相连。空气与冷媒在蒸发器3和冷凝器4中进行换热。

在冷凝器4的出口位置设置了三通阀V1，在太阳能空气集热器5与蒸发器3和冷凝器4的循环通风管道h3中设置了三通阀V3和三通阀V2，太阳能空气集热器5的出口处设置了三通阀V2，空气-水换热器9的入口处设置了三通阀V4，空气-水换热器9与太阳能集热器5相连的通风管道h3上设置了电磁阀S2，蒸发器3的入口处设置了电磁阀S1，从而方便对上述组件和流量调节实现实时控制。

太阳能空气集热器5的结构，如图2所示，由自上而下依次设置的玻璃盖板11，选择性吸热板12，翅片10，保温层13组成。空气的流动方向沿着翅片的方向。干燥箱7的结构如图3所示，从左至右设置进风口16，匀风板17，物料板15，出风口14。物料架15应远离匀风板17放置，以防有干燥后的污泥颗粒阻塞匀风板17。

如图4所示，当光照充足时，此时开启太阳能空气集热干燥子系统，关闭热泵干燥子系统，将三通阀V1～V4和电磁阀S2开启。将需要干燥的污泥平铺于干燥箱7的物料架15上。装置开启时，通入系统内的新风通入太阳能空气集热器5，在吸收太阳辐射后不断升温，在达到干燥所需的温度时，由通风管道h3借由风机6进入干燥箱7内，通过匀风板17均匀的在污泥表面流动，由出风口14导出，从通风管道h3进入空气-水换热器9中，冷却塔8中的水进入空气-水换热器9与中温高湿的空气换热析出水分，低温低湿的空气进入太阳能空气集热器5被加热成高温低湿的热空气，在送入干燥箱7中干燥污泥，此为太阳能污泥干燥模式。

实施例2

多功能太阳能热泵污泥干燥系统的组成介绍详见实施例1。当没有光照时，此时开启热泵干燥子系统，如图5，打开电磁阀S1和三通阀V1，关闭太阳能空气集热干燥子系统。污泥置于干燥箱7内并且将新风通入装置中之后，系统启动，热泵干燥子系统将新风加热成高温低湿的空气，通入干燥箱7内。从干燥箱7内出来的中温高湿的空气，进入热泵干燥子系统，在蒸发器3内，空气与低压液态冷媒进行换热，变成低温低湿的空气，通入冷凝器4内，与高温高压的冷媒蒸汽进行换热，变成高温低湿的空气，由风机6通入干燥箱7，进行循环干燥，此为热泵污泥干燥模式。

实施例3

多功能太阳能热泵污泥干燥系统的组成介绍详见实施例1。

本实施例为热泵干燥子系统和太阳能集热子系统通过串、并联，此模式下系统功率可调。

太阳条件好时，可将热泵干燥子系统和太阳能空气集热干燥子系统同时并联运行，如图6，此时系统具有最大的干燥容量；此时热泵干燥子系统和太阳能空气集热干燥子系统分别按照各自设计功率及运行模式独立运行。当太阳条件一般时，太阳能污泥干燥和热泵污泥干燥是串联运行模式，如图7，系统总功率介于二者之间，并且可根据辐照条件或是污泥的量进行调节。

当光照不充足，此时将所有电磁阀和三通阀同时打开。污泥置于干燥箱7内并且将新风通入装置中之后，系统启动，太阳能空气集热干燥子系统与热泵干燥子系统将新风加热成高温空气，通入干燥箱7内。从干燥箱7内出来的中温高湿的空气，根据光照条件调节进入太阳能空气集热干燥子系统的空气，空气经由通风管道h3进入空气-水换热器9中，冷却塔8中的水进入空气-水换热器9与中温高湿的空气换热析出水分，低温低湿的空气进入太阳能空气集热器5被加热成高温低湿的热空气；另一部分进入热泵干燥子系统，在蒸发器3内，空气与低压液态冷媒进行换热，变成低温低湿的空气，部分低温低湿的空气由通风管道h3送入太阳能空气集热器5进行加热，后进入冷凝器4内，完成二次加热，与高温高压的冷媒蒸汽进行换热，变成高温低湿的空气，与从太阳能空气集热干燥子系统出来的高温低湿的空气进行混合，由风机6通入干燥箱7，进行循环干燥。

在太阳能空气集热器5中，在选择性吸热板上设置了翅片10，用来加强传热过程，太阳辐射首先照到玻璃盖板11上，通过玻璃盖板11与中间的空气层后，被选择性吸热板12所吸收，转化成热能储存在选择性吸热板12内，低温低湿的空气从进风口沿着翅片10的方向进入太阳能空气集热器5，流过选择性吸热板12时，吸收选择性吸热板12中的热量而使得温度升高。

本实用新型主要是为体现太阳能、热泵与污泥干燥的结合，结合后的三者可以互利互补，共同实现的性能提高，增加系统功率的可调节性，降低系统的能耗，本实用新型主要是体现三者结合的理念。冷却塔的设立是为了在太阳能系统中辅助换热设备。因此所有在污泥干燥-太阳能热泵系统结合为核心上的小改动(如更改干燥箱的出风方式、更改干燥箱内污泥的布置方式、更改干燥箱形式、改变压缩机或是太阳能空气集热器的类型等)均在本实用新型专利保护范围内。