一种采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置及方法与流程

本发明属于环保领域，涉及一种采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置及方法。

背景技术：

随着人们生活水平不断的提高，餐厨垃圾的排放量日益增大。大量的餐厨垃圾即带来了严重的污染，又造成了巨大的浪费，给环境保护带来很大的困扰。只有将这些含有丰富生物质的餐厨垃圾进一步资源化利用，才能利于环境保护，并可增加人类对可再生资源的利用程度，符合可持续发展、循环经济的发展方向

目前的厨厨垃圾的处理技术主要有：填埋处理、焚烧处理、饲料化处理、厌氧发酵处理、好氧堆肥处理、好氧微生物处理等。

好氧微生物处理技术是比较常用一种，有较成熟的处理技术。但无论是饲料化处理，还是好氧堆肥处理。现有处理技术中，整个过程都需要脱水、除湿或者烘干来达到含水率的最大减量。

现有餐厨处理脱水减量的方法多数是在餐厨垃圾发酵的过程：通过排水或者加热到达热气化换气的方式，进行减量脱水。一般餐厨垃圾会先通过前处理，如通过粉碎、挤压处理，将餐厨垃圾含水率降至菌种发酵接近的含水率后(如上海乾界生物科技有限公司的微生态菌剂中的b型菌剂，发酵最佳含水率为50％-60％)。再送入餐厨处理设备的发酵仓进行发酵，发酵仓设有仓体加热源对其加热至菌种所需的发酵温度，让餐厨垃圾在一定的含水率、温度条件下进行发酵。发酵过程中产生的水分一般有两种处理方式：第一种是直接排水。将发酵过程产生的水分直接出后，抽至油水分离装备再进行水处理。第二种是热气化。通过加热发酵仓的空气，使空气在高温的环境下相对湿度达到浓度后，开启换气阀，将高湿度的发酵仓空气排出仓外，再通过除臭系统进行气体排放处理。

但现有的两种除湿技术都存在缺点：

1、排水方式会产二次污染，即使再通过油水分离等水处理，排水减量还是有限的，达到真正减量的效果，多数情况下还是要配合第二种方式，技术缺点是：产生二次污染、处理周期变长、涉及的设备繁多，处理工序复杂，设备成本高，后运营成本高等缺点。

2、是直接加热发酵仓的物料或者空气，让水分通过空气湿度排出来仓外的热气化过程，排出来的气体再通过除臭设备进行处理，如uv紫外线除臭、等离子除臭、喷淋塔除臭等。技术缺点是：增加设备、增加处理成本、增加能耗；而且除臭处理后的气体对周围环境造成影响，容易招致周边居民的投诉。

空气能热泵系统有着超高的能效比(cop)，节能环保而得到越来越多的关注与应用。常规的空气能热泵绝大多数是用来制造热水或者热风，多用于采暖、制冷、热水等应该场景。现有技术中的空气能热泵结构参见图1：包括空气能热泵压缩机16、水-氟冷凝器2(包括：套管式换热器、板式换热器、管壳式换热器器、螺旋壳管式换热器)、电子膨胀阀3、风-氟蒸发器17、四通阀5、储液罐6、气液分离器7、高压阀8、高压表9、低压阀10、低压表11、过滤器18和控制板等组成。

工作原理如下：空气能热泵压缩机16压缩系统管道里冷媒(工质)，冷媒在空气能热泵压缩机16的高压下转为高温液态状流向四通阀5的输入端，从输出端流出经过高压保护阀8与高压表9(高压保护阀超高压保护作用，高压表起监测作用)后，将热量送到水-氟冷凝器2，使水-氟冷凝器2产生高温热量，此时可通过水或者风将高温的水-氟冷凝器2的热量进行利用，如水流过水-氟冷凝器2变成热水，风流过水-氟冷凝器2变成热风。释放热量后的冷媒由水-氟冷凝器2输出经过储液罐6(储液罐起补充冷媒作用)、过滤器18后送至电子膨胀阀3，在电子膨胀阀3闸流的作用下失压变成低温低压气体。低温低压气体进入风-氟蒸发器17，将风-氟蒸发器17的热量吸走使风-氟蒸发器17温度降低，此时风-氟蒸发器17通过风扇迅速向空气中吸收热量(风扇的风经过风-氟蒸发器17后变成冷风可用于制冷)。冷媒通过风-氟蒸发器17吸收热量后的低压冷媒经过低压阀10(低压保护作用)、低压表9(低压监测作用)后，送至四通阀5的另一组输入端，再由另一组输出经气液分离器7，回流至空气能热泵压缩机16重复新一轮的压缩。周而复始，就是通过风-氟蒸发器17不断的吸收空气中的热量后，将热量送到水-氟冷凝器2，为应该用场景提供热量。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用空气能给餐厨垃圾发酵仓进行烘干除湿的装置，能效比(或者说热效率，cop)比现有的处理加热技术高出4-5倍，空气能加热超高的cop对运营成本的降低是一种至关重要的技术环节，特别是本设置采用的是闭环式烘干除湿，不需要对外排气，通过冷却高温气体，降低湿度，将高湿度的发酵仓气体通过冷却为冷凝水后排出。形成餐厨垃圾中的水分-水蒸气-冷凝水的热气化冷凝过程，实现零排放，不排臭气，亦无需大量投入除臭设备。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置，包括相连的烘干除湿部和水-水空气能热泵，其中，

所述烘干除湿部环绕发酵仓的外壁，从发酵仓进风口至发酵仓出风口，烘干除湿部包括除湿冷凝器、除湿冷凝进水口、除湿冷凝出水口、冷凝温感器、冷凝水排水口、烘干发热器、烘干发热进水口、烘干发热出水口和烘干温感器；除湿冷凝器设置在发酵仓出风口，烘干发热器设置在发酵仓进风口，对进入发酵仓的气体进行烘干加热，除湿冷凝器设置在发酵仓出风口，对排出发酵仓的气体进行冷凝除湿，冷凝温感器对发酵仓出风口的气体温度进行检测，烘干温感器对发酵仓进风口的气体温度进行检测；

所述水-水空气能热泵包括水-氟冷凝器、水-氟蒸发器和变频压缩机，水-氟冷凝器为烘干发热器提供热源，水-氟蒸发器为除湿冷凝器提供冷源，水-氟冷凝器出水口与烘干发热进水口连接，水-氟冷凝器进水口与烘干发热出水口连接，水-氟蒸发器出水口与除湿冷凝进水口连接，水-氟蒸发器进水口与除湿冷凝出水口连接，变频压缩机根据冷凝温感器和烘干温感器检测的温度差调整工作频率，改变水-水空气能热泵的输出功率。

优选地，所述烘干除湿部的侧截面形状由上至下为大长方形、倒梯形和小长方形，所述大长方形的长边长度与倒梯形的长边长度相同，所述小长方形的长边长度与倒梯形的短边长度相同。

优选地，还包括冷凝循环水泵和烘干循环水泵，所述冷凝循环水泵设置在除湿冷凝出水口与水-氟蒸发器进水口之间，所述烘干循环水泵设置在烘干发热出水口与水-氟冷凝器进水口之间。

优选地，所述冷凝循环水泵旁设置冷凝水路液位器，以补充除湿冷凝器输出的冷凝水液位。

优选地，所述烘干循环水泵旁设置烘干水路液位器，以补充烘干发热器输出的水液位。

优选地，所述烘干除湿部还包括外循环换气门和外循环换气执行器，设置在发酵仓下侧外壁处。

优选地，所述烘干除湿部还包括增压风机和增压转叶，设置在发酵仓下侧外壁处。

基于上述目的，本发明还提供了一种采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿方法，采用上述装置，包括以下步骤：

s10，水-水空气能热泵启动工作：变频压缩机对水-水空气能热泵内的冷媒做功产生压力，冷媒在压力下，形成高压高温的液态体，高温液态冷媒由压缩机上端输出将热量送至水-氟冷凝器，在水-氟冷凝器产生热源，热源在水-氟冷凝器释放热量后，低温的气态冷媒流入水-氟蒸发器，在水-氟蒸发器产生冷源，通过水-氟蒸发器吸收热量后，气态冷媒回流至变频压缩机，重复进行下一轮压缩工作；

s20，水-氟冷凝器为烘干发热器提供热量：水-氟冷凝器产生的热源由水-氟冷凝器出水口输出，向烘干发热进水口输入热水，为烘干发热器提供高温热量，高温热量在烘干发热器释放后，温度降低的热水由烘干发热出水口输出，回流至水-氟冷凝器进水口；

s30，水-氟蒸发器为除湿冷凝器提供冷量：水-氟蒸发器产生的冷源由水-氟蒸发器出水口输出，向除湿冷凝进水口输入冷水，为除湿冷凝器提供低温冷量，低温冷源对发酵仓输出的高温湿润空气吸热后，温度上升的冷水由除湿冷凝出水口输出，回流至水-氟蒸发器进水口；

s40，发酵仓内高温湿润的气体在增压风扇的作用下形成对流，气体由发酵仓出风口输出，经过除湿冷凝器，骤然遇冷结露成水，降低湿度，经发酵仓外壁的除湿风道再经过烘干发热器，被烘干发热器加热烘干后，由发酵仓进风口分散进入发酵仓内，形成气流，除湿冷凝器形成的冷凝水珠在重力与气流作用下沿除湿风道流到风道的最低处，由冷凝水排水口排出；

重复s40，形成发酵仓输出气体冷凝、输入气体加热的循环过程，对发酵仓内气体进行不断的冷凝与烘干，从而将发酵仓里的水分通过冷凝方式排出。

优选地，在所述s40的过程中，通过控制外循环换气执行器打开外循环换气门，让发酵仓内与仓外进行换气。

优选地，在所述s40的过程中，根据烘干温感器与冷凝温感器之间的温差，结合露点形成参数调整控制变频压缩机的工作频率，从而控制水-水空气能热泵的输出功率，从而控制烘干加热器与除湿冷凝器之间的温差。

与现有技术相比，本发明至少有以下有益效果：

1.在餐厨垃圾处理过程除补充氧气外，无其他臭气排放。更加环保，无排放，无污染，能源清洁；更适合餐厨垃圾处理的环保理念；

2.通过除湿冷凝器排出的大量蒸馏水可以循环利用，可以用来洗漱卫生器具、下水道等，减少后期的整个运维成本；

3.减少餐厨垃圾处理配套设备，原传统的餐厨垃圾处理方式，在气体除臭方面需要配套uv光氧、喷淋塔、等离子等复杂的除臭设备，而且运营过程这些设备也需要消耗大量电能；本发明只需配备一个简单的等离子除臭(短暂换气使用)就可以完成，节约成本，还减少后期的运营成本(维护费与电费)；

4.双重节能，加热的空气热量再被回收回去重新加热，整个闭环过程可以让空气能热泵的cop提高到传统设备的4-5倍；

举例说明：现有技术中2吨餐厨垃圾处理设备发酵仓的加热装置采用的是4根4kw的电丝加热棒通过加物料产生热气化排出，此加热棒的能效比约0.9，制热量相当于：4*4*0.9＝14.4kw。

而本发明采用7p的水-水空气能热泵，其制热能效比最高可达到4.0，制冷能将比达到3.6，理论上功耗为1p约等于900w，7p水-水空气能热泵总功耗约为6.3kw，其理论的最高制热/制冷量相当于：6.3*4.0＝25.2kw；6.3*3.6＝22.68kw。

理论热气化功耗是现有技术餐厨垃圾处理设备的39.3％，而理论除湿量却是现有技术设备的141％。

5.形成闭环环境，不受环保温度影响；水-水空气能热泵的效能会受到环境温度影响，环境温度越低，制热效果越不理想；环境温度越高，制冷效果越不理想。但本发明改变了环境温度对水-水空气能热泵的影响，烘干除湿部与发酵仓外壁之间形成的除湿风道构成闭环，其环境温度只受发酵仓内温度影响，而发酵仓内部加热至一定温度后，水-水空气能热泵以发酵仓内温度为运行环境温度恒定工作，而不受环境温度影响，配合适当的菌种发酵温度，让水-水空气能热泵在更合适的环境温度下工作。

附图说明

图1为现有技术中空气能热泵结构示意图；

图2为本发明装置具体实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置的结构框图；

图3为本发明装置具体实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置的水-水空气能热泵结构示意图；

图4为本发明装置具体实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置的结构示意图；

图5为本发明装置具体实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置的发酵仓俯视结构示意图；

图6为本发明装置具体实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置的发酵仓侧视结构示意图；

图7为本发明装置具体实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置的发酵仓截面结构示意图；

图8为本发明方法实施例的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

装置实施例1

参见图2-图4，本发明实施例的一种采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置包括相连的烘干除湿部88和水-水空气能热泵30，其中，

烘干除湿部88环绕发酵仓66的外壁，从发酵仓进风口25至发酵仓出风口22，烘干除湿部88包括除湿冷凝器21、除湿冷凝进水口24、除湿冷凝出水口20、冷凝温感器23、冷凝水排水口35、烘干发热器26、烘干发热进水口33、烘干发热出水口27和烘干温感器34；除湿冷凝器21设置在发酵仓出风口22，烘干发热器26设置在发酵仓进风口25，对进入发酵仓66的气体进行烘干加热，除湿冷凝器21设置在发酵仓出风口22，对排出发酵仓66的气体进行冷凝除湿，冷凝温感器23对发酵仓出风口22的气体温度进行检测，烘干温感器34对发酵仓进风口25的气体温度进行检测；

水-水空气能热泵30包括水-氟冷凝器2、水-氟蒸发器4和变频压缩机1，水-氟冷凝器2为烘干发热器26提供热源，水-氟蒸发器4为除湿冷凝器21提供冷源，水-氟冷凝器出水口12与烘干发热进水口33连接，水-氟冷凝器进水口13与烘干发热出水口27连接，水-氟蒸发器出水口14与除湿冷凝进水口24连接，水-氟蒸发器进水口15与除湿冷凝出水口20连接，变频压缩机1根据冷凝温感器23和烘干温感器34检测的温度差调整工作频率，改变水-水空气能热泵30的输出功率。

水-水空气能热泵30的水-氟冷凝器2、水-氟蒸发器4都采用了水-氟换热器，水-氟换热器包括套管式换热器、板式换热器、管壳式换热器器、螺旋壳管式换热器等，其中换热效率较好的属板式换热器中的钎焊式换热器，具体实施例中可采用钎焊式换热器，钎焊式换热器导热系数可达到2000-6000w/m²·℃，其他部件与现有技术空气能热泵相同，包括电子膨胀阀3、四通阀5、储液罐6、气液分离器7、高压阀8、高压表9、低压阀10、低压表11、过滤器18、变频驱动板、控制板等。

具体实施例中，还包括冷凝循环水泵31和烘干循环水泵29，冷凝循环水泵31设置在除湿冷凝出水口20与水-氟蒸发器4进水口之间，烘干循环水泵29设置在烘干发热出水口27与水-氟冷凝器2进水口之间。

冷凝循环水泵31旁设置冷凝水路液位器32，以补充冷凝传输通道中载热介质与监测介质液位。

烘干循环水泵29旁设置烘干水路液位器28，以补充烘干传输通道中载热介质与监测介质液位。

装置实施例2

参见图5-图7，进一步地，烘干除湿部88的侧截面形状由上至下为大长方形、倒梯形和小长方形，所述大长方形的长边长度与倒梯形的长边长度相同，所述小长方形的长边长度与倒梯形的短边长度相同。

烘干除湿部88还包括外循环换气门57和外循环换气执行器46，设置在发酵仓66下侧外壁处。烘干除湿部88还包括增压风机48和增压转叶55，设置在发酵仓66下侧外壁处。

通过上述设置，水-水空气能热泵30开始工作时，变频压缩机1对水-水空气能热泵30中的冷媒做功产生压力，冷媒在压力下，形成高压高温的液态体，高温液态冷媒由变频压缩机1上端输出经过高压保护阀8、高压表9，流经四通阀5后，将热量送至水-氟冷凝器2，在水-氟冷凝器2产生热源，热源在水-氟冷凝器2释放热量后，经过储液罐6、过滤器18后，温度降低的液态冷媒被送到电子膨胀阀3；在电子膨胀阀3闸流作用下失压，变化成低压低温的气态冷媒，低温的液态冷媒流入水-氟蒸发器4，在水-氟蒸发器4产生冷源，通过水-氟蒸发器4吸收热量后气态冷媒流经四通阀5的另一组通道后，经过低压保护阀10、低压表11、气液分离器7回流至变频压缩机1，重新下一轮压缩工作。周而复始，在其水-氟冷凝器2上产生热量(热源)，水-氟蒸发器4上产生冷量(冷源)；控制变频压缩机1的工作频率，可改变水-水空气能热泵30的输出功率，从而控制热源与冷源之间温度差，让烘干除湿部88工作在最佳的露点温差下，既节能又高效。

水-氟冷凝器产生的热源在烘干循环水泵29作用下，通过水-氟冷凝器出水口12输出，以热水的方式与烘干发热进水口33对接，将热量送入烘干发热器26，在烘干发热器26产生高温热量，高温热量在烘干发热器26释放后，温度降低的热水由烘干发热出水口27输出，经过烘干水路液位器后，由烘干循环水泵29抽回至水-氟冷凝器进水口13，回流至水-水空气能热泵30的水-氟冷凝器2。如此不断的给烘干发热器26提供源源不断的烘干热量。

水-氟蒸发器产生的冷源在冷凝循环水泵31作用下，通过水-氟蒸发器出水口14输出，以冷水的方式与除湿冷凝进水口24对接，将冷量送入除湿冷凝器21，在除湿冷凝器21产生低温冷源；低温冷源对发酵仓66高温湿润气体吸热后，温度上升的冷水由除湿冷凝出水口20输出，经过冷凝水路液位器32后，由冷凝循环水泵31抽回至水-氟蒸发器进水口15，回流至水-水空气能热泵30的水-氟蒸发器4。如此不断的给除湿冷凝器21提供源源不断的除湿冷量。

烘干除湿部88在发酵仓66外设置的除湿风道47，在增压电机48与增压转叶55的作用下，除湿风道47与发酵仓66内之间形成循环对流。发酵仓66内物料根据发酵菌种的要求通过底部加热装置加热至菌种所需的温度。

发酵仓66内气体在对流作用下，气体由除湿风道47穿过烘干发热器26，被烘干发热器26加热后通过发酵仓进风口25分散的进入发酵仓66内，形成气流。在发酵仓进风导向板49的导向下，气流沿仓壁向下顺着发酵仓66空气流向41的方向接触发酵仓66内的物料及搅拌机构。高温的气流在接触仓内含水的物料后，气流湿度不断上升，湿度上升至一定程度后的气流在发酵仓出风导向板44作用下顺着发酵仓66空气流向41的方向，沿仓壁经过发酵仓出风口22分散排出发酵仓66。高湿度的气流排出发酵仓66后穿过除湿冷凝器21时，气流骤然遇冷在除湿冷凝器21形成水分，水分会积少成多形容水珠(变成蒸馏水)，水珠会在重力与气流作用下沿除湿风道47流到风道的最低处，蒸馏水会由冷凝水排水口35排出仓外。

被除湿冷凝器21降湿降温后的气流，顺着除湿风道流向45的方向沿着除湿风道47流向增压转叶55，增压转叶55在增压电机48带动下高速旋转增加风压。增加风压的气流顺着除湿风道流向45的方向沿着除湿风道47流回烘干发热器26重新加热。重复形成发酵仓66内的气流通过加热-冷却的循环过程，不断的冷凝发酵仓66内的水分，达到烘干除湿的目的。

方法实施例1

参见图8，一种采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿方法，采用上述提供的采用空气能热泵的餐厨垃圾发酵仓烘干除湿装置，包括以下步骤：

s10，水-水空气能热泵启动工作：变频压缩机对水-水空气能热泵内的冷媒做功产生压力，冷媒在压力下，形成高压高温的液态体，高温液态冷媒由压缩机上端输出将热量送至水-氟冷凝器，在水-氟冷凝器产生热源，热源在水-氟冷凝器释放热量后，冷媒经过电子膨胀阀，在膨胀阀节流降压下，转了低温低压气态冷媒。低温气态冷媒流入水-氟蒸发器，在水-氟蒸发器产生冷源，通过水-氟蒸发器吸收热量后，气态冷媒回流至变频压缩机，重复进行下一轮压缩工作；

s20，水-氟冷凝器为烘干发热器提供热量：水-氟冷凝器产生的热源由水-氟冷凝器出水口输出，向烘干发热进水口输入热水，为烘干发热器提供高温热量，高温热量在烘干发热器释放后，温度降低的热水由烘干发热出水口输出，回流至水-氟冷凝器进水口；

s30，水-氟蒸发器为除湿冷凝器提供冷量：水-氟蒸发器产生的冷源由水-氟蒸发器出水口输出，向除湿冷凝进水口输入冷水，为除湿冷凝器提供低温冷量，低温冷源对发酵仓输出的高温湿润空气吸热后，温度上升的冷水由除湿冷凝出水口输出，回流至水-氟蒸发器进水口；

s40，发酵仓内高温湿润的气体在增压风扇的作用下形成对流，气体由发酵仓出风口输出，经过除湿冷凝器，骤然遇冷结露成水，降低湿度，经发酵仓外壁的除湿风道再经过烘干发热器，被烘干发热器加热烘干后，由发酵仓进风口分散进入发酵仓内，形成气流，除湿冷凝器形成的冷凝水珠在重力与气流作用下沿除湿风道流到风道的最低处，由冷凝水排水口排出；

重复s40，形成发酵仓输出气体冷凝、输入气体加热的循环过程，对发酵仓内气体进行不断的冷凝与烘干，从而将发酵仓里的水分通过冷凝方式排出。

方法实施例2

进一度地，在s40的过程中，通过控制外循环换气执行器打开外循环换气门，让发酵仓内与仓外进行换气。由于发酵的过程需要一定的氧气，通过控制外循环换气执行器打开外循环换气门，让发酵仓内与仓外进行换气，外循环换气执行器与外循环换气门组成半换气方式，换气时间很短，换气完毕后关闭外循环换气门，该二者形成的换气结构还有调节烘干除湿部的冷热风温差的作用。

方法实施例3

进一步地，在s40的过程中，根据烘干温感器与冷凝温感器之间的温差，结合露点形成参数调整控制变频压缩机的工作频率，从而控制水-水空气能热泵的输出功率，达到控制烘干发热器与除湿冷凝器之间的温差，让装置工作在最佳除湿状态下的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。