CN111330949A - 一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置及方法，属于电气领域。本发明云端处理软件通过无线网络与主动式相变储热设备和垃圾处理装置连接，垃圾处理装置和主动式相变储热设备通过电缆和风道相连；发酵室通过转轴固定在支架内，支架的外侧固定有现场控制器，发酵室的外表有一层相变材料外壳，发酵室的中间横放有一条加热器，发酵室的上下两端分别设有进风口/进料口和出风口/出料口。本发明基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置结构简单，耗能低；主动式相变储热设备的存在，将热能转化为电能，为垃圾处理装置供电，多余的热量存储在相变材料中，大大减小了功耗并提高了效率，运行成本相比焚烧垃圾低得多。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置及方法，属于物联网领域。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的加快，城市生产生活过程中产生的垃圾废物也日益增多。城市生活垃圾的大量增加，使垃圾处理日趋困难，由此而来的环境污染等问题逐渐引起社会各界的广泛关注。近年来，我国政府高度重视环境保护问题，生活垃圾处理和污染防治工作取得了长足发展。然而，在我国城市生活垃圾产生量不断增长的同时，生活垃圾分类、回收和处理能力与水平发展相对滞后，城市生活垃圾问题愈加突出，亟需采取措施加以解决。
目前，我国处理城市垃圾生活垃圾的主要方式是填埋、焚烧和堆肥三种方式，他们都存在着各自的局限性，因此，急需新型高效的垃圾处理装置。本申请的旨在发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，利用主动相变储热装置将得到的热能存储起来，并转换成电能供给垃圾处理的主体设备，提高能量的利用率。
《垃圾无需分类的热能转换处理技术》(环境保护，2001年12月)：文中介绍一种热能转换机，它利用高温处理垃圾废物。《垃圾无需分类的热能转换处理技术》一文中提到的热能转化技术需要1700摄氏度的高温，非常耗能，成本很高。
《主动式相变储热装置蓄/放热特性实验》(科技导报，2011年11月，张泠，徐敏，刘忠兵，张晓洁)：设计了一种主动式热电热泵相变蓄热装置，该装置由蓄热箱体、热电芯片、热管散热器、风机、风道等组成。该装置的工作过程分为蓄热和放热两个工况，在蓄热工况下，相变材料将热量存储起来，在放热工况时，在外加电压的条件下释放热量。该装置通过改变电压的大小和方向来控制蓄、放热的速率和方向。《主动式相变储热装置蓄/放热特性实验》一文中介绍的主动式相变储热装置虽然可以实现主动式的蓄、放热，但是仅限于热能的存储和释放，并没有转化为其他形式的能量，热量的利用不方便。
本申请旨在发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，利用主动相变储热装置将得到的热能存储起来，并转换成电能供给垃圾处理设备，提高能量的利用率。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，所述基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置包括云端处理软件、主动式相变储热设备和垃圾处理装置组成，云端处理软件通过无线网络与主动式相变储热设备和垃圾处理装置连接，垃圾处理装置与主动式相变储热设备通过电缆和风道相连；垃圾处理装置由进风口/进料口、出风口/出料口、相变材料外壳、转轴、加热器、发酵室、支架和现场控制器组成，发酵室通过转轴固定在支架内，支架的外侧固定有现场控制器，发酵室的外表有一层相变材料外壳，发酵室的中间横放有一条加热器，发酵室的上下两端分别设有进风口/进料口和出风口/出料口。
本发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，所述主动式相变储热设备由风扇、散热片、热电芯片、铜板、相变材料、TEM、散热器底座组成，热电芯片两块为一组，每组热电芯片冷、热端各采用一个散热片散热。
一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法，所述基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法具体步骤为：
步骤一：垃圾处理装置的现场控制器控制进风口/进料口打开，倒入垃圾，加入发酵菌；
步骤二：根据菌种需求，现场控制器通过驱动装置驱动转轴带动发酵室转动，同时，现场控制器控制加热装置实现温度控制；
步骤三：实时监测发酵室内的温度，当温度达到预设值时，开启进风口和出风口，启动出风口的电扇，将含有热能的气体吹入主动式相变储热设备中，主动式相变储热设备将热能存储起来，并转化为电能，为垃圾处理装置供电；
步骤四：现场控制器将现场搅拌容器内的温度、湿度、驱动装置的运行数据实时发送到云端，同时，主动死相变储热设备中的热电芯片也将读到的温度数据发到云端，云端软件进行实时监控，根据预设的程序，云端软件将指令发送到现场控制器和TEM，实现云端控制。
本发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置及方法，基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置结构简单，耗能低；主动式相变储热设备的存在，将热能转化为电能，为垃圾处理装置供电，多余的热量存储在相变材料中，大大减小了功耗并提高了效率，运行成本相比焚烧垃圾低得多。
附图说明
图1为本发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置的系统组成示意图。
图2为本发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置中主动式相变储热装置的示意图。
图3为本发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置中垃圾处理装置的示意图。
图4为本发明一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法的流程图。
图中附图标记有：1为云端处理软件；2为主动式相变储热设备；3为垃圾处理装置；21为风扇；22为散热片；23为热电芯片；24为铜板；25为相变材料；26为TEM；27为散热器底座；31为进风口/进料口；32为出风口/出料口；33为相变材料外壳；34为转轴；35为加热器；36为发酵室；37为支架；38为现场控制器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例一：如图1-3所示，本实施例所涉及的一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，包括云端处理软件、主动式相变储热设备和垃圾处理装置组成，云端处理软件通过无线网络与主动式相变储热设备和垃圾处理装置连接，垃圾处理装置与主动式相变储热设备通过电缆和风道相连；垃圾处理装置由进风口/进料口、出风口/出料口、相变材料外壳、转轴、加热器、发酵室、支架和现场控制器组成，发酵室通过转轴固定在支架内，支架的外侧固定有现场控制器，发酵室的外表有一层相变材料外壳，发酵室的中间横放有一条加热器，发酵室的上下两端分别设有进风口/进料口和出风口/出料口。
垃圾处理装置由进风口/进料口、出风口/出料口、相变材料外壳、转轴、加热器、发酵室、支架、现场控制器组成。在发酵室的外表有一层相变材料外壳，它的作用是吸收发酵室溢散出来的热量，减少热量的损失，维持发酵室的温度。现场控制器中包含了驱动装置，并且接收发酵室中湿度、温度数据，然后与云端进行数据通讯，根据云端的指令控制驱动装置的工作状态。在工作时，出风口的风机做功，同时进风口打开，风道、发酵室、储热装置形成了空气对流。
云端处理程序功能：云端接收现场控制器发送的搅拌容器内外的温度、湿度、驱动装置的运行数据(转速、电流、输出力矩等)、现场控制器的状态(包括控制指令与、故障状态字等)，同时作为现场控制器的控制热备份(与现场控制器同时进行控制算法的处理，输出处理指令，一旦现场控制器出现故障，这些云端指令将直接作为现场控制指令)，云端处理器存储所有的运行数据，还可以根据长期存储和现场实时的温湿度、各个月份垃圾处理密度以及电价的波动，进行云端优化后发送指令给现场控制器，实现现场的优化控制。比如，根据电价波动，把一些高耗电的操作在低电价区域进行，或者在低电价进行电能存储，在高电价区间进行释放；根据垃圾处理密度，一方面提前完成调动电能，另一方面切换工作模式，调整搅拌发酵处理周期，优化设备的周转率/发酵处理效率。
实施例二：如图2所示，本实施例所涉及的一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，所述主动式相变储热设备由风扇、散热片、热电芯片、铜板、相变材料、TEM、散热器底座组成，热电芯片两块为一组，每组热电芯片冷、热端各采用一个散热片散热。
主动式相变储热设备由风扇、散热片、热电芯片、铜板、相变材料、TEM、散热器底座组成。热电芯片23是两块为一组，每组热电芯片冷、热端各采用一个热管散热器散热。示意图中只表明了一组热电芯片的情况，如果空间允许，可以适当增加热电芯片的数量。蓄热工况下，含有低温余热的废气经过风机的强制对流与热电热泵冷端热管散热器发生热交换，经热电热泵作用后产生的热量经过热管散热器将储热材料熔化，以大量潜热和少部分显热的形式储存在相变材料中。放热工况下，改变输入热电热泵电流的方向，原热电热泵冷热端交换，输入少量的电能将储存在相变材料中的热能释放出来，取热流体在风机的强制对流作用下与热管散热器发生热交换升温后排出。相变储能设备在工作过程中，热电芯片会不断读出冷热两端的温度，并将温度数据发送到云端处理。TEM根据云端传回的指令进行工作。
实施例三：如图4所示，本实施例所涉及的一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法，所述基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法具体步骤为：
步骤一：垃圾处理装置的现场控制器控制进风口/进料口打开，倒入垃圾，加入发酵菌；
步骤二：根据菌种需求，现场控制器通过驱动装置驱动转轴带动发酵室转动，同时，现场控制器控制加热装置实现温度控制；
步骤三：实时监测发酵室内的温度，当温度达到预设值时，开启进风口和出风口，启动出风口的电扇，将含有热能的气体吹入主动式相变储热设备中，主动式相变储热设备将热能存储起来，并转化为电能，为垃圾处理装置供电；
步骤四：现场控制器将现场搅拌容器内的温度、湿度、驱动装置的运行数据实时发送到云端，同时，主动式相变储热设备中的热电芯片也将读到的温度数据发到云端，云端软件进行实时监控，根据预设的程序，云端软件将指令发送到现场控制器和TEM，实现云端控制。
垃圾处理方法/操作步骤：
垃圾处理装置的现场控制器控制进风口/进料口打开，倒入垃圾，加入发酵菌；
根据菌种需求，现场控制器通过驱动装置驱动转轴带动发酵室转动，同时，现场控制器控制加热装置实现温度控制；
实时监测发酵室内的温度，当温度达到预设值时，开启进风口和出风口，启动出风口的电扇，将含有热能的气体吹入相变储热设备中，相变储热设备将热能存储起来，并转化为电能，为垃圾处理装置供电；
现场控制器将现场搅拌容器内的温度、湿度、驱动装置的运行数据实时发送到云端，同时，相变储热设备中的热电芯片也将读到的温度数据发到云端，云端软件进行实时监控，根据预设的程序，云端软件将指令发送到现场控制器和TEM，实现云端控制。通过云端对诸多设备的监控，可以分析各地的垃圾处理情况，和垃圾处理设备的运行情况，有助于政府部门的综合监控与决策。
实施例四：如图1-4所示，本实施例所涉及的一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置及方法，与传统的利用焚烧进行垃圾处理的方法相比，本申请提到的基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置完全不同。在我国，目前垃圾焚烧处理还存在一些限制：(1)我国城市生活垃圾成分复杂，而且长期以来一直是混合收集。垃圾焚烧一般要求垃圾的最低热值在3360kJ·kg-1以上，垃圾热值低则需要添加燃料辅助燃烧，造成运行成本的增加，但在垃圾分类收集尚未普遍开展的情况下，我国目前除少数经济较发达的城市外,其它城市的混合生活垃圾热值较低，不适宜焚烧；(2)焚烧处理设备投资和运行费用均较高，经济不发达地区难以承受。我国早期建设的垃圾焚烧发电厂多引进的是国外技术和设备，投资费用昂贵；近年来随着引进设备国产化和技术自主创新，国产技术和设备有所发展和应用，焚烧厂单位投资有所降低，但对于经济一般的地区来说，焚烧处理的投资和运行费用依不菲。相比之下，本申请所介绍的基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置结构简单，耗能低。相变储热设备的存在，将热能转化为电能，为垃圾处理装置供电，多余的热量存储在相变材料中，大大减小了功耗并提高了效率，运行成本相比焚烧垃圾低得多。
与《垃圾无需分类的热能转换处理技术》中提到的热能转换技术相比，本申请提到的技术只需要少量的电能即可进行垃圾的处理，高效节能，成本低得多。
与《主动式相变储热装置蓄/放热特性实验》一文中介绍的主动式相变储热装置相比，虽然该装置可以实现主动式的蓄、放热，但是仅限于热能的存储和释放，并没有转化为其他形式的能量，应用范围受到了很大的限制。本申请中提到的相变储热装置在原本的基础上加入了TEM(热电转换单元)，可以将相变材料中存储的热能转换为电能并供给垃圾处理装置，减小能耗，节约成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，其特征在于，所述基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置包括云端处理软件(1)、主动式相变储热设备(2)和垃圾处理装置(3)组成，云端处理软件(1)通过无线网络与主动式相变储热设备(2)和垃圾处理装置(3)连接，垃圾处理装置(3)与主动式相变储热设备(2)通过电缆和风道相连；垃圾处理装置(3)由进风口/进料口(31)、出风口/出料口(32)、相变材料外壳(33)、转轴(34)、加热器(35)、发酵室(36)、支架(37)和现场控制器(38)组成，发酵室(36)通过转轴(34)固定在支架(37)内，支架(37)的外侧固定有现场控制器(38)，发酵室(36)的外表有一层相变材料外壳(33)，发酵室(36)的中间横放有一条加热器(35)，发酵室(36)的上下两端分别设有进风口/进料口(31)和出风口/出料口(32)。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理装置，其特征在于，所述主动式相变储热设备(2)由风扇(21)、散热片(22)、热电芯片(23)、铜板(24)、相变材料(25)、TEM(26)、散热器底座(27)组成，热电芯片(23)两块为一组，每组热电芯片(23)冷、热端各采用一个散热片(22)散热。
3.一种基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法，其特征在于，所述基于物联网的相变储热式的新型垃圾处理方法具体步骤为：
步骤一：垃圾处理装置的现场控制器(38)控制进风口/进料口(31)打开，倒入垃圾，加入发酵菌；
步骤二：根据菌种需求，现场控制器(38)通过驱动装置驱动转轴(34)带动发酵室(36)转动，同时，现场控制器(38)控制加热装置(35)实现温度控制；
步骤三：实时监测发酵室内的温度，当温度达到预设值时，开启进风口和出风口，启动出风口的电扇，将含有热能的气体吹入主动式相变储热设备(2)中，主动式相变储热设备(2)将热能存储起来，并转化为电能，为垃圾处理装置供电；
步骤四：现场控制器(38)将现场搅拌容器内的温度、湿度、驱动装置的运行数据实时发送到云端，同时，主动式相变储热设备(2)中的热电芯片(23)也将读到的温度数据发到云端，云端软件进行实时监控，根据预设的程序，云端软件将指令发送到现场控制器和TEM(26)，实现云端控制。
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