技术领域
[0001] 本
发明涉及垃圾处理装置技术领域，具体为一种基于新能源的多用途有机垃圾生化处理装置。
背景技术
[0002] 有机垃圾主要指各类有机物质组成的垃圾，主要包括残余垃圾，因各种原因丢弃的食品以及蔬菜垃圾，还包括在农业生产过程中产生的各种残余
水果垃圾等。在实际的生产生活中，这类垃圾数量巨大，而且产生源分散，长时间不进行处理的话容易腐烂变质产生严重的环境污染，包括产生大量的
废水、废气和废渣，严重影响周边居民的生产生活。
[0003] 在
现有技术方案中，已经克服了传统有机垃圾的处理模式，即避免了传统有机垃圾处理模式中将分散分布的垃圾集中起来进行处理的弊端，可以有效降低垃圾处理过程中的处理
费用。
[0004] 如中国
专利CN106269783A公布的“垃圾生化处理设备和垃圾生化处理系统”，在这个技术方案中，充分利用
微生物对有机垃圾的分解作用，并配合使用机械装置的搅拌作用，将有机垃圾与处理垃圾的菌种进行充分混合，达到高速快捷的进行垃圾处理的目的，而且采用垃圾分层处理和滚动模式，可以有效的避免垃圾在处理装置内部的淤积和处理死
角问题。又如中国专利CN105170603A公布的“有机垃圾的集中处理系统”，在这个技术方案中，先将有机垃圾进行
粉碎然后放入
发酵剂配合微生物进行发酵处理，而且还通过控压、控温等来提高处理效率。在以上技术方案中，均采用了微生物辅助处理有机垃圾，然而，在实际的处理过程中，采用
微生物处理过程中，会产生大量的大量气体包括二
氧化
碳和甲烷以及其他恶臭味的卤化气体，不满足现在环保无排放的绿色垃圾处理理念，而且在处理过程中为了提高处理处理效率和保持菌种的活性，需要采用辅助性设备进行控温，会产生额外的处理成本。
发明内容
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于新能源的多用途有机垃圾生化处理装置，包括主发酵室，所述主发酵室由发酵室和气体分异舱盖组成，且发酵室和气体分异舱盖直接连接形成一体化结构，所述废气排放管设在气体分异舱盖底部，所述沼气管设在气体分异舱
盖顶部，所述气体分异舱盖侧面设有进料口、废气排放管和沼气管，所述废气排放管通过低压
泵连接有废气
热解室，且在气体分异舱盖正中心顶部固定安装有喷淋头，所述发酵室内部固定安装有若干个发酵层，且在相邻发酵层之间设有回流通道，所述回流通道侧面还连接有等温毛细管，所述等温毛细管等间距缠绕在废气热解室内表面；
[0006] 在每层发酵层底部均安装有发酵液
回流管，所述发酵液回流管连接有发酵液储存室，所述发酵液储存室底部设有提液泵，所述提液泵通过提液管与喷淋头连接，在发酵液储存室侧面还连接有原
电池反应器，所述
原电池反应器通过输电线分别与提液泵和低压泵连接，并提供
电能；
[0007] 在发酵室底部通过控温装置设有沼气
燃烧室，且在沼气燃烧室底部安装有残渣排出管，所述沼气燃烧室内部设有一系列低压燃烧头，所述低压燃烧头通过三分压
力分异
阀与沼气管连接，且废气热解室也通过三分压力分异阀与沼气管连接，且在三分压力分异阀外侧还安装有低压泵，所述低压泵连接有设在废气热解室内的高压燃烧头。
[0008] 作为本发明一种优选的技术方案，所述废气热解室由热导
铜板组成，且等温毛细管在废气热解室内表面的缠绕
密度不小于200根/米。
[0009] 作为本发明一种优选的技术方案，所述发酵层由若干组相互呈X型的网状板组成，且相邻网状板之间的距离为20-40cm。
[0010] 作为本发明一种优选的技术方案，所述回流通道的宽度不小于20cm，且两根等温毛细管分别设在回流通道顶部和底部。
[0011] 作为本发明一种优选的技术方案，所述发酵液回流管均连接有同一气压浮动杆，所述气压浮动杆固定安装在发酵室侧面，且在气压浮动杆上固定安装有气压计，所述发酵液回流管与发酵液储存室连接处均固定安装有等间距顶针，所述等间距顶针均连接有同一
块应力板。
[0012] 作为本发明一种优选的技术方案，所述原电池反应器与发酵液储存室直接相连，且在原电池反应器与发酵液储存室连接处设有过滤网，所述原电池反应器底面至少比发酵液储存室底面底30cm。
[0013] 作为本发明一种优选的技术方案，所述控温装置包括电加热板、超
磁致伸缩致动器和
温度控制装置，所述
温度控制装置与电加热板电性连接并且控制电加热板的工作，所述电加热板与沼气燃烧室的
底板相接，所述沼气燃烧室设置于封闭的水箱内，所述电加热板位于水箱的底板与沼气燃烧室的底板之间，所述超磁致伸缩致动器的水管与水箱相接，并且安装于水箱的外表面。
[0014] 作为本发明一种优选的技术方案，所述电加热板是将
电阻发热丝缠绕在
云母板上形成，且在电加热板上均匀设有通孔。
[0015] 作为本发明一种优选的技术方案，所述超磁致伸缩致动器包括底座，所述底座上固定连接有圆筒
外壳，所述圆筒外壳中心
位置安装有GMM棒，且GMM棒固定在底座上，所述GMM棒上端连接有
输出轴至圆筒外壳上表面，所述GMM棒周围设有线圈骨架，所述线圈骨架上缠绕有线圈，且GMM棒两侧设有相互对称的永磁
铁，所述永
磁铁两侧设有双层铜水管。
[0016] 作为本发明一种优选的技术方案，所述温度控制装置采用数字PID的控制方式，将STM32自带的12位DAC作为控制环节中的
控制器，所述控制器连接电加热板和
热电制冷器，通过STM32
软件来设定温度值，再通过其与实际温度值之差来调节DAC的输出值，所述水箱内设有Pt100热敏
电阻器，所述Pt100
热敏电阻器通过ADS1248温度采集
电路将测量的温度值送入控制器作为控制环节中的反馈
信号。
[0017] 采用上述技术方案后，与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于新能源的多用途有机垃圾生化处理装置，通过在主发酵室内部将有机垃圾进行沼气发酵，产生发酵液和沼气，并且综合利用沼气和发酵液进行新能源循环处理，利用沼气燃烧提供生化反应所需的二氧化碳，其次还通过沼气的高压燃烧对发酵产生的废气进行强
热分解，将废气中的有害物质在高压下进行分解，从而达到无公害化处理，而综合利用发酵液，一方面通过循环喷淋发酵液可以提高发酵液的分布范围和分布量，进一步的在控温和二氧化碳等充足的条件下提高处理效率，另一方面进行原电池反应，将发酵液中大量赋存的有机质进行分解发电，从而驱动在处理过程中所需的提升电能和低压吸气电能，从而达到整个装置处理的自给自足，降低处理的成本，而且本装置还可以根据处理需求，从而决定是自给自足的持续性处理垃圾，还是并列联组为外界提供电能和沼气能，采用基于STM32
单片机和ADS1248的温度控制系统，利用热电制冷器件并采用位置型数字PID
算法可以有效地对目标温度进行控制，并且能达到较高的控制
精度。
附图说明
[0018] 图1为本发明结构示意图；
[0019] 图2为本发明发酵层结构示意图；
[0020] 图3为本发明发酵液储存室和原电池反应器连接关系结构示意图；
[0021] 图4为本发明控温装置的结构示意图；
[0022] 图5为本发明超磁致伸缩致动器的结构示意图；
[0023] 图6为本发明电加热板的结构示意图；
[0024] 图7为本发明温度控制装置的原理
框图；
[0025] 图8为本发明ADS1248温度采集电路图。
[0026] 图中：1-主发酵室；2-发酵室；3-气体分异舱盖；4-进料口；5-废气排放管；6-沼气管；7-低压泵；8-废气热解室；9-喷淋头；10-发酵层；11-回流通道；12-等温毛细管；13-发酵液回流管；14-发酵液储存室；15-提液泵；16-提液管；17-原电池反应器；18-输电线；19-控温装置；20-沼气燃烧室；21-残渣排出管；22-低压燃烧头；23-三分压力分异阀；24-高压燃烧头；25-网状板；26-气压浮动杆；27-气压计；28-等间距顶针；29-应力板；30-通气孔；31-过滤网；32-电加热板；33-超磁致伸缩致动器；34-温度控制装置；35-水箱；36-底座；37-圆筒外壳；38-GMM棒；39-输出轴；40-线圈骨架；41-线圈；42-永磁铁；43-双层铜水管。
具体实施方式
[0027] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 实施例：
[0029] 请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于新能源的多用途有机垃圾生化处理装置，包括主发酵室1，所述主发酵室1由发酵室2和气体分异舱盖3组成，且发酵室2和气体分异舱盖3直接连接形成一体化结构。
[0030] 如图1所示，所述气体分异舱盖3侧面设有进料口4、废气排放管5和沼气管6，所述沼气管6设在气体分异舱盖3顶部，所述废气排放管5设在气体分异舱盖3底部，所述废气排放管5设在气体分异舱盖3底部，所述沼气管6设在气体分异舱盖3顶部，根据不同气体的密度将气体从不同的出口最大限度的分异出来，而该有机垃圾生化处理装置中，主要的气体为甲烷以及二氧化碳或者其他卤化气体，显然，甲烷的气体体积要远远小于二氧化碳和卤化气体的混合气体，因此，随着气体向上运移，甲烷主要分布在气体上半部分，通过沼气管6排出，二氧化碳、卤化气体等的混合气体从废气排气管5排出。所述废气排放管5通过低压7连接有废气热解室8，通过沼气的高压燃烧对发酵产生的废气进行强热分解，将废气中的有害物质在高压下进行分解，从而达到无公害化处理，且在气体分异舱盖3正中心顶部固定安装有喷淋头9，通过循环喷淋发酵液可以提高发酵液的分布范围和分布量，进一步的在控温和二氧化碳等充足的条件下提高处理效率。
[0031] 所述发酵室2内部固定安装有若干个发酵层10，通过多层发酵层10的利用，提高发酵处理的效率，经过粉碎后的有机垃圾进入装置后，由于本装置内部的发酵层是分层，随着发酵过程的进行，有机垃圾会逐渐
软化直至
液化，会逐渐由于自身的重力作用向下渗透，从而达到主动分层的目的，而无需人工进行二次处理，实现有机垃圾的主动分层，进一步的提高微生物处理的效率。且在相邻发酵层10之间设有回流通道11，一方面提高通
风效果，有利于微生物进行分解，所述回流通道11侧面还连接有等温毛细管12，且两根等温毛细管12分别连接在回流通道11
侧壁面的上下两端，且在同一竖直线上，所述回流通道11的宽度不小于20cm，所述等温毛细管12等间距缠绕在废气热解室8内表面，综合利用废弃热解室8内部的超高温，通过等温毛细管12进行集热，收集内部
热能，减少无效
能量的散失。所述废气热解室8由热导铜板组成，且等温毛细管12在废气热解室8内表面的缠绕密度不小于200根/米，在发酵室2底部通过控温装置19设有沼气燃烧室20，且在沼气燃烧室20底部安装有残渣排出管21，所述沼气燃烧室20内部设有一系列低压燃烧头22，所述低压燃烧头22通过三分压力分异阀23与沼气管6连接，且废气热解室8也通过三分压力分异阀23与沼气管6连接，且在三分压力分异阀23外侧还安装有低压泵7，所述低压泵7连接有设在废气热解室8内的高压燃烧头24。需要对三分压力分异阀23进行进一步的阐述的是，三分压力分异阀23是通过内部通道的大小来控制不同出口气体的
流体比例来使得压力分异进而达到分异流体数量的目的。
[0032] 如图1和图2所示，所述发酵层10由若干组相互呈X型的网状板25组成，且相邻网状板25之间的距离为20-40cm，提高有机垃圾的分布范围和分布广度，避免有机垃圾在发酵室2内部发生堆积进而产生淤积和死角问题，在每层发酵层10底部均安装有发酵液回流管13，所述发酵液回流管13均连接于同一气压浮动杆26上，所述气压浮动杆26固定安装在发酵室
2侧面，且在气压浮动杆26上固定安装有气压计27。需要做进一步阐述的是，所述气压浮动杆26即利用发酵室2内部的
气动压力来决定发酵液回流管13内部发酵液回流的速度，一方面，当发酵室2内部的气动压力过低时，表明发酵室2内部的发酵能力较弱，此时应该提高发酵强度，显然，提高发酵液的量是可以大幅度提高菌种密度和数量的，从而可以大幅度的提高反应速度；另一方面，当发酵室2内部的气动压力过高时，表明发酵室2内部的发酵能力较强，此时应该降低发酵强度以达到反应平衡，显然，由于发酵液是液体，里面含有大量的发酵菌种，而发酵室2里面的发酵层10是允许液体自上向下淋滤的，发酵液由提液泵15抽上去之后会由于重力作用逐层淋滤下来，与此同时，会将内部含有的发酵菌种补充到各个发酵层10上。如果大幅度抽离发酵液，进而降低发酵液的量，并且大幅度降低菌种密度和数量，从而可以大幅度的降低反应速度，也就是在其他条件不变的情况下，综合利用发酵室2内部发酵液的数量来控制菌种密度和数量来控制发酵强度从而达到反应平衡，进而维持整个有机垃圾处理的有序平衡高效进行，为菌种提供稳定的环境。
[0033] 如图1和图2所示，所述发酵液回流管13连接有发酵液储存室14，所述发酵液回流管13与发酵液储存室14连接处均固定安装有等间距顶针28，所述等间距顶针28均连接有同一块应力板29。在这里需要对等间距顶针28和应力板29做进一步的阐述，由于若干组发酵液回流管13分别连接在不同层次的发酵层10，而当不同位置的发酵液被发酵液回流管13抽离时，就会导致发酵室2内部的发酵平衡被打破，然而由于重力差异和液体往下渗透的原因，总体呈现的规律是，越往下部的发酵液回流管13在相同时间内抽离的发酵液数量越多，而当底部发酵液被大幅度抽离后就会导致上层发酵层更大幅度的向下渗透，从而使得整个发酵室2内部的发酵平衡被打破，形成恶性循环，不能完成有序平衡的发酵，应用等间距顶针28和应力板29的目的就是根据等间距顶针28的等距作用将发酵液回流管13顶开，从而利用重力分解的原理来缓解底部发酵液的回流作用，使得发酵室2内部的发酵液回流达到平衡。
[0034] 如图1和图3所示，所述发酵液储存室14底部设有提液泵15，所述提液泵15通过提液管16与喷淋头9连接，在发酵液储存室14侧面还连接有原电池反应器17，所述原电池反应器17通过输电线18分别与提液泵15和低压泵7连接，并提供电能，进行原电池反应，原电池反应器17与发酵液储存室14上液面是齐平的，由于液面压力作用，两者中的液体由于重力原因会自动保持液面齐平，无需提液泵15到原电池反应器17中去
抽取液体；发酵液中主要起到发酵作用的是内部的发酵菌种，原电池反应所需的原料只是发酵液从发酵室2中不断循环带出来的有机物质，而不是发酵菌种，发酵菌种不会缺失，不影响发酵效果，因此可以将发酵液中大量赋存的有机质进行分解发电，从而驱动在处理过程中所需的提升电能和低压吸气电能，从而达到整个装置处理的自给自足，降低处理的成本，所述原电池反应器17与发酵液储存室14直接相连，且在原电池反应器17与发酵液储存室14连接处设有过滤网31，所述原电池反应器17底面至少比发酵液储存室14底面低30cm，当发酵液不足时，始终能够保持原电池反应器17中的反应液充足，保证原电池反应能够正常进行，不会由于发酵液不足而中断，在本装置中，电能是至关重要的，再循环功能是建立在提液泵15和低压泵7正常运行的
基础上的；在装置中，发酵液的短缺只会时暂时的，由于气压浮动杆26即利用发酵室2内部的气动压力来决定发酵液回流管13内部发酵液回流的速度，根据发酵液的量自动补充。
[0035] 如图4、图5和图6所示，所述控温装置19包括电加热板32、超磁致伸缩致动器33和温度控制装置34，所述温度控制装置34与电加热板32电性连接并且控制电加热板32的工作，所述电加热板32与沼气燃烧室20的底板相接，所述沼气燃烧室20设置于封闭的水箱35内，所述电加热板32位于水箱35的底板与沼气燃烧室20的底板之间，所述超磁致伸缩致动器33的水管与水箱35相接，并且安装于水箱35的外表面。所述超磁致伸缩致动器33包括底座36，所述底座36上固定连接有圆筒外壳37，所述圆筒外壳37中心位置安装有GMM棒38，且GMM棒38固定在底座36上，所述GMM棒38上端连接有输出轴39至圆筒外壳37上表面，所述GMM棒38周围设有线圈骨架40，所述线圈骨架40上缠绕有线圈41，且GMM棒38两侧设有相互对称的永磁铁42，所述永磁铁42两侧设有双层铜水管43，其中GMM是指超磁致伸缩材料，所述电加热板32是将电阻发热丝缠绕在云母板上形成，且在电加热板32上均匀设有通孔30。
[0036] 如图7和图8所示，所述温度控制装置34采用数字PID的控制方式，将STM32自带的12位DAC作为控制环节中的控制器，所述控制器连接电加热板和热电制冷器，通过STM32软件来设定温度值，再通过其与实际温度值之差来调节DAC的输出值，所述水箱内设有Pt100热敏电阻器，所述Pt100热敏电阻器通过ADS1248温度采集电路将测量的温度值送入控制器作为控制环节中的反馈信号，电加热板板由DAC输出控制，而Pt100热敏电阻器的温度值随制冷量大小而变化，可看成DAC间接地控制Pt100热敏电阻器大小。
[0037] 如图8所示，该电路中P1用于连接三线制的Pt100热敏电阻器，ADS1248的AIN0，AIN1作为差分输入端，将片内两个恒流源配置成500uA，并通过片内模拟
开关分别输出连接至AIN0，AIN1；芯片的VREFOUT和VREFCOM为内置2.048V
电压参考源的两端，需连接1uF滤波电容器，R21为参考电阻器，应选用高精度和高
稳定性电阻器以提高
采样精度；R30为偏置电阻器，提供大小适当的基极
电流，以使采集信号放大获得合适的工作点，并使发射结处于
正向偏置。
[0038] 温控过程如下：当给超磁致伸缩致动器33加载电流时，线圈发热从而导致超磁致伸缩致动器33内部温度升高，通过外部水箱，在泵的作用下，将水箱中的
水循环不断地输入超磁致伸缩致动器，并带走超磁致伸缩致动器内部热量，给温度控制装置设定一个温度
阈值，比如25℃，通过置于水箱中的Pt100热敏电阻器
感知水箱中的温度，并传送给温度控制装置，当水温高于25℃时，温度控制装置发出指令，控制热电制冷器开启，快速降低水温，直到低于25℃为止；当水温低于25℃时，温度控制装置控制加热板以及超磁致伸缩致动器工作，通过两种方式快速升温，直到达到25℃停止，以上动作循环重复进行，从而实现实时控制水箱温度，保证其恒定。
[0039] 本发明的优点在于，该基于新能源的多用途有机垃圾生化处理装置，通过在主发酵室内部将有机垃圾进行沼气发酵，产生发酵液和沼气，并且综合利用沼气和发酵液进行新能源循环处理，利用沼气燃烧提供生化反应所需的二氧化碳，其次还通过沼气的高压燃烧对发酵产生的废气进行强热分解，将废气中的有害物质在高压下进行分解，从而达到无公害化处理，而综合利用发酵液，一方面通过循环喷淋发酵液可以提高发酵液的分布范围和分布量，进一步的在控温和二氧化碳等充足的条件下提高处理效率，另一方面进行原电池反应，将发酵液中大量赋存的有机质进行分解发电，从而驱动在处理过程中所需的提升电能和低压吸气电能，从而达到整个装置处理的自给自足，降低处理的成本，而且本装置还可以根据处理需求，从而决定是自给自足的持续性处理垃圾，其可通过外接电线与沼气管分别输出电能和沼气能，为了保证安全，一般采用的是带有
单向阀的沼气管，而且本发明的控温装置采用基于STM32单片机和ADS1248的温度控制系统，利用热电制冷器件并采用位置型数字PID算法可以有效地对目标温度进行控制，并且能达到较高的控制精度。
[0040] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
