專利名稱：一種基于熱管理器的太陽能加熱高效制取沼氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于熱管理器的太陽能加熱高效制取沼氣裝置，利用熱管理 器控制太陽能加熱輸出溫度的穩(wěn)定，使得沼氣池內(nèi)溫度始終穩(wěn)定于高效發(fā)酵產(chǎn)氣溫度范圍 內(nèi)，解決了太陽能集熱負(fù)荷變化帶來的沼液發(fā)酵溫度波動的問題，屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沼氣是一種可再生的清潔能源，是有機(jī)物在隔絕空氣和一定的溫度、濕度、酸堿度 等條件下，經(jīng)過厭氧微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一種可燃性氣體，可利用人畜的糞便、農(nóng)作物秸稈、 生活中的廢棄物以及污水污泥等。沼氣工程在我國農(nóng)村通過40余年的推廣應(yīng)用，已初具規(guī) 模，取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益，它不僅代替節(jié)省了大量的傳統(tǒng)能源，而且使大量垃圾得到 了較好的轉(zhuǎn)化利用，凈化了環(huán)境。根據(jù)我國農(nóng)村沼氣建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，到2020年力爭使農(nóng)戶 普及率達(dá)到70%，基本普及農(nóng)村沼氣。沼氣池產(chǎn)氣量與發(fā)酵溫度密切相關(guān)。當(dāng)發(fā)酵溫度為 50 60°C時，沼氣細(xì)菌特別活躍，有機(jī)物分解快，產(chǎn)氣率高，稱為高溫發(fā)酵，高溫發(fā)酵的實(shí) 際控制溫度多在53°C左右。當(dāng)發(fā)酵溫度為30 35°C時，沼氣細(xì)菌也比較活躍，有機(jī)物分解 較快，稱為中溫發(fā)酵，中溫發(fā)酵的實(shí)際控制溫度多在35°C左右。常溫發(fā)酵工藝指在自然溫度 下進(jìn)行的沼氣發(fā)酵。為了保證正常的產(chǎn)氣率，發(fā)酵溫度不宜低于10°C。研究發(fā)現(xiàn)，在10°C 60°C范圍內(nèi)，沼氣均能正常發(fā)酵產(chǎn)氣，一般溫度愈高，微生物活動愈旺盛，產(chǎn)氣量也愈高，并 且高溫發(fā)酵時產(chǎn)氣量最高，其次是中溫發(fā)酵。另外，微生物對溫度變化十分敏感，溫度的突 升或突降都會嚴(yán)重影響微生物的生命活動，使產(chǎn)氣狀況惡化。我國農(nóng)村的沼氣池，因?yàn)槭芨?種條件限制，一般采用常溫發(fā)酵，大都存在產(chǎn)氣率低、產(chǎn)氣量不足等缺陷，冬春季節(jié)尤甚。利 用太陽能經(jīng)濟(jì)性集熱溫度與高效生物質(zhì)厭氧發(fā)酵溫度相匹配的特點(diǎn)，將太陽能和生物質(zhì)能 轉(zhuǎn)化為沼氣再加以利用是太陽能與生物質(zhì)能高效規(guī)模開發(fā)的新途徑。但由于太陽能本身的 不穩(wěn)定性，太陽能集熱負(fù)荷的變化使得沼液溫度波動也較大，產(chǎn)氣率仍然較低。針對以上問 題，本實(shí)用新型將先進(jìn)的熱管理思想應(yīng)用于太陽能加熱制取沼氣裝置中，通過熱管理器控 制太陽能加熱輸出溫度的穩(wěn)定，使得沼氣池內(nèi)溫度始終穩(wěn)定在高效發(fā)酵產(chǎn)氣溫度范圍內(nèi)， 解決了太陽能集熱負(fù)荷變化帶來的沼液發(fā)酵溫度波動問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是針對當(dāng)前太陽能加熱制取沼氣裝置普遍存在的沼液加熱負(fù)荷 不穩(wěn)定造成的產(chǎn)氣率低和產(chǎn)氣量不足等現(xiàn)象，提供一種基于熱管理器的太陽能加熱高效制 取沼氣裝置。本實(shí)用新型包括太陽能集熱器、熱管理器、沼氣池、儲氣罐、沼氣鍋爐、循環(huán)水泵和 控制閥門等主要部件。其特征在于太陽能集熱器與熱管理器加熱段的一組換熱管排相連構(gòu) 成循環(huán)，循環(huán)介質(zhì)為水，太陽能集熱器入口管段上設(shè)有閥門和循環(huán)水泵；沼氣池內(nèi)有分層次 排列的螺旋式換熱盤管組，與熱管理器用熱段的熱用戶管排組對應(yīng)相連構(gòu)成循環(huán)，循環(huán)介 質(zhì)為水，每個螺旋式換熱盤管的入口管段上都設(shè)有閥門和循環(huán)水泵；沼氣鍋爐利用本裝置自產(chǎn)沼氣作為燃料，鍋爐入口管段與熱管理器用熱段的蓄熱管排相連，鍋爐出口管段與熱 管理器加熱段的另一組換熱管排相連，由此構(gòu)成循環(huán)，循環(huán)介質(zhì)為水，鍋爐的入口管段上設(shè) 有閥門、循環(huán)水泵和補(bǔ)水箱。本實(shí)用新型涉及的熱管理器，包括加熱段、用熱段和貯氣室三個功能單元，采用水 作為工質(zhì)。加熱段換熱管位于底部，其內(nèi)設(shè)有兩組換熱管排，并浸泡在工質(zhì)液池內(nèi)，一組與 太陽能集熱器相連，另一組與沼氣鍋爐相連。用熱段內(nèi)布置多個換熱管排，分別與沼氣池中 相應(yīng)的螺旋換熱盤管相連，用熱段最末端一個換熱管排作為蓄熱管排，與沼氣鍋爐相連。貯 氣室內(nèi)儲存不凝性氣體，由于貯氣室容積相對用熱段容積要大很多，使得變工況條件下熱 管理器的內(nèi)部工質(zhì)蒸汽溫度和壓力波動較小，由此實(shí)現(xiàn)對熱量輸出溫度的控制。本實(shí)用新型涉及的沼氣池內(nèi)換熱裝置為多個獨(dú)立的螺旋式換熱盤管，并且在沼氣 池內(nèi)分層次均勻布置，以保證池中溫度分布的均勻性。本實(shí)用新型工作原理如下當(dāng)白天太陽輻射較強(qiáng)時，太陽能集熱器收集太陽熱能， 借助熱水循環(huán)管路傳遞到熱管理器加熱段，加熱管理器內(nèi)部工質(zhì)，液態(tài)工質(zhì)吸收熱量后沸 騰蒸發(fā)，蒸汽上升至用熱段冷凝，以凝結(jié)放熱形式將熱量傳遞給沼氣池內(nèi)的熱水循環(huán)系統(tǒng)， 通過池內(nèi)螺旋式換熱盤管組加熱料液產(chǎn)生沼氣。若太陽能集熱器提供的熱量大于發(fā)酵熱需 求，熱管理器用熱段的蓄熱管排將多余的熱量儲存到沼氣鍋爐內(nèi)。當(dāng)白天太陽輻射較弱時， 太陽能集熱器與沼氣鍋爐同時運(yùn)行為沼氣池提供發(fā)酵所需熱量。在夜間，利用沼氣鍋爐通 過熱管理器加熱段為沼氣池提供熱量，此時太陽能集熱器不工作。本實(shí)用新型將熱管理器與傳統(tǒng)的太陽能加熱制取沼氣裝置相結(jié)合，并以沼氣鍋爐 作為輔助熱源，使得沼氣池內(nèi)溫度始終處于高效發(fā)酵產(chǎn)氣溫度范圍內(nèi)且溫度波動小，具有 產(chǎn)氣率高、產(chǎn)氣量大、高效持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣等特點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各部分為1-太陽能集熱器，2-熱管理器，3-補(bǔ)水箱，4-沼氣鍋爐，5-儲氣 罐，6-沼氣池，7-換熱盤管組，8、9、10、11-循環(huán)水泵，12、13、14、15、16、17、18、19-閥門， 20-貯氣室，21-用熱段，22-加熱段，23-不凝性氣體，24-工質(zhì)蒸汽，25-工質(zhì)液體，26-蓄熱 管排，27-熱用戶管排組，28,29-換熱管排，30-沼氣用戶。
具體實(shí)施方式
一種基于熱管理器的太陽能加熱高效制取沼氣裝置，主要包括太陽能集熱器1，熱 管理器2，補(bǔ)水箱3，沼氣鍋爐4，儲氣罐5，沼氣池6，換熱盤管7，循環(huán)水泵8、9、10、11，閥門 12、13、14、15、16、17、18、19。太陽能集熱器1與熱管理器2加熱段22的一組蒸發(fā)換熱管排 觀相連構(gòu)成循環(huán)，太陽能集熱器1入口管段上設(shè)有閥門16、17和循環(huán)水泵8;沼氣池6內(nèi)的 換熱盤管組7與熱管理器2加熱段的熱用戶管排組27對應(yīng)相連構(gòu)成循環(huán)，換熱盤管組7的 各個入口管段上設(shè)有閥門12、13、14、15和循環(huán)水泵9、10 ；沼氣鍋爐4以儲氣罐5內(nèi)貯存的 沼氣作為燃料，沼氣鍋爐4入口管段與熱管理器2的用熱段21的蓄熱管排沈相連，沼氣鍋 爐4出口管段與熱管理器2加熱段22的另一組換熱管排四相連，沼氣鍋爐4的入口管段 上設(shè)有閥門18、閥門19、循環(huán)水泵11和補(bǔ)水箱3。當(dāng)白天太陽輻射較強(qiáng)時，閥門16、17和循環(huán)水泵8開啟工作，閥門18、19和循環(huán)水泵11關(guān)閉不工作，太陽能集熱器1收集的太陽熱 能，借助熱水循環(huán)管路傳遞到熱管理器2加熱段22內(nèi)的換熱管排觀，加熱管理器內(nèi)部的工 質(zhì)液體25，液態(tài)工質(zhì)吸收熱量后沸騰蒸發(fā)上升至用熱段21，工質(zhì)蒸汽M在用熱段21內(nèi)冷 凝，以凝結(jié)放熱形式將熱量傳遞給熱用戶管排組27內(nèi)的工質(zhì)，當(dāng)熱用戶管排出口處的工質(zhì) 溫度大于設(shè)定溫度時，對應(yīng)熱用戶管排出口管段上的閥門和循環(huán)水泵開啟工作，使受熱后 的工質(zhì)進(jìn)入換熱盤管組7加熱沼氣池6內(nèi)的料液產(chǎn)生沼氣。若蓄熱管排沈出口處的工質(zhì) 溫度大于設(shè)定溫度，即太陽能集熱器1提供的熱量大于發(fā)酵熱需求時，閥門18、19和循環(huán)水 泵11開啟工作，蓄熱管排沈借助熱水循環(huán)將多余的熱量貯存到沼氣鍋爐4內(nèi)。當(dāng)白天太 陽輻射較弱時，閥門16、17、18、19和循環(huán)水泵8和11開啟工作，太陽能集熱器1獲取的熱 量通過熱管理器及熱水循環(huán)加熱沼氣池6內(nèi)的料液產(chǎn)生沼氣，同時，儲氣罐5內(nèi)的沼氣驅(qū)動 沼氣鍋爐4工作，產(chǎn)生的熱水通過熱管理器2加熱段22的另一組換熱管排四將熱量傳遞 給工質(zhì)液體25，以此加熱沼氣池6內(nèi)的料液產(chǎn)生沼氣。當(dāng)夜間運(yùn)行時，閥門18、19和循環(huán)水 泵開啟工作，閥門16、17和循環(huán)水泵8關(guān)閉不工作，此時太陽能集熱器1不工作，利用儲氣 罐5內(nèi)的沼氣驅(qū)動沼氣鍋爐4，為沼氣池6提供發(fā)酵所需熱量，從而保證裝置高效持續(xù)穩(wěn)定 地產(chǎn)氣。
權(quán)利要求1.一種基于熱管理器的太陽能加熱高效制取沼氣裝置，包括太陽能集熱器、熱管理器、 沼氣池、儲氣罐、沼氣鍋爐、循環(huán)水泵和控制閥門等主要部件，其特征在于太陽能集熱器與 熱管理器加熱段的一組換熱管排相連構(gòu)成循環(huán)，循環(huán)介質(zhì)為水，太陽能集熱器入口管段上 設(shè)有閥門和循環(huán)水泵；沼氣池內(nèi)有分層次排列的螺旋式換熱盤管組，與熱管理器用熱段的 熱用戶管排組對應(yīng)相連構(gòu)成循環(huán)，循環(huán)介質(zhì)為水，每個螺旋式換熱盤管的入口管段上都設(shè) 有閥門和循環(huán)水泵；沼氣鍋爐利用本裝置自產(chǎn)沼氣作為燃料，鍋爐入口管段與熱管理器用 熱段的蓄熱管排相連，鍋爐出口管段與熱管理器加熱段的另一組換熱管排相連，由此構(gòu)成 循環(huán)，循環(huán)介質(zhì)為水，鍋爐的入口管段上設(shè)有閥門、循環(huán)水泵和補(bǔ)水箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管理器的太陽能加熱高效制取沼氣裝置，其特征在 于沼氣池內(nèi)的換熱裝置為多個獨(dú)立的螺旋式換熱盤管，并且在沼氣池內(nèi)分層次均勻布置， 以保證池中溫度分布的均勻性。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于熱管理器的太陽能加熱高效制取沼氣裝置，包括太陽能集熱器、熱管理器、沼氣池、儲氣罐、沼氣鍋爐、循環(huán)水泵和控制閥門等主要部件。其特征在于太陽能集熱器與熱管理器加熱段的一組換熱管排相連構(gòu)成循環(huán)；沼氣池內(nèi)的換熱盤管組與熱管理器用熱段的熱用戶管排組對應(yīng)相連構(gòu)成循環(huán)；沼氣鍋爐以自產(chǎn)沼氣為燃料，鍋爐入口與熱管理器用熱段的蓄熱管排相連，鍋爐出口與熱管理器加熱段的另一組換熱管排相連，由此構(gòu)成循環(huán)。本實(shí)用新型將熱管理器與太陽能加熱制取沼氣裝置相結(jié)合，以沼氣鍋爐作為輔助熱源，使得沼氣池內(nèi)溫度始終穩(wěn)定于高效發(fā)酵產(chǎn)氣溫度范圍內(nèi)，解決了太陽能集熱負(fù)荷變化帶來的沼液發(fā)酵溫度波動問題，具有產(chǎn)氣率高、產(chǎn)氣量大、高效持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣等特點(diǎn)。
文檔編號C12M1/107GK201883092SQ2010202723
公開日2011年6月29日 申請日期2010年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月18日
發(fā)明者孔祥強(qiáng), 李瑛 , 林琳, 燕紀(jì)倫 申請人:山東科技大學(xué)