專利名稱：利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及綠色新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種既能產(chǎn)生沼氣，又能發(fā)電的組
合裝置。
背景技術(shù)：
沼氣是有機(jī)物質(zhì)在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經(jīng)各種微生物發(fā)酵及分解作用而產(chǎn)生的一種以甲烷為主要成分的混合可燃?xì)怏w，是一種新型的可再生能源燃料， 是一種性能優(yōu)良的清潔能源。早在20世紀(jì)70年代末我國就在農(nóng)村開始了建設(shè)沼氣池的試點(diǎn)工作，一直發(fā)展至今，農(nóng)村戶用沼氣池生產(chǎn)的沼氣主要用來做生活燃料。沼氣還可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如溫室保溫、烘烤農(nóng)產(chǎn)品、儲(chǔ)備糧食、水果保鮮等。沼氣也可發(fā)電做農(nóng)機(jī)動(dòng)力， 大、中型沼氣工程生產(chǎn)的沼氣可用來發(fā)電、燒鍋爐、加工食品、采暖或供給城市居民使用。在產(chǎn)生完沼氣后，一般將沼氣料液和殘?jiān)苯蛹庸こ捎袡C(jī)肥，用作肥料和飼料，未達(dá)到資源的充分利用?，F(xiàn)有技術(shù)中，沼氣池裝置只能產(chǎn)沼氣作為燃料利用，只能利用所產(chǎn)生的沼氣燃燒來進(jìn)行發(fā)電。因此，在能源短缺的當(dāng)今社會(huì)，如何更高效的利用沼氣料液和殘?jiān)蔀閿[在我們面前的一項(xiàng)重大課題。我們知道，有機(jī)質(zhì)在沼氣池內(nèi)經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)的過程中，沼氣池內(nèi)的微生物在分解有機(jī)質(zhì)的同時(shí)也會(huì)釋放一定的電子。相關(guān)研究資料表明，當(dāng)在反應(yīng)池內(nèi)插入電極板時(shí)，在陽極池內(nèi)電子通過載體會(huì)通過外電路到達(dá)陰極，形成電流，質(zhì)子通過溶液遷移到陰極，在陰極表面處于氧化態(tài)的物質(zhì)與陽極傳遞過來的質(zhì)子和電子結(jié)合發(fā)生還原反應(yīng)，這是微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)的基本原理。通過將電流在外部電路的電壓變換，可使輸出的電功率供應(yīng)用戶使用的中小型功率負(fù)載，或者直接負(fù)載外部電路，如節(jié)能燈、音箱、電風(fēng)扇等。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種沼氣料液在產(chǎn)生沼氣的同時(shí)，又能利用微生物燃料電池原理進(jìn)行發(fā)電的組合裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中沼氣池裝置只能產(chǎn)沼氣作為燃料利用或者只能利用所產(chǎn)沼氣燃燒為發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力的不足、沼氣料液未能高效利用的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，包括裝有沼氣液料的沼氣池，以及沼氣輸送裝置，還包括浸在沼氣液料中的發(fā)電裝置，以及和發(fā)電裝置相連的電力輸送裝置。本實(shí)用新型更詳細(xì)的技術(shù)方案是利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置中，發(fā)電裝置包括至少一組陰陽電極， 每組陰陽電極包括一個(gè)陽極電板和一個(gè)陰極電板。所述陽極電板是開放式電極，所述陰極電板被質(zhì)子交換膜包裹。所述陰極電板的材料為金屬、碳布或碳?xì)?，所述陽極電板的材料為金屬、石墨或碳布。
3[0010]所述陰極電板為鋁板，所述陽極電板為不銹鋼板。所述發(fā)電裝置的多組陰陽電極之間為并聯(lián)關(guān)系。所述電力輸送裝置包括和發(fā)電裝置依靠導(dǎo)線連接的配電箱，用電設(shè)備和所述配電箱連接。所述沼氣輸送裝置包括和沼氣池依靠導(dǎo)氣管相連的配氣箱，用氣設(shè)備和所述配氣箱連接。所述沼氣池通過固定支架安裝在可移動(dòng)設(shè)備上。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.本組合裝置在沼氣池內(nèi)利用微生物由沼氣料液產(chǎn)生沼氣的同時(shí)，利用沼氣料液產(chǎn)生電能并將其輸出至配電箱，一方面可以輸出沼氣為用戶提供沼氣燃料，另一方面可以同時(shí)經(jīng)配電箱輸出電流為用戶提供電源或不經(jīng)配電箱直接負(fù)載外部電路，實(shí)現(xiàn)沼氣燃料提供熱能與電能的雙重應(yīng)用。本實(shí)用新型具有操作簡便、發(fā)電成本低、既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并開發(fā)了沼氣料液的新用途，實(shí)現(xiàn)了沼氣料液的高效利用，做到對環(huán)境危害降到最小化。與現(xiàn)有的其它利用有機(jī)物產(chǎn)能的技術(shù)相比，利用沼氣料液發(fā)電具有操作上和功能上的優(yōu)勢1)將料液直接轉(zhuǎn)化為電能，保證了具有高的能量轉(zhuǎn)化效率；2)不同于現(xiàn)有的所有生物能處理，本發(fā)電過程在常溫環(huán)境條件下能夠有效運(yùn)作；3)本發(fā)電過程不需要進(jìn)行廢氣處理；4)在缺乏電力基礎(chǔ)設(shè)施的局部地區(qū)，該發(fā)電裝置具有廣泛應(yīng)用的潛力，一定程度上緩解電力供應(yīng)短缺的現(xiàn)狀，同時(shí)也擴(kuò)大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。在前期實(shí)驗(yàn)中得出以下結(jié)果容積為500ml的沼氣池中，添加一定量的豬糞和底泥，在30°C中當(dāng)天產(chǎn)氣量為200ml，在外電路負(fù)載500歐的電阻下，測得電壓為0. 32V，電流為0. 47mA,電極板的面積為60cm2，因此可計(jì)算得到其產(chǎn)出的功率密度為25. lmW/m2。由此可見，利用該組合裝置既能用沼氣料液產(chǎn)生沼氣為用戶提供燃料燃燒，又能為產(chǎn)生電能。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述[0024]


圖1為本實(shí)用新型的組合裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的發(fā)電裝置的電極剖面示意圖。其中1沼氣池；12進(jìn)料口；13出料口；14固定支架；2發(fā)電裝置；21陽極電板；22 極板固定蓋板；23陰極電板；對質(zhì)子交換膜；3沼氣輸送裝置；31導(dǎo)氣管；32配氣箱；33用氣設(shè)備；4電力輸送裝置；41導(dǎo)線；42配電箱；43用電設(shè)備；5沼氣料液；6可移動(dòng)設(shè)備。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如
圖1所示，利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，包括裝有沼氣液料5的沼氣池1、沼氣輸送裝置3、發(fā)電裝置2和電力輸送裝置4。如圖2所示，沼氣輸送裝置3包括導(dǎo)氣管31和配氣箱32，配氣箱32通過導(dǎo)氣管31和沼氣池1連接，一般連接在沼
4氣池的頂端。所有的用氣設(shè)備33從配氣箱32處得到沼氣。沼氣池中產(chǎn)生的沼氣經(jīng)導(dǎo)氣管 31輸出到達(dá)配氣箱32后輸出給用氣設(shè)備33，為用戶提供沼氣燃料。配氣箱內(nèi)裝有快速氣液分離器。電力輸送裝置4包括導(dǎo)線41和配電箱42，配電箱42通過導(dǎo)線41和發(fā)電裝置2連接，所有的用電設(shè)備43從配電箱42處取電。配電箱42包含可將低電壓變換至多種用電設(shè)備所需電壓的電壓變換電路，并裝有蓄電設(shè)備，能夠在外電路斷開時(shí)存儲(chǔ)多余的電力。沼氣池1可以通過固定支架14安裝在可移動(dòng)設(shè)備6，可以根據(jù)用戶需要自由移動(dòng)或隨機(jī)固定，將沼氣池安置在方便的地方，具有固定和可移動(dòng)的兩便性。發(fā)電裝置2依據(jù)微生物燃料電池(MFC)原理，利用沼氣料液5產(chǎn)生電流并經(jīng)過電力輸送裝置4向用電裝置提供電能。如圖2所示，發(fā)電裝置2包括多組陰陽電極，多組陰陽電極之間為并聯(lián)關(guān)系，從而能使發(fā)電裝置內(nèi)部產(chǎn)生的電壓較小，保證了整個(gè)組合裝置的安全性。圖3畫出了一組陰陽電極的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為剖面圖，每組陰陽電極包括一個(gè)陽極電板21和一個(gè)陰極電板23。陽極電板21為開放式電極，能直接與沼氣池內(nèi)的有機(jī)質(zhì)液體接觸。陰極電板23被質(zhì)子交換膜M包裹。質(zhì)子交換膜是一種對質(zhì)子具有選擇透過性的高分子材料制成的薄膜，使用質(zhì)子交換膜后，可以在陰極富集更多的氫離子，從而使H^Ofe=H2O 的化學(xué)反應(yīng)能夠更充分的進(jìn)行，提高產(chǎn)電的庫倫效率。陽極電板選用碳布、碳?xì)帧⒔饘俚茸鳛殡姌O材料，陰極電板選用金屬、石墨或碳布等。優(yōu)選的，陰極電板23采用鋁板材料，陽極電板21采用不銹鋼板。陽極電板和陰極電板通過極板固定蓋板22平行排列。該組合裝置在使用時(shí)，首先在沼氣池內(nèi)采用并聯(lián)的方式將陰陽電極組安裝好，連接好內(nèi)電路，然后按一定的比例將有機(jī)物質(zhì)和接種物質(zhì)，如底泥、原發(fā)酵沼液等從投料口 12 投加到沼氣池1中，攪拌均勻，使沼氣池中的PH保持在6. 5 7. 5之間，以確保沼氣池內(nèi)微生物在最適的環(huán)境中。沼氣殘?jiān)鼜恼託獬?底部的出料口排出。密封沼氣池，連接沼氣池與沼氣輸送裝置3以及電力輸送裝置4即可。由沼氣輸送裝置3導(dǎo)出的氣體在經(jīng)過配氣箱33 后用戶可以直接利用。連接好電力輸送裝置4后，產(chǎn)出的電由導(dǎo)線輸送到配電箱42，在配電箱內(nèi)經(jīng)過電壓變換電路，就可以直接為用戶提供電能。由于設(shè)計(jì)的該系統(tǒng)提供可移動(dòng)性能， 故可根據(jù)用戶的需要將沼氣池1安置在方便的地方。本組合裝置可以利用沼氣料液產(chǎn)生沼氣，經(jīng)過沼氣輸送裝置為用氣設(shè)備提供沼氣燃料，同時(shí)發(fā)電裝置利用微生物燃料電池原理，在沼氣池內(nèi)利用沼氣料液產(chǎn)生電流，經(jīng)過導(dǎo)線輸送到配電箱，再由配電箱將電輸出供給用電設(shè)備電能，該組合裝置開發(fā)了沼氣料液的新用途，為新能源的開發(fā)利用開辟了新的思路。以上所述，僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不能以此限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍，凡依本實(shí)用新型權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡單的變換，皆應(yīng)仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，包括裝有沼氣液料(5)的沼氣池 (1)，以及沼氣輸送裝置(3)，其特征在于還包括浸在沼氣液料(5)中的發(fā)電裝置(2)，以及和發(fā)電裝置(2 )相連的電力輸送裝置(4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述發(fā)電裝置(2)包括至少一組陰陽電極，每組陰陽電極包括一個(gè)陽極電板(21)和一個(gè)陰極電板(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述陽極電板(21)是開放式電極，所述陰極電板(23)被質(zhì)子交換膜(24)包裹。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述陰極電板(23)的材料為金屬、碳布或碳?xì)?，所述陽極電板(21)的材料為金屬、 石墨或碳布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述陰極電板(23)為鋁板，所述陽極電板(21)為不銹鋼板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述發(fā)電裝置(2)的多組陰陽電極之間為并聯(lián)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述電力輸送裝置(4)包括和發(fā)電裝置(2)依靠導(dǎo)線(41)連接的配電箱(42)，用電設(shè)備(43)和所述配電箱(42)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述沼氣輸送裝置(3)包括和沼氣池(1)依靠導(dǎo)氣管(31)相連的配氣箱(32)，用氣設(shè)備(33 )和所述配氣箱(32 )連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，其特征在于所述沼氣池(1)通過固定支架(14)安裝在可移動(dòng)設(shè)備(6)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用沼氣料液生產(chǎn)沼氣和發(fā)電的組合裝置，包括裝有沼氣液料的沼氣池，以及沼氣輸送裝置，還包括浸在沼氣液料中的發(fā)電裝置，以及和發(fā)電裝置相連的電力輸送裝置。發(fā)電裝置包括至少一組陰陽電極，每組陰陽電極包括一個(gè)陽極電板和一個(gè)陰極電板。陽極電板是開放式電極，陰極電板被質(zhì)子交換膜包裹。本實(shí)用新型在產(chǎn)沼氣作為燃料利用的同時(shí)，開發(fā)了沼氣料液的新用途，使其產(chǎn)生電能，為發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了沼氣料液的高效利用，且本裝置具有操作簡便、發(fā)電成本低、既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C12M1/107GK201999929SQ2010206528
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者吳巍, 尹立紅, 戎非, 浦躍樸 申請人:東南大學(xué)