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：
本發(fā)明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氣體，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70年代末我國就在農(nóng)村開始了建設(shè)沼氣池的試 點工作，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、儲備糧食、水果保鮮等。沼氣也可發(fā)電做農(nóng)機動力， 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渣直接加工成有機肥，用作肥料和飼料，未達到資源的 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 來進行發(fā)電。因此，在能源短缺的當(dāng)今社會，如何更高效的利用沼氣料液和殘渣成為擺在我 們面前的一項重大課題。我們知道，有機質(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 物在分解有機質(zhì)的同時也會釋放一定的電子。相關(guān)研究資料表明，當(dāng)在反應(yīng)池內(nèi)插入電極 板時，在陽極池內(nèi)電子通過載體會通過外電路到達陰極，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載，或者直接負載外部電路，如節(jié)能 燈、音箱、電風(fēng)扇等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種沼氣料液在產(chǎn)生沼氣的同時，又能利用微生物燃料電池 原理進行發(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)電機組提供動力的不足、沼氣料液未能高效利用的問題。本發(fā)明的技術(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。本發(fā)明更詳細的技術(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 陰陽電極包括一個陽極電板和一個陰極電板。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、碳布或碳氈，所述陽極電板的材料為金屬、石墨或碳布。
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設(shè)備上。本發(fā)明的優(yōu)點是
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，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)配電箱直接負載外部電路，實現(xiàn)沼氣燃料提供 熱能與電能的雙重應(yīng)用。本發(fā)明具有操作簡便、發(fā)電成本低、既經(jīng)濟又環(huán)保等優(yōu)點，并開發(fā)了沼氣料液的新 用途，實現(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作；
3)本發(fā)電過程不需要進行廢氣處理；
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，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。在前期實驗中得出以下結(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。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述 圖1為本發(fā)明的組合裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例的發(fā)電裝置的電極剖面示意圖。其中1沼氣池；12進料口；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；24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可移動設(shè)備。
具體實施例方式實施例如圖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存儲多余的電力。沼氣 池1可以通過固定支架14安裝在可移動設(shè)備6，可以根據(jù)用戶需要自由移動或隨機固定，將 沼氣池安置在方便的地方，具有固定和可移動的兩便性。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陽極電 板21和一個陰極電板23。陽極電板21為開放式電極，能直接與沼氣池內(nèi)的有機質(zhì)液體接 觸。陰極電板23被質(zhì)子交換膜24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)能夠更充分的進行，提高產(chǎn)電的庫倫效率。陽極電板選用碳布、碳氈、金屬等作 為電極材料，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，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。沼氣殘渣從沼氣池1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)計的該系統(tǒng)提供可移動性能， 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，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本 發(fā)明權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡單的變換，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明覆蓋的保護范圍。
權(quán)利要求
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陽極電板(21)和一 個陰極電板(23)。
3.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、碳布或碳氈，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)安裝在可移動設(shè)備(6)上。
全文摘要
本發(fā)明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陽極電板和一個陰極電板。陽極電板是開放式電極，陰極電板被質(zhì)子交換膜包裹。本發(fā)明在產(chǎn)沼氣作為燃料利用的同時，開發(fā)了沼氣料液的新用途，使其產(chǎn)生電能，為發(fā)電機組提供動力，實現(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)濟又環(huán)保等優(yōu)點。
文檔編號H01M8/16GK101997329SQ20101058256
公開日2011年3月30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)