CN101775352A - 一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热泵沼气池,特别涉及一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,属环境工程设备。它是由:厌氧消化系统、隔热保温系统、太阳能热水系统、空气能热泵系统、地源热泵系统、控制系统组成。地源热泵系统末端换热设备、太阳能热水管道、空气能热泵系统通过热水循环管与隔热保温系统、厌氧消化系统连接,保温系统中的热水中转箱对上述热源系统的热水进行调节、平衡,热水通过循环管加热厌氧消化池促进厌氧消化;热水循环管既可以置于厌氧消化池内部也可以置于外部。本沼气池在生产沼气的同时也可以提供热水、冷气。本发明可解决沼气工程冬季生产成本高、能耗大等问题,易于推广。

Description

一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池
所属技术领域
[0001] 本发明涉及一种热泵沼气池,特别涉及一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池。适
合农作物秸秆、厨房生活垃圾、畜禽粪便污水等的综合利用,属环境工程所需设备装置。 背景技术
[0002] 在当今能源危机的形势下,拓展资源再生利用,促进生物质能的科学利用和保护 生态环境,越来越成为当今世界发展的主题。而沼气就是实现生物质能量向清洁能源的转 化。现有传统沼气池包括大、中型沼气工程成本高、效率低,对粪污的处理不彻底、不迅速, 特别是有些没有增温、保温装置,有些有增温、保温装置,也由于使用煤炭、电力等高品质能 源,成本高,不利于北方寒冷地区推广。而德国沼气工程一般采用沼气发电的余热热水循环 加热沼气池,对于中、小型沼气池以及没有发电的沼气工程也不实用。空气能热泵技术、地 源热泵技术以逆向卡诺循环原理为基础,通过输入少量的电能提取空气能、地下浅层地热 能源,为建筑物体供暖、制冷及热水等,是一个利用少量的高品位电能,实现低品位热能的 转移过程;能量投入少,产出大。太阳能热水系统也是清洁能源。而将太阳能热水系统、空 气能热泵技术、地源热泵技术应用于沼气工程不仅可以降低沼气工程运行成本,而且还是 可再生循环利用的能源,意义深远。本发明就是解决沼气池及大、中型沼气工程易冻、冬季 能源消耗大、运行成本高、产气率低以及对粪污的处理不彻底、不迅速、效率低等问题。
发明内容
[0003] 本发明涉及一种热泵沼气池,特别涉及一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池。本 发明采用的技术方案为:一种热泵沼气池,特别涉及一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池, 其特征在于它包括:厌氧消化系统、隔热保温系统、太阳能热水系统、空气能热泵系统、地源 热泵系统、控制系统组成。所述的厌氧消化系统由预处理池、污泥泵、厌氧消化池、曝气池组 成;隔热保温系统由隔热保温板、热水循环管、循环泵、热水中转箱组成;太阳能热水系统 由集热器、水箱、热水管道、循环泵组成;空气能热泵系统由蒸发器、压縮机、节流装置、气液 型板式换热器组成;地源热泵系统由地下换热系统、热泵主辅机系统及末端换热设备组成, 其中地下换热系统由地埋管换热器、循环水泵、管道组成,热泵主辅机系统由冷热源侧换热 器、压縮机、换向阀、节流阀组成。地源热泵系统末端换热设备、太阳能热水管道、空气能热 泵系统通过热水循环管与隔热保温系统、厌氧消化系统连接,热水中转箱对上述热源系统 的热水进行调节、平衡。地源热泵中的地埋管换热器为竖直式埋管换热器,它吸收地表浅层 土壤中的热量,空气能热泵系统吸收空气中的能量,太阳能热水系统吸收太阳能,它们将热 量传递给水,水通过循环管加热厌氧消化池促进厌氧消化,热水变冷后,再通过地源热泵系 统、空气能热泵系统、太阳能热水系统加热。厌氧消化池发酵生产沼气,沼气可以用来发电, 发电产生的余热也可以打入上述系统的热水循环管中对厌氧消化池进行加热。所述的热水 循环管既可以放置于厌氧消化池内部也可以放置于厌氧消化池外部。本发明不仅限于上述 三者组合,其中二者组合也属保护范围。本发明的主要目标为:(l)可处理畜禽粪便污水、秸秆、厨房生活垃圾等,可以使原料发酵充分,提高发酵效率和产气率;(2)系统中设置有 空气能热泵、地源热泵、太阳能热水系统可以为厌氧发酵提供适宜的温度同时降低了加热 成本;(3)空气能热泵、地源热泵系统、太阳能热水系统提供的能源为可再生能源,它高效 节能、运行费用低,发酵温度稳定,节约能源显著。本发明的有益效果:1、系统设计了空气能 热泵、地源热泵装置、太阳能热水系统及控制系统,可控制厌氧发酵温度,进而实现恒温高 效生产;2、系统中有循环加温、保温装置、热水中转箱,可保证各种能源的平衡合理利用,保 障厌氧发酵稳定运行;3、空气能热泵、地源热泵是节能设备,它能消耗较少的能源提供大量 的能源,是利用逆卡诺循环原理,从低温环境吸热并向高温环境放热达到为物体供热的目 的,它是可再生能源,可实现高效率低能耗,节能效果明显;4、沼气池的产品沼气主要用来 发电和生活燃料,而发电的余热又可以利用来加热厌氧消化池,实现循环利用;5、空气能热 泵系统、地源热泵系统在提供热量的同时也可以提供冷气,而本发明同时也可以提供热水、 沼气燃料及电力。本发明结构合理,运行高效,适合西北地区及新农村建设推广使用。
具体实施方式
[0004] 具体实施方式一 :一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征在于它包括:厌
氧消化系统、隔热保温系统、太阳能热水系统、空气能热泵系统、地源热泵系统、控制系统组
成。所述的厌氧消化系统由预处理池、污泥泵、厌氧消化池、曝气池组成;隔热保温系统由隔
热保温板、热水循环管、循环泵、热水中转箱组成;太阳能热水系统由集热器、水箱、热水管
道、循环泵组成;空气能热泵系统由蒸发器、压縮机、节流装置、气液型板式换热器组成;地
源热泵系统由地下换热系统、热泵主辅机系统及末端换热设备组成,其中地下换热系统由
地埋管换热器、循环水泵、管道组成,热泵主辅机系统由冷热源侧换热器、压縮机、换向阀、
节流阀组成。地源热泵系统末端换热设备、太阳能热水管道、空气能热泵系统通过热水循
环管与隔热保温系统、厌氧消化系统连接,热水中转箱对上述热源系统的热水进行调节、平
衡。地源热泵中的地埋管换热器为竖直式埋管换热器,它吸收地表浅层土壤中的热量,空
气能热泵系统吸收空气中的能量,太阳能热水系统吸收太阳能,它们将热量传递给水,水通
过循环管加热厌氧消化池促进厌氧消化,热水变冷后,再通过地源热泵系统、空气能热泵系
统、太阳能热水系统加热。厌氧消化池发酵生产沼气,沼气可以用来发电,发电产生的余热
也可以打入上述系统的热水循环管中对厌氧消化池进行加热。所述的热水循环管既可以放
置于厌氧消化池内部也可以放置于厌氧消化池外部。运行时沼气池预处理池放入调好浓
度的畜禽粪便污水,处理好后原料经污泥泵打入厌氧消化池。厌氧消化池采取隔热保温处
理,热水循环管对它加热,热水的热源来自地源热泵系统、空气能热泵系统、太阳能,厌氧消
化池的料液经过热水循环管加热充分发酵后打入曝气池,料液经曝气处理达标后排放,生
产的沼气提供给客户。在冬季时地源热泵系统通过热泵系统把地下的热量吸收出来,经过
热泵进一步换热后为厌氧消化池加热,同时将冷能传输到地下;在夏季,把地下的冷能放出
来,经过热泵进一步制冷后,通过换向阀向房间提供冷气,同时将热能释放到循环水中为厌
氧消化池加热。
[0005] 具体实施方式二 :
[0006] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将厌氧消化池由钢结构材料改为膜式 沼气池,材料为PVC复合材料,热传导效率高,热水循环管内的介质为水,也可为其它热量交换介质。
[0007] 具体实施方式三:
[0008] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将热泵中的能量传导介质由水改为空 气、乙二醇、甲醇、氯化钙水溶液。 [0009] 具体实施方式四:
[0010] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将地源热泵中的埋地换热器的敷设方
式由竖直式改为水平式埋管换热器。
[0011] 具体实施方式五:
[0012] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将地源热泵改为地下水地源热泵,热量
的提取对象为地下水,形成开式地下水热泵系统,它将地下水经处理后直接供给并联连接
的热泵,与热泵中的循环水进行热交换,从而加热厌氧消化池,热水冷却后打入地下回灌以
保持地下水位。
[0013] 具体实施方式六:
[0014] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将地源热泵改为地表水源热泵,热量的 提取对象为地表水,形成开式地表水热泵系统,它直接将地表水处理后引入热泵,与热泵中 的循环水进行热交换,从而加热厌氧消化池,热水冷却后排回原水体中。 [0015] 具体实施方式七:
[0016] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将空气能热泵系统增加一个蒸发器、换 向阀、电磁阀,这样既可以为厌氧消化池提供热量,夏季时也可以为客户提供冷气,同时方 便维护。
[0017] 具体实施方式八:
[0018] 本实施方式是在具体实施方式一的基础上将增加太阳能水箱、热水管道、冷气管 道及沼气发电机组,从而实现发电、沼气、热水、冷气的供给。
5

Claims (7)

  1. 一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:它是由厌氧消化系统、隔热保温系统、太阳能热水系统、空气能热泵系统、地源热泵系统、控制系统组成;所述的厌氧消化系统由预处理池、污泥泵、厌氧消化池、曝气池组成;隔热保温系统由隔热保温板、热水循环管、循环泵、热水中转箱组成;太阳能热水系统由集热器、水箱、热水管道、循环泵组成;空气能热泵系统由蒸发器、压缩机、节流装置、气液型板式换热器组成;地源热泵系统由地下换热系统、热泵主辅机系统及末端换热设备组成,其中地下换热系统由地埋管换热器、循环水泵、管道组成,热泵主辅机系统由冷热源侧换热器、压缩机、换向阀、节流阀组成;地源热泵系统末端换热设备、太阳能热水管道、空气能热泵系统通过热水循环管与隔热保温系统、厌氧消化系统连接,热水中转箱对上述热源系统的热水进行调节、平衡;地源热泵中的地埋管换热器为竖直式埋管换热器,它吸收地表浅层土壤中的热量,空气能热泵系统吸收空气中的能量,太阳能热水系统吸收太阳能,它们将热量传递给水,水通过循环管加热厌氧消化池促进厌氧消化,热水变冷后,再通过地源热泵系统、空气能热泵系统、太阳能热水系统加热;厌氧消化池发酵生产沼气,沼气可以用来发电,发电产生的余热也可以打入上述系统的热水循环管中对厌氧消化池进行加热;所述的热水循环管既可以放置于厌氧消化池内部也可以放置于厌氧消化池外部;本发明不仅限于上述三者组合,其中二者组合也属保护范围。
  2. 2. 根据权利要求1所述的一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:热水循环 管的介质为水,也可以为其它热量交换介质;热泵中的能量传导介质为水,也可以为空气、 乙二醇、甲醇、氯化钙水溶液。
  3. 3. 根据权利要求1所述的一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:地源热泵 中的埋地换热器的敷设方式为竖直式,也可以为水平式埋管换热器。
  4. 4 . 根据权利要求1所述的一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:地源热泵 的热量提取对象是土壤,也可以是地下水、地表水。
  5. 5. 根据权利要求1所述的一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:将空气能 热泵系统中增加一个蒸发器、换向阀、电磁阀,这样既可以为厌氧消化池提供热量,夏季时 也可以为客户提供冷气,同时方便维护。
  6. 6. 根据权利要求1所述的一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:将增加太 阳能水箱、热水管道、冷气管道及沼气发电机组,从而实现发电、沼气、热水、冷气的供给。
  7. 7. 根据权利要求1所述的一种空气能、太阳能、地源热泵沼气池,其特征是:厌氧消化 池的材质为混凝土,也可为钢铁、玻璃钢、搪瓷、PVC复合材料、塑料、橡胶、砖混结构。
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