CN103361264A - 一种可调整容积的发酵罐及其控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种可调整容积的发酵罐及其控制装置和方法，所述装置包括：液位高度获取单元，用于获取满足发酵负荷的液位高度；溢流口获取单元，与所述液位高度获取单元相连，用于确定与所述液位高度对应的溢流口；溢流口控制单元，与所述溢流口获取单元相连，用于开启所述对应的溢流口并关闭其他的溢流口。本发明提供的可调整容积的发酵罐及其控制装置和方法，可以根据实际发酵负荷调整发酵罐的发酵容积，克服了现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，解决了季节变化引起的温度变化问题或养殖规模变化造成的沼气工程发酵原料量浮动大，影响整个工程经济性的问题，实现了发酵罐的容积可变性灵活，使得发酵罐适应工况能力增强。
Description
技术领域
本发明是关于生物技术领域，尤其是关于沼气发酵技术领域，具体来说是关于一种可调整容积的发酵罐及其控制装置和方法。
背景技术
沼气作为能源利用已有很长的历史。我国的沼气最初主要为农村户用沼气池，沼气池产生的沼气从用于农村家庭的炊事逐渐发展到照明和取暖，目前，户用沼气在我国农村仍在广泛使用。此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立拓宽了沼气的生产和使用范围，随着我国经济发人民生活水平的提高，工业、农业、养殖业的发展，大废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生能源利用和环护的切实有效的方法。通过沼气发酵综合利用技术沼气用于农户生活用能和农副产品生产、加工，沼气发酵综合利用生态农业模建立使农村沼气和农业生态紧密结合起来，是改善农村环境卫生的有效措施，是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。
沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质(如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等)在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体(沼气)的过程。
在发酵工业中，尤其是沼气工程，发酵罐的容积设计通常是根据原料生产负荷量，结合最佳的发酵浓度和水力循环周期来确定。最佳发酵浓度和水力循环周期的确定综合考虑了生物发酵原理和工程投资经济性问题，具有相对不变性，而原料的生产负荷量却往往是变化的。以养牛场粪便发酵沼气工程为例，夏季牛放散时间较长，牛粪收集量少很多，发酵浓度受影响，依然按设计量发酵明显背离生物发酵学原理，会导致浓度过低，发酵产气率少。同时为使发酵料液达到发酵温度，需要更多不必要的热量，这种情况以冬季最为明显。
中国专利申请第200920062534.1公开了一种沼气罐。本专利申请所公开的内容合并于此，以作为本发明的现有技术。
发明内容
为克服现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，本发明提供一种可调整容积的发酵罐及其控制装置和方法，可以改变发酵罐容积负荷的结构，对沼气工程的经济性产生重要影响。
本发明提供一种可调整容积的发酵罐的控制装置，所述的装置包括：液位高度获取单元，用于获取满足发酵负荷的液位高度；溢流口获取单元，与所述的液位高度获取单元相连，用于根据所述的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口；溢流口控制单元，与所述的溢流口获取单元相连，用于开启所述的对应的溢流口并关闭其他的溢流口。
本发明还提供一种可调整容积的发酵罐的控制方法，所述的方法包括：获取满足发酵负荷的液位高度；根据所述的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口；开启所述的对应的溢流口并关闭其他的溢流口。
本发明还提供一种可调整容积的发酵罐，所述的发酵罐包括：可调整容积的发酵罐的控制装置，用于确定发酵罐的容积；发酵罐体，用于储存发酵液；至少两个溢流口，分别设置在发酵罐体的不同高度，用于调整发酵罐的发酵容积。
本发明提供的可调整容积的发酵罐及其控制方法和装置，克服了现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，可以根据实际发酵负荷调整发酵罐的发酵容积，解决季节问题或者养殖规模变化造成的沼气工程发酵原料量浮动大，影响整个工程经济性的问题，实现了发酵罐的容积可变性，使得发酵罐适应工况能力增强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的控制装置示意图。
图2是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的部分结构示意图。
图4是本发明实施例提供的一种液位高度获取单元101示意图。
图5是本发明实施例提供的一种溢流口获取单元102示意图。
图6是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐控制装置的控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种可调整容积的发酵罐及其控制装置和方法，以下结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一
图1是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的控制装置示意图，图2是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的结构示意图，如图2所示，发酵罐200包括可调整容积的发酵罐的控制装置、发酵罐体201和三个溢流口202、203和204，其中：
可调整容积的发酵罐的控制装置，用于确定发酵罐201的容积。
发酵罐体201，用于储存发酵液。
三个溢流口202、203和204，分别设置在发酵罐体201的不同高度，用于调整发酵罐200的发酵容积。
在本发明实施例中，发酵罐200的发酵容积通常由发酵罐体201上部的溢流口202、203和204位置决定，溢流口位置越高发酵容积越大。在本发明实施例中，根据可能出现的负荷变化，设置了三个高度不同的溢流口202、203和204，同时各个溢流口还设置有阀门，以避免相互影响。当发酵负荷变化后，通过计算确定需要开启的溢流口202、203或204，同时关闭其他溢流口即可，此法简单方便，操作性强。
本发明实施例提供的可调整容积的发酵罐，克服了现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，可以根据实际发酵负荷调整发酵罐的发酵容积，解决季节问题或者养殖规模变化造成的沼气工程发酵原料量浮动大，影响整个工程经济性的问题，实现了发酵罐的容积可变性，使得发酵罐适应工况能力增强。
图3是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的部分结构示意图，如图3所示，发酵罐200包括：
发酵罐体201，用于储存发酵液。
三个溢流口202、203和204，分别设置在发酵罐体201的不同高度，用于调整发酵罐200的发酵容积。
在本发明实施例中，溢流口202包括溢流斜段管2021、缓冲仓2022、阀门2023和溢流竖段管2024；溢流口203包括溢流斜段管2031、缓冲仓2032、阀门2033和溢流竖段管2034；溢流口204包括溢流斜段管2041、缓冲仓2042、阀门2043和溢流竖段管2044。其中：
溢流斜段管2021、2031和2041，分别穿过发酵罐罐体201的罐壁与发酵罐体201内部相连。
缓冲仓2022、2032和2042，分别与所述的溢流斜段管2021、2031和2041相连，在本发明实施例中，缓冲仓2022、2032和2042内部空间较大以防止溢流过快。
阀门2023、2033和2043，分别设置于所述的溢流斜段管2021、2031和2041与所述的缓冲仓2022、2032和2042之间，用于打开或关闭所述的溢流斜段管2021、2031和2041，在本发明实施例中，阀门2023、2033和2043可以是闸阀或刀闸阀，可以是手动闸门或电动闸门。
溢流竖段管2024、2034、2044，分别与所述的缓冲仓2022、2032和2042相连。
在本发明实施例中，根据不同的发酵负荷，可以选择打开不同的溢流口，以控制发酵容积，如需要将液位控制在液位平面一的水平时，打开溢流口204的阀门2043，同时关闭溢流口202和203的阀门2023和2033，这样，发酵罐体中高于液位平面一的发酵液会从溢流口204的溢流斜段管2041流经溢流口204的阀门2043和缓冲仓2042，最终通过溢流竖段管2044排出发酵罐体201之外。
在本发明的另一实施例中，当需要较大的发酵容积时，可以选择打开溢流口202或203的阀门2023或2033，并同时关闭另外两个溢流口的阀门，使得液位平面维持在液位平面二或液位平面三的水平。
在本发明的另一实施例中，发酵罐200还包括检查检修盖209，检查检修盖209位于所述的至少两个溢流口之上，用于对所述的溢流口进行检修。检查检修盖209可以由人工旋转打开，以便于对发酵罐200进行检查检修。
在本发明实施例中，发酵罐体201的直径为11m，设计最大容积为1000m3，发酵固体浓度10％，水力循环周期20天。日进料量50m3(按发酵固体浓度10％配比进料)，初始设计料液高度10.5m，溢流口202位置位于10.5m高处。当负荷变化导致进料量日均只有35m3时(按发酵固体浓度10％配比进料)，料液位置将位于7.35m高处，此时应开启7.35m高处的溢流口203的阀门2033，并关闭10.5m高处的溢流口202的阀门2023。
在本发明实施例中，通过开启溢流口203的阀门2033并关闭溢流口202的阀门2023，减少了0.785×11×11×(10.5-7.35)＝299.2m3的料液保温，在严寒的北方冬季里，在保温效果好的情况下，计应环境导致的日温度下降1℃，料液热容4200J/(kg.℃)，相对于每日节约热量1256.6MJ，热量角度相当于42.9千克标准煤，长期时间里节能效益很明显。
本发明实施例提供的可调整容积的发酵罐，克服了现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，可以根据实际发酵负荷调整发酵罐的发酵容积，解决季节问题或者养殖规模变化造成的沼气工程发酵原料量浮动大，影响整个工程经济性的问题，实现了发酵罐的容积可变性，使得发酵罐适应工况能力增强。
实施例二
图1是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的控制装置示意图，如图1所示，发酵罐的控制装置100包括：液位高度获取单元101、溢流口获取单元102和溢流口控制单元103，结合图2所示的发酵罐200，在发酵罐的控制装置100中：
液位高度获取单元101，用于获取满足发酵负荷的液位高度；
在本发明实施例中，液位高度获取单元101根据实际发酵负荷获取发酵罐体101内的液位高度信息，当发酵原料少时，获取到的液位高度信息为较低液位平面，当发酵原料多时，获取到的液位高度信息为较高液位平面。
图4是本发明实施例提供的一种液位高度获取单元101示意图，如图4所示，液位高度获取单元101包括液位高度获取模块1011和液位高度计算模块1012，其中：
液位高度获取模块1011，用于根据发酵罐内的实际发酵负荷获取发酵罐内的液位高度。
在本发明实施例中，罐内液位获取模块1011获取发酵罐体201内的发酵固体浓度信息，根据发酵固体浓度信息得到液位高度信息。如当发酵固体浓度大于10％时，获取到的液位信息可以是10m，当发酵固体浓度小于10％时，获取到的液位信息可以是7m。
液位高度计算模块1012，用于根据发酵罐的进料和/或出料量获取发酵罐内的液位高度。
在本发明实施例中，罐内液位高度计算模块1012根据发酵罐的进料和/或出料量获取发酵罐内的液位高度信息。罐内液位高度计算模块1012可以仅根据进料量或出料量获取发酵罐内的液位信息。如当日进料量为50m3时，获取到的液位信息可以是10m，当日进料量为35m3时，获取到的液位信息可以是7m。
溢流口获取单元102，与所述的液位高度获取单元101相连，用于根据所述的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口；
在本发明实施例中，溢流口获取单元102根据液位高度获取单元101获取到的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口。
图5是本发明实施例提供的一种溢流口获取单元102示意图，如图5所示，溢流口获取单元102包括溢流口高度获取模块1021和溢流口确定模块1022，其中：
溢流口高度获取模块1021，用于获取多个溢流口的高度信息；
在本发明实施例中，溢流口高度获取模块1021获取发酵罐200上所有溢流口的高度信息，结合实施例一所述，溢流口高度获取模块1021获取到三个溢流口202、203和204的高度分别为10.5m，7.35m和5m。
溢流口确定模块1022，用于将溢流口高度高于或等于液位高度的溢流口中高度最低的溢流口确定为所述的对应的溢流口。
在本发明实施例中，当液位高度获取单元101获取到的液位高度为10m时，溢流口确定模块1022将溢流口高度高于10m的溢流口中，高度最低的溢流口确定为对应的溢流口，即高度为10.5m的溢流口202；当液位高度获取单元101获取到的液位高度为7m时，溢流口确定模块1022将溢流口高度高于10m的溢流口中，高度最低的溢流口确定为对应的溢流口，即高度为7.35m的溢流口203。
溢流口控制单元103，与所述的溢流口获取单元102相连，用于开启所述的对应的溢流口并关闭其他的溢流口。
在本发明实施例中，溢流口控制单元103开启溢流口获取单元102所确认的溢流口，并关闭其他的溢流口，从而调整发酵罐200的发酵容积。
本发明实施例提供的可调整容积的发酵罐的控制装置，克服了现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，可以根据实际发酵负荷调整发酵罐的发酵容积，解决季节问题或者养殖规模变化造成的沼气工程发酵原料量浮动大，影响整个工程经济性的问题，实现了发酵罐的容积可变性，使得发酵罐适应工况能力增强。
实施例三
图6是本发明实施例提供的一种可调整容积的发酵罐的控制方法流程图，如图6所示，发酵罐的控制方法包括：
S301，获取满足发酵负荷的液位高度；
在本发明实施例中，发酵罐的控制方法可以通过图1所示的发酵罐的控制装置来实现，结合图1所示，发酵罐的控制装置根据实际发酵负荷获取发酵罐体内的液位高度信息，当发酵原料少时，获取到的液位高度信息为较低液位平面，当发酵原料多时，获取到的液位高度信息为较高液位平面。
在本发明实施例中，发酵罐的控制装置可以获取发酵罐体内的发酵固体浓度信息，根据发酵固体浓度信息得到液位高度信息。如当发酵固体浓度大于10％时，获取到的液位信息可以是10m，当发酵固体浓度小于10％时，获取到的液位信息可以是7m。
在本发明另一实施例中，发酵罐的控制装置可以根据发酵罐的进料和/或出料量获取发酵罐内的液位高度信息。罐内液位高度计算模块1012可以仅根据进料量或出料量获取发酵罐内的液位信息。如当日进料量为50m3时，获取到的液位信息可以是10m，当日进料量为35m3时，获取到的液位信息可以是7m。
S302，根据所述的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口；
在本发明实施例中，发酵罐的控制装置根据获取到的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口。
在本发明实施例中，发酵罐的控制装置首先获取发酵罐上所有溢流口的高度信息，结合实施例一所述，发酵罐的控制装置获取到三个溢流口202、203和204的高度分别为10.5m，7.35m和5m。当获取到的液位高度为10m时，发酵罐的控制装置将溢流口高度高于或等于10m的溢流口中，高度最低的溢流口确定为对应的溢流口，即高度为10.5m的溢流口202；当获取到的液位高度为7m时，发酵罐的控制装置将溢流口高度高于7m的溢流口中，高度最低的溢流口确定为对应的溢流口，即高度为7.35m的溢流口203。
S303，开启所述的对应的溢流口并关闭其他的溢流口。
在本发明实施例中，发酵罐的控制装置开启步骤S302中所确认的溢流口，并关闭其他的溢流口，从而调整发酵罐200的发酵容积。
本发明实施例提供的可调整容积的发酵罐的控制方法，克服了现有技术中发酵原料少时导致的发酵浓度低，热量浪费的问题，可以根据实际发酵负荷调整发酵罐的发酵容积，解决季节问题或者养殖规模变化造成的沼气工程发酵原料量浮动大，影响整个工程经济性的问题，实现了发酵罐的容积可变性，使得发酵罐适应工况能力增强。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可调整容积的发酵罐的控制装置，其特征在于，所述的装置包括：
液位高度获取单元，用于获取满足发酵负荷的液位高度；
溢流口获取单元，与所述的液位高度获取单元相连，用于根据所述的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口；
溢流口控制单元，与所述的溢流口获取单元相连，用于开启所述的对应溢流口并关闭其他的溢流口。
2.根据权利要求1所述的可调整容积的发酵罐的控制装置，其特征在于，所述的液位高度获取单元包括：
液位高度获取模块，用于根据发酵罐内的实际发酵负荷获取发酵罐内的液位高度；
液位高度计算模块，用于根据发酵罐的进料量和/或出料量获取发酵罐内的液位高度。
3.根据权利要求1所述的可调整容积的发酵罐的控制装置，其特征在于，所述的溢流口获取单元包括：
溢流口高度获取模块，用于获取多个溢流口的高度信息；
溢流口确定模块，用于将溢流口高度高于或等于液位高度的溢流口中高度最低的溢流口确定为所述的对应溢流口。
4.一种可调整容积的发酵罐的控制装置的控制方法，其特征在于，所述的方法包括：
获取满足发酵负荷的液位高度；
根据所述的液位高度确定与所述的液位高度对应的溢流口；
开启所述的对应的溢流口并关闭其他的溢流口。
5.根据权利要求4所述的可调整容积的发酵罐的控制装置的控制方法，其特征在于，所述的获取满足发酵负荷的液位高度包括：
根据发酵罐内的实际发酵负荷获取发酵罐内的液位高度；或者
根据发酵罐的进料和/或出料量获取发酵罐内的液位高度。
6.根据权利要求4所述的可调整容积的发酵罐的控制装置的控制方法，其特征在于，所述的根据所述的液位高度确定与所述的液位信息对应的溢流口包括：
获取多个溢流口的高度信息；
将溢流口高度高于或等于液位高度的溢流口中高度最低的溢流口确定为所述的对应的溢流口。
7.一种可调整容积的发酵罐，其特征在于，所述的发酵罐包括：
权利要求1所述的一种可调整容积的发酵罐的控制装置，用于确定发酵罐的容积；
发酵罐体，用于储存发酵液；
至少两个溢流口，分别设置在发酵罐体的不同高度，用于调整发酵罐的发酵容积。
8.根据权利要求7所述的可调整容积的发酵罐，其特征在于，所述的溢流口包括：
溢流斜段管，穿过发酵罐的罐壁与发酵罐内部相连；
缓冲仓，与所述的溢流斜段管相连；
阀门，设置于所述的溢流斜段管与所述的缓冲仓之间，用于打开或关闭所述的溢流斜段管；
溢流竖段管，与所述的缓冲仓相连。
9.根据权利要求7所述的可调整容积的发酵罐，其特征在于，所述的发酵罐还包括：
检查检修盖，位于所述的至少两个溢流口之上，用于对所述的溢流口进行检修。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Volume-adjustable fermentation tank, control device thereof and control method thereof Effective date of registration: 20160119 Granted publication date: 20141231 Pledgee: Beijing agricultural financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Yuanjinghong Energy Environmental Protection Technology Development Co., Ltd. Registration number: 2016990000055 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20180418 Granted publication date: 20141231 Pledgee: Beijing agricultural financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Yuanjinghong Energy Environmental Protection Technology Development Co., Ltd. Registration number: 2016990000055 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141231 Termination date: 20190330 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |