CN103468563A - 一种高效生产沼气的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高效生产沼气的装置，包括可搬运的底座和可旋转的沼气形成容器，容器置放于底座上并有旋转轴和开口；容器内腔形成沼气发生室；内腔内设有第一双螺旋叶片并与内腔内壁连接，该叶片的螺旋转轴与旋转轴同轴；开口连接法兰盖，法兰盖包括法兰管以及设于法兰管内腔中的内管，法兰管的内壁面及内管的外壁面间连有与第一双螺旋叶片自然衔接的第二双螺旋叶片，内管中安插有伸入内腔的沼气引出管，内管中心轴与旋转轴同轴；第一双螺旋叶片与第二双螺旋叶片共同形成连贯的、由内腔底部通向开口的进料/出料螺旋桨；内管的下部伸入内腔沼液下，法兰管两端设有法兰盘。其利用螺旋叶片的正反转来实行自动进出料，本身可搬运，产气快，效率高。

Description

一种高效生产沼气的装置

技术领域

本发明涉及一种高效生产沼气的装置，属于生物新能源技术领域。

背景技术

当今世界，石油，煤炭等常规能源即将告罄，能源前景堪忧。对新能源的开发已提出迫切要求。而沼气，作为一种生物能源，实质上是人畜粪便等有机物自然分解过程释放的以甲烷为主要成分的气体。合理利用沼气，不光对环境的美化有积极意义。并且其分解完成后形成的沼液、沼渣又是极佳的肥料。其积极意义不言自明。

传统的沼气池一般是因地制宜的在地面挖坑或堆建水泥池，做出酸化池，发酵池和出料池的结构，再进行沼气的采集和利用。一般来讲，这种方式在热带，亚热带地区都是可行的，但如果所在地纬度偏高，或处于冬季等环境温度偏低的状态，都会影响到沼气池的正常工作，可能需要做一些增温保温措施。很难做到全年的持续提供沼气。并且这种结构同时存在产气效率低，维护相对困难等缺点。

譬如说，传统的沼气池的进料一般是自流式，即利用液位高低的压力差促使沼液自动从位置相对较高的酸化池流入发酵池，从发酵池流入出料池。而出料池的出料一般则依靠人力掏掘或采用泵吸式出料，但由于沼渣颗粒大小的不确定性，容易堵塞泵。

值得指出的是，传统的沼气池出于结构的原因，搭建好之后是不能移动位置的，一旦原料收集出现问题，所搭建的沼气池也将不能正常工作。换一个角度来讲，当使用者需要迁往别处时，如果仍希望利用沼气，则需要搭建一个新的沼气池。

综上所述，也就不难理解在相当多地区，沼气池在开发利用一段时间以后，弃之不理，形成死池，废池等状况。不光对沼气的发展和推广产生不利影响，还造成巨大的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以持续、高效的生产和制造沼气的装置。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种高效生产沼气的装置，包括：

一个可搬动运输的底座，

一个可旋转的沼气形成容器，该沼气形成容器置放于所述底座上并具有一旋转轴和一内腔开口；所述沼气形成容器的内腔形成一个供原料堆放及反应发生的沼气发生室；该内腔内设有第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片并保持其螺旋叶片与该内腔的内壁固定连接，所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片的螺旋转轴与所述旋转轴同轴；所述内腔开口连接一法兰盖，所述法兰盖包括一段法兰管以及设于法兰管内腔中的一段内管，所述法兰管的内壁面及所述内管的外壁面之间连接固定有与所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片自然衔接的第二双螺旋叶片或第二多螺旋叶片，所述内管中安插有伸入沼气形成容器内腔的沼气引出管，所述内管的中心轴与所述旋转轴同轴；相衔接的所述第一双螺旋叶片与第二双螺旋叶片或者所述第一多螺旋叶片与第二多螺旋叶片共同形成一个连贯的、由所述沼气形成容器的内腔底部通向内腔开口的进料/出料螺旋桨；所述内管的下部伸入所述形成容器的内腔中所存留的沼液液面下，所述法兰管的两端设有法兰盘。

作为本技术方案的进一步改进，所述沼气形成容器的内腔整体呈纺锤形。

也作为本技术方案的进一步改进，所述法兰盖由一段以上经所述法兰盘依次连接的所述法兰管组成，相邻法兰管的第二双螺旋叶片或第二多螺旋叶片间自然衔接。

还作为本技术方案的进一步改进，可转动的所述沼气形成容器的转动方向与相应螺旋叶片所形成螺旋线绕其轴线由内腔底部至内腔出口的旋转方向一致时，形成所述出料螺旋桨；可转动的所述沼气形成容器的转动方向与相应螺旋叶片所形成螺旋线绕其轴线由内腔底部至内腔出口的旋转方向相反时，形成所述进料螺旋桨。

其中，所述沼气引出管与所述内管可以经轴承连接。

此外，在所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片靠近沼气形成容器内腔壁的螺旋叶片表面开设有一系列通气孔。

另外，所述沼气引出管在沼气形成容器内腔中的开口端的竖直位置高于所述法兰管远离形成容器一端的开口最低点。

也作为本技术方案的进一步改进，所述沼气引出管呈L形走向，其一端安插在所述内管中，另一端的开口紧贴所述纺锤形形成容器内腔的上部内壁，所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片上开设有避让所述沼气引出管的豁口。

作为本发明的优选实施例之一，该装置还包括一个调节所述沼气形成容器与底座安装面间定位角度或者调节沼气形成容器与水平面间定位角度的高度调节装置。以使形成容器与水平面形成的角度可调。

其中，所述高度调节装置可以为一个气缸顶出机构。

作为本发明的又一优选实施例，该装置还包括一外箱。

例如，所述外箱为一标准集装箱。

同样，可旋转的所述沼气形成容器可以连接一驱动电机。

进一步，该装置包括一个用于加热沼气形成容器内腔温度的太阳能加热装置，所述太阳能加热装置包括一组太阳能吸热板，所述太阳能吸热板置放于所述外箱的顶部。

采用上述技术方案的高效生产沼气的装置，通过一个便于移动的本体以及由底部至出口的螺旋叶片的作用实现了自动进料、出料与搅拌，在便于进出料的同时螺旋法兰管的封口还创造了一个的厌氧的生产环境以便于产生气体，解决了现有沼气产生过程中无法实现持续性和规模性生产的难点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作一详细说明。

图1：一种高效生产沼气的装置的透视图；

图2：一种高效生产沼气的装置水平方向角度可调示意图；

图3：一种高效生产沼气的装置出口法兰管结构示意图；

图4：一种高效生产沼气的装置的外装结构透视图；

图5：一种高效生产沼气的装置的外装结构示意图；

图6：外装结构运输示意图；

图7：一种沼气干式高温发酵方法原理及应用图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的保护范围。此外应理解，本领域技术人员在阅读了本发明讲授的内容之后，对本发明所作各种等价形式的改动或修改，同样落入本申请权利要求书所要求的范围之内。

如图1至图3所示的高效生产沼气的装置，包括，由驱动电机带动的可旋转的纺锤型沼气形成容器1，其旋转结构不属于本专利保护范围，故未做详细描述。形成容器1内部固装有两片螺旋叶片21，22。螺旋叶片21，22顺着沼气形成容器1的内部形状延伸并绕该沼气发生装置的轴线旋转。形成容器1的开口处装有一段或多段内含双螺旋叶片结构的法兰管6，如图3所示。沼气引出管4通过法兰管6插入形成容器1内部，其内部弯头的引气口3高于法兰管6在水平面上的最低点61(即法兰管的开口最低位)，以确保当形成容器1内部注入沼渣和沼液时不会淹没引气口3。沼气引出管4在多段法兰管6离开形成容器1的一侧，装有阀门7，以便在需要的时候形成一个必要的厌氧环境以使沼气产出。为了保证此厌氧环境的产生，法兰管6的螺旋叶片与内定位管62是气密焊接的。

进一步，所述多段法兰管6即指根据形成容器1内部添加的沼气形成原料的数量，可以适当的通过调整法兰管6的数量来确保密封，即加入量越多，则适量增加形成容器1出口处的法兰管6。一般认为法兰管6的数量不多于8段的成本是可以承受的。同时，将法兰管6作成通过端部的法兰盘相连接的多段的组合也是出于便于加工的需要。

当形成容器1在电机的驱动下转动时，螺旋叶片21，22、法兰管6跟随形成容器1一起转动，但是沼气引出管4不跟随转动，为避免干涉，在螺旋叶片21，22上开有豁口5。

进一步，在螺旋叶片21，22靠近形成容器1内壁的表面，开有一系列通气口18。其目的在于，确保在沼气引出管4工作时，形成容器1内部不会封有余气。

该装置包括一个可搬动运输的底座12，底座12与安装平面10之间存在一个铰链结构131和一个气缸顶出结构132。具体来说，位于底座12下方的气缸顶出结构132(包括电缸，电磁铁，螺旋伸缩结构等具体部件)，用于调整形成容器与水平面的角度。即根据沼气形成原料的多寡，确保形成一个合适的利用双螺旋叶片水密封的环境。其目的在于，根据注入形成容器的沼气形成原料的量，通过将法兰管6一侧顶起，调整形成容器1与水平面形成的角度以调节液位淹没法兰管6内双螺旋叶片的位置要求，保证一个适当的密封环境。换一句话来说，即形成容器1内部厌氧环境的形成，是通过液位密封来实现的。

底座12上顺序安装有驱动电机、减速机以及可旋转的纺锤形沼气形成容器1(简称形成容器)，形成容器1内腔固定安装有由螺旋叶片21和22组成的双螺旋叶片。驱动电机通过减速机带动形成容器1转动，其内部的双螺旋叶片起到将沼气产生原料更好的搅拌均匀的效果，而其内腔实质上也形成了一个原来堆放、搅拌以及反应发生以产生沼气的沼气发生室。形成容器1由驱动电机驱动转动，且转动方向与螺旋叶片所形成螺旋线绕转动轴线由形成容器底部至出口方向一致时，由于内置双螺旋叶片或多螺旋叶片的带动，会将形成容器内部的沼液沼渣顶出形成容器，即实现自动排料。同理，当往形成容器内添加沼气形成原料时，驱动电机带动形成容器与螺旋叶片所形成螺旋线绕转动轴线由形成容器底部至出口方向相反，此时由于内置双螺旋叶片或多螺旋叶片的带动，将添加至入口的沼气形成原料送入形成容器内部，即实现自动进料。所述自动排料、自动进料过程实质上对沼气形成原料起到一个充分搅动，促使其充分发酵，高效产生沼气的效果。

其中，螺旋叶片的转轴与纺锤形形成容器的转轴同轴。

在该形成容器远离驱动电机侧，存在一组气密的，含双螺旋叶片的，带法兰边的管道拼接成一个螺旋密封结构。具体如图3所示，法兰管6是一个两侧设有法兰盘的圆环结构，其外环和内定位管62之间气密的焊接有双螺旋叶片23和24。内定位管62圆心位置钻孔15，沼气引出管4先通过液下管17，然后穿过钻孔15安装。并且在靠近形成容器的第一个螺旋密封结构(即图中的法兰管6)，其气密安装的管道(即内定位管62)往形成容器内部延伸并伸入形成容器1内腔中的沼液液面之下。其目的在于，充分利用液面密封的效果。当水位(沼液液位)不低于最外侧法兰管6的管道开口的最低点时，驱动电机带动形成容器旋转也不影响形成容器内部的一个厌氧环境；例如可以通过增加出口法兰管接头的数量来保证沼液液位不低于该最低点的位置；具体实施时可以通过连接多个内有螺旋叶片的法兰管来实现。实际上形成容器内的双螺旋叶片(21和22)与法兰管6内的双螺旋叶片(23和24)共同形成一个物料进出形成容器内部的螺旋桨进料/出料结构，因此相衔接的两个双螺旋叶片一定要相匹配，必要时可以采用多螺旋叶片的结构形式。图中的法兰管6内的双螺旋叶片23，24正好完成一个整周螺旋。

沼气引出管4通过轴承定位在螺旋密封法兰接头的中轴线上。目的在于当形成容器1转动时，沼气引出管4不跟随形成容器同时转动。沼气引出管4在形成容器1内部的引气口3高于最外侧法兰接头(即法兰管6)开口的最低点61，与上述轴承定位共同工作的结果即保证了沼气引出管4不会引出沼液。

由于沼气产生的最佳温度大约在50℃至60℃，而在绝大多数情况下，单纯依靠气温，很难达到这个温度要求。为形成这样一个环境，如图4所示，该高效生产沼气的装置还存在一个符合国际运输标准的外装结构，例如可以将形成容器1及底座12等部分内置于一个箱体40内，其箱壁的外侧装有太阳能吸热管41，箱壁内侧盘旋装有换热管42，吸热管41与换热管42相通，即达到利用太阳能加热箱体内部的效果。此时，沼气引出管4的功能不在于仅仅能引出沼气，还能将热蒸汽倒灌入形成容器1内部，以加热沼液和沼渣，达到一个沼气产出的理想温度。

如图5所示，箱体40外部还可以连接有一个沼气储气装置50。

如图6所示，所述箱体40与沼气储气装置50可安放于一个标准集装箱60内，便于转移和运输。

如图7所示，给出了该高效生产沼气的装置所产生沼气的过程原理及沼气的利用，在利用太阳能进行热交换后在一个封闭空间内形成一个适宜沼气产生的温度。产出的沼气不仅可以供给用户直接使用，也可以用来驱动沼气发电机组，沼气发电机组给驱动电机供电带动形成容器转动，充分的搅拌沼气形成原料，增加产气量并降低产气周期，而沼气发电机组的尾气如果排入箱体40内，也可以起到一个增保温的效果。该系统实质上形成一个自给自足的独立系统。

本发明提供的高效生产沼气的装置，其进料与出料是利用自身的双螺旋叶片的正反转来实行自动进出料，而装置本身是可搬动运输的，装置的结构完美的提供了沼气产生所需要的一个相对密闭的厌氧环境，干式高温发酵的方法又具有产气快，效率高等特点。而且该装置存在一个利用太阳能的增保温结构，对于沼气全气候持续供给有积极意义。

Claims (14)

1.一种高效生产沼气的装置，其特征在于，包括：

一个可搬动运输的底座，

一个可旋转的沼气形成容器，该沼气形成容器置放于所述底座上并具有一旋转轴和一内腔开口；所述沼气形成容器的内腔形成一个供原料堆放及反应发生的沼气发生室；该内腔内设有第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片并保持其螺旋叶片与该内腔的内壁固定连接，所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片的螺旋转轴与所述旋转轴同轴；所述内腔开口连接一法兰盖，所述法兰盖包括一段法兰管以及设于法兰管内腔中的一段内管，所述法兰管的内壁面及所述内管的外壁面之间连接固定有与所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片自然衔接的第二双螺旋叶片或第二多螺旋叶片，所述内管中安插有伸入沼气形成容器内腔的沼气引出管，所述内管的中心轴与所述旋转轴同轴；相衔接的所述第一双螺旋叶片与第二双螺旋叶片或者所述第一多螺旋叶片与第二多螺旋叶片共同形成一个连贯的、由所述沼气形成容器的内腔底部通向内腔开口的进料/出料螺旋桨；所述内管的下部伸入所述形成容器的内腔中所存留的沼液液面下，所述法兰管的两端设有法兰盘。

2.根据权利要求1所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述沼气形成容器的内腔整体呈纺锤形。

3.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述法兰盖由一段以上经所述法兰盘依次连接的所述法兰管组成，相邻法兰管的第二双螺旋叶片或第二多螺旋叶片间自然衔接。

4.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，可转动的所述沼气形成容器的转动方向与相应螺旋叶片所形成螺旋线绕其轴线由内腔底部至内腔出口的旋转方向一致时，形成所述出料螺旋桨；可转动的所述沼气形成容器的转动方向与相应螺旋叶片所形成螺旋线绕其轴线由内腔底部至内腔出口的旋转方向相反时，形成所述进料螺旋桨。

5.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述沼气引出管与所述内管经轴承连接。

6.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，在所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片靠近沼气形成容器内腔壁的螺旋叶片表面开设有一系列通气孔。

7.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述沼气引出管在沼气形成容器内腔中的开口端的竖直位置高于所述法兰管远离形成容器一端的开口最低点。

8.根据权利要求2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述沼气引出管呈L形走向，其一端安插在所述内管中，另一端的开口紧贴所述纺锤形形成容器内腔的上部内壁，所述第一双螺旋叶片或第一多螺旋叶片上开设有避让所述沼气引出管的豁口。

9.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，该装置还包括一个调节所述沼气形成容器与底座安装面间定位角度或者调节沼气形成容器与水平面间定位角度的高度调节装置。

10.根据权利要求9所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述高度调节装置为一个气缸顶出机构。

11.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，该装置还包括一外箱。

12.根据权利要求11所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，所述外箱为一标准集装箱。

13.根据权利要求1或2所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，可旋转的所述沼气形成容器连接一驱动电机。

14.根据权利要求11所述一种高效生产沼气的装置，其特征在于，该装置包括一个用于加热沼气形成容器内腔温度的太阳能加热装置，所述太阳能加热装置包括一组太阳能吸热板，所述太阳能吸热板置放于所述外箱的顶部。

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