CN108504560A - 一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，属于沼气发酵装置技术领域。本发明包括集热器、水箱、蓄热箱Ⅰ、蓄热箱Ⅱ、沼气罐、热电偶Ⅰ、热电偶Ⅱ、热电偶Ⅲ和温控仪，集热器用于加热水箱中的水，水箱中的热水又可以对蓄热箱Ⅰ、蓄热箱Ⅱ进行蓄能，蓄热箱Ⅰ、蓄热箱Ⅱ同时可以对沼气罐进行加热，本发明利用太阳能资源进行加热，环保节能，保证沼气罐冬天也可以正常产生沼气，两个蓄热箱大大提高了蓄热能力，热回收率高，处理量大，使用方便且效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，属于沼气发酵装置技术领域。
背景技术
目前，国内外大中型沼气工程日益增多，特别是高浓度物料中温厌氧发酵是规模化沼气工程发展的趋势，在影响沼气发酵产气率的因素中，温度是关键因素之一，中温发酵最适合温度为35～40℃。但是要使高浓度物料沼气中温发酵工程常年温度运行，在冬季也能保持高效、恒定的产气量，就有必要对沼气发酵料液的温度进行严格控制，采取适宜的加热保温措施，保证发酵温度不随环境气温而变化。因此选择经济高效的加热升温方式成为大中型沼气工程发展必须解决的问题。目前，沼气池的加热方式主要有化石能源热水锅炉加热、太阳能加热、电热膜加热、沼气锅炉加热、燃池式加热和沼气发电余热利用加热。对于当今国内外大中型沼气工程而言，基本都是采用热水循环加热法，主要是太阳能加热、沼气锅炉加热和沼气发电余热利用加热三种方式，其中太阳能加热因其清洁、节能而得到大力推广。现在的太阳能加热沼气池有两种方式，一种是吸收太阳能的同时通入热水加热，另一种为将热水存储起来以备用，对于冬季阴天或雨雪天，第一种方式就无法解决问题，而第二种用水存储热量的方式也因水的蓄热能力较低，故热回收率低，因此开发一种适用于冬季且具有较高蓄热能力的产沼气加热装置是必要的。
此外物料沉淀也是影响沼气发酵产气率的关键因素之一。物料沉淀导致沼气发酵产气率低，产气不连续，同时也导致物料处理量不大，因此提出一种处理量大且效率高的处理装置是必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，用于解决现有加热方式蓄热能力低，热回收率低、处理量不大以及产气效率低的问题。
本发明采用的技术方案是：一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，包括集热器1、水箱3、蓄热箱Ⅰ30和Ⅱ31、沼气罐23、热电偶Ⅰ13、热电偶Ⅱ17、热电偶Ⅲ25和温控仪38；集热器1下部通过下水管4连接水箱3，上部通过上水管2连接水箱3；水箱3右侧通过热水管11分别连接开关Ⅰ10和开关Ⅴ16，开关Ⅰ10下部连接蓄热箱Ⅰ30，开关Ⅴ16下部连接蓄热箱Ⅱ31，蓄热箱Ⅰ30下部连接开关Ⅲ14，蓄热箱Ⅱ31下部连接开关Ⅶ20，开关Ⅲ14和开关Ⅶ20下部连通并连接泵Ⅱ9，泵Ⅱ9通过管道Ⅲ8连接水箱3；水箱3下部通过管道Ⅱ7分别连接开关Ⅳ15和开关Ⅷ21，开关Ⅳ15连接蓄热箱Ⅰ30下部，开关Ⅷ21连接蓄热箱Ⅱ31下部，蓄热箱Ⅰ30上部连接开关Ⅱ12，蓄热箱Ⅱ31上部连接开关Ⅵ19，开关Ⅱ12和开关Ⅵ19上部连通并通过进水管18连接沼气罐23的加热层26中；沼气罐23左上侧连接进料管22，右上侧连接出料管28，顶部连接出气管27，中间安有搅拌器24，底部由底板32隔开，底板32下部装有超声波发生装置33，沼气罐23内壁为中空加热层26，加热层26下部连接管道Ⅳ29，管道Ⅳ29经泵6通过管道Ⅰ5连接水箱3；蓄热箱Ⅰ30和Ⅱ31内部装有蓄热体，蓄热体由波纹状金属板36和平板37交替叠置，形成蜂窝状结构；热电偶Ⅰ13伸入蓄热箱Ⅰ30中，热电偶Ⅱ17伸入蓄热箱Ⅱ31中，热电偶Ⅲ25伸入沼气罐3中，温控仪38的C脚连接热电偶Ⅲ25，温控仪38的D脚、E脚、F脚、G脚、H脚、I脚、J脚和K脚分别连接开关Ⅰ10、开关Ⅱ12、开关Ⅲ14、开关Ⅳ15、开关Ⅴ16、开关Ⅵ19、开关Ⅶ20和开关Ⅷ21，温控仪38的L脚和M脚分别连接热电偶Ⅰ13和热电偶Ⅱ17。
具体地，所述蓄热箱Ⅰ30和Ⅱ31内部装有蓄热体，蓄热体由波纹状金属板32和平板33交替叠置，形成蜂窝状结构。
具体地，所述超声波发生装置33由换能器34和超声波控制器35组成。换能器34有4个，均匀分布在底板32的下面，且均与超声波控制器35连接。
本发明的有益效果是：蓄热箱的蓄热体传热面积大，结构紧凑，两个交替使用的蓄热箱大大提高了蓄热能力，此装置由温控仪控制各个开关，使得整个装置实现了自动化，使用方便；同时超声波辅助可以提高对物料中有机物的降解能力，使得物料产沼气量大幅增加，且整个装置处理量大，效率高。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中沿B-B线的剖视图；
图3为本发明的超声波发生装置的结构示意图；
图4为本发明的换能器布置结构示意图；
图5为图1中沿A-A线的剖视图；
图6为本发明的温控仪的连接示意图。
图中各标号为：1-集热器，2-上水管，3-水箱，4-下水管，5-管道Ⅰ，6-泵Ⅰ，7-管道Ⅱ，8-管道Ⅲ，9-泵Ⅱ，10-开关Ⅰ，11-热水管，12-开关Ⅱ，13-热电偶Ⅰ，14-开关Ⅲ，15-开关Ⅳ，16-开关Ⅴ，17-热电偶Ⅱ，18-进水管，19-开关Ⅵ，20-开关Ⅶ，21-开关Ⅷ，22-进料管，23-沼气罐，24-搅拌器，25-热电偶Ⅲ，26-加热层，27-出气管，28-出料管，29-管道Ⅳ，30-蓄热箱Ⅰ，31-蓄热箱Ⅱ，32-底板，33-超声波发生装置，34-换能器，35-超声波控制器，36-金属板，37-平板，38-温控仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-6所示，一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，包括集热器1、水箱3、蓄热箱Ⅰ30和Ⅱ31、沼气罐23、热电偶Ⅰ13、热电偶Ⅱ17、热电偶Ⅲ25和温控仪38；集热器1下部通过下水管4连接水箱3，上部通过上水管2连接水箱3；水箱3右侧通过热水管11分别连接开关Ⅰ10和开关Ⅴ16，开关Ⅰ10下部连接蓄热箱Ⅰ30，开关Ⅴ16下部连接蓄热箱Ⅱ31，蓄热箱Ⅰ30下部连接开关Ⅲ14，蓄热箱Ⅱ31下部连接开关Ⅶ20，开关Ⅲ14和开关Ⅶ20下部连通并连接泵Ⅱ9，泵Ⅱ9通过管道Ⅲ8连接水箱3；水箱3下部通过管道Ⅱ7分别连接开关Ⅳ15和开关Ⅷ21，开关Ⅳ15连接蓄热箱Ⅰ30下部，开关Ⅷ21连接蓄热箱Ⅱ31下部，蓄热箱Ⅰ30上部连接开关Ⅱ12，蓄热箱Ⅱ31上部连接开关Ⅵ19，开关Ⅱ12和开关Ⅵ19上部连通并通过进水管18连接沼气罐23的加热层26中；沼气罐23左上侧连接进料管22，右上侧连接出料管28，顶部连接出气管27，中间安有搅拌器24，底部由底板32隔开，底板32下部装有超声波发生装置33，沼气罐23内壁为中空加热层26，加热层26下部连接管道Ⅳ29，管道Ⅳ29经泵6通过管道Ⅰ5连接水箱3；蓄热箱Ⅰ30和Ⅱ31内部装有蓄热体，蓄热体由波纹状金属板36和平板37交替叠置，形成蜂窝状结构；热电偶Ⅰ13伸入蓄热箱Ⅰ30中，热电偶Ⅱ17伸入蓄热箱Ⅱ31中，热电偶Ⅲ25伸入沼气罐3中，温控仪38的C脚连接热电偶Ⅲ25，温控仪38的D脚、E脚、F脚、G脚、H脚、I脚、J脚和K脚分别连接开关Ⅰ10、开关Ⅱ12、开关Ⅲ14、开关Ⅳ15、开关Ⅴ16、开关Ⅵ19、开关Ⅶ20和开关Ⅷ21，温控仪38的L脚和M脚分别连接热电偶Ⅰ13和热电偶Ⅱ17。
进一步地，所述蓄热箱Ⅰ30和Ⅱ31内部装有蓄热体，蓄热体由波纹状金属板32和平板33交替叠置，形成蜂窝状结构。
进一步地，所述超声波发生装置33由换能器34和超声波控制器35组成。换能器34有4个，均匀分布在底板32的下面，且均与超声波控制器35连接。
本发明的工作过程是：加入物料后，间断式开启搅拌器24和超声波控制器35，搅拌器24使得发酵物料和微生物处于完全混合的状态，超声波控制器35控制换能器34发出超声波震荡，沼气罐23内底泥充分发生厌氧发酵，与此同时水箱3中的冷水经下水管4流入集热器1中，集热器1经太阳的照射，将太阳能转化成热能加热水，当热电偶Ⅰ13检测到蓄热箱Ⅰ30中的温度未达到温控仪38设定的温度值时，温控仪38控制开关Ⅰ10、开关Ⅲ14开启，集热器1加热后的热水进入水箱3经热水管11经开关Ⅰ10进入蓄热箱Ⅰ30中，换热后的水经开关Ⅲ14由泵9泵回水箱3中，当热电偶Ⅰ13检测到蓄热箱Ⅰ30中的温度达到温控仪38设定的温度值时，温控仪38控制开关Ⅰ10和开关Ⅲ14关闭，当热电偶Ⅱ17检测到蓄热箱Ⅱ31中的温度未达到温控仪38设定的温度值时，温控仪38控制开启开关Ⅴ16和开关Ⅶ20，热水管11中的热水经开关Ⅴ16流入蓄热箱Ⅱ31中，换热后的水经开关Ⅶ20由泵9泵回水箱3中，当热电偶Ⅱ17检测到蓄热箱Ⅱ31中的温度达到温控仪38设定的温度值时，温控仪38控制关闭开关Ⅴ16和开关Ⅶ20，此为交替蓄热过程，如果热电偶Ⅰ13检测到蓄热箱Ⅰ30中的温度未达到温控仪38设定的温度值的同时，热电偶Ⅱ17检测到蓄热箱Ⅱ31中的温度也未达到温控仪38设定的温度值，温控仪38就要控制先加热蓄热箱Ⅰ30，再控制加热蓄热箱Ⅱ31。
若热电偶Ⅲ25检测到沼气罐23中的温度未达到温控仪38设定的温度值时，温控仪38控制开启开关Ⅱ12和开关Ⅳ15，水箱3中的冷水经开关Ⅳ15进入蓄热箱Ⅰ30中，换热后的热水经开关Ⅱ12通过进水管18进入沼气罐23中的加热层26中，加热沼气罐23中的物料，使得沼气罐23正常产气，换热后的水经管道Ⅳ29由泵Ⅰ6泵回水箱3中；若热电偶Ⅰ13检测到蓄热箱Ⅰ30中的温度低于设定值时，则温控仪38控制关闭开关Ⅱ12和开关Ⅳ15，若此时热电偶Ⅲ25检测到沼气罐23中的温度仍未达到温控仪38设定的温度值时，温控仪38控制开启开关Ⅵ19和开关Ⅷ21，水箱3中的冷水则经开关Ⅷ21进入蓄热箱Ⅱ31中，换热后的热水经开关Ⅵ19通过进水管18进入沼气罐23中的加热层26中，此为交替放热过程。
本发明利用太阳能资源进行加热，环保节能，保证沼气罐冬天也可以正常产生沼气，两个蓄热箱大大提高了蓄热能力，热回收率高，处理量大，使用方便且效率高。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，其特征在于：包括集热器（1）、水箱（3）、蓄热箱Ⅰ（30）、蓄热箱Ⅱ（31）、沼气罐（23）、热电偶Ⅰ（13）、热电偶Ⅱ（17）、热电偶Ⅲ（25）和温控仪（38）；集热器（1）下部通过下水管（4）连接水箱（3），上部通过上水管（2）连接水箱（3）；水箱（3）右侧通过热水管（11）分别连接开关Ⅰ（10）和开关Ⅴ（16），开关Ⅰ（10）下部连接蓄热箱Ⅰ（30），开关Ⅴ（16）下部连接蓄热箱Ⅱ（31），蓄热箱Ⅰ（30）下部连接开关Ⅲ（14），蓄热箱Ⅱ（31）下部连接开关Ⅶ（20），开关Ⅲ（14）和开关Ⅶ（20）下部连通并连接泵Ⅱ（9），泵Ⅱ（9）通过管道Ⅲ（8）连接水箱（3）；水箱（3）下部通过管道Ⅱ（7）分别连接开关Ⅳ（15）和开关Ⅷ（21），开关Ⅳ（15）连接蓄热箱Ⅰ（30）下部，开关Ⅷ（21）连接蓄热箱Ⅱ（31）下部，蓄热箱Ⅰ（30）上部连接开关Ⅱ（12），蓄热箱Ⅱ（31）上部连接开关Ⅵ（19），开关Ⅱ（12）和开关Ⅵ（19）上部连通并通过进水管（18）连接沼气罐（23）的加热层（26）中；沼气罐（23）左上侧连接进料管（22），右上侧连接出料管（28），顶部连接出气管（27），中间安有搅拌器（24），底部由底板（32）隔开，底板（32）下部装有超声波发生装置（33），沼气罐（23）内壁为中空加热层（26），加热层（26）下部连接管道Ⅳ（29），管道Ⅳ（29）经泵（6）通过管道Ⅰ（5）连接水箱（3）；热电偶Ⅰ（13）伸入蓄热箱Ⅰ（30）中，热电偶Ⅱ（17）伸入蓄热箱Ⅱ（31）中，热电偶Ⅲ（25）伸入沼气罐（3）中，温控仪（38）的C脚连接热电偶Ⅲ（25），温控仪（38）的D脚、E脚、F脚、G脚、H脚、I脚、J脚和K脚分别连接开关Ⅰ（10）、开关Ⅱ（12）、开关Ⅲ（14）、开关Ⅳ（15）、开关Ⅴ（16）、开关Ⅵ（19）、开关Ⅶ（20）和开关Ⅷ（21），温控仪38的L脚和M脚分别连接热电偶Ⅰ（13）和热电偶Ⅱ（17）。
2.根据权利要求1所述的冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，其特征在于：所述的蓄热箱Ⅰ（30）和蓄热箱Ⅱ（31）内部装有蓄热体，蓄热体由波纹状金属板（36）和平板（37）交替叠置，形成蜂窝状结构。
3.根据权利要求1所述的冬季太阳能加热联合超声波辅助产沼气装置，其特征在于：所述的超声波发生装置（33）由换能器（34）和超声波控制器（35）组成，换能器（34）有4个，均匀分布在底板（32）的下面，且均与超声波控制器（35）连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180907 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |