CN109089663A - 一种与沼气池连用的大棚多重保温系统 - Google Patents

Abstract

一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于包括沼气池、燃烧炉、热交换装置、气体监控装置、大棚和贮水池；其中，沼气池、燃烧炉、热交换装置、气体监控装置、大棚通过气流管道以此连接，燃烧炉、水流管道与贮水池通过水流管道依次连接；本发明将沼气池与大棚连用，通过沼气的燃烧产生的热气流对大棚进行稳定温度维持；将加热的水注入地热系统和水地暖系统，对沼气池和大棚进行升温保温；燃烧炉产生的热气流通过热交换装置对进入燃烧炉的水进行预热；通过泡沫发生器将泡沫注入大棚的隔热层内，利用泡沫的辐射热阻隔作用进一步提高保温效果；形成热气流的升温以及二氧化碳温室效应保温、水地暖升温保温以及泡沫的辐射热阻隔保温的三重保温系统。

Description

一种与沼气池连用的大棚多重保温系统

技术领域

本发明涉及大棚保温领域，尤其是寒冷或昼夜温差大地区以及冬季低气温的大棚保温，具体涉及一种与沼气池连用的大棚多重保温系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高以及种植技术的提升，人们不再受制于时节气候的限制，可以通过大棚种植得到反季节果蔬；同时，人们对肉类的需求也逐步提升，养殖业蓬勃发展，大量规模化的养殖场发展起来，伴随着的是大量排泄物的处理，现有技术主要是将排泄物引入沼气利用微生物的氧化活动生成可燃的沼气，减少对环境的污染。

但是，反季节大棚的种植如何确保冬季时节的保温是技术难题，冬季时节，沼气池内的微生物受制于环境低温的影响，生命活动低下，沼气的产生收到抑制；现有技术沼气一般用来居民生活的燃烧或发电，随着国家政策的下乡，居民已经不依赖与沼气能源，产生的沼气如何利用来稳定大棚棚内的温度，是一个亟待解决的技术难题；同时对于大规模的大棚种植，仅依靠沼气无法满足需求，如何提供多重保温方式也是发展方向。

发明内容

本发明通过将沼气导入燃烧炉进行燃烧，对燃烧炉内的水进行加热，加热后得到的水提供居民生活；燃烧后产生的燃烧尾气导入热交换装置，对来自贮水池并将导入燃烧炉内的冷水进行预热，从而降低燃烧尾气温度并进一步利用尾气的热能；降低温度后的尾气通过气体监控装置的调控降至常温并提高氧气含量，得到温度与氧含量都适宜的气流；将得到的温度与氧含量都适宜的气流气流导入大棚，大棚内将得到持续温度适宜的稳定气流；燃烧炉内加热升温的水提供高位水箱贮存，并通过水泵进入沼气池底的地热系统，对沼气池进行温度的稳定维持；通过泡沫发生器将泡沫打入大棚的保温层内，进行隔热保温。

接下来对本发明做进一步的阐述。

一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于包括沼气池、燃烧炉、热交换装置、气体监控装置、大棚、贮水池和高位水箱；其中，

沼气池，包裹着一层保温材料，保温材料与沼气池之间形成一保温腔，保温腔的顶部设置有一贯通口，保温腔底部设有地热系统；

燃烧炉，其下部的输气口通过管道连接至沼气池内，顶部设有尾气排放口，内部设有水箱，水箱上部设有进水口，下部设有出水口；

热交换装置，包括水流管道和气流管道，水流管道内置于气流管道内，水流管道的进水端通过水泵连接贮水池，出水端连接至燃烧炉水箱的进水口，气流管道进气端连接燃烧炉顶部的尾气排放口，出气端连接至气体监控装置的降温箱；

气体监控装置，包括降温箱、制氧机、分析仪、吸气泵和缓冲箱，所述降温箱、制氧机、分析仪、吸气泵分别与缓冲箱连接；

大棚，下部设有入气口，入气口通过气流管道连接至气体监控装置的吸气泵，同时设有水地暖系统，水地暖系统一端连接至地热系统或高位水箱，另一端连接至贮水池；

贮水池，通过第一水泵连接热交换装置的进水端，所述第一水泵排水端设有水锤消除器，进水端设有第一过滤器，第一水泵的取水口设有旋流防止器，贮水池底部设有凹槽，旋流防止器设于凹槽内；以及

高位水箱，一端口通过传输水泵连接至燃烧炉内水箱的出水口，另一端口连接地热系统。

进一步的，所述大棚为双层塑料薄膜，双层塑料薄膜之间形成隔热层；大棚内设有泡沫发生器，泡沫发生器通过软管连接至隔热层；泡沫发生器通过水流管道连接至第一水泵，其顶部设有泡沫液。

进一步的，在所述热交换装置中，水流管道与气流管道成螺旋状，水流管道的进水口位于热交换装置的下部，出水口位于热交换装置的上部；气流管道的进气口位于热交换装置的上部，出气口位于热交换装置的下部；在有限的空间内扩展气流与水流的流动时长，增长热交换时间。热气流的流动方向与水流的流动方向相反，可加快热交换的速率，更优的，热气流流动方向与自身热压力产生的向上的浮力相反与之相对的，水流方向与水流自身重力的方向相反，能延长与热交换时间，提高热交换效率。

进一步的，所述泡沫发生器采用环泵式泡沫比例混合器、压力式泡沫比例混合器、平衡式泡沫比例混合器或管线式泡沫比例混合器。

进一步的，所述泡沫发生器采用固定式系统、半固定系统或移动式系统的安装方式。

进一步的，所述泡沫液采用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜蛋白泡沫液。

进一步的，沼气池设置于地平面以下；节约土地资源的同时能充分利用土地的保温作用。

进一步的，保温材料采用以矿棉、岩棉为代表的无机物保温材料或以胶粉聚苯颗粒保温浆料为代表的有机-无机复合型保温材料或以聚苯乙烯泡沫塑料(包括EPS板和XPS板)、硬泡聚氨酯、改性酚醛树脂为代表的有机保温材料。

进一步的，沼气池顶部的气流管道贯通处采用密封材料进行密封；确保保温腔的保温效果，避免氧气进入沼气池内，保证一个无氧或低氧环境的适宜微生物的活动环境。

进一步的，所述热交换装置内的水流管道采用导热性能良好的材料，例如无缝钢管或镀锌钢管；提高热气流与水流的热交换。

进一步的，气流管道中，除位于保温腔内的管段不采用保温材料外，其余部分均采用保温材料包裹；所述水流管道中，除位于热交换装置内的水流管道不采用保温材料外，其余部分均采用保温材料包裹，采用埋地敷设方式，异径管径连接处采用异径管顶平接方式；外露的管道采用保温材料隔绝与空气或土壤的热传递，异径管顶平接能避免气蚀。

有益效果：与现有技术相比，本发明将沼气池与大棚连用，通过沼气的燃烧产生的热气流对大棚进行稳定温度维持；通过沼气的燃烧对水加热，并将加热后的水流进沼气池内的地热系统以及大棚的水地暖系统，维持沼气池内适宜的温度从而维持沼气池内微生物的生命活动，提高沼气的产生速率；燃烧炉产生的热气流通过热交换装置对进入燃烧炉的水进行预热，进一步提高能力的利用率并降低热气流的温度；热气流通过气体监控装置的调控除去可能含有的微生物并提高氧气含量，将得到温度与氧含量都适宜的热气流导入大棚内维持大棚室温，并且通过气流中含量高的二氧化碳的温室效应进一步提高保温效果；通过泡沫发生器将泡沫注入大棚的隔热层内，利用泡沫的辐射热阻隔作用进一步提高保温效果，形成热气流的升温以及二氧化碳温室效应保温、水地暖升温保温以及泡沫的辐射热阻隔保温的三重保温系统，可交替或同时使用，确保保温效果。

附图说明

图1，本发明的结构示意图；

图2，沼气池的结构示意图；

图3，燃烧炉的结构示意图；

图4，热交换装置的结构示意图；

图5，气体监控装置的结构示意图；

图6，大棚的结构示意图；

图7，贮水池的结构示意图；

其中：1-沼气池；10-保温腔；11-保温材料；12-地热系统；13-贯通口；2-燃烧炉；20-水箱；21-进水口；22-尾气排放口；23-出水口；24-输气口；25-转输水泵；3-热交换装置；30-进气端；31-出水端；32-出气端；33-进水端；4-气体监控装置；40-缓冲箱；41-降温箱；42-制氧机；43-吸气泵；44-分析仪；5-大棚；51-泡沫发生器；52-隔热层；53-软管；54-水地暖系统；6-贮水池；60-旋流防止器；61-凹槽；62-第一过滤器；63-第一水锤消除器；64-第一水泵；65-第二水锤消除器；66-第二过滤器；67-第二过滤器；68-天然水井；69-回流口；7-高位水箱；8-气流管道；9-水流管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，包括沼气池1、燃烧炉2、热交换装置3、气体监控装置4、大棚5、贮水池6和高位水箱7。

沼气池1设置于地平面以下，充分利用土地的保温作用，沼气池外包裹了一层保温材料11，保温材料与沼气池之间形成一保温腔10，保温腔的顶部设置有一贯通口13，贯通口13内贯穿设置水流管道7，水流管道与保温腔底部的地热系统12连接。

所述保温材料可采用以矿棉、岩棉为代表的无机物保温材料或以胶粉聚苯颗粒保温浆料为代表的有机-无机复合型保温材料或以聚苯乙烯泡沫塑料(包括EPS板和XPS板)、硬泡聚氨酯、改性酚醛树脂为代表的有机保温材料，在一个较佳的实施例中，采用不燃性的矿棉保温作为保温材料。

沼气池内设有沼气的取气装置，沼气通过贯穿沼气池顶的气流管道输送至燃烧炉的输气口24，所述沼气池顶的管道贯通处与保温腔的顶部的气流管道的贯通处都采用密封材料进行密封，阻隔保温腔与外界进行热对流。

燃烧炉内通过沼气的燃烧对水进行加热，将沼气的燃烧热转为比热容大的水的内能，提高水的温度，提供给沼气池底部的地热系统12。

燃烧炉内水箱20的加热升温水在传输水泵25的作用下，从出水口23流向高位水箱7，高位水箱在将高温水通向地热系统12，提供地热系统的作用维持沼气池适宜的温度，保证沼气池内微生物最佳的生存活动温度。在高位水箱的高度不足，产生的高位水压不足的情况下，可采用加压水泵进行加压传输。

地热系统内的水流不回流至高位水箱，通过回流口69将水流直接输送至贮水池6。在一个较佳的实施例中，可根据种植品种的需求，在大棚下设置水地暖系统54，对大棚棚内进行升温保温。

燃烧炉2内的水流来自热交换装置3，热交换装置内设有气流管道9和水流管道8，所述水流管道内嵌于气流管道。气流管道的进气端30连接燃烧炉顶部的尾气排放口22，出气端32通过气流管道连接至气体监控装置4；水流管道的进水端33通过第一水泵63连接贮水池61，水流管道的出水端31通过水流管道连接至燃烧炉水箱20的进水口21。

燃烧炉排放的尾气温度过高，尾气中含有大量的热能有待回收利用，同时过高温度必须降至大棚种植所需的温度，因此可将尾气与连接至燃烧炉水箱进水口21的水流管道进行热交换，对水流管道内的水流进行预热，回收尾气的热能，降低尾气气流的温度。

在本实施例中，水流管道内嵌于气流管道内，并且，水流管道33的进水端33位于热交换装置的下部，出水端31位于热交换装置的上部；气流管道的进气端30位于热交换装置的上部，出气端30位于热交换装置的下部。由于水流管道内嵌于气流管道，气流管道内的热气流与水流管道进行接触，进行热传递完成热量的交换。

在本实施例中，水流管道与气流管道成螺旋状，在有限的空间内扩展气流与水流的流动时长，增长热交换时间。热气流的流动方向与水流的流动方向相反，可加快热交换的速率，更优的，热气流流动方向与自身热压力产生的向上的浮力相反；与之相对的，水流方向与水流自身重力的方向相反，以此能延长热交换时间，提高热交换效率。

所述热交换装置内的水流管道采用导热性能良好的材料，例如无缝钢管或镀锌钢管。

热交换装置上部的出水口通过水流管道连接至燃烧炉的进水端，将预热的水导入燃烧炉进一步加热升温；热交换装置下部的出水口水流管道连接至第一水泵64，第一水泵通过水流管道连接贮水池6，将贮水池内的水抽取输送至热交换装置。

第一水泵的取水口设有旋流防止器60，避免取水过程中取水口产生的旋流将气体吸入，避免气体对水流管道以及第一水泵产生气蚀现象，从而避免造成装置损伤。

贮水池池底设有一凹槽61，第一水泵的取水口设有的旋流防止器设置于凹槽内，能将池底的水尽可能的汲取，可增大系统的取水量或减小贮水池的容积。

连接第一水泵取水端的水流管道上设有第一过滤器62，能过滤水流中夹杂的泥沙；排水端的水流管道上设有第一水锤消除器63，避免第一水泵停机时水流对第一水泵造成的冲击力。

贮水池内的水通过第二水泵取自地下水源68，同理第二水泵66的取水端设有第二过滤器65，排水端设有第二水锤消除器67。

热交换装置底部的出气口通过气流管道连接至气体监控装置的降温箱41。

气体监控装置内包括降温箱41、制氧机42、分析仪44、吸气泵43和缓冲箱40，降温箱、制氧机、分析仪、吸气泵分别与缓冲箱连接；其中，降温箱能将气流温度降至适宜常温，制氧机将制造的氧输入缓冲箱内与气流混合，提高气流中的氧含量，使之接近大气的氧含量；空气分析仪的分析缓冲箱内混合后的气流的组分，控制氧气与二氧化碳的含量；混合后的气流通过吸气泵的作用输送至大棚内。

大棚5的入气口50设置于棚高的三分之一处，使得气流在棚内形成循环。气流中氧气含量接近大气中氧气含量，不影响棚内农作物生长，但其二氧化碳含量高于大气含量，由于二氧化碳具有温室效应，更有利于维持棚内温度。

大棚5外采用双层塑料薄膜，双层塑料薄膜之间形成保温隔层52，大棚内设有泡沫发生器51，泡沫发生器通过水流管道连接至第一水泵，其顶部设有泡沫液，泡沫发生器通过将泡沫液与水进行混合后搅拌产生大量的泡沫，将泡沫通过软管和泡沫枪铺设于保温隔层内，通过泡沫的辐射热阻隔作用对棚内进行保温。所述泡沫从保温隔层内的最高点打入隔热层内，直至泡沫铺满隔热层。

所述泡沫发生器可采用环泵式泡沫比例混合器、压力式泡沫比例混合器、平衡式泡沫比例混合器或管线式泡沫比例混合器；所述泡沫发生器采用固定式系统、半固定系统或移动式系统的安装方式；所述泡沫液可采用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜蛋白泡沫液；发泡倍数可采用低倍数、中倍数或高倍数；

在一个较佳的实施例中，所述泡沫发生器采用平衡式泡沫比例混合器，采用移动式系统的安装方式，选用成本低廉的蛋白泡沫液，采用高倍数的发泡倍数，发泡倍数选为200以上。

在本实施例中，气流管道中，除位于热交换装置内的管段不采用保温材料外，其余部分均采用保温材料包裹；水流管道中，除位于热交换装置以及地热系统内的水流管道不采用保温材料外，其余部分均采用保温材料包裹，并且尽可能采用埋地敷设并采用统一管径，若采用异径管道时，异径管道的连接处采用异径管顶平接，避免气蚀。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于包括沼气池、燃烧炉、热交换装置、气体监控装置、大棚、贮水池和高位水箱；其中，

沼气池，包裹着一层保温材料，保温材料与沼气池之间形成一保温腔，保温腔的顶部设置有一贯通口，保温腔底部设有地热系统；

燃烧炉，其下部的输气口通过管道连接至沼气池内，顶部设有尾气排放口，内部设有水箱，水箱上部设有进水口，下部设有出水口；

热交换装置，包括水流管道和气流管道，水流管道内置于气流管道内，水流管道的进水端通过水泵连接贮水池，出水端连接至燃烧炉水箱的进水口，气流管道进气端连接燃烧炉顶部的尾气排放口，出气端连接至气体监控装置的降温箱；

气体监控装置，包括降温箱、制氧机、分析仪、吸气泵和缓冲箱，所述降温箱、制氧机、分析仪、吸气泵分别与缓冲箱连接；

大棚，下部设有入气口，入气口通过气流管道连接至气体监控装置的吸气泵，同时设有水地暖系统，水地暖系统一端连接至地热系统或高位水箱，另一端连接至贮水池；

贮水池，通过第一水泵连接热交换装置的进水端，所述第一水泵排水端设有水锤消除器，进水端设有第一过滤器，第一水泵的取水口设有旋流防止器，贮水池底部设有凹槽，旋流防止器设于凹槽内；以及

高位水箱，一端口通过传输水泵连接至燃烧炉内水箱的出水口，另一端口连接地热系统。

2.根据权利要求1所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述大棚为双层塑料薄膜，双层塑料薄膜之间形成隔热层；大棚内设有泡沫发生器，泡沫发生器通过软管连接至隔热层；泡沫发生器通过水流管道连接至第一水泵，其顶部设有泡沫液。

3.根据权利要求1所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：在所述热交换装置中，水流管道的进水口位于热交换装置的下部，出水口位于热交换装置的上部；气流管道的进气口位于热交换装置的上部，出气口位于热交换装置的下部；并且，所述水流管道与气流管道成螺旋状。

4.根据权利要求1所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述保温材料采用以矿棉、岩棉为代表的无机物保温材料或以胶粉聚苯颗粒保温浆料为代表的有机-无机复合型保温材料或以聚苯乙烯泡沫塑料、硬泡聚氨酯、改性酚醛树脂为代表的有机保温材料。

5.根据权利要求2所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述泡沫发生器采用环泵式泡沫比例混合器、压力式泡沫比例混合器、平衡式泡沫比例混合器或管线式泡沫比例混合器。

6.根据权利要求2所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述泡沫发生器采用固定式系统、半固定系统或移动式系统的安装方式。

7.根据权利要求2所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述泡沫液采用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜蛋白泡沫液。

8.根据权利要求1所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述热交换装置内的水流管道采用导热性能良好的材料，例如无缝钢管或镀锌钢管。

9.根据权利要求1所述的一种与沼气池连用的大棚多重保温系统，其特征在于：所述气流管道中，除位于保温腔内的管段不采用保温材料外，其余部分均采用保温材料包裹；所述水流管道中，除位于热交换装置内的水流管道不采用保温材料外，其余部分均采用保温材料包裹，采用埋地敷设方式，异径管径连接处采用异径管顶平接方式。