CN210367707U - 一种供热均匀的热管集成发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型针对现有技术中热管应用于发酵设备存在供热不均的问题，提供一种供热均匀的热管集成发酵系统，包括热能采集设备、换热器和发酵罐，所述热能采集设备用于采集热能并将采集到的热能以流水为介质输送至换热器内，所述换热器设有用于与采集到的热能换热的第一热管和第二热管，所述发酵罐上下对称设有用于同时搅拌混匀发酵物料的第一搅拌轴和第二搅拌轴，所述第一热管延伸至所述第一搅拌轴的尾端以传递热量至第一搅拌轴，所述第二热管延伸至第二搅拌轴的尾端以传递热量至第二搅拌轴。发酵罐中上下对称设有搅拌轴并通过热管和搅拌轴将热量输送至发酵罐内，避免了局部过热和温度不均匀的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于发酵技术领域，具体涉及热管技术在发酵中的应用，特别是一种供热均匀的热管集成发酵系统。
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，在影响厌氧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运行，在冬季也能保持高效、恒定的产气量，就有必要对厌氧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。
中国实用新型专利CN201890878U公开了一种太阳能热管发酵设备及采用热管技术应用到发酵设备中的发酵方法，包括一个太阳能采集设备实现太阳能的采集，一个具有进出料口的发酵腔室，一个用于传输、搅拌物料的传输搅拌系统，所述太阳能采集设备采集的热能与发酵腔室之间通过热管进行换热，所述热管的冷凝端设置在发酵腔室的内部或/和内壁上，所述太阳能采集设备采集的热能通过所述的热管传递到发酵腔室内从而实现对发酵腔室内部温度的控制使其稳定的发酵。该专利虽然提高了传热效率，但是将热管的冷凝端设置在发酵腔室的内部或/和内壁上，如此传热会导致发酵腔室局部过热，温度不均匀，反而会对发酵进程产生不利影响。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中热管应用于发酵设备存在供热不均的问题，提供一种供热均匀的热管集成发酵系统，发酵罐中上下对称设有搅拌轴并通过热管和搅拌轴将热量输送至发酵罐内，避免了局部过热和温度不均匀的问题。
本实用新型采用如下技术方案：
一种供热均匀的热管集成发酵系统，包括热能采集设备、换热器和发酵罐，所述热能采集设备用于采集热能并将采集到的热能以流水为介质输送至换热器内，所述换热器设有用于与采集到的热能换热的第一热管和第二热管，所述发酵罐上下对称设有用于同时搅拌混匀发酵物料的第一搅拌轴和第二搅拌轴，所述第一热管延伸至所述第一搅拌轴的尾端以传递热量至第一搅拌轴，所述第二热管延伸至第二搅拌轴的尾端以传递热量至第二搅拌轴。
优选地，所述第一热管和第二热管的端部均呈碗状，所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的尾端均呈球状，所述第一热管和第二热管的碗状端部分别罩设于所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的球状尾端。
优选地，所述发酵罐的顶端外和底端外对称设有第一传热腔室和第二传热腔室，且所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的尾端分别延伸至所述第一传热腔室和第二传热腔室内，所述第一热管延伸至所述第一传热腔室内并与第一搅拌轴换热，所述第二热管延伸至第二传热腔室内并与第二搅拌轴换热。
优选地，所述换热器内填充有相变蓄热材料，所述第一热管和第二热管的蒸发端均延伸至所述换热器内，且所述热能采集设备包括用于收集热能的集热器，所述集热器的出水端和进水端之间连通有集热管道且所述集热管道流经所述换热器内，所述集热管道内循环有所述用于输送采集到的热能的流水。
优选地，由所述集热器出且进入所述换热器之间的部分集热管道记为出水管道，由所述换热器出且进入所述集热器之间的部分记为进水管道，所述出水管道上设有用于暂存热水的膨胀水箱。
优选地，还包括温控仪，所述出水管道位于所述膨胀水箱之后的部分设有第一节流阀，位于所述膨胀水箱与所述第一节流阀之间的部分分支设有循环支路且所述循环支路的另一端连通至所述进水管道，所述循环支路上设有电磁阀，所述进水管道上设有第二节流阀，所述膨胀水箱设有用于检测热水温度的第一热电偶，所述发酵罐中设有用于检测发酵温度的第二热电偶，所述温控仪用于收集所述第一热电偶和第二热电偶的温度信号并根据该温度信号控制所述第一节流阀、电磁阀和第二节流阀的启闭。
优选地，所述第一搅拌轴和第二搅拌轴内分别沿轴向设有第一中空腔室和第二中空腔室，所述第一中空腔室内设有用于传热的第三热管，所述第二中空腔室内设有用于传热的第四热管。
优选地，所述热能采集设备采集的热能为地热能。
本实用新型的有益效果如下：
热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程（即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热），使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等（此时蒸汽热扩散停止）。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
本实用新型正是利用热管优异的热传导性能，实现了热量的快速传导，并提高了热量利用率。但热管体积小，倘若将其直接导热到发酵罐内，很容易造成局部过热，发酵罐内的温度不均匀，影响发酵效果，而本实用新型基于该问题，作出了改进，其一，通过热管将热量传输至搅拌轴，进而通过搅拌轴以及搅拌轴上的叶片将热量在发酵罐内分散开来；其二，本实用新型发酵罐上下对称设有搅拌轴，搅拌效果加倍；这两方面相互之间协同作用，有效地避免了局部过热，使整个发酵罐内的温度分布均匀，保证发酵过程的正常进行。
此外，物料板结也会极大的影响厌氧发酵产气率，因为物料板结导致厌氧发酵产气率低，产气不连续，同时也导致物料处理量不大，因此本实用新型双搅拌轴的设置也能很好地解决物料板结问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作出进一步的说明。
如图1所示，一种供热均匀的热管集成发酵系统，包括热能采集设备、换热器6和发酵罐，所述热能采集设备用于采集热能并将采集到的热能以流水为介质输送至换热器6内，所述发酵罐21设有添加物料的入口18/19和排出沼气的出口20，所述换热器6内填充有相变蓄热材料，所述相变蓄热材料选用常规材料即可实现本实用新型，所述换热器6设有用于与采集到的热能换热的第一热管8和第二热管17，且所述第一热管8和第二热管17的蒸发端均延伸至所述换热器6内；所述热能采集设备包括用于收集热能的集热器4，本实用新型以地热能为热源，所述集热器4设置在地下，且集热器4的出水端和进水端之间连通有集热管道且所述集热管道流经所述换热器6内，所述集热管道内循环有所述用于输送采集到的热能的流水；本实用新型所述换热器6的换热过程为：首先集热管道与换热器6内的相变蓄热材料换热，相变蓄热材料吸收热量发生相变，然后该相变蓄热材料与第一热管8和第二热管17在换热器6内交换热量，从而将热量传递至第一热管8和第二热管17，以换热器6内的相变蓄热材料为媒介，将地热能传输至第一热管8和第二热管17，具有热传导效率高、热损失少的优势。
由于热管的体积较小，且热传导效率高，因此若将其直接传导热量至发酵物料，则很容易导致局部温度过高，发酵温度不均匀，会对发酵过程造成不利影响，为解决这一问题，本实用新型做了如下改进：所述发酵罐21上下对称设有用于同时搅拌混匀发酵物料的第一搅拌轴10和第二搅拌轴13，为达到最佳的搅拌效果，第一搅拌轴10和第二搅拌轴13可同时反向搅拌，所述第一热管8延伸至所述第一搅拌轴10的尾端以传递热量至第一搅拌轴10，所述第二热管17延伸至第二搅拌轴13的尾端以传递热量至第二搅拌轴13，然后再经由搅拌轴将热量传输至发酵物料，为发酵物料增温。
本实施例中，为提高传热效果，所述第一热管8和第二热管17的端部均呈碗状，所述第一搅拌轴10和第二搅拌轴13的尾端均呈球状，所述第一热管8和第二热管17的碗状端部分别罩设于所述第一搅拌轴10和第二搅拌轴13的球状尾端，由此增加了换热面积，提高了换热效率；且优选地，所述所述第一搅拌轴10和第二搅拌轴13的头端均匀分布有搅拌叶片，搅拌叶片增加了与发酵物料的接触面积，搅拌效果更佳，且传热效果更好，热量分布更加均匀。
在本实用新型进一步的实施例中，为减少热量散失，第一热管8和第二热管17与所述第一搅拌轴10和第二搅拌轴13的传热过程设置在密闭空间内进行。所述发酵罐21的顶端外和底端外对称设有第一传热腔室9和第二传热腔室16，且所述第一搅拌轴10和第二搅拌轴13的尾端分别延伸至所述第一传热腔室9和第二传热腔室16内，所述第一热管8延伸至所述第一传热腔室9内并与第一搅拌轴10换热，所述第二热管17延伸至第二传热腔室16内并与第二搅拌轴13换热，第一传热腔室9和第二传热腔室16均为密闭空间且设有保温措施。
在本实用新型进一步的实施例中，为减少热量散失，用于输送热量的管道或储存热量的装置均设有保温措施，例如集热管道4、膨胀水箱1等。
在本实用新型进一步的实施例中，为实现最佳发酵条件，达到最好的发酵效果，本实用新型还包括温控仪，温度控制的原理如下，由所述集热器4出且进入所述换热器6之间的部分集热管道记为出水管道，由所述换热器6出且进入所述集热器4之间的部分记为进水管道，所述出水管道上设有用于暂存热水的膨胀水箱1，所述膨胀水箱1上设有出气口。所述出水管道位于所述膨胀水箱1之后的部分设有第一节流阀22，位于所述膨胀水箱1与所述第一节流阀22之间的部分分支设有循环支路且所述循环支路的另一端连通至所述进水管道，所述循环支路上设有电磁阀23，所述进水管道上设有第二节流阀3，所述膨胀水箱1设有用于检测热水温度的第一热电偶26，所述发酵罐21中设有用于检测发酵温度的第二热电偶27，所述温控仪用于收集所述第一热电偶26和第二热电偶27的温度信号并根据该温度信号控制所述第一节流阀22、电磁阀23和第二节流阀3的启闭；以上设置与地源热泵同理；
具体的控温过程大致为：当第一热电偶26检测到膨胀水箱1中的温度未达到温控仪设定的温度值时，温控仪减少第一节流阀22的流量，电磁阀23开启，膨胀水箱1中的热水通过第二节流阀3继续循环收集地热，直至达到所需温度；当第二热电偶27检测到发酵罐21的温度未达到温控仪设定的温度值时，温控仪增加第一节流阀22的流量，提高换热量，第一热管和第二热管传输热量至发酵罐21内，从而达到发酵罐21内所需温度；当第二热电偶检测到发酵箱21的温度高于温控仪设定的温度值时，温控仪减少第一节流阀22的流量，降低换热量，避免发酵罐21内反应物料的温度持续升高。
在本实用新型进一步的实施例中，为提高经由搅拌轴的传热效果，所述第一搅拌轴10和第二搅拌轴13内分别沿轴向设有第一中空腔室和第二中空腔室，所述第一中空腔室内设有用于传热的第三热管，所述第二中空腔室内设有用于传热的第四热管，第三热管和第四热管直接将热量传输至搅拌叶片，叶片与物料接触面积大，实现热量的均匀分散。由于热管体积较小，所以在搅拌轴内放置热管后，搅拌轴的强度依然能够满足发酵罐的搅拌要求。
最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本实用新型的技术方案，任何对本实用新型进行的等同替换及不脱离本实用新型精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种供热均匀的热管集成发酵系统，包括热能采集设备、换热器和发酵罐，所述热能采集设备用于采集热能并将采集到的热能以流水为介质输送至换热器内，其特征在于：所述换热器设有用于与采集到的热能换热的第一热管和第二热管，所述发酵罐上下对称设有用于同时搅拌混匀发酵物料的第一搅拌轴和第二搅拌轴，所述第一热管延伸至所述第一搅拌轴的尾端以传递热量至第一搅拌轴，所述第二热管延伸至第二搅拌轴的尾端以传递热量至第二搅拌轴。
2.根据权利要求1所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：所述第一热管和第二热管的端部均呈碗状，所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的尾端均呈球状，所述第一热管和第二热管的碗状端部分别罩设于所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的球状尾端。
3.根据权利要求 2所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：所述发酵罐的顶端外和底端外对称设有第一传热腔室和第二传热腔室，且所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的尾端分别延伸至所述第一传热腔室和第二传热腔室内，所述第一热管延伸至所述第一传热腔室内并与第一搅拌轴换热，所述第二热管延伸至第二传热腔室内并与第二搅拌轴换热。
4.根据权利要求1至3任一项所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：所述换热器内填充有相变蓄热材料，所述第一热管和第二热管的蒸发端均延伸至所述换热器内，且所述热能采集设备包括用于收集热能的集热器，所述集热器的出水端和进水端之间连通有集热管道且所述集热管道流经所述换热器内，所述集热管道内循环有用于输送采集到的热能的流水。
5.根据权利要求4所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：由所述集热器出且进入所述换热器之间的部分集热管道记为出水管道，由所述换热器出且进入所述集热器之间的部分记为进水管道，所述出水管道上设有用于暂存热水的膨胀水箱。
6.根据权利要求5所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：还包括温控仪，所述出水管道位于所述膨胀水箱之后的部分设有第一节流阀，位于所述膨胀水箱与所述第一节流阀之间的部分分支设有循环支路且所述循环支路的另一端连通至所述进水管道，所述循环支路上设有电磁阀，所述进水管道上设有第二节流阀，所述膨胀水箱设有用于检测热水温度的第一热电偶，所述发酵罐中设有用于检测发酵温度的第二热电偶，所述温控仪用于收集所述第一热电偶和第二热电偶的温度信号并根据该温度信号控制所述第一节流阀、电磁阀和第二节流阀的启闭。
7.根据权利要求4所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：所述第一搅拌轴和第二搅拌轴内分别沿轴向设有第一中空腔室和第二中空腔室，所述第一中空腔室内设有用于传热的第三热管，所述第二中空腔室内设有用于传热的第四热管。
8.根据权利要求5至7任一项所述的供热均匀的热管集成发酵系统，其特征在于：所述热能采集设备采集的热能为地热能。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822225509 | 2018-12-28 | ||
| CN2018222255092 | 2018-12-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210367707U true CN210367707U (zh) | 2020-04-21 |
Family
ID=70266674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920957775.6U Active CN210367707U (zh) | 2018-12-28 | 2019-06-25 | 一种供热均匀的热管集成发酵系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210367707U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110184183A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-08-30 | 河南农业大学 | 一种供热均匀的热管集成发酵系统 |
| CN112121742A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-25 | 武汉船舶职业技术学院 | 一种利用地热能进行化工生产的装置 |
-
2019
- 2019-06-25 CN CN201920957775.6U patent/CN210367707U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110184183A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-08-30 | 河南农业大学 | 一种供热均匀的热管集成发酵系统 |
| CN112121742A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-25 | 武汉船舶职业技术学院 | 一种利用地热能进行化工生产的装置 |
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