CN212610649U - 一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，该保温装置由绕在沼气发酵池外围的热水管组成，且所述热水管中的热水来自并联连接的沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统。本实用新型的有益之处在于：本实用新型提供的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置通过空间和时间上的互补性，有效地利用了储量丰富的太阳能、生物质能和空气热能等清洁能源，减少了电能等高品位能源的使用，符合绿色环保要求；克服了太阳能间歇性和不稳定性、生物质能低密度性、空气热能季节性的缺陷，巧妙地实现了对沼气发酵池的不间断保温，为确保沼气工程全年连续正常稳定运行提供了有力保障，而且大大提高了产气率。

Description

一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置

技术领域

本实用新型属于沼气工程发酵池保温技术领域，特别涉及一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置。

背景技术

随着石化燃料的日趋紧张，环境污染问题的日益严重，以及生态系统制约的不断加剧，人们已经认识到开发利用清洁能源的重要性。沼气发酵是生物质能高层次利用的良好途径，是一种变废为宝、化害为利的方式，更是改善村镇建筑供暖问题的有效措施。沼气工程的建设和使用有效避免了秸秆的不合理燃烧和禽畜粪便随意堆放带来的空气污染、地下水污染等环境问题，也降低了村镇供暖对化石燃料的依赖。沼气工程的产物有沼气、沼液、沼渣。其中沼气可用于热电联产，沼液可用于绿色肥料，沼渣归田可以提高土壤的肥力。在村镇社区推广沼气工程对社会主义新农村的建设非常重要。

但是，沼气工程的推广应用也存在很大的困难，例如在我国西北、东北等严寒地区，室外气温低至零下30℃，而沼气最佳发酵温度在30-31℃之间。一方面，如果不对沼气发酵料液采取增温和保温措施，就不能保证厌氧发酵所需要的温度，导致沼气发酵周期长、产气率低、原料降解慢。另一方面，沼气(发酵)池是沼气工程的核心部分，如果做不好其加热保温技术措施，在严寒天气将冻裂报废，所以国内大部分沼气工程难以实现全年连续正常运行。

为了解决以上问题，目前国内外主要采取的措施包括利用CHP(combined heatandpower，动力与供热复合装置)作为加热系统，在发电的同时给沼气发酵装置加热，以提高沼气的产气率；利用中央套换热太阳能加热的沼气罐，沼气罐内安装有中央夹套，太阳能集热器加热水然后循环到夹套中，间接的给沼气池加热等。但是利用CHP法的成本较高，只适合于以发电为目的超大型沼气池，不适用于小型的沼气发酵池；采用中央套换热法加热沼气发酵池存在稳定性欠佳，受季节、天气、昼夜影响的问题。

所以，急需开发一种运行稳定可靠、提高沼气产气率的沼气发酵池保温装置。

实用新型内容

为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，该装置是一种基于太阳能—空气—生物质能耦合互补的沼气发酵池保温装置，能够稳定可靠地对严寒地区的沼气发酵池进行保温，不仅避免了沼气发酵池的冻裂报废，而且还能提高沼气发酵池的产气率。

本实用新型提供了一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，该保温装置由绕在沼气发酵池外围的热水管组成，且所述热水管中的热水来自并联连接的沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统；

所述沼气热水器子系统包括储气装置、沼气泵、沼气净化装置、沼气热水器、一号循环水泵、二号循环水泵、一号阀门、二号阀门、一号测温装置、二号测温装置、一号测流量装置、二号测流量装置，所述太阳能集热子系统包括真空管太阳能热水器、三号循环水泵、四号循环水泵、三号阀门、四号阀门、三号测温装置、四号测温装置、三号测流量装置、四号测流量装置，所述空气源热泵子系统包括蓄热水箱Ⅱ、毛细管、空气换热器、压缩机、五号循环水泵、六号循环水泵、五号阀门、六号阀门、五号测温装置、六号测温装置、五号测流量装置、六号测流量装置，且所述沼气热水器子系统和所述太阳能集热子系统共享蓄热水箱Ⅰ、七号循环水泵、七号阀门、七号测温装置、七号测流量装置；

所述储气装置、沼气泵、沼气净化装置、沼气热水器通过沼气管道连接；所述沼气热水器与蓄热水箱Ⅰ通过一号进入管和一号流出管连通，其中一号进入管上从沼气热水器端到蓄热水箱Ⅰ端依次设置有所述一号测温装置、一号循环水泵、一号阀门、一号测流量装置、二号测流量装置，一号流出管上从蓄热水箱Ⅰ端到沼气热水器端依次设置有二号测温装置、二号循环水泵、二号阀门、二号测流量装置；

所述真空管太阳能热水器与所述蓄热水箱Ⅰ通过二号进入管和二号流出管连通，其中二号进入管上从真空管太阳能热水器端到蓄热水箱Ⅰ端依次设置有所述三号测温装置、三号循环水泵、三号阀门、三号测流量装置，二号流出管上从蓄热水箱Ⅰ端到真空管太阳能热水器端依次设置有四号测温装置、四号循环水泵、四号阀门、四号测流量装置；

所述空气换热器和所述蓄热水箱Ⅱ通过所述毛细管连接，且所述空气换热器和所述蓄热水箱Ⅱ之间设置有所述压缩机；

所述蓄热水箱Ⅰ与绕在沼气发酵池外围的热水管通过一号进水管和一号出水管连通，且所述一号出水管上从热水管端到蓄热水箱Ⅰ端依次设置有七号测温装置、七号循环水泵、七号阀门、七号测流量装置；所述蓄热水箱Ⅱ与绕在沼气发酵池外围的热水管通过二号进水管和二号出水管连通连通，且所述二号进水管上从热水箱Ⅱ端到热水管端依次设置有五号测温装置、五号循环水泵、五号阀门、五号测流量装置，所述二号出水管上从热水管端到热水箱Ⅱ端依次设置有六号测温装置、六号循环水泵、六号阀门、六号测流量装置。

进一步的，所述蓄热水箱Ⅰ和所述蓄热水箱Ⅱ中都设置有换热盘管。

进一步的，所述储气装置通过管道与所述沼气发酵池连通，且所述管道上设置有控制阀门和八号测流量装置。

进一步的，所述沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统根据实际需要，单独或联合开启各子系统阀门，实现由一个子系统供热，或由任意两个子系统供热，亦或由三个子系统同时供热。

进一步的，所述蓄热水箱Ⅰ和所述蓄热水箱Ⅱ中的热水不仅可以沼气发酵池保温，而且可以供给他用，满足其他用热需要。

本实用新型的有益之处在于：

①本实用新型提供的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置通过空间和时间上的互补性，有效地利用了储量丰富的太阳能、生物质能和空气热能等清洁能源，减少了电能等高品位能源的使用，符合绿色环保要求；

②本实用新型提供的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置通过空间和时间上的互补性，克服了太阳能间歇性和不稳定性、生物质能低密度性、空气热能季节性的缺陷，巧妙地实现了对沼气发酵池的不间断保温，为确保沼气工程全年连续正常运行提供了有力保障；

③本实用新型提供的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置不仅能够保证沼气工程全年(尤指严寒地区冬季)的安全稳定运行，而且还大大提高了产气率；

④本实用新型提供的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置可以通过单独或联合开启各子系统阀门，实现生物质能、太阳能、空气能分别或任意两个、三个同时为沼气发酵池供热；

⑤本实用新型提供的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置可以在夏季、晚春、早秋等气温较高的季节(不需要为沼气发酵池保温)将蓄热水箱Ⅰ、蓄热水箱Ⅱ里的热水供给他用，满足其他用热需要。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置的组成结构示意图。

图中附图标记的含义：1-沼气发酵池，2-储气袋，3-沼气泵，4-沼气净化装置，5-沼气热水器，6-蓄热水箱Ⅰ，7-真空管太阳能热水器，8-蓄热水箱Ⅱ，9-毛细管，10-空气换热器，11-压缩机，12-五号循环水泵，13-六号循环水泵，14-一号循环水泵，15-二号循环水泵，16-三号循环水泵，17-四号循环水泵，18-五号阀门，19-六号阀门，20-控制阀门，21-一号阀门，22-二号阀门，23-三号阀门，24-四号阀门，25-五号测温装置，26-六号测温装置，27-一号测温装置，28-二号测温装置，29-三号测温装置，30-四号测温装置，31-五号测流量装置，32-六号测流量装置，33-一号测流量装置，34-二号测流量装置，35-三号测流量装置，36-四号测流量装置，37-七号测温装置，38-七号循环水泵；39-七号阀门；40-七号测流量装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，该保温装置由绕在沼气发酵池1外围的热水管组成，且热水管中的热水来自并联连接的沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统。

沼气热水器子系统包括储气装置2、沼气泵3、沼气净化装置4、沼气热水器5、一号循环水泵14、二号循环水泵15、一号阀门21、二号阀门22、一号测温装置27、二号测温装置28、一号测流量装置33、二号测流量装置34，太阳能集热子系统包括真空管太阳能热水器7、三号循环水泵16、四号循环水泵17、三号阀门23、四号阀门24、三号测温装置29、四号测温装置30、三号测流量装置35、四号测流量装置36，空气源热泵子系统包括蓄热水箱Ⅱ8、毛细管9、空气换热器10、压缩机11、五号循环水泵12、六号循环水泵13、五号阀门18、六号阀门19、五号测温装置25、六号测温装置26、五号测流量装置31、六号测流量装置32，且沼气热水器子系统和太阳能集热子系统共享蓄热水箱Ⅰ6、七号循环水泵38、七号阀门39、七号测温装置37、七号测流量装置40；蓄热水箱Ⅰ6和蓄热水箱Ⅱ8中都设置有换热盘管。

储气装置2、沼气泵3、沼气净化装置4、沼气热水器5通过沼气管道连接；储气装置2通过管道与沼气发酵池1连通，且管道上设置有控制阀门20和八号测流量装置。沼气热水器5与蓄热水箱Ⅰ6通过一号进入管和一号流出管连通，其中一号进入管上从沼气热水器5端到蓄热水箱Ⅰ6端依次设置有一号测温装置27、一号循环水泵14、一号阀门21、一号测流量装置33、二号测流量装置34，一号流出管上从蓄热水箱Ⅰ6端到沼气热水器5端依次设置有二号测温装置28、二号循环水泵15、二号阀门22、二号测流量装置34。

真空管太阳能热水器7与蓄热水箱Ⅰ6通过二号进入管和二号流出管连通，其中二号进入管上从真空管太阳能热水器7端到蓄热水箱Ⅰ6端依次设置有三号测温装置29、三号循环水泵16、三号阀门23、三号测流量装置35，二号流出管上从蓄热水箱Ⅰ6端到真空管太阳能热水器7端依次设置有四号测温装置30、四号循环水泵17、四号阀门24、四号测流量装置36。

空气换热器10和蓄热水箱Ⅱ8通过毛细管9连接，且空气换热器10和蓄热水箱Ⅱ8之间设置有压缩机11。

蓄热水箱Ⅰ6与绕在沼气发酵池1外围的热水管通过一号进水管和一号出水管连通，且一号出水管上从热水管端到蓄热水箱Ⅰ6端依次设置有七号测温装置37、七号循环水泵38、七号阀门39、七号测流量装置40；蓄热水箱Ⅱ8与绕在沼气发酵池1外围的热水管通过二号进水管和二号出水管连通连通，且二号进水管上从热水箱Ⅱ8端到热水管端依次设置有五号测温装置25、五号循环水泵12、五号阀门18、五号测流量装置31，二号出水管上从热水管端到热水箱Ⅱ8端依次设置有六号测温装置26、六号循环水泵13、六号阀门19、六号测流量装置32。

沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统根据实际需要，单独或联合开启各子系统阀门，实现由一个子系统供热，或由任意两个子系统供热，亦或由三个子系统同时供热，具体工作过程如下：

(一)以空气源热泵子系统模式运行

空气源热泵子系统通过毛细管9(是一种节流装置，制冷剂在其中降压)，空气换热器10(相当于该热泵的吸热器，吸收来自低温热源空气的热量)，压缩机11(用于压缩制冷剂)，由蓄热水箱Ⅱ8中的水和换热盘管组成的冷凝器(一种换热器，是制冷剂的放热端，将制冷剂被冷凝过程中放出的热量，传递给蓄热水箱Ⅱ8的水中)完成能量的传递。

当保温装置以空气源热泵子系统模式运行时，开启五号阀门18和六号阀门19，关闭其余阀门，并开启五号循环水泵12和六号循环水泵13运行，此时制冷剂在循环过程中经过空气换热器10内的换热盘管，即从毛细管9出来的低温低压的制冷剂液体只通过吸收空气中的热量而蒸发，再经压缩机11压缩后在蓄热水箱Ⅱ8中通过换热盘管将热量传递给水。这种模式需在气温较高的工况下运行。

(二)以太阳能集热子系统模式运行

当保温装置以太阳能集热子系统模式运行时，开启三号阀门23、四号阀门24和七号阀门39，关闭其余阀门，并开启三号循环水泵16、四号循环水泵17和七号循环水泵38运行，此时真空管太阳能热水器7将所收集的太阳福射热量储存于蓄热水箱Ⅰ6内的热水中。这种模式需在白天天气晴朗有足够的太阳福射量的工况下运行。

(三)以沼气热水器子系统模式运行

当保温装置沼气热水器子系统模式运行时，开启一号阀门21、二号阀门22和七号阀门39，关闭其余阀门，并开启一号循环水泵14、二号循环水泵15和七号循环水泵38运行，此时储气袋2中的沼气经沼气泵3送到沼气净化装置4净化处理后，进入沼气热水器5中燃烧，并将燃烧所产生的热量输入蓄热水箱Ⅰ6内的热水中。这种模式一般在太阳能照射量不足以及气温较低的工况下运行，主要依赖于储气袋2中的沼气的燃烧。

(四)以太阳能集热子系统-空气源热泵子系统互补模式运行

当保温装置以太阳能集热子系统-空气源热泵子系统互补模式运行时，开启阀门五号阀门18、六号阀门19、三号阀门23、四号阀门24、七号阀门39，关闭其余阀门，并开启五号循环水泵12、六号循环水泵13、三号循环水泵16、四号循环水泵17、七号循环水泵38运行；此时沼气发酵池1同时利用通过太阳能集热子系统和空气源热泵子系统转换过来的太阳能和空气能。这种模式可以在气温相对较低的工况下运行，当空气侧的制冷剂无法吸收到足够的热量时，通过蓄热水箱Ⅰ6中的热水所储存的太阳能来补充热量，进而满足供热需求。

(五)以太阳能集热子系统-沼气热水器子系统互补模式运行

当保温装置以太阳能集热子系统-沼气热水器子系统互补模式运行时，开启一号阀门21、二号阀门22、三号阀门23、四号阀门24、七号阀门39，关闭其余阀门，并开启一号循环水泵14、二号循环水泵15、三号循环水泵16、四号循环水泵17、七号循环水泵38运行，太阳能集热子系统和沼气热水器子系统同时将太阳福射热量和沼气燃烧热量输入蓄热水箱Ⅰ6。这种模式在气温非常低而导致空气源热泵子系统几乎无法从空气中吸收热量的工况下运行，要求白天天气晴朗且有足够的沼气存储量。

(六)以沼气热水器子系统-空气源热泵子系统互补模式运行

当保温装置以沼气热水器子系统-空气源热泵子系统互补模式运行时，开启五号阀门18、六号阀门19、一号阀门21、二号阀门22、七号阀门39，关闭其余阀门，并开启五号循环水泵12、六号循环水泵13、一号循环水泵14、二号循环水泵15、七号循环水泵38运行，沼气热水器5开启，沼气热水器5将沼气燃烧产生的热量输入蓄热水箱Ⅰ6，空气源热泵子系统将空气能输入蓄热水箱Ⅱ8。这种模式同可以在气温相对较低的工况下运行，当空气侧的制冷剂无法吸收到足够的空气热量时，通过蓄热水箱Ⅱ8中的热水所储存的生物能来补充热量，进而满足供热需求。

(七)以太阳能集热子系统-沼气热水器子系统-空气源热泵子系统互补模式运行

当保温装置以太阳能集热子系统-沼气热水器子系统-空气源热泵子系统互补模式运行时，开启所有阀门和循环水泵，使太阳能集热子系统、沼气热水器子系统、空气源热泵子系统同时将太阳辖射热量、沼气燃烧热量和空气能输入蓄热水箱。这种模式对气温、太阳能保证率和沼气存储量要求都不太高，为使用范围最广泛的一种运行模式。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，其特征在于，所述保温装置由绕在沼气发酵池(1)外围的热水管组成，且所述热水管中的热水来自并联连接的沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统；

所述沼气热水器子系统包括储气装置(2)、沼气泵(3)、沼气净化装置(4)、沼气热水器(5)、一号循环水泵(14)、二号循环水泵(15)、一号阀门(21)、二号阀门(22)、一号测温装置(27)、二号测温装置(28)、一号测流量装置(33)、二号测流量装置(34)，所述太阳能集热子系统包括真空管太阳能热水器(7)、三号循环水泵(16)、四号循环水泵(17)、三号阀门(23)、四号阀门(24)、三号测温装置(29)、四号测温装置(30)、三号测流量装置(35)、四号测流量装置(36)，所述空气源热泵子系统包括蓄热水箱Ⅱ(8)、毛细管(9)、空气换热器(10)、压缩机(11)、五号循环水泵(12)、六号循环水泵(13)、五号阀门(18)、六号阀门(19)、五号测温装置(25)、六号测温装置(26)、五号测流量装置(31)、六号测流量装置(32)，且所述沼气热水器子系统和所述太阳能集热子系统共享蓄热水箱Ⅰ(6)、七号循环水泵(38)、七号阀门(39)、七号测温装置(37)、七号测流量装置(40)；

所述储气装置(2)、沼气泵(3)、沼气净化装置(4)、沼气热水器(5)通过沼气管道连接；所述沼气热水器(5)与蓄热水箱Ⅰ(6)通过一号进入管和一号流出管连通，其中一号进入管上从沼气热水器(5)端到蓄热水箱Ⅰ(6)端依次设置有所述一号测温装置(27)、一号循环水泵(14)、一号阀门(21)、一号测流量装置(33)、二号测流量装置(34)，一号流出管上从蓄热水箱Ⅰ(6)端到沼气热水器(5)端依次设置有二号测温装置(28)、二号循环水泵(15)、二号阀门(22)、二号测流量装置(34)；

所述真空管太阳能热水器(7)与所述蓄热水箱Ⅰ(6)通过二号进入管和二号流出管连通，其中二号进入管上从真空管太阳能热水器(7)端到蓄热水箱Ⅰ(6)端依次设置有所述三号测温装置(29)、三号循环水泵(16)、三号阀门(23)、三号测流量装置(35)，二号流出管上从蓄热水箱Ⅰ(6)端到真空管太阳能热水器(7)端依次设置有四号测温装置(30)、四号循环水泵(17)、四号阀门(24)、四号测流量装置(36)；

所述空气换热器(10)和所述蓄热水箱Ⅱ(8)通过所述毛细管(9)连接，且所述空气换热器(10)和所述蓄热水箱Ⅱ(8)之间设置有所述压缩机(11)；

所述蓄热水箱Ⅰ(6)与绕在沼气发酵池(1)外围的热水管通过一号进水管和一号出水管连通，且所述一号出水管上从热水管端到蓄热水箱Ⅰ(6)端依次设置有七号测温装置(37)、七号循环水泵(38)、七号阀门(39)、七号测流量装置(40)；所述蓄热水箱Ⅱ(8)与绕在沼气发酵池(1)外围的热水管通过二号进水管和二号出水管连通连通，且所述二号进水管上从热水箱Ⅱ(8)端到热水管端依次设置有五号测温装置(25)、五号循环水泵(12)、五号阀门(18)、五号测流量装置(31)，所述二号出水管上从热水管端到热水箱Ⅱ(8)端依次设置有六号测温装置(26)、六号循环水泵(13)、六号阀门(19)、六号测流量装置(32)。

2.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，其特征在于，所述蓄热水箱Ⅰ(6)和所述蓄热水箱Ⅱ(8)中都设置有换热盘管。

3.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，其特征在于，所述储气装置(2)通过管道与所述沼气发酵池(1)连通，且所述管道上设置有控制阀门(20)和八号测流量装置。

4.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，其特征在于，所述沼气热水器子系统、太阳能集热子系统、空气源热泵子系统能够单独或联合开启各子系统阀门，实现由一个子系统供热，或由任意两个子系统供热，亦或由三个子系统同时供热。

5.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源多能互补的沼气发酵池保温装置，其特征在于，所述蓄热水箱Ⅰ(6)和所述蓄热水箱Ⅱ(8)中的热水能够供沼气发酵池保温或供给其他用热需要。

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