专利名称：利用太阳能强化稳定沼气产量的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属利用太阳能强化稳定沼气产量的方法和装置。
背景技术：
沼气是一种性能优良的清洁燃料，不仅原料来源丰富、价格低廉，而且具有燃烧热效率高、成本低、绿色、低污染、可再生、抗爆性能好的特点，是一种优质生物质能源，在世界上受到了越来越多的关注。但是，有关研究发现在厌氧消化过程中，沼气池内的发酵温度是影响沼气产气率的关键因素之一。实验证明，厌氧发酵的最适合温度是在中温 380C )或高温(46°C 60°C )阶段，并且不同发酵物质的最适宜发酵温度不同。沼气的产量会随着季节和温度的变化而有较大变化。同时，若沼气池温度变化超过3°C，产气量也会发生明显变化。因此，必须寻求一种可维持沼气池内温度稳定在最适宜厌氧发酵范围内的方法，以强化稳定沼气产气量。中国大部分地区的沼气工程越冬较为困难，主要问题是在冬季沼气产量骤降，厌氧发酵几乎停滞。如果靠燃煤给沼气发酵料液增温是不经济的。因此，近年已出现了利用太阳能加热沼气发酵液的技术。但是，由于沼气发酵罐内环境复杂、恶劣，罐内的换热装置面临着腐蚀、结垢和微生物寄生等问题，使加热效率越来越低、换热装置寿命短、被太阳能加热的水不能循环使用等；其中，换热装置结垢、微生物附着是导致整个系统加热效率降低的主要原因，必需解决这些问题以求实现沼气生产的高产和稳产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种生产稳定、产量高、效率高能耗低的利用太阳能强化稳定沼气产量的方法及装置。本发明以如下技术方案解决上述技术问题本发明利用太阳能强化稳定沼气产量的方法，由沼气发酵罐内的换热器、太阳能集热器、保温水箱、和循环水管道构成热媒水的循环回路，换热器设置在沼气发酵罐内部， 并固定在发酵液液面与罐底之间，其特征是换热器与保温水箱之间有热媒水循环泵；沼气发酵罐内的换热器带有机械除垢装置。所述的热媒水为循环使用的去离子水。换热器由两根热媒汇流总管、两根支管和若干根与热媒汇流总管垂直的换热管组成；机械除垢装置由可沿换热管表面移动的除垢环组件及驱动除垢环组件移动的动力传递机构组成；其中机械除垢装置的主要除垢部件为多个除垢环组件，除垢环组件上部的环状部分分别套在各根相互平行的换热管上、并可以同时沿换热管的外表面接触摩擦平移，各除垢环组件的顶部与一连杆固定连接，下端与链条铰接并可由链条带动平移；驱动除垢环组件移动的动力传递机构有电动机、减速机、传动轴和由一个链轮、两个导链轮及链条组成的链轮组，两个导链轮的轮轴分别与两根热媒汇流总管固定连接；
各除垢环组件的下部可依托固定的导轨稳定地移动。热媒水循环管道均做保温处理，链条和链轮均为不锈钢材质。本发明的有益效果①可实现热媒水循环使用，节约用水。②使用机械除垢装置后，消除了与发酵液接触的加热部件换热管的结垢问题，提高了整个系统的加热效率，延长了整个系统的使用寿命。③利用太阳能给沼气发酵罐提供必要的能量，保持沼气发酵所需要的温度，促进发酵进行，使冬季沼气产气量显著提高，与夏季产气量相当。保证了沼气发酵罐四季产气量稳定，提高了沼气发酵工程的利用率，节省能源。
图1为本发明利用太阳能强化稳定沼气产量的方法及装置流程图。图2为本发明利用太阳能强化稳定沼气产量方法所用机械除垢装置的结构示意图。本图为图1的机械除垢装置的左视图。图中1-太阳能集热器，2-保温水箱，3-热媒水循环泵，4-换热器，5-沼气发酵罐，6-电动机，7-减速器，8-传动轴，9-链轮，10-链条，11-导链轮，12-导轨，13-除垢环组件，14-换热管，15-热媒汇流总管。
具体实施例方式本发明包括太阳能加热系统和机械除垢装置两部分，下面结合附图对本发明作进一步的说明。太阳能加热系统部分太阳能加热系统包括由沼气发酵罐内的换热器4、太阳能集热器1、保温水箱2、循环泵3以及热媒管道所构成的循环回路。换热器4设置在沼气发酵罐5内部，并固定在沼气发酵罐5内发酵液液面与罐底之间，其特征是换热器4与保温水箱2之间有热媒水循环泵3，并且沼气发酵罐内的换热器带有机械除垢装置。太阳能加热系统依靠集热器1与保温水箱2中水温不同产生的密度差进行温差循环。在自然对流循环状态下，循环管路内的热媒水从集热器1所获取的热量，先后通过保温水箱2和换热器4把热量传给发酵罐内的沼液。换热过后的热媒水再循环回集热器1获取太阳能量。当自然对流循环过慢的时候，可启动循环泵3即可进入强制对流循环，加快整个系统的加热效率。所述的热媒水为循环使用的去离子水。热媒水循环管道均做保温处理。所述的换热器由两根热媒汇流总管15、两根支管和若干根与热媒汇流总管垂直的换热管组成。机械除垢装置部分安装在沼液液面以下的换热器，会面临结垢和微生物寄生等问题。换热管结垢不仅影响换热管的传热效率，而且还会腐蚀管材。本发明的机械除垢装置可达到较好的除垢效果电动机6和减速器7安装在发酵罐外，电动机6经减速器7、传动轴8、链轮9、链条 10、导链轮11和相关的连接机构，将动力输送给除垢环组件13，除垢环组件13运动摩擦换热管14的外表面，去除换热管表面的沉积物和污垢。当除垢环组件13到达最左端或最右端的时候，电动机反转运行，除垢环组件反向平移继续去除换热管表面的沉积物和污垢。机械除垢装置由可沿换热管表面移动的除垢环组件13及驱动除垢环组件移动的动力传递机构组成；其中机械除垢装置的除垢部件主要是多个除垢环组件，除垢环组件上部的环状部分分别套在各根相互平行的换热管上、并可以同时沿换热管的外表面接触摩擦平移，各除垢环组件的顶部与一连杆(图中未画出)固定连接，下端与链条10铰接并可由链条带动平移；驱动除垢环组件移动的动力传递机构有由一个链轮9、两个导链轮11及链条10组成的链轮组，两个导链轮的轮轴分别与两根热媒汇流总管15固定连接。各除垢环组件13的下部可依托固定的导轨12稳定地移动。所述的链条和链轮均为不锈钢材质。实施例对一个体积为50m3的发酵罐进行改造，装上本发明的太阳能加热系统和除垢装置。太阳能集热器1采用四块1000X2000X65真空管型集热器串联连接，每块集热器有效集热面积1.96m2。循环管路采用为Φ59Χ4.5的碳钢钢管。换热器采用不锈钢管，换热器规格为4000 X 3500 X 55，有效换热面积约4. 6m2。试验在12月份的广西进行，当天气温6 13°C，晴间多云。实施过程中，在自然对流循环状态下，循环管路内获得约60°C左右的热媒水。沼气池发酵沼液的温度得到明显提高，发酵沼液温度在M 30°C范围内浮动。经过换热管出来的热媒水温在32 37°C左右，随后再循环回集热器1获取太阳能量重新被加热，循环往复地给沼气池的发酵层加热。 当自然对流循环过慢的时候，启动循环泵3进入强制对流循环，提高整个系统的加热效率。 在强制对流循环状态下，发酵沼液温度在27 34°C范围内浮动。经过换热管出来的热媒水温在32 39°C左右。实施完毕后，同期数据统计表明该沼气罐改造后的日产气量比改造前的日产气量增加了 20 45%。在上述实施过程中，安装在换热器4上的机械除垢装置每隔2个小时进行一次除垢作业。实施试验差不多一个月后，发现换热管表层结垢性物质及附着物很少，不锈钢金属光泽仍然可见，表面机械除垢装置达到较好的除垢效果。
权利要求
1.一种利用太阳能强化稳定沼气产量的方法，由沼气发酵罐、太阳能集热器、保温水箱、和换热器与热媒水循环管构成热媒水的循环回路，换热器设置在沼气发酵罐内部，并固定在发酵液液面与罐底之间；其特征是热媒水循环泵旁接在换热器与保温水箱之间；换热器带有机械除垢装置。
2.如权利要求1所述的利用太阳能强化稳定沼气产量的方法，其特征是热媒水为循环使用的去离子水。
3.如权利要求1所述的利用太阳能强化稳定沼气产量的方法，其特征是换热器由两根热媒汇流总管、两根支管和若干根与热媒汇流总管垂直的换热管组成。
4.如权利要求1所述的利用太阳能强化稳定沼气产量的方法，其特征是热媒水循环管道均做保温处理。
5.一种利用太阳能强化稳定沼气产量的方法所用的装置，其特征是机械除垢装置由可沿换热管表面移动的除垢环组件及驱动除垢环组件移动的动力传递机构组成；其中机械除垢装置的除垢部分有由一个链轮、两个导链轮及链条组成链轮组，两个导链轮的轮轴分别与两根热媒汇流总管固定连接；多个除垢环组件上部的环状部分分别套在各根相互平行的换热管上并可沿换热管的外表面接触摩擦平移，各除垢环组件的顶部与一连杆固定连接；下端与链条铰接并可由链条带动平移。
6.如权利要求5所述的利用太阳能强化稳定沼气产量的方法所用的装置，其特征是各除垢环组件的下部可依托固定的导轨稳定地移动。
7.如权利要求5所述的利用太阳能强化稳定沼气产量的方法所用的装置，其特征是链条和链轮均为不锈钢材质。
全文摘要
一种利用太阳能强化稳定沼气产量的方法及装置，由沼气发酵罐、太阳能集热器、保温水箱、换热器与热媒水循环管构成热媒水的循环回路，换热器设置在沼气发酵罐内部，并固定在发酵液液面与罐底之间，其特征是热媒水循环泵旁接在换热器与保温水箱之间；换热器带有机械除垢装置。机械除垢装置由可沿换热管表面移动的除垢环组件及驱动除垢环组件移动的动力传递机构组成；其中机械除垢装置中多个除垢环组件套在各根换热管上并可沿换热管的外表面平移。用本发明的方法和装置可实现热媒水循环使用，消除了换热管的结垢，提高了加热效率，保证了沼气发酵罐四季产气量稳定，延长了使用寿命。
文档编号C12P5/02GK102559775SQ20121006113
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者卢朝霞, 唐兴中, 李宏君, 杨茂立, 梁景, 田宗义, 粟满荣, 莫宇飞, 蓝明新, 谢云果, 赵钟兴, 黄福川 申请人:广西大学