恒温发酵沼气池的太阳能-热泵联合加热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种恒温发酵沼气池的太阳能‑热泵联合加热系统，包括太阳能集热系统、沼气池恒温保温加热系统、原料加热系统和控制器，太阳能集热系统包括太阳能集热器组、储热水箱、太阳能‑酸化池加热器、酸化池、废液池加热器、废液池；沼气池恒温保温加热系统包括第一热泵换热器、沼气池、外置恒温加热器、储热水箱、第一热泵、PCM模块、保温层；原料加热系统包括太阳能‑酸化池加热器、第二热泵、第二热泵换热器、废液池、余热换热器、热泵‑酸化池加热器、酸化池。本发明专利技术具有减小太阳能集热系统储热水箱体积、提高第二热泵和太阳能集热器的集热效率、提高沼气池内沼液温度均匀性、改善发酵罐保温性能和沼气池温度稳定性的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及沼气池，特别涉及一种恒温发酵沼气池的太阳能-热泵联合加热系统。
技术介绍
沼气发酵是沼气工程的核心环节，是一个复杂的微生物作用过程，而发酵料液温度及其控制对沼气发酵过程具有很大的影响。可再生能源具有清洁无污染的优点，是沼气池料液厌氧发酵的理想增温能源。中国专利CN200810163449.4提出一种中高温发酵罐的太阳能恒温辅助加热系统，该系统以太阳能为主要热源，主要由太阳能集热系统、原料加热系统和厌氧发酵罐恒温加热系统等组成，具有能源利用率高、优先并充分利用太阳能、储热方式更为合理等优点。但也存在一些不足：一是沼液经酸化池后输入发酵罐的温度较低，需在发酵罐内增温；二是发酵罐沼液增温供热管道内热水需要较高的温度，以保证加热盘管有较高的传热效率，但提高增温热水温度会导致太阳能集热器和热泵的热效率降低；三是利用盘管在沼气池内加温会导致沼液的温度均匀性差，不利于沼气发酵，且加热盘管安装在沼气池内部表面易结垢，降低传热效率。中国专利CN204138656U提出一种集装箱模块式沼气池，集装箱内设有罐体，罐体与集装箱之间设有支撑架，罐体外部缠绕有加热水管，罐体两端分别设有进料口及排料口，罐体内部设有搅动轴，搅动轴的一端设有电机。该沼气池具有使用方便、安装快捷、降低成本、方便运输、减少碳堆积的优点。但是，该系统罐体与集装箱之间有间隔，加热水管在罐体外部，经酸化池后输入沼气池的沼液温度较低，沼液加热需要温度较高的热水，而且向罐体外部的散热大,罐体与集装箱之间的间隔影响水管向罐体内沼液传热。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种基于酸化池、废液池和水箱联合储热的低温恒温加热、及相变材料（简称PCM）模块保温的恒温发酵沼气池的太阳能-热泵联合加热系统，体积小、热效率高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种恒温发酵沼气池的太阳能-热泵联合加热系统，包括太阳能集热系统、沼气池恒温保温加热系统、原料加热系统和控制器，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器组、储热水箱、太阳能-酸化池加热器、酸化池、废液池加热器、废液池，由三个分系统组成：第一分系统，所述太阳能集热器组的输出端通过第一循环管道、第九循环管道连通所述储热水箱上部第一进水口，储热水箱下部第一出水口通过第八循环管道、第七循环管道与所述太阳能集热器组的输入端相连，第七循环管道上设有第一循环水泵，当太阳能集热器组的出口端温度高于储热水箱设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀连通第一循环管道和第九循环管道，第一分系统运行；第二分系统，太阳能集热器组通过所述第一循环管道、所述第一三通转换阀、所述第二循环管道和第五循环管道连接到所述太阳能-酸化池加热器的输入端，太阳能-酸化池加热器的输出端通过第六循环管道连接到第七循环管道进入太阳能集热器组的输入端，第五循环管道上设有第三电磁阀和第三循环水泵，当太阳能比较充足，储热水箱内热水温度达到储热水箱设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀连通第一循环管道和第二循环管道，同时启动第三电磁阀，第二分系统运行；第三分系统，太阳能集热器组通过所述第一循环管道、第一三通转换阀、第二循环管道和第四循环管道连接到所述废液池加热器的输入端，废液池加热器的输出端通过第三循环管道连接到所述第七循环管道进入太阳能集热器组的输入端，当酸化池中的料液温度达到酸化池设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀连通第一循环管道和第二循环管道，同时关闭第三电磁阀，启动第二电磁阀，第三分系统运行，所述第四循环管道上设有第二电磁阀和第二循环水泵，所述第三循环管道、所述第六循环管道、所述第七循环管道和所述第八循环管道之间通过四通连接；所述沼气池恒温保温加热系统包括第一热泵换热器、沼气池、外置恒温加热器、储热水箱、第一热泵、PCM模块、保温层，所述储热水箱下部第三出水口通过第十一循环管道连通所述外置恒温加热器的进水口，所述外置恒温加热器的出水口通过第十循环管道连通储热水箱的上部第三进水口，所述第十循环管道上设有第八循环水泵和第五电磁阀；外置恒温加热器的加热管紧贴沼气池壁，在外置恒温加热器外面有一层保温层，所述保温层内侧均匀布置PCM模块；所述第一热泵高温端的两个水管接口分别连接储热水箱上部第二进水口和储热水箱下部第二出水口，所述第一热泵的低温端低温水入口通过第十二循环管道连接废液池中的第一热泵换热器的低温水出口，第一热泵的低温水出口通过第十三循环管道连接所述第一热泵换热器的低温水入口，第一热泵与所述储热水箱上部第二进水口的连接管道上设有第一电磁阀，第一热泵与储热水箱下部第二出水口的连接管道上设有第九循环水泵，所述第十二循环管道上设有第十循环水泵；所述原料加热系统包括所述太阳能-酸化池加热器、第二热泵、第二热泵换热器、废液池加热器、所述废液池、余热换热器、热泵-酸化池加热器、酸化池，废液从所述沼气池的出料口通过出料管道连接所述余热换热器的输入端，换热后经余热换热器的输出端进入所述废液池，所述出料管道上设有第七水泵；所述第二热泵的低温水入口和低温水出口分别连接所述第二热泵换热器的低温水出口和低温水入口，第二热泵的高温水出口连接所述热泵-酸化池加热器的高温水入口，第二热泵的高温水入口连接热泵-酸化池加热器的高温水出口，第二热泵与热泵-酸化池加热器的高温水入口连接管道上设有第四循环水泵，第二热泵与热泵-酸化池加热器的高温水出口连接管道上设有第四电磁阀，第二热泵与所述第二热泵换热器的连接管道上设有第五循环水泵，新鲜料液进入所述酸化池加热后通过进料管道从沼气池的进料口进入沼气池，所述进料管道上设有第六水泵。所述保温层采用加气混凝土块、泡沫混凝土块、聚苯板或者聚氨酯。所述相变材料模块采用十二水磷酸-氢钠，封装成圆台状的模块。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、利用酸化池、废液池与储热水箱三个部分联合储存太阳能热量，太阳能集热器组首先给储热水箱加热，直至达到储热水箱加热设定温度，其次加热酸化池中的沼液，直至酸化池中的沼液达到沼液发酵温度，最后加热废液池中的废液，三者同时用来储存太阳能可以将太阳能热量分散储存，减小太阳能集热系统储热水箱体积，酸化池储存的太阳能初步加热进入沼气池中的沼液，达不到沼液发酵温度时利用第二热泵吸收废液池中的热量传递给酸化池进一步加热，废液池作为储存太阳能的第三个部分吸收太阳能热量后温度升高可以提高第二热泵的热效率；2、改发酵罐内沼液增温为发酵罐外保温加热，沼液在进入沼气池前已经在酸化池中加热到发酵温度，沼气池只需要保持沼气池内部沼液温度维持恒定即可，这样可降低储热水箱提供给沼气池换热器中的热水温度，提高太阳能集热器的集热效率，外置恒温加热器在沼气池外均匀排布可使沼气池内沼液温度更为均匀；3、采用PCM模块和外保温层改善发酵罐保温性能和沼气池温度稳定性。附图说明图1 为本专利技术结构示意图；图2 为保温层横切面图。具体实施方式如图1和图2所示，一种恒温发酵沼气池的太阳能-热泵联合加热系统，包括太阳能集热系统、沼气池恒温保温加热系统、原料加热系统和控制器。沼气池总容量是500m3，酸化池容量是75m3，废液池容量是1000m3，太阳能集热器面积是60m2，第一热泵和第二热泵额定功率均为4kw，沼气池内部温度在夏季可设置为55℃，冬季设置为35℃。夏季本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒温发酵沼气池的太阳能‑热泵联合加热系统，包括太阳能集热系统、沼气池恒温保温加热系统、原料加热系统和控制器，其特征在于：所述太阳能集热系统包括太阳能集热器组（1）、储热水箱（14）、太阳能‑酸化池加热器（2）、酸化池（10）、废液池加热器（5）、废液池（7），由三个分系统组成：第一分系统，所述太阳能集热器组（1）的输出端通过第一循环管道（K1）、第九循环管道（K9）连通所述储热水箱（14）上部第一进水口（14a），储热水箱（14）下部第一出水口（14b）通过第八循环管道（K8）、第七循环管道（K7）与所述太阳能集热器组（1）的输入端相连，所述第七循环管道（K7）上设有第一循环水泵（B1），当太阳能集热器组（1）的出口端温度高于储热水箱（14）设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀（S1）连通第一循环管道（K1）和第九循环管道（K9），第一分系统运行；第二分系统，太阳能集热器组（1）通过所述第一循环管道（K1）、所述第一三通转换阀(S1)、所述第二循环管道(K2)和第五循环管道(K5)连接到所述太阳能‑酸化池加热器（2）的输入端(2a)，太阳能‑酸化池加热器（2）的输出端(2b)通过第六循环管道(K6)连接到第七循环管道（K7）进入太阳能集热器组（1）的输入端，所述第五循环管道(K5)上设有第三电磁阀(D3)和第三循环水泵(B3)，储热水箱（14）内热水温度达到储热水箱（14）设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀（S1）连通第一循环管道（K1）和第二循环管道（K2），同时启动第三电磁阀（D3），第二分系统运行；第三分系统，太阳能集热器组（1）通过所述第一循环管道（K1）、第一三通转换阀（S1）、第二循环管道（K2）和第四循环管道（K4）连接到所述废液池加热器（5）的输入端（5a），废液池加热器（5）的输出端（5b）通过第三循环管道（K3）连接到所述第七循环管道（K7）进入太阳能集热器组（1）的输入端，当酸化池（10）中的料液温度达到酸化池（10）设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀（S1）连通第一循环管道（K1）和第二循环管道（K2），同时关闭第三电磁阀（D3），启动第二电磁阀（D2），第三分系统运行，所述第四循环管道（K4）上设有第二电磁阀（D2）和第二循环水泵(B2)，所述第三循环管道(K3)、所述第六循环管道(K6)、所述第七循环管道（K7）和所述第八循环管道（K8）之间通过四通连接；所述沼气池恒温保温加热系统包括第一热泵换热器（6）、沼气池(11)、外置恒温加热器(12)、储热水箱（14）、第一热泵(13)、PCM模块(16)、保温层(17)，所述储热水箱（14）下部第三出水口(14f)通过第十一循环管道(K11)连通所述外置恒温加热器(12)的进水口(12b)，所述外置恒温加热器(12)的出水口(12a)通过第十循环管道(K10)连通储热水箱（14）的上部第三进水口(14e)，所述第十循环管道(K10)上设有第八循环水泵(B8)和第五电磁阀(D5)；外置恒温加热器(12)的加热管紧贴沼气池壁(15)，在外置恒温加热器(12)外面有一层保温层(17)，所述保温层(17)内侧均匀布置PCM模块(16)；所述第一热泵(13)高温端的两个水管接口分别连接储热水箱（14）上部第二进水口（14c）和储热水箱（14）下部第二出水口(14d)，所述第一热泵(13)的低温端低温水入口(13a)通过第十二循环管道(K12)连接废液池（7）中的第一热泵换热器（6）的低温水出口(6a)，第一热泵(13)的低温水出口(13b）通过第十三循环管道（K13）连接所述第一热泵换热器（6）的低温水入口(6b)，第一热泵(13)与所述储热水箱（14）上部第二进水口（14c）的连接管道上设有第一电磁阀（D1），第一热泵(13)与储热水箱（14）下部第二出水口(14d)的连接管道上设有第九循环水泵（B9），所述第十二循环管道（K12）上设有第十循环水泵（B10）；所述原料加热系统包括所述太阳能‑酸化池加热器（2）、第二热泵（3）、第二热泵换热器（4）、所述废液池（7）、余热换热器（8）、热泵‑酸化池加热器（9）、酸化池（10），废液从所述沼气池(11)的出料口（11b）通过出料管道（L2）连接所述余热换热器（8）的输入端（8a），换热后经余热换热器（8）的输出端（8b）进入所述废液池（7），所述出料管道（L2）上设有第七水泵（B7）；所述第二热泵（3）的低温水入口（3c）和低温水出口（3d）分别连接所述第二热泵换热器（4）的低温水出口（4a）和低温水入口（4b），第二热泵（3）的高温水出口(3a）连接所述热泵‑酸化池加热器（9）的高温水入口（9a），第二热泵（3）的高温水入口（3b）连接热泵‑酸化池加热器（9）的高温水出口（9b），第二热泵（3...

【技术特征摘要】
1.一种恒温发酵沼气池的太阳能-热泵联合加热系统，包括太阳能集热系统、沼气池恒温保温加热系统、原料加热系统和控制器，其特征在于：所述太阳能集热系统包括太阳能集热器组（1）、储热水箱（14）、太阳能-酸化池加热器（2）、酸化池（10）、废液池加热器（5）、废液池（7），由三个分系统组成：第一分系统，所述太阳能集热器组（1）的输出端通过第一循环管道（K1）、第九循环管道（K9）连通所述储热水箱（14）上部第一进水口（14a），储热水箱（14）下部第一出水口（14b）通过第八循环管道（K8）、第七循环管道（K7）与所述太阳能集热器组（1）的输入端相连，所述第七循环管道（K7）上设有第一循环水泵（B1），当太阳能集热器组（1）的出口端温度高于储热水箱（14）设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀（S1）连通第一循环管道（K1）和第九循环管道（K9），第一分系统运行；第二分系统，太阳能集热器组（1）通过所述第一循环管道（K1）、所述第一三通转换阀(S1)、所述第二循环管道(K2)和第五循环管道(K5)连接到所述太阳能-酸化池加热器（2）的输入端(2a)，太阳能-酸化池加热器（2）的输出端(2b)通过第六循环管道(K6)连接到第七循环管道（K7）进入太阳能集热器组（1）的输入端，所述第五循环管道(K5)上设有第三电磁阀(D3)和第三循环水泵(B3)，储热水箱（14）内热水温度达到储热水箱（14）设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀（S1）连通第一循环管道（K1）和第二循环管道（K2），同时启动第三电磁阀（D3），第二分系统运行；第三分系统，太阳能集热器组（1）通过所述第一循环管道（K1）、第一三通转换阀（S1）、第二循环管道（K2）和第四循环管道（K4）连接到所述废液池加热器（5）的输入端（5a），废液池加热器（5）的输出端（5b）通过第三循环管道（K3）连接到所述第七循环管道（K7）进入太阳能集热器组（1）的输入端，当酸化池（10）中的料液温度达到酸化池（10）设定温度时，所述控制器启动第一三通转换阀（S1）连通第一循环管道（K1）和第二循环管道（K2），同时关闭第三电磁阀（D3），启动第二电磁阀（D2），第三分系统运行，所述第四循环管道（K4）上设有第二电磁阀（D2）和第二循环水泵(B2)，所述第三循环管道(K3)、所述第六循环管道(K6)、所述第七循环管道（K7）和所述第八循环管道（K8）之间通过四通连接；所述沼气池恒温保温加热系统包括第一热泵换热器（6）、沼气池(11)、外置恒温加热器(12)、储热水箱（14）、第一热泵(13)、PCM模块(16)、保温层(17)，所述储热水箱（14）下部第三出水口(14f)通过第十一循环管道(K11)连通所述外置恒温加热器(12)的进水口(12b)，所述外置恒温加热器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑荣进，步文月，蔡金国，傅莉霞，沈其林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33