一种基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气装置，包括太阳能集热器、热管理器、沼气池、储气罐、沼气锅炉、循环水泵和控制阀门等主要部件。其特征在于太阳能集热器与热管理器加热段的一组换热管排相连构成循环；沼气池内的换热盘管组与热管理器用热段的热用户管排组对应相连构成循环；沼气锅炉以自产沼气为燃料，锅炉入口与热管理器用热段的蓄热管排相连，锅炉出口与热管理器加热段的另一组换热管排相连，由此构成循环。本实用新型专利技术将热管理器与太阳能加热制取沼气装置相结合，以沼气锅炉作为辅助热源，使得沼气池内温度始终稳定于高效发酵产气温度范围内，解决了太阳能集热负荷变化带来的沼液发酵温度波动问题，具有产气率高、产气量大、高效持续稳定产气等特点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气装置，利用热管理 器控制太阳能加热输出温度的稳定，使得沼气池内温度始终稳定于高效发酵产气温度范围 内，解决了太阳能集热负荷变化带来的沼液发酵温度波动的问题，属于节能环保领域。
技术介绍
沼气是一种可再生的清洁能源，是有机物在隔绝空气和一定的温度、湿度、酸碱度 等条件下，经过厌氧微生物发酵产生的一种可燃性气体，可利用人畜的粪便、农作物秸秆、 生活中的废弃物以及污水污泥等。沼气工程在我国农村通过40余年的推广应用，已初具规 模，取得了显著的社会经济效益，它不仅代替节省了大量的传统能源，而且使大量垃圾得到 了较好的转化利用，净化了环境。根据我国农村沼气建设发展规划，到2020年力争使农户 普及率达到70%，基本普及农村沼气。沼气池产气量与发酵温度密切相关。当发酵温度为 50 60°C时，沼气细菌特别活跃，有机物分解快，产气率高，称为高温发酵，高温发酵的实 际控制温度多在53°C左右。当发酵温度为30 35°C时，沼气细菌也比较活跃，有机物分解 较快，称为中温发酵，中温发酵的实际控制温度多在35°C左右。常温发酵工艺指在自然温度 下进行的沼气发酵。为了保证正常的产气率，发酵温度不宜低于10°C。研究发现，在10°C 60°C范围内，沼气均能正常发酵产气，一般温度愈高，微生物活动愈旺盛，产气量也愈高，并 且高温发酵时产气量最高，其次是中温发酵。另外，微生物对温度变化十分敏感，温度的突 升或突降都会严重影响微生物的生命活动，使产气状况恶化。我国农村的沼气池，因为受各 种条件限制，一般采用常温发酵，大都存在产气率低、产气量不足等缺陷，冬春季节尤甚。利 用太阳能经济性集热温度与高效生物质厌氧发酵温度相匹配的特点，将太阳能和生物质能 转化为沼气再加以利用是太阳能与生物质能高效规模开发的新途径。但由于太阳能本身的 不稳定性，太阳能集热负荷的变化使得沼液温度波动也较大，产气率仍然较低。针对以上问 题，本技术将先进的热管理思想应用于太阳能加热制取沼气装置中，通过热管理器控 制太阳能加热输出温度的稳定，使得沼气池内温度始终稳定在高效发酵产气温度范围内， 解决了太阳能集热负荷变化带来的沼液发酵温度波动问题。
技术实现思路
本技术目的是针对当前太阳能加热制取沼气装置普遍存在的沼液加热负荷 不稳定造成的产气率低和产气量不足等现象，提供一种基于热管理器的太阳能加热高效制 取沼气装置。本技术包括太阳能集热器、热管理器、沼气池、储气罐、沼气锅炉、循环水泵和 控制阀门等主要部件。其特征在于太阳能集热器与热管理器加热段的一组换热管排相连构 成循环，循环介质为水，太阳能集热器入口管段上设有阀门和循环水泵；沼气池内有分层次 排列的螺旋式换热盘管组，与热管理器用热段的热用户管排组对应相连构成循环，循环介 质为水，每个螺旋式换热盘管的入口管段上都设有阀门和循环水泵；沼气锅炉利用本装置自产沼气作为燃料，锅炉入口管段与热管理器用热段的蓄热管排相连，锅炉出口管段与热 管理器加热段的另一组换热管排相连，由此构成循环，循环介质为水，锅炉的入口管段上设 有阀门、循环水泵和补水箱。本技术涉及的热管理器，包括加热段、用热段和贮气室三个功能单元，采用水 作为工质。加热段换热管位于底部，其内设有两组换热管排，并浸泡在工质液池内，一组与 太阳能集热器相连，另一组与沼气锅炉相连。用热段内布置多个换热管排，分别与沼气池中 相应的螺旋换热盘管相连，用热段最末端一个换热管排作为蓄热管排，与沼气锅炉相连。贮 气室内储存不凝性气体，由于贮气室容积相对用热段容积要大很多，使得变工况条件下热 管理器的内部工质蒸汽温度和压力波动较小，由此实现对热量输出温度的控制。本技术涉及的沼气池内换热装置为多个独立的螺旋式换热盘管，并且在沼气 池内分层次均勻布置，以保证池中温度分布的均勻性。本技术工作原理如下当白天太阳辐射较强时，太阳能集热器收集太阳热能， 借助热水循环管路传递到热管理器加热段，加热管理器内部工质，液态工质吸收热量后沸 腾蒸发，蒸汽上升至用热段冷凝，以凝结放热形式将热量传递给沼气池内的热水循环系统， 通过池内螺旋式换热盘管组加热料液产生沼气。若太阳能集热器提供的热量大于发酵热需 求，热管理器用热段的蓄热管排将多余的热量储存到沼气锅炉内。当白天太阳辐射较弱时， 太阳能集热器与沼气锅炉同时运行为沼气池提供发酵所需热量。在夜间，利用沼气锅炉通 过热管理器加热段为沼气池提供热量，此时太阳能集热器不工作。本技术将热管理器与传统的太阳能加热制取沼气装置相结合，并以沼气锅炉 作为辅助热源，使得沼气池内温度始终处于高效发酵产气温度范围内且温度波动小，具有 产气率高、产气量大、高效持续稳定产气等特点。附图说明图1是本技术实例的结构示意图。图中各部分为1-太阳能集热器，2-热管理器，3-补水箱，4-沼气锅炉，5-储气 罐，6-沼气池，7-换热盘管组，8、9、10、11-循环水泵，12、13、14、15、16、17、18、19-阀门， 20-贮气室，21-用热段，22-加热段，23-不凝性气体，24-工质蒸汽，25-工质液体，26-蓄热 管排，27-热用户管排组，28,29-换热管排，30-沼气用户。具体实施方式一种基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气装置，主要包括太阳能集热器1，热 管理器2，补水箱3，沼气锅炉4，储气罐5，沼气池6，换热盘管7，循环水泵8、9、10、11，阀门 12、13、14、15、16、17、18、19。太阳能集热器1与热管理器2加热段22的一组蒸发换热管排 观相连构成循环，太阳能集热器1入口管段上设有阀门16、17和循环水泵8;沼气池6内的 换热盘管组7与热管理器2加热段的热用户管排组27对应相连构成循环，换热盘管组7的 各个入口管段上设有阀门12、13、14、15和循环水泵9、10 ；沼气锅炉4以储气罐5内贮存的 沼气作为燃料，沼气锅炉4入口管段与热管理器2的用热段21的蓄热管排沈相连，沼气锅 炉4出口管段与热管理器2加热段22的另一组换热管排四相连，沼气锅炉4的入口管段 上设有阀门18、阀门19、循环水泵11和补水箱3。当白天太阳辐射较强时，阀门16、17和循环水泵8开启工作，阀门18、19和循环水泵11关闭不工作，太阳能集热器1收集的太阳热 能，借助热水循环管路传递到热管理器2加热段22内的换热管排观，加热管理器内部的工 质液体25，液态工质吸收热量后沸腾蒸发上升至用热段21，工质蒸汽M在用热段21内冷 凝，以凝结放热形式将热量传递给热用户管排组27内的工质，当热用户管排出口处的工质 温度大于设定温度时，对应热用户管排出口管段上的阀门和循环水泵开启工作，使受热后 的工质进入换热盘管组7加热沼气池6内的料液产生沼气。若蓄热管排沈出口处的工质 温度大于设定温度，即太阳能集热器1提供的热量大于发酵热需求时，阀门18、19和循环水 泵11开启工作，蓄热管排沈借助热水循环将多余的热量贮存到沼气锅炉4内。当白天太 阳辐射较弱时，阀门16、17、18、19和循环水泵8和11开启工作，太阳能集热器1获取的热 量通过热管理器及热水循环加热沼气池6内的料液产生沼气，同时，储气罐5内的沼气驱动 沼气锅本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气装置，包括太阳能集热器、热管理器、沼气池、储气罐、沼气锅炉、循环水泵和控制阀门等主要部件，其特征在于太阳能集热器与热管理器加热段的一组换热管排相连构成循环，循环介质为水，太阳能集热器入口管段上设有阀门和循环水泵；沼气池内有分层次排列的螺旋式换热盘管组，与热管理器用热段的热用户管排组对应相连构成循环，循环介质为水，每个螺旋式换热盘管的入口管段上都设有阀门和循环水泵；沼气锅炉利用本装置自产沼气作为燃料，锅炉入口管段与热管理器用热段的蓄热管排相连，锅炉出口管段与热管理器加热段的另一组换热管排相连，由此构成循环，循环介质为水，锅炉的入口管段上设有阀门、循环水泵和补水箱。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥强，燕纪伦，林琳，李瑛，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：实用新型
国别省市：95[中国|青岛]