一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统

1.本发明属于生物热能设备技术领域，特别是涉及一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统。

背景技术：

2.北方寒冷地区传统沼气发酵由于环境温度过低，发酵启动速度过慢，微生物发酵在第一、第二阶段停留时间过长，发酵环境整体酸化，厌氧的甲烷菌没有生存环境，导致产气量大幅度降低，无法正常产气甚至沼气发酵池冻裂等现象；其次北方地区农村能源消耗约占全国农村总能源消耗量的56％，有超过80％的农村能源用于满足采暖需求，北方农村地区的主要采暖方式依旧为东北火炕，依靠燃烧化石燃料和生物质燃料等提供热量，而烟气的直接排放造成了大量的能源损失。
3.对于沼气池增温保温的问题，现如今已有多种不同的增温保温方案及措施。如：
4.白莉,迟铭书,周学志,沈德安.严寒地区户用沼气池冬季使用保温增温技术研究[j].建筑科学,2009,25(06):54-57.通过太阳能与沼气锅炉联合装置为沼气池进行保温增温。
[0005]
秦国栋,楼平,吴湘莲.太阳能集热、空气源热泵和电加热并联式沼气发酵增温系统研究[j].中国农机化学报,2014,35(05):187-191+194.通过太阳能集热，空气源热泵，电加热三种不同加热方法对沼气池进行增温。
[0006]
秦金凤.寒冷地区炕连灶户用沼气系统设计及其技术经济评价[d].安徽农业大学,2014.在沼气池内建造热烟道，利用烟气余热进行沼气池增温。
[0007]
崔彦如,庞凤仙,王洁,张麟凤.秸秆生物堆对沼气池增温、保温效果的试验研究[j].可再生能源,2011,29(03):17-20.采用生物质堆肥技术，利用堆肥过程中产生的热量对沼气池增温保温。
[0008]
王惠生.北方“四位一体”生态种养模式[j].科学种养,2007,(01):4-5.通过四位一体养殖模式，利用日光温室方法进行增温保温。
[0009]
王志春,王建法,徐俊山,李庆生.塑料大棚内沼气池的使用及管理技术初探[j].江苏农业科学,2008,(06):288-289.在沼气池上方建造塑料大棚，通过太阳辐射进行沼气池增温保温。
[0010]
邱凌,梁勇,邓媛方,罗涛.太阳能双级增温沼气发酵系统的增温效果[j].农业工程学报,2011,27(s1):166-171.建造太阳能双级增温装置，由日光温室和太阳能集热室同时提供热量，进行沼气池的增温保温。
[0011]
上述增温保温方法均能对沼气池进行有效增温，但难免会有额外经济支出及建造困难等问题，不易于在农村地区广泛推广。

技术实现要素：

[0012]
针对上述存在的技术问题，提供一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，通
过太阳能与热烟道换热器联合供热，不附加额外能源消耗下，对沼气池进行增温保温，解决了在北方寒冷地区沼气池无法正常使用的问题，同时烟气直接排放所造成的能源损失，也能通过热烟道换热器进行充分利用。
[0013]
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0014]
本发明一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，包括沼气发酵池、集热水箱、太阳能热水器和热烟道换热器，集热水箱通过循环管路分别连接太阳能热水器、热烟道换热器和沼气发酵池，且其循环管路上均设置有循环水泵，在热烟道换热器底部、太阳能热水器内部、沼气发酵池的内中心处和底部均设置有温度传感器，各温度传感器和循环水泵分别连接主控制器，分别根据温度传感器检测的温度控制循环水泵的开启。
[0015]
进一步地，所述循环水泵分别设置在太阳能热水器的热水出水管、热烟道换热器2的进水管、沼气发酵池的进水管。
[0016]
进一步地，所述热烟道换热器包括外壳及设置在外壳两端的顶盖和可拆卸底梁，外壳内设置有多列换热管束，换热管束分别连接上端联络水室和下端联络水室，在顶盖上设置用于固定上端联络水室的垂直悬挂螺栓；在可拆卸底梁上设置有用于固定下端联络水室的垂直限位螺栓。
[0017]
进一步地，在所述外壳内沿换热管束轴向设置有多个水平支撑层；以定距和支撑换热器整体及换热管。
[0018]
进一步地，所述水平支撑层为与外壳内径相配合的支撑板，其上对应换热管开有多个通孔。
[0019]
进一步地，所述换热管为氟塑料柔性换热管，换热管上端连接进水联络水室，下端连接出水联络水室。
[0020]
本发明的有益效果为：
[0021]
1.本发明利用太阳能联合热烟道换热器所提供的热量，对沼气发酵池进行增温保温，解决北方农村地区冬季沼气池无法正常产气甚至沼气发酵池冻裂导致沼气利用难的问题，系统的实际性、环保性、经济性都十分符合我国北方农村的需求。
[0022]
2.北方农村地区冬季早晨取暖时间早于太阳日出时间，傍晚取暖时间晚于太阳日落时间，热烟道换热器可提供更多热量对沼气发酵池进行升温，解决北方地区日照时间短，太阳能提供热量不足的弊端。
附图说明
[0023]
图1为本发明的结构示意图。
[0024]
图2为本发明热烟道换热器的结构示意图。
[0025]
图3为本发明热烟道换热器的顶部视图。
[0026]
图4为本发明热烟道换热器的底部视图。
[0027]
图中：1.太阳能热水器，2.换热器，3.集热水箱，4.沼气发酵池，5.主控制器，6.加热盘管，7.循环水泵ⅰ，8.循环水泵ⅱ，9.循环水泵ⅲ，10.温度传感器ⅰ，11.温度传感器ⅱ，12.温度传感器ⅲ，13.温度传感器ⅳ，14.进水口，15.出水口，16.顶盖，17.换热管，18.垂直悬挂螺栓，19.水平支撑层，20.外壳，21.上端联络水室，22.下端联络水室，23.垂直限位螺栓，24.底梁。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
[0029]
实施例：如图1所示，本发明一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，包括沼气发酵池4、集热水箱3、太阳能热水器1和热烟道换热器2，集热水箱3通过循环管路分别连接太阳能热水器1、热烟道换热器2和沼气发酵池4，且其循环管路上均设置有循环水泵，在热烟道换热器2底部、太阳能热水器1内部、沼气发酵池4的内中心处和底部均设置有温度传感器，各温度传感器和循环水泵分别连接主控制器5，分别根据温度传感器检测的温度控制循环水泵的开启。
[0030]
进一步地，所述循环水泵为三个，分别为循环水泵ⅰ7、循环水泵ⅱ8和循环水泵ⅲ9，循环水泵ⅰ7设置在太阳能热水器1的热水出水管上，太阳能热水器1的热水经循环水泵ⅰ7流入集热水箱3，循环水泵ⅱ8设置在热烟道换热器2的进水管上，集热水箱3的水通过循环水泵ⅱ8流入热烟道换热器2进行加热，循环水泵ⅲ9设置在沼气发酵池4的进水管上，加热后的集热水箱3的水通过循环水泵ⅲ9流入沼气发酵池4。
[0031]
如图1所示，沼气发酵池4内设有加热盘管6通过循环管道与集热水箱3连接，沼气发酵池4内中心处和底部设有的温度传感器ⅳ13、温度传感器ⅲ12与主控制器5相连，控制其循环水泵ⅲ9进行温度调节；集热水箱3通过循环管道与太阳能热水器1进出水口相连，太阳能热水器1内部温度传感器ⅱ11与主控制器5相连，控制其循环水泵ⅰ7进行温度调节；集热水箱3通过循环管道与热烟道换热器2进出水口相连，热烟道换热器2底部温度传感器ⅰ10与主控制器5相连，控制其循环水泵ⅱ8进行温度调节。
[0032]
本发明系统运行时，热烟道换热器2开始工作，热烟道换热器2中温度传感器ⅰ10测得有高温烟气通过时，传输信号至主控制器5，主控制器5输出信号至循环水泵ⅱ8，使其循环管道中有持续水流流过，直至温度传感器ⅰ10测得无高温烟气通过；温度传感器ⅱ测得水温达到所需温度，传输信号至主控制器5，主控制器5输出信号至循环水泵ⅰ7，通过循环管道使水进入集热水箱3；温度传感器ⅳ13、温度传感器ⅲ12在测得沼气发酵池4中温度无法达到适宜温度时，传输信号至主控制器5，主控制器5输出信号至循环水泵ⅲ9，通过循环管道使集热水箱3中热水流入加热盘管6，以保持沼气发酵池4中的恒定温度。
[0033]
进一步地，如图2所示，所述热烟道换热器2包括外壳20及设置在外壳20两端的顶盖16和可拆卸底梁24，外壳20内设置有多列换热管束，换热管束分别连接上端联络水室21和下端联络水室22。
[0034]
如图3所示，所述垂直悬挂螺栓18固定于顶盖16的固定梁上，通过垂直悬挂螺栓18和上端联络水室21连接用于悬挂换热管束等部件；可拆卸底梁24通过两端固定螺栓与外壳20固定，在可拆卸底梁24上设置有用于固定下端联络水室22的垂直限位螺栓23。
[0035]
进一步地，在所述外壳20内沿换热管束轴向设置有多个水平支撑层19；以定距和支撑换热器整体及换热管束。
[0036]
进一步地，所述水平支撑层19为与外壳内径相配合的支撑板，其上对应换热管开有多个通孔。
[0037]
如图2所示，所述换热管束的换热管为氟塑料柔性换热管，是以小直径氟塑料柔性换热管为基本换热单元的气-水换热器，本例单根换热管外径为6.35mm，换热管管数为105根；箭头所指方向为烟气流动方向。换热管上端连接进水联络水室21，下端连接出水联络水
室22。
[0038]
热烟道换热器2运行时，循环水泵ⅱ8接收主控制器5信号，水从进水口14进入上端联络水室21，经过换热管17与高温烟气的逆向流动换热过程后进入下端联络水室22，最后经出水口15循环进入集热水箱3。
[0039]
进一步地，本例主控制器5主要组成为三路pid温控开关，控制方式采用模糊pid控制与位置方式控制(现有技术)；循环水泵ⅰ7和温度传感器ⅱ11、循环水泵ⅱ8和温度传感器ⅰ10、循环水泵ⅲ9和温度传感器ⅲ12、温度传感器ⅳ13为三路不同电信号线路；温度传感器ⅱ11、温度传感器ⅲ12和温度传感器ⅳ13均采用pt100热电阻温度传感器，温度传感器ⅰ10采用k型热电偶温度传感器；系统运行前需对主控制器5进行测量值和设定值的观察和设定：温度传感器ⅰ10所在的电信号线路中主控制器5的设定值为70℃，温度传感器ⅱ11所在的电信号线路中设定值为50℃，温度传感器ⅲ12、温度传感器ⅳ13所在的电信号线路中设定值为10℃。通过主控制器5控制，当温度低于设定值时加热，高于设定值时停止加热。
[0040]
本发明未详细描述的部件均为现有结构，在此，不再赘述。
[0041]
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，其特征在于：包括沼气发酵池、集热水箱、太阳能热水器和热烟道换热器，集热水箱通过循环管路分别连接太阳能热水器、热烟道换热器和沼气发酵池，且其循环管路上均设置有循环水泵，在热烟道换热器底部、太阳能热水器内部、沼气发酵池的内中心处和底部均设置有温度传感器，各温度传感器和循环水泵分别连接主控制器5，分别根据温度传感器检测的温度控制循环水泵的开启。2.根据权利要求1所述适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，其特征在于：所述循环水泵分别设置在太阳能热水器的热水出水管、热烟道换热器2的进水管、沼气发酵池4的进水管。3.根据权利要求1所述适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，其特征在于：所述热烟道换热器包括外壳及设置在外壳两端的顶盖和可拆卸底梁，外壳内设置有多列换热管束，换热管束分别连接上端联络水室和下端联络水室，在顶盖上设置用于固定上端联络水室的垂直悬挂螺栓；在可拆卸底梁上设置有用于固定下端联络水室的垂直限位螺栓。4.根据权利要求3所述适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，其特征在于：在所述外壳内沿换热管束轴向设置有多个水平支撑层；以定距和支撑换热器整体及换热管。5.根据权利要求4所述适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，其特征在于：所述水平支撑层为与外壳内径相配合的支撑板，其上对应换热管开有多个通孔。6.根据权利要求3所述适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，其特征在于：所述换热管为氟塑料柔性换热管，换热管上端连接进水联络水室，下端连接出水联络水室。

技术总结

一种适用于寒冷地区的沼气池增温保温系统，属于生物热能设备技术领域。包括沼气发酵池、集热水箱、太阳能热水器和热烟道换热器，集热水箱通过循环管路分别连接太阳能热水器、热烟道换热器和沼气发酵池，且其循环管路上均设置有循环水泵，在热烟道换热器底部、太阳能热水器内部、沼气发酵池的内中心处和底部均设置有温度传感器，各温度传感器和循环水泵分别连接主控制器，分别根据温度传感器检测的温度控制循环水泵的开启。本发明利用太阳能联合热烟道换热器所提供的热量，对沼气发酵池进行增温保温，解决北方农村地区冬季沼气池无法正常产气甚至沼气发酵池冻裂导致沼气利用难的问题，系统的实际性、环保性、经济性都十分符合我国北方农村的需求。北方农村的需求。北方农村的需求。