[發明專利]一種可實現熱水系統自然循環的地上太陽能沼氣池

有效

• 申請號: 201410161484.8
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103923819A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 王玨;孫多斌;莊宇;周辰
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: C12M1/107
• 分類號: C12M1/107;C12M1/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 崔蘭蒔

技術領域

本發明屬于太陽能與生物質能利用技術領域，特別是涉及一種可實現熱水系統自然循環的地上太陽能沼氣池。

背景技術

利用太陽能提高沼氣池內沼氣發酵溫度，是目前沼氣池增溫常用的技術手段，使沼氣保持在中溫與高溫發酵階段，提高發酵產氣率。但目前，關于太陽能沼氣池的設計幾乎都是利用循環水泵來提供管路內熱水循環的動力，如太陽能恒溫沼氣池（申請號為201210055393.7的中國專利）、太陽能沼氣池（申請號為201110063984.4的中國專利）等；水泵在長時間的運行過程中消耗電能，增加運行成本，在控制維護上也會產生問題，與太陽能沼氣池的減少電能消耗的設計理念相悖。

實際上管路內的循環水作為熱的載體，在太陽能集熱器被加熱升溫，在沼氣池內散熱降溫，溫度的變化使水的密度隨之改變，不同的密度差會在熱水循環管路內產生一定的虹吸力，促使熱水在管路中自然對流循環。若管路結構設置恰當，自然對流循環即可滿足循環動力要求。傳統太陽能沼氣池將太陽能集熱器（熱源）設置于沼氣池上部，加熱盤管設置于沼氣池底部，無法形成有效虹吸力，抑制了水的自然對流循環形成。

黑龍江省農業科學院土壤肥料研究所王玉峰、付尚志等在《中國沼氣》發表論文《地上、地下不同深度對沼氣罐產氣的影響》，其中通過實驗表明北方地區地下各月地溫和年平均地溫都較低,無論是產酸菌或產甲烷菌都受到嚴重抑制,產氣率極低,無利用價值。北方寒冷地區沼氣池的修建,尤其是大中型沼氣池離地表很淺，所以本發明主要解決北方地上太陽能沼氣池熱水系統自然循環的問題。

這種利用水的密度差所產生的虹吸力進行循環的方法在很多領域都早有應用和研究，在傳統熱水供暖系統中利用水的密度差進行循環的系統，稱為重力循環系統，其單棟建筑作用半徑可達50米（《供熱工程》、賀平、中國建筑工業出版社）。自然循環系統在太陽能熱水領域的應用也早有研究（參見陸維德、《太陽能學報》、自然循環式太陽能熱水系統的設計研究；劉群生、《新能源及工藝》、自然循環平板式太陽能熱水系統的設計計算等）。但目前未見將自然對流水循環應用于太陽能沼氣池的方法及裝置設計。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可實現熱水系統自然循環的地上太陽能沼氣池，該沼氣池利用冷、熱水密度差產生的虹吸力實現了太陽能熱水系統的自然循環，提高了沼氣發酵池內沼氣的發酵溫度，且提高了沼氣的發酵產氣率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種可實現熱水系統自然循環的地上太陽能沼氣池，包括太陽能熱水循環系統和沼氣發酵池，太陽能熱水循環系統由太陽能集熱器、上升管、蓄熱水箱、下降散熱管組、回水集水箱及回水管組成，太陽能熱水循環系統的上升管、蓄熱水箱、下降散熱管組及回水集水箱均設置在沼氣發酵池的內部，太陽能集熱器和回水管設置在沼氣發酵池的外部，且太陽能集熱器設置在太陽能熱水循環系統的底部；蓄熱水箱設置在沼氣發酵池的頂部，回水集水箱設置在沼氣發酵池的底部，太陽能集熱器頂部的出水口通過上升管與蓄熱水箱相連通，蓄熱水箱通過下降散熱管組與回水集水箱相連通，回水集水箱通過回水管與太陽能集熱器底部的進水口相連通。

所述蓄熱水箱的上部與上升管相連通，蓄熱水箱的下部與下降散熱管組相連通。

所述蓄熱水箱采用立式蓄熱水箱。

所述蓄熱水箱的底部與太陽能集熱器的頂部之間的距離為0.7～1.5米。

在所述上升管的外側壁上設置有第一保溫層。

在所述回水管的外側壁上設置有第二保溫層。

在所述沼氣發酵池的外側壁上設置有沼氣池外保溫層。

所述下降散熱管組呈弧線設置，且貼近沼氣發酵池的內壁設置。

本發明的有益效果：

1、本發明利用冷、熱水密度差產生的虹吸力實現了太陽能熱水循環系統的自然循環，提高了沼氣發酵池內沼氣的發酵溫度，使沼氣保持在中溫與高溫的發酵階段，提高了沼氣的發酵產氣率，達到充分利用太陽能與生物質能的目的，促進北方農村生態農業的可持續發展；

2、由于本發明充分利用太陽能集熱器提供的熱量，使太陽能熱水循環系統實現了自然循環，而無需采用循環水泵提供循環動力，在運行過程中沒有產生水泵的運行電耗，節省了裝置水泵在運行過程中產生的電耗費用，具有很大的經濟效益，對太陽能沼氣發酵池的推廣和使用有積極的影響；

3、本發明采用的太陽能熱水循環系統與沼氣發酵池的一體化設計使日常維護更加方便，運行的可靠性提高，同時由于在運行中沒用水泵的使用，無需控制水泵的開啟與關閉，使沼氣發酵池在日常維護方面的工作量大為減少。

附圖說明