專利名稱：太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)與運(yùn)行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源開發(fā)與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)與運(yùn)行控制方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源安全、氣候變暖、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)峻，使世界各國開始將目光聚集到新能源領(lǐng)域，積極探索可持續(xù)能源技術(shù)。沼氣作為一種綠色清潔可再生能源具有極大的開發(fā)利用潛力。厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)作為一種生物質(zhì)廢棄物利用技術(shù)，既可回收能源又可解決環(huán)境污染問題，因此受到了各國政府的高度重視。在我國，黨中央、國務(wù)院高度重視農(nóng)村沼氣建設(shè)。2004年至2010年，連續(xù)7個中共中央一號文件都對加快農(nóng)村沼氣發(fā)展提出了具體要求；2006年安排支持農(nóng)村沼氣建設(shè)的財政資金超過15億元，2008年戶用沼氣池65億元，2009年在沼氣項(xiàng)目建設(shè)管理和配套產(chǎn)品招標(biāo)工作中新增130億元。截至2009年8月，全國農(nóng)村戶用沼氣己達(dá)3050萬戶，各類農(nóng)業(yè)廢棄物處理沼氣工程3. 95萬處。2010年，全國將有4000萬農(nóng)戶用上沼氣，達(dá)到適宜農(nóng)戶的30%左右；規(guī)模化養(yǎng)殖場中的大中型沼氣工程總數(shù)達(dá)4700處左右，達(dá)適宜畜禽養(yǎng)殖場總數(shù)的39%左右。由此可以看出，厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)市場前景十分廣闊。沼氣消化對溫度要求嚴(yán)格，在適宜的溫度范圍內(nèi)才能達(dá)到較高的產(chǎn)氣率，溫度過低微生物活性降低，溫度過高微生物失活，都會導(dǎo)致產(chǎn)氣率降低，且對消化池內(nèi)日溫度波動要求不大于3°C。沼氣消化溫度可以分為常溫消化(10-26°C )、中溫消化(28-38°C )和高溫消化(46-60°C)三個階段。對同一種沼氣原料在35°C條件下一個月的沼氣產(chǎn)氣總量相當(dāng)于15°C條件下12個月的產(chǎn)氣總量,而發(fā)酵溫度維持在55°C時沼氣的日產(chǎn)量約為35°C時的3-5倍。因此，在環(huán)境溫度和進(jìn)料溫度低于35°C或55°C時，為了維持消化物料溫度在消化最適溫度左右，提高沼氣產(chǎn)量，就需要補(bǔ)充大量的熱量，所以，大中型沼氣工程必須配備一套加熱系統(tǒng)。目前，常見的沼氣池加熱方式有燃池式加熱、電加熱、化石能源熱水鍋爐加熱、沼氣鍋爐加熱、沼氣發(fā)電余熱加熱、太陽能加熱和地源熱泵加熱等多種方式。燃池式加熱是一種設(shè)置在地下的進(jìn)行燃料陰燃的地坑，這種方法的特點(diǎn)是一次性投入低質(zhì)燃料即可燃燒一個冬季，無需人工管理，比較適用于戶用型沼氣工程；電加熱技術(shù)以消耗高品位電能為代價，節(jié)能性不高；化石能源熱水鍋爐污染環(huán)境，能量利用率低；沼氣鍋爐對設(shè)備和操作技術(shù)要求比較高；沼氣發(fā)電余熱加熱主要和沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程結(jié)合，一般只應(yīng)用于大型沼氣工程，應(yīng)用于高溫消化出現(xiàn)余熱不足的情況；太陽能加熱系統(tǒng)是通過太陽能集熱系統(tǒng)完成熱能的采集和傳輸，該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保、操作簡單，可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，但易受天氣狀況的影響，力口熱不穩(wěn)定；地源熱泵加熱具有很好的節(jié)能效果，但地源熱泵長期單一加熱模式的運(yùn)行使得地下溫度降低，導(dǎo)致地源熱泵COP降低。可見，沒有一種加熱方式占有絕對的優(yōu)勢，亟待開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能的加熱系統(tǒng)。
因此，探索一種高效、穩(wěn)定、節(jié)能的加熱技術(shù)使得厭氧消化物料維持在適當(dāng)?shù)南瘻囟?，是目前厭氧消化工程化亟待解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將太陽能熱泵加熱技術(shù)應(yīng)用到厭氧消化沼氣發(fā)酵工程中，并為其設(shè)計一套運(yùn)行控制方法，便于操作和管理。本發(fā)明將太陽能熱利用技術(shù)和熱泵技術(shù)結(jié)合起來，應(yīng)用到厭氧消化沼氣發(fā)酵工程中，采用全玻璃真空管集熱器收集太陽能，熱泵機(jī)組提升低品位熱源為高品位熱，提出了可以實(shí)現(xiàn)太陽能直接加熱模式和太陽能熱泵加熱模式的厭氧消化池加熱系統(tǒng)。所提出的系統(tǒng)運(yùn)行控制方法，解決了不同氣候條件下系統(tǒng)各模式自動切換最優(yōu)運(yùn)行問題，以達(dá)到整個系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能與高效運(yùn)行，有助于推動沼氣工程的快速發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。本發(fā)明提出的太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)，由太陽能集熱系統(tǒng)、熱泵低位熱源系統(tǒng)和厭氧消化池?zé)岜眉訜嵯到y(tǒng)組成，其中
太陽能集熱系統(tǒng)由全玻璃太陽能真空管集熱器9、太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10和蓄熱水箱6組成。蓄熱水箱第一出水口 6c通過太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10和管道連接全玻璃太陽能真空管集熱器9的進(jìn)水口，全玻璃太陽能真空管集熱器9的出水口連接蓄熱水箱第一進(jìn)水口 6a，構(gòu)成太陽能集熱水環(huán)路。熱泵低位熱源系統(tǒng)由蓄熱水箱6、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵11、板式換熱器8、板式換熱器循環(huán)泵14和熱泵機(jī)組蒸發(fā)器5組成。蓄熱水箱第二出水口 6b通過板式換熱器循環(huán)泵14和管道連接板式換熱器熱端入口 8a，板式換熱器熱端出口 Sc連接蓄熱水箱第二進(jìn)水口 6d，構(gòu)成板換循環(huán)環(huán)路；板式換熱器冷端出口 8d通過第一電磁閥15、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵11和管道連接熱泵機(jī)組蒸發(fā)器5的入口，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器5的出口連接板式換熱器冷端入口 Sb，構(gòu)成熱泵低位熱源環(huán)路。厭氧消化池?zé)岜眉訜嵯到y(tǒng)包括厭氧消化池I、位于厭氧消化池I內(nèi)的盤管換熱器
2、熱泵機(jī)組3、蓄熱水箱6、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵12和厭氧消化池加熱循環(huán)泵13。厭氧消化池加熱系統(tǒng)包括兩個加熱環(huán)路，第一個加熱環(huán)路水流方向板式換熱器冷端出口 8d通過第三電磁閥17、太陽能直供泵13、盤管換熱器2、第四電磁閥18和管道連接板式換熱器冷端入口 Sb ;第二個加熱環(huán)路水流方向熱泵機(jī)組冷凝器4出口依次通過盤管換熱器2、第二電磁閥16、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵12和管道連接熱泵機(jī)組冷凝器4進(jìn)口。本發(fā)明中，全玻璃太陽能集熱器9由若干組集熱器模塊組成；位于全玻璃太陽能集熱器9末端的聯(lián)集箱內(nèi)安裝有第一溫度傳感器21，用以測量太陽能集熱器內(nèi)瞬時溫度；蓄熱水箱6中部裝有第二溫度傳感器22，用以測量蓄熱水箱內(nèi)的瞬時溫度；厭氧消化池I中部裝有第三溫度傳感器23，用以測量發(fā)酵池內(nèi)的瞬時溫度；在發(fā)酵池附近外界環(huán)境中設(shè)有第四溫度傳感器24，用以測量環(huán)境溫度。本發(fā)明中，蓄熱水箱6底部連接有排污管和截止閥20，蓄熱水箱6通過頂部浮球閥19自動控制系統(tǒng)補(bǔ)水。本發(fā)明中，厭氧消化池I和蓄熱水箱6外均設(shè)有保溫材料，保證每天即使不加熱，發(fā)酵池和蓄熱水箱內(nèi)溫度下降不會超過3°C。本發(fā)明中，厭氧消化池I內(nèi)的盤管換熱器2管材為耐腐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)熱性能好的PE、管。本發(fā)明提出的太陽能溫度熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法，所述太陽能集熱系統(tǒng)的運(yùn)行采用溫差控制法，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?1與第二溫度傳感器22的溫差大于5°C時，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10開啟，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?6與第二溫度傳感器27的溫差小于2°C時，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10停止；根據(jù)第二溫度傳感器22、第三溫度傳感器23和第四溫度傳感器24的溫度值，控制2種不同的加熱模式，其中
1.太陽能直接加熱模式
當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22溫度大于35°C，且與厭氧消化池I中的第三溫度傳感器23溫差大于8°C，系統(tǒng)按照太陽能直接加熱模式運(yùn)行；此時，第三電磁閥17和第四電磁閥18開啟，其余電磁閥關(guān)閉；太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10和太陽能直供泵13開啟；其余設(shè)備全關(guān)閉；當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22溫度低于30°C，或者與厭氧消化池I中的第三溫度傳感器23溫差小于5°C，該加熱模式停止運(yùn)行；
2.太陽能熱泵加熱模式
當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22溫度高于15°C，低于30°C，且設(shè)定的發(fā)酵溫度(一般中溫發(fā)酵為35°C)與厭氧消化池I中的第四溫度傳感器23的溫差高于2°C開啟太陽能熱泵加熱模式；此時，第一電磁閥15、第二電磁閥16，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10、板式換熱器循環(huán)泵14、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵12、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵11和熱泵機(jī)組3開啟，其他設(shè)備都關(guān)閉；當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22低于10°C，或者厭氧消化池I中的第四溫度傳感器23的溫度與設(shè)定的發(fā)酵溫度的溫差高于2°C，此加熱模式停止運(yùn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
I)本發(fā)明將熱泵技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)有效的結(jié)合起來，并應(yīng)用在厭氧消化沼氣發(fā)酵工程中，非常符合消化池常年需要加熱的特點(diǎn)，最大化的利用了太陽能，能夠顯著的提高熱泵機(jī)組和加熱系統(tǒng)的制熱效率，達(dá)到顯著的節(jié)能作用。2)本發(fā)明中，將太陽能的熱量存儲在蓄熱水箱中，可以彌補(bǔ)太陽能不穩(wěn)定，易受天氣情況影響的缺陷，延長了太陽能熱泵的運(yùn)行時間，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3)本發(fā)明中，對消化池、蓄熱水箱、管路都進(jìn)行了保溫，可以很大程度上減少消化系統(tǒng)的熱負(fù)荷，進(jìn)而可以減小太陽能集熱器集熱面積、熱泵的裝機(jī)容量和加熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。4)本發(fā)明提出的太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)及運(yùn)行控制方法為厭氧消化提供一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的加熱方式，可以實(shí)現(xiàn)沼氣工程的自動控制與無人管理，減少人力投資，有助有推動沼氣工程的快速發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。


圖I為本發(fā)明太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1為厭氧消化池，2為盤管換熱器，3為熱泵機(jī)組，4為熱泵機(jī)組冷凝器，5為熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，6為蓄熱水箱，6a為蓄熱水箱第一進(jìn)水口，6b為蓄熱水箱第二出水口，6c為蓄熱水箱第一出水口，6d為蓄熱水箱第二進(jìn)水口，7為定壓罐,8為板式換熱器,8a為板式換熱器熱端入口，8b板式換熱器冷端入口，8c為板式換熱器熱端出口，8d板式換熱器冷端出口口，9為全玻璃太陽能真空管集熱器，10為太陽能集熱器熱水循環(huán)泵，11為熱泵機(jī)、組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵，12為熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵，13為太陽能直供泵，14為板式換熱器循環(huán)泵，15、16、17、18分別為第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥，19為浮球閥，20為排污閥，21、22、23和24分別為第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I和附圖2對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述
實(shí)施例I :本實(shí)例采用的厭氧消化池I有效容積15m3。池體為圓柱形，有效容積15m3，內(nèi)部尺寸為(直徑X高度)Φ2. 76m X 2. 52m，池壁和池底為厚5mm的碳鋼，在池底采用厚度為50mm的擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)，在池壁采用厚度為50mm的PE保溫板保溫隔熱材料。 消化池頂部覆蓋專用沼氣頂膜保溫，覆蓋面為7m2。沿厭氧消化池I內(nèi)壁和池底鋪設(shè)加熱盤管換熱器2，盤管換熱器2采用Φ 20 X 2. O的PERT管材，分三組，盤管總長120m，盤管間距150mm。為了加快料液熱傳遞，改善加熱效果，在厭氧消化池I上下部分別安裝了攪拌裝置。在厭氧消化池I 一側(cè)壁中間距池底高O. 5m處安裝一臺攪拌機(jī)，在厭氧消化池另一側(cè)距頂O. 7m處安裝一臺攪拌機(jī)。攪拌機(jī)的參數(shù)是額定功率I. lkw，額定工作頻率是50Hz，轉(zhuǎn)速1400r/min。二級消化池中部安裝Φ 25 X 2. O的PERT管60m，換熱溫差10°C時換熱量約為5kW。本實(shí)例采用3個模塊串聯(lián)組成采光面積約為Sm2太陽能集熱裝置，每個全玻璃太陽能真空管集熱器9由型號Φ58Χ2000 (外徑X長度)全玻璃太陽能真空管33根組成。太陽能蓄熱水箱6采用容積為Im3的雙層不銹鋼聚氨酯發(fā)泡保溫水箱。所選的熱泵機(jī)組3為水-水式熱泵機(jī)組型號MSRL024WH(L)C，額定制熱量6. 9kW，額定制熱輸入功率為I. 9kff,制冷劑為R22，最高出水溫度可以達(dá)到50°C。如圖I所述，上述主要設(shè)備組成的太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)，由太陽能集熱系統(tǒng)、熱泵低位熱源系統(tǒng)和厭氧消化池加熱系統(tǒng)組成，具體如下
太陽能集熱系統(tǒng)由全玻璃太陽能真空管集熱器9、太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10和蓄熱水箱6組成。系統(tǒng)流程蓄熱水箱第一出水口 6c與太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10的輸入端相連，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10的輸出端連接全玻璃太陽能真空管集熱器9的輸入端,全玻璃太陽能真空管集熱器9的輸出端連接蓄熱水箱第一進(jìn)水口 6a，構(gòu)成太陽能集熱環(huán)路。太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10從蓄熱水箱6c吸取水進(jìn)入到太陽能真空管集熱器9中被加熱后，從蓄熱水箱上部第一入口 6a進(jìn)入到蓄熱水箱，如此循環(huán)制取高溫?zé)崴?。熱泵低位熱源系統(tǒng)由蓄熱水箱6、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵11、板式換熱器8、板式換熱器循環(huán)泵14和熱泵機(jī)組蒸發(fā)器5組成。蓄熱水箱6的頂部裝有浮球閥19，可以自動對蓄熱水箱進(jìn)行補(bǔ)水；蓄熱水箱6的底部裝有排污管與截止閥20，平時關(guān)閉閥門，需要排水和排污時打開閥門。板換循環(huán)環(huán)路依次通過蓄熱水箱第二出水口 6b、板式換熱器循環(huán)泵14、板式換熱器熱端入口 8a,板式換熱器熱端出口 8c、蓄熱水箱第二進(jìn)水口 6d。熱泵低位熱源環(huán)路依次通過板式換熱器冷端出口 8d、第一電磁閥15、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵11、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器5，最后再回到板式換熱器冷端入口 Sb。通過蓄熱水箱6可以將白天用不了的太陽能蓄存起來，到晚上或者陰雨天時可以繼續(xù)開啟熱泵進(jìn)行加熱；通過板式換熱器可以將太陽能制取的熱水中的熱量傳給熱泵蒸發(fā)器，保證了熱泵加熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
厭氧消化池加熱系統(tǒng)包括厭氧消化池I、盤管換熱器2、熱泵機(jī)組3、蓄熱水箱6、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵12和太陽能直供泵13。厭氧消化池加熱系統(tǒng)包括兩個加熱環(huán)路。第一個加熱環(huán)路水流方向板式換熱器冷端出口 8d、第三電磁閥17、太陽能直供泵13、盤管換熱器2、第四電磁閥18、板式換熱器冷端入口 Sb。第二個加熱環(huán)路水流方向熱泵機(jī)組冷凝器4、盤管換熱器2、第二電磁閥16、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵12、熱泵機(jī)組冷凝器4。太陽能集熱系統(tǒng)運(yùn)行采用溫差控制法，太陽能全玻璃真空管集熱器9聯(lián)集箱的末端安裝第一溫度傳感器21，蓄熱水箱6中部裝有第三溫度傳感器22。第一溫度傳感器21與第二溫度傳感器22的溫差大于5°C時，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10開啟，當(dāng)二者的溫差小于2°C時太陽能集熱器熱水循環(huán)泵10停止。 太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法，主要是根據(jù)第二溫度傳感器22、第三溫度傳感器23和第四溫度傳感器24的溫度值，控制2種不同的加熱模式，其中
I、太陽能直接加熱模式
當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22溫度大于35°C，且與厭氧消化池I中的第三溫度傳感器23溫差大于8°C，系統(tǒng)按照太陽能直接加熱模式運(yùn)行。此時，第三、四電磁閥17和18開啟，其他的電磁閥關(guān)閉；太陽能循環(huán)泵10和太陽能直供泵13開啟；其余設(shè)備全關(guān)閉。當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22溫度低于30°C，或者與厭氧消化池I中的第三溫度傳感器23溫差小于5°C該加熱模式停止運(yùn)行。2、太陽能熱泵加熱模式
當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22溫度高于15°C，低于30°C，且設(shè)定的發(fā)酵溫度(一般中溫發(fā)酵為35°C)與厭氧消化池I中的第四溫度傳感器23的溫差高于2°C，開啟太陽能熱泵加熱模式。此時，第一電磁閥15、第二電磁閥16，太陽能循環(huán)泵10、板式換熱器循環(huán)泵14、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵12、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵11，熱泵機(jī)組3開啟，其他設(shè)備都關(guān)閉。當(dāng)蓄熱水箱6中的第二溫度傳感器22低于10°C，或者厭氧消化池I中的第四溫度傳感器23的溫度與設(shè)定的消化溫度的溫差高于2°C，此加熱模式停止運(yùn)行。上述加熱系統(tǒng)和運(yùn)行控制方法在本實(shí)例的應(yīng)用表明太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)能夠保證消化池溫度35±2°C，是一種高效、穩(wěn)定、節(jié)能的厭氧消化池加熱系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)，由太陽能集熱系統(tǒng)、熱泵低位熱源系統(tǒng)和厭氧消化池?zé)岜眉訜嵯到y(tǒng)組成，其特征在于 太陽能集熱系統(tǒng)由全玻璃太陽能真空管集熱器(9)、太陽能集熱器熱水循環(huán)泵(10)和蓄熱水箱(6 )組成；蓄熱水箱第一出水口( 6c )通過太陽能集熱器熱水循環(huán)泵(IO )和管道連接全玻璃太陽能真空管集熱器(9)的進(jìn)水口，全玻璃太陽能真空管集熱器(9)的出水口連接蓄熱水箱第一進(jìn)水口(6a)，構(gòu)成太陽能集熱水環(huán)路； 熱泵低位熱源系統(tǒng)由蓄熱水箱(6)、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵(11)、板式換熱器(8)、板式換熱器循環(huán)泵(14)和熱泵機(jī)組蒸發(fā)器(5)組成；蓄熱水箱第二出水口(6b)通過板式換熱器循環(huán)泵(14)和管道連接板式換熱器熱端入口(8a)，板式換熱器熱端出口(Sc)連接蓄熱水箱第二進(jìn)水口(6d)，構(gòu)成板換循環(huán)環(huán)路；板式換熱器冷端出口(8d)通過第一電磁閥(15)、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵(11)和管道連接熱泵機(jī)組蒸發(fā)器(5)的入口，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器(5)的出口連接板式換熱器冷端入口(Sb)，構(gòu)成熱泵低位熱源環(huán)路； 厭氧消化池?zé)岜眉訜嵯到y(tǒng)包括厭氧消化池(I)、位于厭氧消化池(I)內(nèi)的盤管換熱器(2)、熱泵機(jī)組(3)、蓄熱水箱(6)、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵(12)和厭氧消化池加熱循環(huán)泵(13);厭氧消化池加熱系統(tǒng)包括兩個加熱環(huán)路，第一個加熱環(huán)路水流方向板式換熱器冷端出口(8d)通過第三電磁閥(17)、太陽能直供泵(13)、盤管換熱器(2)、第四電磁閥(18)和管道連接板式換熱器冷端入口(8b);第二個加熱環(huán)路水流方向熱泵機(jī)組冷凝器(4)出口依次通過盤管換熱器(2)、第二電磁閥(16)、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵(12)和管道連接熱泵機(jī)組冷凝器(4)進(jìn)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)，其特征在于所述全玻璃太陽能集熱器(9)由若干組集熱器模塊組成；位于全玻璃太陽能集熱器(9)末端的聯(lián)集箱內(nèi)安裝有第一溫度傳感器(21)，用以測量太陽能集熱器內(nèi)瞬時溫度；蓄熱水箱(6)中部裝有第二溫度傳感器(22)，用以測量蓄熱水箱內(nèi)的瞬時溫度；厭氧消化池(I)中部裝有第三溫度傳感器(23)，用以測量發(fā)酵池內(nèi)的瞬時溫度；在發(fā)酵池附近外界環(huán)境中設(shè)有第四溫度傳感器(24)，用以測量環(huán)境溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)，其特征在于蓄熱水箱(6)底部連接有排污管和截止閥(20 )，蓄熱水箱(6 )通過頂部浮球閥(19 )自動控制系統(tǒng)補(bǔ)水。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)，其特征在于厭氧消化池(I)和蓄熱水箱(6)外均設(shè)有保溫材料，保證每天即使不加熱，發(fā)酵池和蓄熱水箱內(nèi)溫度下降不會超過3 °C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能熱泵厭氧消化加熱系統(tǒng)，其特征在于厭氧消化池(I)內(nèi)的盤管換熱器(2)管材為耐腐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)熱性能好的PE管。
6.一種如權(quán)利要求I所述的太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法，其特征在于所述太陽能集熱系統(tǒng)的運(yùn)行采用溫差控制法，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?21)與第二溫度傳感器(22)的溫差大于5°C時，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵(10)開啟，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?26)與第二溫度傳感器(27)的溫差小于2°C時，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵(10)停止；根據(jù)第二溫度傳感器(22)、第三溫度傳感器(23)和第四溫度傳感器(24)的溫度值，控制2種不同的加熱模式，其中 (I)太陽能直接加熱模式當(dāng)蓄熱水箱(6)中的第二溫度傳感器(22)溫度大于35°C，且與厭氧消化池(I)中的第三溫度傳感器(23)溫差大于8°C，系統(tǒng)按照太陽能直接加熱模式運(yùn)行；此時，第三電磁閥(17)和第四電磁閥(18)開啟，其余電磁閥關(guān)閉；太陽能集熱器熱水循環(huán)泵(10)和太陽能直供泵(13)開啟；其余設(shè)備全關(guān)閉；當(dāng)蓄熱水箱(6)中的第二溫度傳感器(22)溫度低于30°C，或者與厭氧消化池(I)中的第三溫度傳感器(23)溫差小于5°C，該加熱模式停止運(yùn)行； (2)太陽能熱泵加熱模式 當(dāng)蓄熱水箱(6)中的第二溫度傳感器(22)溫度高于15°C，低于30°C，且設(shè)定的發(fā)酵溫度，中溫發(fā)酵為35°C，與厭氧消化池(I)中的第四溫度傳感器(23)的溫差高于2°C開啟太陽能熱泵加熱模式；此時，第一電磁閥(15)、第二電磁閥(16)，太陽能集熱器熱水循環(huán)泵(10)、板式換熱器循環(huán)泵(14)、熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)循環(huán)泵(12)、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)泵(11)和熱泵機(jī)組(3)開啟，其他設(shè)備都關(guān)閉；當(dāng)蓄熱水箱(6)中的第二溫度傳感器(22)低于10°C，或者厭氧消化池(I)中的第四溫度傳感器(23)的溫度與設(shè)定的發(fā)酵溫度的溫差高于2 °C，此加熱模式停止運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明屬于新能源開發(fā)與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能熱泵厭氧消化池加熱系統(tǒng)與運(yùn)行控制方法。本發(fā)明將太陽能熱利用技術(shù)和熱泵技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用到沼氣工程加熱系統(tǒng)中，采用全玻璃真空管集熱器收集太陽能，熱泵機(jī)組提升低品位熱為高品位熱，提出了可以實(shí)現(xiàn)太陽能直接加熱模式和太陽能熱泵加熱模式的厭氧發(fā)酵池加熱系統(tǒng)。所提出的系統(tǒng)運(yùn)行控制方法，解決了不同氣候條件下各系統(tǒng)模式自動切換最優(yōu)運(yùn)行問題，以達(dá)到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、節(jié)能運(yùn)行，有助于推動沼氣工程的快速發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
文檔編號C12Q3/00GK102635978SQ20121009682
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者尚昱霖, 朱洪光, 石惠嫻, 胡美琴, 黃超 申請人:同濟(jì)大學(xué)