严寒地区太阳能沼气池全水防冻系统

摘要

严寒地区太阳能沼气池全水防冻系统，它是一种用水作为换热介质的太阳能沼气池防冻系统，以解决现有太阳能沼气池的防冻系统存在的价格昂贵、换热效果差、能耗高、不利于在农村地区推广的问题。本发明的循环水泵的出水口与太阳能集热器的入水口连接，水止回阀设置在循环水泵的出水口与太阳能集热器的入水口之间的水循环管路上，太阳能集热器的出水口和补水泵的出水口都与加热盘管的入水口连接，循环水泵的入水口和泄水泵的入水口都与加热盘管的出水口连接，补水泵的入水口与储水箱的出水口连接，泄水泵的出水口与储水箱的入水口连接。本发明采用水循环系统作为换热介质，具有换热效果较好、系统成本较低、能耗较低的优点，利于在农村地区推广使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用水作为换热介质的太阳能沼气池防冻系统。

背景技术

我国农村人口数量大，农村所处的特殊环境，在农村发展沼气项目具有得天独厚的优势，国家“十一五”规划大力鼓励农村开发沼气项目。沼气作为可再生能源，不仅可以解决农村生活用能源问题，还可以保护和改善生态环境，提高农产品质量，从而增加农民经济效益，所以发展沼气是实现农村经济可持续发展的途径之一。

但是沼气发酵受温度条件限制，当沼气池温度低于零上10℃时几乎不再产气。根据实验结果，北方地区(哈尔滨及周边县市等)如果不对地下沼气池加热或采取特殊措施，低温季节池内温度将达到0℃以下。此时不但不会产气，还会冻裂沼气池。目前已经出现了利用燃池给沼气池增温的方法，即在沼气池壁外造烟道，燃烧锯末等加热沼气池，但是这种方法施工和管理起来都很麻烦。而目前研究最为广泛的是用太阳能给沼气池加热，但是太阳能沼气池系统依然存在初投资较大、节能效果较差等缺点；在寒冷地区，存在太阳能系统上冻问题。常见的解决措施一般有两种：一种是用防冻液作为系统换热介质，但是就目前的市场价格，乙二醇每吨的市场价格在8500～9000元之间，对于户用沼气池加热所需的太阳能系统，至少得投资数千元，而且防冻液比热小，与水相比换热效果差；另外一种方法是在集热器处设置伴热带，用电加热方式防冻，根据实验测试，即使在天气晴朗时，每天也只有上午九时至下午四时之间的时间能够利用太阳能加热沼气池，而在很长一段时间内，却只是利用电热防止系统上冻，导致巨大的电能损耗，增加运行费用，不利于在农村地区推广。

发明内容

本发明是为了解决现有太阳能沼气池的太阳能防冻系统存在的价格较昂贵、换热效果较差、能耗较高、不利于在农村地区推广的问题，提供一种严寒地区太阳能沼气池全水防冻系统。本发明包括太阳能集热器、自动排气阀、加热盘管、循环水泵、水止回阀、泄水泵、储水箱、导气管和补水泵，自动排气阀设置在太阳能集热器出水口处的水循环管路上，导气管设置在储水箱上，循环水泵的出水口与太阳能集热器的入水口连接，水止回阀设置在循环水泵的出水口与太阳能集热器的入水口之间的水循环管路上，太阳能集热器的出水口和补水泵的出水口都与加热盘管的入水口连接，循环水泵的入水口和泄水泵的入水口都与加热盘管的出水口连接，补水泵的入水口与储水箱的出水口连接，泄水泵的出水口与储水箱的入水口连接。

有益效果：本发明采用水循环系统作为换热介质，与采用防冻液的系统相比，具有换热效果较好、系统成本较低的优点；与用伴热带防冻的太阳能系统相比，具有能耗较低的优点，利于在农村地区推广使用。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；图2是具体实施方式三的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1，本实施方式由太阳能集热器1、自动排气阀2、加热盘管4、循环水泵7、水止回阀8、泄水泵9、储水箱10、导气管11和补水泵12组成，自动排气阀2设置在太阳能集热器1出水口处的水循环管路上，加热盘管4设置在沼气池18中，导气管11设置在储水箱10上，循环水泵7的出水口与太阳能集热器1的入水口连接，水止回阀8设置在循环水泵7的出水口与太阳能集热器1的入水口之间的水循环管路上，太阳能集热器1的出水口和补水泵12的出水口都与加热盘管4的入水口连接，循环水泵7的入水口和泄水泵9的入水口都与加热盘管4的出水口连接，补水泵12的入水口与储水箱10的出水口连接，泄水泵9的出水口与储水箱10的入水口连接。

在气温较高的季节，不存在系统上冻问题，而且夏季日照时间长，光照充足，因此不需对系统实施泄水排空操作，将泄水泵9停止运行并且前后阀门都关闭，水止回阀8的前闸阀也关闭。

在气温较低的季节，需要泄水泵9和补水泵12完成水循环防冻系统的运行，此时止回阀8的前闸阀呈常开状态。在水循环防冻系统运行前，先将储水箱10内加满水；当太阳光照强度升高至一定程度时，启动补水泵12为水循环系统补水，补水过程中水循环系统中上部的空气通过自动排气阀2排空，下部的空气通过分水器3和集水器5自带的排气阀排空；补水完毕后，关闭补水泵12并同时启动循环水泵7，此时通过太阳能集热器1给水循环系统中的水加热，循环水将热量传至沼气池18；当太阳光照强度减弱至一定程度时，关闭循环水泵7并同时启动泄水泵9，将水循环系统中的水排至储水箱10中，储水箱10中的空气通过导气管11排出；在排空水循环系统中水的过程中，空气通过水止回阀8进入系水循环统，使水循环系统中不存留水，在低温状态下不会上冻。

具体实施方式二：参见图1，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了泄水定时器15和补水定时器17，泄水定时器15设置在泄水泵9的供电回路上，补水定时器17设置在补水泵12的供电回路上。使用本实施方式的装置一段时间后，可根据记录的当地气象资料为泄水定时器15和补水定时器17设定工作时间，以实现自动化控制。

具体实施方式三：参见图2，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了控制器13、温度传感器14和光强传感器16，温度传感器14设置在太阳能集热器1出水口处的管路上，光强传感器16设置在太阳能集热器1的太阳能采集面上，温度传感器14的信号输出端与控制器13的温度信号输入端连接，光强传感器16的信号输出端与控制器13的光照信号输入端连接，循环水泵7的控制输入端与控制器13的循环控制输出端连接，泄水泵9的控制输入端与控制器13的泄水控制输出端连接，补水泵12的控制输入端与控制器13的补水控制输出端连接。

在水循环防冻系统运行前，先将储水箱10内加满水；设置在太阳能集热器1上的光强传感器16将太阳光照信号传递给控制器13，当太阳光照强度高于设定值时，控制器13启动补水泵12为水循环系统补水，补水完毕后控制器13关闭补水泵12；设置在太阳能集热器1出水口处的管路上的温度传感器14将温度信号传递给控制器13，当温度高于设定值时，控制器13启动循环水泵7，此时通过太阳能集热器1给水循环系统中的水加热，循环水将热量传导至沼气池18；当太阳能集热器1出水口处的水温低于设定值时，控制器13关闭循环水泵7并同时启动泄水泵9，将水循环系统中的水排至储水箱10中。

具体实施方式四：参见图1或图2，本实施方式在具体实施方式一或三的基础上增加了分水器3和集水器5，分水器3设置在加热盘管4的入水口处的水循环管路上，集水器5设置在加热盘管4的出水口处的水循环管路上。分水器3和集水器5用于控制沼气池内加热盘管开启路数，分水器3和集水器5上自带的排气阀具有排出空气的作用。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或三的不同点在于所述储水箱10为保温水箱。在夜间或阴雪天气，水循环系统中的换热介质存放在保温水箱内，很大程度地降低了热损失，而且减少了系统防冻需要增加的其它投资。根据实验测试，在哈尔滨地区低温季节早晨，室外太阳能系统管内温度为-12℃左右，不用伴热带的情况下，需要4个小时左右的时间照晒系统，系统方能运行，减少了系统运行时间。在本实施方式中，保温水箱置于室内、牛棚或温室大棚内(根据测试结果，低温季节牛棚的温度在5-10℃以上)，能够维持较理想的初始温度；当太阳达到光照强度时即可运行系统，延长了运行时间，增强了加热效果。