沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施的制作方法

專利名稱：沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種沼氣生產、儲備、使用的設施，特別是戶用型的沼氣生產、儲備、使用三項技術單獨結構、單獨運行、成為三個不同的器具，然后合并使用的組合設施。
沼氣儲備(容器)獨立的沼氣儲備技術，是一個極其簡單的儲備工藝，只需要有一根導氣管，連接于生產沼氣密閉的容器中，就能把沼氣集中的儲備于一個容器中，容器只需能裝質量輕于空氣的沼氣即能成立。結構簡單，且容器的用料可以選擇低成本的材料，并且可以無限量儲備。
沼氣使用(容器)獨立的沼氣使用技術，是一個極其簡單的使用工藝，有二種工藝最為優選“一是只需在一個低成本材料的沼氣儲備容器中，產生出設定的壓力，即灶具燃燒效果，最簡單而低成本的就是水液壓氣形成結構簡單的壓力裝置，就能穩定而又均衡的供氣燃燒；二是只需在無壓儲備沼氣的氣袋中用一個微型抽氣機把氣體抽出直接供氣給灶具燃燒。”這二種工藝相互運用、取長補短，水液壓氣不需電力，但不能大量供氣使用；微型抽氣機可大量供氣使用，但在停電時不能使用。
現有戶用型的沼氣技術的應用，往往集沼氣生產、儲備、使用設計于一個沼氣池的結構上，即無完全獨立的三種不同工作原理的工藝過程，分不出具體的生產、儲備、使用這三種不同的沼氣器械。如水壓式把沼氣生產、儲備、使用設計在同一個裝有料液發酵的容器中，水壓式、浮罩式把沼氣儲備和使用通過料液與氣體的對抗反沖壓力所形成，浮罩式把沼氣儲備與使用設計在同一個器具中，以及由這二種池型改進而來的各種沼氣池。這樣的設計沒有將三種不同的工作原理，進行分割使其單一的分開結構，單獨運行，而是結合在一起，那么它就產生了許多的缺陷，以及不便于使用與管理的問題，其問題的存在分述如下沼氣生產在生產沼氣的同一個容器中，沼氣內儲必與料液搶占空間，使有效容積減少，造成建池容積增大；沼氣與料液在同一個容器中產生對抗反沖壓力，壓力反復變化在40-160cm水柱壓力之間，池體長期承受高壓的沖擊，容易造成沼氣大量泄漏，在實際的情形中，大多數沼氣池都不能保證正常的用氣，特別是在冬天的情形下，大都需要以別的能源材料補充日常的使用；池體易損壞，使用壽命不長，在實際的情形中，大多數沼氣池只能使用3-5年就不再好用了，或者是完全報廢的不能再使用了；要避免這一現象的產生，必須要求高成本建池材料，增大了施工的難度，增大了建池用料，在實際的情形中，造成戶用型建池成本普遍高達1000元，或1000元以上的幅度；池內由于有干、濕兩個空間部份，又有干、濕空間的壓力變化因素，浮渣易結殼，一旦結殼，會逐步的增大增厚，占據空間，原料利用率低，產氣率低，又難于破碎，造成使用與管理的困難。
沼氣儲備在發酵池內儲備沼氣，沼氣儲備受限制，不能無限量儲備，在實際的情形中，夏天產氣量高，而用氣量少，多產出的氣體往往需要放氣以避免損壞沼氣池，或者是由沼氣與料液的對抗反沖壓力的作用下，把料液排到進料下口的水位線之后自動的排氣，使沼氣大量的浪費掉了，并且導氣管路中的氣體壓力特高，容易造成管路、接頭、閥門損壞或漏氣，既使是改進型的浮罩式沼氣池，其缺點同樣，只能在一個體積相當小的浮罩中儲備，不能大量儲備沼氣，其實，沼氣是一種輕于空氣的氣體，用發酵池的容積或浮罩這種高成本的材料來儲備沼氣，造成沼氣儲備的用料造價高，且結構復雜，又難以維護和維修，無謂的增大成本。
沼氣使用通過在同一容器中的沼氣與料液的對抗反沖壓力，產生供氣壓力，但是沼氣與料液的對抗反沖壓力變化無常，時高時低，壓力不穩定與均衡，因此對燈具、灶具燃燒效率的穩定與均衡都有不利的影響；再由于沼氣池容易產生浮渣結殼，一旦結殼即開始占據儲氣空間，與沼氣同在一個空間中，少量的儲氣就反常的增大儲氣壓力，稍一用氣就沒有了，使用戶無法正常使用或掌握用氣。
除這三大塊之外，另外在提高有效容積利用率、有機物利用率、有機物發酵速度及有效清除浮渣和沉渣的排渣技術，這幾項技術在現有的沼氣池結構設計上卻有不足，導致沼氣這一廉價而又優質的再生能源產品，不能得到充分開發和利用，導致有機生物肥料的肥源造成大大的浪費，廣大農民用有機生物肥還需向市場購買，致使中國有機農業的生產與發展受到限制，又無謂增大了有機農業生產的投入成本。
本發明的沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，包括“無氣壓沼氣發酵池”、“無壓力沼氣儲備器”、“儲氣室”、“水壓池”、“微型抽氣機”、“排渣管”共多種不同器具組成，所不同的是“無氣壓沼氣發酵池”專用于沼氣的生產，“無壓力沼氣儲備器”專用于沼氣的儲備，“儲氣室”、“水壓池”及“微型抽氣機”專用于沼氣的使用，可彎曲自動“排渣管”專用于排渣。
“無氣壓沼氣發酵池”為密閉的容器，設計有發酵池、進料管、出入間、可彎曲自動排沉渣管、排水孔、導氣孔、拱蓋、蓄水池、沉渣池；發酵容器形狀為圓柱形，池體為磚混結構，沼氣池池體為4-6cm厚的薄殼；發酵池埋入地下，用于裝有機物、水、沼氣細菌等、并且隔絕空氣，使有機物在池內發酵；進料管設于池體旁，用于進有機物原料和水；出入間設于池體旁，且高于池體直達地面，用于進出池內的通道，便于維修和維護，以及進行清理，同時又用于設定料液水位高度；可彎曲自動排沉渣管設于出入間旁，底管口直插入發酵池最底處，上管口略高于出入間設定的水位高度，平時則掛于出入間外側，待用時取下上部可以彎曲的管道部分，向下彎曲后形成突然下降的水位落差壓力，在壓力下則自動將發酵池最底部的沉渣排出；排水孔設于出入間頂部，用于自動排出發酵池內多出的水液，同時又用于設定發酵池的水位高度，始終保持滿裝發酵的有效容積；導氣孔設于發酵池拱蓋頂端的導氣管道上，出氣孔且略高于所設定的排水孔高度，用于自動向外排放池內所產出的沼氣。
“無壓力沼氣儲備器”為密閉的容器，設計有氣袋、可調限壓閥、導氣孔、二通導氣管；氣袋為塑料布或是涂塑布制造，懸掛于房屋等建筑物上，用于儲備沼氣；可調限壓閥為一U形可觀察的透明管，管內裝水液，以水的高度作為水柱cm壓力，用于設定和調節“儲氣室”和“水壓池”的沼氣儲備和使用的壓力標準，在U形的兩個管口上端，且高于管內水液處有一個可以直通的管路，管路中有一個閥門，在壓力輸送氣體時閥門是關閉的，在無壓輸送氣體時，打開直通管路的閥門通道，由發酵池內經導氣管直接無壓輸氣；導氣孔設于氣袋子上，用于進氣儲備或者是供排氣使用；二通導氣管，導氣孔外接一個三通，其它另外二通各接一根導氣管，用于接通其它的器具。
“水壓池”與“儲氣室”各為一容器，儲氣室為磚混結構埋于地下，儲氣室原裝有水液，在儲氣室最頂部有一小空隙，與發酵池的導氣孔相通，用于儲備沼氣，儲氣量設定在最大使用氣體定量的標準幅度，戶用型沼氣池按一日三餐分三次儲備沼氣，定量標準在正常情形下可以達到使用效果；水壓池為磚混結構埋于地下，有一小管子通道與儲氣室的最底部相通，水壓池且高于儲氣室，戶用型沼氣池高于幅度為水壓池底部與儲氣室頂部相差15-20cm，用于儲氣室把水液全部排放入水壓池中，并且產生使用沼氣時所設定的水柱cm壓力；導氣孔與發酵池的導氣孔為同一根導氣管道，即發酵池進入儲氣室的進氣孔與儲氣室的導氣孔為同一個導氣孔。
“微型抽氣機”為一小型交流電抽氣機，可選用離心泵抽氣機或增氧機，家庭戶用型供氣壓力設計為大于16cm水柱壓力，其它使用沼氣的燃燒效果按需求的壓力設計，可于市面上選購，接于“無壓力沼氣儲備器”二通導氣管道上的其中之一分頭導氣管，向燃具供氣。
幾個不同器具的連接方法“無氣壓沼氣發酵池”向外有兩個導氣孔，一個導氣孔接于“儲氣室”，另一導氣孔接導氣管后再接四通，其它三通用于連接其它器具，“無壓力沼氣儲備器”的二通導氣管，其中之一導氣管接“可調限壓閥”后，再接于四通中的其中一通，另一導氣管接“微型抽氣機”后，再接于四通中的其中一通，四通中的最后一通連接燃具。
本發明所采取的技術方案特征為“無氣壓沼氣發酵池”為滿裝發酵，產出沼氣后，通過導氣孔引導氣體進入“儲氣室”，在進入前被儲氣室中原有的水液阻礙，由于阻力使氣體一時無法進入儲氣室，沼氣被迫后反壓而回，產生與池內料液的對抗反沖壓力，對抗反沖壓力壓迫處于導氣孔下細小導氣管道中的料液下降，下降的料液從設定高度的“無氣壓沼氣發酵池”排水孔中排出，沼氣產氣量逐步增大，使對抗反沖壓力逐步增大，也就導致處于導氣孔下細小導氣管道中的料液逐步下降，下降的深度與“無氣壓沼氣發酵池”的設定高度造成水柱cm差，這一水柱cm差是沼氣與料液對抗反沖壓力所形成的水柱cm壓力，當對抗反沖壓力所形成的水柱cm壓力與儲氣室中的水液阻力一致時，就可以開始沖動儲氣室中的水液阻力，沖動力可以沖動儲氣室中的水液進入到水壓池中，水壓池高于儲氣室，兩室總高度即為“水壓沼氣使用池“的水柱cm壓力極限，只有當對抗反沖壓力所形成的水柱cm壓力與“水壓池”、“儲氣室”的兩室總高度水柱一致時，才能把儲氣室中的水全部排到水壓池中，這時儲氣室中所儲備的沼氣，其壓力是兩室總高度的水柱cm壓力極限，“儲氣室”中的氣體經導氣孔和導氣管后進入燃具，打開閥門壓力可形成燃燒使用效果，可是在未使用沼氣時，將不斷有沼氣進入儲氣室，導致儲氣室壓力在壓力極限后又開始增大，因此“儲氣室”中的氣體經導氣孔和導氣管后經可調限壓閥自動進入“無壓力沼氣儲備器”中，可調限壓閥設定的壓力與儲氣室的壓力極限一致，那么多出的氣體在壓力沖動下可沖動可調限壓閥，然后源源不斷的自動進入“無壓力沼氣儲備器”中，無限量儲備，而在“無壓力沼氣儲備器”的另一導氣管上接有“微型抽氣機”，需要用氣時把抽氣機接上電源，打開抽氣機前導氣管的閥門，就可抽出“無壓力沼氣儲備器”中大量儲備的沼氣，供氣燃燒使用。
本發明所取得的技術進步為戶用型的沼氣生產、儲備、使用三種不同的沼氣工作原理由三種不同的結構器具去完成，各不同的器具單獨運行不相混雜，消除了混雜在一起時的技術應用缺陷與管理使用問題，“無氣壓沼氣發酵池”專用于完成沼氣生產的任務，可以滿裝發酵100％的利用了發酵池容積，提高了有效容積，原料利用率100％，提高了產氣率，且池內無儲備沼氣的壓力，池體不受壓力沖擊，不僅可以延長使用壽命，戶用型沼氣池可以保障用戶的終生使用，還可以薄殼結構，減少用料，又可降低選用材料的質量標準，以及降低施工難度，由于單獨運行提高了使用效果和實用性，不僅便于用戶使用與管理，且功能增多，能自動排除有機物沉渣，可以不需要大清理；“無壓力沼氣儲備器”專用于完成沼氣儲備的任務，1立方m只為幾元錢，以多個氣袋可增大儲備量，能大幅度的降低儲氣成本，又能使儲氣不受限制，可商品化生產；“儲氣室”、“水壓池”和“微型抽氣機”專用于沼氣的使用，是提供給用戶的兩種結合使用方式，同時又可以盡可能的采用無壓輸送沼氣的方式，盡可能的延長使用壽命及避免導氣管路和器具的沼氣泄漏。
發酵池、拱蓋、出入間、儲氣室、水壓池、蓄水池、沉渣池等為磚混結構。
發酵主池的園徑為260cm，高125cm，有效容積為7.5M3；儲氣室為130cm半徑的半園，儲氣量達1M3，液壓用氣有效使用達0.5M3；水壓池底部高于儲氣室20-25cm，蓄水量不少于0.6M3；蓄水池高為60cm，蓄水量不低于0.6M3；沉渣池上口低于地面60cm，蓄渣量不低于0.6M3；出入間為正方形，邊長50cm；拱蓋的拱高為52cm，拱蓋頂端距地面48-50cm。
可彎曲排渣管，上部70cm為可彎曲軟管，下部接塑料管，管徑為8cm管。
氣袋為塑料薄膜制作，容器可大可小。
微型抽氣機為離心泵、抽風器、增氧機之類，電壓為6-20V。
權利要求
1.沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于無氣壓沼氣發酵池專用于沼氣及有機肥的生產，設計有發酵池(1)、拱蓋(2)、排氣管道(3)、進料管(5)、出入間(6)、蓄水池(7)、沉渣池(9)、可彎曲排渣管8、排水管口24；無壓力沼氣儲備器8專用于無限量儲備沼氣，設計有導氣管16、可調限壓閥17、閥門21；儲氣室11、水壓池10、微型抽氣機23專用于沼氣的使用，設計有閥門19和閥門22，微型抽所機23，燃具20。
2.根據權力要求1所述的沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的發酵池1為滿裝料發酵。
3.根據權力要求1沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的排氣管道3與排水管口24所設定的料液水位高度一致。
4.根據權力要求1沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的儲氣室11與水壓池10為上、下兩池結構，兩池的總高度為壓力儲氣和液壓用氣的最大壓力極限。
5.根據權力要求1和4沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的可調限壓閥17，閥門21為壓力輸送、儲備、使用沼氣的裝置，關閉閥門21，以及閥門19和閥門22，迫使氣體經過可調限壓閥，在可調限壓閥設定的壓力阻礙下，又迫使沼氣反壓而回，在儲氣室11中儲備，在儲氣室11中又受到水壓池10流入到儲氣室11中的水液阻礙時，迫使儲氣室11的儲氣壓力上升，可將儲氣室11中的水液在壓力不斷上升下又全部的排回到水壓池中，可調限壓閥17設定壓力極限及儲氣室11和水壓池10兩室總高度一致，即兩室總高度的水柱cm壓力。
6.根據權力要求1、3、4、5所述的沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的儲氣室11與水壓池10兩池之間有通水管道14，在水壓池10的通水管14的管口有堵塞13，將閥門17、22、19全部關閉后，發酵池1產出的沼氣一時之間在可調限壓閥門的壓力阻礙下無法在導氣管道16中流通，氣體被反壓而回，進入到儲氣室11中，在進入到儲氣室11中時，又遇到水壓池10流入到儲氣室中的水液阻礙，在阻礙下，又迫使沼氣反壓而回入排氣管道3中，在排氣管道3中產生沼氣與排氣管道3所設定的料液水位高度液體的對抗反沖壓力，在對抗反沖壓力作用下，迫使排氣管道3所設定水位高度料液下降，下降的料液由設定的排水管口24排除池外，形成出入間、進料管與排氣管道的水位落差壓力，同時亦導致儲氣室11的儲氣壓力上升，在儲氣壓力上升過程中，可逐步的將水壓池10流入到儲氣室11中的水液反排回到水壓池10中，儲氣室11的儲氣壓力上升到與可調限壓閥17設定的壓力一致時，這時可將儲氣室11中的水液全部反排回到水壓池10中，儲氣室11變為全部儲備沼氣，同時儲氣室11中的儲氣壓力與可調限壓閥門的壓力一致時，兩者壓力抵消，沼氣要沖動可調限壓閥的設定限壓，氣體可源源不斷的循導氣管道16進入到無壓力沼氣儲備器18中，排氣管道3在拱蓋2頂端之間所設定的水位高度略大于儲氣室11和水壓池10的兩室總高度，在兩室總高度的壓力極限下，所形成的排氣管道3中的沼氣與料液的對抗反沖壓力，其對抗反沖壓力極限所排空的排氣管道3的設定水液高度，仍然不低于到發酵池1內，未造成在發酵池1內儲備沼氣，只造成排氣管道3中排空料液的高度與出入間，進料管的設定水位高度壓力落差，發酵池1仍為無氣壓沼氣發酵池，待水壓池10的水液儲滿后，壓力達到了最大的壓力極限，沼氣輸送成為設定的極限壓力輸送，儲氣室11亦為極限壓力儲備，待水壓池10的水液全部返回后，又可將水壓池10通向儲氣室11的通水管道14用堵塞13將管口堵塞，使水液無法流入儲氣室11，這時水液壓迫儲氣室11的壓力自動消失，這時亦導致導氣管道16的壓力全部消失，由于壓力已不存在，可以打開閥門21，臨時性的淘汰掉可調限壓閥17的使用，使整個導氣管道16由壓力輸送沼氣轉變為無壓輸送沼氣。
7.根據權力要求1、4、5、6所述的沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的儲氣室11在壓力極限儲備沼氣后，可找開閥門19，沼氣在水壓池10的水液壓力作用下，可直接由儲氣室11供氣給燃具20點火使用。
8.根據權力要求1所述的沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述的無壓力沼氣儲備器18，與微型抽氣機23，在壓力輸送沼氣的情形下，可打開閥門22和19后，微型抽氣機23接上電源啟動工作，可直接從無壓力沼氣儲備器18中抽出氣體供給燃具20點火使用，在無壓輸送沼氣的情形下，打開閥門22和19后，同時再關閉閥門21，微型抽氣機23接上電源啟動工作，從無壓力沼氣儲備器18中抽出氣體供給燃具20點火使用。
9.根據權力要求1所述的沼氣生產、儲備、使用三器具合并使用組合設施，其特征在于所述可彎曲排渣管8及沉渣池9，可將彎曲排渣管8上部的彎曲部分彎曲后，使發酵池1所設定的水位高度突然降低，造成降低后的水位落差，沉渣池9的露口與排渣管8彎曲后下降的水位幅度同高，使彎曲排渣管8可彎曲至沉渣池9中，在水位落差的料液壓力作用下，可彎曲排渣管8的下口27連通于發酵池1的底部，通過排渣管8的底口27在液壓下，疏通發酵池1內液體在排渣管8的底口27管口處的流通，可將發酵池1底部的沉渣排入到沉渣池9中。
全文摘要
本發明以三種不同的設施，分別獨立完成沼氣生產、儲備、使用這三種不同的工作原理；獨立的設施可以結構簡、用料少及低價料，能簡化制造或建筑工藝，能簡化管理與使用的復雜性，可以大幅度降低成本、提高使用效益；將三種設施組合使用后，解決了以往的戶用池集三種沼氣工作原理于一個池型上所造成的技術不足和生產、儲備、使用過程中的所有缺陷，沼氣池可以滿裝發酵，無浮渣結殼，自動排渣，無儲氣壓力沖擊，提高了有效容積及產氣率，原料利用率100％；沼氣儲備無限量，無泄漏；沼氣使用為液壓式和抽氣式兩種互換使用與選擇。三種設施結構簡單、易操作、易維護維修、使用安全、儲備與使用設施能商品化，可保障終身使用，可保障家庭生活全年用能。
文檔編號C12M1/107GK1460709SQ03140860
公開日2003年12月10日 申請日期2003年5月31日 優先權日2003年5月31日
發明者黃熙瑜 申請人:黃熙瑜