專利名稱：水壓浮罩式沼氣池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用浮力學原理建造制取沼氣的厭氧消化裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術中沼氣池型式較多，我國重點發(fā)展“常規(guī)水壓型”、“強回流”等國家標準規(guī)定的池型，并給予財政資助。據(jù)報道，因為水壓式沼氣池技術成熟有以下優(yōu)點(I)池體結構受力性能良好，而且充分利用土壤的承載能力，所以省工省料，成本比較低。(2)適于裝填多種發(fā)酵原料，特別是大量的作物秸桿，對農(nóng)村積肥十分有利。

(3)為便于經(jīng)常進料，廁所、豬圈可以建在沼氣池上面，糞便隨時都能打掃進池。(4)沼氣池周圍都與土壤接觸，對池體保溫有一定的作用。水壓式沼氣池也存在一些缺點，主要是(I)由于氣壓反復變化，而且一般在4 16千帕壓力之間變化。這對池體強度和燈具、灶具燃燒效率的穩(wěn)定與提高都有不利的影響。(2)由于沒有攪拌裝置，池內(nèi)浮渣容易結殼，又難于破碎，所以發(fā)酵原料的利用率不高,池容產(chǎn)氣率(即每立方米池容積一晝夜的產(chǎn)氣量)偏低,一般產(chǎn)氣率每天僅為O. 15
米3/米3左右。(3)由于活動蓋直徑不能加大，對發(fā)酵原料以秸桿為主的沼氣池來說，排渣比較困難。需采用出料機械。強回流沼氣池就是通過一種動力使沼氣池的料液從出口回流到進口再返回發(fā)酵間的一種沼氣池。與直筒式沼氣池相比，能防止上層結殼和提高產(chǎn)氣率，出料相對容易。以上都是“水泥沼氣池”，以區(qū)別于用其它材料為主建造的沼氣池?，F(xiàn)有技術的沼氣池建池技術比較復雜，要求質(zhì)量高，有比較精確幾何尺寸數(shù)據(jù)。據(jù)實地考察和調(diào)研，現(xiàn)時沼氣工程人員基本上不承建12m3容積以下的沼氣池，因為即使用戶情愿一次性投資大些，也抵償不了建池工期長，造成工價低效益低這個現(xiàn)實問題，都是承建50m3容積以上的養(yǎng)豬戶沼氣池，就是說現(xiàn)有技術建池成本高。一般不敢用秸桿和雜草做原料，因為它容易堵塞進出口，出料比較困難，致使原料來源受到限制。貯氣間容量小，如產(chǎn)氣量大過用氣量出現(xiàn)一方面把貯不下的氣釋放掉另一方面又不夠氣用的茅盾，要想多貯氣就需另建貯氣柜。不自動排渣自動穩(wěn)壓，容易出現(xiàn)“病態(tài)池”而報廢。沼氣池自動排渣應該定義為沼氣池具有不借助外力利用自身壓力使渣液自動離開發(fā)酵間，以不影響沼氣池工作為準。沼氣池自動穩(wěn)壓應該定義為能夠使建造的沼氣池輸出沼氣壓力自動穩(wěn)定在最大設計輸出沼氣壓力之內(nèi)。為解決沼氣池自動排渣自動穩(wěn)壓難題專利號200620200984. 9自動排渣沼氣池，揭示是通過排渣間和儲渣間、分渣器濾去料液中的渣。要清除以秸桿和雜草主要原料池渣也比較難。
專利號201020193507. 6儲氣水壓式自動排渣沼氣池，提示是使用電機排渣器達到排渣目的。由于借助外力，不應納入具有自動排渣功能。都有“水泥沼氣池”一樣的缺點。為解決自動穩(wěn)壓和貯氣問題，現(xiàn)有技術的浮罩式沼氣池，它由水壓式沼氣池和貯氣浮罩二部分開建造組成，不是水壓浮罩。專利號200720147452 —種組合分離浮罩式沼氣池，揭示是在一個容器發(fā)酵間上罩有一個具有分體拱形浮罩的沼氣池，需另配儲氣柜。它們都有水壓式沼氣池的缺點，都需另配儲氣柜，造價較高。據(jù)報導，1955年新的沼氣發(fā)酵工藝流程——高速率厭氧消化工藝產(chǎn)生。它突破了傳統(tǒng)的工藝流程，使單位池容積產(chǎn)氣量(即產(chǎn)氣率)在中溫下由每天I立方米容積產(chǎn)生O. 7 I. 5立方米沼氣，提高到4 8立方米沼氣，滯留時間由15天或更長的時間縮短到幾天甚至幾個小時。但該技術到現(xiàn)在都未能推廣。 國內(nèi)外由于以上種種原因，沼氣技術在世界上并未得到廣泛推廣應用。致使污水橫流，嚴重污染環(huán)境，人們情愿花錢購高價液化氣，情愿花錢建化糞池也不建沼氣池，那些發(fā)酵原料成為了人們討厭的垃圾?，F(xiàn)有常規(guī)技術的沼氣池都是用一個裝水容器做發(fā)酵間，在容器上造一個拱蓋用于收集沼氣的貯氣間，外加水壓間、進料管、出料管建成。除上述缺點外，還不具有自動排渣自動穩(wěn)定氣壓功能，大型沼氣池欲想貯多點氣需另配貯氣柜成本自然高。不自動排渣，除發(fā)酵原料要大進大出，影響產(chǎn)氣量和用氣外，還要人工冒險清除殘渣，額外增加使用維護成本；不自動穩(wěn)定氣壓，輸出氣壓4 16千帕壓力之間變化，除上述不利外，還意味著拱蓋就要承受408-1632公斤/平方米的作用力，意味著這個作用力能推開I平方米面積上重達408-1632公斤的物體，要抵擋這個作用力現(xiàn)有技術不容易，是現(xiàn)有技術沼氣池容易成為“病態(tài)池”原因。建池成本高、不具有自動排渣自動穩(wěn)壓、貯氣量少已成為阻礙沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的四大技術難題，也可見采用現(xiàn)有建池技術方法難以克服難題。沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即對燃燒。I立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當于O. 7千克無煙煤提供的熱量，相當于5. 7-6. 5度電量。如按現(xiàn)有技術產(chǎn)氣率每天僅為O. 15米3/米3左右計算，I個池容8米3的沼氣池年產(chǎn)氣量達438米3相當于年發(fā)電2496-2847千瓦時的小發(fā)電站。除用于燒水、煮飯、照明外，還是一種很好的清潔汽車燃料。它只需作物秸桿、人畜禽糞便糞便等易降解有機物發(fā)酵原料及一次性低成本投資就能獲取，可以說取之不盡，用之不竭，是一條農(nóng)作物糧食——人畜吃用——秸桿加人畜禽糞便糞——發(fā)酵獲得沼氣能源——洛液有機肥種養(yǎng)業(yè)一農(nóng)作物，綠色環(huán)?？稍偕?。沼氣是大自然賜給人類很好的可再生能源，世上本無垃圾，只有放錯地方的資源，將成為人類替代石油的主要能源來源。在能源緊缺的今天，如何解決現(xiàn)有技術難題，低成本獲取沼氣成為人類急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的一提供一種水壓浮罩式沼氣池，以克服現(xiàn)有建池技術存在的成本高、不能自動排渣自動穩(wěn)壓、貯氣量少四大技術難題；二提供水壓浮罩式沼氣池增減最大輸出沼氣壓力方法。為達到發(fā)明目的，本發(fā)明取用以下技術方案
水壓浮罩式沼氣池，包括罩、容器、貯氣間、發(fā)酵間、水壓間，料液、進料管、出料管、導氣管，溢流口，由罩蓋、罩壁、導氣管構成的罩體，罩在容器內(nèi)底上，罩壁與容器壁之間具有距離夾層，設有把料液引入罩內(nèi)的裝置，設有控制貯氣間罩蓋內(nèi)平面與液面之間高度大于O的裝置，設有使罩體自由上下沉浮定位裝置，設有排泄渣液裝置，進料口高過零壓液面，罩壁高度至少等于罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積乘貯氣間最大輸出沼氣壓力除以液面橫截罩壁平均面積乘液體密度所得數(shù)值。發(fā)酵間設有使料液曲線流動的裝置。使料液曲線流動的裝置由一閉合環(huán)形隔離墻與至少一層開口環(huán)形導流墻構成。
把料液弓丨入罩內(nèi)的裝置是U形通道。經(jīng)罩口下面把渣液排泄出去。罩壁與料液之間設有隔離裝置。 罩體設有橫梁。罩體由鋼筋混凝土制造。水壓浮罩式沼氣池增減最大輸出沼氣壓力方法，在罩體原配重基礎上通過對罩體添加重物或減小配重獲取。由于本發(fā)明水壓浮罩式沼氣池采用了 2個容器，這罩其實也是一個容器，本發(fā)明把它當罩用并把發(fā)酵工作任務交給它，又采用了相關技術措施，為本發(fā)明帶來多個實質(zhì)特點和顯著的技術效果I、結構簡單，造價低，卻具自動排渣自動穩(wěn)定氣壓功能。因為可把人造或天然的水池、魚塘、水塘、湖泊等水源地方當成容器，可不澆筑池底，無需另建貯氣柜和水壓間；12m3容積以下的小型沼氣池可先用預制件方式建造出來再組裝。能以單一方向使料液自動流入渣液自動流出；能以自動穩(wěn)定氣壓方式輸出沼氣。2、堅固耐用，安全，杜絕漏氣成“病態(tài)池”。罩體可以不接觸到有腐蝕性的發(fā)酵液；罩體隨貯氣量的多少自動上下沉浮及自動卸壓不會超壓；氣密的鋼筋混凝土造成的罩體比現(xiàn)時用素的混凝土與紅磚結合建池有質(zhì)量保證。3、能防池內(nèi)浮渣結殼、有足夠的時間發(fā)酵。因為發(fā)酵間設有使料液曲線流動到排泄渣液裝置的裝置，料液就至少定向繞開口環(huán)形導流墻一周流動，流程長。在流動中發(fā)酵就是推陳出新，浮渣不會停滯不前。4、可提高產(chǎn)氣量。因為罩體自由上下沉浮始終把罩蓋面向天空，罩蓋可薄，這就有利于用太陽能加熱池溫加快發(fā)酵過程；曲線流動到排泄渣液裝置的過程本身就是一個攪拌過程。5、適用發(fā)酵原料廣。因為進料、出料可以是管更可以是大口徑通道，從進料口到出渣口沿途基本上沒有大的死角，從進料口到出渣口產(chǎn)生的液體壓力差具有推動料液定向流動把渣液排泄出來的功能。6、有強大的貯氣和穩(wěn)壓功能。到達最大設計輸出沼氣壓力之時,整個罩內(nèi)空間都可成為貯氣間，并自動穩(wěn)壓在最大輸出沼氣壓力值之內(nèi)。當貯氣間壓力減少時，罩體又以下沉壓氣方式輸出沼氣壓力，氣壓反復變化小。7、建池技術相對簡單。無論大小池型，如容器少量滲水不在考慮之列可不澆筑池底，它只需考慮有一個堅固耐用氣密性好、有一定配重的罩體，幾何尺寸數(shù)據(jù)比較寬松。無需另建貯氣柜，使它更適用建大容量的沼氣池。8、有著絕佳的沼氣細菌生長繁殖厭氧環(huán)境?，F(xiàn)有技術水壓間的料液并沒有與空氣隔絕，不利于沼氣細菌生長繁殖，甚至死亡。本發(fā)明把罩體罩在閉合環(huán)形隔離墻與容器壁間構成的環(huán)形槽溝內(nèi)，環(huán)形槽溝就可用沒有腐蝕性如淡水等液體代替料液沉浮罩體，自由上下沉浮的罩體成了容器的水封活塞，料液進不了水壓間，使發(fā)酵間完全隔絕了空氣。使料液曲線流動的裝置其實由閉合環(huán)形隔離墻與至少一層開口環(huán)形導流墻構成，所形成的槽溝表面可以造成粗糙面，就成為了大量沼氣細菌生長繁殖的載體。料液曲線定向流動，意味著有多少新料進來就有多少舊料排出，新舊不混合，在流動過程中攪動，都有利于沼氣細菌接觸到新料營養(yǎng)物。9、可以做到“圓、小、淺”。沼氣池輸出壓力的大小主要由罩重及其罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積和水封罩壁高度決定，如沼氣池最大輸出壓力為9. 8千帕，即I米水柱，只要罩壁高度大于I米就能水封9. 8千帕以下沼氣壓力，這是淺；罩體最適合造成圓形，這是圓；無需另建貯氣柜和水壓間，這是小。


附圖為外置進料通道埋地式沼氣池示意附圖，I罩體，2貯氣間，3導氣管，4零壓液面，5發(fā)酵間，6開口環(huán)形導流墻，7水壓間，8進料通道，9出料通道，IO溢流口，11定位裝置，12容器，13排泄通道，14閉合環(huán)形隔離墻。
具體實施例方式水壓浮罩式沼氣池，包括罩、容器、貯氣間、發(fā)酵間、水壓間，料液、進料管、出料管、導氣管，溢流口，由罩蓋、罩壁、導氣管構成的罩體，罩在容器內(nèi)底上，罩壁與容器壁之間具有距離夾層，設有把料液引入罩內(nèi)的裝置，設有控制貯氣間罩蓋內(nèi)平面與液面之間高度大于O的裝置，設有使罩體自由上下沉浮定位裝置，設有排泄渣液裝置，進料口高過零壓液面，罩壁高度至少等于罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積乘貯氣間最大輸出沼氣壓力除以液面橫截罩壁平均面積乘液體密度所得數(shù)值。把料液引入罩內(nèi)的裝置。把料液引入罩內(nèi)，可用直通道(管)，也可用U形通道，可外置或內(nèi)置進入發(fā)酵間。外置就是在罩口下地里埋，內(nèi)置就是穿罩體進入發(fā)酵間。用直管要確保罩體升到最高點時，進料管出口都保持淹沒在料液中。排泄渣液裝置。如沼氣池僅由罩體、U形進料通道、使罩體自由上下沉浮定位裝置和魚塘等容器組成，貯氣間壓力升高使罩體浮升離開容器底，罩口就成了排泄口，構成了最簡單的沼氣池，不需設專用的排泄裝置。在設有使料液曲線流動裝置的沼氣池中，進料通道出口設在開口環(huán)形導流墻外，排泄通道進口設在最內(nèi)層開口環(huán)形導流墻內(nèi)(發(fā)酵間的中心)，排泄通道出口過所罩范圍后如是無阻礙排泄的廣義的容器，這排泄通道就是排泄裝置。如埋地式沼氣池，則需設如圖所示出料通道9及溢流口。如池建在梯級地形上，排泄通道出口可用一個限壓排泄閥門來排泄。也可把進料通道出口設在發(fā)酵間的中心，在閉合環(huán)形隔離墻與開口環(huán)形導流墻間構成的槽溝設排泄裝置，使料液與前述的方案反向流動。無論采用何種方式排泄，只要能把渣液排泄出去，不阻礙發(fā)酵工作的措施都是排泄裝置，它們都經(jīng)罩口下面才把渣液排泄出去。罩壁與容器壁之間具有距離夾層，夾層灌液后，這距離夾層就自動成了水封貯氣間的水壓間，無需另建水壓間，距離方面只要容器壁不阻礙罩體自由上下沉浮都可以。罩壁與料液之間設有隔離裝置。為防止料液腐蝕罩壁和防止料液通過水壓間散發(fā)臭味，進一步隔絕空氣密封發(fā)酵間，罩壁內(nèi)發(fā)酵間上建一層高過液面，O壓時可接觸罩蓋內(nèi)底面的閉合環(huán)形隔離墻，形成罩體罩在閉合環(huán)形隔離墻與容器壁間構成的環(huán)形槽溝內(nèi)，這環(huán)形槽溝就成了水壓間，環(huán)形槽溝就可用沒有腐蝕性如淡水等液體替代料液沉浮罩體?？梢姡扇萜?、閉合環(huán)形隔離墻和替代液就構成了具有防腐、防臭、氣密功能隔離裝置。發(fā)酵間設有使料液曲線流動的裝置。在閉合環(huán)形隔離墻內(nèi)再建一層以上N層開口環(huán)形導流墻，進料通道出口如設在閉合環(huán)形隔離墻與開口環(huán)形導流墻間環(huán)形槽溝內(nèi)時，開口環(huán)形導流墻開口設在進料通道出口附近，并在開口與進料通道出口間設隔離墻使料液進來以單一方向從進料通道出口環(huán)流到開口進入開口環(huán)形導流墻內(nèi)，到達排泄裝置。也可把 開口環(huán)形導流墻的開口設在進料通道出口另一端，離開進料通道出口的料液以并聯(lián)流動方式流入開口環(huán)形導流墻內(nèi)，攪動效果不如前者。閉合環(huán)形隔離墻成為了使料液曲線流動的裝置構成部分。進料口高過零壓液面，包括高過水壓間液面。渣液通過排泄通道可能直接被排入魚塘等的水中，也可能再經(jīng)閥門和溢流口排出體外，也只要進口高過出口，進出口才起連通管作用，進出口才有壓力差，就能推動料液自動流入發(fā)酵間渣液自動流出發(fā)酵間，即自動排渣?？刂瀑A氣間罩蓋內(nèi)平面與液面之間高度大于O的裝置?？赏ㄟ^設置溢流口的高低控制，也可在貯氣間設置由液位高關低開控制裝置控制導氣管導通的開關閥門控制，最好還是通過加大罩壁高度來控制。使罩體自由上下沉浮定位裝置。罩蓋在上，罩壁在下，可謂頭重腳輕。為確保罩體不側翻泄氣及刮撞容器壁等，一是把罩壁與容器壁或閉合環(huán)形隔離墻的距離造窄，使罩體成為容器的一個活塞，二可設滾動輪定位，三可用套管滑動定位。罩壁高度至少等于罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積乘貯氣間最大輸出沼氣壓力除以液面橫截罩壁平均面積乘液體密度所得數(shù)值。這是它們之間用浮力學表述的數(shù)學關系。可用鋼筋混凝土密度乘以罩的體積來大概確定罩體的重量，貯氣間最大輸出沼氣壓力由罩配重除罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積確定。一般通過加重物來改變配重來獲得所需的氣壓。能否把所需壓力封存，就取決于罩壁的高度與液體的密度了，當然罩體的氣密性要好。罩體由鋼筋混凝土制造。鋼筋混凝土幾乎是所有材料中性價比最高的，就是氣密性差點，所以罩體要加入氣密材料。氣密材料有多種多樣，有涂刷的，有與混凝土一起攪拌的。小型池以預制件方式建池是最好的，能降低成本。雖然罩體可用如鋼板等材料制造，但從成本及耐用上不如前者。罩體設有橫梁。這樣可把罩體造薄又有足夠強度，又可降低成本。顯然，這里的容器是個廣義的容器，可以地上建造，可以地下挖坑，可以是包括人造和天然的水池、魚塘、湖、河等水源地方，它作用只是承受料液重量，容納罩的安裝，提供水壓間沉浮罩體，提供排泄場所，無特別要求，無需考慮漏氣，所以如在有足夠水深的地方建池,可不用澆筑池底。
權利要求
1.水壓浮罩式沼氣池，包括罩、容器、貯氣間、發(fā)酵間、水壓間，料液、進料管、出料管、導氣管，溢流口，其特征在于由罩蓋、罩壁、導氣管構成的罩體，罩在容器內(nèi)底上，罩壁與容器壁之間具有距離夾層，設有把料液引入罩內(nèi)的裝置，設有控制貯氣間罩蓋內(nèi)平面與液面之間高度大于O的裝置，設有使罩體自由上下沉浮定位裝置，設有排泄渣液裝置，進料口高過零壓液面，罩壁高度至少等于罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積乘貯氣間最大輸出沼氣壓力除以液面橫截罩壁平均面積乘液體密度所得數(shù)值。
2.根據(jù)權利要求I所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于發(fā)酵間設有使料液曲線流動的裝置。
3.根據(jù)權利要求1、2所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于使料液曲線流動的裝置由一閉合環(huán)形隔離墻與至少一層開口環(huán)形導流墻構成。
4.根據(jù)權利要求1、2、3所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于把料液引入罩內(nèi)的裝置是U形通道。
5.根據(jù)權利要求1、2、3、4所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于經(jīng)罩口下面把渣液排泄出去。
6.根據(jù)權利要求1、2、3、4、5所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于罩壁與料液之間設有隔離裝置。
7.根據(jù)權利要求1、2、3、4、5、6所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于所述的罩體設有橫梁。
8.根據(jù)權利要求1、2、3、4、5、6、7所述的水壓浮罩式沼氣池，其特征在于所述罩體由鋼筋混凝土制造。
9.水壓浮罩式沼氣池增減最大輸出沼氣壓力方法，在罩體原配重基礎上通過對罩體添加重物或減小配重獲取。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水壓浮罩式沼氣池，由罩蓋、罩壁、導氣管構成的罩體，罩在容器內(nèi)底上，罩壁與容器壁之間具有距離夾層，設有把料液引入罩內(nèi)的裝置，設有控制貯氣間罩蓋內(nèi)平面與液面之間高度大于0的裝置，設有使罩體自由上下沉浮定位裝置，設有排泄渣液裝置，進料口高過零壓液面，罩壁高度至少等于罩蓋內(nèi)垂直向上橫截受力面積乘貯氣間最大輸出沼氣壓力除以液面橫截罩壁平均面積乘液體密度所得數(shù)值。用浮力學原理，以結構簡單，解決了現(xiàn)有技術沼氣池造價高，不能自動排渣自動穩(wěn)壓、貯氣量少等技術難題。使人類低成本大量處理秸稈、生活垃圾等廢物的同時又獲取到可再生能源——沼氣。
文檔編號C02F11/04GK102766570SQ201210216779
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權日2012年6月18日
發(fā)明者羅顯平 申請人:羅顯平