一种自动进出料的水压式沼气池及其自动进出料方法与流程

本发明涉及可再生能源发酵技术领域，具体地，涉及一种自动进出料的水压式沼气池及其自动进出料方法。

背景技术：

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下经过微生物发酵分解产生的一种可燃气体，沼气发酵广泛存在于湖泊沼泽露天厕所等自然环境中，但是随着社会的发展，人们不断尝试通过建沼气池来人工制取沼气，这在广大的农村地区尤为常见，利用生活垃圾、人畜粪便等发酵产生沼气，制备的沼气可供生产和生活所用，不但能节约能源，还能改善农村环境。随着中国沼气科学技术发展和农村户用沼气“三结合”、“四位一体”沼气池的普及，目前农村普遍推广是水压式沼气池，它是我国推广最早、目前数量最多的池型，具有受力合理、结构简单、施工方便、适应性强、就地取材、成本较低等优点。但是，不管是国标沼气池还是各种变型的水压式沼气池，均不同程度上存在池内浮渣容易结壳、发酵物料利用率不高和进出料劳动强度大等问题。加之，近年来伴随城市化大量农村青壮年劳动力外出务工造成农村劳动力缺乏，老弱妇幼参与传统沼气池维护管理，特别是大出料过程中安全事故时有发生；而且随着新农村建设和养殖的集约化，造成人、畜禽粪便等沼气发酵物料短缺，导致大量户用沼气池处于半荒废状态。

与此同时，农作物秸秆作为农业生产中数量最大的副产品，随着生活水平的提高，家用电器、煤气使用日益广泛，对柴草的需求下降，就出现了秸秆的大量剩余。由于现有秸秆处理方式成本太高，又影响下一季农作物的播种。就地焚烧秸秆成为一种无奈的选择，既造成资源浪费，又带来了严重的环境污染问题。如果能将秸秆与沼气有效的结合起来发展户用沼气，既节约可再生的优质生物质资源，又保护了环境，但是若以常规粪便发酵方法将秸秆投入水压式沼气池中进行反应，又存在秸秆易漂浮、不能完全发酵和不易出渣等问题。

技术实现要素：

针对上述现有沼气池存在的缺陷和秸秆再利用方面的瓶颈，本发明提供一种自动进出料的水压式沼气池及其自动进出料方法，既有效地缓解户用沼气池进出料对青壮年劳动力的依赖，又通过对秸秆的利用扩大了沼气发酵物料的来源，同时也降低了农作物秸秆焚烧造成的环境污染，在节能减排方面起到重大作用。

一种自动进出料的水压式沼气池，包括发酵池及与发酵池池体相通的进料管和水压间，其特征在于：在沼气池内设置横穿进料管、发酵池和水压间的自动进出料装置，所述自动进出料装置包括环型管链式输送带和固定在水压间外侧壁上的驱动装置；所述管链式输送带包括输送管和穿装在输送管内的传动链，通过驱动装置驱动传动链进行传动；所述管链式输送带挤压形成第一弯折端和第二弯折端，所述第一弯折端卡接在发酵池与进料管连通处并通过设置在输送管上的进料口使管链式输送带与进料管连通，所述第二弯折端的内部设置驱动装置，在第二弯折端外部还设有出料口；在管链式输送带的输送管上设有可散溢沼气的微孔。

进一步的，所述驱动装置包括固定在水压间外侧壁上的向齿轮、与单向齿轮中心轴连接的杠杆和连接在杠杆自由端的浮球；所述向齿轮与管链式输送带的传动链相啮合，所述单向齿轮将经杠杆扩大后的浮球浮力转化成动力进而驱动传动链进行传动。

进一步的，所述单向齿轮包括6个轮齿，每个轮齿上设有用于啮合传动链的销座。

进一步的，所述传动链由多个首尾相接的链条组成，所述传动链上等距设置多个传动板，所述传动板贴合输送管内壁并随传动链移动。

进一步的，所述杠杆和浮球均位于水压间内，通过水压间内的液面升降产生浮球浮力。

进一步的，设有与水压间连通的连通间，所述杠杆和浮球位于连通间内，通过连通间内的液面升降产生浮球浮力。

进一步的，所述自动进出料装置可拆卸安装于沼气池内。

本发明还提供一种上述沼气池的自动进出料方法：将从进料管加入的发酵物料经进料口送入管链式输送带内；利用水压式沼气池发酵产气、用气造成的水压间料液液面升降动力，由驱动装置驱动管链式输送带内的传动链进行传动，发酵物料随之穿过发酵池，厌氧发酵产生的沼气溢出；剩余发酵物料滞留于管链式输送管内，随传送链移动至出料口并自动释放到水压式沼气池外，完成自动进出料。

进一步的，所述自动进出料方法，包括以下步骤：

a)向水压式沼气池内加入料液，发酵池、进料管和水压间中的料液在同一水平面上；

b)产气和用气：产气时，将发酵物料从进料管加入并通过进料口进入到管链式输送带中，发酵物料厌氧发酵产生沼气，沼气经管链式输送带上的微孔溢出，沼气持续积聚在发酵池中料液上方产生压力，当压力大于大气压时，迫使发酵池内的部分料液进入水压间内或经由水压间进入连通间内，使水压间或连通间内料液水位上升，浮球随水位上升而上升；用气时，沼气输出，发酵池中料液上方压力降低，水压间或连通间内料液水位下降，浮球随水位下降而下降；

c)随着反复的产气或用气，浮球做上升或下降运动，产生的动力经杠杆传至单向齿轮；单向齿轮定向转动带动管链式输送带内传送链传动，使发酵物料向前移动，移动至出料口将剩余发酵物料排出，传送链继续传动至进料口，参与下一轮循环，完成自动进出料。

本发明的有益效果：

1、本发明所述沼气池是基于自动进出料装置，该装置在原有的水压式沼气池基础上增加了浮球—杠杆动力驱动装置和管链式输送带，利用水压式沼气池“发酵产气”与“使用耗气”所造成的水压间液面升降所产生的动力，带动输送管内的沼气发酵物料从水压式沼气池的进料口进入发酵池完成厌氧发酵产气，剩余残渣随管链式输送带从出料口排出，完成沼气池的自动进出料，降低了户用水压式沼气池管理的劳动强度；在此过程中，利用管链式输送带将粪便、秸秆等可再生物质原料封闭通过发酵池，发酵产气后排出沼气池外，减少了沼气发酵原料在发酵间的沉积，减少大出料频率，延长沼气使用时间，提高了池容利用率和发酵效率；另外，将粪便、秸秆等发酵原料整体封闭于液面下完成发酵，解决了粪便、秸秆等沼气发酵原料易漂浮、结壳造成的产气效率低的问题；将沼气发酵物料包裹于输送管内完成发酵产气，发酵微生物附着于管道壁与发酵物料充分接触，随着发酵物料前行，减少了“发酵盲区”和“料液短路”等现象。

2、本发明所述沼气池的自动进出料方法不仅可以解决传统沼气池使用及维护过程中对劳动力的依赖，也可通过对秸秆的利用扩大沼气发酵物料的来源，将秸秆利用进户用沼气池中。这样既可以加强秸秆的综合利用，减少由于秸秆焚烧带来的环境污染，又可以保证户用沼气的发展，达到节能减排的目的。

附图说明

图1是实施例1所述沼气池的横切面结构示意图；

图2是实施例2所述沼气池的横切面结构示意图；

图3是用气后水压间的示意图；

图4是产气后水压间的示意图；

图5是管链式输送带的内部结构示意图；

图6是驱动装置的结构示意图；

其中：1、发酵池；2、进料管；3、水压间；4、自动进出料装置；5、管链式输送带；51、输送管；52、传动链；521、链条；522、传动板；6、驱动装置；61、单向齿轮；611、轮齿；612、销座；62、杠杆；63、浮球；7、进料口；8、出料口；9、微孔；10、连通间；11、连通器。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

一种自动进出料的水压式沼气池，如图1所示，包括发酵池1及与发酵池1池体相通的进料管2和水压间3，还包括横穿进料管2、发酵池1和水压间3的自动进出料装置4，该自动进出料装置4可根据情况拆卸脱离或安装于沼气池中；所述自动进出料装置4包括管链式输送带5和驱动装置6；所述管链式输送带5(如图5所示)包括输送管51和穿装在输送管内的传动链52；所述传动链52由多个首尾相接的链条521组成，所述传动链52上等距设置多个传动板522，所述传动板522贴合输送管51内壁并随传动链52移动；所述驱动装置6(如图6所示)包括固定在水压间3外侧壁上的单向齿轮61、与单向齿轮61中心轴连接的杠杆62和连接在杠杆62自由端的浮球63；所述单向齿轮61包括6个轮齿611，每个轮齿上设有销座612，销座612穿插过输送管51与输送管51内部的传动链52相啮合；所述杠杆62和浮球63均位于水压间3内，浮球63能随着水压间3内液面的升降而升降，产生浮力，进而将浮力通过杠杆62扩大后传给单向齿轮61，单向齿轮61受力发生转动时会带动传动链52传动；

所述管链式输送带5挤压形成第一弯折端和第二弯折端，所述第一弯折端卡接在发酵池1与进料管2连通处并通过设置在输送管51上的进料口7使管链式输送带5与进料管2连通，所述第二弯折端的内部设有驱动装置6，在第二弯折端外部还设有出料口8；在管链式输送带5的输送管51上设有可散溢沼气的微孔9。

沼气池在未产气时，进料管2、发酵池1、水压间3的料液在同一水平面上。当发酵物料从进料管2进入后会直接通过进料口7进入管链式输送带5内，随传动链52传动使发酵物料向前移动，进入发酵池1进行厌氧发酵反应，经微生物发酵分解而产生的沼气通过输送管51上的微孔9溢出，沼气上升到发酵池1顶部的贮气间，随着沼气的持续积聚便产生一定的压力，当沼气压力超过大气压力时，不断增高的气压迫使沼气池发酵池1内的部分料液进入与池体相通的水压间3内，发酵池1内水位下降，水压间3内水位上升，水压间3内的浮球63随水位上升而上升，如图4所示。

用气时，沼气输出，发酵池1顶部贮气间的压力逐渐减小，水压间3的料液回流至发酵池1以维持内、外压力新的平衡，发酵池1水位上升，水压间3水位下降，其内的浮球63随水位下降而下降，如图3所示。这样不断地“产气”和“用气”使得水压间3液面水位反复升降，浮球63也反复升降，浮球63升降产生的浮力经杠杆62传给单向齿轮61，单向齿轮61受力发生转动从而带动传动链52进行传动，剩余物料随传动链52继续进行向出料口8方向移动，移动至出料口8时将剩余物料排出，之后管链式输送带5内空置，返回至进料口7处接收新一轮发酵物料继续传送，如此反复。

如果产气太少，发酵池1产生的沼气速度跟不上用气需要，则发酵池1水位将逐渐与水压间3水位逐渐相平，最后压力差消失，沼气会停止输出。

实施例2

实施例2所述沼气池(如图2所示)与实施例1所述大体相同，不同之处在于：设置一连通间10，该连通间10通过连通器10与水压间3联通，连通间10的底面与水压间3的底面高度相同，连通器11一端设置在连通间10的底部，另一端设置在水压间3的底部。所述浮球63位于连通间10内，杠杆62呈弯折形状，连接浮球63和固定在水压间3外侧壁上的单向齿轮61。其它结构和使用方法均与实施例1相同。

实施例1或实施例2都是依靠浮球升降产生的动力带动传动链传动进而实现自动进出料，为了说明浮球产生的动力足够拉动传动链进行传动，提供以下证明：

水压间以长1.14m，宽0.57m规格为例：

水压间底面积＝1.14×0.57≈0.64㎡；

五口之家每一次做饭消耗沼气约为0.25㎡；

理想气体状态方程

考虑气体从发酵池到水压间压强变化，v≈0.21㎡；

水压间液面变化h＝0.21÷0.64≈0.33m；

常用浮球直径约为0.2m，浮力约为40n；

以浮球浮力为动力：

动力臂＝杠杆长度+浮球半径＝1m；

动力臂远支点端位移x＝h·cosθ≈0.3m；

拨动单向齿轮转动一次；

动力臂远支点端动力f1＝f浮·cosθ≈35n；

单向齿轮选用半径为0.08m；

f动·l动＝f阻·l阻

单向齿轮对传送链的作用力可以竖直提起约43.8㎏的物体，而发酵物料在水中斜向运动且有浮力，f拉＝438n，能够提供传送链运动所需动力。

需要说明的是，以上实施例仅为说明性的，并不以此限制本发明的保护范围，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下所做的同等替换、修改和变型，均属于本发明的保护范围。