公布日：2024.12.24
申请日：2024.11.04
分类号：C02F11/04(2006.01)I
摘要
本发明提供了一种浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，包括太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统、热泵机组以及中高温污泥厌氧消化系统；太阳能热水器装置与地埋管地下采集系统均与热泵机组的一侧热传导连接，用于提供热能，热泵机组的另一侧与中高温污泥厌氧消化系统热传导连接，用于将热能传递至中高温污泥厌氧消化系统。本发明实现了污泥厌氧消化系统中，绿色清洁可再生能源替代传统化石能源为污泥厌氧消化供给热能，避免了因燃烧传统化石能源而产生的污染物、排放大量的温室气体等问题，同时，也节省了能源购置费用，建设锅炉设施，将土地资源利用最大化，既实现了较高的环境效益，也实现了较高的经济效益。
权利要求书
1.一种浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，包括太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统、热泵机组以及中高温污泥厌氧消化系统；所述太阳能热水器装置与地埋管地下采集系统均与所述热泵机组的一侧热传导连接，用于提供热能，所述热泵机组的另一侧与所述中高温污泥厌氧消化系统热传导连接，用于将热能传递至中高温污泥厌氧消化系统。
2.根据权利要求1所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述太阳能热水器装置包括太阳能集热器(1)、循环工质出口管(3)、换热铜管(10)、太阳能集热水箱(32)以及循环工质入口管；所述太阳能集热器(1)与循环工质出口管(3)的入口连接，所述循环工质出口管(3)的出口位于太阳能集热水箱(32)内部，并通过换热铜管(10)连接循环工质入口管的入口，所述循环工质入口管的出口与太阳能集热器(1)连接；所述太阳能集热水箱(32)通过第一热水出口管(11)与第一冷水进口管(14)与热泵机组连接，所述第一热水出口管(11)的入口与太阳能集热水箱(32)连通，所述第一热水出口管(11)的出口与第一冷水进口管(14)的入口连接；所述第一冷水进口管(14)的出口与太阳能集热水箱(32)连通，所述第一热水出口管(11)的出口与第一冷水进口管(14)的入口连通，并形成水源测换热管段，所述水源测换热管段用于与热泵机组实现热交换。
3.根据权利要求1所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述地埋管地下采集系统包括地下换热器(30)，所述地下换热器(30)设置在地下岩土层(31)中；所述地下换热器(30)通过第二热水出口管与第二冷水进口管与热泵机组连接，所述第二热水出口管的入口与地下换热器(30)连通，所述第二热水出口管的出口与第二冷水进口管的入口连接；所述第二冷水进口管的出口与地下换热器(30)连通，所述第二热水出口管的出口与第二冷水进口管的入口连通，并形成水源测换热管段，所述水源测换热管段用于与热泵机组实现热交换。
4.根据权利要求1所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统与热泵机组之间设置有水源测水循环组件；所述水源测水循环组件包括水源侧集水器(12)与水源侧分水器(15)，所述水源侧集水器(12)的入口分别与所述太阳能热水器装置所具有的第一热水出口管(11)的出口与所述地埋管地下采集系统所具有的第二热水出口管的出口连接；所述水源侧集水器(12)的出口与水源侧分水器(15)的入口之间形成有水源测换热管段，所述水源侧分水器(15)的出口分别与太阳能热水器装置所具有的第一冷水进口管(14)与地埋管地下采集系统所具有的第二冷水进口管的入口连接。
5.根据权利要求4所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述水源测水循环组件还包括第一软化水箱(13)，所述第一软化水箱(13)连通至所述水源侧集水器(12)出口处的水源测换热管段。
6.根据权利要求1所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述中高温污泥厌氧消化系统包括储气罐(23)、中高温污泥厌氧反应罐(25)、污泥预处理槽(26)、污泥加热器(27)、污泥池(28)、冷水出口管以及热水进口管；所述储气罐(23)与中高温污泥厌氧反应罐(25)连通，所述污泥池(28)与污泥加热器(27)连通，所述中高温污泥厌氧反应罐(25)、污泥预处理槽(26)以及污泥加热器(27)均与冷水出口管的入口连通；所述冷水出口管的出口与热水进口管的入口连通，并形成末端换热管段，所述热水进口管的出口分别与中高温污泥厌氧反应罐(25)、污泥预处理槽(26)以及污泥加热器(27)连通。
7.根据权利要求1所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述热泵机组与中高温污泥厌氧消化系统之间设置有末端水循环组件，所述末端水循环组件包括末端集水器(21)与末端分水器(22)；所述末端集水器(21)的入口与所述中高温污泥厌氧消化系统所具有的冷水出口管的出口连通，所述末端集水器(21)的出口与末端分水器(22)的入口之间形成有末端换热管段，所述末端分水器(22)的出口与所述中高温污泥厌氧消化系统所具有的热水进口管的入口连接。
8.根据权利要求7所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述末端水循环组件还包括第二软化水箱(20)，所述第二软化水箱(20)连通至所述末端集水器(21)出口处的第二换热管。
9.根据权利要求2所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述太阳能热水器装置还包括集热器温度传感器(2)、自控装置(4)、太阳能水箱温度传感器(6)、太阳能水箱液位器(8)、膨胀罐(7)、排气阀(9)以及联动控制阀门(34)；所述集热器温度传感器(2)设置在太阳能集热器(1)上，所述太阳能水箱温度传感器(6)与太阳能水箱液位器(8)均设置在太阳能集热水箱(32)内部，所述排气阀(9)设置你在太阳能集热水箱(32)顶部，所述膨胀罐(7)与循环工质入口管的入口处连通；所述联动控制阀门(34)设置在循环工质入口管与循环工质出口管(3)上，所述集热器温度传感器(2)、太阳能水箱温度传感器(6)、太阳能水箱液位器(8)、以及联动控制阀门(34)均与所述自控装置(4)信号连接。
10.根据权利要求1所述的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，其特征在于，所述热泵机组包括依次首尾连接的蒸发器(16)、压缩机(19)、冷凝器(18)以及膨胀阀(17)；所述蒸发器(16)与太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统热传导连接，所述冷凝器(18)与中高温污泥厌氧消化系统热传导连接。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统。
根据本发明提供的浅层地热能耦合太阳能的污泥中高温厌氧消化系统，包括太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统、热泵机组以及中高温污泥厌氧消化系统；
所述太阳能热水器装置与地埋管地下采集系统均与所述热泵机组的一侧热传导连接，用于提供热能，所述热泵机组的另一侧与所述中高温污泥厌氧消化系统热传导连接，用于将热能传递至中高温污泥厌氧消化系统。
优选地，所述太阳能热水器装置包括太阳能集热器、循环工质出口管、换热铜管、太阳能集热水箱以及循环工质入口管；
所述太阳能集热器与循环工质出口管的入口连接，所述循环工质出口管的出口位于太阳能集热水箱内部，并通过换热铜管连接循环工质入口管的入口，所述循环工质入口管的出口与太阳能集热器连接；
所述太阳能集热水箱通过第一热水出口管与第一冷水进口管与热泵机组连接，所述第一热水出口管的入口与太阳能集热水箱连通，所述第一热水出口管的出口与第一冷水进口管的入口连接；
所述第一冷水进口管的出口与太阳能集热水箱连通，所述第一热水出口管的出口与第一冷水进口管的入口连通，并形成水源测换热管段，所述水源测换热管段用于与热泵机组实现热交换。
优选地，所述地埋管地下采集系统包括地下换热器，所述地下换热器设置在地下岩土层中；
所述地下换热器通过第二热水出口管与第二冷水进口管与热泵机组连接，所述第二热水出口管的入口与地下换热器连通，所述第二热水出口管的出口与第二冷水进口管的入口连接；
所述第二冷水进口管的出口与地下换热器连通，所述第二热水出口管的出口与第二冷水进口管的入口连通，并形成水源测换热管段，所述水源测换热管段用于与热泵机组实现热交换。
优选地，所述太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统与热泵机组之间设置有水源测水循环组件；
所述水源测水循环组件包括水源侧集水器与水源侧分水器，所述水源侧集水器的入口分别与所述太阳能热水器装置所具有的第一热水出口管的出口与所述地埋管地下采集系统所具有的第二热水出口管的出口连接；
所述水源侧集水器的出口与水源侧分水器的入口之间形成有水源测换热管段，所述水源侧分水器的出口分别与太阳能热水器装置所具有的第一冷水进口管与地埋管地下采集系统所具有的第二冷水进口管的入口连接。
优选地，所述水源测水循环组件还包括第一软化水箱，所述第一软化水箱连通至所述水源侧集水器出口处的水源测换热管段。
优选地，所述中高温污泥厌氧消化系统包括储气罐、中高温污泥厌氧反应罐、污泥预处理槽、污泥加热器、污泥池、冷水出口管以及热水进口管；
所述储气罐与中高温污泥厌氧反应罐连通，所述污泥池与污泥加热器连通，所述中高温污泥厌氧反应罐、污泥预处理槽以及污泥加热器均与冷水出口管的入口连通；
所述冷水出口管的出口与热水进口管的入口连通，并形成末端换热管段，所述热水进口管的出口分别与中高温污泥厌氧反应罐、污泥预处理槽以及污泥加热器连通。
优选地，所述热泵机组与中高温污泥厌氧消化系统之间设置有末端水循环组件，所述末端水循环组件包括末端集水器与末端分水器；
所述末端集水器的入口与所述中高温污泥厌氧消化系统所具有的冷水出口管的出口连通，所述末端集水器的出口与末端分水器的入口之间形成有末端换热管段，所述末端分水器的出口与所述中高温污泥厌氧消化系统所具有的热水进口管的入口连接。
优选地，所述末端水循环组件还包括第二软化水箱，所述第二软化水箱连通至所述末端集水器出口处的第二换热管。
优选地，所述太阳能热水器装置还包括集热器温度传感器、自控装置、太阳能水箱温度传感器、太阳能水箱液位器、膨胀罐、排气阀以及联动控制阀门；
所述集热器温度传感器设置在太阳能集热器上，所述太阳能水箱温度传感器与太阳能水箱液位器均设置在太阳能集热水箱内部，所述排气阀设置你在太阳能集热水箱顶部，所述膨胀罐与循环工质入口管的入口处连通；
所述联动控制阀门设置在循环工质入口管与循环工质出口管上，所述集热器温度传感器、太阳能水箱温度传感器、太阳能水箱液位器、以及联动控制阀门均与所述自控装置信号连接。
优选地，所述热泵机组包括依次首尾连接的蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀；
所述蒸发器与太阳能热水器装置、地埋管地下采集系统热传导连接，所述冷凝器与中高温污泥厌氧消化系统热传导连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明实现了污泥厌氧消化系统中，绿色清洁可再生能源替代传统化石能源为污泥厌氧消化供给热能，避免了因燃烧传统化石能源而产生的污染物、排放大量的温室气体等问题，同时，也节省了能源购置费用，建设锅炉设施，将土地资源利用最大化，既实现了较高的环境效益，也实现了较高的经济效益。
2、本发明将浅层地热能与太阳能耦合供给热能，解决了单一能源的局限性，综合两种能源的优势特点，既解决了浅层地热能开发利用的冷堆积现象，也解决了太阳能利用受环境及气候影响的不稳定性，同时，也将太阳能多余热能用于岩土热储，实现能源梯级利用，综上两者相辅相成，提高了系统的高效性、稳定性与可持续性。
3、本发明将浅层地热能与太阳能耦合，结合热泵技术为工业生产供给热能，整个系统，利用温度传感器、液位传感器、联动控制阀门等其他自控装置，实现智能控制，能够精准控制系统高效运行，同时系统热能转换载体水是封闭循环利用，该专利既不消耗水源也不会造成能量的损失，节约了水资源与能源。
（发明人：朱柯;庞洪涛;曹效鑫;李朋;江乐勇;张璐晶;侯锋）
