公布日：2024.12.24
申請日：2024.11.04
分類號：C02F11/04(2006.01)I
摘要
本發明提供了一種淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，包括太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統、熱泵機組以及中高溫污泥厭氧消化系統；太陽能熱水器裝置與地埋管地下采集系統均與熱泵機組的一側熱傳導連接，用于提供熱能，熱泵機組的另一側與中高溫污泥厭氧消化系統熱傳導連接，用于將熱能傳遞至中高溫污泥厭氧消化系統。本發明實現了污泥厭氧消化系統中，綠色清潔可再生能源替代傳統化石能源為污泥厭氧消化供給熱能，避免了因燃燒傳統化石能源而產生的污染物、排放大量的溫室氣體等問題，同時，也節省了能源購置費用，建設鍋爐設施，將土地資源利用最大化，既實現了較高的環境效益，也實現了較高的經濟效益。
權利要求書
1.一種淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，包括太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統、熱泵機組以及中高溫污泥厭氧消化系統；所述太陽能熱水器裝置與地埋管地下采集系統均與所述熱泵機組的一側熱傳導連接，用于提供熱能，所述熱泵機組的另一側與所述中高溫污泥厭氧消化系統熱傳導連接，用于將熱能傳遞至中高溫污泥厭氧消化系統。
2.根據權利要求1所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述太陽能熱水器裝置包括太陽能集熱器(1)、循環工質出口管(3)、換熱銅管(10)、太陽能集熱水箱(32)以及循環工質入口管；所述太陽能集熱器(1)與循環工質出口管(3)的入口連接，所述循環工質出口管(3)的出口位于太陽能集熱水箱(32)內部，并通過換熱銅管(10)連接循環工質入口管的入口，所述循環工質入口管的出口與太陽能集熱器(1)連接；所述太陽能集熱水箱(32)通過第一熱水出口管(11)與第一冷水進口管(14)與熱泵機組連接，所述第一熱水出口管(11)的入口與太陽能集熱水箱(32)連通，所述第一熱水出口管(11)的出口與第一冷水進口管(14)的入口連接；所述第一冷水進口管(14)的出口與太陽能集熱水箱(32)連通，所述第一熱水出口管(11)的出口與第一冷水進口管(14)的入口連通，并形成水源測換熱管段，所述水源測換熱管段用于與熱泵機組實現熱交換。
3.根據權利要求1所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述地埋管地下采集系統包括地下換熱器(30)，所述地下換熱器(30)設置在地下巖土層(31)中；所述地下換熱器(30)通過第二熱水出口管與第二冷水進口管與熱泵機組連接，所述第二熱水出口管的入口與地下換熱器(30)連通，所述第二熱水出口管的出口與第二冷水進口管的入口連接；所述第二冷水進口管的出口與地下換熱器(30)連通，所述第二熱水出口管的出口與第二冷水進口管的入口連通，并形成水源測換熱管段，所述水源測換熱管段用于與熱泵機組實現熱交換。
4.根據權利要求1所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統與熱泵機組之間設置有水源測水循環組件；所述水源測水循環組件包括水源側集水器(12)與水源側分水器(15)，所述水源側集水器(12)的入口分別與所述太陽能熱水器裝置所具有的第一熱水出口管(11)的出口與所述地埋管地下采集系統所具有的第二熱水出口管的出口連接；所述水源側集水器(12)的出口與水源側分水器(15)的入口之間形成有水源測換熱管段，所述水源側分水器(15)的出口分別與太陽能熱水器裝置所具有的第一冷水進口管(14)與地埋管地下采集系統所具有的第二冷水進口管的入口連接。
5.根據權利要求4所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述水源測水循環組件還包括第一軟化水箱(13)，所述第一軟化水箱(13)連通至所述水源側集水器(12)出口處的水源測換熱管段。
6.根據權利要求1所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述中高溫污泥厭氧消化系統包括儲氣罐(23)、中高溫污泥厭氧反應罐(25)、污泥預處理槽(26)、污泥加熱器(27)、污泥池(28)、冷水出口管以及熱水進口管；所述儲氣罐(23)與中高溫污泥厭氧反應罐(25)連通，所述污泥池(28)與污泥加熱器(27)連通，所述中高溫污泥厭氧反應罐(25)、污泥預處理槽(26)以及污泥加熱器(27)均與冷水出口管的入口連通；所述冷水出口管的出口與熱水進口管的入口連通，并形成末端換熱管段，所述熱水進口管的出口分別與中高溫污泥厭氧反應罐(25)、污泥預處理槽(26)以及污泥加熱器(27)連通。
7.根據權利要求1所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述熱泵機組與中高溫污泥厭氧消化系統之間設置有末端水循環組件，所述末端水循環組件包括末端集水器(21)與末端分水器(22)；所述末端集水器(21)的入口與所述中高溫污泥厭氧消化系統所具有的冷水出口管的出口連通，所述末端集水器(21)的出口與末端分水器(22)的入口之間形成有末端換熱管段，所述末端分水器(22)的出口與所述中高溫污泥厭氧消化系統所具有的熱水進口管的入口連接。
8.根據權利要求7所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述末端水循環組件還包括第二軟化水箱(20)，所述第二軟化水箱(20)連通至所述末端集水器(21)出口處的第二換熱管。
9.根據權利要求2所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述太陽能熱水器裝置還包括集熱器溫度傳感器(2)、自控裝置(4)、太陽能水箱溫度傳感器(6)、太陽能水箱液位器(8)、膨脹罐(7)、排氣閥(9)以及聯動控制閥門(34)；所述集熱器溫度傳感器(2)設置在太陽能集熱器(1)上，所述太陽能水箱溫度傳感器(6)與太陽能水箱液位器(8)均設置在太陽能集熱水箱(32)內部，所述排氣閥(9)設置你在太陽能集熱水箱(32)頂部，所述膨脹罐(7)與循環工質入口管的入口處連通；所述聯動控制閥門(34)設置在循環工質入口管與循環工質出口管(3)上，所述集熱器溫度傳感器(2)、太陽能水箱溫度傳感器(6)、太陽能水箱液位器(8)、以及聯動控制閥門(34)均與所述自控裝置(4)信號連接。
10.根據權利要求1所述的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，其特征在于，所述熱泵機組包括依次首尾連接的蒸發器(16)、壓縮機(19)、冷凝器(18)以及膨脹閥(17)；所述蒸發器(16)與太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統熱傳導連接，所述冷凝器(18)與中高溫污泥厭氧消化系統熱傳導連接。
發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統。
根據本發明提供的淺層地熱能耦合太陽能的污泥中高溫厭氧消化系統，包括太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統、熱泵機組以及中高溫污泥厭氧消化系統；
所述太陽能熱水器裝置與地埋管地下采集系統均與所述熱泵機組的一側熱傳導連接，用于提供熱能，所述熱泵機組的另一側與所述中高溫污泥厭氧消化系統熱傳導連接，用于將熱能傳遞至中高溫污泥厭氧消化系統。
優選地，所述太陽能熱水器裝置包括太陽能集熱器、循環工質出口管、換熱銅管、太陽能集熱水箱以及循環工質入口管；
所述太陽能集熱器與循環工質出口管的入口連接，所述循環工質出口管的出口位于太陽能集熱水箱內部，并通過換熱銅管連接循環工質入口管的入口，所述循環工質入口管的出口與太陽能集熱器連接；
所述太陽能集熱水箱通過第一熱水出口管與第一冷水進口管與熱泵機組連接，所述第一熱水出口管的入口與太陽能集熱水箱連通，所述第一熱水出口管的出口與第一冷水進口管的入口連接；
所述第一冷水進口管的出口與太陽能集熱水箱連通，所述第一熱水出口管的出口與第一冷水進口管的入口連通，并形成水源測換熱管段，所述水源測換熱管段用于與熱泵機組實現熱交換。
優選地，所述地埋管地下采集系統包括地下換熱器，所述地下換熱器設置在地下巖土層中；
所述地下換熱器通過第二熱水出口管與第二冷水進口管與熱泵機組連接，所述第二熱水出口管的入口與地下換熱器連通，所述第二熱水出口管的出口與第二冷水進口管的入口連接；
所述第二冷水進口管的出口與地下換熱器連通，所述第二熱水出口管的出口與第二冷水進口管的入口連通，并形成水源測換熱管段，所述水源測換熱管段用于與熱泵機組實現熱交換。
優選地，所述太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統與熱泵機組之間設置有水源測水循環組件；
所述水源測水循環組件包括水源側集水器與水源側分水器，所述水源側集水器的入口分別與所述太陽能熱水器裝置所具有的第一熱水出口管的出口與所述地埋管地下采集系統所具有的第二熱水出口管的出口連接；
所述水源側集水器的出口與水源側分水器的入口之間形成有水源測換熱管段，所述水源側分水器的出口分別與太陽能熱水器裝置所具有的第一冷水進口管與地埋管地下采集系統所具有的第二冷水進口管的入口連接。
優選地，所述水源測水循環組件還包括第一軟化水箱，所述第一軟化水箱連通至所述水源側集水器出口處的水源測換熱管段。
優選地，所述中高溫污泥厭氧消化系統包括儲氣罐、中高溫污泥厭氧反應罐、污泥預處理槽、污泥加熱器、污泥池、冷水出口管以及熱水進口管；
所述儲氣罐與中高溫污泥厭氧反應罐連通，所述污泥池與污泥加熱器連通，所述中高溫污泥厭氧反應罐、污泥預處理槽以及污泥加熱器均與冷水出口管的入口連通；
所述冷水出口管的出口與熱水進口管的入口連通，并形成末端換熱管段，所述熱水進口管的出口分別與中高溫污泥厭氧反應罐、污泥預處理槽以及污泥加熱器連通。
優選地，所述熱泵機組與中高溫污泥厭氧消化系統之間設置有末端水循環組件，所述末端水循環組件包括末端集水器與末端分水器；
所述末端集水器的入口與所述中高溫污泥厭氧消化系統所具有的冷水出口管的出口連通，所述末端集水器的出口與末端分水器的入口之間形成有末端換熱管段，所述末端分水器的出口與所述中高溫污泥厭氧消化系統所具有的熱水進口管的入口連接。
優選地，所述末端水循環組件還包括第二軟化水箱，所述第二軟化水箱連通至所述末端集水器出口處的第二換熱管。
優選地，所述太陽能熱水器裝置還包括集熱器溫度傳感器、自控裝置、太陽能水箱溫度傳感器、太陽能水箱液位器、膨脹罐、排氣閥以及聯動控制閥門；
所述集熱器溫度傳感器設置在太陽能集熱器上，所述太陽能水箱溫度傳感器與太陽能水箱液位器均設置在太陽能集熱水箱內部，所述排氣閥設置你在太陽能集熱水箱頂部，所述膨脹罐與循環工質入口管的入口處連通；
所述聯動控制閥門設置在循環工質入口管與循環工質出口管上，所述集熱器溫度傳感器、太陽能水箱溫度傳感器、太陽能水箱液位器、以及聯動控制閥門均與所述自控裝置信號連接。
優選地，所述熱泵機組包括依次首尾連接的蒸發器、壓縮機、冷凝器以及膨脹閥；
所述蒸發器與太陽能熱水器裝置、地埋管地下采集系統熱傳導連接，所述冷凝器與中高溫污泥厭氧消化系統熱傳導連接。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
1、本發明實現了污泥厭氧消化系統中，綠色清潔可再生能源替代傳統化石能源為污泥厭氧消化供給熱能，避免了因燃燒傳統化石能源而產生的污染物、排放大量的溫室氣體等問題，同時，也節省了能源購置費用，建設鍋爐設施，將土地資源利用最大化，既實現了較高的環境效益，也實現了較高的經濟效益。
2、本發明將淺層地熱能與太陽能耦合供給熱能，解決了單一能源的局限性，綜合兩種能源的優勢特點，既解決了淺層地熱能開發利用的冷堆積現象，也解決了太陽能利用受環境及氣候影響的不穩定性，同時，也將太陽能多余熱能用于巖土熱儲，實現能源梯級利用，綜上兩者相輔相成，提高了系統的高效性、穩定性與可持續性。
3、本發明將淺層地熱能與太陽能耦合，結合熱泵技術為工業生產供給熱能，整個系統，利用溫度傳感器、液位傳感器、聯動控制閥門等其他自控裝置，實現智能控制，能夠精準控制系統高效運行，同時系統熱能轉換載體水是封閉循環利用，該專利既不消耗水源也不會造成能量的損失，節約了水資源與能源。
（發明人：朱柯;龐洪濤;曹效鑫;李朋;江樂勇;張璐晶;侯鋒）
