一种生物质气化制氢的装置及方法

技术领域

本发明属于生物制氢技术领域，具体为一种生物质气化制氢的装置及方法。

背景技术

随着时代的发展，人们对环境的保护意识和保护体系已经越来越完善，人们对环保清洁能源的去求也日益强烈，氢能便是作为环保和洁净能源的主要选择之一，因为其不仅在地球上储备量丰富，并对其的制取技术也有了长足的进步。

现有的制氢手段主要包裹，由电解水制氢的物理手段，由热化学法制氢的化学手段和生物发酵制氢的生物制氢法，其中，前两种方式为了制氢消耗能源量巨大，但是生物制氢比较特殊，其实利用发酵菌对一些含糖物质，例如厨余垃圾等食物残渣或者一些含纤维素，果糖的物质等，发酵菌会分解糖类并产生氢气，并且还可以在发酵过程中将垃圾等物质分解，减少环境污染还能制备氢气，具体操作是将发酵菌与生物质混合投入发酵池内，发酵菌会对生物只进行分解，在厌氧分解时，发酵菌会产生醋酸为代表的主要产物，于是发酵池中PH值降低，导致发酵菌自身的生长环境受到影响，本发明提出一种新的生物制氢装置，其可以实时调节发酵池内的环境，例如PH值和温度等，为发酵菌提供最佳发酵环境，提高发酵菌的分解速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质气化制氢的装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物质气化制氢的装置及方法，包括发酵池、设于发酵池内腔壁的酸碱检测计、设于发酵池下方的集液桶、设于发酵池顶部的加热桶和抽水泵、设于加热桶内腔底部的加热器和设于加热器内壁的温度计、与发酵池内腔连通的排气管，所述集液桶中的盛放的溶液可通过抽水泵抽进加热桶中，所述发酵池内腔壁的两端均固定安装有四个连通管，位于所述发酵池两端的所述连通管两两对应且两两之间连通有五根热流管，每根所述热流管上均安装有六个缓释阀，位于所述发酵池右端的连通管通过连通管与加热桶的内腔连通，位于所述发酵池左端的连通管的外端固定安装有间歇截止阀，所述发酵池外部的左端还设有链轮传动机构且链轮传动机构与间歇截止阀内部的挡水罩传动连接，所述间歇截止阀位于集液桶内腔的正上方。

优选的，所述缓释阀包括其上开设有第一导流孔的外壳体，所述外壳体的内腔壁还设有限位环和限位条，所述外壳体的限位环下方设有内壳体，所述内壳体表面开设有滑槽和与限位环对应活动卡接的滑槽，所述外壳体的顶部固定安装有顶盖，所述顶盖和内壳体之间安装有弹簧，所述顶盖的底部设有与内壳体活动套接的导杆，所述外壳体安装于热流管表面的开口上，缓释阀的作用就是配合间歇截止阀运作，当间歇截止阀截止时，缓释阀会导通，当间歇截止阀导通时，缓释阀会截止。

优选的，所述第一导流孔和滑槽分别在外壳体和内壳体上各开设有上、中、下三层，所述第一导流孔和滑槽在竖直方向始终对齐，所述弹簧在未受内壳体压缩时，所述第一导流孔的上、中、下三层分别位于滑槽的上、中、下三层的下方且为错位状态，也就是在自然状态下，第一导流孔和滑槽之间不会重合。

优选的，所述内壳体向上移动并与限位环接触受到限位后，所述第一导流孔的上、中、下三层与滑槽的上、中、下三层完全重合，当热流管中的液压变大，会推挤向上内壳体，令内壳体克服弹簧弹力上行，并与限位环接触，当第一导流孔和滑槽重合之后，热流管内部和外环境之间被导通，热流管中的溶液可以通过缓释阀流到外部的物料中。

优选的，所述滑槽和限位条之间卡接限制了内壳体的轴向运动，所述导杆与内壳体的套接限制了内壳体的径向运动，限制内壳体轴向运动是为了方便第一导流孔和滑槽两者不会由于轴向运动而竖直不对齐，致使无法重合。

优选的，所述间歇截止阀还包括阻隔罩和固定罩，所述阻隔罩的表面开设有四个出水口，所述挡水罩轴承安装于阻隔罩且挡水罩的内侧安装有四个截止块，所述截止块与阻隔罩的表面接触，所述阻隔罩与固定罩固定安装，所述固定罩的下侧开设有排水口，所述阻隔罩固定安装于连通管，间歇截止阀的作用就是切换整个管路系统的导通和截止两种状态。

优选的，所述固定罩为一个空心罩状，所述固定罩与阻隔罩固定连接后与阻隔罩之间形成一个圆柱内腔且该圆柱内腔通过出水口与连通管的内腔连通，出水口可承接来自连通管中的溶液，溶液流经热流管和连通管通过出水口后会进入到固定罩和阻隔罩的圆柱内腔中，随后顺着排水口流到集液桶中。

优选的，四个所述截止块随着挡水罩转动可分别对四个出水口形成同步截止和同步导通两种状态，四个所述间歇截止阀中的出水口的截止状态和导通状态均同步，当出水口被截止时，连通管和热流管便为不流通状态，由于截止时突然发生的，故而溶液在一瞬间会造成水锤现象，致使热流管整体发生瞬时震动，且由于热流管为柔性管，其振动周期会相对延长，并且由于热流管安装时并未完全绷紧，故而其振动造成的损坏较小，由于发酵池中共设有二十根热流管，均匀分布在不同位置，一齐振动时可以达到搅拌发酵池中物料的效果。

优选的，将打碎后制氢原料和厌氧发酵菌充分混合后，发酵菌为醋酸杆菌菌属，通过进料斗投入到发酵池中，原料和发酵菌混合物将发酵池内部热流管和缓释阀均淹没，向集液桶中投入适量被稀释后的碳酸钠溶液，随后将投料斗密封关闭后启动制氢装置；

制氢装置的控制器启动抽水泵将集液桶中的碳酸钠溶液源源不断的输送到加热桶中，加热桶中的加热器将碳酸钠溶液加热到40度并恒温，保持出水口导通，于是加热桶中的碳酸钠溶液会流经连通管和热流管最终经过排水口被排放到集液桶中，再经过抽水泵循环流入到加热桶中，此过程中流经热流管的碳酸钠溶液会隔着热流管为外部的原料和发酵菌混合物升温到35度到40度左右，发酵菌在此范围内，其发酵的速率和效率最高；

当酸碱检测计检测到发酵池中原料和发酵菌混合物的PH值低于5.5时，控制器启动链轮传动机构的外部电机，于是链轮传动机构控制四个间歇截止阀中的挡水罩同步转动，于是间歇截止阀会在导通和截止两种状态之间切换，且当间歇截止阀截止时，热流管中的碳酸钠通液会通过缓释阀释放到原料和发酵菌混合物中，碳酸钠与发酵菌生成的醋酸发生中和反应形成醋酸钠和水，于是原料和发酵菌混合物的PH值升高，待酸碱检测计检测到PH值升高至6.0时，控制器终止链轮传动机构转动并保持间歇截止阀导通状态，由此循环往复维持原料和发酵菌混合物的PH稳定在6.0左右，并持续十小时发酵。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过加热器将加热桶中碳酸钠溶液加热恒温，并通过管道输送到热流管中，而热流管淹没在发酵池中混合物料中，且热流管在发酵池中的排布有多达二十根，其可以为发酵池中的混合发酵菌和生物质混合物料进行均匀受热，从而提高发酵池中混合物料的环境温度，并维持，达到温度调节的目的，未发酵菌提供最适合的生长温度范围，有利于提高发酵速率。

2、本发明通过酸碱检测计对发酵池中发酵菌和生物质物料混合物料的PH值进行实时检测，当PH值较低时，便控制器启动链轮传动机构，于是间歇截止阀中挡水罩会被带动旋转，截止块会对出水口实施间歇性截止，每次截止都会令热流管中的水压增大，从而令缓释阀导通，热流管中的溶液会在每次截止时，通过缓释阀流到外部的混合物料中，碳酸钠溶液会与发酵菌生成的醋酸发生中和反应，从而升高PH值至发酵菌最适合生长的数值，从而达到实时调控的效果。

3、本发明通过截止块对出水口的突然截止后，对热流管所造成的水锤现象，由于热流管属于柔性管，其易受到水锤现象的影响而发生振动，且由于热流管在发酵池中均匀排布，其一起振动时，可以大范围对物料形成搅拌，致使从缓释阀处排出的碳酸钠溶液会与物料混合的更加迅速、均匀，并且由于热流管浸没在物料中，故而物料的包覆作用也会对水锤现象产生缓冲，控制热流管振动幅度，保护热流管不受损坏。

附图说明

图1为本发明额发酵池内部结构图；

图2为本发明的链轮和集液桶结构示意图；

图3为本发明的热流管结构示意图；

图4为本发明的缓释阀结构示意图；

图5为本发明的外壳体的结构示意图；

图6为本发明的缓释阀和热流管的结构剖视图；

图7为本发明的间歇截止阀的结构分解图；

图8为本发明的间歇截止阀的结构剖视图；

图9为本发明的加热桶内部结构示意图。

图中：1、发酵池；2、集液桶；3、加热桶；4、加热器；5、抽水泵；6、链轮传动机构；7、连通管；8、热流管；9、缓释阀；91、外壳体；9101、第一导流孔；9102、限位环；9103、限位条；92、内壳体；9201、滑槽；93、顶盖；94、弹簧；95、导杆；10、间歇截止阀；101、阻隔罩；102、出水口；103、挡水罩；104、截止块；105、固定罩；106、排水口；11、排气管；12、温度计；13、酸碱检测计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明实施例中，一种生物质气化制氢的装置及方法，包括发酵池1、设于发酵池1内腔壁的酸碱检测计13、设于发酵池1下方的集液桶2、设于发酵池1顶部的加热桶3和抽水泵5、设于加热桶3内腔底部的加热器4和设于加热器4内壁的温度计12、与发酵池1内腔连通的排气管11，集液桶2中的盛放的溶液可通过抽水泵5抽进加热桶3中，发酵池1内腔壁的两端均固定安装有四个连通管7，位于发酵池1两端的连通管7两两对应且两两之间连通有五根热流管8，每根热流管8上均安装有六个缓释阀9，位于发酵池1右端的连通管7通过连通管与加热桶3的内腔连通，位于发酵池1左端的连通管7的外端固定安装有间歇截止阀10，发酵池1外部的左端还设有链轮传动机构6且链轮传动机构6与间歇截止阀10内部的挡水罩103传动连接，间歇截止阀10位于集液桶2内腔的正上方。

其中，缓释阀9包括其上开设有第一导流孔9101的外壳体91，外壳体91的内腔壁还设有限位环9102和限位条9103，外壳体91的限位环9102下方设有内壳体92，内壳体92表面开设有滑槽9201和与限位环9102对应活动卡接的滑槽9201，外壳体91的顶部固定安装有顶盖93，顶盖93和内壳体92之间安装有弹簧94，顶盖93的底部设有与内壳体92活动套接的导杆95，外壳体91安装于热流管8表面的开口上，缓释阀9的作用就是配合间歇截止阀10运作，当间歇截止阀10截止时，缓释阀9会导通，当间歇截止阀10导通时，缓释阀9会截止。

其中，第一导流孔9101和滑槽9201分别在外壳体91和内壳体92上各开设有上、中、下三层，第一导流孔9101和滑槽9201在竖直方向始终对齐，弹簧94在未受内壳体92压缩时，第一导流孔9101的上、中、下三层分别位于滑槽9201的上、中、下三层的下方且为错位状态，也就是在自然状态下，第一导流孔9101和滑槽9201之间不会重合。

其中，内壳体92向上移动并与限位环9102接触受到限位后，第一导流孔9101的上、中、下三层与滑槽9201的上、中、下三层完全重合，当热流管8中的液压变大，会推挤向上内壳体92，令内壳体92克服弹簧94弹力上行，并与限位环9102接触，当第一导流孔9101和滑槽9201重合之后，热流管8内部和外环境之间被导通，热流管8中的溶液可以通过缓释阀9流到外部的物料中。

其中，滑槽9201和限位条9103之间卡接限制了内壳体92的轴向运动，导杆95与内壳体92的套接限制了内壳体92的径向运动，限制内壳体92轴向运动是为了方便第一导流孔9101和滑槽9201两者不会由于轴向运动而竖直不对齐，致使无法重合。

其中，间歇截止阀10还包括阻隔罩101和固定罩105，阻隔罩101的表面开设有四个出水口102，挡水罩103轴承安装于阻隔罩101且挡水罩103的内侧安装有四个截止块104，截止块104与阻隔罩101的表面接触，阻隔罩101与固定罩105固定安装，固定罩105的下侧开设有排水口106，阻隔罩101固定安装于连通管7，间歇截止阀10的作用就是切换整个管路系统的导通和截止两种状态。

其中，固定罩105为一个空心罩状，固定罩105与阻隔罩101固定连接后与阻隔罩101之间形成一个圆柱内腔且该圆柱内腔通过出水口102与连通管7的内腔连通，出水口102可承接来自连通管7中的溶液，溶液流经热流管8和连通管7通过出水口102后会进入到固定罩105和阻隔罩101的圆柱内腔中，随后顺着排水口106流到集液桶2中。

其中，四个截止块104随着挡水罩103转动可分别对四个出水口102形成同步截止和同步导通两种状态，四个间歇截止阀10中的出水口102的截止状态和导通状态均同步，当出水口102被截止时，连通管7和热流管8便为不流通状态，由于截止时突然发生的，故而溶液在一瞬间会造成水锤现象，致使热流管8整体发生瞬时震动，且由于热流管8为柔性管，其振动周期会相对延长，并且由于热流管8安装时并未完全绷紧，故而其振动造成的损坏较小，由于发酵池1中共设有二十根热流管8，均匀分布在不同位置，一齐振动时可以达到搅拌发酵池1中物料的效果。

其中，将打碎后制氢原料和厌氧发酵菌充分混合后，发酵菌为醋酸杆菌菌属，通过进料斗投入到发酵池中，原料和发酵菌混合物将发酵池内部热流管和缓释阀均淹没，向集液桶中投入适量被稀释后的碳酸钠溶液，随后将投料斗密封关闭后启动制氢装置；

制氢装置的控制器启动抽水泵将集液桶中的碳酸钠溶液源源不断的输送到加热桶中，加热桶中的加热器将碳酸钠溶液加热到40度并恒温，保持出水口导通，于是加热桶中的碳酸钠溶液会流经连通管和热流管最终经过排水口被排放到集液桶中，再经过抽水泵循环流入到加热桶中，此过程中流经热流管的碳酸钠溶液会隔着热流管为外部的原料和发酵菌混合物升温到35度到40度左右，发酵菌在此范围内，其发酵的速率和效率最高；

当酸碱检测计检测到发酵池中原料和发酵菌混合物的PH值低于5.5时，控制器启动链轮传动机构的外部电机，于是链轮传动机构控制四个间歇截止阀中的挡水罩同步转动，于是间歇截止阀会在导通和截止两种状态之间切换，且当间歇截止阀截止时，热流管中的碳酸钠通液会通过缓释阀释放到原料和发酵菌混合物中，碳酸钠与发酵菌生成的醋酸发生中和反应形成醋酸钠和水，于是原料和发酵菌混合物的PH值升高，待酸碱检测计检测到PH值升高至6.0时，控制器终止链轮传动机构转动并保持间歇截止阀导通状态，由此循环往复维持原料和发酵菌混合物的PH稳定在6.0左右，并持续十小时发酵。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。