Лабораторна установка для отримання біогазу

Реферат: Лабораторна установка для отримання біогазу складається з термокамери в яку вміщено резервуар-генератор, обладнаний підігрівником, що з'єднаний з джерелом електроенергії, газозбірника, системи еластичних полімерних трубок з роз'ємною муфтою, кульковим краном та затискачами. Як резервуар-генератор використана скляна 3-х літрова банка, герметично закрита кришкою з гумовою прокладкою та газозабірним краном, з'єднаним з еластичною полімерною трубкою із затискачем з газозбірником, яким є дволітрова банка, наповнена водою. UA 69130 U (54) ЛАБОРАТОРНА УСТАНОВКА ДЛЯ ОТРИМАННЯ БІОГАЗУ UA 69130 U UA 69130 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі сільськогосподарського машинобудування, зокрема, до пристроїв, дія яких скерована на покращення екологічної ситуації шляхом утилізації гною, побутових та промислових відходів, а саме до пристроїв для одержання біогазу з гною тваринницьких приміщень та промислових відходів. Заявлений пристрій може бути використаний в установах, що розробляють технічну документацію при виготовленні пристроїв для утилізації побутових відходів, а також в наукововиробничих установах, що розробляють окремі елементи технології виробництва біогазу з побутових відходів та відходів тваринницьких приміщень з метою удосконалення подібних пристроїв. Відома «Установка для отримання біогазу» (Патент України на винахід № 46807). Установка містить біореактор з газопроводом, вертикально встановлені відвідний та вихідний трубопроводи з патрубками, які приєднані до корпуса біореактора під кутом один до одного, теплообмінник, з'єднаний з водогрійним котлом, рециркуляційний насос, при цьому в неї введені виносні теплообмінники, організовано циркуляцію субстрату, причому кожен з них з'єднаний котлом і трубопроводом для підведення біогазу, сполучений з компресором і фільтром, а тяговою трубою - з ємністю-сепаратором, що відвідною трубою з'єднаний з біореактором і трубою для відведення газу в газопровід, а підтрубний простір теплообмінників підвідним трубопроводом сполучений біореактором. Установка забезпечує вихід біогазу та виробництво біодобрива. Відомий також «Біогазовий реактор» (Деклараційний патент України на винахід № 21546 А). Біогазовий реактор містить резервуар, закритий ковпаком, який встановлений з можливістю руху по напряму ковпака, трубу споживача та манометр, що розташовані в ковпаку, при цьому в нього введено повальні колосникові решітки з вмонтованим нагрівником з можливістю зміни гідравлічного опору за допомогою регулятора, причому колосникові решітки розташовані в резервуарі і ділять його на три секції, кожна з яких має оглядові вікна, шахти завантаження біомаси із заслінками, додаткові труби споживача, що приєднані в одну мережу і з'єднані з кожною секцією резервуару, крім того в нижній частині резервуару розміщена ємність для збору біодобрив із заслінкою, причому колосникові решітки шарнірно з'єднані з резервуаром та кінематично зв'язані з віброактиватором. Реактор забезпечує також вихід біогазу та виробництво біодобрива. Відомий «Ферментатор біогазу» (Патент України на винахід № 78110). Ферментатор біогазу має ізольований робочий об'єм метанового бродіння, герметичний газозбірник, насоси завантаження, придонного перемішування біомаси і вивантаження старого мулу, засоби плавучості. При цьому герметизований газозбірник виконано світло прозорим для видимого спектра і обладнано обертовим іммобілізатором метанових мікроорганізмів із щілинними світло- і газопідводами, розміщеними на межі газ-суспензія, а насос завантаження обладнаний бункером і шнековими подавачами мулу чи біомаси. Ферментатор забезпечує вихід біогазу та біодобрива. Відома також «Біогазова установка» (Патент України на корисну модель № 22239). Біогазова установка, що містить камеру анаеробного зброджування, аеробну камеру з аераторами, а також газгольдер змінного об'єму. При цьому біогазова установка додатково містить повітряну камеру з клапаном всмоктування і клапанами його нагрівання, з'єднаними з аераторами, і елемент зміни об'єму газгольдера, з'єднаний з повітряною камерою, таким чином, що при зміні об'єму газгольдера змінюється об'єм і повітряної камери. Крім того установка містить стінку, яка відокремлює повітряну камеру від газгольдера, має високу теплопровідність, а зовні стінки повітряної камери і газгольдера, має низьку теплопровідність. Біогазова установка забезпечує вихід біогазу та біодобрива. Відома також «Установка «КОАЛА» для одержання біогазу та органічних добрив» (Патент України на корисну модель № 22699). Установка для одержання біогазу та органічних добрив, що містить резервуар, в якому розміщені контейнери мають зверху герметичні кришки, зворотні клапани та гнучкі шланги, які з'єднані з магістральним газопроводом, через газовий редуктор з'єднаний з газовим котлом, із якого водяна трубка переходить через резервуар. Установка забезпечує одержання біогазу та органічних добрив. Відома біогазова установка (Патент України на корисну модель № 12179 ). Біогазова установка містить резервуар з вхідним і вихідним патрубками, газовий кран, встановлений в резервуарі з можливістю вертикального періщення і обертального руху та патрубок для виходу газу, при цьому газовий ковпак містить люки з герметичними кришками і встановленні під ними бездонні шахти, які у верхній частині виконані по периметру суцільними і 1 UA 69130 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щільно з'єднані з газовим ковпаком, а нижні частини шахт виконані у вигляді вертикальних напрямків, в яких розташовані плавучі проникні контейнери, а верхня суцільна частина бездонних шахт виконана звуженою до верху. Пристрій забезпечує вихід біогазу та біодобрива. Недоліком перерахованих відомих пристроїв є те, що відомі пристрої являються установками для промислового або побутового використання з метою утворення біогазу та органічного добрива і не можуть бути застосовані в лабораторних умовах для науково-дослідної діяльності. Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється є «Біогазогенератор побутовий Дутчака». (Патент України на винахід № 8267 С1) Відомий біогазогенератор побутовий являє собою закритий резервуар, обладнаний пристроями для подачі відходів, відводу та збирання біогазу і забродженої біомаси, при цьому його резервуар-реактор орієнтований на південь, шарнірно закріплений на нерухомій основі, виконаний з подвійними стінками, порожнина між якими заповнена теплоізоляційним матеріалом і являється газозбірником, передня бічна частина резервуара-реактора закрита прозорою стінкою, а завантажувально-зливна горловина герметично закрита еластичною діафрагмою, що з'єднана з фільтром-мішалкою та газовідвідною трубою. Крім того, усередині резервуара-реактора влаштований підігрівник, зв'язаний з окремим джерелом тепла і, крім того, резервуар-реактор обладнаний пристроями для контролю температури біомаси, тиску біогазу, продувки газозбірника і відводу конденсату. Заявлений пристрій і прототип мають суттєві спільні ознаки: пристрій складається з термокамери, в яку вміщено резервуар - генератор, обладнаний підігрівником, що з'єднаний з джерелом електроенергії, газозбірника, системи еластичних полімерних трубок з роз'ємною муфтою кульковим краном та затискачами. Недолік біогазогенератора побутового Дутчака полягає в тому, що в процесі бродіння біомаси не витримуються найсприятливіші для виділення біогазу температурні умови, в зв'язку з тим, що за відсутності терморегулятора не підтримується постійна регульована температура великої кількості гною. Заявлена нами лабораторна біоустановка усуває недоліки прототипу і забезпечує підтримання заданої температури протягом всього циклу бродіння, а також можливість застосування біогазових установок в лабораторних умовах для науково-дослідної діяльності, оскільки вона є переносним і малогабаритним пристроєм, що дає можливість встановити його в лабораторії. В основу корисної моделі поставлена задача створити лабораторну установку для одержання біогазу, яка надає можливість в лабораторних умовах виявити об'єм і якісний склад біогазу, який виділяється при фіксованих температурах перебіг процесу бродіння, виявити температуру або температурний діапазон, при якому виділяється максимальна кількість біогазу при мінімальній затраті електроенергії, а також одержання зразків органічного добрива для подальших визначень вмісту кількості корисних для рослин таких елементів: азоту, фосфору, калію. Заявлена установка переносна, зручна у застосуванні, економічно вигідна для установ, де застосовується. Технічний результат пристрою досягається тим, що як резервуар-генератор використана скляна 3-х літрова банка, герметично закрита кришкою з гумовою прокладкою та газозабірним краном, з'єднаним з еластичною полімерною трубкою із затискачем з газозбірником, яким є дволітрова банка, наповнена водою, з'єднана за допомогою еластичної трубки через отвір у герметичній кришці з порожньою 2 л банкою з можливістю збирання води, витісненої утвореним у генераторі біогазом, що надходить у газозбірник. При цьому у кришку генератора вмонтована гумова заглушка, з можливістю вводити без порушення герметичності генератора спеціально підібрані хімічні реактиви для прискорення процесу бродіння гною, а як підігрівник використані дві електричні лампи (60 Ват), які через термореле з'єднані електричною мережею з можливістю регулювання заданої постійної температури у термокамері. Заявленим пристроєм вирішується задача: вдосконалити побутовий біогазогенератор, шляхом створення умов для зброджування будь-яких відходів біосировини селянського господарства з максимальним використанням природної енергії, чим досягається можливість експлуатації його в різних природно-кліматичних умовах. Інтенсивне виділення біогазу з реактора наступає при температурі біомаси в реакторі 32-40 °C і триває до 15 діб. Таким чином біогазогенератор забезпечує виконання поставленої технічної задачі. 2 UA 69130 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При проведенні патентно-інформаційного пошуку авторами знайдено технічне рішення, що містить найбільшу кількість суттєвих ознак, спільних із заявленою установкою: пристрій складається з термокамери, в яку вміщено резервуар генератор, обладнаний підігрівником, що з'єднаний з джерелом електроенергії, газозбірника, системи еластичних полімерних трубок з роз'ємною муфтою, кульковим краном та затискачами. Однак наявність зазначених, спільних з прототипом ознак недостатня для одержання технічного результату, який забезпечує заявлений пристрій. Технічних рішень, які за сукупністю ознак повністю співпадали б із заявленим - не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію винаходу (корисної моделі) - «новизна». У патентній і науково-технічній інформації не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості про ознаки, що відрізняють заявлений пристрій від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату тим, що як резервуар-генератор використана скляна 3-х літрова банка, герметично закрита кришкою з гумовою прокладкою та газозабірним краном, з'єднаним з еластичною полімерною трубкою із затискачем з газозбірником, яким є дволітрова банка, наповнена водою, з'єднана за допомогою еластичної трубки через отвір у герметичній кришці з порожньою 2 л банкою з можливістю збирання води, витісненої утвореним у генераторі біогазом, що надходить у газозбірник. При цьому в кришку генератора вмонтована гумова заглушка, з можливістю вводити без порушення герметичності генератора спеціально підібрані хімічні реактиви для прискорення процесу бродіння гною, а як підігрівник використані дві електричні лампи (60 Ват), які через термореле з'єднані з електричною мережею з можливістю регулювання заданої постійної температури у термокамері. Отже, заявлене технічне рішення не випливає явним чином з рішенням техніки, що дозволяє зробити висновок про його відповідність критерію винаходу (корисної моделі) «винахідницький рівень». Корисна модель належить до галузі сільськогосподарського машинобудування, зокрема до пристроїв, дія яких скерована на покращення екологічної ситуації шляхом утилізації гною, побутових та промислових відходів, а саме до пристроїв для одержання біогазу з гною тваринницьких приміщень та промислових відходів. Заявлений пристрій може бути використаний в установах, що розробляють технічну документацію при виготовленні пристроїв для утилізації побутових відходів, а також в наукововиробничих установах, що розробляють окремі елементи технології виробництва біогазу з побутових відходів та відходів тваринницьких приміщень. З метою удосконалення подібних пристроїв, а тому відповідає критерію винаходу (корисної моделі) - «промислова придатність» Таким чином, заявлене технічне рішення є новим, промислово придатним, має винахідницький рівень, тобто відповідає всім умовам патентоспроможності винаходу (корисної моделі) згідно ст. 7 р II З.У. «Про охорону прав на винаходи і корисні моделі» № 1771 - III - 2000 p. Заявлений пристрій ілюструється кресленням, на якому в схематичному вигляді зображено будову лабораторної біогазової установки, яка складається з термокамери 1, термореле 2, при цьому регулюючий резистор 3 являється елементом термореле, але для зручності зміни регульованої температури він винесений за межі корпуса термореле, датчика температури 4, резервуара-генератора 5 (скляної 3-х літрової банки з герметичною кришкою), лампочок підігріву 6, газозбірника 7 (2-х літрової скляної банки з водою для накопичення біогазу), банки для збору витісненої біогазом води 8, столика 9, контрольного термометра 10, трубки полімерної з'єднувальної 11, трубки полімерної з'єднувальної з роз'ємною муфтою 12, вмістимого резервуара-генератора (гною) 13, крана газозабірного 14, гумової заглушки 15 для введення, при необхідності і без порушення герметичності резервуара-генератора, хімічних реактивів, які прискорюють процес бродіння без порушення герметичності. При цьому трубки полімерні 11 і 12 ущільнюються з кришками банок 7 і 8 пластиліном. Довжина трубок 11 і 12 підібрана такою, що кінці трубок максимально наближені до дна банки 7. Робота заявленої установки здійснюється таким чином, що спочатку прогрівається термокамера 1 до заданої температури, завдяки наявності двох ламп 6, які під'єднані через термореле 2 до електричної мережі. Підтримання заданої температури забезпечує термореле, що забезпечує регулювання температури в межах від температури навколишнього середовища до +60 °C. Спочатку гній перемішується з невеликою кількістю води (приблизно в пропорції 10 до 1, в залежності від початкової вологості гною) і закладається в резервуар-генератор 5, причому до половини його об'єму. Це зв'язано з тим, що гній під час бродіння збільшується в об'ємі і може потрапити в газозабірний кран 14 і трубку 12 відводу біогазу. Герметичність резервуара-генератора 5 (як резервуар-генератор використана 3-х літрова скляна банка), 3 UA 69130 U 5 10 15 забезпечується встановленням гумової прокладки і притисканням кришки до банки спеціальним притискним гвинтовим пристроєм. Поряд з термокамерою 1 встановлений столик 9, на який встановлено газозбірник 7 (2-х літрову скляну банку, повністю заповнену водою). Газозбірник з'єднаний полімерною еластичною трубкою 12 з резервуаром-генератором 5, наповненим гноєм. Виділений біогаз надходитиме через полімерну трубку 12 в газозбірник 7, витісняючи воду в банку 8, встановлену на столику 9. Коли газозбірник 7 повністю наповниться біогазом (вся вода при цьому буде витіснена в банку 8), то проводимо заміну газозбірника 7 і банки 8 резервними. Порядок заміни такий: 1. Перекривають кран газозабірний 14, встановлений на кришці резервуара-генератора 5. 2. Перегинають кінці трубок 11 і 12 і фіксуємо затискачами (побутовими прищепками). 3. Роз'єднують трубку 12 роз'ємною муфтою. 4. Встановлюють резервний газозбірник 7 і банку 8 з трубками 11 і 12. 5. З'єднують трубку 12 з краном газозабірним 14. 6. Відкривають кран газозабірний. Заявлений пристрій забезпечує можливість отримати за один цикл бродіння, який тривав 7 3 днів, з одного кілограму гною 9098, 544 см газу, що складається з 70 % метану і 30 % вуглекислого газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Лабораторна установка для отримання біогазу, що складається з термокамери, в яку вміщено резервуар-генератор, обладнаний підігрівником, що з'єднаний з джерелом електроенергії, газозбірника, системи еластичних полімерних трубок з роз'ємною муфтою, кульковим краном та затискачами, яка відрізняється тим, що як резервуар-генератор використана скляна 3-х літрова банка, герметично закрита кришкою з гумовою прокладкою та газозабірним краном, з'єднаним з еластичною полімерною трубкою із затискачем з газозбірником, яким є дволітрова банка, наповнена водою, з'єднана за допомогою еластичної трубки через отвір у герметичній кришці з порожньою 2 л банкою з можливістю збирання води витісненої утвореним у генераторі біогазом, що надходить у газозбірник. 2. Лабораторна установка для отримання біогазу за п. 1, яка відрізняється тим, що в кришку генератора вмонтована гумова заглушка, з можливістю вводити без порушення герметичності генератора спеціально підібрані хімічні реактиви для прискорення процесу бродіння гною. 3. Лабораторна установка для отримання біогазу за п. 1, яка відрізняється тим, що як підігрівник використано дві електричні лампи (60 Ват), які через термореле з'єднаного з електричною мережею з можливістю регулювання заданої постійної температури у термокамері. 4 UA 69130 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5