-
Die
Erfindung betrifft einen Gärbehälter für eine Biogasanlage.
Da die Vergärung
des Substrats in einer Biogasanlage in einem anaeroben Prozess durchgeführt wird,
ist ein im Wesentlichen gasdichter Verschluss des Gärbehälters erforderlich.
Die Gasdichtheit des Behälters
ist jedoch nicht nur für
den Vergärungsprozess
wichtig, sondern auch von großer
Bedeutung für
die Betriebssicherheit. Einerseits können von aus dem Gärbehälter entweichenden Gasen
Gesundheitsgefahren ausgehen, andererseits besteht die Gefahr, dass
Sauerstoff aus der Umgebungsluft in den Gärbehälter eindringt und beispielsweise
mit dem in dem Gärbehälter befindlichen Methan
ein explosives Gemisch bildet.
-
Um
die genannten Anforderungen zu erfüllen, werden für die Gärbehälter von
Biogasanlagen häufig
Sonderkonstruktionen aus Stahl eingesetzt. Angesichts der verwendeten
Behältergrößen von
einigen Kubikmetern bis hin zu mehreren tausend Kubikmetern sind
diese Stahlbehälter
jedoch sehr teuer. Sie erfordern auch einen hohen Montage- und Wartungsaufwand.
Alternativ können
Gärbehälter mit Wandungen
aus Beton verwendet werden. Ebenfalls bekannt ist ein Verschließen des
Gärbehälters mit
einer speziellen Membran, die mit einem oberen Rand des Behälters gasdicht
verbunden wird. Die Membran kann durch einen erhöhten Druck im Inneren des Gärbehälters in
einer nach außen
gewölbten
Position gehalten werden, so dass sich unterhalb der Membran ein
Gasvorrat bilden kann.
-
Davon
ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Gärbehälter für eine Biogasanlage
zur Verfügung
zu stellen, der die gegebenen Sicherheitsanforderungen erfüllt, eine
Zugangsmöglichkeit
zum Behälterinneren
bietet und kostengünstig
hergestellt werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch den Gärbehälter für eine Biogasanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den sich anschließenden
Unteransprüchen
angegeben.
-
Der
erfindungsgemäße Gärbehälter hat
einen einteiligen Behälterkorpus
aus Kunststoff, der einen an seinem oberen Rand angeordneten Befestigungsflansch
aufweist, und einen Deckel aus Stahl, der lösbar und gasdicht mit dem Befestigungsflansch verbindbar
ist.
-
Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein unter Kostengesichtspunkten
wünschenswerter
Einsatz preiswerter Kunststoffbehälter als Gärbehälter für Biogasanlagen nicht ohne
weiteres möglich
ist, weil herkömmliche
Kunststoffbehälter
bei den für
die Vergärung
erforderlichen Temperaturen von beispielsweise 40°C oder mehr
nicht ausreichend formstabil sind. Insbesondere haben Versuche ergeben,
dass der sich einstellende Verzug des Kunststoffbehälters ein
gasdichtes Verschließen
erheblich erschwert. So ist es nicht gelungen, einen mit einem Befestigungsflansch
versehenen, herkömmlichen
Kunststoffbehälter
mit einem Deckel aus Kunststoff unter den genannten Bedingungen
dauerhaft gasdicht zu verschließen.
Erfindungsgemäß werden diese
Schwierigkeiten durch Verwendung eines Deckels aus Stahl, der aufgrund
seiner Materialeigenschaften weitestgehend verzugsfrei ist, überwunden. Durch
die erfindungsgemäße Kombination
eines Behälterkorpus
aus Kunststoff mit einem Deckel aus Stahl ist somit eine überraschend
einfache Lösung der
oben genannten Aufgabe gefunden, die insbesondere gegenüber einem
vollständig
aus Stahl gefertigten Gärbehälter eine
erhebliche Kostenersparnis ermöglicht.
-
Der
Behälterkorpus
kann einteilig sein, d. h. aus einem einzigen, möglicherweise aus mehreren Einzelteilen
unlösbar
zusammengefügten
Teil bestehen. Er kann aus einem beliebigen Kunststoff ausreichender
Festigkeit, insbesondere aus Polyethylen (PE), bestehen und ein
Fassungsvermögen
von beispielsweise mehr als einem 1 m3,
z. B. 10 m3 oder mehr aufweisen. Der Behälterkorpus
kann auch aus einem insbesondere faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere
aus glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK), bestehen. Der Behälterkorpus kann eine oder mehrere
Bohrungen aufweisen, die eine Anschlussmöglichkeit für Rohrleitungen und/oder Schläuche oder
die Möglichkeit,
eine Messsonde einzuführen,
bieten. Hierzu können
die Bohrungen beispielsweise jeweils mit einer Muffe oder einem Flansch
versehen sein. Der am oberen Rand des Behälterkorpus angeordnete Befestigungsflansch
kann ringförmig
sein und beispielsweise eine Breite von 5 cm oder mehr und eine
Dicke von beispielsweise 1 cm oder mehr aufweisen. Er kann sich
insbesondere ausgehend vom Behälterrand
radial nach außen
erstrecken.
-
Der
Deckel aus Stahl kann insbesondere aus Edelstahl bestehen, was ihn
besonders korrosionsfest macht. Er kann eine oder mehrere Bohrungen aufweisen,
beispielsweise für
die Abfuhr von Gasen, das Einführen
einer Messsonde oder für
ein Schauglas. Auch diese Bohrungen können jeweils mit einer Muffe
oder einem Flansch versehen sein, um den Anschluss einer Rohrleitung
oder eines Schlauchs zu ermöglichen.
-
Der
Deckel ist lösbar
mit dem Befestigungsflansch verbindbar, d. h. er kann insbesondere
zu Montage- oder Wartungszwecken gelöst und von dem Behälterkorpus
entfernt werden. Auf diese Weise ist auch ein optimaler Zugang in
das Innere des Gärbehälters von
oben möglich.
Nach Öffnen
des Deckels können
in dem Behälterkorpus
innenliegende Komponenten der Biogasanlage einfach und komfortabel
montiert werden. Beispielsweise kann ein Festbett und/oder eine
Messeinrichtung im Inneren des Behälterkorpus angeordnet werden.
Die Verbindung zwischen Deckel und dem Befestigungsflansch des Behälterkorpus
kann beispielsweise durch eine Verschraubung mit Hilfe einer Vielzahl
von Gewindebolzen erreicht werden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Behälterkorpus im Schleudergussverfahren
gefertigt. Bei diesem Verfahren wird die Kunststoffschmelze in eine
um ihre Mittelachse rotierende Gussform eingebracht. Durch Zentrifugalkraft
wird die Schmelze an die Innenwand der Gussform gepresst und nimmt beim
Erstarren die Form der Gussform an. Die Gussform wird so lange gedreht,
bis die Schmelze erstarrt ist. Im Schleudergussverfahren können kostengünstig auch
relativ große
Kunststoffbehälter
gefertigt werden.
-
In
einer Ausgestaltung weist der Behälterkorpus einen konischen
Abschnitt und/oder einen zylindrischen Abschnitt auf. Insbesondere
kann im unteren Bereich des Behälterkorpus
ein konischer Abschnitt vorgesehen sein, an dessen oberes Ende sich nahtlos
ein zylindrischer Abschnitt anschließt. Die sich ergebende siloartige
Form des Behälterkorpus ist
als Gärbehälter besonders
geeignet, weil sich Gärreste
am tiefsten Punkt des konischen Abschnitts ansammeln und dort entfernt
werden können.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung weist der Gärbehälter ein
Gestell mit Gabelstaplertaschen auf, das den Behälterkorpus aufnimmt. In die
Gabelstaplertaschen können
die Gabeln eines herkömmlichen
Gabelstaplers eingreifen, um den Gärbehälter zu transportieren. Auf
diese Weise kann ein beispielsweise von einem LKW an den Aufstellungsort
angelieferter Gärbehälter sehr
kostengünstig
an seinen endgültigen
Aufstellungsort verbracht werden. Das Gestell kann beispielsweise
aus Stahlrohren oder Profilen bestehen und erlaubt eine einfache
und sichere Aufstellung des Behälterkorpus.
-
In
einer Ausgestaltung sind im Behälterkorpus
innen Quertraversen angeordnet, auf oder an denen ein Festbett anordenbar
ist. Das Festbett kann beispielsweise aus einer Vielzahl von Drainagerohren
bestehen, an denen sich die für
die Vergärung
zuständigen
Mikroorganismen anlagern können.
Die Quertraversen können
einteilig mit dem Behälterkorpus
verbunden werden, beispielsweise durch Verschweißen. Sie können insbesondere aus dem gleichen
Kunststoff bestehen wie der Behälterkorpus. Die
Quertraversen können
waagrecht von einer ersten Wandung des Behälterkorpus zu einer gegenüberliegenden
Wandung des Behälterkorpus
verlaufen. Sie können
beispielsweise senkrecht angeordnete Platten sein, die kreuzweise
und/oder radial in dem Behälterkorpus
angeordnet sind. Das obere Ende der Quertraversen kann auf der gleichen
Höhe angeordnet
sein wie ein oberes Endes eines konischen Abschnitts des Behälterkorpus.
Dies vereinfacht eine exakte Anordnung des Festbetts im zylindrischen
Abschnitt des Behälterkorpus.
-
In
einer Ausgestaltung ist im Behälterkorpus mindestens
ein rechteckiger Auslassschlitz für Gärsubstrat angeordnet. Der Auslassschlitz
kann einen Querschnitt von beispielsweise 5 cm × 20 cm oder mehr aufweisen.
Alternativ kann auch ein runder, elliptischer oder schräger Querschnitt
für den
Auslassschlitz gewählt
werden. Ein großflächiger Auslassschlitz
erleichtert die Entnahme von Gärresten.
-
In
einer Ausgestaltung weist der Deckel eine Materialstärke von
mindestens 5 mm auf. Bevorzugt kann der Deckel eine Materialstärke von
z. B. 8 mm oder 10 mm oder mehr aufweisen. Bevorzugt wird die Dicke
des Deckels so gewählt,
dass er bei einem gegebenen Durchmesser weitgehend verzugsfrei ist. Dadurch
wird die gasdichte Verbindung mit dem Befestigungsflansch des Behälterkorpus
wesentlich erleichtert. Der Deckel kann beispielsweise einen Durchmesser
von 1,5 m oder mehr aufweisen.
-
In
einer Ausgestaltung weisen der Befestigungsflansch und der Deckel
eine Vielzahl von Bohrungen auf und unterhalb des Befestigungsflansches sind
eine Vielzahl von Unterlegscheiben angeordnet, wobei eine Vielzahl
von Gewindebolzen durch jeweils eine Bohrung im Deckel, im Befestigungsflansch
und in einer Unterlegscheibe hindurchgeführt sind, wobei die Unterlegscheiben
derart bemessen und angeordnet sind, dass sie eine untere, ringförmige Fläche des Befestigungsflansches
annähernd
vollständig
bedecken. Die Unterlegscheiben können
insbesondere rechteckig oder ringsegmentförmig geformt sein. Zwischen
jeweils zwei benachbarten Unterlegscheiben kann ein Abstand von
beispielsweise einigen Millimeter vorgesehen sein. Die Unterlegscheiben
können
aus Stahl bestehen und eine Dicke aufweisen, die sie ebenfalls weitestgehend
verzugsfrei macht, beispielsweise eine Dicke von 5 mm oder mehr. Durch
die genannte Konstruktion wird der Befestigungsflansch annähernd vollflächig gegen
den Deckel gespannt, was eine gasdichte Verbindung weiter begünstigt.
Gegenüber
einem einen vollständigen Ring
bildenden Gegenstück,
das alternativ von unten gegen den Befestigungsflansch gesetzt werden könnte, bieten
die Unterlegscheiben den Vorteil einer vereinfachten Fertigung und
Montage.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist zwischen dem Befestigungsflansch und dem Deckel
ein Dichtmaterial angeordnet. Beispielsweise kann eine handelsübliche Dichtmatte
von beispielsweise 3 mm Stärke
verwendet werden. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Dichtmasse aufgetragen
werden. Auch diese Maßnahmen
begünstigen
die gasdichte Verbindung.
-
In
einer Ausgestaltung ist eine Vorrichtung zur verteilten Einleitung
frischen Substrats vorhanden, die einen nach außen geführten Anschluss zur Verbindung
mit einer Zufuhrleitung aufweist und eine Vielzahl von Öffnungen,
die im unteren Bereich des Behälterkorpus
verteilt angeordnet sind. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann frisches
Substrat gleichmäßig in den
Gärbehälter eingebracht
werden. Durch die verteilte Einleitung über eine Vielzahl von Öffnungen kann
mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten
gearbeitet werden, was einen stetigen Strom des Substrats innerhalb
des Gärbehälters, beispielsweise von
unten nach oben, begünstigt.
Dies fördert
einen gleichmäßigen Vergärungsprozess
insbesondere bei Biogasanlagen, bei denen das Substrat an einem Festbett
vorbeigeführt
wird.
-
In
einer Ausgestaltung sind die Öffnungen der
Vorrichtung zur verteilten Einleitung frischen Substrats im unteren
Bereich des Behälterkörpers auf
der gleichen Höhe
angebracht. Mit anderen Worten sind die Öffnungen in einer waagerechten
Ebene innerhalb des Behälterkorpus
verteilt angeordnet. Insbesondere können die Öffnungen als Bohrungen entlang
einer oder mehrerer Rohrleitungen, die in der genannten waagrechten
Ebene verlaufen, angeordnet sein. Die Rohrleitungen können insbesondere H-förmig mittig
in dem Behälterkorpus
angeordnet sein.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in sechs Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 einen
erfindungsgemäßen Gärbehälter in
einer vereinfachten Querschnittsansicht;
-
2 eine
Ausschnittsvergrößerung des
in 1 eingekreisten Bereichs;
-
3 einen
Ausschnitt des Befestigungsflansches des Gärbehälters aus 1 in
einer vereinfachten Ansicht von unten;
-
4 den
Deckel des Gärbehälters aus 1 in
einer Querschnittsdarstellung;
-
5 den
Deckel des Gärbehälters aus 1 in
einer Ansicht von oben;
-
6 eine
Vorrichtung zum Verteilen des frischen Substrats in einer Ansicht
mit Blickrichtung von oben in den Gärbehälter aus 1 hinein.
-
1 zeigt
den Aufbau des erfindungsgemäßen Gärbehälters mit
einem Behälterkorpus 10 und
einem Deckel 12. Der Behälterkorpus 10 besteht aus
Polyethylen (PE) und ist im Schleudergussverfahren hergestellt.
Er weist einen unteren, konischen Abschnitt 14 und einen
sich oberhalb daran anschließenden
zylindrischen Abschnitt 16 auf. Am oberen Ende des zylindrischen
Abschnitts 16 ist ein radial nach außen weisender Befestigungsflansch 18 angeordnet.
Der Behälterkorpus 10 weist
eine Wandstärke
von 20 mm auf, ebenso wie der Befestigungsflansch 18. Der
Behälterkorpus 10 weist
ein Fassungsvermögen
von 10 m3 auf. Er hat einen Durchmesser
von ungefähr
2 m und eine Gesamthöhe
von ungefähr
5 m.
-
Der
Deckel 12 besteht aus Edelstahl mit einer Materialstärke von
10 mm. Er ist oberhalb des Behälterkorpus 10 angeordnet,
so dass sein äußerer Rand
flächig
auf der Oberseite des Befestigungsflansches 18 aufliegt.
Der Deckel 12 ist mit dem Behälterkorpus 10 lösbar und
gasdicht verbindbar.
-
Einzelheiten
der Verbindung sind in der vergrößerten Ansicht
der 2 dargestellt. Zwischen dem Deckel 12 und
dem Befestigungsflansch 18 ist eine herkömmliche
Dichtmatte 20 mit einer Materialstärke von 3 mm angeordnet. Die
Dichtmatte 20 besteht aus einem Kautschukmaterial. Zwischen
Dichtmatte 20 und Deckel 12 sowie zwischen Dichtmatte 20 und
Befestigungsflansch 18 kann vor der Montage zusätzlich eine
Dichtungsmasse, insbesondere eine Gasdichtungspaste, aufgetragen
werden. Unterhalb des Befestigungsflansches 18 befindet
sich eine Unterlegscheibe 22, die eine Materialstärke von
beispielsweise 5 mm aufweist und ebenfalls aus Stahl besteht.
-
Der
Deckel 10, die Dichtmatte 20, der Befestigungsflansch 18 und
die Unterlegscheibe 22 weisen jeweils eine Bohrung auf,
durch die ein Gewindebolzen 24 hindurchgeführt ist.
Unterhalb der Unterlegscheibe 22 ist der Gewindebolzen 24 mit
einer Mutter 26 gesichert, so dass die gesamte Anordnung
fest miteinander verschraubt werden kann.
-
3 zeigt
eine Ansicht von unten auf den Befestigungsflansch 18.
Gut erkennbar sind die Unterlegscheiben 22, die eine ringsegmentförmige Form
aufweisen und eine ringförmige
Fläche
des Befestigungsflansches 18 im Wesentlichen vollständig bedecken.
Bei 28 ist die Wandung des zylindrischen Abschnitts 16 des
Behälterkorpus 10 angedeutet.
-
In
der Querschnittsansicht der 4 durch den
Deckel 12 sind einige Bohrungen durch den Deckel erkennbar.
Außerdem
zeigt die Figur zwei Augenschrauben 30, die mit dem Deckel
verschweißt sind
und das Anheben des Deckels 12 bei Transport und Montage
vereinfachen.
-
5 zeigt
eine Draufsicht auf den Deckel 12 von oben. Erkennbar ist
die Anordnung der Gewindebolzen 24 auf einem Lochkreis
sowie die Anordnung mehrerer Bohrungen, die unterschiedlichen Zwecken
dienen. Die große
Bohrung 32 weist einen Durchmesser von 150 mm auf. Kleinere
Bohrungen 36 weisen einen Durchmesser von beispielsweise 0,5
oder 1 Zoll auf und dienen insbesondere dem Einführen von Messsonden. Weitere
Bohrungen mittlere Größe 34 haben
einen Durchmesser von beispielsweise 3 Zoll.
-
6 zeigt
eine Vorrichtung zur verteilten Einleitung frischen Substrats in
den Gärbehälter. Diese
besteht aus drei geradlinigen Rohrabschnitten 40, die H-förmig miteinander
verbunden sind. Die drei Rohrabschnitte 40 weisen jeweils
eine Vielzahl von nach oben weisenden Öffnungen 42 auf, durch
die das frische Substrat einströmen
kann. Zur Substratzufuhr ist das von den drei Rohrabschnitten 40 gebildete
Leitungssystem mit einer nach außen geführten Zufuhrleitung 44 verbunden.