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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrates für eine Biogasanlage.
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Die Art und Weise mit der die zur Vergärung vorgesehenen organischen Substanzen einem Fermenter einer Biogasanlage zugeführt werden, sowie die Konditionierung dieser organischen Substanzen haben erheblichen Einfluss auf den Verlauf des Gärprozesses.
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Gemäß einem ersten Aspekt liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung anzugeben, die einen guten Verlauf des Gärprozesses sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Biogasanalgenfermenterfütterungsvorrichtung mit den folgenden Komponenten ausgestattet ist:
- – einem Substanzenaufnahmebehälter, insbesondere zur Aufnahme festerer organischer Substanzen wie Silage, separierter Gülle und/oder Stroh;
- – einer dem Substanzenaufnahmebehälter nachgeschalteten Fördereinrichtung; und
- – einem der Fördereinrichtung nachgeschalteten Wärmetauscher.
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Dadurch wird es möglich, die organischen Substanzen auf die in dem Fermenter herrschende Temperatur vorzuwärmen, bevor die organischen Substanzen dem Fermenter zugeführt werden, was den Gärprozess positiv beeinflusst.
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Bei der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung ist vorzugsweise weiterhin vorgsehen, dass der Substanzenaufnahmebehälter topfartig ausgestaltet ist, wobei eine um den Mittelpunkt des Topfbodens drehbare Fördersichel vorgesehen ist, um die in dem Substanzenaufnahmebehälter enthaltenen Substanzen zu einem im unteren Topfwandbereich und/oder im Topfboden ausgebildeten Substanzenaufnahmebehälterauslass zu fördern. Insbesondere wenn die dem Substanzenaufnahmebehälter zugeführten festeren organischen Substanzen bereits gut vermischt sind, ist es ausreichend, wenn die Förderisichel in erste Linie die Beschickung des Substanzenaufnahmebehälterauslasses sicherstellt. Für den Fall, dass die dem Substanzenaufnahmebehälter zugeführten festeren organischen Substanzen noch nicht ausreichend vermischt sind, kann die Fördersichel auch so ausgestattet sein, dass sie neben der Förderung auch eine relativ homogene Mischung der in dem Substanzenaufnahmebehälter enthaltenen festeren organischen Substanzen sicherstellt. Zu diesem Zweck können beispielsweise mehrere Fördersicheln übereinander angeordnet werden oder die Fördersichel kann eine spiralförmige Struktur aufweisen, so dass sich eine Art Förderschnecke ergibt. Gegebenenfalls können alternativ oder zusätzlich zur Fördersichel auch weitere Mischeinrichtungen vorgesehen sein.
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Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung wird des weiterhin als vorteilhaft erachtet, dass die Fördereinrichtung eine Förderschnecke aufweist, durch deren geometrische Längsachse sich eine Antriebswelle für eine der Förderschnecke nachgeschaltete Zerkleinerungseinrichtung erstreckt. Die Zerkleinerungseinrichtung kann beispielsweise nach Art eines oder mehrerer Rasenmähermesser ausgebildet sein, wobei die Drehzahl der Antriebswelle der Zerkleinerungseinrichtung in der Regel höher sein wird, als die Drehzahl der Förderschnecke. Damit die Antriebswelle der Zerkleinerungseinrichtung sich durch die geometrische Längsachse der Förderschnecke erstrecken kann, ist die Förderschnecke entweder mit einer hohlen Längsachse oder ohne (körperliche) Längsachse ausgestaltet. Diese Art des Antriebs der im Auslassbereich der Förderschnecke vorgesehenen Zerkleinerungseinrichtung ermöglicht es, dass der Auslassbereich der Fördereinrichtung frei von weiteren Komponenten bleiben kann. Es ist auch denkbar, dass die Zerkleinerungseinrichtung nach Art eines Fleischwolfes oder einer Mühle arbeitet.
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Im vorstehend erläuterten Zusammenhang wird besonders bevorzugt, dass die Förderschnecke und die Antriebswelle der Zerkleinerungseinrichtung von einem Doppelmotor angetrieben werden. Durch einen Doppelmotor ist es in besonders kostengünstiger Weise möglich, die Förderschnecke und die Zerkleinerungseinrichtung mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreiben. Natürlich können anstelle des Doppelmotors auch zwei separate Elektromotoren verwendet werden, was in der Regel jedoch nicht nur teurer sondern auch von der Anordnung der Motoren her komplizierter sein dürfte.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung ist weiterhin vorgesehen, dass der der Fördereinrichtung nachgeschaltete Wärmetauscher zumindest einen Substanzeneinlass aufweist, insbesondere für flüssigere organische Substanzen wie Gülle und/oder aus einem Fermenter gewonnener Impfmasse. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Fördereinrichtung von oben in den Wärmetauscher fördert, während das Innere des Wärmetauschers über einen oder mehrere Substanzeinlässe von unten oder von der Seite mit flüssigeren organischen Substanzen und/oder Impfmasse beschickt wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher zumindest abschnittsweise wannenartig und zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt ist, wobei ein zwischen den Einzelwänden des doppelwandigen Abschnitts gelegener Bereich zur Aufnahme eines Heizmediums vorgesehen ist. Als Heizmedium kann vorteilhafterweise von einem der Biogasanlage zugeordneten Blockheizkraftwerk erwärmtes Wasser verwendet werden.
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Weiterhin wird bevorzugt, dass der Wärmetauscher durch einen Deckel verschlossen ist. Ein derartiger Deckel kann nicht nur der Vermeidung von Geruchsemissionen dienen, sondern er kann in besonders vorteilhafter Weise auch die Schnittstelle zu der vorzugsweise von oben in den Wärmetauscher fördernden Fördereinrichtung bilden. Weiterhin kann der Deckel eine oder mehrere Revisionsöffnungen aufweisen, die im Normalbetrieb durch entsprechende Revisionsöffnungsdeckel verschlossen sind.
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Nützlicherweise ist vorgesehen, dass dem Wärmetauscher eine Mischeinrichtung zugeordnet ist, insbesondere eine Mischschnecke. Die Mischeinrichtung dient nicht nur dazu, dass alle dem Wärmetauscher zugeführten Substanzen untereinander gut vermischt werden, sondern sie stellt auch eine gleichmäßige Erwärmung dieser Substanzen sicher.
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Bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass dem Wärmetauscher eine Pumpe, insbesondere einen Schneckenpumpe, nachgeschaltet ist, um die in dem Wärmetauscher erwärmten Substanzen einem Fermenter zuzuführen. Diese Pumpe ist vorzugsweise an die Konsistenz des aus dem Wärmetauscher austretenden Materials angepasst. Gegebenenfalls kann diese Pumpe auch noch weitere Aufgaben übernehmen, wozu ihre Saug- und Auslassseite in vorteilhafter Weise mit einer Ventilmatrix verbunden werden. Somit kann die zu Beschickung des Fermenters verwendete Pumpe in Beschickungspausen beispielsweise dazu verwendet werden, Material zwischen verschiedenen Kammern des Fermenters hin und her zu pumpen oder den Wärmetauscher zu beschicken.
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Für die erfindungsgemäße Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass sie einen käfigartigen Rahmen aufweist, der zumindest den Wärmetauscher und die Pumpe haltert, insbesondere wenn die Pumpe unterhalb von dem Wärmetauscher angeordnet ist. Durch diese Lösung kann die insgesamt benötigte Stellfläche minimiert werden, wobei der Rahmen in vorteilhafter Weise auch dazu beitragen kann, den Substanzaufnahmebehälter zu haltern. Außerdem ermöglicht die Verwendung eines derartigen Rahmens, dass die von dem Rahmen gehalterten Komponenten werksseitig vormontiert werden können, so dass sich die bei dem Betreiber der Biogasanlage erforderliche Montagezeit verkürzen lässt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gärsubstrates für eine Biogasanlage anzugeben, mit dem das Gärsubstrat so konditioniert wird, dass ein Abbau der organischen Trockensubstanzen zumindest bei Verwendung eines geeigneten Fermenters innerhalb von fünf bis zehn Tagen erfolgen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gärsubstrats für eine Biogasanlage zur Verfügung, bei dem festere organische Substanzen wie Silage, separierte Gülle und/oder Stroh, flüssigere organische Substanzen wie Gülle und aus einem Fermenter gewonnene Impfmasse einem Wärmetauscher zugeführt werden, um dort gemischt und erwärmt zu werden. Durch eine innige Vermischung der festeren organischen Substanzen oder der flüssigeren organischen Substanzen mit der Impfmasse wird sichergestellt, dass der Gärprozess zügig in Gang kommt.
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Als besonders vorteilhaft wird dabei ein Verfahren erachtet, bei dem die festeren Substanzen und die flüssigeren Substanzen in dem Wärmetauscher zunächst auf ungefähr die Temperatur gebracht werden, die die aus dem Fermenter gewonnene Impfmasse hat. Die Temperaturdifferenz sollte geringer als +/–5°C, vorzugsweise geringer als +/–3°C, weiter vorzugsweise geringer als +/–1°C betragen. Zu diesem Zweck können beispielsweise zunächst die flüssigeren Substanzen auf die gewünschte Temperatur gebracht werden, damit die flüssigeren Substanzen die später zugeführten festeren Substanzen bereits mit der richtigen Temperatur umspülen können, um so eine möglichst gleichmäßige und schnelle Erwärmung sicherzustellen. Da die Impfmasse bei ihrer Zuführung in den Wärmetauscher bereits die gewünschte Temperatur aufweist, kann die Erwärmungsfunktion des Wärmetauschers zum Zeitpunkt der Zuführung der Impfmasse abgeschaltet oder zumindest reduziert werden, was beispielsweise durch das Stoppen einer Pumpe erfolgen kann, die im aktiven Zustand ein Heizmedium durch den Wärmetauscher pumpt. Sofern elektrische Heizelemente vorgesehen sind, können diese natürlich einfach abgeschaltet werden. Gegebenenfalls kann die wärmetauschende Funktion des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Zieltemperatur und weiteren Betriebsparametern wie beispielsweise der Außentemperatur und/oder der Ausgangstemperatur der festeren und/oder der flüssigeren organischen Substanzen geregelt und/oder gesteuert werden.
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Besonders bevorzugt wird weiterhin ein Verfahren, bei dem die festeren organischen Substanzen einem benachbart zum Wärmetauscher vorgesehenen Substanzenaufnahmebehälter entnommen werden, während die flüssigeren organischen Substanzen direkt in den Wärmetauscher gepumpt werden. Die gegenseitige Anordnung der genannten Komponenten kann dabei im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung beschrieben sein.
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Gemäß einem dritten Aspekt besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrats für eine Biogasanlage anzugeben, mit der, ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, ein besonders gut konditioniertes Gärsubstrat für eine Biogasanlage erhalten werden kann.
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In diesem Zusammenhang stellt die vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrates für eine Biogasanlage zur Verfügung, mit einem eine Mischeinrichtung aufweisenden Wärmetauscher der dazu vorgesehen ist, mit festeren organischen Substanzen wie Silage, separierter Gülle und/oder Stroh, flüssigeren organischen Substanzen wie Gülle und aus einem Fermenter gewonnener Impfmasse beschickt zu werden, und mit einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung die den Betrieb des Wärmetauschers und dessen Beschickung so steuert und/oder regelt, dass die festeren Substanzen und die flüssigeren Substanzen ungefähr auf die Temperatur gebracht werden, die die aus dem Fermenter gewonnene Impfmasse hat, bevor die Impfmasse dem Wärmetauscher zugeführt wird. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung steht zu diesem Zweck mit geeigneten Sensoren und Stellgliedern in Verbindung. Als Sensoren kommen insbesondere Temperatur- und Durchflussmengen- oder Gewichtssensoren sowie den rotierenden Komponenten zugeordneten Drehzahlsensoren in Betracht. Als Stellglieder dienen vorzugsweise die Elektromotoren der Förder- und Mischeinrichtungen, also der erforderlichen Pumpen und Förderschnecken. Während die Beschickung des Wärmetauschers aus Kostengründen lediglich gesteuert erfolgen kann, wird bevorzugt, dass die Erwärmung des in dem Wärmetauscher vorhandenen Materials geregelt erfolgt, da die Außen- und somit auch die Ausgangstemperatur der Substanzen stark variieren kann. Als gegebenenfalls kostengünstigere Alternative kann die Erwärmung der in den Wärmetauscher geförderten Substanzen auch über Kennfelder erfolgen, welche beispielsweise die erforderliche Aufenthaltsdauer in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/oder der Temperatur des verwendeten Heizmediums angeben.
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Dem Fachmann ist klar, dass sämtliche vorstehend erläuterte Merkmale sowohl in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung als auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung analog verwirklicht werden können und insofern sämtliche Kombinationsmöglichkeiten offenbart sind.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine teilweise schematische Darstellung der hier relevanten Komponenten einer Biogasanlage; und
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2 den auch in 1 dargestellten Substanzaufnahmebehälter mit zugeordneter Fördereinrichtung in vergrößerter und teilweise geschnittener Ansicht.
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Die 1 und 2 veranschaulichen sowohl eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung als auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrats für eine Biogasanlage, wobei diese Vorrichtung auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Gärsubstrats für eine Biogasanlage geeignet ist. Die insgesamt mit 10 bezeichnete Biogasanlagenfermenterfütterungsvorrichtung umfasst einen Substanzenaufnhamebehälter 12 zur Aufnahme festerer organischer Substanzen 48, wie beispielsweise Silage, die wie dargestellt, einem Fahrsilo entnommen werden kann. Der Substrataufnahmebehälter 12 ist topfartig ausgestaltet, wobei eine um den Mittelpunkt 18 des Topfbodens drehbare Fördersichel 20 vorgesehen ist. Die Fördersichel 20 dient in erster Linie dazu, die in dem Substanzenaufnahmebehälter 12 enthaltenen Substanzen zu einem Substanzenaufnahmebehälterauslass 22 zu fördern, der im dargestellten Fall im unteren Topfrandbereich ausgebildet ist. Darüber hinaus kann die Fördersichel 20 aber auch die Funktion einer Mischeinrichtung übernehmen, um die dem Substanzenaufnahmebehälter 12 zugeführten Substanzen geeignet zu mischen. Zur Verstärkung der Mischwirkung können die Enden der Fördersichel 20 beispielsweise nach oben abgewinkelt sein, auch wenn dieses nicht dargestellt ist. Eine insgesamt mit 14 bezeichnete Fördereinrichtung umfasst eine Förderschnecke 24, durch deren geometrische Längsachse sich eine Antriebswelle 26 für eine der Förderschnecke 24 nachgeschaltete Zerkleinerungseinrichtung 28 erstreckt, wobei die Zerkleinerungseinrichtung 28 im dargestellten Fall nach Art eines Rasenmähermessers ausgebildet ist. Die Förderschnecke 24 sowie die Antriebswelle 26 können von einem Doppelmotor 30 in Rotation gesetzt werden, vorzugsweise mit unabhängigen Drehzahlen. Im dargestellten Fall ist unterhalb der Zerkleinerungseinrichtung 28 kein weiteres Element vorgesehen, das bezüglich der Zerkleinerungseinrichtung 28 einen Gegendruck erzeugen würde, was in vielen Fällen auch nicht erforderlich ist. Gegebenenfalls kann ein derartiges Element aber vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer mit mehreren Löchern versehenen Scheibe beziehungsweise Platte, wobei man in diesem Fall dem Wirkungsprinzip eines Fleischwolfes näher kommt.
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Die Fördereinrichtung 14 beschickt einen Wärmetauscher 16 von oben, und zwar über eine Öffnung, die in einem den Wärmetauscher 16 verschließenden Deckel 34 vorgesehen ist. Neben dem Einsatz in dem Deckel 34 weist der Wärmetauscher 16 einen Substanzeinlass 32 auf, über den von unten flüssigere Substanzen 50 wie Gülle sowie einem Fermenter 54 entnommene Impfmasse 52 zugeführt werden können. Wie dies dem schematischen Detailschnitt S1 entnommen werden kann, ist der Wärmetauscher 16 doppelwandig ausgeführt und umfasst die Außenwand 40 und die Innenwand 42, um zwischen diesen Wänden ein Heizmedium aufnehmen beziehungsweise zirkulieren lassen zu können, das beispielsweise durch von einem Blockheizkraftwerk erwärmtes Wasser gebildet sein kann. Im Inneren des Wärmetauschers ist eine durch eine Mischschnecke gebildete Mischeinrichtung 36 vorgesehen, um die zugeführten Substanzen gut vermischen zu können und gleichzeitig eine gleichmäßige Erwärmung sicherzustellen. Im dargestellten Fall haltert ein käfigartiger Rahmen 46 sowohl den Wärmetauscher 16 als auch eine unter dem Wärmetauscher 16 angeordnete Pumpe 38, die dazu verwendet wird, den Fermenter 54 mit Gärsubstrat 56 zu beschicken.
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Mit der dargestellten Anordnung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchführen:
Zunächst wird den Wärmetauscher 16 über den Substanzeinlass 32 eine flüssigere Substanz 50 zugeführt, beispielsweise Gülle. Diese flüssigere Substanz wird durch einen nicht näher dargestellten Heizkreislauf in dem Wärmetauscher 16 auf die Temperatur erwärmt, die auch in dem Fermenter 54 herrscht. Anschließend wird dem Wärmetauscher 16 über die Fördereinrichtung 14 eine festere Substanz 48 zugeführt, beispielsweise einem Fahrsilo entnommene Silage. Mit Hilfe der Mischeinrichtung 36 werden die flüssigeren organischen Substanzen 50 und die festeren organischen Substanzen 48 vermischt und gleichzeitig auf die der Fermentertemperatur entsprechende Zieltemperatur gebracht. Ist diese Zieltemperatur erreicht, so wird über den Substanzeinlass 32 dem Fermenter entnommene Impfmasse 52 zugeführt, wobei der Anteil der Impfmasse beispielsweise 50% der Wärmetauscherfüllung ausmachen kann. Anschließend wird die Impfmasse mit den bereits in dem Wärmetauscher 16 vorhandenen Substanzen vermischt. Eine Erwärmung der Impfmasse ist normalerweise nicht erforderlich, da diese ja bereits die Fermentertemperatur hat. Daher kann die Heizleistung des Wärmetauschers während des Untermischens der Impfmasse 52 gegebenenfalls gesenkt werden. Es ist klar, dass bei besonders niedrigen Außentemperaturen eine höhere Heizleistung erforderlich sein wird, um den Inhalt des Wärmetauschers 16 auf der Fermentertemperatur zu halten, als bei deutlich höheren Außentemperaturen. Insofern kann es besonders vorteilhaft sein, eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 58 vorzusehen, die den Betrieb des Wärmetauschers und vorzugsweise auch dessen Beschickung steuert und/oder regelt.
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1 veranschaulicht auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Gärsubstrates 56 für eine Biogasanlage. Diese umfasst den die Mischeinrichtung 36 aufweisenden Wärmetauscher 16, der dazu vorgesehen ist, mit festeren organischen Substanzen 48, wie Silage, separierter Gülle und/oder Stroh, flüssigeren organischen Substanzen 50, wie Gülle und aus dem Fermenter 54 gewonnener Impfmasse 52 beschickt zu werden. Weiterhin ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 58 vorgesehen, die den Betrieb des Wärmetauschers 16 und dessen Beschickung so steuert und/oder regelt, dass die festeren Substanzen 48 und die flüssigeren Substanzen 50 ungefähr auf die Temperatur gebracht werden, die die aus dem Fermenter 54 gewonnene Impfmasse hat, bevor die Impfmasse 52 dem Wärmetauscher zugeführt wird. Mit dieser Vorrichtung lässt sich natürlich auch das erfindungsgemäße Verfahren in der vorstehend erläuterten Weise durchführen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Biogasfermenterfütterungsvorrichtung
- 12
- Substanzenaufnahmebehälter
- 14
- Fördereinrichtung
- 16
- Wärmetauscher
- 18
- Mittelpunkt
- 20
- Fördersichel
- 22
- Substanzenaufnahmebehälterauslass
- 24
- Förderschnecke
- 26
- Antriebswelle
- 28
- Zerkleinerungseinrichtung
- 30
- Doppelmotor
- 32
- Substanzeneinlass
- 34
- Deckel
- 36
- Mischeinrichtung
- 38
- Pumpe
- 40
- Innenwand
- 42
- Außenwand
- 44
- zwischen den Einzelwänden des doppelwandigen Abschnitts gelegener Bereich
- 46
- Rahmen
- 48
- festere organische Substanzen
- 50
- flüssigere organische Substanzen
- 52
- Impfmasse
- 54
- Fermenter
- 56
- Gärsubstrat
- 58
- Steuerungs- und/oder Relelungseinrichtung
