DE102011085010A1

DE102011085010A1 - Rührwerk für einen Fermenterbehälter, Fermenterbehälter mit einem derartigen Rührwerk sowie Biogasanlage

Info

Publication number: DE102011085010A1
Application number: DE102011085010A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kainz; Martin Bierer
Original assignee: Schletter GmbH
Current assignee: Schletter GmbH
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rührwerk (1) für einen Fermenterbehälter (18), mit einer Welle (2) und einer Mischelementeinrichtung (3) mit zumindest einem an der Welle (2) angeordneten Mischelement (4, 5), welches ein zumindest bereichsweise beheizbares Teilelement (6 bis 9) aufweist, wobei das Teilelement zumindest bereichsweise spiralförmig gewunden um die Welle (2) umlaufend angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Fermenterbehälter mit einem Rührwerk und eine Biogasanlage mit einem Rührwerk und einem Fermenterbehälter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rührwerk für einen Fermenterbehälter, mit einer Welle und einer Mischelementeinrichtung mit zumindest einem an der Welle angeordneten Mischelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Fermenterbehälter mit zumindest einem derartigen Rührwerk. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Biogasanlage mit zumindest einem derartigen Rührwerk und/oder zumindest einem Fermenterbehälter.
Biogasanlagen weisen als wesentlichen zentralen Baustein einen Fermenterbehälter auf, in dem das Fermentationsgut bzw. das Faulgut enthalten ist. Über die dort stattfindenden biochemischen Reaktionen wird das Biogas erzeugt. Zur Erzeugung dieses Biogases ist es wesentlich, dass das Fermentationsgut auch entsprechend temperiert ist und durchgemischt wird, um eine möglichst homogene Temperaturverteilung erreichen zu können, so dass die biochemischen Reaktionen optimal ablaufen können.
Aus der DE 10 2004 027 077 B4 ist die Funktionsweise einer Biogasanlage mit den ablaufenden biochemischen Reaktionen hinlänglich beschrieben, wobei für die Offenbarung für die vorliegende Erfindung diesbezüglich darauf verwiesen wird. Dort ist darüber hinaus ein beheizbares Rührwerk für einen Fermentationsbehälter beschrieben. In diesem Zusammenhang ist dort eine Welle des Rührwerks beheizbar. An der Rührwelle befestigte Wärmeleitbleche sind vorgesehen, wobei an diesen Wärmeleitblechen befestigte Rührblätter angeordnet sind. Derartige Paddelrührwerke sind hinlänglich bekannt.
Darüber hinaus ist aus der DE 196 48 875 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung von pump- und/oder rührfähigen Massen, insbesondere Fermenter, bekannt. Dort ist vorgesehen, dass an einer Welle eines Rührwerks radial abstehend Heizelemente, die durch ein entsprechend temperiertes Medium durchströmt werden können, angeordnet sind und U-förmig ausgestaltet sind. Diese Heizelemente sind mit der Welle verbunden und laufen mit dieser um. An diesen Heizelementen sind dann wiederum außenseitig Schaber- und Förderelemente befestigt. Die Heizelemente sind in Richtung der Achse der Welle weit voneinander beabstandet angeordnet und erstrecken sich in Ebenen, die die Achse der Welle umfassen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rührwerken ist die Funktionalität im Hinblick auf das Durchmischen des Fermentationsguts einerseits und das Erzeugen einer möglichst gleichmäßigen Temperaturverteilung in dem Fermentationsgut andererseits sehr beschränkt, wodurch der Wirkungsgrad einer Biogasanlage mit einem derartigen Rührwerk und einem Behälter relativ niedrig ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rührwerk für einen Fermenterbehälter, einen Fermenterbehälter mit einem derartigen Rührwerk als auch eine Biogasanlage zu schaffen, bei welchem bzw. bei welcher das Durchmischen des Fermentationsguts im Behälter verbessert ist und zusätzlich eine homogenere Temperaturverteilung in dem Fermentationsgut erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Rührwerk, einen Fermenterbehälter und eine Biogasanlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Rührwerk für einen Fermenterbehälter umfasst eine Rührwelle und eine Mischelementeinrichtung mit zumindest einem an der Welle angeordneten erwärmbaren Mischelement. Unter einer Mischelementeinrichtung wird eine Ausgestaltung verstanden, die es ermöglicht, das in den Fermenterbehälter eingebrachte Fermentationsgut umzuwälzen bzw. zu durchmischen. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung liegt darin, dass das Mischelement zumindest ein Teilelement aufweist, welches zumindest bereichsweise aktiv und insbesondere definiert beheizbar ist und zumindest bereichsweise spiralförmig gewunden um die Welle umlaufend angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine Komponente geschaffen, die multifunktionell verbessert ausgestaltet ist. Einerseits ermöglicht es das verbesserte gleichmäßigere Durchmischen des Fermentationsguts, andererseits ermöglicht es in weiterer Funktion die gleichmäßigere Erwärmung des Fermentationsguts. Durch die ganz spezifische Formgebung des Teilelements, nämlich der zumindest bereichsweisen spiralförmigen bzw. helixförmigen Ausgestaltung kann gerade bei Drehung der Welle eine besonders hervorzuhebende Durchmischung und ein besonders hervorzuhebender Temperatureintrag über einen großen Volumenbereich des Fermentationsguts erzielt werden. Gerade ein möglichst gleichmäßiges Erwärmen des Fermentationsguts ist dadurch möglich.
Mit einer zumindest bereichsweisen spiralförmigen Ausgestaltung eines Teilelements sind im Hinblick auf die Begrifflichkeit „spiralförmig“ Ausführungen umfasst, bei denen der Radius der gekrümmten Bahn des Teilelements gleich bleibt. Insbesondere ist dann eine Helixform ausgebildet, wenn sich der gekrümmte Abschnitt des Teilelements nicht nur in einer Ebene erstreckt. Es sind auch Ausführungen umfasst, bei denen sich der Radius im streng genommenen geometrischen Sinn einer Spiralbahn verändert, wenn das gekrümmte Teilelement sich nicht nur in einer Ebene erstreckt. Hierbei kann beispielsweise eine Konusform der Windung ausgebildet sein. Ebenso sind Ausführungen umfasst, bei denen sich der gekrümmte Abschnitt des Teilelements in einer Ebene erstreckt und der Radius sich verändert.
Gerade der spiralförmige Abschnitt eines Teilelements ist zumindest bereichsweise heizbar. Insbesondere ist der gesamte spiralförmige Abschnitt des Teilelements aktiv heizbar.
Unter einem aktiven Heizen wird ein externer Wärmeeintrag verstanden, der unterschiedlich zu einem Wärmeeintrag beispielsweise von dem Fermentationsgut ist. Über das Heizen des Teilelements wird dann von diesem Wärme auf das Fermentationsgut übertragen.
Durch die spiralförmige Ausgestaltung wird darüber hinaus nicht nur das Durchmischen des Fermentationsguts auf einer gleichbleibenden Höhe um die Welle herum erreicht, sondern auch in axialer Richtung der Welle betrachtet, ein nach oben oder nach unten Fördern und somit ein nach oben oder nach unten orientiertes Durchmischen des Fermentationsguts erzielt.
Eine Spiralbahn ist eine Ausgestaltung, deren Windung sich nicht in einer Ebene erstreckt, sondern eine im Raum geformte Krümmung ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Abstand zwischen zwei Teilelementen eines Mischelements oder von zwei Mischelementen und/oder der Abstand zwischen einem Vorlaufstück und einem Rücklaufstück eines Teilelements größer, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens sechsmal größer, ist, als ein Außendurchmesser eines Vorlaufstücks oder eines Rücklaufstücks. Durch eine derartige Dimensionierung kann der gleichmäßige Temperatureintrag in das Fermentationsgut einerseits und das möglichst ungehinderte Hindurchtreten des Fermentationsguts zwischen zwei Teilelementen oder einem Vorlaufstück und einem Rücklaufstück eines Teilelements beim Drehen des Rührwerks erzielt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich die spiralförmig gewundene Ausgestaltung des Teilelements über zumindest die Hälfte, insbesondere zumindest zwei Drittel, insbesondere zumindest drei Viertel, insbesondere über die gesamte Länge der Welle des Rührwerks erstreckt. Dies ist dahingehend besonders vorteilhaft, da sich somit über einen möglichst hohen Bereich, der vorzugsweise den maximalen Füllstand des Fermentationsguts im Fermentationsbehälter übersteigt, eine hervorzuhebende Durchmischung mit gleichzeitig möglichst homogener Temperierung des Fermentationsguts erreichen lässt. Insbesondere ist dadurch auch ein in Richtung der Achse der Welle betrachtet über einen hohen Bereich kontinuierliches durchgängiges Heizelement in Form des Teilelements geschaffen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Mischelement von der Welle abstehende Trägerelemente aufweist, an denen zumindest ein als Teilelement ausgebildeter spiralförmig gewundener Heizstrang des Mischelements angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine mechanisch stabile Anbringung der Teilelemente erreicht werden. Die Trägerelemente können radial von der Welle abstehen und gegebenenfalls geradlinig verlaufende Stäbe oder dergleichen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Teilelementen als Heizstränge ausgebildet ist und an den Trägerelementen beabstandet zueinander angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine besonders hervorzuhebende Durchmischung des Fermentationsguts, da einerseits an mehreren Stellen eine entsprechende spiralförmige Bahn ausgebildet ist, andererseits zwischen den Bahnen ausreichender Abstand bzw. Hohlraum gebildet ist, durch welche das Fermentationsgut hindurchgleiten kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Heizstränge in parallel zueinander verlaufenden Spiralbahnen angeordnet sind. Für eine derartig gleichläufige Anordnung der Spiralbahnen können die oben genannten Vorteile besonders erzielt werden.
Möglich ist auch, dass zumindest zwei Teilelemente gegenläufig um die Welle herum umlaufend angeordnet sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Heizstränge in radialer Richtung zur Welle nebeneinander mit unterschiedlichen Spiralradien angeordnet sind. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Heizstränge in radialer Richtung zur Welle äquidistant zueinander angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltungen kann praktisch über die gesamte Höhe des Füllstands des Fermentationsguts dieses möglichst gleichmäßig durchmischt werden, wobei insbesondere auch in radialer Richtung zur Welle dieses gleichmäßige Durchmischen gewährleistet ist. Durch die genannte explizite Anordnung der Heizstränge wird praktisch an allen Stellen beim Drehen der Welle ein gleichmäßiges Einwirken auf das Fermentationsgut erreicht, was in Verbindung mit der Temperaturabgabe der entsprechend geformten und erwärmten Teilelemente zu einer äußerst gleichmäßigen und homogenen Temperaturverteilung in dem Fermentationsgut führt.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teilelement als, insbesondere strangartiges Hohlelement ausgebildet und zur Durchströmung mit wärmeabgebendem Medium ausgebildet. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Teilelement als Rohr oder Schlauch ausgebildet ist. Das Durchströmen mit unterschiedlichsten Medien, die dann nicht in Kontakt mit dem Fermentationsgut kommen bzw. dieses auch nicht in der Konzentrationszusammensetzung unerwünscht beeinflussen, ist dadurch erreicht. Nicht zuletzt hat dies auch dahingehend einen Vorteil, dass unterschiedlichste Medien durch diese Hohlelemente geleitet werden können, sodass in besonders schneller und bedarfsgerechter Weise Temperaturen erzeugt werden können und auf das Fermentationsgut übertragen werden können. Nicht zuletzt kann durch eine derartige Ausgestaltung auch ein besonders montagefreundliches und handhabungsfreundliches Konzept realisiert werden, da auch bei einem Austausch oder Wechsel des wärmeabgebenden Mediums das Rührwerk als solches aus dem Fermenterbehälter nicht entnommen werden muss. Da gerade das Abschalten einer Biogasanlage und somit auch das Herunterfahren des biochemischen Reaktionsprozesses zu unerwünschten und relativ langen Stillstandszeiten führt, da insbesondere das Anfahren viel Zeit benötigt, ist die oben genannte Ausführung vorteilhaft.
Als wärmeabgebende Medien können beispielsweise flüssige oder gasförmige Medien genannt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Teilelement zumindest bereichsweise relativ flexibel verbiegbar ausgebildet ist. Dies ist dahingehend vorteilhaft, um auch eine gewisse Verformbarkeit und Elastizität bezüglich des Durchmischens des Fermentationsguts zu ermöglichen. Gerade dann, wenn zwei beabstandet zueinander ausgebildete Heizstränge des Teilelements angeordnet sind kann somit beim Durchmischen des Fermentationsguts auch eine gewisse Verformbarkeit erreicht werden, sodass zwischen diesen beiden Heizsträngen auch größere Elemente, die sich im Fermentationsgut befinden, in diesen Zwischenbereich zwischen Heizsträngen hindurchtreten können.
In einer weiteren Ausführung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Teilelement relativ starr und biegesteif ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein unerwünschtes Zusammendrücken der Teilelemente durch Komponenten des Fermentationsguts beim Drehen der Welle vermieden werden. Eine unerwünschte Querschnittsverengung eines als Hohlelement ausgebildeten Teilelements kann dadurch verhindert werden. Darüber hinaus kann durch eine derartig stabile biegesteife Ausgestaltung auch ein Ausleihern verhindert werden, sodass auch eine unerwünschte Ausbauchung, die gegebenenfalls dann auch dauerhaft bestehen bleibt, vermieden werden kann. Insbesondere dann, wenn zwei beabstandet zueinander angeordnete Heizstränge über ihre gesamte spiralförmige Erstreckung im Wesentlichen äquidistant angeordnet bleiben sollen, ist dann in diesem Zusammenhang eine biegesteife Ausgestaltung des Teilelements und somit auch der Heizstränge vorteilhaft.
Es kann vorgesehen sein, dass das Teilelement zumindest bereichsweise aus Metall ist. Insbesondere sind zumindest an der Außenseite des Teilelements Materialien vorgesehen, die beständig gegenüber den chemischen Einflüssen des Fermentationsguts sind, sodass eine lange Lebensdauer und Verschleißarmut erreicht ist.
Beispielsweise kann hier das Teilelement, welches in direktem Kontakt mit dem Fermentationsgut ist, aus einem Stahl, beispielsweise rostfreier Stahl sein.
Vorzugsweise weist ein Teilelement ein spiralförmig gewundenes Vorlaufstück auf, durch welches ein Vorlauf eines darin strömenden wärmeabgebenden Mediums ermöglicht ist, und somit ein Vorlauf-Heizstrang gebildet ist. An einer Umkehrstelle des Teilelements ist das Vorlaufstück mit einem ebenfalls spiralförmig gewundenen Rücklaufstück verbunden, wobei durch das Rücklaufstück ein Rücklauf des darin strömenden wärmeabgebenden Mediums erreicht ist, und somit ein Rücklauf-Heizstrang ausgebildet ist. Durch eine derartig spezifizierte Konstruktion wird es in besonders hervorzuhebender Weise ermöglicht, eine möglichst gleichmäßige Temperaturabgabe auf das Fermentationsgut zu erzielen. In radialer Richtung zur Achse der Welle sind somit in alternierender Weise jeweils ein Vorlaufstück und ein Rücklaufstück benachbart zueinander angeordnet. Der homogene Temperatureintrag in das Fermentationsgut radial und axial betrachtet ist dadurch in hervorzuhebender Weise erzielbar.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Vorlaufstück und das Rücklaufstück parallel zueinander verlaufend um die Welle spiralförmig gewunden sind, insbesondere mit gleicher Orientierung und Ganghöhe der Spiralbahn angeordnet sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Vorlaufstück mit einem größeren Spiralradius ausgebildet ist, als das Rücklaufstück. Es kann jedoch auch umgekehrt ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Teilelemente mit jeweils einem Vorlaufstück und einem Rücklaufstück ausgebildet sind und die beiden Teilelemente so zueinander angeordnet sind, dass in radialer Richtung zur Achse der Welle ein Vorlaufstück benachbart zu einem Rücklaufstück angeordnet ist. Die oben genannte alternierende Anordnung von mehreren Vorlauf- und Rücklaufstücken ist dabei in radialer Richtung betrachtet gegeben.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass in radialer Richtung zur Achse der Welle die Teilelemente über die gesamte radiale Ausdehnung des Rührwerks verteilt angeordnet sind, insbesondere gleich verteilt angeordnet sind. Dadurch kann über die gesamte radiale Ausdehnung des Rührwerks ein gleichmäßiges Durchmischen des Fermentationsguts und ein gleichmäßiger Wärmeeintrag in dieses erzielt werden.
Die zumindest zwei Teilelemente können völlig separiert voneinander im Hinblick auf die Wärmebeaufschlagung mit einem wärmeabgebenden Medium angeordnet sein. Sie können diesbezüglich jedoch auch gekoppelt sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die genannte Umkehrstelle eines Teilelements zwischen einem Vorlaufstück und einem Rücklaufstück an einem zur Herausführung der beiden Enden des Vorlaufstücks und des Rücklaufstücks vorgesehenen Ausführteils, welches an der Welle angeordnet ist, abgewandten Ende angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung ist somit in maximaler Länge bzw. Höhe eines derartigen Teilelements ein Durchströmen mit dem Medium möglich.
In besonders hervorzuhebender Weise ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Teilelementen des Mischelements in Form eines spiralförmig um die Welle umlaufenden Rechens oder eines Maschennetzes angeordnet sind. Dadurch ist insbesondere ein grobmaschiges Sieb erzeugbar. Die gleichmäßige Durchmischung als auch die homogene Temperaturbeaufschlagung des Fermentationsguts wird dadurch nochmals verbessert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Rührwerk ein Lager aufweist, welches an der Welle angeordnet ist. Das bereits genannte Ausführteil eines Teilelements ist insbesondere an diesem Lager angeordnet. Insbesondere ist dieses Ausführteil in das Lager ortsfest integriert. Durch eine derartige Konstruktion können die Teilelemente so aus dem Fermentationsbehälter herausgeführt werden. Darüber hinaus ist es durch eine derartige Konstruktion auch problemlos möglich, die Ankopplung der Teilelemente zur Versorgung mit wärmeabgebenden Medium zu gestalten.
Durch eine derartige Integration des Ausführteils in das Lager ist es auch problemlos gewährleistet, dass bei sich drehender Welle und somit auch sich drehenden Mischelementen die problemlose Ankopplung an externe Zuführungen, über die das wärmeabgebende Medium oder die anderweitige Beheizung der Teilelemente erfolgt, erreicht ist.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Teilelement in ein Trägerelement hineinmündend oder an einer Außenseite des Trägerelements vorbeilaufend daran befestigt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest ein Teilelement eines Mischelements über ein Ende der Welle geführt ist. Das Teilelement kann somit aus dem Rührwerk herausgeführt und in das Rührwerk hinein geführt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Teilelement bereichsweise im Inneren der Welle geführt ist, insbesondere relativ kurzwegig zur Herausführung aus dem Rührwerk im Inneren geführt ist, insbesondere im Bereich des Endes der Welle, aus dem das Herausführen und/oder Hineinführen eines Teilelements erfolgt, im Inneren geführt ist. Dadurch kann eine Einführung und Ausführung eines Teilelements sehr bauraumminimiert und für ein Teilelement geschützt erfolgen. Auch das Ankoppeln an externe Komponenten zur Zuführung von wärmeabgebenden Medium ist dann sehr vorteilhaft erreicht, da die Ankoppelstelle es sehr zentral angeordnet und leicht zugänglich ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Teilelement an einem zum Ende der Welle, an dem eine Einführung oder Ausführung der Teilelementen ausgebildet ist, nächstgelegenen Trägerelement zur Welle hingeführt bzw. weggeführt ist und in die Welle oder an die Welle mündet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Teilelement im Inneren des Trägerelements geführt ist, so dass es auch hier besonders aufgeräumt und geschützt angeordnet ist.
Neben dieser Anordnung des Teilelements kann auch vorgesehen sein, dass die Welle zumindest bereichsweise selbst heizbar ist, so dass auch von der Welle Wärme auf das Fermentationsgut übertragbar ist. Die Welle kann dazu als Hohlwelle ausgeführt sein und wie das Teilelement von einem wärmeabgebenden Medium durchströmt werden. Es versteht sich, dass das wärmeabgebende Medium auch gesondert durch ein in der Welle enthaltenes Rohr oder dergleichen strömen kann. Die Beheizung der Welle und des Teilelements erfolgt vorzugsweise in derselben Art. Hierbei kann es von besonderem Vorteil sein, wenn dasselbe wärmeabgebende Medium sowohl durch ein Teilelement als auch durch die Welle strömt. Beispielsweise kann der Vor- oder Rücklauf eines Teilelement durch die Welle strömen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Fermenterbehälter mit zumindest einem Rührwerk gemäß den obigen Ausführungen oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon.
Vorzugsweise ist der Fermenterbehälter als stehender Behälter ausgebildet und die Welle des Rührwerks ist parallel oder koaxial zur Längsachse des Behälters angeordnet. In dem Fermenterbehälter ist insbesondere nur ein einziges Rührwerk angeordnet.
Insbesondere ist das Lager des Rührwerks am oberen Ende der Welle angeordnet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Biogasanlage mit einem Rührwerk gemäß der Erfindung oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon. Insbesondere weist die Biogasanlage zumindest einen erfindungsgemäßen Fermenterbehälter oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon auf.
Insbesondere bei Kleinbiogasanlagen kann dadurch der Wirkungsgrad erhöht werden.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für Kleinbiogasanlagen, bei denen ein relativ kleiner Fermenterbehälter vorgesehen ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist in einem derartigen Fermenterbehälter nur ein einziges Rührwerk angeordnet, welches sich im Hinblick auf die radiale Ausdehnung des zylinderförmigen Behälters insbesondere nahezu bis zu dessen Innenwand erstreckt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rührwerks;
2 eine weitere perspektivische Darstellung des Rührwerks gemäß 1;
3 eine Seitenansicht des Rührwerks gemäß 1 und 2;
4 eine Draufsicht auf das Rührwerk gemäß 1 bis 3;
5 eine transparente Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fermenterbehälters mit einem Rührwerk;
6 eine zweite transparente Darstellung des Fermenterbehälters gemäß 5;
7 eine transparente Draufsicht auf den Fermenterbehälter gemäß 5;
8 eine Schnittdarstellung des Fermenterbehälters gemäß 5 entlang der Schnittlinie gemäß der Darstellung in 7; und
9 eine perspektivische Darstellung des Fermenterbehälters.
In den Figuren werden gleiche funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Rührwerk 1 für einen Fermenterbehälter einer Biogasanlage gezeigt. Insbesondere ist das Rührwerk 1 für einen Fermenterbehälter 18 (5) einer Kleinbiogasanlage vorgesehen.
Das Rührwerk 1 umfasst eine Welle 2, die um eine Achse A drehbar ist. An der Welle 2 ist eine Mischelementeinrichtung 3 angeordnet. Die Mischelementeinrichtung 3 ist zum Durchmischen des Fermentationsguts im Fermenterbehälter 18 vorgesehen, wenn sich das Rührwerk 1 um die Achse A dreht.
Die Mischelementeinrichtung 3 umfasst im Ausführungsbeispiel zwei Mischelemente 4 und 5. Beide Mischelemente 4 und 5 sind mehrfach spiralförmig gewunden um die Welle 2 umlaufend angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist hier eine Helixform ausgebildet.
Das Mischelement 4 umfasst im Ausführungsbeispiel zwei Teilelemente 6 und 7. Darüber hinaus umfasst das zweite Mischelement 5 ebenfalls zwei Teilelemente 8 und 9.
Wie zu erkennen ist, sind die beiden Mischelemente 4 und 5 in Umlaufrichtung um die Welle 2 um 180° versetzt zueinander angeordnet.
Wie zu erkennen ist, ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass sich die Mischelemente 4 und 5 in Richtung der Achse A zumindest über drei Viertel der Länge der Welle 2 erstrecken und insbesondere über diese Länge stetig gekrümmte Bogenbahnen im Hinblick auf die Spiralform aufweisen.
Es ist darüber hinaus zu erkennen, dass die Teilelemente 6 bis 9 in radialer Richtung und somit senkrecht zur Achse A beabstandet und nicht in direktem Kontakt zur Welle 2 angeordnet sind.
Dazu ist vorgesehen, dass an der Welle 2 eine Mehrzahl von Trägerelementen angeordnet ist, von denen beispielhaft lediglich vier mit dem Bezugszeichen 10, 11, 12 und 13 bezeichnet sind. Wie dabei zu erkennen ist, sind in Richtung der Längsachse A betrachtet immer zwei dieser Trägerelemente 10 bis 13 auf gleichem Höhenniveau angeordnet und um 180° versetzt zueinander positioniert.
Dies betrifft einerseits die Trägerelemente 10 und 11 und andererseits die Trägerelemente 12 und 13.
Wie darüber hinaus auch zu erkennen ist, sind die Trägerelemente 10 und 11 wiederum um 90° versetzt zu den Trägerelementen 12 und 13 angeordnet.
Wie des Weiteren aus der Darstellung in 1 zu erkennen ist, sind in axialer Richtung nach unten hin weitere Trägerelemente angeordnet, die dann jeweils alternierend im Hinblick auf ihre Orientierung zu den darüber angeordneten positioniert sind. Die Erläuterung zu den Trägerelementen 10 bis 13 gilt analog für die weiteren Trägerelemente.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Trägerelemente 10 und 13 zumindest bereichsweise hohl ausgebildet sind. Dies ist zum einen im Hinblick auf eine Gewichtseinsparung vorteilhaft. Andererseits ist dies dahingehend vorteilhaft, dass die Enden der Teilelemente 6 bis 9 in diese Trägerelemente 10 bis 13 einmündend angeordnet oder befestigt werden können.
Die Trägerelemente 10 bis 13, die auch stellvertretend für die weiteren gezeigten Trägerelemente benannt sind, können beispielsweise geradlinige Rohre sein.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass jedes der Teilelemente 6 bis 9 jeweils hohl ausgebildet ist, sodass im Ausführungsbeispiel ein wärmeabgebendes Medium durch diese Teilelemente 6 bis 9 geleitet werden kann. Beispielsweise kann hier eine erhitzte Flüssigkeit oder Dampf durchgeleitet werden. Über die Teilelemente 6 bis 9 kann somit eine möglichst gleichmäßige Wärmeabgabe an das umgebende Fermentationsgut im Fermenterbehälter 18 erreicht werden.
Die Teilelemente 6 bis 9 sind im Ausführungsbeispiel strangartig konzipiert und können somit auch als Heizstränge bezeichnet werden, wenn sie durch das wärmeabgebende Medium durchströmt sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Teilelemente 6 bis 9 zumindest bereichsweise als Rohr oder Schlauch ausgebildet sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Teilelemente 6 bis 9 zumindest bereichsweise elastisch verformbar sind. Ebenso kann zusätzlich oder anstatt dazu vorgesehen sein, dass die Teilelemente 6 bis 9 zumindest bereichsweise als starre und biegesteife Elemente ausgebildet sind.
Wie aus der Darstellung in 1 zu erkennen ist, sind die Teilelemente 6 und 7 in radialer Richtung zur Achse A äquidistant zueinander angeordnet. Entsprechendes gilt für die Teilelemente 8 und 9.
Im Hinblick auf die Ausgestaltung eines Teilelements 6 bis 9 erfolgt nachfolgend eine nähere Erläuterung. Das Teilelement 6 weist ein Vorlaufstück 6a und ein Rücklaufstück 6b auf. Im Ausführungsbeispiel ist das Vorlaufstück 6a das radial außen liegende Stück im Vergleich zu dem Rücklaufstück 6b.
Das Vorlaufstück 6a und das Rücklaufstück 6b sind im Bereich eines unteren Endes 14 der Welle 2, welches einem oberen Ende 15 gegenüberliegend ausgebildet ist, mit einem Umkehrteil 6c ausgebildet, welches eine Umkehrstelle darstellt. Im Ausführungsbeispiel ist dabei vorgesehen, dass das Umkehrteil 6c im Inneren des gezeigten Trägerelements verlaufend angeordnet ist und das Vorlaufstück 6a und das Rücklaufstück 6b verbindet.
Im Hinblick auf die Bezeichnung eines Vorlaufstücks 6a und eines Rücklaufstücks 6b bedeutet dies, dass im Ausführungsbeispiel über das obere Ende 15 der Welle 2 eine Zuführung des wärmeabgebenden Mediums, beispielsweise erwärmtes Wasser oder dergleichen, in das Vorlaufstück 6a erfolgt und über die Umkehrstelle bzw. das Umkehrstück 6c in das Rücklaufstück 6b geleitet wird. Ist dieses Medium dann über das Rücklaufstück 6b wieder am oberen Ende 15 angekommen, kann es aus dem Rührwerk 1 abgeleitet werden. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass am oberen Ende 15 eine nicht näher gezeigte Koppelstelle 16 ausgebildet ist, über welche das Rührwerk 1 mit einer externen Mediumversorgung koppelbar ist.
Entsprechend ist vorgesehen, dass auch das Teilelement 7 ein Vorlaufstück 7a und Rücklaufstück 7b aufweist. Auch hier ist dann ein Umkehrstück 7c in dem gezeigten Träger innenliegend angeordnet.
Darüber hinaus umfasst auch das Teilelement 8 ein Vorlaufstück 8a und ein Rücklaufstück 8b sowie ein in dem nicht näher gekennzeichneten Trägerelement innenliegendes Umkehrstück 8c. Entsprechend weist auch das Teilelement 9 ein Vorlaufstück 9a und ein Rücklaufstück 9b auf. Auch hier ist im unteren Bereich des Rührwerks 1 eine Umkehrstelle mit einem Umkehrteil 9c ausgebildet.
Im Hinblick auf die Mediumzuleitung und -ableitung in den Teilelementen 7 bis 9 wird auf die Ausführungen zum Teilelement 6 verwiesen.
Die Rührwelle 2 umfasst ein Lager 17, welches die Zuführungen zu den Teilelementen 6 bis 9 aufnimmt und als Ausführteil konzipiert ist. Das Lager 17 ist dahingehend konzipiert, dass es ein problemloses Herausführen der Zuführungen zu den Teilelementen 6 bis 9 gewährleistet und eine Endlosdrehung der Teilelemente 6 bis 9 um die Achse A gewährleistet.
Es kann auch zusätzlich oder anstatt dazu ein Lager am unteren Ende 14 angeordnet sein.
Insbesondere ist vorgesehen, dass im Ausführungsbeispiel die Teilelemente 6 bis 9, insbesondere die Rücklaufstücke 6a bis 9b, in die dem oberen Ende 15 zugewandten und nächstgelegenen Trägerelemente 10 und 11 münden und im Inneren bis zur Welle 2 verlaufen. Dort münden sie in einen Hohlraum der Welle 2 und verlaufen bis zum Lager 17 und werden über das Ende 15 nach außen geführt. Entsprechend ist die Einführung und Ankopplung von extern an die Welle 2, so dass Vorlaufstücke 6a bis 9a dann mit externen Zuleitungen gekoppelt werden können und das Medium über das Ende 15 in die Welle 2 mit den dort noch im Inneren der Welle 2 verlaufenden Teilelemente 6 bis 9 einbringbar ist. Die Welle 2 ist dadurch zumindest abschnittweise, das heißt im vorliegenden Ausführungsbeispiel an einem oberen Endabschnitt ebenfalls beheizbar. Denkbar ist ferner, die Welle zusätzlich über die gesamte Höhe der Teilelemente und gegebenenfalls auch an dem anderen bzw. unteren Endabschnitt mittels des wärmeabgebenden Mediums zu beheizen.
Es kann auch zusätzlich oder anstatt dazu ein Lager am unteren Ende 14 angeordnet sein. Beispielsweise kann dann ein Zuleiten über ein Ende 14 oder 15 erfolgen, und die Ableitung über das andere Ende 15 oder 14.
Wie darüber hinaus zu erkennen ist, sind die jeweiligen Vorlaufstücke 6a, 7a, 8a und 9a in radialer Richtung betrachtet beabstandet zu den zugeordneten Rücklaufstücken 6b, 7b, 8b und 9b konzipiert.
Durch diese Ausgestaltung und Anordnung der Teilelemente 6 bis 9 wird auch ein siebartiger Rechen erzeugt, durch welchen ein verbessertes Durchmischen bzw. Durchschneiden des Fermentationsguts einerseits und ein wesentlich verbesserter, gleichmäßigerer Wärmeeintrag in das Fermentationsgut erzielt werden kann.
Vorzugsweise sind die als Heizstränge ausgebildeten Verlaufstücke 6a bis 9a im Vergleich zueinander mit gleichem Außendurchmesser und gleichem Innendurchmesser ausgebildet. Sie können diesbezüglich auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die als Heizstränge ausgebildeten Rücklaufstücke 6b bis 9b im Vergleich zueinander mit gleichem Außendurchmesser und gleichem Innendurchmesser ausgebildet. Sie können diesbezüglich auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein Außendurchmesser und/oder ein Innendurchmesser eines Vorlaufstücks 6a bis 9a unterschiedlich oder gleich zu einem Außendurchmesser und/oder einem Innendurchmesser eines Rücklaufstücks 6b bis 9b ist.
Die als Heizstränge ausgebildeten Teilelemente 6 und 7 des Mischelements 4 laufen dabei parallel in einer stetig gekrümmten Spiralbahn um die Achse A um, wobei sie mit unterschiedlichen Spiralradien ausgestaltet sind. Entsprechendes gilt für die Teilelemente 8 und 9 des Mischelements 5.
Bei der in 1 Ausführung ist somit in radialer Richtung zur Achse A betrachtet jeweils in alternierender Anordnung ein Vorlaufstück und ein Rücklaufstück angeordnet. Dies trägt besonders positiv zur homogenen Temperaturbeaufschlagung des Fermentationsguts sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung bei, sodass im Hinblick auf die volumenmäßige Ausgestaltung des Fermentationsguts auch diesbezüglich eine sehr homogene Temperaturverteilung erzielt und eingestellt werden kann.
In 2 ist in einer weiteren anders gearteten perspektivischen Darstellung das Rührwerk 1 gemäß 1 gezeigt.
In 3 ist eine Seitenansicht des Rührwerks gemäß 1 und 2 gezeigt, wobei die Trägerteile 10 bis 13 einerseits und die Welle 2 andererseits zumindest bereichsweise transparent dargestellt sind, sodass teilweise auch das Innenleben dieser Komponenten schematisch zu erkennen ist.
In 4 ist eine Draufsicht auf das Rührwerk gemäß 1 bis 3 gezeigt, wobei insbesondere auf das obere Ende 15 aufgesehen wird.
In 5 ist in einer ersten Seitenansicht ein Fermenterbehälter 18 in transparenter Darstellung gezeigt, sodass das im Inneren angeordnete Rührwerk 1 zu erkennen ist.
Darüber hinaus ist in 5 auch zu erkennen, dass sich die Mischelemente 4, 5 des Rührwerks 1 über die gesamte Höhe (Erstreckung in Richtung der Achse A) des zylinderförmigen Bereichs des Fermenterbehälters 18 erstrecken.
Ferner ist zu erkennen, dass sich im Hinblick auf die radiale Ausdehnung die Mischelemente 4, 5 so gestalten, dass sie zumindest zwei Drittel, insbesondere zumindest drei Viertel des Innendurchmessers des Fermenterbehälters 18 aufweisen, insbesondere nahezu bis zur Innenwandung 19 des Fermenterbehälters 18 reichen.
In dem Fermenterbehälter 18 ist lediglich ein einziges Rührwerk 1 angeordnet.
In 6 ist in einer weiteren Darstellung der Fermenterbehälter 18 gezeigt, wobei auch hier in teilweise transparenter Darstellung eine seitliche Ansicht an einer anderen Stelle im Vergleich zur Darstellung 5 gezeigt ist.
In 7 ist eine Draufsicht auf den Fermenterbehälter 18 gemäß 5 gezeigt. Auch hier ist eine transparente Darstellung gewählt, sodass in das Innere des Fermenterbehälters 18 eingesehen werden kann. Die Ausdehnung des Rührwerks 1 bis hin zur Innenwandung 19 des Fermenterbehälters 18 ist erkennbar.
In 8 ist in einer Längsschnittdarstellung entlang der Schnittlinie VIII-VIII der Fermenterbehälter 18 gezeigt. Die unmittelbar benachbarte Anordnung der Mischelemente 4, 5 zu der Innenwandung 19 ist zu erkennen.
In 9 ist in einer perspektivischen Darstellung der Fermenterbehälter 18 gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004027077 B4 [0003]
DE 19648875 A1 [0004]

Claims

Rührwerk (1) für einen Fermenterbehälter (18), mit einer Welle (2) und einer Mischelementeinrichtung (3) mit zumindest einem an der Welle (2) angeordneten Mischelement (4, 5), welches ein zumindest bereichsweise beheizbares Teilelement (6 bis 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilelement zumindest bereichsweise spiralförmig gewunden um die Welle (2) umlaufend angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilelement (6 bis 9) vollständig als mehrfach gewundene Spirale ausgebildet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (4, 5) von der Welle (2) abstehende Trägerelemente (10 bis 13) aufweist, an denen zumindest ein als Teilelement (6 bis 9) ausgebildeter spiralförmig gewundener länglicher Heizstrang des Mischelements (4, 5) angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Teilelementen (6 bis 9) als Heizstränge ausgebildet und an den Trägerelementen (10 bis 13) beabstandet zueinander angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstränge in parallel zueinander verlaufenden Spiralbahnen angeordnet sind.
Rührwerk (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstränge in radialer Richtung zur Welle (2) nebeneinander mit unterschiedlichen Spiralradien angeordnet sind.
Rührwerk (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Heizsträngen in radialer Richtung äquidistant zueinander angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilelement (6 bis 9) zumindest bereichsweise als Hohlelement zur Durchströmung mit wärmeabgebendem Medium ausgebildet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilelement (6 bis 9) als Rohr oder Schlauch ausgebildet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilelement (6 bis 9) biegesteif ausgebildet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilelement (6 bis 9) aus Metall ist.
Rührwerk (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilelement (6 bis 9) ein spiralförmig gewundenes Vorlaufstück (6a bis 9a) aufweist, durch welches ein Vorlauf eines darin strömende Mediums ermöglicht ist, und ein an einer Umkehrstelle (6c bis 9c) mit dem Vorlaufstück (6a bis 9a) verbundenes und spiralförmig gewundenes Rücklaufstück (6b bis 9b) aufweist, durch welches ein Rücklauf des darin strömenden Mediums ermöglicht ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorlaufstück (6a bis 9a) und das Rücklaufstück (6b bis 9b) parallel zueinander verlaufend um die Welle (2) spiralförmig gewunden sind.
Rührwerk (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorlaufstück (6a bis 9a) mit einem größeren Spiralradius ausgebildet ist als das Rücklaufstück (6b bis 9b).
Rührwerk (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Teilelemente (6 bis 9) mit jeweils einem Vorlaufstück (6a bis 9a) und einem Rücklaufstück (6b bis 9b) ausgebildet sind und die beiden Teilelemente (6 bis 9) so zueinander angeordnet sind, dass in radialer Richtung zur Welle (2) ein Vorlaufstück (6a bis 9a) benachbart zu einem Rücklaufstück (6b bis 9b) angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrstelle (6c bis 9c) eines Teilelements (6 bis 9) an einem zur Herausführung der beiden Enden des Vorlaufstücks (6a bis 9a) und des Rücklaufstücks (6b bis 9b) vorgesehenen Ausführteils, welches an der Welle (2) angeordnet ist, abgewandten Ende angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Teilelementen (6 bis 9) des Mischelements in Form eines, insbesondere spiralförmigen, Rechens oder eines Maschennetzes angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Lager (17) aufweist, welches an der Welle (2) angeordnet ist.
Rührwerk (1) nach Anspruch 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführteil an dem Lager (17) angeordnet, insbesondere in das Lager (17) ortsfest integriert ist.
Rührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) zumindest bereichsweise heizbar ist.
Fermenterbehälter (18) mit zumindest einem Rührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fermenterbehälter (18) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass er als stehender Behälter (18) ausgebildet ist und die Welle (2) parallel oder koaxial zur Längsachse (B) des Behälters (18) angeordnet ist.
Fermenterbehälter (18) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (17) am oberen Ende (15) der Welle (2) angeordnet ist.
Biogasanlage, insbesondere Kleinbiogasanlage, mit zumindest einem Rührwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und/oder zumindest einem Fermenterbehälter (18) nach einem der Ansprüche 21 bis 23.