DE102011114682B4 - Transportbehälter zum Transport eines brennbaren, nicht hochexplosiven Biogasgemisches - Google Patents
Transportbehälter zum Transport eines brennbaren, nicht hochexplosiven Biogasgemisches Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter zum Transport eines brennbaren, nicht hochexplosiven Biogasgemisches nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Zum Transport von brennbaren Gasen werden üblicherweise aus Stahl gefertigte Druckzylinder eingesetzt. Das Speichervolumen dieser stählernen Gasflaschen ist relativ klein. Um dennoch eine größere Menge Gas in solchen stählernen Gasflaschen speichern zu können, sind die Gasflaschen druckfest aufgebaut und das zu speichernde Gas wird mit hohem Druck in die Gasflasche gepresst. Der Überdruck in solchen Gasflaschen kann bis zu 300 bar betragen.
- In Industrieländern mit hochentwickelten Logistiksystemen sind die bekannten stählernen Gasflaschen zum Transport von Gasen sehr gut geeignet. In unterentwickelten Staaten mit nur schwach ausgebildeter Transportlogistik ist der Gastransport in solchen stählernen Gasflaschen dagegen mit großen Nachteilen verbunden. Dies beruht insbesondere auf dem hohen Gewicht der stählernen Gasflaschen, da der Transport der Gasbehälter in Entwicklungsländern vielfach ohne entsprechend geeignete Transportgerätschaften, beispielsweise Transportfahrzeugen, erfolgen muss. Für den Transport von Hand oder auf dem Rücken eines Benutzers sind die bekannten stählernen Gasflaschen sehr ungeeignet. Ein weiterer Nachteil der bekannten stählernen Gasflaschen ist es, dass zu deren Befüllung ein entsprechend hoher Überdruck aufgebaut werden muss. Dementsprechend muss für die Befüllung ein geeignetes Kompressorsystem vorhanden sein, mit dem das Gas in die stählernen Gasflaschen gepresst werden kann. Insgesamt sind deshalb die bekannten Gastransportbehälter zum Gastransport in Zonen mit unterentwickelter Logistikinfrastruktur nur wenig geeignet.
- Hinsichtlich Gewicht und Tragekomfort wird eine gegenüber Stahlflaschen verbesserte Ausführung zum Transport von unter Überdruck gespeicherten Gasen, d. h. in diesem Falle von Luft, in der Schrift
US 5,127,399 A offenbart. Hierbei wird vorgeschlagen, anstelle der Gasflaschen Röhren aus flexiblem Gewebematerial einzusetzen, welche mäanderförmig aneinander gereiht an einer Weste befestigt sind. Aufgrund der Rohrform können diese bei geringem Gewicht höheren Drücken standhalten und weisen dennoch eine gewisse Flexibilität für ein angenehmen Tragekomfort auf. - Unvermindert verbleibt bei vorheriger Ausführung das Problem, dass ein sinnvoller Einsatz nur gegeben ist, sofern das zu transportierende Gas unter höherem Druck eingefüllt wird. Weiterhin sind die Herstellungskosten im Verhältnis zur Stahlflasche unvermindert relativ hoch, so dass ein Einsatz geringen finanziellen Mittel nicht möglich ist.
- Zur Realisierung kostengünstiger Speichermöglichkeiten im stationären Einsatz werden in den Schriften
DE 202 08 178 U1 sowieFR 2.059.004 A5 - Wenngleich in vorherigen Ausführungen Möglichkeiten zum Speichern von Gasen bei niedrigen Drücken offenbart werden, eignen sich diese jedoch nicht zum mobilen Transport, da insbesondere im Entleerten Zustand die Speichervorrichtung insgesamt eine unvermindert sperrige Ausführung darstellt. Sofern man die Führung der flexiblen Hüllen auf ein Minimum reduziert, wie dies unter anderem in der zweiten Schrift vorgeschlagen wird, geht aufgrund der fehlenden Stabilität eine potentielle Transportfähigkeit verloren. Denkbar ist insofern ausschließlich ein Transport von derartigen Ausführungen mit hinreichend stabilen Führungen mittels LKW, Schiff oder dergleichen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Transportbehälter zum Transport eines brennbaren, nicht hochexplosiven Biogasgemisches vorzuschlagen, der auch unter einfachsten Bedingungen, insbesondere in Entwicklungsstaaten, eingesetzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch einen Transportbehälter nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Der erfindungsgemäße Transportbehälter beruht auf dem Grundgedanken, dass die Behälterwandung aus einem flexibel verformbaren Gewebe- oder Folienmaterial besteht, wobei das Speichervolumen des Transportbehälters durch Verformung der Behälterwandung veränderbar ist. Der erste Hauptvorteil eines solchen Transportbehälters besteht darin, dass der Transportbehälter aufgrund der Verwendung eines Gewebe- oder Folienmaterials sehr leicht ist. Durch das geringe Gewicht der Behälterwandung des Transportbehälters kann der Transportbehälter auch ohne aufwendige Transportlogistik, insbesondere ohne Transportfahrzeuge, transportiert werden. Außerdem kann das Speichervolumen des Transportbehälters flexibel angepasst werden, so dass das Befüllen des Transportbehälters mit hohem Überdruck nicht notwendig ist. Stattdessen wird bei der Aufnahme größerer Gasvolumen einfach das Speichervolumen des Transportbehälters durch entsprechendes Auffalten der Behälterwandung vergrößert. Damit ist es insbesondere möglich, dass das brennbare Gas, beispielsweise das Biogasgemisch, mit dem Druck, mit dem es beispielsweise in einer Biogasanlage erzeugt wird, unmittelbar in den Transportbehälter eingefüllt wird, ohne dass eine Kompressoranordnung zwischengeschaltet werden muss. Das brennbare Gas in dem Transportbehälter steht dann beispielsweise im Speichervolumen nur unter einem Überdruck von 50 bis 100 mbar. Aufgrund dieses geringen Innendrucks kann auch die Druckfestigkeit der Behälterwandung des erfindungsgemäßen Transportbehälters entsprechend gering dimensioniert werden.
- Um den Transport von Transportbehältern, die vollständig entleert sind, möglichst zu vereinfachen, ist weiterhin vorgesehen, dass das Gewebe- oder Folienmaterial der Behälterwandung aufeinanderliegend gefaltet und der Transportbehälter dadurch zusammengelegt werden kann. Auf diese Weise wird es nämlich möglich, dass die entleerten Transportbehälter vollständig zusammengefaltet werden und dann nur noch ein sehr geringes Außenvolumen aufweisen. Bei der Befüllung des Transportbehälters mit dem brennbaren Gas wird dann die Behälterwandung wiederum aufgefaltet, bis der Transportbehälter sein maximales Speichervolumen einnimmt.
- Um den Hand- oder Körpertransport des erfindungsgemäßen Transportbehälters zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, ist an dem Transportbehälter eine Trageeinrichtung angebracht. Dabei handelt es sich um Handgriffe oder Schulterriemen.
- Solange eine ausreichende Gasundurchlässigkeit gegeben ist, ist es grundsätzlich beliebig, in welcher Weise die Behälterwandung von dem Gewebe- oder Folienmaterial gebildet wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn mehrere Lagen von Gewebe- und/oder Folienmaterial gemeinsam die Behälterwandung bilden. Durch Verwendung unterschiedlicher Materialien in den verschiedenen Lagen der Behälterwandung kann das Eigenschaftsprofil der Behälterwandung an verschiedenste Anforderungsprofile angepasst werden. So können beispielsweise die äußeren Lagen der Behälterwandung eine hohe mechanische Verschleißfestigkeit aufweisen, um den Transportbehälter vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. Die inneren Lagen der Behälterwandung können dagegen eine besonders hohe Gasundurchlässigkeit aufweisen, um Leckageverluste möglichst zu vermeiden.
- Um den Transportbehälter vor Beschädigungen durch einen unzulässig hohen Innendruck zu schützen, kann der Transportbehälter mit einem Überdruckventil ausgestattet werden. Sobald der Innendruck im Transportbehälter ein zulässiges Maß überschreitet, öffnet dieses Überdruckventil und lässt soviel Gas ab, bis der Innendruck unter die zulässige Schwelle fällt. Der Behälter ist beispielsweise bis zu Drücken von 0,1 bar mit Druck beaufschlagbar. Zusätzlich ist der Behälter bei Drücken geringfügig höher als 0,1 bar dadurch gesichert, dass die Trägergurte den Sack vollkommen umschließen und so die Nähte vor einem möglichen Aufreißen schützen.
- Um Beschädigungen der Behälterwandung durch mechanische Gegenstände und mechanischen Verschleiß auszuschließen, sollte die Behälterwandung an der Außenseite des Transportbehälters eine verschleißfeste Außenschicht aufweisen. Bei Verschleiß ist besonders die Gasdichtigkeit zu berücksichtigen. Im Fall von Leckagen wäre der Inliner betroffen, d. h. die gasdichte innere Lage eines mehrlagigen Materials. Wahlweise ist der Behälter deshalb so konzipiert, dass die strapazierfähige Außenschicht, z. B. an einer mit Klettverschluss versehenen Naht, geöffnet werden kann und der innere gasdichte Teil des Behälters ersetzt werden kann. Somit können Kosten und Müllaufkommen reduziert werden.
- Insbesondere in Entwicklungsländern erhält der Einsatz von regenerativen Energien, insbesondere Biogas, eine zunehmende Bedeutung. Denn Biogas kann beispielsweise durch die Vergärung von pflanzlichen Ernteresten oder durch Umsetzung von Gülle erzeugt werden. Bei Biogas handelt es sich dabei um ein Gasgemisch aus verschiedenen Gasfraktionen. Üblicherweise enthält das Biogasgemisch dabei brennbare Bestandteile, insbesondere Methan, und unbrennbare Bestandteile, insbesondere Kohlendioxid.
- Für die thermische Verwertung des Biogasgemisches in Verbrennungsprozessen ist ein besonders hoher relativer Anteil an brennbaren Bestandteilen des Biogasgemisches von Vorteil, wohingegen der relative Anteil an unbrennbaren Bestandteilen des Biogasgemisches, insbesondere der relative Anteil an Kohlendioxid, möglichst klein sein sollte. Abhängig vom Erzeugungsprozess kann das Biogas bis zu mehr als 50% aus nicht brennbaren Gasen, hauptsächlich Kohlendioxid, bestehen. Um den relativen Methangehalt anzuheben bzw. den relativen Kohlendioxidgehalt im Biogasgemisch abzusenken, ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Behälterwandung des erfindungsgemäßen Transportbehälters aus einem selektiv permeablen Membranmaterial bzw. einem selektiv permeablen Folienmaterial besteht. Die selektive Permeabilität dieser Materialien zur Herstellung der Behälterwandung des Transportbehälters zeichnet sich dadurch aus, dass das Material für die brennbaren Bestandteile des Biogasgemisches, insbesondere für Methan, im Wesentlichen diffusionsundurchlässig ist, wohingegen das Material für die in Biogasgemischen enthaltenen Kohlendioxidmoleküle zumindest teilweise diffusionsdurchlässig ist. Durch die selektive Permeabilität des Materials, aus dem die Behälterwandung des Transportbehälters besteht, kann erreicht werden, dass die nicht brennbaren Bestandteile des Biogasgemisches schneller und in größerem Umfang durch die Behälterwandung hindurch diffundieren, als die brennbaren Bestandteile. Im Ergebnis kann also dadurch erreicht werden, dass die nicht brennbaren Bestandteile des Biogasgemisches abgereichert werden und somit der relative Anteil der brennbaren Bestandteile im Transportbehälter ohne zusätzlichen Aufwand ansteigt. Dies bedeutet mit anderen Worten also, dass die Diffusionsdurchlässigkeit des zur Herstellung der Behälterwandung verwendeten Materials gegenüber Kohlendioxidmolekülen signifikant größer ist als die Diffusionsdurchlässigkeit gegenüber Methanmolekülen. Die selektive Diffusionsdurchlässigkeit beruht dabei darauf, dass das zur Herstellung des Behälterwandungsmaterials eingesetzte Material für unterschiedlich große Gasmoleküle unterschiedlich diffusionsdurchlässig ist. So können die relativ kleinen Kohlendioxidmoleküle leichter durch das Material hindurch diffundieren als die deutlich größeren Methanmoleküle.
- Durch die Verwendung des selektiv permeablen Membran- oder Folienmaterials zur Herstellung der Behälterwandung des Transportbehälters kann erreicht werden, dass ohne weiteren Anlageaufwand schon durch die Lagerung des Biogases in dem Transportbehälter eine Anreicherung des relativen Anteils der brennbaren Bestandteile im Biogasgemisch bzw. eine Abreicherung des relativen Kohlendioxidgehalts erzielt wird. Da der Diffusionsprozess der Kohlendioxidmoleküle durch das Behälterwandungsmaterial allein passiv abläuft, kann die erwünschte Anreicherung des relativen Methangehalts ohne zusätzliche Kosten und ohne zusätzlichen Geräteaufwand erreicht werden. Das zur Herstellung der Behälterwandung verwendete Folien- oder Membranmaterial mit seiner selektiven Permeabilität hinsichtlich Methan einerseits und Kohlendioxid andererseits sollte für die Methanmoleküle im technischen Sinn im Wesentlichen diffusionsundurchlässig sein. Diffusionsundurchlässig im Sinne dieser Erfindung bedeutet dabei, dass die Diffusionsdurchlässigkeit des Behälterwandungsmaterials gegenüber Methan unterhalb einer zulässigen Diffusionsschwelle liegt. Diffusionsundurchlässig im Sinne dieser Erfindung bedeutet dagegen nicht eine absolute Diffusionsundurchlässigkeit.
- Die Effektivität der Anreicherung des relativen Methangehalts des im Transportbehälter gespeicherten Biogasgemisches hängt im Wesentlichen vom Unterschied der Diffusionsdurchlässigkeit des Materials gegenüber Kohlendioxid einerseits und Methan andererseits ab. Um eine signifikante Anreicherung des relativen Methangehalts erreichen zu können, ist es bevorzugt, dass bei Raumtemperatur die Diffusionsdurchlässigkeit des Behälterwandungsmaterials zumindest zweimal größer, insbesondere zehnmal größer, ist als die Diffusionsdurchlässigkeit des Behälterwandungsmaterials für Methanmoleküle. Durch diesen Unterschied der Diffusionsdurchlässigkeit hinsichtlich der Kohlendioxidmoleküle einerseits und der Methanmoleküle andererseits kann bereits ein signifikanter und wirtschaftlich interessanter Selektionseffekt bei der Lagerung von Biogas in den erfindungsgemäßen Transportbehältern erzielt werden. Die maximal zulässige Diffusionsdurchlässigkeit des Behälterwandungsmaterials für Methanmoleküle darf dabei nicht überschritten werden, um Leckageverluste weitgehend auszuschließen.
- Aus welchem Material die Behälterwandung der erfindungsgemäßen Transportbehälter hergestellt wird, ist grundsätzlich beliebig, solange die erfindungsgemäße Verformbarkeit gegeben ist. Um zugleich einen ausreichend verformbaren Transportbehälter herstellen zu können, der zudem auch eine selektive Permeabilität im Hinblick auf Kohlendioxid einerseits und Methan andererseits aufweist, erscheinen Polyethylenmaterialien, insbesondere Polyethylenfolien, besonders geeignet. Alternativ dazu sind auch Materialien aus Butylkautschuk sehr gut geeignet, um die selektive Permeabilität im Hinblick auf Kohlendioxid einerseits und Methan anderseits zu realisieren.
- Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisiert dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert.
- Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen, mit Biogas gefüllten Transportbehälter in perspektivischer seitlicher Ansicht; -
2 den Transportbehälter gemäß1 in einer Anordnung zur Entleerung des Biogasgemisches; -
3 den Transportbehälter gemäß1 im schematisierten Querschnitt. -
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Transportbehälter01 , der mit einem Biogasgemisch gefüllt ist. Die Behälterwandung02 des Transportbehälters01 besteht aus einer Polyethylen- oder Butylkautschukfolie, die eine selektive Permeabilität gegenüber Methanmolekülen einerseits und Kohlendioxidmolekülen andererseits aufweist. Zur Herstellung des Transportbehälters01 wird dabei ein nahtfreier Schlauchabschnitt verwendet, dessen obere und untere Schnittkanten mit Klemmschienen03 und/oder Schweißnähten und/oder Textilnähten gasdicht verschlossen werden. Auf diese Weise entsteht ein gasdichtes Speichervolumen im Inneren des Transportbehälters01 , in dem ein brennbares Gas, insbesondere ein Biogasgemisch, aufgenommen werden kann. - Zur Befüllung des Transportbehälters
01 mit Biogas ist ein Gasventil04 vorgesehen. Das Gasventil04 kann über eine nicht dargestellte Gasleitung beispielsweise mit einem Biogasreaktor verbunden und auf diese Weise das unter schwachem Überdruck stehende Biogas in den verformbaren Transportbehälter01 eingefüllt werden. Neben dem Gasventil04 ist außerdem ein Überdruckventil05 vorgesehen, das beispielsweise auf einen Überdruck von 60 mbar eingestellt ist. Sobald das Biogasgemisch im Inneren des Transportbehälters01 einen Überdruck von 60 mbar erreicht hat, öffnet das Überdruckventil05 und zeigt dadurch an, dass der Transportbehälter01 vollständig befüllt ist. - Zum Transport des Transportbehälters
01 auf dem Rücken eines Trägers sind auf der Vorderseite des Transportbehälters01 zwei Schulterriemen06 vorgesehen. Auf diese Weise kann der Transportbehälter01 dann in der Art eines Rucksacks auf dem Rücken eines Trägers aufgeschnallt werden, um dann den Transportbehälter01 mit dem darin enthaltenen Biogas von der Gasversorgungsquelle, beispielsweise einem Biogasreaktor, zu der Gasverbrauchsstelle, beispielsweise einer Kochstelle, zu transportieren. An der Außenseite des Transportbehälters01 ist eine verschleißfeste Außenschicht07 vorgesehen, um den Transportbehälter01 vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. -
2 zeigt den Transportbehälter01 nach der Verbringung zu einer Gasverbrauchsstelle. Um das in dem Transportbehälter01 enthaltene Biogas entnehmen zu können, wird eine Beschwerung08 , die beispielsweise aus einer Unterlage09 und Gewichten10 besteht, auf die Oberseite des Transportbehälters01 aufgelegt und dadurch der Innendruck des Biogasgemisches im Inneren des Transportbehälters01 erhöht. Über das Gasventil04 und einen daran angeschlossenen Gasschlauch11 kann das Biogasgemisch dann entnommen und zu einem Verbraucher, beispielsweise einem Gaskocher, weitergeleitet werden. Aufgrund der flexiblen Verformbarkeit der Behälterwandung02 des Transportbehälters01 kann das Biogasgemisch ohne Weiteres und weitgehend vollständig aus dem Transportbehälter01 ausgetrieben werden. Sobald der Transportbehälter01 vollständig entleert ist, kann er auf ein kleines Volumen zusammengefaltet bzw. zusammengedreht werden, um anschließend eine erneute Befüllung vorzunehmen. -
3 zeigt den Transportbehälter01 mit der selektiv permeablen Behälterwandung02 im Querschnitt. Im Speichervolumen12 des Transportbehälters01 ist ein Biogasgemisch13 enthalten, das unter anderem Kohlendioxidmoleküle14 und Methangasmoleküle15 enthält. Aufgrund der selektiven Permeabilität des Butylkautschukmaterials in der Behälterwandung02 diffundieren die Kohlendioxidmoleküle14 erheblich stärker durch die Behälterwandung als die Methangasmoleküle15 . Aufgrund dieser Unterschiede in der Diffusionsdurchlässigkeit der Behälterwandung02 wird bei Lagerung des Transportbehälters01 eine Anreicherung des relativen Methangehalts im Biogasgemisch13 erreicht. Der relative Kohlendioxidgehalt im Biogasgemisch13 wird dagegen bei der Lagerung des Transportbehälters und dem darin enthaltenen Biogasgemisch zunehmend abgereichert.
Claims (8)
- Transportbehälter (
01 ) zum Transport eines brennbaren, nicht hochexplosiven Biogasgemisches (13 ), wobei die das Speichervolumen (12 ) des Transportbehälters (01 ) begrenzende Behälterwandung (02 ) den Diffusionsaustritt der brennbaren Bestandteile des brennbaren Gases (13 ) zumindest im Wesentlichen ausschließt, und wobei der Transportbehälter (01 ) zumindest ein Gasventil (04 ) aufweist, durch das der Transportbehälter (01 ) mit dem brennbaren Gas (13 ) befüllt und/oder entleert werden kann, und wobei an dem Transportbehälter (01 ) eine Trageeinrichtung (06 ) in der Art von Tragegriffen oder Schulterriemen (06 ) angebracht ist, die den Hand- oder Körpertransport des Transportbehälters (01 ) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwandung (02 ) des Transportbehälters (01 ) aus einem flexibel verformbaren und faltbarem Gewebe- und/oder Foliematerial besteht, wobei das Speichervolumen (12 ) des Transportbehälters (01 ) durch Verformung der Behälterwandung (02 ) veränderbar ist und der Transportbehälter (01 ) durch aufeinanderliegendes Falten der Behälterwandung (02 ) im Wesentlichen vollständig zusammengelegt werden kann. - Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe- und/oder Foliematerial der Behälterwandung (
02 ) aus mehreren Materiallagen besteht. - Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Transportbehälter (
01 ) ein Überdruckventil (05 ) vorgesehen ist, das den maximalen Innendruck im Transportbehälter (01 ) begrenzt. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwandung (
02 ) an der Außenseite des Transportbehälters (01 ) eine verschleißfeste Außenschicht (07 ) aufweist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Behälterwandung (
02 ) aus einem selektiv permeablen Membranmaterial oder einem selektiv permeablen Foliematerial besteht, wobei das Membranmaterial oder Foliematerial für die brennbaren Bestandteile (15 ) des Biogasgemisches (13 ) im Wesentlichen diffusionsundurchlässig ist, und wobei das Membranmaterial oder Foliematerial für im Biogasgemisch (13 ) enthaltene Kohlendioxidmoleküle (14 ) zumindest teilweise diffusionsdurchlässig ist. - Transportbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das selektiv permeable Membran- oder Foliematerial der Behälterwandung (
02 ) für im Biogasgemisch (13 ) enthaltene Methanmoleküle (15 ) im Wesentlichen diffusionsundurchlässig ist. - Transportbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Raumtemperatur die Diffusionsdurchlässigkeit des Membran- oder Foliematerials der Behälterwandung (
02 ) für Kohlendioxidmoleküle (14 ) zumindest zweimal größer, insbesondere zehnmal größer, ist als die Diffusionsdurchlässigkeit des Membran- oder Foliematerials der Behälterwandung (02 ) für Methanmoleküle (15 ). - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranmaterial oder Foliematerial der Behälterwandung (
02 ) Butylkautschuk oder Polyethylen enthält.
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