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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergärung von Biomasse und Speicherung von Biogas.
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Es sind solche Vorrichtungen in Form von Biogasspeichern bekannt, die Biogas speichern. Das bei der Gasproduktion anfallende Biogas wird im Gasspeicher gepuffert und in der Regel einem Blockheizkraftwerk zugeführt. Die Außenmembran weist eine biaxiale Krümmung auf. In der Vorrichtung befindet sich eine Mittelstütze, die nur wenig höher als die Außenwand der Vorrichtung ist. Zusätzlich sind Gurte vorgesehen, die an der Mittelstütze befestigt sind. Die Gasspeicher haben somit einen aufwändigen und damit teuren konstruktiven Aufbau.
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Die
DE 10 2006 035 227 B3 betrifft einen Behälter mit einer umlaufenden, einen Innenraum umschließenden Wand und einer den Innenraum verschließenden Abdeckung, welche an der Wand gehalten ist, wobei an einem Übergangsbereich von der Wand zur Abdeckung ein Dichtungsband vorgesehen ist. Um das Dichtungsband mit wenigstens der Wand zu verkleben, ist der Behälter so ausgebildet, dass das Dichtungsband wenigstens mit der Wand mittels einer gesonderten Dichtungsmasse verklebt ist.
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Die
DE 41 20 986 A1 betrifft eine Behälterabdeckung, bei der die offene Oberseite des Behälters mittels mindestens zwei übereinander angeordneter Folien abgedeckt ist, welche rundum am Grubenrand gasdicht befestigt sind und von denen die obere, nach außen hin liegende Folie unter einem konstanten, mehr als 1 at betragenden Gasdruck steht, der die Folie konvex nach außen steif aufwölbt. Zwischen der nach außen hin liegenden Folie und der innerhalb des Gasraums der Biogasgrube angeordneten Folie ist eine gesonderte Zwischenkammer vorgesehen, deren Gasvolumen kontrolliert veränderlich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass sie einen einfachen, kostensparenden Aufbau hat und dennoch eine optimale Funktionsweise gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat die Außen- und die Innenmembranen, die an der Wand befestigt sind. Sie umschließt einen Substratraum, in dem sich das Substrat befindet, das einer Gärung unterliegt. Der Substratraum wird nicht nur von der Wand, sondern auch von den Innenmembranen begrenzt. Die Innenmembranen sorgen dafür, dass der Substratraum gegen den zwischen der Außen- und den Innenmembranen gebildeten, unter Druck stehenden Raum sowie den von einer oberen und einer unteren Innenmembran umschlossenen Raum abgedichtet ist. Aufwendige Stützvorrichtungen in Form von Masten, Gurten, Netzen und dergleichen sind nicht erforderlich. Darum zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ihren einfachen und damit kostengünstigen Aufbau aus.
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Der von den Innenmembranen umschlossene Raum ist ein Speicherraum, in dem Biogas gespeichert wird.
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Hierbei bildet die obere Innenmembran gleichzeitig auch die Begrenzung zu einem Druckraum, der zwischen dieser Innenmembran und der Außenmembran vorgesehen ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist an diesen Druckraum wenigstens ein Gebläse angeschlossen. Mit ihm wird Druckluft in den Druckraum eingebracht. Der dadurch entstehende Druck sorgt dafür, dass die Außenmembran in Form gehalten wird und dass gleichzeitig auch die obere Innenmembran unter Druck steht und somit das im Biogasraum befindliche Biogas unter Druck setzt. Es wird dadurch zuverlässig aus dem Biogasraum abgeführt, vorzugsweise einem Blockheizkraftwerk zugeführt.
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Die untere Innenmembran bildet die Begrenzung zwischen dem Biogasraum und dem Substratraum. Dadurch wird erreicht, dass die im Substratraum durch das darin befindliche gärende Substrat entstehenden Restgase nicht in den das Biogas enthaltenden Raum gelangen können.
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Die Vorrichtung lässt sich in bevorzugter Weise einfach montieren, wenn die Außenmembran und die obere Innenmembran im oberen Bereich der Wand befestigt sind.
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Eine optimale Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn die Außenmembran und die beiden Innenmembranen etwa Halbkugelform haben. Der zwischen den beiden Innenmembranen befindliche Raum hat dadurch ein großes Volumen bei kleiner Baugröße der Vorrichtung. Die Außen- und die Innenmembranen stehen jeweils unter Druck, wodurch die Halbkugelform aufrechterhalten wird.
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Der Substratraum ist vorteilhaft durch wenigstens eine an der Wand vorgesehene Tür zugänglich. Dadurch können Reinigungs- und/oder Wartungsarbeiten im Substratraum durchgeführt werden.
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Hat die erfindungsgemäße Vorrichtung die Außenmembran und die zwei Innenmembranen, dann kann sie als Gasspeicher eingesetzt werden, indem der Raum zwischen den beiden Innenmembranen als Speicherraum für das Biogas dient. Das Biogas steht unter Druck, so dass die beiden Innenmembranen entsprechend belastet sind. Zwischen der Außenmembran und der benachbarten Membran befindet sich in diesem Fall der Druckraum, in den Druckluft eingebracht wird. Dies hat zur Folge, dass die Innenmembran in Richtung auf das Innere des Biogasspeicherraumes belastet wird. Wird Biogas dem Speicherraum entnommen, faltet die obere Innenmembran aufgrund des Drucks im Druckraum nach innen. Dementsprechend vergrößert sich der Druckraum in dem Maße, wie aus dem Speicherraum das Biogas entnommen wird.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
- 1 einen erfindungsgemäßen Gasspeicher in gefülltem Zustand,
- 2 den Gasspeicher gemäß 1 in teilweise gefülltem Zustand,
- 3 den Gasspeicher gemäß 1 in entleertem Zustand.
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Der Gasspeicher wird bei der Gärrestlagerung eingesetzt und sorgt dafür, dass auch bei schwankender Gasproduktion eine gleichmäßige Leistung der Verbraucher gewährleistet ist.
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Der Gasspeicher hat eine Außenmembran 1, die vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet ist. Sie besteht aus einem formgebenden Material, das infolge eines zwischen der Außenmembran und einer oberen Innenmembran 2 herrschenden Druckes in Form gehalten wird. Die Außenmembran 1 ist am oberen Ende einer umlaufenden Wand 3 befestigt, die vorteilhaft aus Stahlbeton besteht und von einem Boden 4 aufragt. Er kann ebenfalls aus Stahlbeton bestehen, aber auch durch Platten gebildet sein. Am oberen Ende der Wand 3 ist die Innenmembran 2 befestigt. Sie ist flexibel ausgebildet und besteht vorteilhaft aus PVC-beschichtetem Polyester-Gewebe. Zwischen den beiden Membranen 1, 2 befindet sich ein Druckraum 5, in den Luft mit mindestens einem (nicht dargestellten) Gebläse eingebracht wird. Mit ihm kann der Druck im Druckraum 5 konstant gehalten werden, und zwar unabhängig von der Gasproduktion und der Gasentnahme. Aufgrund des Drucks im Druckraum 5 kann die Außenmembran 1 äußere Lasten, wie Windlasten, Belastung durch Schnee und dergleichen, zuverlässig aufnehmen. Der Druck im Druckraum 5 sorgt außerdem dafür, dass die Innenmembran 2 nach innen belastet wird.
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Die obere Innenmembran 2 begrenzt zusammen mit einer unteren Innenmembran 6 einen Gasraum 7. Die untere Innenmembran 6 ist ebenso wie die Innenmembran 2 aus flexiblem Material hergestellt, vorzugsweise aus PVC-beschichtetem Polyester-Gewebe. Die untere Innenmembran 6 ist wie die Außenmembran 1 und die obere Innenmembran 2 am oberen Ende der Wand 3 befestigt. Vorteilhaft sind die Membranen 1, 2, an der Außenseite 8 der Wand 3 befestigt. Die untere Innenmembran 6 ist an der Innenseite 13 der Wand 3 mit Befestigungsmitteln 14 befestigt. Damit eine einfache Montage erreicht wird, überlappen die Membranen 1, 2, mit ihren Rändern einander, so dass sie mit entsprechenden Befestigungsmitteln 9 gleichzeitig am oberen Rand an der Außenseite 8 der Wand 3 befestigt werden können. Die Befestigung erfolgt in der Weise, dass ein dichter Abschluss zwischen den Membranen 1, 2, gewährleistet ist. Insbesondere ist die Befestigung so vorgesehen, dass der Druckraum 5 nach außen abgedichtet ist.
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Die Befestigungsmittel 9, 14 haben einen solchen Abstand voneinander, dass im Bereich zwischen den Befestigungsmitteln 9, 14 Gaszuführungen eingebracht werden können, über die das Gas in den Gasraum 7 eingebracht bzw. Gas entnommen werden kann.
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Die untere Innenmembran 6 hat vorteilhaft etwa Halbkugelform. Da auch die obere Innenmembran 2 vorteilhaft Halbkugelform aufweist, hat der Gasraum 7 zwischen der oberen Innenmembran 2 und der unteren Innenmembran 6 bei kleiner Baugröße des Gasspeichers ein großes Aufnahmevolumen.
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Auf dem Boden 4 des Gasspeichers befindet sich ein Substrat 10, das längere Zeit im Gasspeicher verbleibt, damit es in ausreichendem Maße gären kann. Vorteilhaft taucht in das Substrat 10 wenigstens ein (nicht dargestelltes) Rührwerk ein, um das Substrat kontinuierlich oder auch diskontinuierlich umzuwälzen.
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Zwischen dem Boden 4 und der unteren Innenmembran 6 ist ein Restgasaufnahmeraum 11 gebildet, in dem sich auch das Substrat 10 befindet. Er nimmt das aus dem Substrat 10 entstehende Restgas auf. Der Restgasaufnahmeraum 11 verjüngt sich entsprechend der Form der unteren Innenmembran 6 nach oben. Er ist nach außen durch die Wand 3 begrenzt und nach oben durch die untere Innenmembran 6 abgedichtet. Das Volumen des Restgasaufnahmeraumes 11 ist gering, so dass der Gasraum 7 ein maximales Volumen hat.
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In der Wand 3 ist wenigstens eine Tür 12 vorgesehen, über die der Restgasaufnahmeraum 11 betreten werden kann. Im Eingangsbereich der Tür 12 ist der Bereich, in dem das Substrat 10 gelagert ist, in geeigneter Weise abgesperrt, so dass der Restgasaufnahmeraum 11 problemlos betreten werden kann.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gasspeicher als Abdeckung über dem Substrat 10 ausgeführt. Der Gasraum 7 nimmt das Biogas auf. Das Gasvolumen kann beispielsweise mittels einer Gasfüllstandsmessung bestimmt werden. Je nach Füllmenge hebt oder senkt sich die Innenmembran 2.
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Bei der Darstellung gemäß 1 ist der Gasraum 7 vollständig mit dem Biogas gefüllt. 2 zeigt den Zustand, dass der Gasraum 7 nur noch etwa halb gefüllt ist. Dementsprechend ist die obere Innenmembran 2 nach innen verformt. Dementsprechend hat sich der Druckraum 5 vergrößert. Die Außenmembran 1 behält ihre Form bei, da der Druckraum 5 über die eingebrachte Druckluft weiterhin unter Druck steht.
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3 schließlich zeigt den Fall, dass der Gasraum 7 nur noch eine minimale Menge an Biogas enthält. Die obere Innenmembran 2 taucht in den von der unteren Innenmembran 6 gebildeten Raum ein. Der Druckraum 5 hat dann sein größtes Volumen. Die in den Druckraum 5 eingebrachte Druckluft sorgt dafür, dass die Außenmembran 1 stets unter Innendruck steht. Auch die untere Innenmembran 6 steht unter dem Druck des Biogases im Gasraum 7, so dass die untere Innenmembran 6 in Form gehalten wird.
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Das im Gasraum 7 befindliche Biogas wird in bekannter Weise einem Verbraucher zugeführt, beispielsweise einem Blockheizkraftwerk.
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Der Druckraum 5 ist gegenüber dem Restgasaufnahmeraum 11 einwandfrei abgedichtet, so dass die in den Druckraum 5 eingebrachte Druckluft nicht mit dem im Aufnahmeraum 11 entstehenden Restgas in Berührung kommt bzw. mit ihm gemischt wird.
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Für den Gasspeicher ist keine aufwändige Stützkonstruktion erforderlich.
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Da die obere Innenmembran 2 unter Druck steht, wird das im Gasraum 7 befindliche Biogas ausreichend unter Druck gesetzt, so dass das Biogas in bekannter Weise in das Leitungsnetz gefördert werden kann.
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Da der Restgasaufnahmeraum 11 durch die untere Innenmembran 6 vom Gasraum 7 abgetrennt ist, kann der Gasspeicher weiter in Betrieb bleiben, wenn im Restgasaufnahmeraum 11 Reinigungs- oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Ein (nicht dargestelltes) Sicherheitsventil kann den Gasraum 7 gegen einen gasseitigen Überdruck sichern. Vorteilhaft wird luftseitig ein Druckregelventil (nicht dargestellt) eingesetzt, um einen gleichmäßigen Druck im Gasraum 7 zu gewährleisten.
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Für die Membranen 1, 2, 6 kommen außer dem bevorzugten PVCbeschichteten Polyester-Gewebe auch andere geeignete Materialien in Betracht, beispielsweise Butylkautschuk, EPBM-Kautschuk, Mischungen aus Polyethylen und Polypropylen und dergleichen.
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Die im Restgasaufnahmeraum 11 entstehenden Restgase werden einer besonderen Behandlung zugeführt und dementsprechend über einen besonderen Auslass aus dem Restgasaufnahmeraum 11 herausgeführt.
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Der beschriebene Gasspeicher zeichnet sich durch eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung aus, da er keine Stützvorrichtung, keine Gurte, keine Netze und dergleichen der jeweiligen Membran benötigt. Der Gasraum 7 hat bei kleiner Baugröße des Gasspeichers ein großes Aufnahmevolumen.
