DE102015117441A1

DE102015117441A1 - Verfahren zum Bestimmen von Parametern eines Substrats

Info

Publication number: DE102015117441A1
Application number: DE102015117441.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Thürwächter
Original assignee: Thuerwachter & Co KG GmbH
Current assignee: Thuerwachter & Co KG GmbH
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung einer Flüssigkeit, insbesondere des Substrats einer Biogasanlage. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Überwachen eines Substrats einer Biogasanlage. Damit kann ein Rührwerk eines Fermenters energiesparend gesteuert werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität eines Substrats einer Biogasanlage sowie ein System zum Erzeugen von Biogas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung einer Flüssigkeit, insbesondere des Substrats einer Biogasanlage. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Überwachen eines Substrats einer Biogasanlage. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität eines Substrats einer Biogasanlage sowie ein System zum Erzeugen von Biogas.
Biogasanlagen sind typischerweise dazu ausgelegt, Energie aus Biogas zu gewinnen, welches lokal aus Biomasse erzeugt wird. Insbesondere werden als Biomasse Pflanzen wie beispielsweise zu diesem Zweck angebaute Energiepflanzen oder Abfälle aus der pflanzlichen Nahrungsmittelgewinnung sowie aus der Tierhaltung verwendet. Die Biomasse wird typischerweise in Fermenter gefüllt, wo sie durch mikrobiologische Prozesse in Biogas umgewandelt wird. Im Fermenter befindliche Biomasse wird dabei typischerweise als Substrat bezeichnet.
Es hat sich gezeigt, dass ein Substrat dazu neigen kann, Inhomogenitäten auszubilden. Außerdem handelt es sich häufig um eine relativ zähflüssige Masse, welche sich schon aufgrund ihrer physikalischen Beschaffenheit nur schlecht selbständig durchmischt. Aus diesem Grund weisen Fermenter häufig jeweilige Rührwerke auf, welche einen im Substrat befindlichen Propeller besitzen, um das Substrat zu rühren und in Bewegung zu versetzen. Dies hat sich bewährt, da Inhomogenitäten aufgelöst werden und allgemein eine bessere Durchmischung des Substrats erreicht wird. Ein homogeneres Biosubstrat, also eine bessere Durchmischung, führt zu einer effizienteren Biogasproduktion und somit zu höherem Ertrag.
Der Betrieb eines Rührwerks erfordert jedoch wiederum den Einsatz von elektrischer Energie. Da eine Biogasanlage typischerweise zur Erzeugung von (elektrischer) Energie ausgelegt ist, verschlechtert die Aufwendung von Energie für das Rührwerk den Gesamtwirkungsgrad der Biogasanlage. Wünschenswert wäre deshalb, das Rührwerk nur dann in Betrieb zu nehmen, wenn dies auch tatsächlich nötig ist. Es sind jedoch im Stand der Technik keine geeigneten Maßnahmen bekannt, welche eine Entscheidungsgrundlage für das An- und Abschalten eines Rührwerks liefern könnten. Somit wird das Rührwerk bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik kontinuierlich betrieben, was zu einem hohen Energieverbrauch führt.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren, eine Vorrichtung und ein System bereitzustellen, welche beispielsweise hinsichtlich der Steuerung eines Rührwerks oder einer hierfür zu verwendenden Entscheidungsgrundlage verbessert sind.
Dies wird erfindungsgemäß durch Verfahren, eine Vorrichtung und ein System gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung einer Flüssigkeit, insbesondere des Substrats einer Biogasanlage, welches folgende Schritte aufweist:

– Erzeugen einer Schallwelle an mindestens einer Schallquelle innerhalb der Flüssigkeit,
– Aufnehmen der Schallwelle an mindestens einer Messstelle zur Erzeugung eines jeweiligen Schallsignals, und
– Auswerten jedes Schallsignals, insbesondere Vergleich der verschiedenen Schallsignale untereinander für eine Bestimmung der jeweiligen Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung des Flüssigkeitsbereiches zwischen der Schallquelle und der das Schallsignal aufnehmenden Messstelle.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Bestimmung von Parametern, welche sich als Entscheidungsgrundlage für das An- oder Abschalten eines Rührwerks als sinnvoll herausgestellt haben.
Eine Viskosität kann beispielsweise in einer bestimmten Richtung einen von anderen Richtungen abweichenden Wert annehmen, wenn sich in einer bestimmten Richtung eine Verfestigung, eine Verdickung oder eine andere störende, kaum von selbst auflösbare Komponente befindet. Eine solche Komponente kann beispielsweise durch das Einschalten des Rührwerks aufgelöst werden, wenn eine entsprechend veränderte Viskosität erkannt wird.
Eine Homogenität kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass Schallwellen an unterschiedlichen Messstellen gemessen werden, wobei das Verhalten der jeweiligen Schallsignale bei einer homogenen Flüssigkeit bekannt ist. Beispielsweise können die Messstellen einen identischen Abstand zur Schallquelle aufweisen, was dazu führt, dass bei einer homogenen Flüssigkeit die Schallsignale ebenfalls identisch sind. Sind die Schallsignale nicht identisch, so ist die Homogenität niedriger, d.h. die Flüssigkeit ist inhomogen. Dies kann einen geeigneten Anlass dazu geben, ein Rührwerk einzuschalten.
Ebenso kann die Dichte der Flüssigkeit unterschiedliche Werte annehmen, je nachdem ob sich bestimmte Substanzen oder verfestigte Komponenten in der Flüssigkeit befinden. Wenn beispielsweise die Dichte einer zeitlichen Änderung unterliegt, für welche es ansonsten keine erkennbare Veranlassung gibt, oder wenn die Dichte in unterschiedlichen Richtungen der Schallausbreitung unterschiedliche Werte annimmt, so kann dies auf Inhomogenitäten oder verfestigte Komponenten hinweisen, was wiederum einen geeigneten Anlass zum Einschalten des Rührwerks geben kann.
Es sei verstanden, dass insbesondere Änderungen der hier genannten Werte gemessen bzw. ausgewertet werden können, da eine unmittelbare Messung von Absolutwerten typischerweise an hierfür notwendigen, jedoch nicht bekannten Parametern scheitern kann. Gleichwohl umfasst die Erfindung auch die Messung von Absolutwerten, insbesondere wenn entsprechende Parameter bekannt sind.
Es sei erwähnt, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich auch andere zugängliche Parameter gemessen werden können.
Es sei verstanden, dass es sich bei einer Schallwelle typischerweise um eine physikalische Welle handelt, welche sich in der Flüssigkeit bzw. in dem Substrat ausbreitet. Die Schallgeschwindigkeit ist dabei typischerweise deutlich höher als die Schallgeschwindigkeit an Luft. Unter einem Schallsignal wird demgegenüber typischerweise ein elektrisches Signal verstanden, welches von der Messstelle, beispielsweise einem Wandler (z.B. ein Mikrophon), über elektrische Leitungen an eine Auswerteeinrichtung oder eine ähnliche Einrichtung weitergegeben wird.
Aus den Schallsignalen können Absolutwerte von Parametern wie beispielsweise der Dichte formelmäßig berechnet werden, wenn bestimmte andere Parameter wie beispielsweise die Temperatur bekannt sind. Auch bei Unkenntnis solcher Parameter können jedoch zumindest Werte ermittelt werden, welche anzeigend für solche Parameter sind, auch wenn deren Absolutwert nicht genau bzw. nicht mit Einheit berechnet werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Überwachen eines Substrats einer Biogasanlage, welches folgende Schritte aufweist:

– Erzeugen einer Schallwelle an mindestens einer Schallquelle innerhalb des Substrats,
– Aufnehmen der Schallwelle an mindestens einer Messstelle zur Erzeugung eines jeweiligen Schallsignals, und
– Auswerten jedes Schallsignals zur Ermittlung einer jeweiligen Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung zwischen der Schallquelle und der das Schallsignal aufnehmenden Messstelle.

Mittels dieser erfindungsgemäßen Variante ist es möglich, die weiter oben genannten vorteilhaften Parameter speziell im Fall einer Biogasanlage mit einem dafür typischen Substrat zu ermitteln. Bezüglich weiterer Details oder Varianten sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
Mithilfe dieses Verfahrens ist es möglich, die Homogenität des Substrates zu überwachen bzw. herzustellen. Insbesondere dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, ein Rührwerk einzuschalten, wenn die Homogenität soweit absinkt, dass eine effiziente Biogaserzeugung nicht mehr gewährleistet ist.
Der erfindungsgemäße Vorschlag stellt somit ein Mittel zur Verfügung, durch welches die Biogasproduktion hoch effizient wird, wobei gleichzeitig nur dann Energie für das Rührwerk benötigt wird, wenn es notwendig ist!
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird als Schallquelle ein im Substrat befindlicher Propeller eines Rührwerks verwendet. Dies ermöglicht die Verwendung eines häufig ohnehin vorhandenen Propellers eines Rührwerks, welches zum Umrühren des Substrats eingesetzt wird. Ein solcher Propeller erzeugt häufig bereits genügend Schall, um eine Grundlage für ein erfindungsgemäßes Verfahren zu bieten. Auf das Vorsehen einer separaten Schallquelle oder das Umschalten eines zum Messen vorhandenen Wandlers, so dass dieser als Schallquelle dient, kann dann vorteilhaft verzichtet werden. Dies spart apparativen Aufwand und Steuerungsaufwand.
Ebenso kann gemäß einer Ausführung als Schallquelle eine Ultraschallquelle verwendet werden, welche als Schallwelle eine Ultraschallwelle erzeugt. Dies ermöglicht die spezifische Erzeugung von Ultraschall, welcher sich für die hier relevanten Zwecke, also insbesondere die Bestimmung der angegebenen Parameter in einem typischen Substrats einer Biogasanlage, als vorteilhaft erwiesen hat. Unter Ultraschall sei insbesondere Schall mit einer Frequenz ab 16 kHz verstanden. Auch andere Frequenzbereiche, beispielsweise hörbarer Schall, können jedoch verwendet werden.
Außerdem kann als Schallquelle ein Schallwandler verwendet werden. Dies ermöglicht die dedizierte Erzeugung von Schallwellen unabhängig von den Schallwellen, welche ein Rührwerk erzeugt. Dies erlaubt eine besser abgestimmte Erzeugung von Schallwellen, welche sich besonders für das hier vorgestellte Verfahren eignen. Beispielsweise kann das Rührwerk abgeschaltet werden, während ein Schallwandler, eine Ultraschallquelle oder eine sonstige Schallquelle den Schall für das hier vorgestellte Verfahren erzeugt.
Als Messstellen können bevorzugt jeweilige Schallwandler verwendet werden. Diese erlauben ein zuverlässiges und genaues Erfassen von Schallwellen und ein Umsetzen in entsprechende Schallsignale. Die damit erzeugten Schallsignale können einfach und zuverlässig ausgewertet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind eine Mehrzahl von Messstellen vorgesehen, welche im oder am Substrat verteilt sind. Dies erlaubt die Bestimmung beispielsweise der hier angegebenen Parameter in unterschiedlichen Richtungen bzw. für unterschiedliche Strecken durch die Flüssigkeit oder das Substrat. Damit können vergleichende Messungen vorgenommen werden. Beispielsweise können unterschiedliche Werte, welche gemessen wurden, für welche es aber keine sonstige erkennbare Ursache gibt, auf eine Inhomogenität in der Flüssigkeit oder im Substrat hindeuten, was einen Anlass zum Einschalten eines Rührwerks geben kann.
Gemäß einer Ausführung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messstellen verwendet wird und eine jeweilige Viskosität zwischen der Schallquelle und jeder der Messstellen ermittelt wird. Dies erlaubt die Bestimmung, ob die Viskosität in der Flüssigkeit oder im Substrat einheitlich ist oder nicht. Sofern die Flüssigkeit eine einheitliche Viskosität aufweist, d.h. wenn mittels aller jeweiliger Messstellen zumindest in etwa die gleiche Viskosität gemessen wird, deutet dies auf eine ausreichende Homogenität der Flüssigkeit hin, wobei insbesondere in einem solchen Fall das Rührwerk nicht benötigt wird. Werden jedoch unterschiedliche Viskositäten gemessen, insbesondere wenn erheblich unterschiedliche Viskositäten gemessen werden, so deutet dies auf eine starke Inhomogenität der Flüssigkeit oder des Substrats hin, was Anlass zum Einschalten eines Rührwerks geben kann.
Gemäß einer Ausführung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messstellen verwendet wird und eine jeweilige Homogenität zwischen der Schallquelle und jeder der Messstellen ermittelt wird. Beispielsweise kann über bestimmte Parameter der Schallsignale auf die Homogenität geschlossen werden. Bei einer niedrigen Homogenität, welche beispielsweise unterhalb eines bestimmten vorgegebenen Grenzwerts liegt, kann dies einen Anlass dazu geben, ein Rührwerk einzuschalten.
Die jeweilige Viskosität und/oder die Homogenität und/oder die Dichte bzw. Dichteänderung können absolut oder relativ ermittelt werden. Unter einer absoluten Messung wird dabei insbesondere verstanden, dass der jeweilige Parameter, beispielsweise die Viskosität, in der jeweils relevanten Einheit oder zumindest mit einem Wert, welcher sich durch Multiplikation mit einem konstanten Faktor zu einem solchen absoluten Wert umrechnen lässt, ermittelt wird. Dies erfordert typischerweise die Kenntnis weiterer Parameter wie beispielsweise der Temperatur oder des Abstands zwischen Schallquelle und Messstelle. Häufig sind jedoch nicht genug Parameter bekannt, um eine solche absolute Messung durchzuführen. Insbesondere in einem solchen Fall kann auf eine relative Messung ausgewichen werden. Dabei werden typischerweise Parameter wie beispielsweise Amplitude oder Phase der Schallsignale zu unterschiedlichen Zeitpunkten miteinander verglichen. Auch ohne einen bekannten Absolutwert kann durch Vergleich derartiger Werte darauf geschlossen werden, dass sich Parameter in einen Bereich geändert haben, in welchem die Erzeugung von Biogas beeinträchtigt ist. Dies kann wiederum einen Anlass für das Einschalten eines Rührwerks geben.
Die jeweilige Viskosität und/oder die Homogenität und/oder die Dichte bzw. Dichteänderung können auch hinsichtlich einer jeweiligen Änderung, insbesondere als Änderung im Zeitverlauf oder in einem vorgegebenen Zeitintervall, ermittelt werden. Dies erlaubt insbesondere die Auswertung von Änderungen der Parameter, welche wie weiter oben bereits beschrieben ebenso wie bestimmte Absolutwerte auf nicht optimale Zustände hindeuten können und somit einen Anlass für ein Einschalten eines Rührwerks geben können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass ein Rührwerk mit einem im Substrat befindlichen Propeller eingeschaltet wird, wenn

– die Viskosität oder eine der Viskositäten einen ersten absoluten Viskositätsschwellenwert überschreitet,
– eine Erhöhung der Viskosität oder einer der Viskositäten einen ersten relativen Viskositätsschwellenwert überschreitet,
– die Homogenität oder eine der Homogenitäten einen ersten absoluten Homogenitätsschwellenwert unterschreitet,
– eine Verringerung der Homogenität oder einer der Homogenitäten einen ersten relativen Homogenitätsschwellenwert überschreitet,
– die Dichte oder eine der Dichten einen ersten absoluten Dichteschwellenwert überschreitet, und/oder
– eine Erhöhung der Dichte oder einer der Dichten einen ersten relativen Dichteschwellenwert überschreitet.

Damit können vorteilhaft die jeweiligen ermittelten Parameter bzw. deren Änderungen verwendet werden, um in Situationen, in welchen ein Einschalten des Rührwerks angebracht erscheint, für eine Durchmischung der Flüssigkeit bzw. des Substrats durch den im Substrat befindlichen Propeller zu sorgen. Wenn beispielsweise die Dichte zumindest entlang einer Messstrecke zu groß wird, deutet dies darauf hin, dass sich dort eine verfestigte Struktur gebildet hat, welche die Bildung von Biogas beeinträchtigt. Ähnliches gilt, wenn eine zu große Änderung eines Parameters, beispielsweise eine besonders ausgeprägte Erhöhung der Dichte detektiert wurde, was ebenfalls auf Zustände hindeutet, welche die Bildung von Biogas beeinträchtigen können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass ein Rührwerk mit einem im Substrat befindlichen Propeller abgeschaltet wird, wenn

– die Viskosität oder eine der Viskositäten einen zweiten absoluten Viskositätsschwellenwert unterschreitet,
– eine Erhöhung der Viskosität oder einer der Viskositäten einen zweiten relativen Viskositätsschwellenwert unterschreitet,
– die Homogenität oder eine der Homogenitäten einen zweiten absoluten Homogenitätsschwellenwert überschreitet,
– eine Verringerung der Homogenität oder einer der Homogenitäten einen zweiten relativen Homogenitätsschwellenwert unterschreitet,
– die Dichte oder eine der Dichten einen zweiten absoluten Dichteschwellenwert unterschreitet, und/oder
– eine Erhöhung der Dichte oder einer der Dichten einen ersten relativen Dichteschwellenwert unterschreitet.

Damit kann das Rührwerk wieder abgeschaltet werden, wenn davon auszugehen ist, dass dieses nicht mehr benötigt wird. Dies spart Energie, insbesondere im Vergleich zu Ausführungen gemäß dem Stand der Technik, in welchen das Rührwerk einfach weiter angeschaltet bleiben würde. Beispielsweise kann derjenige Parameter zum Abschalten des Rührwerks überwacht und verwendet werden, welcher zum Einschalten des Rührwerks geführt hat. Wurde beispielsweise eine Dichte erkannt, welche über dem ersten absoluten Dichteschwellenwert liegt, so wird das Rührwerk bevorzugt dann wieder abgeschaltet, wenn erkannt wird, dass die Dichte unter dem zweiten absoluten Dichteschwellenwert liegt.
Es sei verstanden, dass die jeweiligen ersten und zweiten Schwellenwerte identisch zueinander sein können. Dies würde bedeuten, dass das Rührwerk bei gleichem Parameterwert oder bei gleicher Parameteränderung ein- bzw. ausgeschaltet wird. Die Schwellenwerte können jedoch auch unterschiedlich sein, so dass beispielsweise eine Hysterese im Betrieb vorgesehen werden kann.
Eine jeweilige Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte kann bevorzugt zwischen der Schallquelle und einer Messstelle aufgrund einer an der Messstelle eintreffenden Amplitude oder Leistung der Schallwelle ermittelt werden. Eine solche Amplitude oder Leistung ist einfach und zuverlässig zu messen und erlaubt einen unmittelbaren Rückschluss auf den jeweiligen Parameter.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine Messstelle an der oder benachbart zur Schallquelle angeordnet ist, wobei an dieser Messstelle ein reflektierter Anteil der Schallwelle gemessen wird. Durch die Auswertung eines reflektierten Anteils kann die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung eines Zustands, welcher ein Einschalten eines Rührwerks rechtfertigt, verbessert werden. Ein Beispiel hierfür wird unmittelbar nachfolgend beschrieben.
Anhand des reflektierten Anteils der Schallwelle kann vorteilhaft die Homogenität ermittelt werden, wobei die Homogenität als umso niedriger ermittelt wird, je größer der reflektierte Anteil ist. Dies ermöglicht eine zusätzliche Verbesserung der Auswertung, da eine Inhomogenität oder verfestigte Strukturen in der Flüssigkeit oder dem Substrat typischerweise zu einem stärkeren reflektierten Signal führen. Gleichzeitig wird die Transmission typischerweise verringert. Durch die zusätzliche Auswertung der Reflexion kann die Zuverlässigkeit bei der Erkennung von Inhomogenitäten oder anderen unerwünschten Eigenschaften deutlich verbessert werden.
Die Homogenität kann insbesondere mittels einer Mehrzahl von um die Schallquelle in gleichen Winkelabständen und gleichen Abständen herum angeordneten Messstellen ermittelt werden, wobei die Homogenität als umso niedriger ermittelt wird, je mehr die von den Messstellen erzeugten Schallsignale, insbesondere Amplitude oder Leistung der Schallwelle, an den Messstellen voneinander abweichen. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass eine Inhomogenität typischerweise zu unterschiedlichen Amplituden oder Leistungen der Schallwellen an den unterschiedlichen Messstellen führt. Damit kann eine Inhomogenität zuverlässig ermittelt werden, welche beispielsweise Anlass zum Einschalten eines Rührwerks sein kann.
Das Verfahren wird bevorzugt periodisch wiederholend nach vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt, wobei weiter bevorzugt während der Durchführung des Verfahrens ein Rührwerk, dessen Propeller als Schallquelle verwendet wird, eingeschaltet wird. Durch die periodisch wiederholende Durchführung wird die Flüssigkeit oder das Substrat laufend überwacht. Beispielsweise kann ein Zeitabstand in Minuten oder Stunden vorgegeben werden, in welchem sich typischerweise relevante Inhomogenitäten oder verfestigte Strukturen ausbilden. Durch das Einschalten des Rührwerks kann das Rührwerk als Schallquelle verwendet werden. Insbesondere kann dessen Propeller als Schallquelle verwendet werden. Sofern eine andere Schallquelle als ein solcher Propeller des Rührwerks verwendet wird, wird das Rührwerk typischerweise während der Durchführung des Verfahrens abgeschaltet, um die Messung nicht zu stören.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung eines Substrats einer Biogasanlage. Die Vorrichtung weist zumindest eine Schallquelle zum Erzeugen einer Schallwelle auf. Sie weist eine Anzahl von Messstellen zum Aufnehmen der Schallwelle und zum darauf ansprechenden Erzeugen eines jeweiligen Schallsignals auf. Außerdem weist sie eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, dass die Vorrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
Mit einer solchen Vorrichtung können die weiter oben beschriebenen Vorteile des Verfahrens für eine Vorrichtung nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle beschriebenen Varianten und Ausführungen zurückgegriffen werden.
Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise als elektronische Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise als Mikrocontroller, Mikroprozessor, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis oder als andere programmierbare oder fest verdrahtete Einheit ausgebildet sein. Insbesondere kann sie Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung durch die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird.
Geschickter Weise weist die Vorrichtung ferner ein Rührwerk auf, welches durch die Auswerteeinrichtung steuerbar ist. Damit kann insbesondere die weiter oben beschriebene Funktionalität eines Propellers als Schallquelle realisiert werden. Außerdem kann das Rührwerk in geeigneter Weise gesteuert werden, so dass es idealerweise nur dann in Betrieb genommen wird, wenn aufgrund von Messungen mittels des erfindungsgemäßes Verfahrens die Notwendigkeit hierfür angezeigt wurde.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System zum Erzeugen von Biogas. Das System weist einen Fermenter und außerdem eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Hinsichtlich der Vorrichtung und des damit ausgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle beschriebenen Varianten und Ausführungen zurückgegriffen werden.
Die Schallquelle ist im Fermenter derart angeordnet, dass sie sich im Substrat befindet, wenn der Fermenter mit Substrat gefüllt ist.
Die Messstellen sind im Fermenter derart angeordnet, dass sie sich im Substrat befinden, wenn der Fermenter mit Substrat gefüllt ist.
Mittels eines solchen Systems können die Vorteile, welche weiter oben mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben wurden, für ein System zur Erzeugung von Biogas nutzbar gemacht werden. Ein solches System kann beispielsweise Bestandteil einer Biogasanlage sein. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Effizienz der Biogasanlage deutlich erhöht werden, da insgesamt deutlich weniger Strom für ein Rührwerk benötigt wird und entsprechend mehr Strom in ein Stromnetz eingespeist werden kann.
Ein Fermenter ist typischerweise als großer, meistens runder und einfach strukturierter Behälter ausgebildet. Somit ist es für den Fachmann kein Problem zu erkennen, ob sich bestimmte Elemente bei einer bestimmungsgemäßen Füllung eines solchen Behälters im Substrat befinden oder nicht.
Geschickter Weise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner ein Rührwerk aufweist, welches durch die Auswerteeinrichtung steuerbar ist, wobei ein Propeller des Rührwerks im Fermenter derart angeordnet ist, dass er sich im Substrat befindet, wenn der Fermenter mit Substrat gefüllt ist. Ein solches Rührwerk kann wie weiter oben bereits beschrieben beispielsweise als Schallquelle verwendet werden. Außerdem kann es in geeigneter Weise so gesteuert werden, dass es nur dann eingeschaltet wird, wenn eine Durchmischung des Substrats tatsächlich notwendig ist, was insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft erkannt werden kann.
Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Mehrzahl von Messstellen auf, welche um die Schallquelle und/oder einen Propeller des Rührwerks herum angeordnet sind, vorzugsweise in gleichen Winkelabständen und gleichen Abständen zum Propeller. Damit können die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile und Varianten erreicht werden.
Jede der Messstellen kann insbesondere jeweils dazu ausgebildet sein, die Schallwelle in direkter Transmission durch das Substrat, oder nach Reflexion an einem verfestigtem Bereich, an einer Fermenterwand oder an einem anderen schallreflektierenden Objekt aufzunehmen. Diese ermöglicht die weiter oben bereits beschriebenen Varianten der Messung mit den jeweiligen spezifischen Vorteilen.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle im Bezug auf die Vorrichtung bzw. das System beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur im Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Offenbarung.
Des Weiteren umfasst die Erfindung auch die Verwendung einer Messung von Schallwellen für die Steuerung eines Rührwerks in einem Fermenter einer Biogasanlage.
In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von Biogas gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von Biogas gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von Biogas gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von Biogas gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Die 1 zeigt ein System 10 zum Erzeugen von Biogas gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das System 10 weist einen Fermenter 20 auf, welcher einen großen, runden Behälter darstellt, der dazu ausgebildet ist, mit einem Substrat gefüllt zu werden. Bei einem solchen Substrat handelt es sich typischerweise um eine Mischung aus pflanzlichen Abfällen, Energiepflanzen und Abfällen aus der Tierhaltung wie Gülle und Dünger. Ein solches Substrat wird im Fermenter 20 durch mikrobiologische Prozesse in brennbares Biogas umgesetzt, welches in einem Verbrennungsmotor oder in einer sonstigen Wärmekraftanlage zur Erzeugung elektrischer oder thermischer Energie eingesetzt werden kann. Das System 10 kann somit insbesondere Bestandteil einer Biogasanlage sein.
Das System 10 weist ferner eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel auf. Diese Vorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, das Substrat im Fermenter 20 zu überwachen und bei Bedarf besser zu durchmischen oder Inhomogenitäten und Verfestigungen aufzulösen.
Die Vorrichtung 100 weist vorliegend eine erste Schallquelle 105 und eine zweite Schallquelle 106 auf. Diese sind innerhalb des Fermenters 20 angeordnet und zwar auf einer Höhe, dass sie bei einem im Betrieb typischerweise erreichten Füllstand im Substrat angeordnet sind, also insbesondere unterhalb einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind.
Die Schallquellen 105, 106 sind vorliegend als Schallwandler ausgebildet, welche eine jeweilige Schallwelle 140 in das Substrat abgeben können. Die Schallquellen 105, 106 sind vorliegend Ultraschallquellen, somit sind die Schallwellen 140 Ultraschallwellen, d.h. ihre Frequenz liegt in einem Frequenzbereich von mehr als 16 kHz, welcher für das menschliche Ohr typischerweise nicht mehr hörbar ist.
Die Vorrichtung 100 weist des Weiteren eine erste Messstelle 110 und eine zweite Messstelle 112 auf. Die beiden Messstellen 110, 112 sind ebenfalls in dem Fermenter 20 angeordnet, und zwar derart, dass sie sich bei typischer Befüllung in dem Substrat befinden.
Die Messstellen 110, 112 sind vorliegend als Ultraschallwandler ausgebildet. Sie sind dazu ausgelegt, die Schallwellen 140 aufzunehmen und in ein elektrisches Schallsignal umzuwandeln. Wie aus 1 hervorgeht nimmt dabei die erste Messstelle 110 die Schallwelle 140 auf, welche von der zweiten Schallquelle 106 emittiert wird. Ebenso nimmt die zweite Messstelle 112 die Schallwelle 140 auf, welche von der ersten Schallquelle 105 emittiert wird. Dies wird durch eine entsprechende Ausbildung von Sende- und Empfangscharakteristika erreicht.
Die Vorrichtung 100 weist ferner ein Rührwerk 120 auf. Das Rührwerk 120 weist einen Elektromotor 122, eine Welle 124 und einen Propeller 126 auf. Der Propeller 126 ist dabei mit der Welle 124 verbunden, welche wiederum mit dem Elektromotor 122 verbunden ist. Somit kann der Elektromotor 122 den Propeller 126 antreiben. Der Propeller 126 befindet sich bei einem typischen Füllstand im Substrat, welches sich in dem Fermenter 20 befindet. Hierzu ist die Welle 124 in nicht näher gezeigter Art und Weise durch eine Behälterwand des Fermenters 20 durchgeführt. Wenn sich der Propeller 126 dreht, wird das im Fermenter 20 befindliche Substrat gemischt, wodurch Inhomogenitäten oder verfestigte Strukturen aufgelöst werden können.
Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Auswerteeinrichtung 130 auf. Diese Auswerteeinrichtung 130 ist vorliegend in Form einer elektronischen Steuerungseinheit ausgeführt. Die Auswerteeinrichtung 130 ist sowohl mit den Schallquellen 105, 106 wie auch mit den Messstellen 110, 112 verbunden. Des Weiteren ist sie mit dem Elektromotor 122 des Rührwerks 120 verbunden.
Die Auswerteeinrichtung 130 kann somit die Schallquellen 105, 106 mit elektrischer Energie beaufschlagen, damit diese ihre jeweilige Schallwelle 140 in das Substrat abgeben. Die Auswerteeinrichtung 130 kann auch die Schallsignale, welche in elektrischer Form von den Messstellen 110, 112 ausgegeben werden, aufnehmen und dementsprechend auswerten. Des Weiteren kann die Auswerteeinrichtung 130 den Elektromotor 122 ein- und ausschalten, wobei dies nach dem nachfolgend beschriebenen Schema erfolgt.
In dem Fermenter 20 ist schematisch ein verfestigter Bereich 150 dargestellt. Dies entspricht einer Inhomogenität im Substrat, welche die Erzeugung von Biogas aus dem Substrat beeinträchtigt. Der verfestigte Bereich 150 liegt wie gezeigt zwischen der zweiten Schallquelle 106 und der ersten Messstelle 110, jedoch nicht zwischen der ersten Schallquelle 105 und der zweiten Messstelle 112. Dies führt dazu, dass bei gleicher abgegebener Leistung der beiden Schallquellen 105, 106 die erste Messstelle 110 eine geringere Intensität der Schallwelle 140 messen wird als die zweite Messstelle 112. Hieraus kann zuverlässig auf das Vorhandensein des verfestigten Bereichs 150 oder einer anderen Inhomogenität geschlossen werden.
Die Auswerteeinrichtung 130 ist dazu ausgebildet, eine solche Differenz in den gemessenen Intensitäten zu erkennen und daraus auf eine übermäßige Inhomogenität des Substrats zu schließen. Wenn die Auswerteeinrichtung 130 dies erkannt hat, schaltet sie den Elektromotor 122 ein, um mittels des Propellers 126 für eine Bewegung des Substrats zu sorgen. Dabei gelangt dann typischerweise auch der verfestigte Bereich 150 in den unmittelbaren Einflussbereich des Propellers 126, was zu einer Auflösung des verfestigten Bereichs 150 und einer Verteilung der darin enthaltenen Komponenten im Substrat führt. Damit kann die Effizienz bei der Erzeugung von Biogas durch mikrobiologische Prozesse im Fermenter 20 erhöht werden. Gleichzeitig wird der Elektromotor 122 nur dann eingeschaltet, wenn eine Durchmischung auch tatsächlich nötig ist, so dass in Zeiten, in welchen eine solche Durchmischung nicht nötig ist, eine erhebliche Menge an Energie eingespart wird. Da Biogasanlagen typischerweise zum Erzeugen von elektrische Energie ausgebildet sind, führt dies zu einer erhöhten Einspeisung der Biogasanlage in ein Stromnetz und damit zu einer höheren Effizienz.
Die 2, 3 und 4 zeigen abgewandelte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Systems zum Erzeugen von Biogas. Die wesentlichen Komponenten bleiben dabei gleich, so dass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen wird.
2 zeigt ein System 10 zum Erzeugen von Biogas gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel keine separaten Schallquellen auf. Stattdessen sind insgesamt vier Messstellen vorhanden, nämlich eine erste Messstelle 110, eine zweite Messstelle 112, eine dritte Messstelle 114 und eine vierte Messstelle 116. Die Messstellen 110, 112, 114, 116 sind in dem Fermenter derart angeordnet, dass sie bei einer typischen Füllung im Substrat liegen.
Als Schallquelle wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Propeller 126 verwendet. Dieser erzeugt bei einer Drehung im Substrat charakteristische Schallwellen 140, welche sich auch im Substrat ausbreiten. Somit können diese Schallwellen auch von den Messstellen 110, 112, 114, 116 gemessen werden.
Vorliegend befindet sich ebenfalls ein verfestigter Bereich 150 in dem Fermenter 20. Dieser befindet sich zwischen dem Propeller 126 und der zweiten Messstelle 112. Somit wird das an der zweiten Messstelle 112 ankommende Signal deutlich verringert. Die Auswerteeinrichtung 130 ist dazu ausgebildet, dieses Abfallen des Signals zu erkennen und ansprechen darauf den Elektromotor 122 einzuschalten. Wenn das Signal wieder über einen entsprechenden Schwellenwert angestiegen ist, wird der Elektromotor 122 wieder ausgeschaltet.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es kontraproduktiv, wenn die Überwachung laufend durchgeführt werden würde, da in diesem Fall der Propeller 126 ständig laufen müsste, was aus Gründen der Energieeinsparung gerade vermieden werden soll. Die Auswerteeinrichtung 130 ist deshalb dazu konfiguriert, nach einem festgelegten Zeitintervall den Elektromotor 122 kurzzeitig einzuschalten und dabei die Schallsignale der Messstellen 110, 112, 114, 116 aufzunehmen und auszuwerten. Die meiste Zeit ist der Elektromotor 122 somit ausgeschaltet, es sei denn dass eine Inhomogenität erkannt wird.
Die 3 zeigt ein System 10 zum Erzeugen von Biogas gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind ebenfalls vier Messstellen 110, 112, 114, 116 vorgesehen, wobei als Schallquelle nicht der Propeller 126, sondern eine separate Schallquelle 105 dient. Die Messstelen 110, 112, 114, 116 sind in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet. Die Schallquelle 105 ist mittig im Fermenter angeordnet, so dass sie bei einer typischen Füllung im Substrat liegt. Sie ist auch in nicht dargestellter Weise mit der Auswerteeinrichtung 130 verbunden.
Bei der Ausführung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erzeugt die Schallquelle 105 bei Aktivierung durch die Auswerteeinrichtung 130 eine in alle Richtungen ausstrahlende Schallwelle 140, welche von den Messstellen 110, 112, 114, 116 gemessen werden kann. Ein verfestigter Bereich 150, wie in 3 dargestellt ist, führt zu einem Abfall der Intensität an einer der Messstellen, beispielhaft an der ersten Messstelle 110. Dies kann in bereits weiter oben beschriebene Art und Weise von der Auswerteeinrichtung 130 erkannt werden und zur Steuerung des Elektromotors 122 verwendet werden.
Die 4 zeigt ein System 10 zum Erzeugen von Biogas gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist eine Schallquelle 105 am Rand des Fermenters 20 im Substrat angeordnet.
Gegenüberliegend zur Schallquelle 105 ist eine erste Messstelle 110 angeordnet. Des Weiteren ist unmittelbar benachbart zur Schallquelle 105 eine zweite Messstelle 112 angeordnet. Damit kann sowohl eine Transmission durch einen verfestigten Bereich 150 wie auch eine Reflexion von dem verfestigten Bereich 150 gemessen werden. Die Transmission wird dabei von der ersten Messstelle 110 gemessen. Die Reflexion wird von der zweiten Messstelle 112 gemessen.
Wie in 4 dargestellt ist wird die von der Schallquelle 105 emittierte Schallwelle 140 an dem verfestigten Bereich 150 in eine transmittierte Welle 141 und eine reflektierte Welle 142 aufgeteilt. Je ausgeprägter und dichter dabei der verfestigte Bereich 150 ist, desto geringer wird dabei der Anteil der transmittierten Welle 141 und desto größer wird der Anteil der reflektierten Welle 142. Somit kann die Auswerteeinrichtung 130 aus einer geringeren Intensität an der ersten Messstelle 110 und einer höheren Intensität der zweiten Messstelle 112 auf das Vorhandensein eines verfestigten Bereichs 150 oder einer anderen entsprechend wirkenden Art von Inhomogenität schließen. Dementsprechend kann in einem solchen Fall der Elektromotor 122 eingeschaltet werden, um den verfestigtem Bereich 150 bzw. die Inhomogenität aufzulösen.
Es sei verstanden, dass bei allen Ausführungsbeispielen auch vorgesehen sein kann, dass der Elektromotor 122 von der Auswerteeinrichtung 130 wieder abgeschaltet wird, wenn das auslösende Ereignis, welches sich in bestimmten Konstellationen von Schallsignalen manifestiert, nicht mehr vorhanden ist. Somit wird sichergestellt, dass in dem Fall, in welchem das Durchmischen des Substrats mittels des Propellers 126 seine gewünschte Wirkung erreicht hat, der Elektromotor 122 wieder abgeschaltet wird und nicht unnötig weiter Energie verbraucht.
Nachfolgend werden mögliche Merkmale des Vorschlages strukturiert wiedergegeben. Die nachfolgenden strukturiert wiedergegebenen Merkmale können beliebig untereinander kombiniert werden und können in beliebiger Kombination in die Ansprüche der Anmeldung aufgenommen werden. Dem Fachmann ist klar, dass sich die Erfindung bereits aus dem Gegenstand mit den wenigsten Merkmalen ergibt. Insbesondere sind nachfolgend vorteilhafte oder mögliche Ausgestaltungen, nicht jedoch die einzig möglichen Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
Die Erfindung umfasst:
Ein Verfahren für die Bestimmung der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung einer Flüssigkeit, insbesondere des Substrats einer Biogasanlage, welches folgende Schritte aufweist:

Ein Verfahren zum Überwachen eines Substrats einer Biogasanlage, welches folgende Schritte aufweist:

Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei als Schallquelle ein im Substrat befindlicher Propeller eines Rührwerks verwendet wird.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei als Schallquelle eine Ultraschallquelle verwendet wird, welche als Schallwelle eine Ultraschallwelle erzeugt.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei als Schallquelle ein Schallwandler verwendet wird.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei als Messstellen jeweilige Schallwandler verwendet werden.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei eine Mehrzahl von Messstellen vorgesehen sind, welche im oder am Substrat verteilt sind.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei eine Mehrzahl von Messstellen verwendet wird und eine jeweilige Viskosität zwischen der Schallquelle und jeder der Messstellen ermittelt wird.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei eine Mehrzahl von Messstellen verwendet wird und eine jeweilige Homogenität zwischen der Schallquelle und jeder der Messstellen ermittelt wird.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei die jeweilige Viskosität und/oder die Homogenität und/oder die Dichte bzw. Dichteänderung absolut oder relativ ermittelt werden.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei die jeweilige Viskosität und/oder die Homogenität und/oder die Dichte bzw. Dichteänderung hinsichtlich einer jeweiligen Änderung, insbesondere als Änderung im Zeitverlauf oder in einem vorgegebenen Zeitintervall, ermittelt werden.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei ein Rührwerk mit einem im Substrat befindlichen Propeller eingeschaltet wird, wenn

Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei ein Rührwerk mit einem im Substrat befindlichen Propeller abgeschaltet wird, wenn

Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei eine jeweilige Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte zwischen der Schallquelle und einer Messstelle aufgrund einer an der Messstelle eintreffenden Amplitude oder Leistung der Schallwelle ermittelt wird.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei zumindest eine Messstelle an der oder benachbart zur Schallquelle angeordnet ist, wobei an dieser Messstelle ein reflektierter Anteil der Schallwelle gemessen wird.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei anhand des reflektierten Anteils der Schallwelle die Homogenität ermittelt wird, wobei die Homogenität als um so niedriger ermittelt wird, je größer der reflektierte Anteil ist.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei die Homogenität mittels einer Mehrzahl von um die Schallquelle in gleichen Winkelabständen und gleichen Abständen herum angeordneten Messstellen ermittelt wird, wobei die Homogenität als um so niedriger ermittelt wird, je mehr die von den Messstellen erzeugten Schallsignale, insbesondere Amplitude oder Leistung der Schallwelle, an den Messstellen voneinander abweichen.
Ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren, wobei das Verfahren periodisch wiederholend nach vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird, wobei während der Durchführung des Verfahrens ein Rührwerk, dessen Propeller als Schallquelle verwendet wird, eingeschaltet wird.
Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung eines Substrats einer Biogasanlage, aufweisend

– zumindest eine Schallquelle zum Erzeugen einer Schallwelle,
– eine Anzahl von Messstellen zum Aufnahmen der Schallwelle und zum darauf ansprechenden Erzeugen eines jeweiligen Schallsignals, und
– eine Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, dass die Vorrichtung ein wie zuvor ausgeführtes Verfahren durchführt.

Eine wie zuvor ausgeführte Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ferner ein Rührwerk aufweist, welches durch die Auswerteeinrichtung steuerbar ist.
Ein System zum Erzeugen von Biogas, aufweisend

– einen Fermenter, und
– eine Vorrichtung wie zuvor ausgeführt,
– wobei die Schallquelle im Fermenter derart angeordnet ist, dass sie sich im Substrat befindet, wenn der Fermenter mit Substrat gefüllt ist, und
– wobei die Messstellen im Fermenter derart angeordnet sind, dass sie sich im Substrat befinden, wenn der Fermenter mit Substrat gefüllt ist.

Ein wie zuvor ausgeführtes System, wobei die Vorrichtung ferner ein Rührwerk aufweist, welches durch die Auswerteeinrichtung steuerbar ist, wobei ein Propeller des Rührwerks im Fermenter derart angeordnet ist, dass er sich im Substrat befindet, wenn der Fermenter mit Substrat gefüllt ist.
Ein wie zuvor ausgeführtes System, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von Messstellen aufweist, welche um die Schallquelle und/oder einen Propeller des Rührwerks herum angeordnet sind, vorzugsweise in gleichen Winkelabständen und gleichen Abständen zum Propeller.
Ein wie zuvor ausgeführtes System, wobei jede der Messstellen jeweils dazu ausgebildet ist, die Schallwelle in direkter Transmission durch das Substrat, oder nach Reflexion an einem verfestigtem Bereich, an einer Fermenterwand oder an einem anderen schallreflektierenden Objekt aufzunehmen.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Verfahren für die Bestimmung der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung einer Flüssigkeit, insbesondere des Substrats einer Biogasanlage, welches folgende Schritte aufweist: – Erzeugen einer Schallwelle an mindestens einer Schallquelle innerhalb der Flüssigkeit, – Aufnehmen der Schallwelle an mindestens einer Messstelle zur Erzeugung eines jeweiligen Schallsignals, und – Auswerten jedes Schallsignals, insbesondere Vergleich der verschiedenen Schallsignale untereinander für eine Bestimmung der jeweiligen Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung des Flüssigkeitsbereiches zwischen der Schallquelle und der das Schallsignal aufnehmenden Messstelle.
Verfahren zum Überwachen eines Substrats einer Biogasanlage, welches folgende Schritte aufweist: – Erzeugen einer Schallwelle an mindestens einer Schallquelle innerhalb des Substrats, – Aufnehmen der Schallwelle an mindestens einer Messstelle zur Erzeugung eines jeweiligen Schallsignals, und – Auswerten jedes Schallsignals zur Ermittlung einer jeweiligen Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung zwischen der Schallquelle und der das Schallsignal aufnehmenden Messstelle.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schallquelle ein im Substrat befindlicher Propeller eines Rührwerks, eine Ultraschallquelle, welche als Schallwelle eine Ultraschallwelle erzeugt, oder ein Schallwandler verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Messstellen vorgesehen sind, welche im oder am Substrat verteilt sind, wobei vorzugsweise eine jeweilige Viskosität zwischen der Schallquelle und jeder der Messstellen ermittelt wird und/oder eine jeweilige Homogenität zwischen der Schallquelle und jeder der Messstellen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rührwerk mit einem im Substrat befindlichen Propeller eingeschaltet wird, wenn – die Viskosität oder eine der Viskositäten einen ersten absoluten Viskositätsschwellenwert überschreitet, – eine Erhöhung der Viskosität oder einer der Viskositäten einen ersten relativen Viskositätsschwellenwert überschreitet, – die Homogenität oder eine der Homogenitäten einen ersten absoluten Homogenitätsschwellenwert unterschreitet, – eine Verringerung der Homogenität oder einer der Homogenitäten einen ersten relativen Homogenitätsschwellenwert überschreitet, – die Dichte oder eine der Dichten einen ersten absoluten Dichteschwellenwert überschreitet, und/oder – eine Erhöhung der Dichte oder einer der Dichten einen ersten relativen Dichteschwellenwert überschreitet, und/oder ein Rührwerk mit einem im Substrat befindlichen Propeller abgeschaltet wird, wenn – die Viskosität oder eine der Viskositäten einen zweiten absoluten Viskositätsschwellenwert unterschreitet, – eine Erhöhung der Viskosität oder einer der Viskositäten einen zweiten relativen Viskositätsschwellenwert unterschreitet, – die Homogenität oder eine der Homogenitäten einen zweiten absoluten Homogenitätsschwellenwert überschreitet, – eine Verringerung der Homogenität oder einer der Homogenitäten einen zweiten relativen Homogenitätsschwellenwert unterschreitet, – die Dichte oder eine der Dichten einen zweiten absoluten Dichteschwellenwert unterschreitet, und/oder – eine Erhöhung der Dichte oder einer der Dichten einen ersten relativen Dichteschwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Messstelle an der oder benachbart zur Schallquelle angeordnet ist, wobei an dieser Messstelle ein reflektierter Anteil der Schallwelle gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des reflektierten Anteils der Schallwelle die Homogenität ermittelt wird, wobei die Homogenität als umso niedriger ermittelt wird, je größer der reflektierte Anteil ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenität mittels einer Mehrzahl von um die Schallquelle in gleichen Winkelabständen und gleichen Abständen herum angeordneten Messstellen ermittelt wird, wobei die Homogenität als umso niedriger ermittelt wird, je mehr die von den Messstellen erzeugten Schallsignale, insbesondere Amplitude oder Leistung der Schallwelle, an den Messstellen voneinander abweichen.
Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität und/oder Homogenität und/oder Dichte bzw. Dichteänderung eines Substrats einer Biogasanlage, aufweisend – zumindest eine Schallquelle (105, 106, 126) zum Erzeugen einer Schallwelle (140), – eine Anzahl von Messstellen (110, 112, 114, 116) zum Aufnahmen der Schallwelle (140) und zum darauf ansprechenden Erzeugen eines jeweiligen Schallsignals, und – eine Auswerteeinrichtung (130), welche dazu konfiguriert ist, dass die Vorrichtung (100) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt, – wobei die Vorrichtung (100) vorzugsweise ferner ein Rührwerk (120) aufweist, welches durch die Auswerteeinrichtung (130) steuerbar ist.
System zum Erzeugen von Biogas, aufweisend – einen Fermenter (20), und – eine Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, – wobei die Schallquelle (105, 106, 126) im Fermenter (20) derart angeordnet ist, dass sie sich im Substrat befindet, wenn der Fermenter (20) mit Substrat gefüllt ist, und – wobei die Messstellen (110, 112, 114, 116) im Fermenter (20) derart angeordnet sind, dass sie sich im Substrat befinden, wenn der Fermenter (20) mit Substrat gefüllt ist.