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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Abfallbehandlung.
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Vor allem auf Kreuzfahrtschiffen, mit denen sehr viele Menschen zu Vergnügungszwecken transportiert werden, müssen große Mengen an Abfällen aus Toiletten und Küchen entsorgt werden. Dazu benutzt man einen Trockner, so zum Beispiel einen beheizten Mischer, der überschüssiges Wasser verdampft und das Produkt soweit trocknet, dass es anschließend verbrannt werden kann.
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Dass Abfälle auf Kreuzfahrtschiffen getrocknet werden, ist aus der Druckschrift
DE 10 2015 115 785 A1 bekannt.
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Je nach Zusammensetzung der Abfälle kommt es während der Trocknung zu einer ausgeprägten Zähphase, die nur mit ausreichend hoher Antriebsleistung des Trockners überwunden werden kann, aber ansonsten nicht benötigt wird. Bei größeren Trocknern belastet die notwendige zu installierende elektrische Antriebsleistung des Trockners die Schiffssysteme stark und ist nicht erwünscht. Ohne diese hohe Antriebsleistung ist man aber nicht in der Lage, die Abfälle hinreichend vollständig zu trocknen, um diese anschließend problemlos verbrennen zu können.
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Aus der Druckschrift
US 2017/0174579 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens an organischem Material in einer Kompostierungsvorrichtung bekannt. In einem Kompostierbehälter mit darin befindlichem organischem Material wird ein Mischwerkzeug mit einem Motor gedreht. Das Drehmoment des Motors wird überwacht, während sich der Mischflügel dreht, um darauf basierend auf das Volumen des organischen Materials in dem Kompostierbehälter schließen zu können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Abfallbehandlung zu schaffen, welches Abfälle verbessert hinreichend zu trocknen vermag, ohne eine übermäßig hohe Antriebsleistung bereitstellen zu müssen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Abfallbehandlung gelöst, die die Merkmale des Hauptanspruchs bzw. des Nebenanspruchs umfassen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Vorrichtung umfasst einen beheizbaren Mischer. Der Mischer umfasst einen Mischraum mit darin befindlichen ein oder mehreren Mischwerkzeugen und einen Antrieb für die Mischwerkzeuge. Es sind Heizmittel für ein Erwärmen des Mischraums vorhanden.
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Um eine ausgeprägte Drehmomentspitze während der Trocknung zu umgehen und damit eine dauerhaft geringere Antriebsleistung nutzen zu können, umfasst die Vorrichtung eine Mess- und Steuerungseinrichtung, die das Drehmoment mittelbar oder unmittelbar misst, mit dem die Mischwerkzeuge während eines Trocknens von Abfällen angetrieben werden. Bei Erreichen eines festgelegten Grenzwertes für das Drehmoment wird den Abfällen ein Fließverbesserer hinzugefügt und zwar mithilfe der Mess- und Steuerungseinrichtung und einer Zufuhreinrichtung für Fließverbesserer. Durch den hinzugefügten Fließverbesserer wird bei gleicher Drehzahl das erforderliche Drehmoment reduziert. Es genügt dadurch eine signifikant geringere Antriebsleistung für die Mischwerkzeuge. Es gibt keine zähphasenbedingten Stillstände des Trockners und damit keine Ausfälle bei der Müllentsorgung auf einem Schiff. Der dadurch erzielte Vorteil übersteigt deutlich die Nachteile, die darin bestehen, einen Fließverbesserer bereitzustellen und dem Trocknungsvorgang hinzufügen zu müssen sowie eine Einrichtung bereitzustellen, mit der die Zufuhr des Fließverbesserers während eines Trocknens von Abfällen gesteuert durchgeführt wird.
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Ein Fließverbesserer ist eine Substanz, die die Fließfähigkeit von Abfällen so verbessern kann, dass dadurch ein höherer Trocknungsgrad erreichbar ist. Wasser ist folglich kein Fließverbesserer im Sinne der vorliegenden Erfindung. Zwar würde eine Zugabe von Wasser die Fließfähigkeit verbessern. Sobald aber das zugegebene Wasser wieder verdampft ist, ist der Zustand vor der Wasserzugabe wieder erreicht, ohne dass dadurch ein höherer Trocknungsgrad erzielt worden wäre. Ein Fließverbesserer ist daher eine Substanz, die durch das Trocknen nicht entfernt werden kann, sondern die im Trockner während des Trocknens verbleibt. Als Fließverbesserer eignen sich beispielsweise Öle. Wurde den Abfällen bei Überschreiten eines zu hohen Drehmoments ein Öl hinzugefügt, so verliert die Mischung aus Abfällen und Öl nicht aufgrund von Verdampfung des Öls ihre verbesserte Fließfähigkeit. Es kann daher durch Zugabe von Öl die Fließfähigkeit so verbessert werden, dass sich dadurch ein höherer Trocknungsgrad erreichen lässt.
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Ein Öl ist als Fließverbesserer auch deshalb besonders gut geeignet, weil es schließlich verbrennen kann und somit auch deshalb die Abfallentsorgung durch Verbrennung unterstützen kann. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher ein Fließverbesserer so ausgewählt, dass dieser im Abfall im Anschluss an eine Trocknung so verbleibt, dass der Fließverbesserer mit verbrennen kann. Ein weiteres Beispiel für einen Fließverbesserer, der dies zu leisten vermag, ist Ester.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Lebensmittelöl wie zum Beispiel Sonnenblumenöl als Fließverbesserer eingesetzt. Es können dann erstens Öle eingesetzt werden, die ein Kreuzfahrtschiff ohnehin mit sich führt oder Öle, die nach einer Verwendung zu entsorgen sind. Zweitens werden weitergehende umweltschädliche Nachteile vermieden.
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Ein Fließverbesserer ist in einer Ausgestaltung so ausgewählt, dass dieser ein abschließendes Verbrennen nicht behindert. Beispiele für hinreichend umweltfreundliche Fließverbesserer, die dies leisten können, sind Calciumoxid oder Seifen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Fließverbesserer so ausgewählt, dass dieser im Rahmen einer Verbrennung mit anderen Substanzen in einer umweltfreundlichen Weise reagiert. Ein Beispiel für einen solchen Fließverbesserer ist Calciumoxid, der im Rahmen einer Verbrennung mit Schwefeldioxid reagiert und dadurch Umweltnachteile vermeiden kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Fließverbesserer so ausgewählt, dass dieser durch eine Verbrennung in brennbare Bestandteile zersetzt werden kann. Tenside sind Beispiele für solche Fließverbesserer. Durch Verbrennung von getrocknetem Abfall werden Temperaturen von zum Beispiel 800 °C erreicht, die hoch genug sind, um Tenside zersetzen zu können. Resultierende Bestandteile sind dann brennbar, wodurch die Abfallentsorgung durch Verbrennen unterstützt wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Fließverbesserer so ausgewählt, dass von diesem keine Gefahr für Umwelt und Gesundheit ausgehen kann. Sämtliche beispielhaft genannten Fließverbesserer erfüllen diese Anforderung hinreichend gut.
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Weitere Beispiele für hinreichend umweltfreundliche Fließverbesserer, die zumindest eine weitere der vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften erfüllen, sind folgende Substanzen
- • PTFE
- • Cellulose
- • Stärke
- • Wachs
- • Gips
- • Kreide.
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Um diese auf technisch einfache Weise hinzufügen zu können, liegen die genannten Substanzen bevorzugt als Pulver vor.
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In einer technisch besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist die Mess- und Steuerungseinrichtung so eingerichtet, dass diese die Antriebsleistung für die Mischwerkzeuge misst und überwacht. Übersteigt die Antriebsleistung einen voreingestellten Grenzwert, so wird der Fließverbesserer hinzugefügt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird zunächst die Drehgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge reduziert, um einen zähphasenbedingten Stillstand zu vermeiden. Erst nach Erreichen einer vorgewählten unteren Grenze für die Drehgeschwindigkeit erfolgt eine Zugabe eines Fließverbesserers, um so einen zähphasenbedingten Stillstand zu vermeiden. Es kann so die Menge für einen einzusetzenden Fließverbesserer vorteilhaft gering gehalten werden.
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In einer Ausgestaltung ist der Antrieb ein elektrischer Antrieb, der mit Wechselstrom betrieben wird. Es ist ein Frequenzumrichter für den Wechselstrom vorhanden. Ein Frequenzumrichter ist ein Stromrichter, der aus Wechselspannung eine in der Frequenz und Amplitude veränderbare Wechselspannung für die direkte Versorgung von elektrischen Maschinen wie Drehstrommotoren generiert Durch den Frequenzumrichter kann also die Frequenz des Wechselstroms geändert werden, mit dem der elektrische Antrieb betrieben wird. Durch Änderung der Frequenz kann die Rotationsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge geändert werden. Es steht damit eine einfache technische Möglichkeit zur Verfügung, um zunächst Drehgeschwindigkeiten zu reduzieren, um so einen zähphasenbedingten Stillstand zu vermeiden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine anfängliche Drehgeschwindigkeit der ein oder mehreren Mischwerkzeuge um wenigstens 20%, bevorzugt um wenigstens 30%, besonders bevorzugt um wenigstens 40% reduziert, um so einen zähphasenbedingten Stillstand zu vermeiden.
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In einer Ausgestaltung ist der Frequenzumrichter so ausgewählt, dass dieser Zustandsparameter des elektrischen Antriebs so zu erfassen vermag, dass die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs ermittelt werden kann. Zu diesen Zustandsparametern für eine Ermittlung der Antriebsleistung gehören insbesondere angelegte Spannung und die Stromstärke des fließenden Stroms. In einer Ausgestaltung gehört die Frequenz des Wechselstroms zu den Zustandsparametern und zwar insbesondere bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Frequenzänderung im Rahmen einer Trocknung vorgesehen ist. Frequenzumrichter, die dies zu leisten vermögen, sind kommerziell erhältlich. Durch einen solchen Frequenzumrichter kann damit mit geringem technischem Aufwand ein Maß für das Drehmoment ermittelt werden, um in Abhängigkeit davon die Zugabe eines Fließverbesserers zu steuern und zu regeln.
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In einer Ausgestaltung können mithilfe des Frequenzumrichters Frequenzen wenigstens zwischen 10 Hz und 86 Hz eingestellt werden. Die Untergrenze kann auch 20 Hz oder 30 Hz betragen. Die Obergrenze kann auch 60 Hz oder 50 Hz betragen
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In einer Ausgestaltung ist eine Drehmomentenmesswelle vorhanden, mit der das Drehmoment während eines Trocknens von Abfällen gemessen wird. Dieser Messwert wird dazu eingesetzt, um die Zugabe eines Fließverbesserers sowie ggfs. die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom aufzuwendenden Drehmoment zu steuern. Eine solche Ausgestaltung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn kein elektrischer Antrieb eingesetzt wird, sondern beispielsweise ein Hydraulikantrieb.
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In einer technisch einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb drehbar gelagert und mit einer Wägezelle oder einem anderen Kraftsensor so verbunden, dass die Wägezelle bzw. der Kraftsensor einem Drehen des Antriebs um seine drehbare Lagerung herum behindert und zugleich ein Maß für eine Kraft ermittelt, mit der der Antrieb dann auf die Wägezelle bzw. den Kraftsensor einwirkt. Das so ermittelte Maß ist dann ein Maß für das Drehmoment, welches für ein Drehen der Mischwerkzeuge während eines Trocknens aufgewendet werden muss. Dieses Maß wird dazu eingesetzt, um die Zugabe eines Fließverbesserers sowie ggfs. die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom aufzuwendenden Drehmoment zu steuern. Eine solche Ausgestaltung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn kein elektrischer Antrieb eingesetzt wird, sondern beispielsweise ein Hydraulikantrieb.
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Das Hinzufügen des Fließverbesserers wird in einer Ausgestaltung gestoppt, wenn die Antriebsleistung für die Mischwerkzeuge einen voreingestellten Grenzwert unterschreitet. Es kann sich um denselben Grenzwert handeln. Der Grenzwert für das Stoppen ist jedoch vorteilhaft geringer als der Grenzwert für das Hinzufügen des Fließverbesserers.
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In einer technisch einfachen und damit besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine voreingestellte Menge an Fließverbesserer von zum Beispiel wenigstens einem Liter bei Überschreiten eines voreingestellten Grenzwertes dem zu trocknenden Abfall hinzugefügt.
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In einer technisch einfachen Ausgestaltung umfasst der Mischraum einen Doppelmantel für ein Beheizen des Mischraums. Der Mischraum kann dann durch ein erhitztes Öl oder heißen Dampf beheizt werden, der durch den Doppelmantel hindurch geleitet wird. Alternativ kann der Mischraum elektrisch beheizt werden.
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Das Volumen des Mischraums beträgt vorteilhaft wenigstens 1000 I, vorzugsweise wenigstens 3000 I, besonders bevorzugt wenigstens 8000 I oder wenigstens 16000 I.
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Erfindungsgemäß werden vor allem Abfälle getrocknet, die auf Schiffen mit vielen Personen an Bord anfallen. Dies gilt insbesondere für solche Schiffe, die für einen Transport von wenigstens 50, bevorzugt von wenigstens 100, besonders bevorzugt von wenigstens 500 Personen eingerichtet sind. Dies gilt vor allem auch für Kreuzfahrtschiffe.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der 1 näher erläutert.
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Horizontalmischer 1 mit einem beheizbaren Mischraum 2, in dem eine Mehrzahl von Pflugschar ähnlichen Mischwerkzeugen 3 an einer horizontal gelagerten Welle 4 befestigt sind. Der Mischer 1 weist einen Einfüllstutzen 5 an der Oberseite 4 auf, über den Abfälle in den Mischraum 2 eingefüllt werden können. An der Unterseite gibt es zumindest eine schwenkbar gelagerte Klappe 6, über die getrocknete Abfälle aus dem Mischraum 2 entnommen werden können. Über eine Lanze 7 kann ein Fließverbesserer hinzugefügt werden. Ein Fließverbesserer kann aber auch über den Einfüllstutzen 5 hinzugefügt werden.
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Die Welle 4 ist an einem Ende mit einem Elektromotor 8 verbunden, der als Antrieb für die Welle dient.
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Es ist eine Mess- und Steuerungseinrichtung 9 vorhanden, die die elektrische Leistung messen kann, mit der der Elektromotor 8 angetrieben wird. In der Mess- und Steuerungseinrichtung 9 ist ein oberer und ein unterer Grenzwert gespeichert. Übersteigt die gemessene elektrische Leistung den oberen Grenzwert, so wird dem Mischraum 2 ein Fließverbesserer hinzugefügt und zwar gesteuert durch die Mess- und Steuerungseinrichtung 9. Das Hinzufügen des Fließverbesserers wird durch die Mess- und Steuerungseinrichtung 9 gestoppt, sobald der untere Grenzwert unterschritten wird. Der obere Grenzwert ist größer als der untere Grenzwert.
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Anstelle des Elektromotors 8 kann ein hydraulisch angetriebener Motor vorgesehen sein. In beiden Fällen kann der Antrieb 8 drehbar gelagert sein. Eine ungehinderte Drehbewegung in Mischrichtung und zwar im Uhrzeigersinn wie durch einen Pfeil angedeutet, wird dann durch einen ortsfest angebrachten Kraftsensor 10 verhindert, da der Kraftsensor 10 mit dem Antrieb 8 verbunden ist. Der Kraftsensor zeigt dann an, mit welcher Kraft an ihm gezogen wird. Es steht so ein Maß für das Drehmoment zur Verfügung, das für ein Mischen aufzuwenden ist.
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Der Mantel 11 des Mischraums 2 kann ein Doppelmantel sein, also aus einer Doppelwand bestehen. Wird in den Raum zwischen den beiden Wänden heißer Dampf oder heißes Öl hindurch geleitet, so wird dadurch der Mischraum 2 beheizt.
