DE202007017166U1

DE202007017166U1 - Kompakt-Biogasanlage

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Publication number: DE202007017166U1
Application number: DE202007017166U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-08
Filing date: 2007-12-08
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2017-12-09

Abstract

Biogasanlage, dadurch gekennzeichnet, dass
a) alle für eine voll funktionsfähige Biogaserzeugung erforderlichen Teile in einem einzigen Behälter kompakt angeordnet sind,
b) der geschlossene und einen Gärraum darstellender Behälter mehrere, miteinander in Verbindung stehende Kammern aufweist, die mit Substrat gefüllt sind,
c) eine der Kammern als Füllkammer ausgebildet ist und einen auf den Behälter aufgesetzten Trichter aufweist, durch den im wesentlichen nicht aufbereitetes Biomaterial in die Kammer eingeführt und vermischt wird,
d) jede der Kammern ein eigenes Rührwerk in Form einer Misch-Schnecke aufweist,
e) die Rührwerke der einzelnen Kammern so ausgelegt sind, dass sie in Intervallen aktivierbar sind und das Substrat in Bewegung gehalten, vermischt und in langsamen Umlauf gebracht wird,
f) eine Heizvorrichtung die Temperatur des in den Kammern umgewälzten Substrats auf einem gleichmäßigen Wert hält, und
g) der Behälter mit den einzelnen Kammern gasdicht verschlossen ist und eine Gasleitung aufweist, durch die...

Description

Die Neuerung betrifft eine Biogasanlage, deren kompakte Bauweise und Leistung der Anwendung für den „Hausgebrauch" angepasst ist.
Biogasanlagen werden in jüngerer Zeit immer mehr für die Gewinnung von Biogas im industriellen Bereich eingesetzt. Für den Individualbereich kommt jedoch nach wie vor die herkömmliche Kompostanlage zur Aufbereitung der anfallenden Bioabfälle zum Einsatz.
Aufgabe der Neuerung ist deshalb, diesem Bedarf Rechnung zu tragen und eine Biogasanlage vorzuschlagen, die für den kleinen Bedarf, also im Bereich von Ein- und Mehrfamilienhäusern, aufgrund der kompakten Bauweise sowohl platz- als auch kostenmäßig geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst, dass ein geschlossener und einen Gärraum darstellender Behälter mehrere miteinander in Verbindung stehende Kammern aufweist, die mit Substrat gefüllt sind, eine der Kammern als Füllkammer einen auf die Kammerabdeckung aufgesetzten Trichter aufweist, durch den im wesentlichen nicht aufbereitetes Biomaterial in die Kammer eingeführt wird, jede der Kammern ein motorisch angetriebenes, als Stopfschnecke ausgebildetes Rührwerk aufweist, die Rührwerke der einzelnen Kammern die Biomasse zusammen mit Substrat durch die einzelnen hintereinander geschalteten Kammern fördert, die Endkammer eine Auspress-Schnecke besitzt, die ausgegärtes Endsubstrat in Form hochwertigen Düngers aus dem Container abgibt, und eine Heizvorrichtung die Betriebstemperatur des in den Kammern ungewälzten Substrats auf einem gleichmäßigen Wert hält.
Der Gärraum der Biogasanlage nach der Neuerung weist einen in sich gasdicht geschlossenen Behälter bzw. Fermenter mit mehreren miteinander in Verbindung stehenden Kammern auf, die mit Substrat gefüllt sind. Über den auf die Deckwand der Füllkammer aufgesetzten Trichter wird das im wesentlichen nicht aufbereitete Biomaterial in die Kammer gasdicht eingeführt und beim Einführen in den Fermenter gemischt. Jeder Kammer ist ein eigenes Misch-Rührwerk zugeordnet. Die Rührwerke der einzelnen Kammern fördern die mit Impf-Substrat versetzte Biomasse durch die einzelnen hintereinander geschalteten Kammern. In der Endkammer ist eine Auspressschnecke vorgesehen, die ausgegärtes Endsubstrat in Form von Impfsubstraten und hochwertigem Dünger aus dem Fermenter abgibt. Der Fermenter weist eine z.B. nach Art einer Fussbodenheizung ausgelegte Heizvorrichtung auf, die die Betriebstemperatur des in den Kammern gewählten Substrats auf einem gleichmäßigen Temperaturwert hält.
Der Fermenter der neuerungsgemäßen Biogasanlage kann der in einem Gartenhäuschen, einem Schuppen oder dergl. integriert sein. Der Fermenter hat z.B. etwa ein Nutzvolumen von einigen Kubikmetern, während das gesamte Gebäude nach einem speziellen Ausführungsbeispiel Abmessungen von z.B. 4 m Länge, 2,2 m Breite und 2,2 m lichter Höhe hat und das Dach zusätzlich einen Gasspeicher von ca. 3 m³ aufnimmt. Der Biogasanlagen-Fermenter ist ein wannenförmiger, allseitig gasdicht geschlossener, wärmeisolierter Behälter, der einzelne miteinander in Verbindung stehende Kammern aufweist, die die verschiedenen Gärzonen darstellen, und der eine vollflächig beheizte Bodenplatte besitzt.
Das in die Anlage eingebrachte Biomaterial besteht z.B. aus Gras, Laub, Gartenabfällen, Obst, Gemüse, Getreideabfällen, Küchenabfällen, pflanzlichen und tierischen Fetten und Ölen, Altbrot und Altbackwaren, Kleintiermist, usw. Dieses Biomaterial wird über einen auf dem Fermenter angeordneten Trichter eingefüllt, der mit einem Mantelrohr in Verbindung steht, das eine Verlängerung des Trichters darstellt und motorisch angetrieben ist. Das Mantelrohr nimmt eine fest stehende, mit der Bodenplatte fest verbundene Schneckenachse auf, die durch das Rotieren des Mantelrohres die Funktion einer Stopfschnecke hat.
Vorzugsweise weisen die einzelnen Gärzonen jeweils ein eigenes Schneckenrührwerk auf, das wahlweise individuell oder zentral angetrieben wird. Das Schneckenrührwerk besitzt z.B. Schneckenflügel mit linkslaufenden und rechtslaufenden Gewindegänge, deren obere und untere Abschnitte auf halber Höhe des Fermenters mit einem Doppelarm verbunden sind. Die Anordnung ist derart gewählt, dass die untere Hälfte des Rührwerks die Sinkschicht nach oben schaufelt und die obere Hälfte die Schwimmschicht nach unten drückt, so dass die Biomasse auf halber Höhe energiesparend vermischt wird. Gleichzeitig mit der Zuführung des Biomaterials über den Trichter wird ein Teil des Impfsubstrats in die zweite Kammer eingeführt, damit die die Fermentierung bewirkenden Lebewesen die organische Zersetzung des Biomaterials beschleunigen können. Die einzelnen Kammern sind durch Kammerwände voneinander getrennt, stehen jedoch über schmale, in der Höhe versetzte Spalte in Verbindung, damit das Substrat aus der ersten Kammer der Reihe nach die daran angeschlossenen Kammern auf einem möglichst langen Weg und nicht kreuz und quer durch den Fermenter strömt, bis schließlich an der letzten Gärkammer das ausgegärte Endsubstrat für die Auspressschnecke bereitgestellt wird. Die fermentierte Biomasse verlässt den Fermenter als relativ feste Masse in Form hochwertigen Düngers, während ein noch leicht flüssiger Anteil dieser Masse als Impfsubstrat in die zweite Gärkammer eingeführt wird. Der Fermenter bzw. die im Fermenter befindliche Biomasse wird zur Durchführung der Fermentierung über die Bodenplatte aufgeheizt, wofür ein Teil der Abwärme bei der Stromerzeugung bzw. Verfeuerung des gewonnenen Biogases genutzt werden kann. Das bei der Fermentierung gewonnene Biogas wird in einem Gasbehälter unterhalb des Daches des Anlagengehäuses gespeichert. Das Entnehmen des ausgegärten Endsubstrats erfolgt durch Abfördern und gleichzeitiges Auspressen an der Auspressschnecke. Dieses ausgegärte Substrat kann anschließend als fertiger Dünger ausgebracht werden.
Nachstehend wird die Neuerung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch eine Biogasanlage nach der Neuerung,
2 einen Schnitt durch die Anlage nach der Linie II-II der 1,
3 den Fermenter nach 2 in vergrößerter Darstellung,
4 eine Aufsicht auf den geöffneten Container mit sechs in Serie arbeitenden Schneckenrührwerken,
5 in vergrößerter Darstellung die Trichteranordnung mit Rührwerk innerhalb der Füllkammer, in seitlicher Ansicht,
6 eine Aufsicht auf die Darstellung nach 6,
7 in vergrößerter Darstellung in seitlicher Ansicht das Rührwerk für die übrigen Kammern,
8 eine Aufsicht auf die Anordnung nach 7,
9 eine Detaildarstellung der Auspressschnecke in der letzten Kammer,
10 eine Schnittansicht längs der Linie I-I der Anordnung nach 9.
Das Gebäude 1 ist in 1 in Form eines Gartenhäuschens oder dergl. mit Dach 2 aufgebaut und nimmt einen den Fermenter darstellenden Behälter 3 auf, der flüssigkeits- und gasdicht sowie wärmeisoliert in Wannenform ausgebildet ist und eine gasdichte abschließende Deckwand 4 besitzt. Auf die Deckwand 4 ist ein Trichter 5 aufgesetzt, der das Biomaterial, z.B. Gartenabfälle oder andere organische Materialien oder dergl. abbaubare Stoffe, aufnimmt. Der Trichter 5 ist rotierend angeordnet und motorisch angetrieben. Der Antrieb 6 ist mit einem als Stopfschnecke wirkenden Schneckenrührwerk 7 verbunden, dessen Mantelrohr 8 eine Verlängerung des Trichters 5 darstellt und über die Antriebsverbindung 9 und den Antrieb 6 in Drehung versetzt wird. Die zu verarbeitende Biomasse wird in den Trichter 5 eingebracht und mit Hilfe der Schnecke 12 im Trichterrohr 10 nach abwärts gefördert. Die Achse 11 der Schnecke 12 ist stationär angeordnet und am Fermenterboden 16 befestigt, so dass die Förderung des Biomaterials im Trichter nach abwärts durch die Relativbewegung zwischen rotierendem Trichter 5 und Mantelrohr 8 erfolgt. Die Rührflügel 14 des Rührwerks 7 sind an der Außenseite des Mantelrohres 8 fest verbunden, z. B. verschweißt. Die Befestigungs- bzw. Schweißstelle ist mit 15 bezeichnet, die Rührflügel 14 sind konzentrisch zum Trichterrohr angeordnet. Diese Ausgestaltung des Rührwerks trifft auf die Kammer 38 (4) zu, die mit dem Trichter 5 versehen ist und die die Materialzuführkammer bildet. Das Biomaterial wird dabei durch das Zusammenwirken der Drehung des Mantelrohres 8 und der feststehenden Schneckenachse 11 vom Trichter durch das Mantelrohr auf die halbe Substrathöhe in der ersten Kammer nach unten gedrückt und anschließend mit Hilfe des gleichzeitig rotierenden Rührwerks 7 gut vermischt. Das Mantelrohr 8 stellt zusammen mit der Kunststofflagerhülse ein Tauchrohr dar, das einen Gasaustritt bei der Befüllung des Fermenters 3 verhindert.
Das Rührwerk 7 ist so ausgeführt, dass es aus einem oberen Abschnitt 7.1. und einem unteren Abschnitt 7.2. besteht. Der untere Abschnitt 7.2. des Rührwerks 7 ist dabei so ausgelegt, dass die Sinkschicht nach oben geschaufelt wird, während der obere Abschnitt 7.1. so ausgelegt ist, dass die Schwimmschicht nach unten gedrückt wird, so dass sich bei einer Rotation des Rührwerks eine ständige Homogenisierung der Biomasse ergibt.
Während die Materialzuführkammer 38 (4, 5 und 6) den rotierenden Trichter 5 mit dem rotierenden Mantelrohr 8 und der stationären Schnecke 12 innerhalb des Trichterrohres 10 zum Einbringen des Biomaterials in den Fermenter 3 aufnimmt, und das damit kombinierte Rührwerk 13 zur Homogenisierung des Biomaterials, das aus dem Trichterrohr nach unten austritt, der Zuführkammer 38 zugeordnet ist, sind die anderen Kammern 39-43 so ausgelegt, dass sie nur jeweils ein Rührwerk enthalten, das in der in den 7 und 8 dargestellten Weise ausgelegt ist, nämlich mit einem Antrieb 10 für eine rotierende Welle 19, die von einem feststehenden Rohr 18 umschlossen ist, das etwa bis zur halben Höhe des Fermenters ausgelegt ist. Die rotierende Welle 19, die von dem feststehenden Rohr 18 umschlossen ist, ist am unteren Ende, und zwar etwa auf halber Höhe des Fermenters 3, an einem Trägerarm 22 des Rührwerks bei 20 und am oberen Ende in einer Wellenlagerung 21 festgelegt. Der Trägerarm 22 des Rührwerks weist einen oberen Rührflügel 23 und einen unteren Rührflügel 24 auf, die an den Befestigungsstellen 25 und 26 mit dem Trägerarm 22 fest verbunden sind, im übrigen jedoch frei tragend mit der Welle 19 rotierend angetrieben sind. Da die beiden Rührflügel 24, 25 als Linksgewindeflügel und Rechtsgewindeflügel arbeiten, erfolgt eine besonders intensive und homogene Vermischung des in der Kammer befindlichen Substrats, indem die untere Hälfte des Rührwerks die Sinkschicht nach oben schaufelt und die obere Hälfte der Schwimmschicht das Substrat nach unten drückt. Dies ergibt nicht nur eine besonders intensive Vermischung des Substrates selbst, sondern auch des Impf-Substrates, das zur Förderung der Fermentierung dem Biomaterial beigegeben wird.
Am abgabeseitigen Ende, nämlich der Kammer 43, wird das Substrat nach dem Durchwandern der einzelnen Kammern 38-43 des Fermenters 3 als ausgegärtes Substrat einer Auspressschnecke 27 zugeführt, die als Förderschnecke ausgebildet ist und aus einem Schneckenachsrohr 28 und einer Schneckenwendel 29 sowie einem am Austrittsende angeordneten Rohrkonus 30 besteht und in einem Siebmantel 31 angeordnet ist, und zum Ausgang hin komprimiert. Der Siebmantel 31 ist aus am austrittsseitigen Ende mit einem Außenmantel 32 versehen. Die Schnecke 27 wird über einen Antriebsmotor 33 und eine Antriebsverbindung 34 angetrieben und fördert das abzugebende Substrat in eine Ausbringrinne 35, von der das ausgegärte Endsubstrat als hochwertigen Dünger bereitgestellt wird. Ein Teil des vergärten Endsubstrates wird über eine Impf-Substrat-Zuführung 36 eingeführt und in einer Impf-Substrat-Abgabe 37 in die der Trichterkammer 38 benachbarte Kammer 39 des Fermenters 3 einbracht, damit das Impf-Substrat mit Hilfe des Rührwerks in der Kammer der Biomasse zugemischt wird.
Die Biogasanlage nach der Neuerung besteht, wie beispielsweise in 4 dargestellt, aus mehreren (z. B. 6) Kammern, die als Gärzonen betrieben werden und mit 38 bis 43 bezeichnet sind. Dabei ist die Kammer 38 die Zuführkammer mit dem Trichter 5 und die Kammer 43 die Endkammer, aus der das ausgegärte Substrat über die Auspressschnecke ausgebracht wird. Der Fermenter 3 wird durch die Begrenzungswände 45, 46 in die einzelnen Kammern unterteilt, und die einzelnen Kammern, die nacheinander in einem möglichst langen Durchflussweg nacheinander die einzelnen Kammern durchwandern, stehen über Durchflussöffnungen bzw. Schlitze 47 zwischen den Innenseiten des Behälters und den von den Wänden des Behälters beabstandeten Begrenzungswänden 45, 46 in Verbindung. Die Wanderungsrichtung des Substrates ist durch die in 4 eingezeichneten, mäanderförmigen Wege in Pfeilrichtung festgelegt. Die einzelnen Kammern sind an den Ecken des Kammerraums jeweils mit einem Eckenausgleich bzw. einer Eckenrundung 48 versehen, um einen strömungstechnisch einwandfreien und gleichförmigen Fluss des Substrates zu gewährleisten. In der Endkammer 43 wird das nach dem Durchlauf entstandene ausgegärte Substrat an die Auspressschnecke 27 geleitet, die das Endsubstrat verdichtet und die am Austrittsende in die konusförmige Erweiterung 30 übergeht, während ein geringer, noch flüssiger Teil des ausgegärten Endsubstrates an der Stelle 37 als Impf-Substrat abgezweigt und in die Kammer 39 und von dort mit dem Substrat in die weiteren Kammern 40-43 eingespeist wird.
Der Behälter 3 und damit die einzelnen Kammern bzw. Gärzonen sind nahezu bis zur Deckwand mit Substrat und Biomasse gefüllt, mit denen der Gärungsprozess während eines Durchlaufes der Biomasse stattfindet. Das beim Gärungsprozess entstehende Gas wird im Gasraum 49 gesammelt und über das Gasrohr 50 in den Gasspeicher 51 geleitet sowie von dort über eine Gasleitung 52 der Energieerzeugungsanlage 53 in Form des Bioheizkraftwerks zugeführt, das über die Anlagensteuerung 54 betrieben wird. Das Substrat macht erforderlich, dass eine gleichförmige, für den Gärungsprozess optimale Temperatur eingestellt und beibehalten werden kann. Die hierfür vorgesehene Beheizung erfolgt entweder durch elektrische Aufheizung, was dem Grundgedanken der Bioanlage widerspricht, durch eine Art Fußbodenheizung über Warmwasserheizung, oder aber durch Beheizung mit dem bei der Fermentierung entstehenden Biogas, das aus dem Biospeicher stammt.

1: Gebäude
2: Dach
3: Behälter
4: Deckwand
5: Trichter
6: Antrieb
7: Rührwerk
7.1/7.2: Oberer/unterer Abschnitt
8: Mantelrohr
9: Antriebsverbindung
10: Trichterrohr
11: Achse
12: Schnecke
13
14: Rührflügel
15: Befestigungsstelle
16: Boden
17: Rührwelle
18: feststehendes Rohr
19: rotierende Welle
20: Wellenbefestigung unten
21: Wellenlagerung oben
22: Trägerarm
23: Rührflügel oben
24: Rührflügel unten
25, 26: Schweißstellen
27: Auspressschnecke
28: Schneckenachsrohr
29: Schneckenwendel
30: Rohrkonus
31: Siebmantel
32: Außenmantel
33: Antriebsmotor
34: Antriebsverbindung
35: Ausbringrinne
36: Impfsubstrat-Zuführung
37: Impfsubstrat-Abgabe
38, 39, 40, 41, 42, 43: Kammern
44: Laufweg des Substrates
45, 46: Kammer-Begrenzungswände
47: Durchflussöffnungen
48: Eckenausgleich
49: Gasraum
50: Gasrohr
51: Gasspeicher
52: Gasleitung
53: Bioheizkraftwerk

Claims

Biogasanlage, dadurch gekennzeichnet, dass a) alle für eine voll funktionsfähige Biogaserzeugung erforderlichen Teile in einem einzigen Behälter kompakt angeordnet sind, b) der geschlossene und einen Gärraum darstellender Behälter mehrere, miteinander in Verbindung stehende Kammern aufweist, die mit Substrat gefüllt sind, c) eine der Kammern als Füllkammer ausgebildet ist und einen auf den Behälter aufgesetzten Trichter aufweist, durch den im wesentlichen nicht aufbereitetes Biomaterial in die Kammer eingeführt und vermischt wird, d) jede der Kammern ein eigenes Rührwerk in Form einer Misch-Schnecke aufweist, e) die Rührwerke der einzelnen Kammern so ausgelegt sind, dass sie in Intervallen aktivierbar sind und das Substrat in Bewegung gehalten, vermischt und in langsamen Umlauf gebracht wird, f) eine Heizvorrichtung die Temperatur des in den Kammern umgewälzten Substrats auf einem gleichmäßigen Wert hält, und g) der Behälter mit den einzelnen Kammern gasdicht verschlossen ist und eine Gasleitung aufweist, durch die das bei der Fermentierung des Substrats im Behälter entstehende Gas an einen Gasspeicher übergeführt wird.
Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter der Biogasanlage transportabel ausgebildet ist.
Biogasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte, voll funktionsfähige Biogasanlage transportabel ausgebildet ist.
Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicher als Gassack ausgebildet ist und als Energiequelle zur Speisung eines Stromerzeugers, z. B. eines Gasgenerators, einer Brennstoffzelle oder dergl., oder teilweise zur direkten Nutzung des Biogases für Heizzwecke dient.
Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Füllkammer kombinierte Trichter rotierend angeordnet ist, in einem an der Behälterdeckwand starr befestigten Rohrmantel als Verlängerung des Trichters ausgebildet ist, der Mantel drehend angeordnet ist und in das Substrat eintaucht sowie als Träger für die Flügel der Rührwerks dient, die die Biomasse einführende Schnecke als Stopfschnecke arbeitend fest mit dem Fermenterboden verbunden ist, und die Gewindeflügel außen am Mantelrohr befestigt sind.
Biogasanlage nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührflügel der Mischschnecken einen oberen/unteren Linksgewindeflügel und einen unteren/oberen Rechtsgewindeflügel aufweisen, der obere und der untere Abschnitt miteinander durch einen diagonalen Tragarm verbunden und mit der Drehachse des Antriebsmotors befestigt sind und die entgegengesetzten Enden der Rührflügel frei umlaufend angeordnet sind.
Biogasanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle mit dem Tragarm befestigt ist und der Tragarm mit den Rührflügeln in Drehung versetzt wird, und dass die Schneckenwelle in dem sie umgebenden feststehenden Rohr rotiert.
Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Unterseite der Behälter-Deckwand und Oberfläche des Substrats ein freier Raum ausgebildet ist, der zur Aufnahme des im Substrat gebildeten Biogases dient, und von diesem Raum die Gasleitung zum Gasspeicher ausgeht.
Biogasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicher den gespeicherten Gasvorrat kontrolliert und dosiert an die Energieumwandlungseinrichtung abgibt.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegung und Wegverlauf des Biomaterials bzw. Substrats durch Rotation der Rührschnecken von einer Kammer zur nächsten bei gleicher Drehrichtung der Rührwerke und maximaler Wegstrecke des zurückgelegten Substrats erfolgt.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwerke als Mischschnecken ausgelegt sind, die im oberen/unteren Abschnitt einen in der einen Richtung verlaufenden Fördereffekt aufgrund eines Rechtsgewindeflügels und im unteren/oberen Abschnitt einen in der entgegengesetzten Richtung verlaufenden Fördereffekt aufgrund eines Linksgewindeflügels ausführen.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kammern eine Vorrichtung zum Zuführen von Impf-Substraten zugeordnet ist, vorzugsweise der der Einlasskammer nachfolgenden zweiten Kammer.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkammer eine Auspress-Schnecke aufweist, die ausgegärtes Endsubstrat in Form von festem Dünger aus dem Fermenter abgibt.
Biogasanlage nach Anspruch 1m dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenachse der Einlassschnecke fest mit dem Behälterboden verbunden ist.