DE3404405A1

DE3404405A1 - Selbstaetige fermenterpumpe

Info

Publication number: DE3404405A1
Application number: DE3404405A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: IWAN RALF
Current assignee: IWAN RALF
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1986-01-09

Description

Selbsttätige Fermenterpumpe. "^ - · (30.1 84)

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Umwälzen von Faulwasser (Inhalt von Biogasanlagen bzw. Faultürmen), die selbsttätig arbeitet, und zwar durch das im Faulwasser entstehende~und aus demselben entweichende Faulgas.

Dadurch kann eine selbsttätige Umwälzung des Faulwassers während dem Faulvorgang durch das entweichende Gas vorgenommen werden.

Es ist bekannt, daß der Inhalt von Biogasanlagen und FaultUrmen mittels Pumpen und Rührwerken umgewälzt wird. Es ist weiter bekannt, daß durch diese Umwälzung der Flüssigkeit der biologische Prozeß aktiviert wird, d.h. daß durch diese Umwälzung des Inhaltes eine wesentliche Steigerung des Gasertrages aus dieser Flüssigkeit stattfindet. Insofern ist es erforderlich diese Faulwässer umzuwälzen, sofern eine optimale Effizienz angestrebt wird. Die hierfür erforderlichen Rührwerke und Pumpen sind zum Teil aufwendige Konstruktionen und werden grundsätzlich mit einem Elektromotor und z.T. über ein Getriebe angetrieben. Die für diese Antriebsmotore erforderliche Energie wird von außen zugeführt und verursacht Betriebskosten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Umwälzung von Faulwasser vorzunehmen durch eine Pumpe, die ohne von außen zugeführte Energie in Tätigkeit gesetzt wird und somit keine Betriebskosten verursacht. ~

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die vorliegende potentielle Energie im Biogasgerät bzw. Faulturm, nämlich der Gasdruck, dafür benutzt •-•irrt, eine Arbeit zu verrichten, nämlich das Anheben von Flügelrädern elie·? in der Flüssigkeit montierten Rotors (Turbine).

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Drehbewequnc

Dies geschieht durch Umwandlung in mechan. Energie (Drehbewegung) und zwar indem das die Flügelräder hochhebende Gas dieses Flüqelradwerk.in Umdrehung versetzt. Erst danach wird das entweichende

Gas dem Biooasqerät entnommen (strömt aus) und kann verbrannt werden, Die Konstruktion:
Die Biogasanlage, im folgenden Faulturm genannt, ist ein geschlossener Behälter, der überwiegend mit F.aulwasser gefüllt ist. Darüber befindet sich im oberen Bereich des Behälters ein Kleiner Raum, in dem sich über dem FlUssigkeitsspiegeldas entstehende Gas sammelt. ;

An diesem Faulturm ist ein weiterer Behälter angeflanscht, und zwar seitlich in Höhe des Flüssigkeitsspiegels im oberen Bereich. Dieser angeflanschte Behälter ist in Anordnung und Größe so beschaffen, daß er fast vollständig durch den Faulwasserspiegel des Faulbehälters gefüllt ist und im darunter befindlichen Bereich so groß ist, daß er zur Aufnahme eines Flügel-Schaufelrades geeignet ist.

Dieser angeflanschte Behälter ist im unteren Bereich mit einem Rohranschluß versehen und einer dazugehörigen Rohrleitung, die bis in das untere Drittel des Faulturmes reicht und dort angeflanscht ist. Durch diese Rohrleitung ist die Flüssigkeit des Faulturmes mit der Flüssigkeit im angeflanschten Behälter verbunden.

Eine zweite Rohrleitung führt vom Gasraum des Faulbehälters herunter in den Flüssigkeitsbereich des angeflanschten Behälters und ist dort senkrecht nach oben einoeführt.Im oberen Bereich des angeflanschten Behälters befindet sich eine Öffnung, aus der Gas entweichen kann.

Tn diesem angeflanschten Behälter befindet sich auf waagerechter Welle angeordnet ein Flügelrad. Dieses Flügelrad nimmt.2/3 der Achslänge in Anspruch, das letzte Drittel der Wellenlänge nimmt ein Pumpen-Flügelrad

Dieses Pumpen-Flügelrad ist dem Faulturm zugewandt. In Fortführung^ t r\ ι ι η r dieser Welle Richtung Faulturm befindet sich eine Öffnung in der Wandung, in dieser Öffnung ist die waagerechte Welle durch eine Speichen-Konstruktion zentrisch gelagert. Das dem Faulbehälter zugewandte Pumpen-Flügelrad ist konisch ausgebildet und zeigt mit dem kleineren Durchmesser des Konus in Richtung dieser Öffnung zürn iTaulturm.

Bei vorgenannter Anordnung der beschriebenen Technik vollzieht sich nun folgende Funktion: Im Faulturm entsteht Faulgas. Dieses Faulgas kann aus dem Gasraum des Faulturmes, der sich über dem Flüssigkeitsspiegel befindet, nicht ins Freie entweichen. Ein Entweichen dieses Gases ist nur möglich durch die nach unten führende Gasleitung durch die Flüssigkeit des angeflanschten Behälters hindurch und dann aus diesem Behälter heraus. Das Entweichen dieses Gases .ist aber erst dann möglich, wenn sich soviel Gasdruck im oberen Bereich des Faulturmes gebildet hat, der äquivalent der Wassersäule im angeflanschten Behälter ist. Dies kann z.B. ein Wasserstand von 500 mm sein.

Ist dieser Gasdruck entstanden, drückt er durch die Flüssigkeitssäule von z.B. 500 mm hindurch und perlt durch die Flüssigkeit im angeflanschten Behälter nach oben. Bei diesem Durchperlen des Gases durch die Flüssigkeit de·.* ar-geflanschten Behälters werden die aufsteigenden Gasblasen durch Schaufel rä(f^r des Flügelrades aufgehalten bzw. müssen dieselben verschieben, ur. νιοiter nach oben entweichen zu können, um letztlich aus dem oberen Gas-rb-'-.zen entweichen zu können.

Auf rii :se Weise setzt sich das Flügelrad in Drehbewegung.

Das .· if dem vorderen Drittel der Welle befindliche Pumpen-Schaufelrad w"-.-d gleichfalls in Drehbewegung versetzt und pumpt die Flüssigkeit

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in de- "auibehälter.

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•G-

Das Flügelrad übernimmt also die Aufgabe des Antriebes der Welle, das auf dieser Welle im vorderen Drittel befindliche Pumpen-Schaufelrad übernimmt die Aufgabe des Pumpens der Flüssigkeit in den Faulturm hinein.

Dabei ist sichergestellt, daß zur vollständigen Umwälzung des Faulturminhaltes aus dem unteren Drittel durch die dort angeflanschte Rohrleitung Flüssigkeit zurückströmt in den angeflanschten Behälter, nämlich die so bezeichnete Fermenterpumpe, also der angeflanschte Behälter mit innenliegender Flügelradtechnik. Zusätzlich ist die Gasleitung bei dem Anschluß an den angeflanschten Behälter (Fermenterpumpe) so gestaltet, daß sie als Injektoreinrichtung die Fließrichtung des Faulwassers in Richtung Fermenterpumpe zusätzlich unterstützt.

Um zu verhindern, daß der Gasdruck im Faulturm nicht rückwärts durch die zentrische Bohrung in den angeflanschten Behälter drückt, ist folgendes vorgesehen: Die Gasleitung vom Gasraum des Faulturmes ist an der Fermenterpumpe höher angeordnet als die Öffnung zwischen angeflanschtem Behälter und Faulturm. Ggflls. ist diese Öffnung durch eine weitergeführte Rohrleitung soweit schräg nach unten geführt, daß ein Zurückdrücken des Gases, wie eingangs erläutert, unterbunden wird.

Nachfolgend die Erläuterung der mit Fig. Nr. 1 dargestellten Fermenterpumpe sowie der Funktionsablauf:

Erläuterung der Skizze .— j " ,

Die vorliegende Skizze Fig.1 zeigt die Gesamttechnik (Faulturm + Fermenterpumpe) im Schnitt.

Auf der rechten Seite der Abbildung ist der Faulturm Nr. 1 dargestellt, daran ist die Fermenterpumpe Nr. 2 angeflanscht. Die Rohrleitung Nr. 3 verbindet den Faulturm Nr./1 mit der Fermenterpumpe Nr. 2, und zwar im oberen Bereich der Flüssigkeit. Die" Gasleitung Nr. 4 wird vom Faulturm 1 zum Rohr Nr. 3 geführt. Die Fortführung dieser Leitung 4 in Leitung 3 ist eine Düse 11, die vor einem Prallteller 13 endet.

Der Flüssigkeitsspiegel ist mit Nr. 5 gekennzeichnet und sowohl in Faulturm Nr. 1 als auch in der Fermenterpumpe Nr. 2 auf gleicher Höhe.

In dieser Fermenterpumpe Nr. 2 befindet sich eine Welle 6, darauf ist links montiert ein Flügelrad Nr. 7, auf dem rechten Drittel der dem Faulturm Nr. 1 zugewandten Welle 6 ist das Pumpen-Flügelrad Nr. 8 montiert. Die Fortführung der Welle 6 ist in der Öffnung Nr. 9 zum Faulturm zentrisch gelagert, und zwar durch ". zur Mitte der Öffnung rührenden Speichen. Dadurch ist"gewährleistet, daß durch diese Öffnung ungehindert Flüssigkeit von Fermenterpumpe 2 in den Faulturm 1 eintreten kann.

Die Fortführung dieser Öffnung Nr. 9 stellt die leicht gekrümmte Leitung Nr. 10 dar, deren sanfte Krümmung ein Minimum an Rohrleitungswiderstand — bringt. Diese Rohrleitung wird entsprechend der Höhe "H" in die Flüssigkeit heruntergeführt, diese Höhe "H" ist auch gleichfalls der Punkt am Ausgang der Düse 11.Dieses Ende der Rohrleitung Nr. 4 am Punkt Nr. 11 ist als DUsenöffnung ausgebildet. Diese DUsenöffnung 11 befindet sich am Ende der Rohrleitung Nr. 3, unmittelbar unter einem Prallblech 13.

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Der Funktionsablauf: Im Faulturm Nr. 1 befindet sich ί av.l\ as.;er. Nach dei.i

LO Prinzip der kommunizierenden Röhren befindet sich gleichfalls in der Fermenter-CD

~^" pumpe Nr. 2 das gleiche Faulwasser, und zwar mit gleichem Flüssigkeitsniveau Nr. 5. In dem Faulbehälter Nr. 1 entsteht Faulgas auf bekannte Weise. Dieses

Gas entweicht nach oben und tritt an der Flüssigkeitsoberfläche 5 aus und bildet an dem darüber befindlichen Gasraum im Faulturm 1 den Gasdruck P .

Dieses Gas hat das Bedürfnis, durch die ,Leitung 4 aus dem Gasraum des Faulturmes 1 zu entweichen. Dies ist jedoch zunächst nicht möglich, da die Flüssigkeitssäule "H" dem Gasdruck entgegensteht. Der Gasdruck P in dem „. Faulbehälter Nr. 1 steigt also an, bis er der äquivalenten Wassersäule "H" entspricht. Dies können z.B. 500 mm WS sein.

Nun drückt dieser Gasdruck P durch das Gasrohr 4 in die Fermenterpumpe Nr. ? und tritt aus der DUsenöffnung' Nr. 11 aus. Diese DUsenöffnung Nr. *.. ist so gestaltet, daß ein siebähnliches Endblech fUr ein Ausperlen des Gases sorgt und an diesem Prallblech Nr. 13, das gleichfalls als Lochblech ausgebildet ist, aufgeteilt wird. Das so aus der Düse 11 austretende Gas hat zunächst eine Injektorwirkung und veranlaßt das Faulwasser in der Rohrleitung Nr. 3 an der Stelle Nr. 12 eine Fließbewegung in Richtung der Gasströmung zu entfalten, und zwar nach oben in die Fermenterpumpe 2.

Das Flügelrad Nr. 7, auch in Figur Nr. 2 in der Seitenansicht von links dargestellt, wird nun durch das weiter aufsteigende, und sich ausdehnende Gas beaufjchlagt und setzt sich in eine linksgerichtete Drehbewegung.

Dabei wird gleichfalls das Pumpen-Flügelrad Nr. 8 auf Welle Nr. 6 mitgenommen, welches die in der Fermenterpumpe Nr. 2 befindliche Flüssigkeit durch die Öffnung Nr. 9 und Rohrleitung Nr. 10 in den Faulturm Nr. 1 befördert. Gleichfal Ir, wird die dort befindliche Flüssigkeit durch die Rohrleitung Nr. 3 aus dem Faulturm 1 angesaugt, und zwar durch die Injektorwirkung der Gaseinbrinpunr; in Punkt JLl sowie hauptsächlich durch den Pumpvorgang des Pumpen-Flügelrades- Mr. 8, angetrieben durch die Schaufelradkonstruktion Nr. 7. COö\

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■%-

Das durch die Flüssigkeit in Fermenterpumpe Nr. 2 aufsteigende Gas perlt nach

¹^ Verstellung bzw. Rotation der Schaufelräder an die Oberfläche 5 und entweicht O

^" durch den Gas-Entnahmestutzen Nr. 14. In diesem Bereich herrscht nun der ^. Gasdruck P_. Die Drehzahl der'Fermenterpumpe 2 und damit Förderleistung ist

abhängig von der Druckdifferenz P zu P und der produzierten Gasmenge im

Faulturm Nr. 1. „_--

Da nun Faultürme permanent Gas produzieren und dieses extern lagern oder verwenden, ist ein bestimmtes Druckgefälle P. zu P fortwährend gegeben. Dies bedeutet, daß einhergehend mit der Gasproduktion in einem Faulturm Nr. 1 auch automatisch eine Gasentnahme und damit eine bestimmte Druckdifferenz P : P gegeben ist. Somit kann auch ständig und automatisch eine Fermenterpumpe Nr. in Betrieb sein, sei es, daß der Gasraum des Faulturmes Nr. 1 klein gehalten wird und zugunsten des Gasraumes über der Fermenterpumpe Nr. 2 vergrößert wird (siehe gestrichelte Linie) oder daß einem Faulturm grundsätzlich eine Gaslagerung nnchgeschaltet ist, was überall angetroffen wird. Wo dies nicht der Fall ist, wird ständig das produzierte Gas abgefackelt, d.h. es muß aus verfahrenstechnischen Gründen und Gründen der Verhinderung des Berstens des Faulbehälters grundsätzlich bei jedem Faulturm 1 die produzierte Gasmenge permanent abgeführt (z.B. abgefackelt) werden. Damit ist also die Betriebsvoraussetzung für das ständige und kostenlose Betreiben dieser Fermenterpumpe 2"gegeben.

Diese notwendigerweise ständige Abgabe des selbsterzeugten Gases eines Faul*urre? Nr. 1 wird bei der vorliegenden Entwicklung grundsätzlich durch ~ eine Fermenterpumpe Nr. 2, austretend an dem Gasstutzen Nr. 14, durchgeführt. Dadurch ist also sichergestellt, daß die Funktion der Fermenterpumpe 2 und damtt gleichfalls ein permanentes Umwälzen der Faulflüssigkeit gegeben ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsttätige Fermenterpumpe gemäß Fig. 1 und Fig.2, dadurch gekennzeichnet, das diese Fermenterpumpe 2 direkt an eine

- "* Biogasanlage oder Faulturm 1 angeflanscht werden kann.

2. Anspruch nach 1), dadurch gekennzeichnet, das diese Fermenterpumpe 2 im oberen Bereich des Faulturmes angeflanscht ist und

mit dem Flüssigkeitsvolumen des Faulturmes 1 über eine Leitung "*

verbunden ist. "'

3. Anspruch nach 1) und-2) , dadurch gekennzeichnet, daß die Gasle.:".ur des Faulturmes 1 , die Gasleitung 4, grundsätzlich durch die Flüssigkeit der Fermenterpumpe 2 geführt wird und das produzierte Gas des Faulturmes 1 nur durch diese Fermenterpumpe 2 aus dem Gasentnahmestutzen 14 austreten kann.

4. Anspruch nach 1) bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß das a-jp. der ,-Fermenterpumpe 2 und dem Gasentnahmestutzen austretende Gas beim

durchströhmen der Fermenterpumpenflüssigkeit , _^ , . ,

grundsätzlich eine

Flügelradkonstruktion 7 antreibt.

5. Anspruch gemäß 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Prallblech 13 und eine Leiste 14 in der Fermenterpumpe 2 das aufsteigende Gas so gelenkt wird, daß ein konzentriertes, tangentialc aufprallen auf die Aussenflügel eines Flügelrades 7 stattfindet.

6. Anspruch nach 3) und 4),dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinfühi ung über Leitung 4 in die Fermenterpumpe 2 durch eine Injektordüse erfogt, die aus einem Hohlrohr 11 besteht, das von "innen und aussen vor Flüssigkeit umspühlt wird und selbst in der Rohrverjüngung 12 des Rohres 3 am Ende desselben eingebaut ,ist.

7. Anspruch gemäß 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse

der Fermenterpumpe 2 eine Flügelradkonstruktion gemäß Fig. 2 any·*· ordnet ist, und zwar gegenüber dem Mittellinienkreuz des Gehüses der Fermenterpumpe 2 excentrisch rechts nach unten, und zwar entgegen der Drehrichtung des Flügelrades 7 versetzt.

8. Anspruch nach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die excentrische An Ordnung des Flügelrades 7 in Bezug auf das Mitten-Achskreuz dos Gehäuses der Fermenterpumpe 2 ste ts entgegen der Drehrichtunn in Flügelrades 7 vorgenommen ist und dadurch sichergestellt ist, d-nii in Drehrichtung des Flügelrades 7 der Zwischenraum zwischen demselben und der Gehäuseinnenwand der Fermenterpumpe 2 eine

- .^iciiae Querschnittsvergrößerung darstellt bzw. bewirkt wird.

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9.Anspruch gemäß 4) und 7), dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Wolle CD ^Nr· ⁶ fest montiertes Flügelrad 7 das aufsteigende Gas auffänat und ^ dadurch in Drehbewegung versetzt wird und dadurch ein Pumpenrad mit-CD nimmt das ebenfalls auf Welle 6 fest montiert ist. -4-

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10. Ansprüche nach 7) und 8), dadurch gekennzeichnet, daß die komplette

— Flügelrad- und Pumpenkonstruktion , bestehend aus der Welle 6, dem Flügelrad 7 und dem Pumpenrad 8 aus schwimmfähigem Material hergestellt ist und das spezifische-Gewicht von o,8 haben.

11. Ansprüche gemäß 7) bis lo), dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpt.v rad 8 aus der Fermenterpumpe—2—und dem dasselbe umschließende Genauer sowie die Leitung 3 Flüssigkeit pumpt und durch Öffnung 9 und Leitung an das gegenüber der Fermenterpumpe 2 befindliche Ende-des Faulturmes 1 befördert und damit eine ständige Umwälzund der Flüssiakeit ,

- herbeiführt,und zwar zwischen Fermenterpumpe 2 und Faulturm 1.

12. Ansprüche nach 7) bis 11),^ dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspiegel 5 in Faulturm 1 und Fermenterpumpe 2 voneinander durch eine Zwischenwand getrennt sind und damit eine Schwinndecke aus dem Faulturm 1 die Funktion der Fermenterpumpe 2 nicht beeinträchtigen kann.

13. Ansprüche nach 3) bis 12), dadurch gekennzeichnet, daß die erfindunqs· gemäße selbsttätige Fermenterpumpe 2 als kompl. Einheit extern an Biogasanlagen und Faultürmen 1 montiert werden kann, und zwar als Bestandteil einer Umwälzleitung 3 die vom unteren Bereich eines Faulturraes 1 in den oberen Bereich an Punkt 9 führt und damit an bestehende Faultürme nachgerüstet werden kann; wobei bei dieser Anordnung der Fermenterpumpe 2 die Gasentnahme 4 des Faulturraes 1 grundsätzlich über nachgerüstete Fermenterpumpe 2 und deren Gasaustrittsstutzen 14 erfolgt.

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