DE3736273A1

DE3736273A1 - Verfahren zum foerdern dickfluessiger vergaerbarer medien und pneumatische foerdereinrichtung

Info

Publication number: DE3736273A1
Application number: DE19873736273
Authority: DE
Inventors: Christoph Frese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1988-09-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern von dickflüssigen vergärbaren Medien sowie eine pneumatische Fördereinrichtung. Zu diesem Zwecke werden nach dem Stand der Technik Pumpen verwendet, bei denen das dickflüssige Medium im wesentlichen mechanisch gefördert wird, wie z.B. Schneckenpumpen, Kreiselpumpen etc. Diese Pumpen weisen in aller Regel Bauteile auf, die beim Pumpvorgang direkt mit dem zu fördernden dickflüssigen Medium in Kontakt treten. Dies ist insofern nachteilig, als das zu fördernde vergärbare dickflüssige Medium, wie z.B. Gülle oder Klärschlamm einen gewissen Feststoffanteil enthält und darüber hinaus auch als Verunreinigungen Fremdkörper wie Sand oder kleine Steine enthalten kann. Diese Feststoffe und Fremdkörper führen zwangsläufig zu Verschleiß und Zerstörungen an den mechanischen Bauteilen der Fördereinrichtung.

Wenn ein dickflüssiges Medium, wie zum Beispiel Gülle, aus einem landwirtschaftlichen Betrieb mit einer herkömmlichen Schneckenpumpe gepumpt werden soll, muß diese relativ groß dimensioniert sein. Außerdem ist es erforderlich, daß diese Pumpe mit niedrigen Drehzahlen betrieben wird. Bereits wenn ein kleiner Fremdkörper wie zum Beispiel ein Steinchen in die Schnecke einer solchen Schneckenpumpe gerät, ist die Pumpe blockiert.

Die Erzeugung eines langsamen Förderstromes aus einem dickflüssigen Medium ist mit einer herkömmlichen Kreiselpumpe deshalb problematisch, weil die Pumpe von ihrer Bauart her in der Regel mit einer minimalen Drehzahl betrieben werden muß.

Beim Fördern dickflüssiger vergärbarer Medien zu einer Biogasanlage besteht die zusätzliche Anforderung, daß aufgrund des Fördervorganges keine Turbulenzen oder starke Strömungen in dem zu fördernden Medium auftreten. In der Biogasanlage wird die Vergärung mittels Bakterien vorgenommen, die gegen Turbulenzen und starke Strömungen im Gärmedium sehr empfindlich sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das Fördern vergärbarer dickflüssiger Medien, die auch Feststoffanteile enthalten, zu einer Biogasanlage zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, einen langsamen regulierbaren Förderstrom eines solchen dickflüssigen Mediums zu liefern, ohne Turbulenzen in dem zu fördernden Medium zu erzeugen. Außerdem soll eine pneumatische Fördereinrichtung zum Fördern von dickflüssigen vergärbaren Medien zu einer Biogasanlage zur Verfügung gestellt werden, die auch bei auftretenden Fremdkörpern in dem zu fördernden Medium störungsfrei und über längere Zeit verschleißfrei arbeiten kann.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Förderverfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. eine pneumatische Fördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4.

Bei der erfindungsgemäßen pneumatischen Fördereinrichtung sind überall große Förderquerschnitte vorhanden, so daß beim Auftreten von Feststoffen im zu fördernden Medium nicht die Gefahr besteht, daß Rohrleitungen verstopfen. Beispielsweise beträgt der zur Verfügung stehende Querschnitt der Rohrleitungen etwa 100 bis 200 mm. Die erfindungsgemäße pneumatische Fördereinrichtung weist keine mechanisch bewegten Teile auf, die beim eigentlichen Fördervorgang mit dem geförderten Medium in Berührung kommen. Somit sind keine Bauteile vorhanden, die dem Verschleiß unterliegen oder durch Fremdkörper in dem zu fördernden Medium zerstört werden können.

Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung ist insbesondere gut für das Fördern von Gülle oder Klärschlamm geeignet.

Das Verschlußelement für die Druckluftablaßleitung ist vorzugsweise ein Drosselventil, so daß in der ersten Arbeitsphase, wenn der Druckbehälter mit dem zu fördernden Medium gefüllt wird, die Luft langsam und kontrolliert über die Austrittsleitung aus dem Druckbehälter entweichen kann. Der erfindungsgemäße Druckbehälter kann also ganz langsam mit dem zu fördernden Medium gefüllt werden. Das Entleeren des gefüllten Behälters kann ebenso langsam erfolgen, so daß das zu fördernde Medium ruhig über die Ableitung aus dem Druckbehälter ausströmt.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen pneumatischen Fördereinrichtung zum Inhalt.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Fördereinrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung einschließlich der elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung mit den pneumatischen Verbindungen.

Die erfindungsgemäße pneumatische Fördereinrichtung weist einen Druckbehälter 20 auf, mit einer Rohrleitung 105 für die Zufuhr des zu fördernden Mediums sowie einer zweiten Rohrleitung 100, über die das zu fördernde Medium ausströmt. Der Druckbehälter 20 ist weiter mit einer Druckluftleitung 71 versehen, über die der Behälter mit Druckluft beaufschlagt wird, die von einem Kompressor 80 geliefert wird. Als Verschlußelement für die Rohrleitung 105 dient ein pneumatisch betätigter Schieber 10, als Verschlußelement für die Rohrleitung 100 dient ein weiteres pneumatisch betätigtes Verschlußelement 30. An dem Druckbehälter 20 ist weiterhin eine Austrittsleitung 150 für die Druckluft vorgesehen, die ebenfalls mit einem Verschlußelement 40, zum Beispiel einem Drosselventil versehen ist. Die Rohrleitung 105 für die Zufuhr des zu fördernden Mediums wird aus einem Vorratsbehälter 120 gespeist. Die Verschlußelemente 10, 30, die doppelt wirkende pneumatische Schieber sind, werden über jeweils zwei Magnetventile 170, 175, 180, 185 betätigt. In dem Druckbehälter 20 befinden sich ein oberer Schwimmerschalter 50 und ein unterer Schwimmerschalter 60, die zum Beispiel herkömmliche Quecksilberschalter sind. Für die Versorgung der Magnetventile 170, 175, 180, 185 mit Druckluft ist ein Druckluftspeicherbehälter 90 vorgesehen, an dem ein Regler 130 angeschlossen ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist ein Druckluftverteiler 70 vorgesehen, so daß wahlweise Druckluft von dem Kompressor 80 über den Verteiler 70 und die Druckluftleitung 71 zum Druckbehälter 20 fließen kann, wobei die Leitung 72 geschlossen ist oder aber Druckluft vom Kompressor 80 über die Leitung 81, den Verteiler 70 und die Leitung 72 zum Druckluftspeicherbehälter 90 fließen kann.

Die Funktion der erfindungsgemäßen pneumatischen Fördereinrichtung wird im folgenden näher beschrieben. Die pneumatische Fördereinrichtung arbeitet in drei Arbeitsphasen. In der ersten Arbeitsphase wird zunächst der Schieber 10 geöffnet, so daß das zu fördernde Medium in den Druckbehälter 20 einfließen kann. Dabei ist der Schieber 30 geschlossen und das Ventil 40 für die Druckluftaustrittsleitung 150 geöffnet. Da das Ventil 40 als Drosselventil ausgebildet ist, kann die Luft langsam nach außen über das Drosselventil entweichen, so daß der Behälter langsam über die Rohrleitung 105 gefüllt wird, während gleichzeitig die Luft aus dem Behälter 20 entweicht. Der Pegel des zu fördernden Mediums steigt dann langsam im Behälter 20 an, solange bis der Schwimmerschalter 50 erreicht ist und aufschwimmt.

Der Schalter 50 schaltet dann durch und beendet die erste Arbeitsphase. Der Schalter 50 ist an eine zentrale Steuereinheit 160 angeschlossen, von der aus die Magnetventile 170, 175, 180, 185 der Verschlußelemente 10, 30 sowie das Ventil 40 gesteuert werden. Zu Beginn der zweiten Arbeitsphase wird nun der Schieber 10 geschlossen und der Schieber 30 geöffnet. Außerdem wird das Luftauslaßventil 40 geschlossen und der Kompressor 80 eingeschaltet. In dieser zweiten Arbeitsphase strömt nun Druckluft vom Kompressor 80 über die Leitungen 81, 71 und den Verteiler 70 in den Druckbehälter 20. Mittels der Druckluft wird das zu fördernde Medium langsam aus dem Behälter herausgedrückt und entweicht über die Rohrleitung 100. Der Pegelstand des zu fördernden Mediums sinkt allmählich im Behälter 20 ab, solange bis der Pegelstand unter den unteren Schwimmerschalter 60 abgesunken ist, so daß dieser nicht mehr schwimmt. Der untere Schalter 60 schaltet dann durch und beendet die zweite Arbeitsphase. Der Schieber 30 wird nun geschlossen, der Kompressor 80 ausgeschaltet und das Luftauslaßventil 40 wird geöffnet.

Es beginnt nun die dritte Arbeitsphase. Der Regler 110 mißt den Druck im Druckbehälter 20, der nun langsam absinkt, da das Ventil 40 geöffnet ist. Wenn ein vorgegebener Sollwert für den Druck im Druckbehälter 20 erreicht ist, der unter dem hydrostatischen Druck liegen muß, der am Ausgang des Vorratsbehälters 120 für das zu fördernde Medium herrscht, wird über die zentrale Steuereinheit 160 wieder der Schieber 10 geöffnet und ein neuer Arbeitszyklus beginnt. Durch den Regler 110 wird somit verhindert, daß Druckluft in die Zufuhrleitung 105 zurückschlägt und somit das zu fördernde Medium mit Luft anreichert. Dies würde zu unerwünschten Turbulenzen im zu fördernden Medium führen.

Die Funktion des Druckspeicherbehälters 90, der zum Beispiel einen Betriebsdruck von ca. 4 bis 6 bar hat, besteht darin, die doppelt wirkenden Zylinder der Schieber 10, 30 mit Druckluft zu versorgen. Durch die pneumatische Betätigung der Schieber 10, 30 sinkt der Betriebsdruck im Druckluftspeicher 90 ab. Es ist daher ein weiterer Regler 130 vorgesehen, der beim Absinken des Drucks im Druckluftspeicherbehälter 90 unter einen vorgegebenen minimalen Betriebsdruck den Verteiler 70 umschaltet, so daß nun eine Verbindung von dem Kompressor 80 über die Leitung 81 und die Leitung 72 zum Druckluftspeicher 90 besteht und der Betriebsdruck im Druckluftspeicher wieder hergestellt werden kann. Dieses Auffüllen geschieht dabei in der Arbeitsphase zwei, während der Pumpvorgang stattfindet und der Kompressor 80 arbeitet. Die Versorgung der pneumatisch betätigten Schieber 10, 30 vom Druckluftspeicherbehälter 90 aus geschieht über die Leitungen 93, 94 und 95 (siehe Fig. 2).

An der Austrittsleitung 150 für das Ablassen der Druckluft aus dem Druckbehälter 20 ist aus Sicherheitsgründen noch ein Sicherheitsschalter 140 vorgesehen. Dieser tritt dann in Aktion, wenn es zu Verstopfungen im Druckbehälter 20 kommt und aus irgendwelchen Grüden der Druck nicht aus dem Behälter entweichen kann. Der Sicherheitsschalter 140 schaltet dann den Kompressor 80 ab. Der Kompressor 80 bekommt von der zentralen Steuereinheit 160 nur Strom über den Sicherheitsschalter 140, wenn letzterer signalisiert, daß die pneumatische Fördereinrichtung funktionstüchtig ist.

Bezugszeichenliste Betr.: "Verfahren zum Fördern dickflüssiger vergärbarer Medien und pneumatische Fördereinrichtung"10 Schieber (pneumatisch)
20 Druckbehälter
30 Schieber (pneumatisch)
40 elektrisches Ventil
50 Quecksilberschwimmer
60 Quecksilberschwimmer
70 Druckverteiler
71 Druckluftleitung
72 Druckluftleitung
80 Kompressor
81 Druckluftleitung
90 Druckluftspeicher
91 Druckluftleitung
92 Druckluftleitung
93 Druckluftleitung
94 Druckluftleitung
95 Druckluftleitung
100 Gülle-Abflußleitung
105 Gülle-Zuflußleitung
110 Regler
111 Druckluftleitung
120 Gülle-Vorratsbehälter
130 Regler
140 Sicherheitsschalter
141 Druckluftleitung
150 Luftablaßrohr
160 zentrale Steuereinheit
170 Magnetventil
175 Magnetventil
180 Magnetventil
185 Magnetventil

Claims

1. Verfahren zum Fördern von dickflüssigen vergärbaren Medien zu einer Biogasanlage, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das zu fördernde Medium über eine erste Rohrleitung (105) in einen Druckbehälter (20) einleitet, bis ein vorgegebener oberer Pegelstand erreicht ist,
b) dann den Druckbehälter mit Druckluft beaufschlagt und über eine zweite Rohrleitung (100) den Druckbehälter entleert, wobei die Druckluft das zu fördernde Medium verdrängt, bis ein vorgegebener unterer Pegelstand erreicht ist, und
c) anschließend den Luftdruck im Behälter auf einen vorgegebenen Sollwert absenkt, bevor der Druckbehälter erneut mit dem zu fördernden Medium gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dickflüssige Medium aus einem Vorratsbehälter (120) aufgrund des hydrostatischen Druckes über die erste Rohrleitung in den Druckbehälter gelangt, wobei die Rohrleitung erst dann geöffnet wird, wenn der Luftdruck im Druckbehälter unter dem hydrostatischen Druck am Ausgang des Vorratsbehälters liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vergärbare Medium Gülle oder Klärschlamm ist.

4. Pneumatische Fördereinrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Druckbehälter (20) mit einer Rohrleitung (105), durch die das zu fördernde Medium einströmt, eine Rohrleitung (100), über die das zu fördernde Medium ausströmt, eine Druckluftleitung (71) zum Beaufschlagen des Druckbehälters mit Druckluft mit einem daran angeschlossenen Kompressor (80) für die Druckluftversorgung, eine Austrittsleitung (150) für die Druckluft und jeweilige Verschlußelemente (10, 30, 40) für die obengenannten Rohr- und Druckluftleitungen (100, 105, 150), wobei die Steuerung der Verschlußelemente und des Kompressors über ein oberes und ein unteres Schaltelement (50, 60) in Abhängigkeit vom jeweiligen Pegelstand des zu fördernden Mediums im Druckbehälter erfolgt.

5. Pneumatische Fördereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese in drei Phasen arbeitet:
einer ersten Phase, in der der Druckbehälter (20) mit Gülle gefüllt wird, in der das Verschlußelement (10) und das Verschlußelement (40) geöffnet sind, während das Verschlußelement (30) geschlossen ist und der Kompressor (80) ausgeschaltet ist,
einer zweiten Phase, in der der Druckbehälter leergepumpt wird, während derer das Verschlußelement (10) und das Verschlußelement (40) geschlossen sind, das Verschlußelement (30) geöffnet ist und der Kompressor arbeitet, und
einer dritten Phase, während derer das Verschlußelement (10) und das Verschlußelement (30) geschlossen sind, der Kompressor (80) ausgeschaltet ist und das Verschlußelement (40) geöffnet ist und während derer der Luftdruck im Druckbehälter (20) auf einen vorgeschriebenen Sollwert abgesenkt wird.

6. Pneumatische Fördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (50) ein Schwimmerschalter ist, der aufschwimmt, wenn der Güllepegel im Druckbehälter (20) einen oberen Pegelstand erreicht hat und das Ende der ersten und den Beginn der zweiten Arbeitsphase einleitet, und daß das untere Schaltelement (60) ein Schwimmerschalter ist, der beim Absinken des Güllepegels im Behälter auf einen unteren Pegelstand durchschaltet und das Ende der zweiten und den Beginn der dritten Arbeitsphase einleitet.

7. Pneumatische Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (105) an einen Vorratsbehälter (120) für das dickflüssige Medium angeschlossen ist.

8. Pneumatische Fördereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (110) vorgesehen ist, der den Luftdruck im Druckbehälter (20) mißt, und das Verschlußelement (10) erst dann öffnet, wenn der Druck im Behälter (20) unter dem hydrostatischen Druck liegt, der am Ausgang des Vorratsbehälters (120) herrscht.

9. Pneumatische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (18, 30) pneumatisch betätigte Schieber sind.

10. Pneumatische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatisch gesteuerten Schieber (10, 30) mit Druckluft aus einem Druckluftspeicher (90) gespeist werden.

11. Pneumatische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckluftverteiler (70) vorgesehen ist, über den wahlweise eine Verbindung zwischen Kompressor (80) und Gülledruckbehälter (20) oder zwischen Kompressor (80) und Druckluftspeicherbehälter (90) hergestellt werden kann.

12. Pneumatische Fördereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (130) für den Druckluftspeicherbehälter (90) vorgesehen ist, der den Verteiler (70) schaltet und die Verbindung zwischen Kompressor (80) und Druckluftspeicherbehälter (90) herstellt, wenn der Druck im Druckluftspeicherbehälter (90) unter einen vorgegebenen Betriebsdruck absinkt.

13. Pneumatische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten der Verschlußelemente (10, 30, 40) und des Kompressors (80) über die Schaltelemente (50, 60) mittels einer zentralen Steuereinheit (160) vorgenommen wird.

14. Pneumatische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektrischen Leitung von der zentralen Steuereinheit (160) zum Kompressor (80) ein Sicherheitsschalter (140) angeordnet ist.