EP2659959B1

EP2659959B1 - Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern

Info

Publication number: EP2659959B1
Application number: EP12400015.9A
Authority: EP
Inventors: Johann Hochreiter
Original assignee: BHKW Johann Hochreiter Biogas Planung Beratung GmbH
Current assignee: BHKW Johann Hochreiter Biogas Planung Beratung GmbH
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2032-05-03
Also published as: EP2659959A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rührwerke für Biogasanlagen sind bereits bekannt. So ist in der DE 102 60 972 B4 eine Vorrichtung zum Durchmischen von Flüssigmist in einem senkrecht stehenden Vorratsbehälter beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Welle mit Rührelementen radial in den senkrecht stehenden, zylindrischen Vorratsbehälter hineinragt, mittels einer Antriebsvorrichtung drehbar ist und dass die Rührelemente als schaufelförmige Paddel so ausgebildet sind, dass sie in bestimmten Rotationspositionen einen Durchbruch in einer Abdeckung des Vorratsbehälters durchragen, und dass der Durchbruch mittels einer Haube hermetisch verschließbar ist.
Ferner ist in der DE 10 2008 006 813 A1 eine Rührvorrichtung für Biogasfermenter gezeigt und beschrieben, die zur Wartung oder Reparatur problemlos ohne Veränderung des Füllstands und ohne wesentliche Störung des normalen Betriebsablaufs aus- bzw. eingebaut werden kann. Dazu befindet sich die Rührvorrichtung in einem senkrecht stehenden Schacht, der von oben her in den Fermenterkessel hineinragt und im unteren Teil eine Austrittsöffnung hat. Die Austrittsöffnung liegt dabei etwas unterhalb der Füllstandshöhe, so dass ein gasdichter Abschluss entsteht. Der Schacht mit der Rührvorrichtung kann auch an der Außenseite des Fermenters angebracht sein.
Außerdem ist eine Biogasanlage mit einem Rührwerk aus der DE 20 2006 004 982 U1 bekannt. Dort umfasst das Rührwerk zumindest einen Antrieb und ein an der Wand des Fermentationsbehälters befestigtes wandseitiges Rührwellenlager, ein weiteres, sich am Boden abstützendes fermenterseitiges Rührwellenlager und zumindest eine Rührwelle mit Rührblättern. Dabei erstreckt sich die Rührwelle parallel zum Boden des Fermentationsbehälters in Richtung der Hauptachse des Fermentationsbehälters.
Außerdem ist aus der DE 20 2006 020 195 U1 ein Rührwerk für einen Fermenter bekannt, bei dem mehrere vertikal angeordnete Rührwellen Rührpaddel tragen und über einen Antriebsmechanismus zum Antrieb der Rührwellen verfügen. Am Boden des Fermenters befinden sich Zentrierlager zum zentrieren der vertikal angeordneten Rührwellen.
In der WO 94/26400 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, die geeignet ist, den Inhalt eines Substratbehälters zu durchmischen. Die Vorrichtung weist einen Behälter mit einer umlaufenden Wand und einem Boden auf, wobei sich die umlaufende Wand an einer vertikalen Achse orientiert. Parallel zu der Behälterwand erstreckt sich eine Säule, an welcher höhenverstellbar ein Rad mit horizontaler Drehachse angeordnet ist. Dieses Rad dient der Verteilung von Gas in einer Flüssigkeit, die sich in dem Behälter befindet.
EP 2 213 720 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern, insbesondere bei Biogasanlagen zu schaffen, die über eine hohe Leistungsfähigkeit verfügt, sehr gut an die wechselnden Bedingungen beim Betrieb der Biogasanlage anpassbar ist und bei der Wartung geringe Störungen des Betriebs verursacht.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Biogasanlagen liegen in seiner großen Leistungsfähigkeit, ihrer Stabilität und ihrer Wartungsfreundlichkeit.
Besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern ausgestaltet, wenn der Substratbehälter eine umlaufende Wand und einen Boden umfasst, wobei sich die umlaufende Wand an einer vertikalen Hauptachse orientiert, wenn mittels Montagerahmen wenigstens ein Rührwerk im Substratbehälter angeordnet ist, und wenn das Rührwerk ein Rührrad mit horizontal verlaufender Drehachse aufweist, und bei dem das Rührrad vertikal verstellbar ist. Ferner ist eine Vorrichtung vorteilhaft, wenn das Rührrad über ein konzentrisches Tragrohr verfügt, wenn am Montagerahmen ein vertikal verstellbarer Schlitten gelagert ist, und wenn der Schlitten einen horizontal ausgerichteten Antriebsstrang zur Aufnahme des Tragrohres des Rührrads aufweist, wobei es günstig ist, wenn die vertikale Verstellung des Schlittens mittels eines Getriebes, bevorzugt mittels einer Antriebskette erfolgt.
Darüber hinaus ist eine Vorrichtung vorteilhaft, wenn das Rührrad aus zwei parallel zueinander ausgerichteten Scheiben besteht, zwischen denen eine Anzahl von Rührschaufeln angeordnet ist, und wenn die Rührschaufeln in Ebenen verlaufen, die zur Drehachse des Rührrads geneigt sind.
Eine Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern ist besonders günstig ausgestaltet, wenn mehrere Rührwerke im Substratbehälter angeordnet sind, die sich gegebenenfalls diametral gegenüber liegen und bei der die vertikale Verstellung der Rührräder gemeinsam oder individuell erfolgt.
In vorteilhafter Weise kann eine Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern ausgeführt sein, wenn der Substratbehälter als Fermentationsbehälter, Nachgärbehälter, Endlager oder dergleichen ausgebildet ist, wobei es günstig ist, wenn der Substratbehälter einen Deckel mit gasdicht verschließbaren Inspektionsöffnungen aufweist.
Außerdem ist es bei einer Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern von Vorteil, wenn die umlaufende Wand des Substratbehälters in der Draufsicht Kreisringförmig ist.
Mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert werden.
Es zeigt

Figur 1 einen offenen Fermentationsbehälter einer Biogasanlage mit vier Rührwerken;
Figur 2 ein Rührwerk in Einzeldarstellung;
Figur 3 das Rührwerk gemäß Figur 2 in unterschiedlichen Betriebsstellungen;
Figur 4 eine Einzelheit vom Verstellantrieb des Rührwerks gemäß Figur 2;
Figur 5 die Schematische Ansicht eines Antriebsmoduls für das Rührwerk gemäß Figur 2 und
Figur 6 eine Ansicht auf eine Biogasanlage mit geschlossenem Fermentationsbehälter.

In Figur 1 ist ein offener Substratbehälter gezeigt, der in der folgenden Beschreibung als Fermentationsbehälter 1 einer Biogasanlage 2 bezeichnet wird. Der nicht dargestellte Inhalt soll von vier Rührwerken 3 durchgemischt werden, welche innen an einer Wand 4 des bei diesem Ausführungsbeispiel zylindrischen Fermentationsbehälters 1 senkrecht stehend angeordnet sind. Anstelle von vier kann auch eine andere Anzahl von Rührwerken 3 in einem Behälter für Biogasanlagen 2 vorhanden sein. Die Wand 4 des Fermentationsbehälters 1 ist vorzugsweise thermisch isoliert und vorzugsweise aus Beton gefertigt. Die vier Rührwerke 3 sind in ihrer Stellung für Wartungsarbeiten, nämlich in ihrer obersten, der Wartungs-Position dargestellt. In dieser Stellung ragt ein Rührrad 5 des Rührwerks 3 über die obere Begrenzung des Fermentationsbehälters 1 soweit hinaus, dass die horizontal orientierte Drehachse 6 des Rührrads 5 oberhalb des oberen Begrenzungsrands 7 des Fermentationsbehälters 1 verläuft. Das Rührrad 5 ist in einem Schlitten 8 drehbeweglich gelagert, welcher vertikal beweglich in einem Montagerahmen 9 montiert ist.
In Figur 2 ist ein Rührwerk 3 in Einzeldarstellung gezeigt. Der Montagerahmen 9 befindet sich innen an der Wand 4 des Fermentationsbehälters 1, was hier nur angedeutet ist. Der Montagerahmen 9 steht auf einem nicht näher bezeichneten Boden des Fermentationsbehälters 1 und stützt sich auch dort ab. Der Montagerahmen 9 erstreckt sich vertikal und parallel zur Hauptachse 10 des Fermentationsbehälters 1. Der Montagerahmen 9 weist vertikal verlaufende Schienen 11 auf, in denen sich der Schlitten 8 vertikal auf und ab bewegen kann. Der Schlitten 8 trägt das Rührrad 5, was später noch ausführlich beschrieben werden wird. Mit Hilfe des Schlittens 8 ist das Rührrad 5 ebenfalls vertikal beweglich und lässt sich in jeder gewünschten Höhe im Fermentationsbehälter 1 positionieren, wie in Figur 3 veranschaulicht wird.
Das Rührrad 5 weist stirnseitig zwei parallel zueinander angeordnete Scheiben 12 und 13 auf, zwischen denen eine Anzahl von Rührschaufeln 14 angeordnet ist. Die Scheiben 12 und 13 sind nach Art einer Fachwerkkonstruktion mit einem Umfangsband 15 und mehreren Speichen 16 ausgebildet. Das Rührrad 5 bildet auf diese Weise eine Anordnung nach Art eines drehbaren Käfigs, der im weitesten Sinne an ein an sich bekanntes Wasserrad erinnert. Im Gegensatz zu bekannten Wasserrädern sind die Rührschaufeln 14 zwischen den Scheiben 12 und 13 schräg angeordnet, so dass das angetriebene Rührrad 5 der im Fermentationsbehälter 1 befindlichen Biomasse einen vorbestimmbaren Drall versetzen kann. Die Rotation der flüssigen bis teigigen Biomasse im Fermentationsbehälter 1 kann durch die gezielte Ausrichtung der Rührschaufeln 14 beeinflusst werden. Die einzelnen Rührschaufeln 14 können aus mehreren Rührelementen 17 bestehen, oder aber auch einstückig ausgeführt sein. Die mehrteilige Ausführung der Rührschaufeln 14 begünstigt den Austausch von fehlerhaften Rührelementen 17, da bei Beschädigungen nicht unbedingt die komplette Rührschaufel 14 ausgetauscht werden muß. Das Rührrad 5 ist mittels eines Tragrohrs 18 einseitig im Schlitten 8 gelagert und seine Drehung erfolgt durch einen Antrieb im Zentrum 19 des Rührrads 5, durch welches die horizontale Drehachse 6 vorgegeben wird.
In Figur 3 ist ein Rührwerk 3 in drei unterschiedlichen Positionen veranschaulicht. Figur 3a zeigt die niedrigste Stellung des Rührrads 5 innerhalb des Fermentationsbehälters 1. Diese Position wird vom Rührrad 5 eingenommen, wenn der Füllstand des Fermentationsbehälters 1 am geringsten ist. In Figur 3b ist die höchste Arbeitsposition des Rührrads 5 gezeigt, sie wird vom Rührrad 5 eingenommen, wenn der Füllstand im Fermentationsbehälter 1 seinen höchsten Pegelstand hat. Die Position des Rührrads 5 in Figur 3c entspricht der bereits erwähnten Wartungs-Position. Zwischenpositionen sind stufenlos möglich. Die Positionen der Rührräder 5 können während des Betriebs auch unterschiedlich sein, wenn beispielsweise eine besondere Verwirbelung des Inhalts erwünscht ist.
In Figur 4 ist eine Einzelheit gezeigt, wie sie aus den Figuren 2 oder 3 entnommen sein kann. Das Rührwerk 3 ist wieder in seiner Wartungs-Position dargestellt, in welcher sich das Rührrad 5 in der oberen Stellung befindet. Der Montagerahmen 9 ist ausschnittsweise vergrößert zu erkennen. Gleiches gilt für das Rührrad 5 mit seinen Rührschaufeln 14 und Rührelementen 17. Der in den Schienen 11 geführte Schlitten 8 verfügt über eine Mitnehmer-Traverse 20, welche am Schlitten 8 befestigt ist. Die Mitnehmer-Traverse 20 ist außerdem fest mit einer Antriebskette 21 verbunden, welche ihrerseits von einem nicht dargestellten Antrieb bewegt wird. Der Antrieb befindet sich an geeigneter Stelle und ist hier von untergeordneter Bedeutung. Er muß lediglich die Antriebskette 21 antreiben, die wiederum ihre Bewegung auf die Mitnehmer-Traverse 20 überträgt und den Schlitten 8 in den Schienen 11 auf und ab bewegt. Der Schlitten 8 befördert dadurch das Rührrad 5 in wechselnde Positionen entlang des Montagerahmens 9. Die vertikale Längsbewegung des Schlittens 8 kann auch in nicht dargestellter Weise durch andere Antriebe, beispielsweise hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder anderer Art erfolgen.
In Figur 5 ist der Schlitten 8 in Alleinstellung schematisch abgebildet. Der Schlitten 8 besteht aus einem Schlitten-Rahmen 22, an welchem die Mitnehmer-Traverse 20 befestigt ist. Der Schlitten-Rahmen 22 verfügt an seinen Außenbereichen über eine Anzahl von Führungskörpern, hier Rollen 23, durch die er bei seinen vertikalen Längsbewegungen in den in dieser Figur nicht dargestellten Schienen 11 geführt ist. Der Schlitten-Rahmen 22 nimmt eine Trägerplatte 24 auf, die als Basis für einen Antriebsstrang 25 dient. Der Antriebsstrang 25 weist einen Antriebsmotor 26 auf der das Rührrad 5 in Drehung versetzt. Der Antriebsstrang 25 mit dem Antriebsmotor 26 ragt zur Aufnahme des Rührrads 5 in den Raum über dem Fermentationsbehälter 1 horizontal hinein und trägt an seinem freien Ende einen Aufnahmeflansch 27, welcher der Aufnahme des Rührrads 5 dient. Der Antriebsstrang 25 stellt gewissermaßen die Nabe des Rührrads 5 dar. Das Rührrad 5 weist in seinem Zentrum 19 das Tragrohr 18 auf, mit dessen Hilfe es auf den Antriebsstrang 25 geschoben und dort fixiert wird.
Nach Erreichen der Wartungsposition sind der Antriebsstrang 25, der Antriebsmotor 26 und das Innere des Tragrohrs 18 gut von außen zugänglich, so dass sich Wartungsarbeiten leicht durchführen lassen. In nicht dargestellter Weise können Schmier- und Kühlmittel entlang des Antriebsstrangs 25 leicht ins Innere des Tragrohrs 18 eingebracht werden.
In Figur 6 ist die Schemazeichnung von Figur 1 nochmals aufgegriffen, jedoch ist hier der Fermentationsbehälter mit einem Deckel 29 versehen, der erforderlich ist, wenn unter Luftabschluss gearbeitet werden muß. Die Rührräder 5 der Rührwerke 3 sind in der Wartungs-Position und überragen die Außenfläche des Deckels 29. Damit die Rührräder 5 den Deckel 29 durchtreten können, ist lagerichtig jeweils für ein Rührwerk 3 eine Inspektionsöffnung 30 im Deckel geschaffen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind demgemäß vier Inspektionsöffnungen 30 im Deckel 29 vorhanden. In der ArbeitsPosition sind die Rührräder 5 zumindest zum Teil im Inneren des Fermentationsbehälters 1 versenkt und die Inspektionsöffnung 30 sind mit hier nicht dargestellten Abdeckhauben luftdicht verschlossen.

Bezugszeichenliste

1: Fermentationsbehälter (Substratbehälter)
2: Biogasanlage
3: Rührwerk
4: Wand
5: Rührrad
6: Drehachse des Rührrads 5
7: Oberer Begrenzungsrand
8: Schlitten
9: Montagerahmen
10: Hauptachse des Fermentationsbehälters
11: Schienen
12: Scheibe
13: Scheibe
14: Rührschaufel
15: Umfangsband
16: Speichen
17: Rührelement
18: Tragrohr
19: Zentrum
20: Mitnehmer-Traverse
21: Antriebskette
22: Schlitten-Rahmen
23: Rollen
24: Trägerplatte
25: Antriebsstrang
26: Antriebsmotor
27: Aufnahmeflansch
28: Tragrohr
29: Deckel
30: Inspektionsöffnung

Claims

Vorrichtung zum Durchmischen des Inhalts von Substratbehältern, bei dem der Substratbehälter eine umlaufende Wand und einen Boden umfasst, wobei sich die umlaufende Wand an einer vertikalen Hauptachse orientiert, und bei der mittels Montagerahmen (9) wenigstens ein Rührwerk (3) im Substratbehälter (1) angeordnet ist und das Rührwerk (3) ein vertikal verstellbares Rührrad (5) mit horizontal verlaufender Drehachse (6) aufweist , wobei ferner am Montagerahmen (9) ein vertikal verstellbarer Schlitten (8) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührrad (5) aus zwei parallel zueinander ausgerichteten Scheiben (12, 13) besteht, zwischen denen eine Anzahl von Rührschaufeln (14) angeordnet ist, und dass das Rührrad (5) über ein konzentrisches Tragrohr (18) verfügt, dass der Schlitten (8) einen horizontal ausgerichteten Antriebsstrang (25) zur Aufnahme des Tragrohres (18) des Rührrads (5) aufweist und dass der Antriebsstrang (25) an seinem freien Ende einen Aufnahmeflansch (27) trägt, welcher der Aufnahme des Rührrads (5) dient, so dass der Antriebsstrang (25) die Nabe des Rührrads (5) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührschaufeln (14) in Ebenen verlaufen, die zur Drehachse (6) des Rührrads (5) geneigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur vertikalen Verstellung des Schlittens (8) ein Getriebe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Kettengetriebe (21) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rührwerke (3) im Substratbehälter (1) angeordnet sind, die sich gegebenenfalls diametral gegenüber liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, die geeignet ist, dass die vertikale Verstellung der Rührräder (5) gemeinsam oder individuell erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratbehälter (1) als Fermentationsbehälter, Nachgärbehälter, Endlager oder dergleichen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratbehälter (1) einen Deckel (29) mit gasdicht verschließbaren Inspektionsöffnungen (30) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Wand (4) des Substratbehälters (1) in der Draufsicht Kreisringförmig ist.