WO2005075951A2 - Einrichtung zur beobachtung der kapazitätsauslastung eines gasspeicherbehälters - Google Patents

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WO2005075951A2
WO2005075951A2 PCT/EP2005/001075 EP2005001075W WO2005075951A2 WO 2005075951 A2 WO2005075951 A2 WO 2005075951A2 EP 2005001075 W EP2005001075 W EP 2005001075W WO 2005075951 A2 WO2005075951 A2 WO 2005075951A2
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Dieter JÄCKERING
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Ceno Tec Gmbh Textile Konstruktionen
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D90/00—Component parts, details or accessories for large containers
    • B65D90/22—Safety features
    • B65D90/32—Arrangements for preventing, or minimising the effect of, excessive or insufficient pressure

Definitions

  • the present invention relates to a device for observing the capacity utilization of a gas storage container, in particular a low-pressure gas storage device, in relation to its surroundings and with at least one connection into the surroundings, with the device being able to detect a variable storage load and treat it appropriately.
  • water cups are used as a device of the type mentioned, especially for protecting low-pressure gas storage tanks against overpressure and underpressure.
  • a gas pipe forming a pressure compensation channel is immersed in a liquid level and so deep that the water counterweight against the storage gas pressure corresponds to the pressure threshold to be maintained.
  • liquid must be added to the water cup after each overpressure and underpressure event. This applies to condensation losses anyway.
  • the function of the water cup is also completely non-transparent, because pressure deviation events can never be reliably recognized if they do not occur accidentally and unlikely in the presence of an operator or control person.
  • the object of the present invention is therefore to create a device of the type mentioned at the outset which avoids the disadvantages set out and with which a storage container, in particular a low-pressure gas storage device, can be reliably and reliably monitored and monitored over a long period of time with regard to its relevant operating parameters and with the took appropriate way to avoid or remedy malfunctions in the operation can be carried out without the need for operating personnel.
  • the facility should offer the possibility of documenting the occurrence of observation events, such as overpressure and underpressure events, if necessary.
  • a device is advantageously created that represents an active system that automatically monitors and monitors the storage container and intervenes, if necessary, in a corrective manner so that harmful storage loads do not occur or are quickly remedied.
  • the device has at least one pressure measurement sensor and / or at least one volume measurement sensor as sensor (s). With just one of the two parameters "gas pressure” and “gas volume” and even more with both parameters together, reliable determinations about the current load condition of the storage tank can be obtained and necessary measures to influence the load condition can be triggered. It is also advantageous that each sensor is a non-contact interference field sensor, which ensures reliable, low-interference and wear-free measurement signal detection.
  • a further embodiment of the device provides that it is designed to protect the storage tank against overpressure and against underpressure in the storage relative to the surrounding air pressure and includes a pressure compensation channel connecting the inside of the storage and the outside environment, which is closed in a basic state and in the event of overpressure. or negative pressure is opened, wherein the at least one pressure measurement sensor detects the gas pressure in the memory and generates pressure-dependent electrical pressure measurement signals, wherein at least one electric-pneumatic or electric-hydraulic or electric-mechanical actuator can be actuated in accordance with the pressure measurement signals and wherein in the pressure compensation channel one by the actuator between at least a closed position and an open position adjustable closure member is arranged. This ensures reliable securing of the gas storage container.
  • the pressure measurement sensor makes it possible to detect the gas pressure currently prevailing in the interior of the storage container. From this, pressure-dependent electrical measurement signals can be derived which can be used to actuate the electro-pneumatic or electro-hydraulic or electro-mechanical actuator. Finally, the actuator is actuated by the actuator, which closes the pressure equalization channel in the basic state, but opens it quickly if necessary and with a sufficiently large passage cross section. In this way it is ensured that an overpressure as well as a negative pressure in the container is reliably detected and that the pressure equalization channel is opened just as reliably, if necessary, in order to either gas out to let the container into the environment or to let ambient air into the container.
  • the actuator itself is deliberately not operated directly electrically; this prevents the formation of electrical sparks in or near gas-carrying parts of the container, in particular low-pressure gas storage, and thus avoids the risk of explosion or fire. All disadvantages that occur with the previously usual devices in the form of water cups, as well as possible new dangers, are advantageously avoided with the new device.
  • the pressure measuring sensor Since even small pressure deviations relative to the ambient air pressure represent an undesirable overpressure or underpressure in low-pressure gas stores, the pressure measuring sensor must have a relatively high sensitivity in order to detect these small pressure changes reliably and with sufficient resolution.
  • the pressure measurement sensor comprises a U-tube, connected on the one hand to the inside of the accumulator and on the other hand to the surrounding atmosphere, with a liquid column with a moving liquid level as a measurement signal converter. It is advantageous with such a pressure measurement sensor that it translates relatively small pressure fluctuations in the memory into relatively large movement distances of the migrating liquid level. The greater the distance covered by the migrating liquid level for a given pressure change, the easier it is to measure the pressure change.
  • the U-tube can be a tube with a constant cross-section, the U-legs of which point vertically upwards.
  • the liquid column itself by means of the migrating liquid level or by means of a measuring body floating in the liquid column, the spreading of a physical field can be variably disrupted in a defined dependence on a stroke progress of the liquid level or measuring body and the evaluated disturbance of the field is the pressure measuring signal.
  • the physical field be an electric or electromagnetic or acoustic or visible optical or invisible optical field with field lines running essentially perpendicular to a stroke of the liquid column and with an at least approximately radially symmetrical distribution around the stroke of the Liquid column around it.
  • a further embodiment provides that the U-tube consists of an electrically non-conductive material and that at least one induction transmitter coil and induction receiver coil are arranged outside the U-tube, with which different positions of the migrating liquid column itself or that with the liquid column wandering measuring body are inductively detectable and differentiable.
  • the liquid itself or the measuring body in the U-tube forms a dielectric, which leads to measurable changes in the induction field when the liquid level is moving. If the liquid itself is used as the dielectric, undesired and falsifying the measuring signals of the measuring body by adhesion between the wet surfaces of the U-tube is avoided
  • each casing completely or partially encompasses the U-pipe and that the casings either lie one above the other following the height of the U-pipe or lie opposite one another as half or partial shells.
  • foil rings In practice, e.g. two in one. mutual spacing of, for example, 2 to 4 mm arranged foil rings are used, which are acted upon by high-frequency electrical in the range of, for example, 1 to 2 GHz.
  • the foil rings thus form a high-frequency capacitor, in which the moving liquid column in the U-leg forms a variable dielectric, which leads to correspondingly variable measurement signals.
  • an interference high-frequency field can be generated by means of the induction transmitter coil or the casing.
  • a further embodiment suggests that a standing wave of the interference high-frequency field can be influenced by the moving liquid column or the moving measuring body in the U-tube in such a way that a long, finely resolved sequence of liquid level levels can be detected by means of a single induction receiver coil or jacket.
  • This configuration has the advantage that only a single receiver coil or jacket on the receiver side is required, which keeps the electrical or electronic expenditure low, which contributes to low energy consumption and which prevents undesired heating of the device.
  • the U-tube In order to keep liquid losses from the U-tube due to evaporation as small as possible, it is proposed that the U-tube have the smallest possible, still avoiding capillary effects and sufficient cross-section when using a measuring body for its inclusion with movement play, and that the U-tube has one the gas pressure supply line connecting the interior of the store has an even smaller cross section than the U-tube. At the same time, this configuration keeps condensation losses very low. Thus, predetermined pressure threshold values remain constant over a longer period.
  • a last advantage here is the increased security against fire propagation in the direction of the interior of the gas storage device in the event of a fire in the area of the sensor that is unlikely but cannot be completely ruled out.
  • the U-tube has U-legs with different internal cross-sections, the cross-section of the U-leg connected to the surrounding atmosphere being smaller than the cross-section of the other U-leg connected to the interior of the gas reservoir.
  • the U-leg used for measuring the position of the liquid level and connected to the free atmosphere can keep a small cross-section that keeps liquid evaporation low.
  • the other U-leg which is larger in cross-section and connected to the interior of the gas reservoir, is sealed off from the free atmosphere, so that no evaporation occurs here.
  • the total volume of the liquid in the U-tube is advantageously increased, which results in a more favorable ratio of the amount of liquid to the evaporation surface and which correspondingly reduces the instabilities of the measuring system caused by evaporation. Due to the higher resolution that can be achieved, the sensor is not only able to detect a few pressure threshold values, but also to carry out a continuous measurement of the gas pressure in the gas storage with sufficiently fine scaling. This continuous measurement and recording of the pressure in the gas storage is a valuable additional benefit that can be used, for example, for the continuous recording of a gas quantity produced in a biogas plant
  • the U-tube has U-legs with a different angular position relative to the vertical, an angle of attack of the U-leg connected to the surrounding atmosphere being flatter than the angle of attack of the other U-leg connected to the interior of the store. leg.
  • the liquid level in the obliquely extending U-leg covers a longer distance with a certain pressure change, whereby an improved resolution in the measurement is also achieved here.
  • the U-leg of the U-tube connected to the interior of the gas reservoir is preferably oriented vertically upwards and the other U-leg of the U-tube connected to the surrounding atmosphere is oriented obliquely upwards.
  • the device is further provided that the pressure-measuring sensor includes means for detecting the volume of the liquid column in the U-tube and means for automatically supplementing the volume of the liquid column Reaching a lower volume limit includes.
  • a specific embodiment suggests that to detect the volume of the liquid column in the U-tube, the side of the U-tube connected to the interior of the memory can be temporarily switched to a connection to the surrounding atmosphere and that in this switching position the position of the liquid level is inductive as Volume measurement signal can be detected and checked for reaching the lower volume limit.
  • the means which are already present for measuring the position of the liquid level in the device can advantageously be used for measuring the volume of the liquid.
  • the measurement of the volume of the liquid only has to be carried out at longer time intervals and only requires a short measurement time, so that the switchover of the device to the measurement of the liquid volume is not detrimental to the safety of the memory.
  • an electropneumatic changeover valve can be used for the changeover.
  • the pressure measuring sensor comprises a liquid reservoir from which liquid can be automatically introduced into the U-tube when a lower volume limit value is reached by a valve which can be switched electrically in accordance with the volume measuring signal. A continuous use of operating personnel for the liquid quantity control and the refilling of liquid in the U-tube is no longer necessary.
  • the closure member in the pressure compensation channel is an adjustable plate or a pivotable flap.
  • the adjustable plate can be adjustable either perpendicular to its surface extension or in the direction of its surface extension; the hinged flap is moved around a hinge. In both versions, a large flow cross-section can be released or blocked by the closure member with a relatively small movement path of the actuator.
  • closure member in the opening direction by the gravity of its own weight or an actuating weight and is adjustable in the closing direction by the actuator.
  • This design has the particular advantage that a simple and therefore reliable and inexpensive actuator can be used.
  • the closure member goes into its open position, thereby reliably preventing the occurrence of a dangerous overpressure or underpressure in the gas storage device even in the event of a power failure.
  • a section of the pressure compensation channel containing the closure member be accommodated in a housing positioned outside the accumulator and that the interior of the housing and the closure member located therein are accessible through a housing door.
  • the interior of the housing is easily accessible through the housing door for maintenance and cleaning work, and the operating personnel can be outside the memory for this maintenance work.
  • the actuator be accommodated in an actuator housing made of stainless steel and / or that the parts of the actuator consist of stainless steel.
  • a pneumatic or hydraulic lifting cylinder forming part of the actuator and another part forming the actuator, the Lifting cylinder acting electropneumatic or electrohydraulic valve may be arranged outside the housing containing the closure member. In this way, at least a substantial part of the actuator is kept completely separate from the aggressive gas, so that it is not exposed to increased environmental loads with increased wear.
  • the electrical part, here the electropneumatic or electrohydraulic valve is also outside of gas-carrying areas, which avoids explosion and fire hazards.
  • a further measure for avoiding or at least reducing corrosion damage to parts of the device is that, according to a further embodiment, the housing has a storage-side channel connection and an atmosphere-side channel connection, that the closure member is arranged on or near the storage-side channel connection and that the actuator or a part of the actuator which is directly connected to the closure member lies on the atmospheric side of the closure member in the housing.
  • the closure member is in its closed position, which corresponds to its basic state, there is no gas on the atmospheric side of the housing, but only ambient air, which is not harmful and aggressive for the actuator or its part located in the housing and for the part of the closure member located in this housing area ,
  • closure member is an inflatable and deflatable bellows controlled by the actuator, which is arranged in the pressure compensation duct and which closes the duct in the expanded state and releases the flow through the duct in the deflated, shrunk state.
  • the desired one Purpose namely opening and closing the pressure equalization channel as required, reliably achieved.
  • the U-tube, the gas pressure supply line and a pressure medium line connecting the valve to the lifting cylinder are made of electrically non-conductive material consist. This ensures that high electrical voltages, e.g. as a result of induction peaks from the supply network or from lightning strikes, do not propagate via the above-mentioned lines to gas-carrying areas of the facility and the associated gas storage facility, where they can lead to dangerous sparks.
  • a shut-off valve that is open in its basic position and automatically switches to the closed position when dangerous conditions occur in the device can be provided in the gas pressure supply line.
  • This valve can be closed, for example, when dangerous electrical voltage peaks are detected, in the event of a breakdown in the electrical supply to the device, or in the event of dangerously high temperatures or even fire in the device by means of appropriate sensors and an actuator on the valve which can be actuated in accordance with the latter.
  • This valve can be provided as a separate valve in the gas pressure supply line; alternatively, the changeover valve on the U-tube mentioned above can also be used for this purpose.
  • a detection of the gas volume in the storage container can be useful in order to monitor the container and to trigger automatic interventions if necessary. Observation by a combination of pressure and volume sensors is particularly advisable for diaphragm accumulators. Because the flexible container volume adapts to the current gas supply and grows or shrinks with it, the pressure measurement sensor only works as a limit value sensor when the gas pressure reaches its permissible upper or lower threshold. Between these limit values, the internal pressure of the accumulator is constantly at the level of the ambient air pressure. The abrupt behavior of the pressure sensor is time-critical because the sensor can only react very shortly before the thresholds are reached, namely when the path of movement of a membrane skin of the storage device is extended.
  • volume measurement sensor must signal the current storage status between the pressure thresholds and the pressure measurement sensor at the pressure limits. This complete observation can alarm a change in gas production at any time, which can lead to the expectation of a critical situation in the storage facility in the foreseeable future.
  • the volume measurement sensor is a sensor is by which a contour expansion or shrinkage of a membrane memory serving as a memory can be detected.
  • a membrane skin of the membrane accumulator can be moved by changes in the gas volume in the membrane accumulator in a direction recognizable as an increase or decrease in volume, that an electrical measurement signal can be generated by the movement of the membrane skin in the volume measurement sensor that the electrical measurement signal is electrical
  • the information displayed can be transmitted to a gas consumer arranged downstream of the storage device and that on the gas consumer side the information transmitted can be converted into a gas supply-oriented change in the gas flow withdrawn from the storage device by a power controller of the gas consumer in such a way that the gas supply and gas withdrawal flow are always in the same direction and with little or grow or fall without a time lag.
  • a current mode of operation of the gas consumer that is suitable for the current storage state is also achieved.
  • the device is characterized by at least one mechanical button, by means of which the position of the membrane skin can be tapped at one or more significant points and by means of which an electrical measurement signal can be generated either continuously analogously or discretely digitally.
  • the desired volume measurement can be implemented with sufficient accuracy.
  • the mechanical button is preferably designed as a rope attached to the membrane skin.
  • the rope carry an electrical proximity switch which, on its way on the rope moving with the membrane skin, can be excited by metallic signal transmitters arranged along this route. A disturbing mechanical friction is avoided during the measurement.
  • a supply and communication cable of the proximity switch can simultaneously form the rope carrying the proximity switch.
  • a source be provided for a physical field with which a field with field lines can be generated essentially perpendicular to a path of movement of the membrane skin and with a spatial field distribution that is at least approximately matched to a storage form is that the field is variably disturbable in a defined dependence on a change in volume of the memory through the moving membrane skin and that an evaluated field disturbance represents the measurement signal.
  • the physical field used for the gas volume measurement can also be an electrical or electromagnetic or acoustic or visible optical or invisible optical field.
  • the measurement signal can expediently be generated integrally from the field disturbance.
  • a more specific proposal provides for a diffusely operating acoustic transmitter and an acoustic receiver with which one of a residual space between the moving, inner membrane skin of the store and an outer roof membrane of the memory reflected acoustic total echo can be recorded and output as measurement signals.
  • a source is provided as the field source, with which a directional field can be aimed at one or more points or sections of the membrane skin, and a field receiver receiving a reflected field wave and evaluating its reflectance and / or phase shift and outputting it as a measurement signal is provided.
  • the directional field is preferably an ultrasound field; the field source and the field receiver are preferably combined in an ultrasonic sensor for the purpose of a compact arrangement.
  • the points or cutouts of the membrane skin targeted by the directional field are designed as mirror-like reflection surfaces with a foil made of metal or other reflecting substances.
  • the device comprises a digital processor as part of the system.
  • a preferred further embodiment provides that the processor is a programmable microcontroller, which can be used for the measurement signal acquisition and monitoring, for the control and monitoring of the device and as a field generator.
  • the microcontroller can be used for all electronic requirements of the facility. It also has the advantage that it is possible to change its programming later to adapt to changing operating conditions.
  • the physical field (s) can be / are expediently digitally generated by the processor, which results in high operational reliability.
  • a hysteresis between an increasing course and a falling course of the measurement signals can be compensated for by means of the processor.
  • the response points in the two peak values e.g. maximum height and minimum height of the liquid level in the U-tube or maximum height and minimum height of the membrane skin
  • the change in sign in the first derivative of the course of the measurement signals in the apex regions of the measurement signal course is preferably observed.
  • the recorded measurement signal is then different offset value evaluated, depending on whether the signal curve rises or falls.
  • a further improvement in the quality of the measurement results can be achieved in that measurement signal values can be accumulated over a predeterminable time window by means of the processor and that an averaged measurement signal value can be calculated from the accumulated measurement signal values.
  • fluctuations in measurement signals caused by environmental fluctuations, e.g. due to vibrations or air pressure fluctuations, especially under the influence of wind. This applies above all to the hysteresis compensation described above.
  • the processor includes a program and data memory and that the processor can be used to carry out a control run of the functions at adjustable time intervals
  • the device can be carried out and that any errors or failures that are detected can be logged in the data memory and / or can be remedied automatically and / or that observation events determined by the device can be logged in the data memory and later retrieved from the data memory.
  • the data memory is preferably a real-time data memory, in which all measurement signals from memory monitoring can be stored in real time and in synchronism with their continuous operation; At the same time, an information technology database is provided, in which the data of the real-time data memory can be stored as an overall event log for later sample evaluation.
  • the device comprises one or more additional sensors with which relevant environmental parameters, in particular pH and / or temperature in the gas storage, can be detected as measurement signals and can be evaluated and / or stored. These parameters allow a medium-term forecast of gas production, for example in a biogas plant, and thus help to coordinate gas production and gas consumption in order to avoid storage overloads and gas losses.
  • the device suitably has hardware and / or software interfaces with sufficient impedance and resilience for the electrically formatted transmission of signals from the pressure and / or volume measurement sensor and in the opposite direction for the reception of external electrical signals that can be linked to its own signals ,
  • the processor has interfaces via which at least information for the switching on and off of gas consumers behind the gas storage device and information for maintenance and / or safety monitoring of the device can be output and by means of at least one downstream, assigned to the processor or remotely located display unit can be displayed optically and / or acoustically.
  • an embodiment of the invention proposes that the processor has an interface via which a measured value for an amperage of an electric current can be input, which is generated by a gas generator connected downstream of the gas storage device, and that the amount of gas generated is continuously in the processor in the gas storage and the amount of electricity generated by the power generator can be recorded, stored and evaluated, and can be used for charging control of a biogas plant comprising the gas storage with biomass.
  • the facility can be used for the organizational management of a gas generation and power generation plant without requiring a great deal of additional technical effort.
  • a feed control can be supplied with data from the device according to the invention in order to optimize operation, in particular to avoid gas losses.
  • the data can be used for an overall cost accounting.
  • the electronic part of the device advantageously comprises a virtually integrated platform for distributed applications with parallel acquisition and recording of the measurement signals of several spatially distributed signal transmitters and with parallel output of control signals to several spatially distributed signal receivers.
  • An organization as a distributed application is essential for the modular construction and expansion of the interior electronics.
  • An operating system of the device electronics integrates one or more processor boards in such a way that implemented software modules are virtually always based on an identical platform, regardless of where they actually run physically inside or outside the device. In this concept, the differently equipped and upgraded facilities described can always be assembled with identical hardware and software modules and expanded even after commissioning.
  • This organization also facilitates networking and multitasking for multiple parallel memories or other associated or connected system components, because all program sequences are apparently executed on a single, uniform and undisassembled platform, while in reality their coordination and internal communication from a standard operating system once created be carried out and no longer have to be adapted to every system specification.
  • the container can also be a storage container for a liquid medium, above which there is air or gas in the container, e.g. an oil or fuel tank.
  • FIG. 1 shows a low-pressure gas store with a first device according to the invention in two different arrangements on the store, in a schematic illustration
  • FIG. 2 shows a sensor and a processor as parts of the device in a schematic illustration
  • Figure 3 shows a portion of a pressure equalization channel with a closure member and an actuator actuating this as further parts of the device, also in a schematic representation, and
  • Figure 4 shows a low-pressure gas storage with a second device according to the invention, in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a side view of a low-pressure gas storage 30, as is used, for example, for the generation and storage of biogas.
  • the low-pressure gas storage 30 has a circular outline and is set up on a load-bearing surface 50.
  • the memory 30 is covered by an approximately conical, here single-shell, tensioned membrane roof 31 and closed gas-tight.
  • a second membrane below it which is variable in shape and can adapt to a gas volume between its underside and a liquid level in the reservoir 30.
  • the storage 30 is equipped with a device 40;
  • a device 40 In the left half of FIG. 1, to the left of a central axis 33 of the memory 30, a first possible arrangement of the device 40 is shown and to the right of the central axis 33 an alternative, second arrangement of the device 40 is shown.
  • the device 40 shown in the left half of FIG. 1 it is attached to the low-pressure gas storage device 30 at the top and outside.
  • the device 40 In the arrangement which is shown in the right half of FIG. 1, the device 40 is partly constructed next to the accumulator 30 on the base 50 and partly attached to the accumulator 30 on the outside at the bottom.
  • the device 40 has a pressure compensation channel 32, which connects the interior of the storage device 30 to the surrounding atmosphere.
  • a housing 28 is arranged, which is connected to the pressure equalization channel 32 via a memory-side channel connection 23 and via an atmosphere-side channel connection 27.
  • This housing 28 contains a mechanical part 42 of the device 40.
  • the pressure compensation channel 32 can be closed or opened as required.
  • the interior of the accumulator 30 In the open state, the interior of the accumulator 30 is connected to the free atmosphere, so that in the event of an overpressure in the interior of the accumulator 30 this excess pressure can be reduced by releasing gas to the outside; conversely, in the event of a negative pressure in the interior of the reservoir 30, air can flow into the interior of the reservoir 30 from the surrounding atmosphere. As long as there is no overpressure or underpressure in the accumulator 30 which exceeds or falls below a predefinable pressure threshold, the pressure compensation channel 32 remains closed.
  • the device in each case comprises an electrical or electronic part 43, each in the outside of a control cabinet is housed at the memory 30. Electrical energy and electrical signals are transmitted via electrical connecting lines 44 between the electrical or electronic part 43 and an actuator accommodated in the mechanical part 42 of the device 40.
  • the electrical supply energy can be taken, for example, from a public power grid.
  • the part 43 of the device 40 comprises means for detecting the current gas pressure inside the memory 30 and means for converting the detected pressure into electrical control signals. These electrical control signals are used to adjust a closure element in the housing 28 in a pressure-dependent manner by means of an actuator in the mechanical part 42.
  • FIG. 2 shows a pressure measuring sensor 41 and an electronic processor 12, which together form the electrical or electronic part of the device 40.
  • the pressure measuring sensor 41 comprises a U-tube 1, the U-legs of which point vertically upwards.
  • a liquid column 2 for. B. water.
  • an electrically switchable changeover valve 13 Near the upper end of the right U-leg there is an electrically switchable changeover valve 13 which, in its basic state, has a gas pressure supply line 11 which leads from the inside . of the low-pressure gas reservoir 30 comes, connects to the right U-leg. In this state, the right U-leg of the U-tube 1 has no connection to the surrounding atmosphere 14.
  • Both the U-tube 1 and the gas pressure supply line 11 are made of electrically non-conductive material.
  • the left U-leg of the U-tube 1 is in a constantly open connection to the surrounding atmosphere 14. This has the Consequence that with a fluctuating gas pressure inside the memory 30, the liquid column 2 is displaced within the U-tube 1, which results in a moving liquid level.
  • a measuring body 3 floats in the liquid 2, on the lower end of which a metallic signal transmitter 4 is attached. In accordance with the migrating liquid level, the measuring body 3 with its signal transmitter 4 moves upwards or downwards in the left U-leg of the U-tube 1.
  • a transmitter coil 6 is arranged around the left leg of the U-tube 1 above and a receiver coil 5 below.
  • the transmitter coil 6 can be fed with a high-frequency voltage by the processor 12, as a result of which an interference high-frequency field can be generated by means of the transmitter coil 6.
  • the receiver coil 5 By means of the receiver coil 5, depending on the respective level of the liquid level and depending on the corresponding height of the measuring body 3, a different received signal can be recorded, which is evaluated in the processor 12.
  • two thresholds of the liquid level in the U-tube 1 are initially essential, namely an upper threshold 8 and a lower threshold 10.
  • an upper pressure limit value becomes inside of the low-pressure gas accumulator 30 is reached, in which a discharge of gas from the interior of the accumulator is required.
  • a corresponding measurement signal is sent by the processor 12 when the upper one is reached Threshold 8 determined and converted into a control signal.
  • the control signal is transmitted to the mechanical part 42 of the device 40 via an output 17 of the processor 12, whereupon there is a corresponding adjustment of the closure member in the pressure compensation channel 32, here an adjustment from a closed position to an open position.
  • the processor 12 If the pressure in the low-pressure gas accumulator 30 drops below a lower pressure limit value and the level of the liquid 2 in the U-tube 1 thereby drops below the lower threshold 10, this is also recognized by the processor 12 via the sensor 41 and it is also in this case Open signal transmitted as a control signal via the output 17 to the mechanical part 42 of the device 40.
  • the processor 12 By opening the pressure equalization channel 32, air from the environment is now admitted into the reservoir 30 until the pressure in the reservoir 30 has risen again to such an extent that the level of the liquid 2 again assumes a level above the lower threshold 10.
  • the processor 12 transmits a closing signal to the mechanical part 42 and the pressure equalization channel 32 is brought back into its closed basic state.
  • the cross sections of U-tube 1 and gas pressure supply channel 11 are kept as small as possible. Over time, however, evaporation and condensation losses can lead to a reduction in the volume of the liquid 2 in the U-tube 1.
  • a test program is stored in the processor 12 or in an associated program memory, which is started automatically at predefinable time intervals.
  • the changeover valve 13 is first switched to a state in which it separates the gas pressure supply line 11 from the right leg of the U-tube 1 and connects the right leg of the U-tube 1 with the surrounding atmosphere 14. In this switching state of the valve 13, the atmospheric air pressure prevails in both legs of the U-tube 1 and the liquid 2 sets itself to the same level in both legs of the U-tube 1.
  • liquid level in the left leg of the U-tube 1 is below a calibration threshold 9
  • the volume of the liquid 2 is too small and must be added.
  • a liquid reservoir 16 is used, which is connected to the right leg of the U-tube 1 via an electrically switchable liquid refill valve 15.
  • the liquid refill valve 15 is opened by the processor 12 via its outlet 19 until the level of the liquid 2 in the U-tube 1 is again above the calibration threshold 9.
  • the liquid supply in the liquid reservoir 16 is expediently dimensioned so large that an occasional replenishment as part of regular control and maintenance by an operator is sufficient.
  • the test program is ended and the sensor 41 and the processor 12 switch back to monitoring the pressure in the memory 30.
  • the changeover valve 13 is switched back to its basic position in which it connects the gas pressure supply line 11 to the right leg of the U-tube 1 and at the same time the right leg of the U-tube 1 separates from the surrounding atmosphere 14.
  • the switching signals for the changeover valve 13 are transmitted from the processor 12 to the valve 13 via its output 18.
  • the corresponding signal transmission lines are not shown specifically in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the processor 12 which may be a microcontroller, for example, has two further outputs 20 and 21.
  • the output 20 serves to output information as to whether the gas consumption by the consumers downstream of the low-pressure gas storage 30 should be increased or decreased in order to increase the consumption to adapt the current gas supply in the storage 30 as well as possible.
  • the output 21 of the processor 12 serves to indicate to an operating and monitoring person whether normal operating conditions are not present and / or whether maintenance or repair is required.
  • This information can also be displayed simultaneously on a display unit 22 integrated in the processor 12.
  • processor 12 includes a data storage unit that can be used to log the occurrence of overpressure and underpressure events. This logged data can be read out and evaluated at a later point in time and conclusions can be drawn from this for improvement and optimization the operation of the memory 30 and the downstream gas consumers are drawn.
  • FIG. 3 shows an example of the design of the mechanical part 42 of the device 40.
  • This mechanical device part 42 comprises a gas-tight housing 28 which has the storage-side channel connection 23 at the top left and the atmosphere-side channel connection 27 at the top right. With these channel connections 23, 27, the housing 28 can be inserted into the pressure compensation channel 32, as already explained with reference to FIG. 1.
  • an adjustable closure member 24 in the form of a flat plate with a circumferential seal, with which a through opening 24 'in the housing 28 can optionally be closed, as shown in FIG. 3, or can be released.
  • a first housing area 23' which is connected to the memory 30.
  • a second housing region 27' which is in communication with the free atmosphere 14.
  • the actuator 26 is preceded by an electropneumatic valve 25 which is connected to the output 17 of the processor 12 (see FIG. 2) via an electrical signal line (not shown here). Furthermore, the electropneumatic valve 25 is connected to a compressed air source, which is not specifically shown here. If a corresponding control signal is transmitted from the processor 12 to the electropneumatic valve 25 via its output 17, the latter opens and directs compressed air via a line 25 'into the pneumatic lifting cylinder 26. This causes the piston and the piston rod of the lifting cylinder 26 and that at the upper piston rod end attached closure member 24 moved up and brought into the closed position shown in Figure 3 and held in this.
  • the processor 12 transmits a signal for opening the closure member 24 to the electro-pneumatic valve 25 via its output 17 in accordance with an overpressure or underpressure in the memory 30 in the memory 30, the latter switches over to a venting position.
  • the compressed air escapes from the pneumatic lifting cylinder 26 and the closure member 24 sinks due to gravity together with the piston rod and the piston of the lifting cylinder 26 downwards.
  • the closure member 24 reaches its open position. It can now, as shown by arrows in FIG. 3, flow a gas stream from the reservoir 30 through the reservoir-side channel connection 23 into the housing region 23 'and from there through the now open through opening 24' into the housing region 27 '. From there, the gas stream continues to flow through the atmosphere-side channel connection 27 into the surrounding atmosphere 14.
  • the closure member 24 is also brought into the open position and there is then a flow of air from the free atmosphere 14 into the interior of the accumulator 30 opposite to the flow arrows drawn in FIG. 3.
  • the closure member 24 falls under gravity automatically into its open position. In this way, a safe state of the device 40 is always automatically brought about in the event of a power failure, so that a possibly harmful or dangerous overpressure or underpressure in the accumulator 30 cannot occur.
  • the pneumatic lifting cylinder 26 is arranged completely outside of the housing 28 apart from its piston rod. This has the advantage that the lifting cylinder 26 is not exposed to the aggressive influences of the gas flowing through the housing 28.
  • the housing 28 When the gas flows through the housing 28, undesirable deposits occur over time in the housing 28 and on the closure member 24, which deposits can impair the function.
  • the housing 28 according to the exemplary embodiment shown in FIG. 3 has on its underside a housing base 28 'which can be pivoted like a door. This housing base 28 'is connected to the rest of the housing 28 via a hinge 28' '.
  • the piston rod of the lifting cylinder 26 runs through the housing base 28 'by means of a bushing.
  • the housing base 28 ' is pivoted downward about the hinge 28'', the lifting cylinder 26 together with its piston rod and the closure member 24 attached to it are pivoted accordingly.
  • both the inside of the housing 28 and the closure member 24 are then freely accessible and can be freed of any deposits that may have accumulated there in a problem-free manner.
  • gas access from the reservoir 30 via the pressure equalization channel 32 to the housing 28 is expediently prevented by an auxiliary slide (not specifically shown here).
  • the housing 28 and the closure member 24 and the parts of the lifting cylinder 26 located inside the housing 28 are expediently made of stainless steel.
  • FIG. 4 shows part of a fermenter silo, the upper part of which is designed as a low-pressure gas storage 30.
  • the silo is covered by a textile-tensioned membrane roof 31, which is shown fragmentarily in the drawing as an outer membrane. Under this membrane roof 31, a second, inner membrane hangs as membrane skin 31 '. The latter closes the silo gas-tight at the top and is tightly stretched over the smooth upper edge of the concrete silo wall 30 '.
  • a mixture of organic mass in aqueous solution is fermented by a population of methane-producing bacteria to biogas.
  • the gas production output fluctuates depending on the quality and mass of the organic fuel, the type and extent of the bacterial culture, the temperature, pH value, chemical additives ("proppants") and other boundary conditions.
  • the latter is formed from the inner membrane skin 31 'and the silo space between the mixture fill level and the top edge of the silo.
  • the membrane skin 31 'moves between these boundary lines it keeps the gas pressure constant at the level of the outside air pressure in the vicinity of the fermenter silo.
  • the gas volume continues to increase after reaching the maximum contour, an overpressure arises in comparison to the ambient air pressure, which may be a maximum of 2 mbar, for example.
  • the internal pressure is monitored by a pressure sensor, which can be of the type described above, for example. If the amount of gas continues to shrink after the minimum contour has been reached, then a negative pressure is formed relative to the ambient air pressure, which may be a maximum of -0.5 mbar. The pressure sensor also registers this.
  • the pressure sensor cannot recognize anything because the pressure remains constant. In this area, however, a sensor for observing the storage contour can monitor the development of the gas supply.
  • Both sensors in the network allow complete monitoring of the gas supply change.
  • the complete and uninterrupted observation of the changing gas supply is important for reasons of safety (explosion protection) and economy.
  • the gas development is registered dynamically, the gas consumption can be short-term and in the future from the described React sensors oriented.
  • the feed metering of the organic fuel can also be sensor-guided, but then only react in the medium term.
  • the time delay due to this reaction delay is buffered by the memory 30.
  • flexible consumption and storage buffers intercept the changes in gas production to such an extent that it is no longer necessary to blow off gas at excess pressure, as is the case today. The latter is environmentally harmful and uneconomical.
  • the movements of the inner membrane skin 31 ' are transmitted to a plastic cable 45 which is fastened to the inner membrane skin 31', as shown in FIG. If the membrane skin 31 'lifts, then the cable 45 runs outwards over a deflection roller 45' arranged on the membrane roof 31 and is pulled downwards by a counterweight 47 (bottom right in FIG. 4). If the membrane skin 31 'falls back, then its partial weight on the rope 45 exceeds the load of the counterweight 47 and the rope 45 runs back into the interior of the accumulator 30 in the opposite direction.
  • a proximity switch 46 which hangs on the rope 45 above the counterweight 47.
  • the proximity switch 46 encounters stationary signal transmitters 46 'made of metal rings or metal blocks.
  • the signal transmitters 46 generate a sequence of digital switching signals as a function of the cable route and thus of the stored gas supply.
  • the electrical supply of the proximity switch 46, as well as the signal transmission, is placed in the rope 45. It's even easier to get one Multi-core cable can also be used for mechanical connection instead of rope 45.
  • a memory (not shown here) with a processor for recording and evaluating the measurement signals and for triggering control processes as required is also assigned to the memory 30 according to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beobachtung der Kapazitätsauslastung eines Gasspeicherbehälters, insbesondere eines Niederdruckgasspeichers, in Relation zu seiner Umgebung und mit mindestens einer Verbindung in die Umgebung hinein, wobei mit der Einrichtung eine veränderliche Speicherlast erkennbar und zweckdienlich behandelbar ist. Die neue Einrichtung ist gekennzeichnet durch - wenigstens einen Sensor (41), mit dem die Gasbelastung und -auslastung des Speichers als Speicherlast erfassbar ist und durch den speicherlastabhängige elektrische Messsignale erzeugbar sind, und - wenigstens ein elektrisch ansteuerungsfähiges, mit dem Sensor (41) verbundenes System (12), mit dem in Reaktion auf die Messsignale bei Bedarf die Speicherlast abbaubar ist.

Description

Beschreibung :
Einrichtung zur Beobachtung der Kapazitätsauslastung eines Gasspeicherbehälters
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beobachtung der Kapazitätsauslastung eines Gasspeicherbehälters, insbesondere eines Niederdruckgasspeichers, in Relation zu seiner Umgebung und mit mindestens einer Verbindung in die Umgebung hinein, wobei mit der Einrichtung eine veränderliche Speicherlast erkennbar und zweckdienlich behandelbar ist.
Gegenwärtig werden als Einrichtung der eingangs genannten Art, speziell zur Absicherung von Niederdruckgasspeichern gegen Über- und Unterdruck sogenannte Wassertassen eingesetzt. Dabei taucht ein einen Druckausgleichskanal bildendes Gasrohr in einen Flüssigkeitsspiegel ein und zwar so tief, daß das Wassergegengewicht gegen den Speichergasdruck der einzuhaltenden Druckschwelle entspricht.
Diese bekannte Einrichtung hat verschiedene Nachteile: Weil die Druckschwelle und damit die Eintauchtiefe flach gehalten, der Durchflußquerschnitt aber groß gehalten werden muß, treten Kippeffekte auf. Wenn sich nämlich genügend Überdruck aufgebaut hat, reißt die dann aufgrund des großen Querschnitts durch die Flüssigkeit wandernde Gasblase einen relativ großen Teil der Flüssigkeit mit. Dies führt zu Flüssigkeitsverlusten und zu unerwünschten Änderungen der Druckschwelle.
Um dies zu vermeiden, muß mit großen Querschnitten nicht nur im Gasrohr, sondern noch vielfach weiter im Flüssigkeitsreservoir dimensioniert werden, um Spritzverluste zu vermeiden. Dann ist aber mit hohen Kondensationsverlusten an Flüssigkeit im Zeitablauf zu rechnen. Außerdem wird viel teures rostfreies Material für die groß dimensionierten Aufbauten verbraucht, weil diese starken korrosiven Einfluss ausgesetzt sind, insbesondere bei Biogasan- lageη.
Alternativ muß nach jedem Über- und Unterdruckereignis Flüssigkeit in die Wassertasse nachgeführt werden. Das gilt für Kondensationsverluste ohnehin.
Sogar wenn alle diese aufwendigen Bedingungen eingehalten werden, reicht der Gasdurchflußquerschnitt selten aus, weil der Gasstrom immer durch die Flüssigkeit in der Wassertasse gestört wird.
Die Funktion der Wassertasse ist zudem völlig untransparent, weil Druckabweichungsereignisse nie zuverlässig erkannt werden können, wenn sie nicht zufällig und unwahrscheinlich bei Anwesenheit einer Bedienungs- oder Kontrollperson auftreten.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die dargelegten Nachteile vermeidet und mit der ein Speicherbehälter, insbesondere ein Niederdruckgasspeicher, zuverlässig und über lange Zeit störungsfrei hinsichtlich seiner relevanten Betriebsparameter beobachtet und überwacht werden kann und mit der bei Bedarf Maß- nahmen zweckdienlicher Art zur Vermeidung oder Behebung von Störungen im Betrieb vorgenommen werden können, ohne daß ständig Bedienungspersonal anwesend sein muß. Zudem soll die Einrichtung die Möglichkeit bieten, das Auftreten von Beobachtungsereignissen, wie Überdruck- und Unterdruckereignissen, bei Bedarf zu dokumentieren.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art, die gekennzeichnet ist durch
- wenigstens einen Sensor mit dem die Gasbelastung und -auslastung des Speichers als Speicherlast erfaßbar ist und durch den speicherlastabhängige elektrische Meßsignale erzeugbar sind, und
- wenigstens ein elektrisch ansteuerungsfähiges, mit dem Sensor verbundenes System, mit dem in Reaktion auf die Meßsignale bei Bedarf die Speicherlast abbaubar ist.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft eine Einrichtung geschaffen, die ein aktives System darstellt, das selbsttätig den Speicherbehälter beobachtet und überwacht und bei Bedarf korrigierend so eingreift, daß schädliche Speicherlasten nicht auftreten oder schnellstens behoben werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Einrichtung wenigstens einen Druckmeßsensor und/oder wenigstens einen Volumenmeßsensor als Sensor (en) aufweist. Schon über nur einen der beiden Parameter "Gasdruck" und "Gasvolumen" und erst recht über beide Parameter gemeinsam lassen sich zuverlässige Feststellungen über den aktuellen Lastzustand des Speicherbehälters gewinnen und gegebenenfalls notwendige Maßnahmen zur Beeinflussung des Lastzustandes auslösen. Weiter ist vorteilhaft daß jeder Sensor ein berührungslos arbeitender Störfeldsensor, wodurch eine zuverlässige, störungsarme und verschleißfreie Meßsignalerfassung gewährleistet ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung sieht vor, daß sie zur Absicherung des Speicherbehälters gegen Überdruck und gegen Unterdruck im Speicher relativ zum umgebenden Luftdruck ausgelegt ist und einen das Innere des Speichers und die äußere Umgebung verbindenden Druckausgleichskanal umfaß, der in einem Grundzustand geschlossen und bei Über- oder Unterdruck geöffnet ist, wobei der wenigstens eine Druckmeßsensor den Gasdruck im Speicher erfaßt und druckabhängige elektrische Druckmeßsignale erzeugt, wobei wenigstens ein elektrisch-pneumatischer oder elektrisch-hydraulischer oder elektrisch-mechanischer Aktor nach Maßgabe der Druckmeßsignale betätigbar ist und wobei im Druckausgleichskanal ein durch den Aktor zwischen zumindest einer Schließstellung und einer Öffnungs- stellung verstellbares Verschlußorgan angeordnet ist. Hiermit wird eine zuverlässige Sicherung des Gasspeicherbehälters erreicht. Über den Druckmeßsensor ist eine Erfassung des im Inneren des Speicherbehälters gerade herrschenden Gasdrucks möglich. Hieraus lassen sich druckabhängige elektrische Meßsignale ableiten, die zur Betätigung des elektrisch-pneumatischen oder elektrischhydraulischen oder elektrisch-mechanischen Aktors verwendbar sind. Mittels des Aktors schließlich wird das Verschlußorgan betätigt, das im Grundzustand den Druckausgleichskanal verschließt, diesen aber bei Bedarf schnell und mit ausreichend großem Durchlaßquerschnitt öffnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß ein Überdruck wie auch ein Unterdruck im Behälter zuverlässig erkannt wird und daß ebenso zuverlässig bei Bedarf der Druckausgleichskanal geöffnet wird, um entweder Gas aus dem Behälter in die Umgebung abzulassen oder Umgebungs- luft in den Behälter einzulassen. Der Aktor selbst wird bewußt nicht direkt elektrisch betrieben; hierdurch wird das Entstehen von elektrischen Funken in oder nahe von gasführenden Teilen des Behälter, insbesondere Niederdruckgasspeichers, und damit eine Explosions- oder Brandgefahr vermieden. Alle Nachteile, die bei den bisher üblichen Einrichtungen in Form von Wassertassen auftreten, werden, ebenso wie mögliche neue Gefahren, mit der neuen Einrichtung vorteilhaft vermieden.
Da bei Niederdruckgasspeichern schon geringe Druckabweichungen relativ zum Umgebungsluftdruck einen unerwünschten Über- oder Unterdruck darstellen, muß der Druckmeßsensor eine relativ hohe Empfindlichkeit aufweisen, um diese geringen Druckänderungen zuverlässig und mit ausreichender Auflösung zu erfassen. Deshalb ist für eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung bevorzugt vorgesehen, daß der Druckmeßsensor ein einerseits mit dem Inneren des Speichers und andererseits mit der umgebenden Atmosphäre verbundenes U-Rohr mit einer Flüssigkeitssäule mit einem wandernden Flüssigkeitsspiegel als Meßsignal- wandler umfaßt. Vorteilhaft ist bei einem solchen Druckmeßsensor, daß er relativ kleine Druckschwankungen .im Speicher in relativ große Bewegungsstrecken des wandernden Flüssigkeitsspiegels übersetzt. Je größer der von dem wandernden Flüssigkeitsspiegel bei einer vorgegebenen Druckänderung zurückgelegte Weg ist, desto einfacher wird eine Messung der Druckänderung. In seiner einfachsten Ausführung kann dabei das U-Rohr ein Rohr mit konstantem Querschnitt sein, dessen U-Schenkel vertikal nach oben weisen.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß mittels des wandernden Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule selbst oder mittels eines in der Flüssigkeitssäule schwimmenden Meßkörpers die Ausbreitung eines physikalischen Feldes in definierter Abhängigkeit von einem Hubfortschritt des Flüssigkeitsspiegels oder Meßkδrpers veränderlich störbar ist und wobei die ausgewertete Störung des Feldes das Druckmeßsignal ist.
Um eine gute Meßgenauigkeit zu erzielen, wird weiter vorgeschlagen, daß das physikalische Feld ein elektrisches oder elektromagnetisches oder akustisches oder sichtbares optisches oder unsichtbares optisches Feld mit im wesentlichen senkrecht zu einem Hubweg der Flüssigkeitssäule verlaufenden Feldlinien und mit einer zumindest annähernd radialsymmetrischen Verteilung um den Hubweg der Flüssigkeitssäule herum ist.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß das U-Rohr aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht und daß außerhalb des U-Rohrs mindestens je eine Induktions- Senderspule und Induktions-Empfängerspule angeordnet ist, mit denen unterschiedliche Lagen der wandernden Flüssigkeitssäule selbst oder des mit der Flüssigkeitssäule wandernden Meßkδrpers induktiv erfaßbar und differenzierbar sind. Hierbei bildet entweder die Flüssigkeit selbst oder der Meßkörper im U-Rohr ein Dielektrikum, das bei wanderndem Flüssigkeitsspiegel für meßbare Änderungen im Induktionsfeld führt. Bei Verwendung der Flüssigkeit selbst als Dielektrikum wird ein unerwünschtes und die Meßsignale verfälschendes Anhaften des Meßkörpers durch Adhäsion zwischen den feuchten Flächen des U-Rohrs vermieden
Wenn die vorstehend erwähnten Spulen in einer feuchten Umgebung eingesetzt werden, kann es dazu kommen, daß selbst lackversiegelte Spulen unter der Feuchtigkeitseinwirkung elektrisch driften und nicht mehr in ihre elek- trische Ausgangslage zurückkehren. Dieser unerwünschte Drifteffekt kann vermieden werden, wenn anstelle jeder Spule je eine Ummantelung aus einschichtiger Metallfolie am U-Schenkel des U-Rohrs angebracht ist. Eine derartige Metallfolienummantelung ist einfach in der Herstellung und robust gegen Umgebungseinflüsse, wie Feuchtigkeit.
In konkreter Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß jede Ummantelung das U-Rohr vollständig oder teilweise umfaßt und daß die Ummantelungen entweder der Höhe des U-Rohrs folgend übereinander liegen oder als Halb- oder Teilschalen einander gegenüber liegen.
Zweckmäßig werden in der Praxis z.B. zwei in einem. gegenseitigen Abstand von beispielsweise 2 bis 4 mm angeordnete Folienringe verwendet, die mit elektrischer Hochfrequenz in Bereich von beispielsweise 1 bis 2 GHz beaufschlagt werden. Die Folienringe bilden so einen Hochfrequenzkondensator, bei dem die wandernde Flüssigkeitssäule im U-Schenkel ein veränderliches Dielektrikum bildet, das zu entsprechend veränderlichen Meßsignalen führt.
Um die Lage des Flüssigkeitsspiegels im U-Rohr zuverlässig und mit ausreichender Auflösung erfassen zu können, ist bevorzugt weiter vorgesehen, daß mittels der Indukti- ons-Senderspule oder der Ummantelung ein Interferenz- Hochfrequenzfeld erzeugbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt dazu vor, daß eine stehende Welle des Interferenz-Hochfrequenzfeldes durch die wandernde Flüssigkeitssäule oder den wandernden Meßkörper im U-Rohr so beeinflußbar ist, daß eine lange fein aufgelöste Folge von Flüssigkeitspegelständen mittels einer einzigen Induktions-Empfängerspule oder Ummantelung detektierbar ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß nur eine einzige Empfängerspule oder empfängerseitige Ummantelung benötigt wird, was den elektrischen bzw. elektronischen Aufwand gering hält, was zu einem geringen Energieverbrauch beiträgt und was eine unerwünschte Erwärmung der Einrichtung verhindert .
Um Flüssigkeitsverluste aus dem U-Rohr durch Verdunstung möglichst klein zu halten, wird vorgeschlagen, daß das U- Rohr einen möglichst kleinen, Kapillareffekte noch vermeidenden und bei Verwendung eines Meßkörpers für dessen Aufnahme mit Bewegungsspiel ausreichenden Querschnitt aufweist und daß eine das U-Rohr mit dem Inneren des Speichers verbindende Gasdruckzuführleitung einen noch kleineren Querschnitt als das U-Rohr aufweist. Gleichzeitig werden durch diese Ausgestaltung Kondensationsverluste sehr gering gehalten. Somit bleiben vorgegebene Druckschwellenwerte über längere Zeit konstant. Ein letzter Vorteil ist hier die erhöhte Sicherheit gegen eine Brandfortpflanzung in Richtung zum Inneren des Gasspeichers im Falle eines zwar unwahrscheinlichen, aber nicht ganz auszuschließenden Brandes im Bereich des Sensors.
Eine vorteilhafte Weiterbildung schlägt vor, daß das U- Rohr U-Schenkel mit unterschiedlichem inneren Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt des mit der umgebenden Atmosphäre verbundenen U-Schenkels kleiner ist als der Querschnitt des anderen, mit dem Inneren des Gasspeichers verbundenen U-Schenkels. Mit dieser Ausgestaltung wird eine erheblich verbesserte Sensorauflösung bei sehr geringem zusätzlichem Kostenaufwand erreicht. Durch den angegebenen ungleichen Querschnitt der beiden U-Schenkel verlängert sich der vom Flüssigkeitsspiegel bei einer bestimmten Druckänderung zurückgelegte Meßweg im Verhältnis der Querschnittsflächen der beiden U-Schenkel; es wird also eine günstige Wegübersetzung und damit verbesserte Auflösung erzielt, deren Größe durch das Querschnittsverhältnis in gewünschter Weise festlegbar ist. Der für die Lagemessung des Flüssigkeitsspiegels verwendete und mit der freien Atmosphäre verbundene U-Schenkel kann dabei einen kleinen, eine Flüssigkeitsverdunstung gering haltenden Querschnitt behalten. Der andere, im Querschnitt größere und mit dem Inneren des Gasspeichers verbundene U-Schenkel ist gegen die freie Atmosphäre abgeschlossen, sodaß hier keine Verdunstung anfällt. Zudem wird vorteilhaft das Gesamtvolumen der Flüssigkeit im U-Rohr vergrößert, was ein günstigeres Verhältnis von Flüssigkeitsmenge zu Verdunstungsoberfläche ergibt und was die durch Verdunstung hervorgerufenen Instabilitäten des Meßsystems entsprechend verringert. Aufgrund der erreichbaren höheren Auflösung ist der Sensor in der Lage, nicht nur wenige Druckschwellenwerte zu erfassen, sondern eine kontinuierliche Messung des Gasdrucks im Gasspeicher mit ausreichend feiner Skalierung vorzunehmen. Diese kontinuierliche Messung und Erfassung des Drucks im Gasspeicher ist ein wertvoller Zusatznutzen, der beispielsweise für eine kontinuierliche Erfassung einer produzierten Gasmenge in einer Biogasanlage genutzt werden kann
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, daß das U-Rohr U-Schenkel mit unterschiedlicher Winkelstellung relativ zur Vertikalen aufweist, wobei ein Anstellwinkel des mit der umgebenden Atmosphäre verbundenen U-Schenkels flacher ist als der Anstellwinkel des anderen, mit dem Inneren des Speichers verbundenen U-Schenkels. Mit dieser Ausführung wird erreicht, daß der Flüssigkeitsspiegel in dem schräg verlaufenden U-Schenkel bei einer bestimmten Druckänderung einen längeren Weg zurücklegt, womit auch hier eine verbesserte Auflösung bei der Messung erzielt wird. Bevorzugt ist dabei der mit dem Inneren des Gasspeichers verbundene U-Schenkel des U-Rohrs vertikal nach oben weisend ausgerichtet und der andere, mit der umgebenden Atmosphäre verbundene U-Schenkel des U-Rohrs schräg nach oben weisend ausgerichtet.
Um grundsätzlich zu vermeiden, daß sich Druckschwellenwerte aufgrund von Flüssigkeitsverlusten aus dem U-Rohr unerwünscht verändern, ist für die Einrichtung weiter vorgesehen, daß der Druckmeßsensor Mittel zur Erfassung des Volumens der Flüssigkeitssäule im U-Rohr und Mittel zur selbsttätigen Ergänzung des Volumens der Flüssigkeitssäule bei Erreichen eines unteren Volumengrenzwertes umfaßt .
Eine konkrete Ausgestaltung schlägt dazu vor, daß zur Erfassung des Volumens der Flüssigkeitssäule im U-Rohr die mit dem Inneren des Speichers verbundene Seite des U- Rohrs vorübergehend umschaltbar ist auf eine Verbindung zur umgebenden Atmosphäre und daß in dieser Schaltstellung die Lage des Flüssigkeitsspiegels induktiv als Volumen-Meßsignal erfaßbar und auf das Erreichen des unteren Volumengrenzwertes überprüfbar ist. Vorteilhaft können dabei für die Messung des Volumens der Flüssigkeit die Mittel verwendet werden, die ohnehin für die Messung der Lage des Flüssigkeitsspiegels in der Einrichtung vorhanden sind. Die Messung des Volumens der Flüssigkeit muß lediglich in größeren Zeitabständen erfolgen und erfordert jeweils nur eine kurze Meßzeit, so daß das Umschalten der Einrichtung auf die Messung des Flüssigkeitsvolumens für die Sicherheit des Speichers nicht abträglich ist. Für die Umschaltung kann z.B. ein elektropneumati- sches Umschaltventil eingesetzt werden. Zur weiteren Reduzierung des Wartungsbedarfs der Einrichtung ist weiter vorgesehen, daß der Druckmeßsensor ein Flüssigkeitsreservoir umfaßt, aus dem bei Erreichen des unteren Volumengrenzwertes durch ein elektrisch nach Maßgabe des Volumen-Meßsignals schaltbares Ventil selbsttätig Flüssigkeit in das U-Rohr einleitbar ist. Ein laufender Einsatz von Bedienungspersonal für die Flüssigkeitsmengenkontrolle und das Nachfüllen von Flüssigkeit in das U-Rohr ist so nicht mehr erforderlich.
Bei der Absicherung eines Niederdruckgasspeichers ist es wichtig, daß bei Auftreten eines Über- oder Unterdrucks möglichst schnell ein großer Strδmungsquerschnitt zur Verfügung gestellt wird, weil aufgrund der geringen Druckunterschiede nur relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen. Damit dennoch pro Zeiteinheit ein ausreichend großes Volumen durch den Druckausgleichskanal durchgesetzt werden kann, müssen dieser selbst sowie das darin vorgesehene Verschlußorgan im offenen Zustand einen großen Strömungsquerschnitt aufweisen. Um dies zu erreichen, sieht eine erste diesbezügliche Weiterbildung der Einrichtung vor, daß das Verschlußorgan im Druckausgleichskanal eine verstellbare Platte oder eine verschwenkbare Klappe ist. Die verstellbare Platte kann entweder senkrecht zu ihrer Flächenerstreckung oder auch in Richtung ihrer Flächenerstreckung verstellbar sein; die verschwenkbare Klappe wird um ein Scharnier bewegt. In beiden Ausführungen kann bei einem relativ kleinen Bewegungsweg des Aktors ein großer Strömungsquerschnitt durch das Verschlußorgan freigegeben bzw. gesperrt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß das Verschlußorgan in Öffnungsrichtung durch die Schwerkraft seines eigenen Gewichts oder eines Betätigungsgewichts und in Schließrichtung durch den Aktor verstellbar ist. Diese Ausführung hat insbesondere den Vorteil, daß ein einfacher und damit zuverlässiger und kostengünstiger Aktor eingesetzt werden kann. Außerdem ist in dieser Ausführung gewährleistet, daß bei Energieausfall das Verschlußorgan in seine Öffnungsstellung geht, wodurch ein Entstehen eines gefährlichen Über- oder Unterdrucks im Gasspeicher auch bei Energieausfall sicher ausgeschlossen ist .
Infolge der Gasströmung aus dem Inneren des Speichers durch den Druckausgleichskanal kommt in diesem zu Ablagerungen aus dem Gas, z.B. von Schwefel oder Schwefelverbindungen, die mit der Zeit zu Funktionsstörungen insbesondere des Verschlußorgans führen können. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, wird vorgeschlagen, daß ein das Verschlußorgan enthaltender Abschnitt des Druckausgleichskanals in einem außerhalb des Speichers positionierten Gehäuse untergebracht ist und daß das Innere des Gehäuses und das darin befindliche Verschlußorgan durch eine Gehäusetür zugänglich sind. Durch die Gehäusetür ist das Innere des Gehäuses für Wartungs- und Reinigungsarbeiten leicht erreichbar, wobei für diese Wartungsarbeiten das Bedienungspersonal sich außerhalb des Speichers aufhalten kann.
Aufgrund der aggressiven, insbesondere korrosiven Eigenschaften des Gases, insbesondere von Biogas, wird vorgeschlagen, daß der Aktor in einem Aktorgehäuse aus rostfreiem Stahl untergebracht ist und/oder daß die Teile -des Aktors aus rostfreiem Stahl bestehen.
Alternativ oder ergänzend können ein einen Teil des Aktors bildender pneumatischer oder hydraulischer Hubzylinder und ein einen weiteren Teil des Aktors bildendes, den Hubzylinder beaufschlagendes elektropneumatisches oder elektrohydraulisches Ventil außerhalb des das Verschlußorgan enthaltenden Gehäuses angeordnet sein. Auf diese Weise wird zumindest ein wesentlicher Teil des Aktors gänzlich von dem aggressiven Gas getrennt gehalten, so daß dieser keinen erhöhten Umgebungsbelastungen mit verstärktem Verschleiß ausgesetzt ist. Der elektrische Teil, hier das elektropneumatische oder elektrohydraulische Ventil, liegt dabei ebenfalls außerhalb gasführender Bereiche, was Explosions- und Brandgefahren vermeidet.
Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung oder zumindest Verminderung von Korosionsschäden an Teilen der Einrichtung besteht darin, daß gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Gehäuse einen speicherseitigen Kanalanschluß und einen atmosphärenseitigen Kanalanschluß aufweist, daß das Verschlußorgan am oder nahe dem speicherseitigen Kanalanschluß angeordnet ist und daß der Aktor oder ein mit dem Verschlußorgan unmittelbar verbundener Teil des Aktors auf der Atmosphärenseite des Verschlußorgans im Gehäuse liegt. Solange das Verschlußorgan seine Schließstellung einnimmt, die seinem Grundzustand entspricht, befindet auf der Atmosphärenseite des Gehäuses kein Gas, sondern lediglich Umgebungsluft , die für den Aktor oder dessen im Gehäuse befindlichen Teil sowie für den in diesem Gehäusebereich liegenden Teil des Verschlußorgans nicht schädlich und aggressiv ist.
Eine alternative Ausführung der Einrichtung schlägt vor, daß das Verschlußorgan ein durch den Aktor gesteuert aufblasbarer und entlüftbarer Balg ist, der im Druckausgleichskanal angeordnet ist und der im expandierten Zustand den Kanal verschließt und im entlüfteten, geschrumpften Zustand den Durchfluß durch den Kanal freigibt. Auch mit diesem Verschlußorgan wird der gewünschte Zweck, nämlich ein bedarfsweises Öffnen und Verschließen des Druckausgleichskanals, zuverlässig erreicht.
Insbesondere für Fälle, in denen die Einrichtung elektrisch aus einem Versorgungsnetz oder von einem mit Gas aus dem Gasspeicher betriebenen Stromerzeuger versorgt wird, ist vorgesehen, daß das U-Rohr, die Gasdruckzuführleitung und eine das Ventil mit dem Hubzylinder verbindende Druckmediumleitung aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen. Hiermit wird erreicht, daß sich hohe elektrische Spannungen, z.B. infolge von Induktionsspitzen aus dem Versorgungsnetz oder von Blitzschlag, nicht über die genannten Leitungen bis in gasführende Bereiche der Einrichtung und des zugehörigen Gasspeichers fortpflanzen und dort zu gefährlichem Funkenschlag führen können.
Um auch ein Fortpflanzen eines Brandes aus der Einrichtung durch die Gasdruckzuführleitung in den Gasspeicher ganz sicher auszuschließen, kann in der Gasdruckzuführleitung ein in seiner Grundstellung offenes und bei Auftreten gefahrverursachender Zustände der Einrichtung selbsttätig in Schließstellung umschaltendes Absperrventil vorgesehen sein. Ein Schließen dieses Ventil kann z.B. bei Erkennen von gefährlichen elektrischen Spannungsspitzen, bei Zusammenbruch der elektrischen Versorgung der Einrichtung oder bei gefährlich hohen Temperaturen oder gar Brand in der Einrichtung mittels entsprechender Sensoren und eines nach deren Maßgabe betätigbaren Aktors am Ventil erfolgen. Dieses Ventil kann als eigenes Ventil in der Gasdruckzuführleitung vorgesehen sein; alternativ kann dazu auch das oben erwähnte Umschaltventil am U-Rohr für diesen Zweck mit genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Erfassung des Drucks im Speicherbehälter kann eine Erfassung des Gasvolumens im Speicherbehälter sinnvoll sein, um den Behälter zu überwachen und bei Bedarf automatische Eingriffe auszulösen. Die Beobachtung durch eine Kombination von Druck- und Volumensensor ist insbesondere für Membranspeicher geboten. Weil sich das flexible Behältervolumen dem aktuellen Gasvorrat anpaßt und mit ihm wächst oder schrumpft, arbeitet der Druckmeßsensor immer nur als Grenzwertsensor, wenn der Gasdruck seine zulässige Ober- oder Unterschwelle erreicht . Zwischen diesen Grenzwerten steht der Innendruck des Speichers konstant auf der Höhe des Umgebungsluftdrucks. Das abrupte Verhalten des Drucksensors ist zeitkritisch, weil der Sensor nur sehr kurz vor Erreichen der Schwellen reagieren kann, dann nämlich, wenn der Bewegungsweg einer Membranhaut des Speichers ausgefahren ist . Nur ein schnelles Öffnen des Speichers nach außen, z.B. durch einen pneumatisch beaufschlagten Hubzylinderaktor, zum Abblasen des Gasüberdrucks oder zum Entlasten eines Unterdrucks kann dann noch schnell genug reagieren. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit sollte eine Gasemission in die Atmosphäre möglichst vermieden werden. Eine Prognose mit genügend Zeitvorlauf muß die Reaktionszeit für eine nützliche Verwendung des Biogases in einem nachgeschalteten Gasverbraucher, z.B. ein Blockheizkraftwerk, einräumen. Das ist nur möglich durch eine permanente kontinuierliche Beobachtung des Gasspeichers. Zwischen den Druckschwellen muß der Volumenmeßsensor und an den Druckgrenzen muß der Druckmeßsensor den aktuellen Speicherzustand signalisieren. Diese lückenlose Beobachtung kann zu jeder Zeit eine Veränderung der Gas- produktion alarmieren, welche eine kritische Situation im Speicher in absehbarer Zeit erwarten läßt. Hierzu ist eine Ausgestaltung der Einrichtung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Volumenmeßsensor ein Sensor ist, durch den eine Konturausdehnung oder -Schrumpfung eines als Speicher dienenden Membranspeichers erfaßbar ist .
In einer weiteren Ausgestaltung ist dazu vorgesehen, daß eine Membranhaut des Membranspeichers durch Änderungen des Gasvolumens im Membranspeicher in eine als Volumenzuwachs oder Volumenabnahme erkennbare Richtung bewegbar ist, daß durch die Bewegung der Membranhaut im Volumenmeßsensor ein elektrisches Meßsignal erzeugbar ist, daß das elektrische Meßsignal als elektrisch dargestellte Information an einen dem Speicher nachgeordneten Gasverbraucher übermittelbar ist und daß auf der Seite des Gasverbrauchers die übermittelte Information durch einen Leistungsregler des Gasverbrauchers in eine gasvorrats- orientierte Änderung des aus dem Speicher entnommenen Gasstroms so umsetzbar ist, daß Gasvorrat und Gasabnahmestrom immer gleichsinnig und mit geringem oder ohne Zeit- versatz wachsen oder fallen. Neben einer Absicherung des, Speichers wird so auch noch eine zum aktuellen Speicherzustand passende aktuelle Betriebsweise des Gasverbrauchers erreicht.
In einer Ausgestaltung ist die Einrichtung gekennzeichnet durch mindestens einen mechanischen Taster, durch den die Lage der Membranhaut an einem oder mehreren signifikanten Punkten abgreifbar ist und durch den ein elektrisches Meßsignal entweder kontinuierlich analog oder diskret digital erzeugbar ist. Hiermit ist mit ausreichender Genauigkeit die gewünschte Volumenmessung realisierbar.
Aus Gründen eines möglichst geringen technischen Aufwandes ist der mechanische Taster vorzugsweise als an der Membranhaut befestigtes Seil ausgebildet. In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das Seil einen elektrischen Näherungsschalter trägt, der auf seinem Weg am mit der Membranhaut bewegten Seil von entlang dieses Weges angeordneten metallischen Signalgebern erregbar ist. Eine störende mechanische Reibung wird so bei der Messung vermieden.
Zur Einsparung eines Bauteils kann ein Versorgungs- und Kommunikationskabel des Näherungsschalters gleichzeitig das den Näherungsschalter tragende Seil bilden.
Um das Gasvolumen gänzlich ohne bewegte Bauteile messen zu können, wird vorgeschlagen, daß eine Quelle für ein physikalisches Feld vorgesehen ist, mit der ein Feld mit Feldlinien im wesentlichen senkrecht zu einem Bewegungsweg der Membranhaut und mit einer an eine Speicherform zumindest annähernd angepaßten räumlichen Feldverteilung erzeugbar ist, daß das Feld in einer definierten Abhängigkeit von einer Volumenänderung des Speichers durch die bewegte Membranhaut veränderlich störbar ist und daß eine ausgewertete Feldstörung das Meßsignal darstellt.
Auch das für die Gasvolumenmessung genutzte physikalische Feld kann ein elektrisches oder elektromagnetisches oder akustisches oder sichtbares optisches oder unsichtbares optisches Feld sein.
Um ein möglichst genaues Meßergebnis zu erreichen, ist zweckmäßig das Meßsignal integral aus der Feldstörung erzeugbar .
Ein konkreterer Vorschlag sieht einen diffus arbeitenden akustischen Sender und einen akustischen Empfänger vor, mit dem ein von einem Restraum zwischen der bewegten, inneren Membranhaut des Speichers und einer äußeren Dach- membran des Speichers reflektiertes akustisches Gesamt- echo aufnehmbar und als Meßsignäl ausgebbar ist.
Alternativ dazu ist als Feldquelle eine Quelle vorgesehen, mit der ein gerichtetes, einen oder mehrere Punkte oder Ausschnitte der Membranhaut anpeilendes Feld erzeugbar ist, und es ist ein eine reflektierte Feldwelle empfangender und deren Reflexionsstärke und/oder Phasenverschiebung auswertender und als Meßsignal ausgebender Feldempfänger vorgesehen.
Aufgrund seiner Ungefährlichkeit ist bevorzugt das gerichtete Feld ein Ultraschallfeld; dabei sind zwecks kompakter Anordnung vorzugsweise die Feldquelle und der Feldempfänger in einem Ultraschallsensor zusammengefaßt.
Um ein kräftiges Reflexionssignal zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die von dem gerichteten Feld angepeilten Punkte oder Ausschnitte der Membranhaut als spiegelartige Reflexionsflächen mit einer Folie aus Metall oder aus anderen reflektierenden Stoffen ausgeführt sind.
Denkbar ist alternativ auch, einen Raum zwischen einer ein Dach bildenden Außenmembran und der inneren Membranhaut als Komplementärraum abzudichten, so daß nach Bewegungen der inneren Membranhaut der Luftausgleich für den so abgekapselten Komplementärräum nur durch einen definierten, kleinen Durchlaß in der Außenmembrane fließen könnte. Diese Fokussierung des Luftausgleichs auf den Durchlaß macht das hin oder her fließende Luftvolumen meßbar. Das Meßergebnis ist eine Ableitung der Speichervolumenveränderung .
Um den elektrischen bzw. elektronischen Teil der Einrichtung und des zugehörigen Systems möglichst kompakt und gleichzeitig zuverlässig und kostengünstig halten zu können, wird bevorzugt vorgeschlagen, daß die Einrichtung einen digitalen Prozessor als Teil des Systems umfaßt.
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Prozessor ein programmierbarer MikroController ist, der für die Meßsignalerfassung und -Überwachung, für die Steuerung und Kontrolle der Einrichtung und als Feldgenerator nutzbar ist. Der MikroController kann für alle elektronischen Erfordernisse der Einrichtung eingesetzt werden. Zudem bietet er den Vorteil, daß eine spätere Änderung seiner Programmierung zur Anpassung an geänderte Einsatzbedingungen problemlos möglich ist.
Aufgrund seiner Eignung als Feldgenerator ist/sind zweckmäßig durch den Prozessor das physikalische Feld/die physikalischen Felder digital erzeugbar, was eine hohe betriebliche Zuverlässigkeit ergibt.
Um die Meßgenauigkeit der Einrichtung zu erhöhen, wird weiter vorgeschlagen, daß mittels des Prozessors eine Hysterese zwischen einem ansteigenden Verlauf und einem fallenden Verlauf der Meßsignale rechnerisch kompensierbar ist. Ohne eine Kompensation können bei der Meßwerterfassung die Ansprechpunkte in den beiden Scheitelwerten (z.B. Maximalhöhe und Minimalhöhe des Flüssigkeitsspiegels im U-Rohr oder Maximalhöhe und Minimalhöhe der Membranhaut) jeweils für den Anstieg und für den Abfall so weit auseinander liegen, daß eine gewünschte oder zulässige Toleranz von z.B. +-5% überschritten wird. In der praktischen Umsetzung wird vorzugsweise der Vorzeichenwechsel in der ersten Ableitung des Verlaufs der Meßsignale in den Scheitelbereichen des Meßsignalverlaufs beobachtet . Das erfaßte Meßsignal wird dann mit einem unter- schiedlichen Offset-Wert ausgewertet, je nach dem, ob der Signalverlauf steigt oder fällt.
Eine weitere Verbesserung der Qualität der Meßergebnisse kann dadurch erreicht werden, daß mittels des Prozessors Meßsignalwerte über ein vorgebbares Zeitfenster kumulierbar sind und daß aus den kumulierten Meßsignalwerten ein gemittelter Meßsignalwert berechenbar ist. Hiermit können durch Umgebungsschwankungen hervorgerufene Meßsignal- Schwankungen, z.B. infolge von Vibrationen oder Luft- druckschwingungen insbesondere unter Windeinfluß, unterdrückt werden. Dies gilt vor allem auch für die vorstehend geschilderte Hysterese-Kompensierung.
Um eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Einrichtung und einen Überblick über die Funktion der Einrichtung auch ohne laufende Kontrolle durch Kontrollpersonal zu gewährleisten, wird weiter vorgeschlagen, daß der Prozessor einen Programm- und Datenspeicher umfaßt und daß mittels des Prozessors in einstellbaren Zeitintervallen ein Kontrolldurchlauf der Funktionen der Einrichtung durchführbar ist und daß dabei festgestellte Fehler oder Ausfälle unverlierbar im Datenspeicher protokollierbar und/oder selbsttätig behebbar sind und/oder daß von der Einrichtung festgestellte Beobachtungsereignisse im Datenspeicher protokollierbar und später aus dem Datenspeicher abrufbar sind.
Bevorzugt ist der Datenspeicher ein Echtzeitdatenspeicher, in den alle Meßsignale aus der Speicherbeobachtung in Echtzeit und synchron mit ihrem kontinuierlichen Ablauf einspeicherbar sind; zugleich ist eine informationstechnische Datenbank vorgesehen, in der die Daten des Echtzeitdatenspeichers als Gesamtereignisprotokoll für eine spätere Musterauswertung speicherbar sind. Ein weiterer Vorschlag besteht darin, daß die Einrichtung einen oder mehrere weitere Sensoren umfaßt, mit denen relevante Umgebungsparameter, insbesondere pH-Wert und/oder Temperatur im Gasspeicher, als Meßsignale erfaßbar sowie auswertbar und/oder speicherbar sind. Diese Parameter erlauben eine mittelfristige Prognose der Gasproduktion, z.B. in einer Biogasanlage, und helfen so, Gasproduktion und Gasverbrauch zu koordinieren, um Speicherüberlastungen und Gasverluste zu vermeiden.
Für einen möglichst einfachen Informationsaustausch besitzt die Einrichtung zweckmäßig hardware- und/oder softwaremäßig eingerichtete Schnittstellen mit ausreichender Impedanz und Belastbarkeit zur elektrisch formatierten Weitergabe von Signalen des Druck- und/oder Volumenmeßsensors und in umgekehrter Richtung zum Empfang von mit den eigenen Signalen verknüpfbaren fremden elektrischen Signalen.
Weiter ist für die Einrichtung bevorzugt vorgesehen, daß der Prozessor Schnittstellen aufweist, über die zumindest Hinweise für das Ein- und Ausschalten von Gasverbrauchern hinter dem Gasspeicher und Informationen für eine Wartung und/oder Sicherheitsbeobachtung der Einrichtung ausgebbar und mittels wenigstens einer nachgeschalteten, dem Prozessor zugeordneten oder entfernt angeordneten Anzeigeeinheit optisch und/oder akustisch anzeigbar sind. Durch die Ausgabe von Hinweisen für das Ein- und Ausschalten von Verbrauchern wird vorteilhaft eine Anpassung des aktuellen Gasverbrauchs an die gerade im Gasspeicher verfügbare Gasmenge erreicht, wodurch ein Ablassen von ungenutztem Gas in die Atmosphäre vermieden oder zumindest vermindert wird. Anderseits werden Störungen bei Gasverbrauchern infolge eines eventuellen Gasmangels vermieden. Die Ausgabe von Informationen für eine Wartung und/oder Sicherheitsbeobachtung der Einrichtung sorgt dafür, daß im Bedarfsfall Bedienungspersonal informiert wird, wenn Betriebszustände der Einrichtung vorliegen, die dies erforderlich machen.
Weiter schlägt eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Prozessor eine Schnittstelle aufweist, über die ein Meßwert für eine Stromstärke eines elektrischen Stroms eingebbar ist, der von einem dem Gasspeicher nachgeschalteten, mit Gas betriebenen Stromerzeuger erzeugt ist, und daß im Prozessor kontinuierlich die erzeugte Gasmenge im Gasspeicher und die vom Stromerzeuger erzeugte Strommenge erfaßbar, speicherbar und auswertbar sowie für eine Beschickungssteuerung einer den Gasspeicher umfassenden Biogasanlage mit Biomasse nutzbar sind. In dieser Ausgestaltung kann die Einrichtung für das Organisationsmanagement einer Gaserzeugungs- und Energieerzeugungsanlage genutzt werden, ohne daß dafür ein großer technischer Mehraufwand erforderlich ist. Insbesondere kann eine Beschickungssteuerung mit Daten aus der erfindungsgemäßen Einrichtung versorgt werden, um hier eine Optimierung des Betriebes, insbesondere eine Vermeidung von Gasverlusten, zu erzielen. Zudem können die Daten für eine betriebswirtschaftliche Gesamtkostenrechnung genutzt werden.
Im Sinne einer guten Nutzung ihrer elektronischen Kapazität umfaßt der elektronische Teil der Einrichtung vorteilhaft eine virtuell integrierte Plattform für verteilte Anwendungen mit paralleler Erfassung und Aufzeichnung der Meßsignale mehrerer räumlich verteilter Signalsender und mit paralleler Ausgabe von Steuersignalen an mehrere räumlich verteilte Signalempfänger. Damit können bei Bedarf auch mehrere Speicherbehälter beobachtet und überwacht werden. Eine Organisation als verteilte Anwendung ist für einen modularen Auf- und Ausbau der Einrichtungs- elektronik wesentlich. Ein Betriebssystem der Einrichtungselektronik integriert dabei eine oder mehrere Prozessorplatinen so, daß implementierte Softwaremodule virtuell immer auf einer identischen Plattform aufsetzen, gleichgültig wo inner- oder außerhalb der Einrichtung sie real physikalisch laufen. In diesem Konzept können die beschriebenen unterschiedlich ausgerüsteten und ausgebauten Einrichtungen immer mit identischen Hard- und Softwaremodulen zusammengebaut und auch nach der Inbetriebnahme weiter ausgebaut werden. Diese Organisation erleichtert auch die Vernetzung und das Multitasking für mehrere parallel laufende Speicher oder andere zugehörige oder verbundene Anlagenkomponenten, weil alle Programmabläufe auf scheinbar einer einzigen, einheitlichen und nicht zerlegten Plattform ausgeführt werden, während in Wirklichkeit ihre Koordination und interne Kommunikation von einem einmal erzeugten Standardbetriebssystem ausgeführt werden und nicht mehr an jede Anlagenspezifizierung angepaßt werden müssen.
Bei dem Behälter kann es sich außer um einen Niederdruckgasspeicher auch um einen Speicherbehälter für ein flüssiges Medium, über dem sich Luft oder Gas im Behälter befindet, handeln, z.B. um einen Öl- oder Kraftstofftank.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert . Die Figuren der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Niederdruckgasspeicher mit einer ersten erfindungsgemäßen Einrichtung in zwei unterschiedlichen Anordnungen am Speicher, in einer schematischen Darstellung, Figur 2 einen Sensor und einen Prozessor als Teile der Einrichtung in einer schematischen Darstellung,
Figur 3 einen Abschnitt eines Druckausgleichkanals mit einem Verschlußorgan und einem dieses betätigenden Aktor als weitere Teile der Einrichtung, ebenfalls in einer schematischen Darstellung, und
Figur 4 einen Niederdruckgasspeicher mit einer zweiten erfindungsgemäßen Einrichtung, in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt in Seitenansicht einen Niederdruckgasspeicher 30, wie er beispielsweise für die Erzeugung und Speicherung von Biogas verwendet wird. Der Niederdruckgasspeicher 30 hat einen kreisrunden Umriß und ist auf einem trägfähigen Untergrund 50 aufgestellt. Nach oben hin ist der Speicher 30 durch ein etwa kegelförmiges, hier einschaliges, gespanntes Membrandach 31 abgedeckt und gasdicht verschlossen. Zusätzlich zu der das Dach 31 bildenden Membran kann unter dieser eine zweite Membran liegen, die formvariabel ist und sich an ein Gasvolumen zwischen ihrer Unterseite und einem Flüssigkeitsspiegel im Speicher 30 anpassen kann.
Zur Absicherung des Niederdruckgasspeichers 30 gegen Überdruck und gegen Unterdruck in seinem Inneren relativ zur umgebenden Atmosphäre ist der Speicher 30 mit einer Einrichtung 40 ausgestattet; in der linken Hälfte von Figur 1 links von einer Mittelachse 33 des Speichers 30 ist eine erste mögliche Anordnung der Einrichtung 40 dargestellt und rechts von der Mittelachse 33 ist eine alternative, zweite Anordnung der Einrichtung 40 gezeigt. Bei der in der linken Hälfte von Figur 1 dargestellten Anordnung der Einrichtung 40 ist diese oben und außen an den Niederdruckgasspeicher 30 angebaut. Bei der Anordnung, die in der rechten Hälfte von Figur 1 gezeigt ist, ist die Einrichtung 40 teils neben dem Speicher 30 auf dem Untergrund 50 aufgebaut und teils unten an den Speicher 30 an dessen Außenseite angebaut.
Unabhängig von der Art der Anordnung der Einrichtung 40 am Niederdruckgasspeicher 30 besitzt die Einrichtung 40 jeweils einen Druckausgleichskanal 32, der das Innere des Speichers 30 mit der umgebenden Atmosphäre verbindet. Im Verlauf des Druckausgleichskanals 32 ist jeweils ein Gehäuse 28 angeordnet, das über einen speicherseitigen Kanalanschluß 23 und über einen atmosphärenseitigen Kanal- anschluß 27 mit dem Druckausgleichskanal 32 verbunden ist. Dieses Gehäuse 28 enthält einen mechanischen Teil 42 der Einrichtung 40. Mittels dieses mechanischen Teils 42 der Einrichtung 40 kann je nach Bedarf der Druckausgleichskanal 32 geschlossen oder geöffnet werden. Im offenen Zustand ist das Innere des Speichers 30 mit der freien Atmosphäre verbunden, so daß im Falle eines Überdrucks im Inneren des Speichers 30 dieser Überdruck durch Ablassen von Gas nach außen abgebaut werden kann; umgekehrt kann im Falle eines Unterdrucks im Inneren des Speichers 30 Luft aus der umgebenden Atmosphäre in das Innere des Speichers 30 einströmen. Solange kein Überdruck oder Unterdruck im Speicher 30 vorliegt, der eine vorgebbare Druckschwelle über- bzw. unterschreitet, bleibt der Druckausgleichskanal 32 verschlossen.
Um ein bedarfsweises automatisches Öffnen und Schließen des Druckausgleichskanals 32 zu ermöglichen, umfaßt die Einrichtung jeweils einen elektrischen bzw. elektronischen Teil 43, der jeweils in einem Schaltschrank außen am Speicher 30 untergebracht ist. Über elektrische Verbindungsleitungen 44 werden elektrische Energie und elektrische Signale zwischen dem elektrischen bzw. elektronischen Teil 43 und einem im mechanischen Teil 42 der Einrichtung 40 untergebrachten Aktor übertragen. Die elektrische Versorgungsenergie kann z.B. aus einem öffentlichen Stromnetz entnommen werden.
Der Teil 43 der Einrichtung 40 umfaßt Mittel zur Erfassung des aktuellen Gasdrucks im Inneren des Speichers 30 sowie Mittel zur Umwandlung des erfaßten Drucks in elektrische Steuersignale. Diese elektrischen Steuersignale werden dazu verwendet, mittels eines Aktors im mechanischen Teil 42 ein Verschlußelement im Gehäuse 28 druckabhängig zu verstellen.
Figur 2 zeigt einen Druckmeßsensor 41 und einen elektronischen Prozessor 12, die zusammen den elektrischen bzw. elektronischen Teil der Einrichtung 40 bilden.
Der Druckmeßsensor 41 umfaßt ein U-Rohr 1, dessen U- Schenkel vertikal nach oben weisen. Im U-Rohr 1 befindet sich eine Flüssigkeitssäule 2, z. B. Wasser. Nahe dem oberen Ende des rechten U-Schenkels befindet sich ein elektrisch schaltbares Umschaltventil 13, das in seinem Grundzustand eine Gasdruckzuführleitung 11, die vom Inneren .des Niederdruckgasspeichers 30 kommt, mit dem rechten U-Schenkel verbindet. In diesem Zustand hat der rechte U- Schenkel des U-Rohrs 1 keine Verbindung zur umgebenden Atmosphäre 14. Sowohl das U-Rohr 1 als auch die Gasdruckzuführleitung 11 bestehen aus elektrisch nicht leitfähigem Material .
Der linke U-Schenkel des U-Rohrs 1 steht in ständig offener Verbindung zur umgebenden Atmosphäre 14. Dies hat zur Folge, daß bei einem schwankenden Gasdruck im Inneren des Speichers 30 die Flüssigkeitssäule 2 innerhalb des U- Rohrs 1 verschoben wird, wodurch sich ein wandernder Flüssigkeitsspiegel ergibt.
Im linken U-Schenkel des U-Rohrs 1 schwimmt in der Flüssigkeit 2 ein Meßkörper 3, an dessen unterem Ende hier ein metallischer Signalgeber 4 angebracht ist. Entsprechend dem wandernden Flüssigkeitsspiegel bewegt sich der Meßkörper 3 mit seinem Signalgeber 4 im linken U-Schenkel des U-Rohrs 1 aufwärts oder abwärts.
Mittels einer induktiv und deshalb berührungslos arbeitenden Einrichtung wird dieses Wandern des Flüssigkeitsspiegels und des Meßkörpers 3 detektiert. Hierzu ist um den linken Schenkel des U-Rohrs 1 herum oben eine Senderspule 6 und darunter eine Empfängerspule 5 angeordnet . Die Senderspule 6 ist vom Prozessor 12 aus mit einer Hochfrequenzspannung speisbar, wodurch mittels der Senderspule 6 ein Interferenz-Hochfrequenzfeld erzeugbar ist. Mittels der Empfängerspule 5 ist, abhängig von jeweiligem Stand des Flüssigkeitsspiegels und abhängig von der entsprechenden Höhenlage des Meßkörpers 3, ein jeweils unterschiedliches Empfangssignal aufnehmbar, das im Prozessor 12 ausgewertet wird.
Für die Funktion des Sensors 41 sind zunächst zwei Schwellen des Flüssigkeitsspiegels im U-Rohr 1 wesentlich, nämlich eine obere Schwelle 8 und eine untere Schwelle 10. Wenn der Flüssigkeitsspiegel bzw. der Meßkörper 3 die obere Schwelle 8 erreicht, wird ein oberer Druckgrenzwert im Inneren des Niederdruckgasspeichers 30 erreicht, bei dem ein Ablassen von Gas aus dem Inneren des Speichers erforderlich wird. Ein entsprechendes Meßsignal wird vom Prozessor 12 bei Erreichen der oberen Schwelle 8 festgestellt und in ein Steuersignal umgewandelt. Über einen Ausgang 17 des Prozessors 12 wird das Steuersignal an den mechanischen Teil 42 der Einrichtung 40 übermittelt, woraufhin dort eine entsprechende Verstellung des Verschlußorgans im Druckausgleichskanal 32 erfolgt, hier eine Verstellung aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung.
Sobald der Druck im Inneren des Speichers 30 soweit abgesunken ist, daß der Spiegel der Flüssigkeit 2 im U-Rohr 1 wieder unter die obere Schwelle 8 abgesunken ist, wird dieses Absinken von dem Prozessor 12 erkannt und es wird ein entsprechendes neues Steuersignal an den mechanischen Teil 42 der Einrichtung 40 über den Ausgang 17 übertragen, hier ein Signal zum Schließen des Druckausgleichskanals 32.
Wenn im Niederdruckgasspeicher 30 der Druck unter einen unteren Druckgrenzwert abfällt und dadurch der Spiegel der Flüssigkeit 2 im U-Rohr 1 unter die untere Schwelle 10 absinkt, wird dies ebenfalls über den Sensor 41 von dem Prozessor 12 erkannt und es wird auch in diesem Falle ein Öffnungssignal als Steuersignal über den Ausgang 17 zum mechanischen Teil 42 der Einrichtung 40 übertragen. Durch Öffnen des Druckausgleichskanals 32 wird nun Luft aus der Umgebung in den Speicher 30 eingelassen, bis der Druck im Speicher 30 wieder soweit angestiegen ist, daß der Spiegel der Flüssigkeit 2 wieder einen Stand oberhalb der unteren Schwelle 10 einnimmt. Bei diesem wieder erhöhten Stand der Flüssigkeit 2 wird vom Prozessor 12 ein Schließsignal an den mechanischen Teil 42 übertragen und der Druckausgleichskanal 32 wird wieder in seinen geschlossenen Grundzustand gebracht. Die Querschnitte von U-Rohr 1 und Gasdruckzuführungskanal 11 sind möglichst klein gehalten. Mit der Zeit kann es dennoch durch Verdunstungs- und Kondensationsverluste zu einer Verringerung des Volumens der Flüssigkeit 2 im U- Rohr 1 kommen. Um den Sensor 41 auf solche Verluste an Flüssigkeit 2 hin zu überwachen, ist im Prozessor 12 bzw. in einem zugehörigen Programmspeicher ein Prüfprogramm abgelegt, das in vorgebbaren Zeitabständen selbsttätig gestartet wird. Sobald dieses Prüfprogramm abläuft, wird zunächst das Umschaltventil 13 umgeschaltet in einen Zustand, in dem es die Gasdruckzuführleitung 11 vom rechten Schenkel des U-Rohrs 1 trennt und den rechten Schenkel des U-Rohrs 1 mit der umgebenden Atmosphäre 14 verbindet. In diesem Schaltzustand des Ventils 13 herrscht also in beiden Schenkeln des U-Rohrs 1 der atmosphärische Luftdruck und die Flüssigkeit 2 stellt sich auf einen gleich hohen Stand in beiden Schenkeln des U-Rohrs 1 ein.
Wenn in diesem Zustand der Flüssigkeitsspiegel im linken Schenkel des U-Rohrs 1 unterhalb einer Kalibrierungs- schwelle 9 liegt, ist das Volumen der Flüssigkeit 2 zu klein und muß ergänzt werden. Hierzu dient ein Flüssigkeitsreservoir 16, das über ein elektrisch schaltbares Flüssigkeitsnachfüllventil 15 mit dem rechten Schenkel des U-Rohrs 1 verbunden ist. Das Flüssigkeitsnachfüllventil 15 wird vom Prozessor 12 aus über dessen Ausgang 19 solange bzw. so oft geöffnet, bis der Spiegel der Flüssigkeit 2 im U-Rohr 1 wieder oberhalb der Kalibrierungs- schwelle 9 liegt. Der Flüssigkeitsvorrat im Flüssigkeitsreservoir 16 ist zweckmäßig so groß bemessen, daß ein gelegentliches Auffüllen im Rahmen einer regelmäßigen Kontrolle und Wartung durch eine Bedienungsperson ausreicht.
Nach Erreichen des Soll-Flüssigkeitsspiegels wird das Prüfprogramm beendet und der Sensor 41 und der Prozessor 12 schalten wieder um auf eine Überwachung des Drucks im Speicher 30. Hierzu wird das Umschaltventil 13 wieder in seine Grundstellung umgeschaltet, in der es die Gasdruckzuführleitung 11 mit dem rechten Schenkel des U-Rohrs 1 verbindet und gleichzeitig den rechten Schenkel des U- Rohrs 1 von der umgebenden Atmosphäre 14 trennt . Die Schaltsignale für das Umschaltventil 13 werden vom Prozessor 12 über dessen Ausgang 18 zum Ventil 13 übertragen. Die entsprechenden Signalübertragungsleitungen sind aus Übersichtlichkeitsgründen in der Figur 2 nicht eigens dargestellt .
Weiterhin besitzt der Prozessor 12, der beispielsweise ein Mikrocontroller sein kann, zwei weitere Ausgänge 20 und 21. Der Ausgang 20 dient dazu, eine Information dahingehend auszugeben, ob der Gasverbrauch von dem Niederdruckgasspeicher 30 nachgeordneten Verbrauchern erhöht oder erniedrigt werden sollte, um den Verbrauch an das aktuelle Gasangebot im Speicher 30 möglichst gut anzupassen. Der Ausgang 21 des Prozessors 12 dient dazu, einer Bedienungs- und Überwachungsperson anzuzeigen, ob nicht normale Betriebszustände vorliegen und/oder ob eine Wartung oder Reparatur erforderlich ist.
Diese Informationen können gleichzeitig auch auf einer in den Prozessor 12 integrierten Anzeigeeinheit 22 dargestellt werden.
Zusätzlich umfaßt der Prozessor 12 eine Datenspeichereinheit, die dazu benutzt werden kann, das Auftreten von Überdruck- und Unterdruckereignissen zu protokollieren. Diese protokollierten Daten können zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen und ausgewertet werden und es können hieraus Schlußfolgerung zur Verbesserung und Optimierung des Betriebes des Speichers 30 und der nachgeschalteten Gasverbraucher gezogen werden.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für die Ausführung des mechanischen Teils 42 der Einrichtung 40. Dieser mechanische Einrichtungsteil 42 umfaßt ein gasdichtes Gehäuse 28, das links oben den speicherseitigen Kanalanschluß 23 und rechts oben den atmosphärenseitigen Kanalanschluß 27 aufweist. Mit diesen Kanalanschlüssen 23, 27 ist das Gehäuse 28 in den Druckausgleichskanal 32 einfügbar, wie anhand von Figur 1 schon erläutert .
Im Inneren des Gehäuses 28 befindet sich ein verstellbares Verschlußorgan 24 in Form einer flachen Platte mit einer umlaufenden Dichtung, mit der eine Durchgangsöffnung 24' im Gehäuse 28 wahlweise verschließbar, wie in Figur 3 gezeigt, oder freigebbar ist. Oberhalb der Durchgangsöffnung 24' befindet sich ein erster Gehäusebereich 23', der mit dem Speicher 30 in Verbindung steht. Auf der anderen Seite der Durchgangsöffnung 24' und des Verschlußorgans 24 befindet sich ein zweiter Gehäusebereich 27' , der mit der freien Atmosphäre 14 in Verbindung steht . Bei geschlossenem Zustand des Verschlußorgans 24 befindet sich also im Gehäusebereich 24' im wesentlichen Luft aus der Umgebung.
Zur Verstellung des Verschlußorgans 24 dient ein Aktor 26, der hier durch einen pneumatischen Hubzylinder gebildet ist. Dem Aktor 26 ist ein elektropneumatisches Ventil 25 vorgeschaltet, das über eine hier nicht dargestellte elektrische Signalleitung mit dem Ausgang 17 des Prozessors 12 (vergleiche Figur 2) verbunden ist. Weiterhin ist das elektropneumatische Ventil 25 mit einer hier nicht eigens dargestellten Druckluftquelle verbunden. Wenn vom Prozessor 12 über dessen Ausgang 17 ein entsprechendes Steuersignal an das elektropneumatische Ventil 25 übertragen wird, öffnet dieses und leitet über eine Leitung 25' Druckluft in den pneumatischen Hubzylinder 26. Hierdurch werden der Kolben und die Kolbenstange des Hubzylinders 26 und das am oberen Kolbenstangenende befestigte Verschlußorgan 24 nach oben verschoben und in die in Figur 3 gezeigte Schließstellung gebracht sowie in dieser gehalten.
Wenn der Prozessor 12 entsprechend einem vom Sensor 41 festgestellten Über- oder Unterdruck im Speicher 30 über seinen Ausgang 17 ein Signal zum Öffnen des Verschlußorgans 24 an das elektropneumatische Ventil 25 überträgt, schaltet dieses in eine Entlüftungsstellung um. Die Druckluft entweicht aus dem pneumatischen Hubzylinder 26 und das Verschlußorgan 24 sinkt aufgrund der Schwerkraft zusammen mit der Kolbenstange und dem Kolben des Hubzylinders 26 nach unten. Hierdurch gelangt das Verschlußorgan 24 in seine Öffnungsstellung. Es kann nun, wie in Figur 3 durch Pfeile dargestellt, ein Gasstrom aus dem Speicher 30 durch den speicherseitigen Kanalanschluß 23 in den Gehäusebereich 23' einströmen und von dort durch die nun offene Durchgangsöffnung 24' in den Gehäusebereich 27' fließen. Von dort fließt der Gasstrom weiter durch den atmosphärenseitigen Kanalanschluß 27 in die umgebende Atmosphäre 14. Bei einem Unterdruck im Speicher 30 wird ebenfalls das Verschlußorgan 24 in Öffnungsstellung gebracht und es ergibt sich dann eine Strömung von Luft von der freien Atmosphäre 14 in das Innere des Speichers 30 entgegengesetzt zu den in Figur 3 eingezeichneten Strömungspfeilen.
Bei einem Energieausfall, insbesondere bei Strom- und/oder Druckluftausfall, fällt das Verschlußorgan 24 unter Schwerkraftwirkung selbsttätig in seine Öffnungsstellung. Hierdurch wird bei Energieausfall immer automatisch ein sicherer Zustand der Einrichtung 40 herbeigeführt, so daß es nicht zu einem möglicherweise schädlichen oder gefährlichen Überdruck oder Unterdruck im Speicher 30 kommen kann.
Wie aus der Figur 3 weiter entnehmbar ist, ist der pneumatische Hubzylinder 26 abgesehen von seiner Kolbenstange vollständig außerhalb des Gehäuses 28 angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß der Hubzylinder 26 nicht den aggressiven Einflüssen des durch das Gehäuse 28 strömenden Gases ausgesetzt ist.
Bei der Strömung des Gases durch das Gehäuse 28 kommt es mit der Zeit im Gehäuse 28 und an dem Verschlußorgan 24 zu unerwünschten Ablagerungen, die die Funktion beeinträchtigen können. Um eine einfache Wartung und Reinigung des Inneren des Gehäuses 28 und des Verschlußorgans 24 vornehmen zu können, besitzt das Gehäuse 28 gemäß dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel an seiner Unterseite einen nach Art einer Tür verschwenkbaren Gehäuseboden 28'. Dieser Gehäuseboden 28' ist über ein Scharnier 28'' mit dem übrigen Gehäuse 28 verbunden. Außerdem verläuft mittels einer Durchführungshülse die Kolbenstange des Hubzylinders 26 durch den Gehäuseboden 28'.
Wenn der Gehäuseboden 28' nach Entriegelung nach unten um das Scharnier 28'' verschwenkt wird, wird zugleich der Hubzylinder 26 mitsamt seiner Kolbenstange und dem daran befestigten Verschlußorgan 24 entsprechend verschwenkt . Im verschwenkten Zustand ist dann sowohl das Innere des Gehäuses 28 als auch das Verschlußorgan 24 frei zugänglich und kann auf problemlose Art und Weise von gegebenenfalls dort angefallenen Ablagerungen befreit werden. Um eine Gefährdung des Wartungspersonals bei der Reinigung des Inneren des Gehäuses 28 zu vermeiden, wird zweckmäßig durch einen hier nicht eigens dargestellten Hilfsschieber ein Gaszutritt aus dem Speicher 30 über den Druckausgleichskanal 32 zum Gehäuse 28 unterbunden.
Zur Vermeidung von Korrosionsschäden durch aggressive Bestandteile des Gases bestehen das Gehäuse 28 und das Verschlußorgan 24 sowie die im Inneren des Gehäuses 28 liegenden Teile des Hubzylinders 26 zweckmäßig aus rostfreiem Stahl .
Figur 4 zeigt einen Teil eines Fermenter-Silos, dessen oberer Teil als Niederdruckgasspeicher 30 ausgebildet ist. Eine zylindrische Beton-Silowand 30' erscheint nur ausschnittsweise in der Zeichnung. Das Silo wird abgedeckt von einem textilen gespannten Membrandach 31, das in der Zeichnung als Außenmembrane fragmentarisch gezeigt ist. Unter diesem Membrandach 31 hängt eine zweite, innere Membrane als Membranhaut 31'. Letztere verschließt das Silo gasdicht nach oben und ist dicht über die glatte Oberkante der Beton-Silowand 30' gespannt.
Im Fermenter-Silo mit einem Füllstand etwas unter der Oberkante der Beton-Silowand 30' wird eine Mischung aus organischer Masse in wäßriger Lösung von einer Population aus methan-produzierenden Bakterien zu Biogas vergärt. Die Gasproduktionsleistung schwankt je nach Qualität und Masse des organischen Brennstoffs, nach Art und Umfang der Bakterienkultur, nach Temperatur, ph-Wert, chemischen Zusätzen ("Stützmitteln") und anderen Randbedingungen.
Die Differenzen zwischen der fluktuierenden Produktion und dem Gasverbrauch eines angeschlossenen Gasverbrau- chers, z.B. ein über eine Gasleitung angeschlossenes Blockheizkraftwerk in Form eines Gasmotors mit Generator, müssen gepuffert werden. Das ist die Aufgabe des Gasspeichers 30. Letzterer wird gebildet aus der inneren Membranhaut 31' und dem Silorestraum zwischen dem Mischungsfüllstand und der Silooberkante. Die flexibel aufgehängte innere Membranhaut 31' bewegt sich je nach Gasmenge im Speicher 30 zwischen einer Minimumkontur (in der Figur 4 durchgezogene Linie) und einer Maximumkontur (in der Figur 4 gestrichelte Linie) . Wenn die Membranhaut 31' zwischen diesen Grenzlinien wandert, hält sie den Gasdruck konstant auf der Höhe des Außenluftdrucks in der Umgebung des Fermenter-Silos. Steigt die Gasmenge nach Erreichen der Maximumkontur weiter, entsteht im Vergleich zum .Umgebungsluftdruck ein Überdruck, der z.B. maximal 2 mbar betragen darf. Der Innendruck wird von einem Drucksensor überwacht, der z.B. von der weiter oben beschriebenen Art sein kann. Schrumpft die Gasmenge, nachdem die Minimumkontur erreicht ist, weiter, dann bildet sich relativ zum Umgebungsluftdruck ein Unterdruck, der maximal -0,5 mbar betragen darf. Auch das registriert der Drucksensor.
Bewegt sich die innere Membranhaut 31' zwischen ihren Grenzlinien, kann der Drucksensor nichts erkennen, weil der Druck konstant bleibt. In diesem Bereich kann aber ein Sensor für die Beobachtung der Speicherkontur die Entwicklung des Gasvorrats kontrollieren.
Beide Sensoren im Verbund erlauben eine vollständige Überwachung der Gasvorratsveränderung. Die vollständige und ununterbrochene Beobachtung der veränderlichen Gas- vorratsmenge ist wichtig aus Gründen der Sicherheit (Explosionsschutz) und der Wirtschaftlichkeit. Wenn die Gasentwicklung dynamisch registriert wird, kann der Gasverbrauch kurzfristig und in Zukunft von den beschriebenen Sensoren orientiert reagieren. Die Zufuhrdosierung des organischen Brennstoffs kann ebenfalls sensorgeführt, aber dann nur mittelfristig reagieren. Der Zeitverzug durch diesen Reaktionsverzug wird vom Speicher 30 abgepuffert. Flexibler Verbrauch und Speicherpuffer fangen im Idealfall die Veränderungen der Gasproduktion soweit ab, daß es nicht mehr notwendig ist, wie heute bei Überdruck Gas abzublasen. Letzteres ist umweltschädlich und unwirtschaftlich.
Die Bewegungen der inneren Membranhaut 31' werden bei der Einrichtung nach Figur 4 auf ein Kunststoffseil 45 übertragen, das an der inneren Membranhaut 31' befestigt ist, wie in der Figur 4 dargestellt. Hebt sich die Membranhaut 31', dann läuft das Seil 45 über eine auf dem Membrandach 31 angeordnete Umlenkrolle 45' nach außen und wird von einem Gegengewicht 47 (unten rechts in der Figur 4) nach unten gezogen. Fällt die Membranhaut 31' zurück, dann übersteigt ihr Teilgewicht am Seil 45 die Last des Gegengewichts 47 und das Seil 45 läuft in umgekehrter Richtung wieder in das Innere des Speichers 30 zurück.
Diese Seilbewegungen werden von einem Näherungsschalter 46 nachgefahren, der über dem Gegengewicht 47 am Seil 45 hängt. Auf seinem Weg begegnet der Näherungsschalter 46 ortsfesten Signalgebern 46' aus Metallringen oder Metallblöcken. Die Signalgeber 46' erzeugen in Abhängigkeit vom Seilweg und damit vom gespeicherten Gasvorrat eine Folge von digitalen SchaltSignalen. Es ist, wie dargestellt, vorteilhaft, eine Vielzahl passiver Signalgeber 46' stationär entlang des Seilweges zu plazieren und einen aktiven Näherungsschalter 46, z.B. als Induktivsensor, am Seil 45 zu befestigen. Die elektrische Versorgung des Näherungsschalters 46, ebenso wie die Signalübertragung, wird in das Seil 45 gelegt. Noch einfacher ist es, ein mehradriges Kabel anstelle des Seils 45 auch zur mechanischen Verbindung zu verwenden.
Auch dem Speicher 30 gemäß Figur 4 ist ein hier nicht dargestelltes System mit einem Prozessor zur Erfassung und Auswertung der Meßsignale und zur bedarfsweisen Auslösung von Regelvorgängen zugeordnet .

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (40) zur Beobachtung der Kapazitätsauslastung eines Gasspeicherbehälters, insbesondere eines Niederdruckgasspeichers, in Relation zu seiner Umgebung und mit mindestens einer Verbindung in die Umgebung hinein, wobei mit der Einrichtung (40) eine veränderliche Speicherlast erkennbar und zweckdienlich behandelbar ist, g e k e nn z e i c hne t du r c h - wenigstens einen Sensor (41, 41') mit dem die Gasbelastung und -auslastung des Speichers (30) als Speicherlast erfaßbar ist und durch den speicherlastabhängige elektrische Meßsignale erzeugbar sind, und - wenigstens ein elektrisch ansteuerungsfähiges, mit dem Sensor (41, 41') verbundenes System, mit dem in Reaktion auf die Meßsignale bei Bedarf die Speicherlast abbaubar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens einen Druckmeßsensor (41) und/oder wenigstens einen Volumenmeßsensor (41') als Sensor (en) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor (41, 41') ein berührungslos arbeitender Störfeldsensor ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Absicherung des Speicherbehälters (30) gegen Überdruck und gegen Unterdruck im Speicher (30) relativ zum umgebenden Luftdruck ausgelegt ist und einen das Innere des Speichers (30) und die äußere Umgebung (14) verbindenden Druckausgleichskanal (32) umfaß, der in einem Grundzustand geschlossen und bei Über- oder Unterdruck geöffnet ist, wobei der wenigstens eine Druckmeßsensor (41) den Gasdruck im Speicher (30) erfaßt und druckabhängige elektrische Druckmeßsignale erzeugt, wobei wenigstens ein elektrisch-pneumatischer oder elektrisch-hydraulischer oder elektrischmechanischer Aktor (25, 26) nach Maßgabe der Druckmeßsignale betätigbar ist und wobei im Druckausgleichskanal (32) ein durch den Aktor (25, 26) zwischen zumindest einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbares Verschlußorgan (24) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmeßsensor (41) ein einerseits mit dem Inneren des Speichers (30) und andererseits mit der umgebenden Atmosphäre (14) verbundenes U-Rohr (1) mit einer Flüssigkeitssäule (2) mit einem wandernden Flüssigkeitsspiegel als Meßsignalwandler umfaßt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des wandernden Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule (2) selbst oder mittels eines in der Flüssigkeitssäule (2) schwimmenden Meßkörpers (3) die Ausbreitung eines physikalischen Feldes (7) in definierter Abhängigkeit von einem Hubfortschritt des Flüssigkeitsspiegels oder Meßkörpers (3) verän- derlich störbar ist und wobei die ausgewertete Störung des Feldes (7) das Druckmeßsignal ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Feld (7) ein elektrisches oder elektromagnetisches oder akustisches oder sichtbares optisches oder unsichtbares optisches Feld (7) mit im wesentlichen senkrecht zu einem Hubweg der Flüssigkeitssäule (2) verlaufenden Feldlinien und mit einer zumindest annähernd radialsymmetrischen Verteilung um den Hubweg der Flüssigkeitssäule (2) herum ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr (1) aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht und daß außerhalb des U-Rohrs (1) mindestens je eine Induk- tions-Senderspule (6) und Induktions-Empfängerspule (5) angeordnet ist, mit denen unterschiedliche Lagen (8, 9, 10) der wandernden Flüssigkeitssäule (2) selbst oder des mit der Flüssigkeitssäule (2) wandernden Meßkörpers (3) induktiv erfaßbar und differenzierbar sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle jeder Spule (5, 6) je eine Ummantelung (5', 6') aus einschichtiger Metallfolie am U- Schenkel des U-Rohrs (1) angebracht ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ummantelung (5', 6') das U-Rohr (1) vollständig oder teilweise umfaßt und daß die Ummantelungen (5', 6') entweder der Höhe des U-Rohrs (1) folgend übereinander liegen oder als Halb- oder Teilschalen einander gegenüber liegen.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Induktions- Senderspule (6) oder der Ummantelung (6') ein Interferenz-Hochfrequenzfeld erzeugbar ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine stehende Welle des Interferenz-Hochfrequenzfeldes durch die wandernde Flüssigkeitssäule (2) oder den wandernden Meßkδrper (3) im U-Rohr (1) so beeinflußbar ist, daß eine lange fein aufgelöste Folge von Flüssigkeitspegelständen (8, 9, 10) mittels einer einzigen Induktions-Empfängerspule (5) oder Ummantelung (5') detektierbar ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr (1) einen möglichst kleinen, Kapillareffekte noch vermeidenden und bei Verwendung eines Meßkörpers (3) für dessen Aufnahme mit Bewegungsspiel ausreichenden Querschnitt aufweist und daß eine das U-Rohr (1) mit dem Inneren des Speichers (30) verbindende Gasdruckzuführleitung (11) einen noch kleineren Querschnitt als das U-Rohr (1) aufweist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr (1) U-Schenkel mit unterschiedlichem inneren Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt des mit der umgebenden Atmosphäre (14) verbundenen U-Schenkels kleiner ist als der Querschnitt des anderen, mit dem Inneren des Speichers (30) verbundenen U-Schenkels.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr (1) U-Schenkel mit unterschiedlicher Winkelstellung relativ zur Vertikalen aufweist, wobei ein Anstellwinkel des mit der umgebenden Atmosphäre (14) verbundenen U- Schenkels flacher ist als der Anstellwinkel des anderen, mit dem Inneren des Speichers (30) verbundenen U-Schenkels.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Inneren des Speichers (30) verbundene U-Schenkel des U-Rohrs (1) vertikal nach oben weisend ausgerichtet ist und daß der andere, mit der umgebenden Atmosphäre (14) verbundene U- Schenkel des U-Rohrs (1) schräg nach oben weisend ausgerichtet ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmeßsensor (41) Mittel zur Erfassung des Volumens der Flüssigkeitssäule (2) im U-Rohr (1) und Mittel zur selbsttätigen Ergänzung des Volumens der Flüssigkeitssäule (2) bei Erreichen eines unteren Volumengrenzwertes umfaßt.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Volumens der Flüssigkeitssäule (2) im U-Rohr (1) die mit dem Inneren des Speichers (30) verbundene Seite des U-Rohrs (1) vorübergehend umschaltbar ist auf eine Verbindung zur umgebenden Atmosphäre (14) und daß in dieser Schalt- Stellung die Lage des Flüssigkeitsspiegels als Volumenmeßsignal erfaßbar und auf das Erreichen des unteren Volumengrenzwertes überprüfbar ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmeßsensor (41) ein Flüssigkeitsre- servoir (16) umfaßt, aus dem bei Erreichen des unte- ren Volumengrenzwertes durch ein elektrisch nach Maßgabe des Volumenmeßsignals schaltbares Ventil (15) selbsttätig Flüssigkeit in das U-Rohr (1) einleitbar ist.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (24) im Druckausgleichskanal (32) eine verstellbare Platte oder eine verschwenkbare Klappe ist.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (24) in Öffnungsrichtung durch die Schwerkraft seines eigenen Gewichts oder eines Betätigungsgewichts und in Schließrichtung durch den Aktor (25, 26) verstellbar ist .
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Verschlußorgan (24) enthaltender Abschnitt des Druckausgleichskanals (32) in einem außerhalb des Speichers (30) positionierten Gehäuse (28) untergebracht ist und daß das Innere des Gehäuses (28) und das darin befindliche Verschlußorgan (24) durch eine Gehäusetür (28') zugänglich sind.
23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (25, 26) in einem Aktorgehäuse aus rostfreiem Stahl untergebracht ist und/oder daß die Teile des Aktors (25, 26) aus rostfreiem Stahl bestehen.
24. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Teil des Aktors (25, 26) bildender pneumatischer oder hydraulischer Hubzylin- der (26) und ein einen weiteren Teil des Aktors (25, 26) bildendes, den Hubzylinder (26) beaufschlagendes elektropneumatisches oder elektrohydraulisches Ventil (25) außerhalb des das Verschlußorgan (24) enthaltenden Gehäuses (28) angeordnet sind.
25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) einen speicherseitigen Kanalanschluß (23) und einen atmosphärenseitigen Kanalanschluß (27) aufweist, daß das Verschlußorgan (24) am oder nahe dem speicherseitigen Kanalanschluß (23) angeordnet ist und daß der Aktor (25, 26) oder ein mit dem Verschlußorgan (24) unmittelbar verbundener Teil des Aktors (25, 26) auf der Atmosphärenseite (27') des Verschlußorgans (24) im Gehäuse (28) liegt.
26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (24) ein durch den Aktor (25, 26) gesteuert aufblasbarer und entlüftbarer Balg ist, der im Druckausgleichskanal (32) angeordnet ist und der im expandierten Zustand den Kanal (32) verschließt und im entlüfteten, geschrumpften Zustand den Durchfluß durch den Kanal (32) freigibt.
27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr (1), die Gasdruckzuführleitung (11) und eine das Ventil (25) mit dem Hubzylinder (26) verbindende Druckmediumleitung (25') aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen.
28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasdruckzuführlei- tung (11) ein in seiner Grundstellung offenes und bei Auftreten gefahrverursachender Zustände der Einrichtung (1) selbsttätig in Schließstellung umschaltendes Absperrventil vorgesehen ist.
29. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenmeßsensor (41') ein Sensor ist, durch den eine Konturausdehnung oder -Schrumpfung eines als Speicher (30) dienenden Membranspeichers erfaßbar ist.
30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membranhaut (31') des Membranspeichers (30) durch Änderungen des Gasvolumens im Membranspeicher (30) in eine als Volumenzuwachs oder Volumenabnahme erkennbare Richtung bewegbar ist, daß durch die Bewegung der Membranhaut (31') im Volumenmeßsensor (41') ein elektrisches Meßsignal erzeugbar ist, daß das elektrische Meßsignal als elektrisch dargestellte Information an einen dem Speicher (30) nachgeordneten Gasverbraucher übermittelbar ist und daß auf der Seite des Gasverbrauchers die übermittelte Information durch einen Leistungsregler des Gasverbrauchers in eine gasvorratsorientierte Änderung des aus dem Speicher (30) entnommenen Gasstroms so umsetzbar ist, daß Gasvorrat und Gasabnähmeström immer gleichsinnig und mit geringem oder ohne Zeit- versatz wachsen oder fallen.
31. Einrichtung nach Anspruch 29 oder 30, gekennzeichnet durch mindestens einen als Volumenmeßsensor (41') ' dienenden mechanischen Taster, durch den die Lage der Membranhaut (31') an einem oder mehreren signifikanten Punkten abgreifbar ist und durch den ein elektrisches Meßsignal entweder kontinuierlich analog oder diskret digital erzeugbar ist .
32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Taster als an der Membranhaut (31') befestigtes Seil (45) ausgebildet ist.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (45) einen elektrischen Näherungsschalter (46) trägt, der auf seinem Weg am mit der Membranhaut (31') bewegten Seil (45) von entlang dieses Weges angeordneten metallischen Signalgebern (46') erregbar ist.
34. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versorgungs- und Kommunikationskabel des Näherungsschalters (46) gleichzeitig das den Näherungsschalter (46) tragende Seil (45) bildet.
35. Einrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle für ein physikalisches Feld vorgesehen ist, mit der ein Feld mit Feldlinien im wesentlichen senkrecht zu einem Bewegungsweg der Membranhaut (31') und mit einer an eine Speicherform zumindest annähernd angepaßten räumlichen Feldverteilung erzeugbar ist, daß das Feld in einer definierten Abhängigkeit von einer Volumenänderung des Speichers (30) durch die bewegte Membranhaut (31') veränderlich störbar ist und daß eine ausgewertete Feldstörung das Meßsignal darstellt.
36. Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Feld ein elektrisches oder elektromagnetisches oder akustisches oder sichtbares optisches oder unsichtbares optisches Feld ist.
37. Einrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal integral aus der Feldstörung erzeugbar ist.
38. Einrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß ein diffus arbeitender akustischer Sender vorgesehen ist und daß ein akustischer Empfänger vorgesehen ist, mit dem ein von einem Restraum (34) zwischen der bewegten, inneren Membranhaut (31') des Speichers (30) und einer äußeren Dachmembran (31) des Speichers (30) reflektiertes akustisches Gesamtecho aufnehmbar und als Meßsignal ausgebbar ist .
39. Einrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß als Feldquelle eine Quelle vorgesehen ist, mit der ein gerichtetes, einen oder mehrere Punkte oder Ausschnitte der Membranhaut (31') anpeilendes Feld erzeugbar ist, und daß ein eine reflektierte Feldwelle empfangender und deren Reflexionsstärke und/oder Phasenverschiebung auswertender und als Meßsignal ausgebender Feldempfänger vorgesehen ist.
40. Einrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das gerichtete Feld ein Ultraschallfeld ist und daß die Feldquelle und der Feldempfänger in einem Ultraschallsensor zusammengefaßt sind.
41. Einrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem gerichteten Feld angepeilten Punkte oder Ausschnitte der Membranhaut (31') als spiegelartige Reflexionsflächen mit einer Folie aus Metall oder aus anderen reflektierenden Stoffen ausgeführt sind.
42. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komplementärraum mit einer unbeweglichen Außenschale um den Speicherraum gelegt ist, daß der Komplementärraum über einen definierten Durchlaß in der Außenmembrane mit der Umgebung verbunden ist und daß an oder in dem Durchlaß eine Volumenmeßeinrichtung angeordnet ist, mit der die Luftbewegung gemessen werden kann, während sich die Speicherkontur unter der Außenschale durch Bewegung der inneren Membranhaut (31') verändert.
43. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40) einen digitalen Prozessor (12) als Teil des Systems umfaßt .
44. Einrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (12) ein programmierbarer Mi- krocontroller ist, der für die Meßsignalerfassung und -Überwachung, für die Steuerung und Kontrolle der Einrichtung (40) und als Feldgenerator nutzbar ist .
45. Einrichtung nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Prozessor (12) das physikalische Feld/die physikalischen Felder (7) digital erzeugbar ist/sind.
46. Einrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Prozessors (12) eine Hysterese zwischen einem ansteigenden Ver- lauf und einem fallenden Verlauf der Meßsignale rechnerisch kompensierbar ist.
47. Einrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Prozessors (12) Meßsignalwerte über ein vorgebbares Zeitfenster kumulierbar sind und daß aus den kumulierten Meßsignalwerten ein gemittelter Meßsignalwert berechenbar ist .
48. Einrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (12) einen Programm- und Datenspeicher umfaßt und daß mittels des Prozessors (12) in einstellbaren Zeitintervallen ein Kontrolldurchlauf der Funktionen der Einrichtung (40) durchführbar ist und daß dabei festgestellte Fehler oder Ausfälle unverlierbar im Datenspeicher protokollierbar und/oder selbsttätig behebbar sind und/oder daß von der Einrichtung (1) festgestellte Beobachtungsereignisse im Datenspeicher protokollierbar und später aus dem Datenspeicher abrufbar sind.
49. Einrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenspeicher ein Echtzeitdatenspeicher ist, in den alle Meßsignale aus der Speicherbeobachtung in Echtzeit und synchron mit ihrem kontinuierlichen Ablauf einspeicherbar sind, und daß eine informationstechnische Datenbank vorgesehen ist, in der die Daten des Echtzeitdatenspeichers als Gesamtereignisprotokoll für eine spätere Musterauswertung speicherbar sind.
50. Einrichtung nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere weitere Sensoren umfaßt, mit denen relevante Umgebungsparameter, insbesondere pH-Wert und/oder Temperatur im Gasspeicher (30) , als Meßsignale erfaßbar sowie auswertbar und/oder speicherbar sind.
51. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch hardware- und/oder softwaremäßig eingerichtete Schnittstellen mit ausreichender Impedanz und Belastbarkeit zur elektrisch formatierten Weitergabe von Signalen des Druck- und/oder Volumenmeßsensors (41, 41') und in umgekehrter Richtung zum Empfang von mit den eigenen Signalen verknüpfbaren fremden elektrischen Signalen.
52. Einrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (12) Schnittstellen (17 bis 21) aufweist, über die zumindest Hinweise für das Ein- und Ausschalten von Gasverbrauchern hinter dem Gasspeicher (30) und Informationen für eine Wartung und/oder Sicherheitsbeobachtung der Einrichtung (40) ausgebbar und mittels wenigstens einer nachgeschalteten, dem Prozessor (12) zugeordneten oder entfernt angeordneten Anzeigeeinheit (22) optisch und/oder akustisch anzeigbar sind.
53. Einrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (12) eine Schnittstelle aufweist, über die ein Meßwert für eine Stromstärke eines elektrischen Stroms eingebbar ist, der von einem dem Gasspeicher (30) nachgeschalteten, mit Gas aus dem Gasspeicher (30) betriebenen Stromerzeuger erzeugt ist, und daß im Prozessor (12) kontinuierlich die im Gasspeicher (30) erzeugte Gasmenge und die vom Stromerzeuger erzeugte Strommenge erfaßbar, speicherbar und auswertbar sowie für eine Beschik- kungsSteuerung einer den Gasspeicher (30) umfassenden Biogasanlage mit Biomasse nutzbar sind.
54. Einrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 53, gekennzeichnet durch eine virtuell integrierte Plattform für verteilte Anwendungen mit paralleler Erfassung und Aufzeichnung der Meßsignale mehrerer räumlich verteilter Signalsender und mit paralleler Ausgabe von Steuersignalen an mehrere räumlich verteilte Signalempfänger.
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