WO2008031600A2 - Apparatus and method for generating energy - Google Patents

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WO2008031600A2
WO2008031600A2 PCT/EP2007/007993 EP2007007993W WO2008031600A2 WO 2008031600 A2 WO2008031600 A2 WO 2008031600A2 EP 2007007993 W EP2007007993 W EP 2007007993W WO 2008031600 A2 WO2008031600 A2 WO 2008031600A2
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buoyancy
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Josef Moser
Klaus MÄRTEN
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Josef Moser
Maerten Klaus
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for generating energy, in particular from the fermentation of biological material.
  • Such processes are becoming increasingly important in order to reduce CO 2 emissions and to ensure a sustainable energy supply, in particular based on renewable raw materials.
  • manure and / or renewable raw materials are used as biological material.
  • the containers usually have a cap made of a flexible membrane, under which the gas accumulates and can then be discharged.
  • the gas thus generated is then subjected to e.g. burned in diesel engines, which in turn drive generators and thus generate electrical energy
  • Object of the present invention is therefore to provide a device and a method for generating energy in particular from the fermentation of biological material available, which has a high efficiency and optimally uses the resources supplied.
  • the energy from the gas pressure and / or the buoyancy of the gas produced during the fermentation is recovered and / or used in the present invention. While in prior art devices only the chemical energy stored in the gas is utilized by combustion, the present invention utilizes, in addition to the chemical energy, the mechanical energy contained in the gas pressure and / or buoyancy of the gas produced during the fermentation is. In this way, the efficiency of the device according to the invention can be significantly increased compared to the prior art.
  • This energy from the gas pressure and / or the buoyancy of the gas can either be obtained and used, for example, to generate electricity, or already be used in the device, for example for driving device-specific elements.
  • the device according to the invention in this case has a closed container for receiving a liquid in a lower region and for receiving gas in an upper region, as well as buoyancy bodies, which are arranged movably in the closed container.
  • the liquid may comprise water, water with additives or material to be fermented, in particular biological material which is present in the liquid.
  • the buoyancy bodies are advantageously at least partially in the lower, liquid-filled area. In the buoyancy bodies, the gas produced during the fermentation collects and gives the buoyancy bodies an increased buoyancy compared to the liquid so that they move. The kinetic energy of the gas or of the buoyant bodies can then be obtained and / or used in the present invention.
  • the buoyancy bodies can absorb gas released during the fermentation and release it again.
  • the buoyancy of the buoyancy body increases by the absorption of the gas, while the buoyancy of the buoyant body by the discharge of the gas decreases again.
  • the buoyancy force acting on the buoyant bodies changes accordingly and moves the buoyancy bodies.
  • the reception and delivery of the gas takes place advantageously cyclically, so that there is a cyclical movement of the buoyancy body. From such a cyclic movement can then be used in a particularly simple manner for energy.
  • the buoyancy bodies are at least partially movable into the lower region and can absorb gas formed during fermentation at least in a partial region of the lower region. So while they absorb the gas produced in the fermentation in the lower part, the buoyancy bodies are located below the surface of the liquid and thus obtain by the absorption of the gas the corresponding buoyancy.
  • the buoyancy bodies are at least partially movable in the upper region and can deliver absorbed gas there.
  • the buoyancy of the buoyant body decreases by the release of the gas, making it easier to move back into the lower area with the liquid.
  • the gas is then collected in the upper portion of the closed container and is there ready for further combustion, for example in a diesel engine, as is well known in the art.
  • the buoyancy bodies are arranged on a support structure through which they are advantageously alternately at least partially movable from the lower region in the upper region and vice versa.
  • a movement of the carrier structure advantageously results in a cyclical movement of the individual buoyant bodies.
  • the buoyancy bodies receive gas on one side of the support structure and thereby gain buoyancy which moves the support structure, they advantageously move down the opposite side after releasing the gas and thereby having less lift.
  • the support structure is used for discharging the mechanical energy generated by the buoyancy bodies.
  • the mechanical energy can be bundled from the buoyancy of the buoyancy body on the support structure and translated into a uniform movement, from which in turn energy can be obtained.
  • the device according to the invention comprises means for generating electricity from the movement of the support structure, in particular a generator driven by the support structure.
  • a generator driven by the support structure.
  • the support structure according to the invention comprises a revolving conveyor belt, on which the buoyancy bodies are arranged.
  • the buoyancy bodies thus transfer the kinetic energy from the buoyancy of the gas produced during the fermentation to the circulating conveyor belt, which on the other hand transports the buoyancy bodies not filled with gas back down into the liquid.
  • the circulating conveyor belt advantageously has a vertical plane of movement, ie the buoyant bodies move on one side of the circumferential conveyor belt. move conveyor belts upwards while moving them down the other side.
  • the support structure can advantageously form a rotor with the buoyancy bodies.
  • the buoyancy of the buoyancy bodies is converted into a rotational movement, which can be easily picked off on the axis of the rotor.
  • the axis of the rotor is aligned substantially horizontally.
  • the buoyancy bodies thus essentially move in a circular path, absorbing gas during the upward movement and thus gaining buoyancy, while they are emptied before the downward movement and thus lose their buoyancy. Overall, this gives a rotational movement of the rotor, which can be used, for example, for generating energy or for stirring the liquid in the container.
  • the closed container in the upper region of a flexible membrane, so that the volume of the closed container can change. This makes it possible to collect the resulting gas during fermentation in the upper region of the closed container, which can change its volume for this purpose.
  • the device according to the invention in this case has a particularly advantageous embodiment, in which at least in the lower region of the container, a support structure is arranged, which buoyant body has forming container with variable volume.
  • a support structure is arranged, which buoyant body has forming container with variable volume.
  • the biological material introduced into the fermentation containers undergoes fermentation to release gas, thereby increasing the volume of the fermentation containers.
  • the support structure with the fermentation tanks is located substantially below the water surface, the fermentation tanks generate more and more buoyancy, the longer the fermentation takes place.
  • This buoyancy in turn causes the support structure to move, so that in addition to the gas for the production of energy and the mechanical energy from this movement can be used.
  • This increases the energy yield of the invented to the device according to the invention.
  • by using several fermentation tanks on the support structure of the individual fermentation tanks turn out smaller, so that it can be dispensed with a stirrer, which itself would have a large energy needs.
  • the fermentation tanks are articulated about a horizontal axis rotatably mounted on the support structure.
  • the fermentation tanks can thus always align horizontally even with a movement of the support structure, so that, for example, an area for receiving the material to be fermented always points downwards, while a usually less stable running area for expanding the volume of the fermentation tank aligns upward.
  • the fermentation tanks are arranged on a rotor whose axis of rotation is aligned substantially horizontally.
  • the fermentation tanks can be filled by this arrangement with biological material when they are in a position above the axis of rotation of the rotor.
  • the subsequent downward movement of the fermentation tank around the axis of rotation of the rotor around the fermentation process must first start so that no gas or at least only a small amount of gas is formed in the fermentation tanks during this phase.
  • the amount of gas increases steadily while the containers rotate with the rotor about the substantially horizontal axis of rotation of the rotor, so that the fermentation vessels, which move up, contain much more gas and thus have a much larger volume than they opposite container.
  • the rotor rotates about its axis of rotation. This rotation can now be used to generate energy.
  • the rotor is extremely slow rotating and generates the energy due to the very high torque.
  • the containers filled with gas return to a position above the axis of rotation of the rotor, the gas is released and the biological material is exchanged if necessary.
  • the fermentation tanks extend parallel to the axis of rotation of the rotor and are arranged around them.
  • the fermentation tanks are located between two lateral rotor elements in a circular, dense arrangement. The volume of the fermentation tanks can be increased by increasing their cross-section and length, whereby the diameter of the rotor and the length of the axis must change accordingly.
  • the fermentation tanks advantageously have the form of cut-pipe segments, so that they are on the one hand very stable and on the other hand easy and inexpensive to produce.
  • the fermentation tanks are advantageously rotatably mounted on the rotor, so that they rotate automatically during the movement of the rotor by its own weight.
  • heating elements for heating the liquid present in the container are arranged in the device according to the invention in the lower region of the closed container. These heating elements thus heat the water surrounding the fermentation tanks, which in turn brings the fermentation tanks to the optimum fermentation temperature.
  • a control is provided which keeps the temperature of the water between 37 and 39.5 ° C. This ensures that the biological material in the fermentation tanks is optimally fermented. Shortly after filling the fermentation tank, they have not yet reached the necessary temperature for fermentation, so that only very little gas is generated at the beginning. This is an advantage, as the fermentation tanks still have very little buoyancy during the downward movement and only come to optimum fermentation temperature over time. The subsequent strong gas evolution thus essentially takes place when the fermentation tanks are already in the upward movement again. The enlarged by the gas volume of the fermentation tank then provides buoyancy, which moves the support structure.
  • Such heating elements are also advantageous regardless of the design of the buoyancy bodies and can e.g. heat biological material directly introduced into the closed container.
  • the heating elements are operated via the waste heat from the combustion of the gas generated during the fermentation, for example in engines.
  • engines usually diesel engines, then power generators that produce electricity.
  • the waste heat generated during combustion, for example, from the exhaust gases of the engines can be used only insufficient, while it can be used in the inventive device for heating the water in the container and thus for heating the fermentation tank.
  • the fermentation containers according to the invention have a flexible membrane, through which the volume of the fermentation containers can change. So arises in a fermenter gas from the fermentation of biological material, the flexible membrane expands, thus increasing the volume of the fermentation tank.
  • the flexible membrane must of course be made gas-tight and consists for example of a film of rubber or a suitable plastic. So you can easily provide a fermenter with variable volume.
  • the underside of the fermentation container has the shape of a cylinder cut open along its longitudinal axis, the flexible membrane can be stretched over the opening thus created and expands upwards in a semicylinder shape due to the gas produced during the fermentation.
  • the flexible membrane is mounted in a frame through which the fermentation tank can be opened and sealed again.
  • the frame can be opened with the flexible membrane.
  • the fermentation tank must be watertight sealable, so that no water penetrates into the fermentation tank located during the fermentation phase.
  • the fermentation tank should also be closed gas-tight, so that the accumulated gas does not escape, but by its buoyancy moves the rotor.
  • devices for filling and emptying the fermentation tanks are provided in the device according to the invention. About these devices leaves to fill the biological material in the fermentation tank and remove it again after fermentation.
  • These devices are advantageously hose or pipe constructions which communicate with a pumping unit.
  • the rotor of the device according to the invention is arranged so that the fermentation containers can be moved in the upper region of the closed container above the water level. While the fermentation tanks are therefore most of the time below the water surface, they can also be moved out of the water, advantageously in the area which is provided for receiving gas. Here, the containers can then be much easier emptied and filled than below the water surface.
  • the devices for filling and emptying the fermentation tanks are arranged in the upper region of the closed container above the water level.
  • the filling and emptying is done advantageously automatically, since in this area the gas generated by the fermentation is collected and this is therefore not accessible to people.
  • the fermentation tanks comprise devices for draining the gas generated by the fermentation.
  • the fermentation tanks can be either completely emptied depending on the design, or these devices can be used to drain during the downward movement of the fermentation tank already forming gas, so as to prevent the buoyancy of the fermentation tank in this phase.
  • these devices can be used to control the rotational movement by the volume of the fermentation tank is set by the discharge of gas.
  • the device according to the invention comprises a Vorgär employer for pre-fermentation of the biological material, wherein a device for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material is provided in the Vorgär electer the leaving liquid, in particular in particular a sieve, a filter or a Zermahlvorraum.
  • the biological material is pre-fermented together with water in a Vogärbe- container, but the particle size of the biological material remains too large or the biological material is poorly mixed with the water, so that then in the subsequent fermentation step biological material are moved by the upwardly moving gas bubbles to the surface of the fermenting liquid. This quickly forms a solid layer of suspended particles which impairs fermentation.
  • the inventive device for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material this is effectively prevented, so that can be dispensed with in the present invention, the use of a cost and energy intensive agitator for dissolution of the layer.
  • This is particularly useful in the present invention, since agitators can be dispensed with here in the fermenting containers arranged on the rotor and so a particularly energy-saving and compact arrangement is possible.
  • the device according to the invention for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material in the Vorgär hereer leaving liquid is designed so that during the subsequent Vergär intimids no layer of suspended matter on the surface of the liquid forms, which during fermentation forming gas in the liquid.
  • the screen is designed accordingly, so that it passes only correspondingly small particles.
  • the device according to the invention has a further advantageous embodiment, in which the buoyancy bodies form open receptacles for the gas to one side.
  • the rising in the liquid in the lower region of the closed container gas collects in the recordings of the drive body and thus increases the buoyancy of the buoyancy bodies when the buoyancy bodies are arranged with the opening facing downwards.
  • the outer sides of the buoyancy bodies have a convex shape.
  • the gas rising in the liquid can not collect in the buoyant body when the convex outside faces down.
  • the buoyancy bodies are furthermore arranged substantially perpendicular to their direction of movement. This allows the buoyancy bodies to point downwardly, with the convex outer side downwards, while pointing upwards with the opening of the gas intake for downward movement to absorb gas.
  • the buoyancy bodies are arranged on a support structure such that they can be moved upward by moving the support structure with the convex outer side facing downward and with the convex outer side facing upward.
  • the support structure is moved overall by the buoyancy of the gas collecting in the buoyant bodies.
  • the buoyancy bodies are attached to a revolving conveyor belt so that their orientation changes with the direction of movement of the conveyor belt.
  • the buoyancy bodies are rigidly attached to a rotor and in particular form a paddle wheel.
  • the closed container forms a fermentation container, in particular for receiving the biological material in its lower region.
  • the biological material in this ascending gas, it accumulates in the gas which is opened to one side. took the buoyant body and moves it through. The movement of the buoyant bodies can thus simultaneously move the material to be fermented.
  • the device according to the invention furthermore has a particularly advantageous embodiment, which has a fermentation tank and an agitator arranged in the fermentation tank, wherein the agitator is moved by the gas pressure and / or the buoyancy of the gas produced during the fermentation.
  • the gas pressure and / or the buoyancy of the gas can be used directly for stirring the present in the fermentation tank to be fermented material, so that a separate drive for the agitator can be omitted.
  • significant energy savings are possible compared to the prior art.
  • the buoyancy bodies preferably form the agitator for the fermenting material in interaction with the support structure.
  • the buoyancy then move by their buoyancy the agitator and move so the fermenting material.
  • the closed container has an outlet element for gas in the lower region. From this outlet element can then flow out of the gas supplied and accumulate in the located in the lower part of the closed container in a liquid buoyancy elements, which are thereby moved.
  • the outlet element for the gas is arranged below the buoyancy elements in the region in which the receiving side of the buoyancy elements is oriented substantially downwards.
  • the effluent gas from the outlet can be optimally used to move the buoyancy elements.
  • no outlet for the gas is provided, since the gas flowing out here would uselessly flow up past the outlet elements.
  • the device according to the invention further comprises a fermentation tank in particular for the fermentation of biological material and gas lines for supplying the resulting gas in the fermentation tank to the outlet.
  • the resulting gas in the fermentation tank can be collected and flows through the resulting gas pressure via the gas line to the outlet in the closed container, from where it rises in the liquid and moves the buoyancy elements.
  • the closed container is filled in its lower region with a liquid, in particular with water, in which advantageously the specific gravity of the liquid-increasing additives are mixed. It is conceivable, for example, to increase the specific gravity of the liquid by adding sugar solution, salts or metal particles which are soluble in the liquid, which results in greater buoyancy of the gas introduced into the liquid. It is also conceivable to use heavy water.
  • gas produced during the fermentation other gas such as natural gas or a liquid can be used which is lighter than the liquid located in the lower region of the closed container and does not mix with it. It is conceivable, for example, to use oil which is lighter than water and does not mix with it. This also generates a corresponding buoyancy in the buoyant body, which can be used as mechanical energy.
  • the present invention comprises an advantageous embodiment, which has a fermentation tank in particular for the fermentation of biological material and gas lines for the discharge of the resulting gas in the fermentation tank, wherein the derived gas drives a mechanical drive by its pressure.
  • the present invention comprises an advantageous device which has a fermentation tank, in particular for the fermentation of biological material and gas lines for the discharge of the gas formed in the fermentation tank, where the discharged gas conveys, by its pressure, a liquid from a lower-level container to a higher-level container, in particular by the gas driving a pump which pumps the liquid into the higher-level container.
  • the liquid drains from the higher tank via a downcomer and drives a turbine or generator.
  • the potential energy of the liquid can be reused, e.g. at peak times.
  • the pump is arranged in the lower-lying container and this lower-lying container has a dome for receiving the gas.
  • the gas flowing out of the pump can be collected in the dome and discharged for combustion.
  • the present invention also has a method for generating energy from the fermentation, in particular of biological material, which comprises the following steps:
  • the same advantages result from the inventive method as by the device according to the invention, since the use of the energy contained in the gas pressure and / or the buoyancy of the resulting gas, the efficiency over conventional systems can be significantly increased, which contains only the chemical contained in the gas Energy for example through Exploit burning.
  • both the mechanical energy contained in the gas pressure and / or the buoyancy of the gas and the chemical energy contained in the gas are utilized and / or recovered.
  • the biological material is advantageously inoculated with special bacterial strains.
  • the resulting during the fermentation gas is collected in buoyancy bodies, which are moved by the buoyancy of the gas. This kinetic energy can then be used or gained.
  • the kinetic energy of the buoyancy body is used to drive a generator, which provides electrical energy available.
  • the present invention further comprises a method for generating energy, in particular with one of the above-described apparatuses, comprising the steps of: filling a fermentation container, in particular with biological material, fermenting the biological material in the fermentation container so that the resulting gas increases the volume of the fermentation container, obtaining mechanical energy from the increase in volume of the fermentation tank, draining the gas from the fermentation tank, and at least partially removing the remaining biological material from the fermentation tank.
  • the fermentation tank is in the method according to the invention during the Vergärariaes below a water level, so that the increase in volume generated by the resulting buoyancy mechanical energy, in particular by the fact that the fermentation tanks move a rotor by their buoyancy.
  • the energy from the rotation of the rotor is also available.
  • the biological material filled in the fermentation tank is heated by the water surrounding the fermentation tank.
  • the fermentation tank is brought by the surrounding water to the optimum temperature for fermentation of about 37 to 39.5 ° C.
  • the water in the closed container is heated, in particular via the waste heat from the combustion of gas, in particular in an engine.
  • the rotational speed is a function of the expiring fermentation process in correlation with the virulence of the fermentation process and the time.
  • the duration of the fermentation process determines the number of rotations and the repetitive rhythm of emptying and refilling of the buoyant bodies.
  • the rotation takes place very slowly, in particular at a speed of less than 5 revolutions per hour. With a rotor diameter of 10m, one can assume in particular of one to two revolutions per hour during the fermentation process, with a very high torque being achieved.
  • the biological material remains in the fermentation tanks until the main fermentation process is substantially completed. After how many revolutions the biological material is exchanged, determined by the duration of the fermentation process and the rotational speed of the rotor.
  • the entire fermentation process is carried out during a single revolution, so that the biological material can be removed again after one revolution and optionally can be fed to secondary fermentation. This results in a particularly effective fermentation process, since special the newly filled biological material must be heated again over the water and so during the movement of the fermenter down little gas is generated, which would give the fermentation tanks in this phase undesirable buoyancy.
  • this step can also largely or completely be dispensed with, which simplifies the apparatus design of the fermentation tank.
  • the rotor will still rotate, since it is ensured by the construction according to the invention that the respective opposite fermenter, which moves upward, contains considerably more gas and thus has a larger volume and more buoyancy than the downwardly moving fermentation tank.
  • this also results in a poorer energy yield, since the remaining in the downwardly moving fermentation tanks gas inhibits the movement of the rotor.
  • the present invention comprises a method, in particular with one or more features of the method described above, comprising the steps of: pre-fermenting the biological material contained in a liquid, homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material in the liquid, in particular by sieving , Filtering and / or grinding, and fermenting the resulting liquid.
  • This method has the same advantages as the method described above. Direction, as in the fermentation so no layer of suspended particles on the liquid results, which would have to be removed again by a stirrer. This in turn increases the energy yield considerably and thus enables a very good efficiency. In particular, the CO 2 efficiency is thus improved considerably.
  • the biological material remaining during sieving and / or filtering is returned to the preliminary fermentation.
  • the sieved or filtered out biological material which either had too large a particle size or was not correspondingly homogenized by the sieves and / or filters, we hereby vorvergoren in the pre-fermentation again, so that the structure of the biological material continues to change, too this is correspondingly distributed homogeneously in the liquid or until the particle size has reduced accordingly or the biological material was changed by the pre-fermentation so that it can be homogenized by the sieves and / or filters according to or reduced in particle size accordingly.
  • the present invention further comprises an advantageous embodiment of the method according to the invention, in which the gas pressure and / or buoyancy of the rising gas in the fermentation tank is used to drive an agitator arranged in the fermentation tank.
  • This can thus agitate the fermenting material in the fermentation tank, which prevents the formation of a layer of suspended particles on the surface and thus increases the efficiency of the fermentation.
  • the gas rising in the fermentation tank collects in buoyant bodies arranged in the fermentation vessel and moves it in this way. Furthermore advantageously, the movement of the buoyant bodies further moves the fermenting material in the fermentation container, in particular the biological material.
  • the buoyancy body advantageously in conjunction with a support structure, even the stirrer of the fermentation tank. Energy not required for stirring the material contained in the fermentation tank can continue to be used for energy production, for example via a generator.
  • the resulting gas in the fermentation tank is collected and passed into another container in which it collects in buoyancy bodies arranged there and moves them so.
  • the movement of the buoyancy bodies can be used for the production of energy.
  • the further container is filled in a lower region with a liquid, in particular with water, in which advantageously the specific gravity of the liquid-increasing additives are mixed.
  • the gas produced in the fermentation tank can be collected and conveyed by its pressure a liquid from a lower-lying container in a higher-lying container, in particular by the gas drives a pump which pumps the liquid in the higher-lying container.
  • liquid drains from the higher tank via a downcomer and drives a turbine or generator. This also results in the advantages already described in connection with the device.
  • 1 shows a first embodiment of the present invention
  • 2 shows a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a third embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 is a schematic diagram of an alternative embodiment of the fourth embodiment.
  • the first embodiment shown in Fig. 1 is based on a closed insulated container 1 for receiving tempered water 21 in a lower region 2 and for receiving the escaping gas 23 in an upper region 3.
  • a longitudinal axis Rotor elements, between which are in a circular arrangement fermenter 12 with variable by gas pressure volume, which are buoyancy bodies.
  • the fermentation material introduced into the fermentation tank 12 fermented to release gas, which increases the volume of the fermentation tank closed with a membrane 14.
  • the fermentation tank 12 Since the fermentation tanks 12 are located on the rotor 10 except for one below the water surface 22, the fermentation tank 12 generate buoyancy; Here, in the fermentation tanks 12th Downstream forming gases discharged via a valve control and rise in the gas dome 5, so that the upward buoyancy can form fully effective energy. In the uppermost vertex above the water surface 22, the gas is discharged by opening the buoyancy body 12 and, if the fermentation process subsides, newly filled with fermentation material. The torque caused by the lift on the axle is then converted into electrical energy via a transmission and a generator. Alternatively, this arrangement could also be realized via a paternoster system, in which the fermentation tanks 12 are arranged on a revolving conveyor belt.
  • the temperature of the water is brought to 39 ° C and maintained.
  • the heating takes place by means of heating elements 7 via the waste heat of the biogas engines of the conventional biogas plant.
  • they are additionally filled with homogenized fermentation material, which provides a higher gas yield.
  • the first embodiment of the device according to the invention has a closed container 1, which can accommodate water 21 in a lower region 2 and is closed in the upper region 3 with a gas dome for receiving gas 23.
  • the closed container 1 has a solid structure 4, in which the water 21 can be filled.
  • the closed container 1 has a common gas dome made of a flexible membrane 5, under which the gas 23 accumulates and thus expands the membrane 5 upwards.
  • the closed container 1 still has a roof structure 6, which protects the membrane 5 from the weather.
  • the container 1 is filled up to a water level 22 with water.
  • a bearing construction is provided for the rotor 10 acting as the support structure for the buoyant bodies 12. see which consists of struts 8 and bearings 9.
  • the rotor 10 is rotatably mounted on these bearings 9 about a horizontal axis of rotation.
  • the rotor 10 consists of a frame construction, which advantageously comprises radial struts 11.
  • On the rotor 10 acting as a buoyant fermentor 12 are arranged so that the top is always aligned horizontally, with several fermentation tanks 12 are arranged uniformly around the rotation axis in a the size of the closed container 1 corresponding distance.
  • the fermentation tank 12 consist of cylindrical tube halves, which extend parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • a frame 17 is arranged, which is pivotable and can open or close the fermentation tank 12.
  • a flexible membrane 14 is mounted, which bulges upward under the action of the gas generated in the fermentation tank, thus increasing the volume of the fermentation tank. If the fermentation tank is filled with a large amount of gas 24, the overall result is a substantially cylindrical shape for the fermentation tank 12 from the half-cylinder 13 and the then upwardly curved flexible membrane 14.
  • the flexible membranes 14 and 5 are made of one Foil made of rubber, which is thus highly flexible and gas-tight.
  • the dimensions of the entire system are large, with the fermentation tanks have a length between 20 m and 100 m. This allows large quantities of biological material to be fermented at once.
  • a device 15 is provided for emptying the fermentation tank 12, which is located in the upper region of the closed container, ie above the water level 22.
  • a device 16 for filling the fermentation container with biological material is provided, which is also in the upper region 3 of closed container 1 is located.
  • heating elements 7 are arranged in the lower region 2 of the closed container 1, which heat the water 21 located in the lower region 2. As a result, the optimum fermentation temperature of 37 to 39.5 0 C can be set.
  • the gas is burned in the inventive device in diesel engines to produce electricity.
  • the heating elements 7 then use the waste heat generated when the gas is burned.
  • the heating elements 7 can thus recycle the waste heat, which in known devices can account for up to 80% of the energy yield.
  • biological material is used, which was already pre-fermented in a pre-Vergär hereer.
  • the biological material floats in a liquid.
  • apparatus according to the invention now sieves or filters are used to homogenize the biological material which is filled in the fermentation tank 12 in the liquid or to reduce the particle size of the biological material accordingly, so that during fermentation in the fermentation tanks 12 does not form a layer on the surface of the fermenting liquid.
  • a crusher can be used for the same purpose.
  • the correspondingly homogeneously distributed in a liquid biological material or a correspondingly small particle size having biological material is now filled in the inventive method via the device 16 in the fermentation tank 12, while these are located above the water surface 22.
  • the biological material which consists for example of manure and / or renewable raw materials such as straw, appropriate bacteria are added.
  • an optimal fermentation process can be achieved.
  • For filling with biological material of the frame 17 is opened with the flexible membrane 14. Then the fermentation tanks are again closed air and water tight.
  • the fermentation tanks 12 are now moved down into the water and heated by the warmer water. You now reach in the course of the movement down the optimal fermentation temperature, so that the fermentation process starts.
  • the gas 24 produced thereby collects under the flexible membrane 14 and thus increases the volume of the fermentation tank 12th
  • By generating gas in the fermentation tanks is ensured that in the back up moving fermentation tanks 12, which are in the drawing on the left side, considerably more gas is present than on the other side, so that these also a much larger Have volume and thus provide buoyancy.
  • This buoyancy in turn drives the rotor 10.
  • a generator is driven in the embodiment of the invention, which generates electricity.
  • the gas-filled fermentation tanks reach the area 3 above the water surface 22, they are opened so that the gas can escape from the fermentation tanks and collects in the area 3 below the flexible membrane 5 of the closed container 1. From here, the gas can now be pumped out and used, for example, to generate electricity or for heating.
  • the biological material is now sucked at least partially through the device 15 and refilled new biological material.
  • the rotational speed of the rotor is a function of the expiring fermentation process, whose virulence determines the gas production, as a function of time. It is either adjusted so that after one revolution of the fermentation process is substantially complete, so that the biological material can be completely removed. For this purpose, depending on the material, a fermentation time and thus also a rotation time for the rotor of about 2 to 48 hours are usually used. Alternatively, the material can be removed only after a few turns, so that a faster rotation is possible. Here then nothing is done as long as the fermentation process is running. Reduces the gas pressure generated and thus the buoyancy force, a refill is made.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the closed container 1 is constructed exactly as in the first embodiment, but now filled with the biological material to be fermented even up to a surface 22.
  • the heating elements 7 bring the fermentation material in the lower region 2 of the closed container 1 to the optimal fermentation temperature of 39 0 C 1 to which the waste heat from the combustion of the gas is used in diesel engines.
  • the gas produced during the fermentation rises through the fermentation material in the lower region 2 of the closed container 1 into the upper region 3 of the closed container 1, in which it accumulates below the flexible membrane 5. From there, as in the first exemplary embodiment, the gas can be supplied to diesel engines for generating electrical energy, which drive a generator.
  • a bearing structure for the rotor 10 which consists of struts 8 and 9 bearings.
  • the rotor 10 is rotatably mounted on these bearings 9 about a horizontal axis of rotation.
  • Uplift elements 12 are arranged on the rotor via struts 11 which, as can be seen from the perspective view at the top in FIG. 2, have on one side a concave inner side which forms a receptacle for the gas rising in the fermentation material, and on the other side Side have a convex outer side 31, at which the rising gas bubbles off.
  • the buoyancy bodies 12 are arranged in a star shape around the axis of rotation of the rotor 10 and all aligned in the same way.
  • the rotor 10 thus receives substantially the shape of a paddle wheel.
  • the buoyancy elements 10 are arranged at a certain distance from the axis of rotation on the struts 11 and consist essentially of a curved material layer, which is connected at their edges with the struts 11.
  • the gas forming in the biological material during the fermentation process now rises in the lower region 2 of the closed container, collecting in the buoyant bodies 12 shown on the left, while it drips off on the convex outer side of the buoyant bodies 12 shown on the right. This results in a large buoyancy for the buoyancy bodies 12 located on the left side, which causes the rotor 10 to rotate. If the buoyancy vessels 12 reach the upper region 3 of the closed container above the liquid surface 22, the gas can escape from the buoyant bodies 12 into this upper region 3 and collects below the flexible membrane 5. By The rotor 10 again downwardly moving buoyant body 12 have during the downward movement no buoyancy, as the gas rolls off at its convex outer side and thus exerts little force on them. Only when the buoyancy tank 12 again move upwards and thus the receptacle 30 for the gas points down, gas collects again in the buoyancy bodies 12 and again generates buoyancy, which drives the rotor.
  • the fermentation fermentation is constantly moved, which promotes the outgassing and makes a separate agitator dispensable.
  • the kinetic energy of the rotor 10 which is not required for stirring, can be taken off the axis and, for example, converted into electrical energy via a generator.
  • the alternative embodiment shown in Figure 3 of the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment only by the modified configuration of the rotor, in particular the buoyancy body 12.
  • the modified configuration of the rotor in particular the buoyancy body 12.
  • the continuous material layer is different than in the first embodiment substantially up to the axis of rotation, while in the embodiment shown in Fig. 2, the buoyancy bodies 12 were only in an outer region of the rotor, wherein they connected via struts 11 with the axis of rotation of the rotor were.
  • struts 11 are also provided for stabilizing the buoyancy bodies 12 shown in FIG. 3.
  • the buoyancy bodies 12 additionally advantageously have side walls, so that gas accumulating in the receptacle 30 can not escape there as well.
  • the in Figs. 4 to 6 illustrated third embodiment of the present invention is based essentially on the same arrangement as the second embodiment, but the closed container 1 is not designed as a fermentation tank, but contains water. Therefore, a separate fermentation tank 35 is provided, at the top of which the resulting gas collects and flows via a gas line 36 to the gas outlet 40, which is arranged in the lower region of the closed container 1. The resulting gas also in the closed fermentation tank 35 presses the gas against the pressure of the above the gas outlet 40 located water column in the closed container 1. The ascending gas collects as in the second embodiment in accordance with designed buoyancy bodies and moves them upwards.
  • the buoyant bodies 12 in turn have a receptacle for the gas which is open towards one side, while their outer side is convexly shaped.
  • the gas outlet 40 is located below the buoyancy body 12 in the region in which the open towards one side receptacle 30 for the gas down, so that as far as possible the entire gas emerging from the outlet 40 is collected in the buoyancy bodies 12 and so provides for the corresponding buoyancy.
  • the buoyancy bodies 12 are arranged on a circulating conveyor belt 39, with which they are connected so that the orientation of the buoyancy body 12 also changes with the direction of movement of the belt. Therefore, on the right side shown in the figure, they move down while the convex outside faces downward, while they move up on the left side, while also the convex outside 31 faces upward. So accumulates only on the left side gas in the receptacle 30, which provides for the buoyancy of the buoyancy body 12 and so drives the conveyor belt 39. This runs, as shown in Fig. 5, two rollers 37 and 38. From the axes of rotation, the kinetic energy of the conveyor belt can be removed and transmitted, for example, to a generator, which converts them into electrical energy. In the upper vertex of the movement, the buoyancy bodies 12 exit from the lower region of the closed container 11, ie from the liquid, and discharge the gas accumulated in them into the upper region 3. From there it can now be fed to the gas engine generators.
  • a rotor 10 is again used, as already known from the second exemplary embodiment.
  • the biological material is fermented in a separate fermentation tank 35, in turn, a gas line 36 and an outlet member 40 is provided in the left lower area below the buoyancy elements 12.
  • buoyancy power plant can also be operated with other pressurized media whose specific gravity is lighter than water and which do not form a connection with water.
  • oils such as rapeseed oil can be used here.
  • the pressure of the pressurized medium can be converted into electrical energy.
  • the closed container 1 in which the closed container 1 can not be filled with the material to be fermented, but e.g. is filled with water, the efficiency increase by either heavy water is used or the water additives are added, which increase the specific gravity of the water. For example, it is possible to incorporate sugar solution, salt or metal dust into the water. This increases the buoyancy of the gas relative to the water, because there is a greater difference between the specific weights of the gas in the buoyant bodies 12 and the surrounding liquid.
  • a separate fermenting vessel 35 such as a fermenting silo, is used, from which the pressurized vessel derived gas from the fermentation via a gas line 36 is derived.
  • the gas thereby drives a pump 43, which pumps water from a lower arranged first container 41 into a higher arranged second container 42, so that the energy from the pressure of the gas can be stored as potential energy of the water.
  • the pump 43 is arranged directly in the first lower-lying container 41.
  • the gas after having driven the pump, is drained via discharge 49 to the biogas engine generators.
  • a gas dome 48 is arranged above the pump 41 above the container 41, which extends below the water surface 47.
  • the pumped via the riser 46 into the upper tank 42 water can now be redirected if necessary via the downpipe 44 to the turbine 45, which drives a generator.
  • the turbine is located in the arrangement shown in Fig. 7 within the lower-lying container, while it is arranged in the arrangement shown in Fig. 8 outside of this container.
  • the devices according to the third and fourth embodiments can be easily inserted into conventional biogas power plants to increase the efficiency between the already existing fermentation silo 35 and operated with the biogas diesel engines. In this way, the energy from the pressure or the buoyancy of the resulting gas during the fermentation can be used by the existing plant is supplemented by the device according to the embodiments 3 and 4 of the present invention.

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Abstract

The invention comprises an apparatus for generating energy from the fermentation in particular of biological material, wherein energy is obtained from the gas pressure and/or the swelling of the gas produced during the fermentation and/or is used. Furthermore, the invention comprises a method for generating energy in particular from the fermentation of biological material.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Energie Apparatus and method for generating energy
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Energie, insbesondere aus der Vergärung von biologischem Material. Solche Verfahren gewinnen zunehmend an Bedeutung, um den Cθ2-Ausstoß zu senken und eine nachhaltige Energieversorgung insbesondere auf Grundlage von nachwachsenden Rohstoffen zu gewährleisten. Als biologisches Material kommen dabei insbesondere Gülle und/oder nachwachsende Rohstoffe zum Einsatz.The present invention relates to an apparatus and a method for generating energy, in particular from the fermentation of biological material. Such processes are becoming increasingly important in order to reduce CO 2 emissions and to ensure a sustainable energy supply, in particular based on renewable raw materials. In particular, manure and / or renewable raw materials are used as biological material.
Bei bekannten Anlagen wird dabei das biologische Material in großen Behältern unter Zugabe von Wasser vergoren und das bei der Vergärung entstehende Gas gesammelt. Hierzu haben die Behälter meist eine Kappe aus einer flexiblen Membran, unter welcher sich das Gas ansammelt und dann abgeleitet werden kann. Das so erzeugte Gas wird daraufhin z.B. in Dieselmotoren verbrannt, welche wiederum Generatoren antreiben und so elektrische Energie erzeugenIn known plants while the biological material is fermented in large containers with the addition of water and collected during the fermentation gas is collected. For this purpose, the containers usually have a cap made of a flexible membrane, under which the gas accumulates and can then be discharged. The gas thus generated is then subjected to e.g. burned in diesel engines, which in turn drive generators and thus generate electrical energy
Dabei müssen große Rührwerke in den Behältern während der Gärung dafür sorgen, daß sich an der Oberfläche der gärenden Flüssigkeit keine Schicht aus Schwebstoffen bildet, welche das entstehende Gas am Austreten aus der Flüssigkeit hindern würde. Dies verbraucht eine Menge an Energie und verschlechtert so den Wirkungsgrad der Anlagen.Large agitators in the containers during fermentation must ensure that no layer of suspended matter forms on the surface of the fermenting liquid, which would prevent the gas from escaping from the liquid. This consumes a lot of energy and thus deteriorates the efficiency of the plants.
Auch sonst können die bekannten Anlagen, was ihre Energieausbeute und Ihren CO2-Wirkungsgrad angeht, verbessert werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Energie insbesondere aus der Vergärung von biologischem Material zur Verfügung zu stellen, welches einen hohen Wirkungsgrad aufweist und die zugeführten Ressourcen optimal nutzt.Even otherwise, the known systems can be improved in terms of their energy yield and their CO 2 efficiency. Object of the present invention is therefore to provide a device and a method for generating energy in particular from the fermentation of biological material available, which has a high efficiency and optimally uses the resources supplied.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 16 erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention this object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 16. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Zur Steigerung des Wirkungsgrads der Vorrichtung wird dabei in der vorliegenden Erfindung die Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases gewonnen und/oder genutzt. Während bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik lediglich die im Gas gespeicherte chemische Energie durch Verbrennung genutzt wird, wird bei der vorliegenden Erfindung neben der chemischen Energie auch die mechanische Energie genutzt, welche im Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases enthalten ist. Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik erheblich erhöhen. Diese Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des Gases kann entweder gewonnen und zum Beispiel zur Stromerzeugung herangezogen werden, oder bereits in der Vorrichtung zum Beispiel zum Antrieb vorrichtungseigener Elemente genutzt werden.In order to increase the efficiency of the device, the energy from the gas pressure and / or the buoyancy of the gas produced during the fermentation is recovered and / or used in the present invention. While in prior art devices only the chemical energy stored in the gas is utilized by combustion, the present invention utilizes, in addition to the chemical energy, the mechanical energy contained in the gas pressure and / or buoyancy of the gas produced during the fermentation is. In this way, the efficiency of the device according to the invention can be significantly increased compared to the prior art. This energy from the gas pressure and / or the buoyancy of the gas can either be obtained and used, for example, to generate electricity, or already be used in the device, for example for driving device-specific elements.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei einen geschlossenen Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit in einem unteren Bereich und zur Aufnahme von Gas in einem oberen Bereich auf, sowie Auftriebskörper, welche in dem geschlossenen Behälter beweglich angeordnet sind. Die Flüssigkeit kann dabei je nach Ausführung der Erfindung Wasser, Wasser mit Zusatzstoffen oder zu vergärendes Material, insbesondere also biologisches Material, welches sich in der Flüssigkeit befindet, umfassen. Die Auftriebskörper befinden sich dabei vorteilhafterweise zumindest teilweise in dem unteren, mit Flüssigkeit gefüllten Bereich. In den Auftriebskörpern sammelt sich dabei das bei der Vergärung entstehende Gas und verleiht den Auftriebskörpern einen erhöhten Auftrieb gegenüber der Flüssig- keit, so daß sie sich bewegen. Die Bewegungsenergie des Gases bzw. der Auftriebskörper kann dann in der vorliegenden Erfindung gewonnen und/oder genutzt werden.Advantageously, the device according to the invention in this case has a closed container for receiving a liquid in a lower region and for receiving gas in an upper region, as well as buoyancy bodies, which are arranged movably in the closed container. Depending on the embodiment of the invention, the liquid may comprise water, water with additives or material to be fermented, in particular biological material which is present in the liquid. The buoyancy bodies are advantageously at least partially in the lower, liquid-filled area. In the buoyancy bodies, the gas produced during the fermentation collects and gives the buoyancy bodies an increased buoyancy compared to the liquid so that they move. The kinetic energy of the gas or of the buoyant bodies can then be obtained and / or used in the present invention.
Vorteilhafterweise können die Auftriebskörper dazu bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen und wieder abgeben. So erhöht sich der Auftrieb der Auftriebskörper durch die Aufnahme des Gases, während der Auftrieb der Auftriebskörper durch die Abgabe des Gases wieder sinkt. Die an den Auftriebskörpern angreifende Auftriebskraft verändert sich damit entsprechend und bewegt die Auftriebskörper.Advantageously, the buoyancy bodies can absorb gas released during the fermentation and release it again. Thus, the buoyancy of the buoyancy body increases by the absorption of the gas, while the buoyancy of the buoyant body by the discharge of the gas decreases again. The buoyancy force acting on the buoyant bodies changes accordingly and moves the buoyancy bodies.
Die Aufnahme und Abgabe des Gases erfolgt dabei vorteilhafterweise zyklisch, so daß sich eine zyklische Bewegung der Auftriebskörper ergibt. Aus eine solche zyklische Bewegung läßt sich dann auf besonders einfache Weise zur Energiegewinnung nutzen.The reception and delivery of the gas takes place advantageously cyclically, so that there is a cyclical movement of the buoyancy body. From such a cyclic movement can then be used in a particularly simple manner for energy.
Vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper dabei zumindest teilweise in den unteren Bereich bewegbar und können zumindest in einem Teilbereich des unteren Bereichs bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen. Während sie also das bei der Vergärung entstehende Gas in dem unterem Teilbereich aufnehmen, befinden sich die Auftriebskörper unter der Flüssigkeitsoberfläche und erlangen so durch die Aufnahme des Gases den entsprechenden Auftrieb.Advantageously, the buoyancy bodies are at least partially movable into the lower region and can absorb gas formed during fermentation at least in a partial region of the lower region. So while they absorb the gas produced in the fermentation in the lower part, the buoyancy bodies are located below the surface of the liquid and thus obtain by the absorption of the gas the corresponding buoyancy.
Weiterhin vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper zumindest teilweise in den oberen Bereich bewegbar und können aufgenommenes Gas dort abgeben. So sinkt der Auftrieb der Auftriebskörper durch die Abgabe des Gases wieder, womit sie sich leichter wieder in den unteren Bereich mit der Flüssigkeit bewegen lassen. Das Gas wird dann in dem oberen Bereich des geschlossenen Behälters gesammelt und steht dort zum Beispiel zur weiteren Verbrennung zum Beispiel in einem Dieselmotor bereit, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist. - A -Further advantageously, the buoyancy bodies are at least partially movable in the upper region and can deliver absorbed gas there. Thus, the buoyancy of the buoyant body decreases by the release of the gas, making it easier to move back into the lower area with the liquid. The gas is then collected in the upper portion of the closed container and is there ready for further combustion, for example in a diesel engine, as is well known in the art. - A -
Vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper dabei an einer Trägerkonstruktion angeordnet, durch welche sie vorteilhafterweise abwechselnd zumindest teilweise von dem unteren Bereich in den oberen Bereich bewegbar sind und umgekehrt. Insbesondere ergibt sich vorteilhafterweise durch eine Bewegung der Trägerkonstruktion eine zyklische Bewegung der einzelnen Auftriebskörper. Während die Auftriebskörper zum Beispiel auf einer Seite der Trägerkonstruktion Gas aufnehmen und dadurch Auftrieb gewinnen, welcher die Trägerkonstruktion bewegt, bewegen sie sich vorteilhafterweise auf der gegenüberliegenden Seite nach unten, nachdem sie das Gas abgegeben haben und dadurch weniger Auftrieb haben.Advantageously, the buoyancy bodies are arranged on a support structure through which they are advantageously alternately at least partially movable from the lower region in the upper region and vice versa. In particular, a movement of the carrier structure advantageously results in a cyclical movement of the individual buoyant bodies. For example, while the buoyancy bodies receive gas on one side of the support structure and thereby gain buoyancy which moves the support structure, they advantageously move down the opposite side after releasing the gas and thereby having less lift.
Vorteilhafterweise wird dabei die Trägerkonstruktion zur Abführung der von den Auftriebskörpern erzeugten mechanischen Energie verwendet. So kann die mechanische Energie aus dem Auftrieb der Auftriebskörper über die Trägerkonstruktion gebündelt und in eine gleichmäßige Bewegung übersetzt werden, aus welcher wiederum Energie gewonnen werden kann.Advantageously, the support structure is used for discharging the mechanical energy generated by the buoyancy bodies. Thus, the mechanical energy can be bundled from the buoyancy of the buoyancy body on the support structure and translated into a uniform movement, from which in turn energy can be obtained.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei Mittel zur Stromerzeugung aus der Bewegung der Trägerkonstruktion auf, insbesondere einen von der Trägerkonstruktion angetriebenen Generator. So kann aus der Bewegungsenergie bzw. dem Auftrieb der Auftriebskörper elektrische Energie erzeugt werden, welche neben der aus der Verbrennung des Gases erhaltenen Energie zur Verfügung steht.Advantageously, the device according to the invention comprises means for generating electricity from the movement of the support structure, in particular a generator driven by the support structure. Thus, from the kinetic energy or the buoyancy of the buoyant body electrical energy can be generated, which is available in addition to the energy obtained from the combustion of the gas.
Weiterhin vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Trägerkonstruktion ein umlaufendes Förderband auf, an dem die Auftriebskörper angeordnet sind. Die Auftriebskörper übertragen so die Bewegungsenergie aus dem Auftrieb des bei der Gärung entstehenden Gases auf das umlaufende Förderband, welches andererseits die nicht mit Gas gefüllten Auftriebskörper wieder nach unten in die Flüssigkeit transportiert.Further advantageously, the support structure according to the invention comprises a revolving conveyor belt, on which the buoyancy bodies are arranged. The buoyancy bodies thus transfer the kinetic energy from the buoyancy of the gas produced during the fermentation to the circulating conveyor belt, which on the other hand transports the buoyancy bodies not filled with gas back down into the liquid.
Vorteilhafterweise weist das umlaufende Förderband hierzu eine vertikale Bewegungsebene auf, d.h. die Auftriebskörper bewegen sich auf einer Seite des umlau- fenden Förderbands nach oben, während sie auf der anderen Seite nach unten bewegt werden.For this purpose, the circulating conveyor belt advantageously has a vertical plane of movement, ie the buoyant bodies move on one side of the circumferential conveyor belt. move conveyor belts upwards while moving them down the other side.
Alternativ kann die Trägerkonstruktion vorteilhafterweise mit den Auftriebskörpern einen Rotor bilden. So wird der Auftrieb der Auftriebskörper in eine Rotationsbewegung umgewandelt, welche sich leicht an der Achse des Rotor abgreifen läßt.Alternatively, the support structure can advantageously form a rotor with the buoyancy bodies. Thus, the buoyancy of the buoyancy bodies is converted into a rotational movement, which can be easily picked off on the axis of the rotor.
Vorteilhafterweise ist dabei die Achse des Rotors im wesentlichen horizontal ausgerichtet. Die Auftriebskörper bewegen sich so im wesentlichen auf einer Kreisbahn, wobei sie während der Aufwärtsbewegung Gas aufnehmen und so an Auftrieb gewinnen, während sie vor der Abwärtsbewegung geleert werden und so an Auftrieb verlieren. Insgesamt gibt dies eine Rotationsbewegung des Rotors, welche zum Beispiel zur Energieerzeugung oder zum Umrühren der Flüssigkeit in dem Behälter genutzt werden kann.Advantageously, the axis of the rotor is aligned substantially horizontally. The buoyancy bodies thus essentially move in a circular path, absorbing gas during the upward movement and thus gaining buoyancy, while they are emptied before the downward movement and thus lose their buoyancy. Overall, this gives a rotational movement of the rotor, which can be used, for example, for generating energy or for stirring the liquid in the container.
Weiterhin vorteilhafterweise weist der geschlossene Behälter im oberen Bereich eine flexible Membran auf, so daß sich das Volumen des geschlossenen Behälters verändern kann. Hierdurch ist es möglich, das bei der Gärung entstehende Gas im oberen Bereich des geschlossenen Behälters, welcher hierfür sein Volumen verändern kann, zu sammeln.Further advantageously, the closed container in the upper region of a flexible membrane, so that the volume of the closed container can change. This makes it possible to collect the resulting gas during fermentation in the upper region of the closed container, which can change its volume for this purpose.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung auf, bei welcher zumindest in dem unteren Bereich des Behälters eine Trägerkonstruktion angeordnet ist, welche Auftriebskörper bildende Gärbehälter mit veränderbarem Volumen aufweist. Beim Betrieb der Vorrichtung vergärt das in die Gärbehälter eingebrachte biologische Material unter Freisetzung von Gas, wodurch sich das Volumen der Gärbehälter vergrößert. Da sich die Trägerkonstruktion mit den Gärbehältern im wesentlichen unterhalb der Wasseroberfläche befindet, erzeugen die Gärbehälter immer mehr Auftrieb, je länger die Gärung abläuft. Dieser Auftrieb versetzt wiederum die Trägerkonstruktion in Bewegung, so daß neben dem Gas zur Gewinnung von Energie auch die mechanische Energie aus dieser Bewegung eingesetzt werden kann. Hierdurch erhöht sich die Energieausbeute der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung. Zudem kann durch die Verwendung mehrerer Gärbehälter an der Trägerkonstruktion der einzelne Gärbehälter kleiner ausfallen, so daß auf ein Rührwerk verzichtet werden kann, welches selber einen großen Energiebedarf hätte.The device according to the invention in this case has a particularly advantageous embodiment, in which at least in the lower region of the container, a support structure is arranged, which buoyant body has forming container with variable volume. During operation of the device, the biological material introduced into the fermentation containers undergoes fermentation to release gas, thereby increasing the volume of the fermentation containers. Since the support structure with the fermentation tanks is located substantially below the water surface, the fermentation tanks generate more and more buoyancy, the longer the fermentation takes place. This buoyancy in turn causes the support structure to move, so that in addition to the gas for the production of energy and the mechanical energy from this movement can be used. This increases the energy yield of the invented to the device according to the invention. In addition, by using several fermentation tanks on the support structure of the individual fermentation tanks turn out smaller, so that it can be dispensed with a stirrer, which itself would have a large energy needs.
Vorteilhafterweise sind die Gärbehälter dabei um eine horizontale Achse drehbar an der Trägerkonstruktion angelenkt. Die Gärbehälter können sich so auch bei einer Bewegung der Trägerkonstruktion immer waagrecht ausrichten, so daß zum Beispiel ein Bereich zur Aufnahme des zu vergärenden Materials immer nach unten zeigt, während sich ein üblicherweise weniger stabil ausgeführter Bereich zur Ausdehnung des Volumens der Gärbehälter nach oben ausrichtet.Advantageously, the fermentation tanks are articulated about a horizontal axis rotatably mounted on the support structure. The fermentation tanks can thus always align horizontally even with a movement of the support structure, so that, for example, an area for receiving the material to be fermented always points downwards, while a usually less stable running area for expanding the volume of the fermentation tank aligns upward.
Vorteilhafterweise sind die Gärbehälter dabei an einem Rotor angeordnet, dessen Drehachse im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Die Gärbehälter können durch diese Anordnung mit biologischem Material befüllt werden, wenn sie sich in einer Position oberhalb der Drehachse des Rotors befinden. Während der darauffolgenden Abwärtsbewegung der Gärbehälter um die Drehachse des Rotors herum muß der Gärprozeß erst starten, so daß sich in den Gärbehältern während dieser Phase überhaupt kein Gas oder zumindest nur eine geringe Gasmenge bildet. Die Gasmenge steigt jedoch stetig an, während sich die Behälter mit dem Rotor um die im wesentlichen horizontale Drehachse des Rotors drehen, so daß die Gärbehälter, welche sich nach oben bewegen, viel mehr Gas enthalten und damit auch ein viel größeres Volumen haben als die ihnen gegenüberliegenden Behälter. Durch den hierdurch erzeugten Auftrieb rotiert der Rotor um seine Drehachse. Diese Rotation kann nun zur Erzeugung von Energie verwendet werden. Der Rotor ist dabei extrem langsam drehend und erzeugt die Energie durch das sehr hohe Drehmoment. Erreichen die mit Gas gefüllten Behälter wieder eine Position oberhalb der Drehachse des Rotors, wird das Gas abgelassen und das biologische Material gegebenenfalls ausgetauscht. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Gärbehälter parallel zur Drehachse des Rotors und sind um diese herum angeordnet. Die Gärbehälter befinden sich dabei zwischen zwei seitlichen Rotorelementen in kreisförmiger, dichter Anordnung. Das Volumen der Gärbehälter kann erhöht werden, indem man deren Querschnitt und Länge vergrößert, wodurch sich entsprechend der Durchmesser des Rotors und die Länge der Achse verändern muß. Die Gärbehälter haben dabei vorteilhafterweise die Form von aufgeschnittenen Rohrsegmenten, so daß sie einerseits sehr stabil und andererseits einfach und kostengünstig herzustellen sind. Die Gärbehälter sind dabei vorteilhafterweise am Rotor drehbar gelagert, so daß sie sich bei der Bewegung des Rotors automatisch durch ihr Eigengewicht mitdrehen.Advantageously, the fermentation tanks are arranged on a rotor whose axis of rotation is aligned substantially horizontally. The fermentation tanks can be filled by this arrangement with biological material when they are in a position above the axis of rotation of the rotor. During the subsequent downward movement of the fermentation tank around the axis of rotation of the rotor around the fermentation process must first start so that no gas or at least only a small amount of gas is formed in the fermentation tanks during this phase. However, the amount of gas increases steadily while the containers rotate with the rotor about the substantially horizontal axis of rotation of the rotor, so that the fermentation vessels, which move up, contain much more gas and thus have a much larger volume than they opposite container. Due to the buoyancy generated by this, the rotor rotates about its axis of rotation. This rotation can now be used to generate energy. The rotor is extremely slow rotating and generates the energy due to the very high torque. When the containers filled with gas return to a position above the axis of rotation of the rotor, the gas is released and the biological material is exchanged if necessary. Advantageously, the fermentation tanks extend parallel to the axis of rotation of the rotor and are arranged around them. The fermentation tanks are located between two lateral rotor elements in a circular, dense arrangement. The volume of the fermentation tanks can be increased by increasing their cross-section and length, whereby the diameter of the rotor and the length of the axis must change accordingly. The fermentation tanks advantageously have the form of cut-pipe segments, so that they are on the one hand very stable and on the other hand easy and inexpensive to produce. The fermentation tanks are advantageously rotatably mounted on the rotor, so that they rotate automatically during the movement of the rotor by its own weight.
Weiterhin vorteilhafterweise sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem unteren Bereich des geschlossenen Behälters Heizelemente zum Erwärmen der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit angeordnet. Diese Heizelemente erwärmen so das die Gärbehälter umgebende Wasser, welches wiederum die Gärbehälter auf die optimale Gärtemperatur bringt. Vorteilhafterweise ist dabei eine Regelung vorgesehen, welche die Temperatur des Wassers zwischen 37 und 39,5°C hält. So ist sichergestellt, daß das biologische Material in den Gärbehältern optimal vergärt. Kurz nach dem Befüllen der Gärbehälter haben diese dabei noch nicht die für die Gärung notwendige Temperatur erreicht, so daß zu Beginn nur sehr wenig Gas erzeugt wird. Dies ist von Vorteil, da die Gärbehälter so bei der Abwärtsbewegung noch sehr wenig Auftrieb haben und erst mit der Zeit auf optimale Gärtemperatur kommen. Die daraufhin erfolgende starke Gasentwicklung läuft also im wesentlichen dann ab, wenn die Gärbehälter bereits wieder in der Aufwärtsbewegung begriffen sind. Das durch das Gas vergrößerte Volumen der Gärbehälter sorgt dann für Auftrieb, welcher die Trägerkonstruktion bewegt. Solche Heizelemente sind dabei auch unabhängig von der Ausführung der Auftriebskörper von Vorteil und können z.B. in den geschlossenen Behälter direkt eingebrachtes biologisches Material erwärmen.Further advantageously, heating elements for heating the liquid present in the container are arranged in the device according to the invention in the lower region of the closed container. These heating elements thus heat the water surrounding the fermentation tanks, which in turn brings the fermentation tanks to the optimum fermentation temperature. Advantageously, a control is provided which keeps the temperature of the water between 37 and 39.5 ° C. This ensures that the biological material in the fermentation tanks is optimally fermented. Shortly after filling the fermentation tank, they have not yet reached the necessary temperature for fermentation, so that only very little gas is generated at the beginning. This is an advantage, as the fermentation tanks still have very little buoyancy during the downward movement and only come to optimum fermentation temperature over time. The subsequent strong gas evolution thus essentially takes place when the fermentation tanks are already in the upward movement again. The enlarged by the gas volume of the fermentation tank then provides buoyancy, which moves the support structure. Such heating elements are also advantageous regardless of the design of the buoyancy bodies and can e.g. heat biological material directly introduced into the closed container.
Vorteilhafterweise werden die Heizelemente dabei über die Abwärme aus der Verbrennung des bei der Gärung erzeugten Gases zum Beispiel in Motoren betrieben. Diese Motoren, üblicherweise Dieselmotoren, treiben dann wieder Generatoren an, welche Strom erzeugen. Bei herkömmlichen Verfahren kann die bei der Verbrennung erzeugte Abwärme zum Beispiel aus den Abgasen der Motoren nur ungenügend genutzt werden, während sie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erwärmen des in den Behälter befindlichen Wassers und damit zum Erwärmen der Gärbehälter eingesetzt werden kann.Advantageously, the heating elements are operated via the waste heat from the combustion of the gas generated during the fermentation, for example in engines. These engines, usually diesel engines, then power generators that produce electricity. In conventional methods, the waste heat generated during combustion, for example, from the exhaust gases of the engines can be used only insufficient, while it can be used in the inventive device for heating the water in the container and thus for heating the fermentation tank.
Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen Gärbehälter eine flexible Membran auf, durch welche sich das Volumen der Gärbehälter verändern kann. Entsteht also in einem Gärbehälter Gas aus der Gärung des biologischen Materials, dehnt sich die flexible Membran aus und vergrößert so das Volumen des Gärbehälters. Die flexible Membran muß dafür selbstverständlich gasdicht ausgeführt sein und besteht zum Beispiel aus einer Folie aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff. So kann man auf einfache Weise einen Gärbehälter mit veränderbarem Volumen zur Verfügung stellen. Insbesondere wenn die Unterseite des Gärbehälters die Form eines entlang seiner Längsachse aufgeschnittenen Zylinders aufweist, kann die flexible Membran über die so geschaffene Öffnung gespannt werden und dehnt sich durch das während der Vergärung erzeugte Gas nach oben halbzylinderförmig aus.Advantageously, the fermentation containers according to the invention have a flexible membrane, through which the volume of the fermentation containers can change. So arises in a fermenter gas from the fermentation of biological material, the flexible membrane expands, thus increasing the volume of the fermentation tank. The flexible membrane must of course be made gas-tight and consists for example of a film of rubber or a suitable plastic. So you can easily provide a fermenter with variable volume. In particular, if the underside of the fermentation container has the shape of a cylinder cut open along its longitudinal axis, the flexible membrane can be stretched over the opening thus created and expands upwards in a semicylinder shape due to the gas produced during the fermentation.
Vorteilhafterweise ist die flexible Membran dabei in einem Rahmen angebracht, durch welchen sich der Gärbehälter öffnen und wieder dicht verschließen läßt. Zum Ablassen des Gases bzw. zum Befüllen und Entleeren des Gärbehälters mit biologischem Material kann also der Rahmen mit der flexiblen Membran geöffnet werden. Insbesondere muß der Gärbehälter dabei wasserdicht verschließbar sein, so daß in den während der Gärphase unter Wasser befindlichen Gärbehälter kein Wasser eindringt. Der Gärbehälter sollte auch gasdicht verschließbar sein, so daß das angesammelte Gas nicht entweicht, sondern durch seinen Auftrieb den Rotor bewegt.Advantageously, the flexible membrane is mounted in a frame through which the fermentation tank can be opened and sealed again. For discharging the gas or for filling and emptying the fermentation tank with biological material so the frame can be opened with the flexible membrane. In particular, the fermentation tank must be watertight sealable, so that no water penetrates into the fermentation tank located during the fermentation phase. The fermentation tank should also be closed gas-tight, so that the accumulated gas does not escape, but by its buoyancy moves the rotor.
Vorteilhafterweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Vorrichtungen zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter vorgesehen. Über diese Vorrichtungen läßt sich das biologische Material in die Gärbehälter einfüllen sowie nach dem Vergären wieder abführen. Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich vorteilhafterweise um Schlauch- oder Leitungskonstruktionen, welche mit einer Pumpeinheit in Verbindung stehen.Advantageously, devices for filling and emptying the fermentation tanks are provided in the device according to the invention. About these devices leaves to fill the biological material in the fermentation tank and remove it again after fermentation. These devices are advantageously hose or pipe constructions which communicate with a pumping unit.
Vorteilhafterweise ist der Rotor der erfindungsgemäßen Vorrichtung so angeordnet, daß sich die Gärbehälter in den oberen Bereich des geschlossenen Behälters oberhalb des Wasserspiegels bewegen lassen. Während sich die Gärbehälter also die meiste Zeit unterhalb der Wasseroberfläche befinden, können sie auch aus dem Wasser herausbewegt werden, und zwar vorteilhafterweise in den Bereich, welcher zur Aufnahme von Gas vorgesehen ist. Hier können die Behälter dann viel einfacher entleert und befüllt werden als unterhalb der Wasseroberfläche.Advantageously, the rotor of the device according to the invention is arranged so that the fermentation containers can be moved in the upper region of the closed container above the water level. While the fermentation tanks are therefore most of the time below the water surface, they can also be moved out of the water, advantageously in the area which is provided for receiving gas. Here, the containers can then be much easier emptied and filled than below the water surface.
Vorteilhafterweise sind deshalb die Vorrichtungen zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter in dem oberen Bereich des geschlossenen Behälters oberhalb des Wasserspiegels angeordnet. Das befüllen und entleeren geschieht dabei vorteilhafterweise automatisch, da in diesem Bereich das durch die Gärung erzeugte Gas gesammelt wird und dieser damit nicht für Menschen zugänglich ist.Advantageously, therefore, the devices for filling and emptying the fermentation tanks are arranged in the upper region of the closed container above the water level. The filling and emptying is done advantageously automatically, since in this area the gas generated by the fermentation is collected and this is therefore not accessible to people.
Vorteilhafterweise umfassen die Gärbehälter Vorrichtungen zum Ablassen des durch die Vergärung erzeugten Gases. Über diese Vorrichtung können die Gärbehälter je nach Ausführung entweder komplett entleert werden, oder diese Vorrichtungen können dazu eingesetzt werden, sich während der Abwärtsbewegung der Gärbehälter bereits bildendes Gas abzulassen, um so den Auftrieb der Gärbehälter in dieser Phase zu verhindern. Auch können diese Vorrichtungen zur Steuerung der Rotationsbewegung eingesetzt werden, indem über das Ablassen von Gas das Volumen der Gärbehälter eingestellt wird.Advantageously, the fermentation tanks comprise devices for draining the gas generated by the fermentation. About this device, the fermentation tanks can be either completely emptied depending on the design, or these devices can be used to drain during the downward movement of the fermentation tank already forming gas, so as to prevent the buoyancy of the fermentation tank in this phase. Also, these devices can be used to control the rotational movement by the volume of the fermentation tank is set by the discharge of gas.
Weiterhin vorteilhafterweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Vorgärbehälter zur Vorvergärung des biologischen Materials, wobei eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit vorgesehen ist, insbe- sondere ein Sieb, ein Filter oder eine Zermahlvorrichtung. Auch bei bekannten Vorrichtungen wird das biologische Material zusammen mit Wasser in einem Vogärbe- hälter vorvergoren, wobei jedoch die Partikelgröße des biologischen Materials zu groß bleibt oder aber das biologische Material nur schlecht mit dem Wasser vermischt ist, so daß sich dann bei dem anschließenden Vergärschritt das biologische Material durch die sich nach oben bewegenden Gasbläschen an die Oberfläche der gärenden Flüssigkeit bewegt werden. So bildet sich schnell eine feste Materialschicht aus Schwebteilchen, welche die Vergärung beeinträchtigt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials wird dies effektiv verhindert, so daß bei der vorliegenden Erfindung auf die Verwendung eines kosten- und energieintensiven Rührwerks zur Auflösung der Schicht verzichtet werden kann. Dies ist in der vorliegenden Erfindung von besonders großem Nutzen, da hier in den am Rotor geordneten Gärbehältern auf Rührwerke verzichtet werden kann und so eine besonders energiesparende und kompakte Anordnung möglich ist.Further advantageously, the device according to the invention comprises a Vorgärbehälter for pre-fermentation of the biological material, wherein a device for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material is provided in the Vorgärbehälter the leaving liquid, in particular in particular a sieve, a filter or a Zermahlvorrichtung. Even with known devices, the biological material is pre-fermented together with water in a Vogärbe- container, but the particle size of the biological material remains too large or the biological material is poorly mixed with the water, so that then in the subsequent fermentation step biological material are moved by the upwardly moving gas bubbles to the surface of the fermenting liquid. This quickly forms a solid layer of suspended particles which impairs fermentation. The inventive device for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material, this is effectively prevented, so that can be dispensed with in the present invention, the use of a cost and energy intensive agitator for dissolution of the layer. This is particularly useful in the present invention, since agitators can be dispensed with here in the fermenting containers arranged on the rotor and so a particularly energy-saving and compact arrangement is possible.
Vorteilhafterweise ist deshalb die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit so ausgelegt, daß sich während des sich anschließenden Vergärschritts keine Schicht aus Schwebstoffen an der Oberfläche der Flüssigkeit bildet, welche das sich bei der Vergärung bildende Gas in der Flüssigkeit zurückhalten würde. So kann insbesondere auf den energieaufwendigen Einsatz eines Rotors zum Umwälzen der Flüssigkeit während des sich anschließenden nächsten Vergärschritts verzichtet werden. Beispielsweise ist hierfür das Sieb entsprechend ausgelegt, so daß es nur entsprechend kleine Partikel durchläßt.Advantageously, therefore, the device according to the invention for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material in the Vorgärbehälter leaving liquid is designed so that during the subsequent Vergärschritts no layer of suspended matter on the surface of the liquid forms, which during fermentation forming gas in the liquid. In particular, it is possible to dispense with the energy-intensive use of a rotor for circulating the liquid during the subsequent next fermentation step. For example, the screen is designed accordingly, so that it passes only correspondingly small particles.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung auf, bei welcher die Auftriebskörper zu einer Seite hin offene Aufnahmen für das Gas bilden. Hierdurch sammelt sich das in der Flüssigkeit im unteren Bereich des geschlossenen Behälters aufsteigende Gas in den Aufnahmen der Antriebskörper und erhöht so den Auftrieb der Auftriebskörper, wenn die Auftriebskörper mit der Öffnung nach unten angeordnet sind.The device according to the invention has a further advantageous embodiment, in which the buoyancy bodies form open receptacles for the gas to one side. As a result, the rising in the liquid in the lower region of the closed container gas collects in the recordings of the drive body and thus increases the buoyancy of the buoyancy bodies when the buoyancy bodies are arranged with the opening facing downwards.
Weiterhin vorteilhafterweise weisen die Außenseiten der Auftriebskörper dagegen eine konvexe Form auf. So kann sich das in der Flüssigkeit aufsteigende Gas nicht im Auftriebskörper sammeln, wenn die konvexe Außenseite nach unten zeigt.Further advantageously, the outer sides of the buoyancy bodies, on the other hand, have a convex shape. Thus, the gas rising in the liquid can not collect in the buoyant body when the convex outside faces down.
Vorteilhafterweise sind weiterhin die Auftriebskörper im wesentlichen senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung angeordnet. Dies ermöglicht es, daß die Auftriebskörper bei einer Bewegung nach unten auch mit der konvexen Außenseite nach unten zeigen, während sie bei einer Bewegung nach oben mit der Öffnung der Aufnahme für das Gas nach unten zeigen und so Gas aufnehmen.Advantageously, the buoyancy bodies are furthermore arranged substantially perpendicular to their direction of movement. This allows the buoyancy bodies to point downwardly, with the convex outer side downwards, while pointing upwards with the opening of the gas intake for downward movement to absorb gas.
Vorteilhafterweise sind hierzu die Auftriebskörper so an einer Trägerkonstruktion angeordnet, daß sie durch Bewegung der Trägerkonstruktion mit der konvexen Außenseite nach unten zeigend nach unten und mit der konvexen Außenseite nach oben zeigend nach oben bewegt werden können. So wird die Trägerkonstruktion insgesamt durch den Auftrieb des sich in den Auftriebskörpern sammelnden Gases bewegt.Advantageously, for this purpose, the buoyancy bodies are arranged on a support structure such that they can be moved upward by moving the support structure with the convex outer side facing downward and with the convex outer side facing upward. Thus, the support structure is moved overall by the buoyancy of the gas collecting in the buoyant bodies.
Vorteilhafterweise sind die Auftriebskörper dabei so an einem umlaufenden Förderband befestigt, daß sich ihre Ausrichtung mit der Bewegungsrichtung des Förderbandes ändert.Advantageously, the buoyancy bodies are attached to a revolving conveyor belt so that their orientation changes with the direction of movement of the conveyor belt.
Alternativ sind die Auftriebskörper starr an einem Rotor befestigt und bilden insbesondere ein Schaufelrad.Alternatively, the buoyancy bodies are rigidly attached to a rotor and in particular form a paddle wheel.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung bildet dabei der geschlossene Behälter einen Gärbehälter insbesondere zur Aufnahme des biologischen Materials in seinem unterem Bereich. So sammelt sich das während der Vergärung des biologischen Materials in diesem aufsteigende Gas in den zu einer Seite hin offenen Auf- nahmen der Auftriebskörper und bewegt diese hierdurch. Die Bewegung der Auftriebskörper kann so gleichzeitig auch das zu vergärende Material bewegen.In a particularly advantageous embodiment, the closed container forms a fermentation container, in particular for receiving the biological material in its lower region. Thus, during the fermentation of the biological material in this ascending gas, it accumulates in the gas which is opened to one side. took the buoyant body and moves it through. The movement of the buoyant bodies can thus simultaneously move the material to be fermented.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin eine besonders vorteilhafte Ausführung auf, welche einen Gärbehälter und ein in dem Gärbehälter angeordnetes Rührwerk aufweist, wobei das Rührwerk durch den Gasdruck und/oder den Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases bewegt wird. So kann der Gasdruck und/oder der Auftrieb des Gases direkt zum Umrühren des im Gärbehälter befindlichen zu vergärenden Materials genutzt werden, so daß ein separater Antrieb für das Rührwerk entfallen kann. Hierdurch sind im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Energieeinsparungen möglich.The device according to the invention furthermore has a particularly advantageous embodiment, which has a fermentation tank and an agitator arranged in the fermentation tank, wherein the agitator is moved by the gas pressure and / or the buoyancy of the gas produced during the fermentation. Thus, the gas pressure and / or the buoyancy of the gas can be used directly for stirring the present in the fermentation tank to be fermented material, so that a separate drive for the agitator can be omitted. As a result, significant energy savings are possible compared to the prior art.
Vorteilhafterweise bilden dabei die Auftriebskörper vorzugsweise im Zusammenspiel mit der Trägerkonstruktion das Rührwerk für das gärende Material. Die Auftriebskörper bewegen dann durch ihren Auftrieb das Rührwerk und bewegen so das gärende Material.Advantageously, the buoyancy bodies preferably form the agitator for the fermenting material in interaction with the support structure. The buoyancy then move by their buoyancy the agitator and move so the fermenting material.
In einer alternativen Ausführung weist der geschlossene Behälter dagegen in dem unteren Bereich ein Auslaßelement für Gas auf. Aus diesem Auslaßelement kann dann zugeleitetes Gas ausströmen und sich in den im unteren Bereich des geschlossenen Behälters in einer Flüssigkeit befindlichen Auftriebselementen ansammeln, welche hierdurch bewegt werden.In an alternative embodiment, however, the closed container has an outlet element for gas in the lower region. From this outlet element can then flow out of the gas supplied and accumulate in the located in the lower part of the closed container in a liquid buoyancy elements, which are thereby moved.
Vorteilhafterweise ist das Auslaßelement für das Gas dabei unterhalb der Auftriebselemente in dem Bereich angeordnet, in welchem die eine Aufnahme bildende Seite der Auftriebselemente im wesentlichen nach unten ausgerichtet ist. So kann das aus dem Auslaß ausströmende Gas optimal zur Bewegung der Auftriebselemente eingesetzt werden. In dem Bereich, in welchem die konvexe Außenseite der Auftriebselemente nach unten zeigt, ist dagegen vorteilhafterweise kein Auslaß für das Gas vorgesehen, da das hier ausströmende Gas an den Auslaßelementen vorbei nutzlos nach oben strömen würde. Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Zuleitung des im Gärbehälter entstehenden Gases zum Auslaßelement auf. So kann das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt werden und fließt durch den entstehenden Gasdruck über die Gasleitung zum Auslaßelement im geschlossenen Behälter, von wo aus es in der Flüssigkeit nach oben steigt und die Auftriebselemente bewegt.Advantageously, the outlet element for the gas is arranged below the buoyancy elements in the region in which the receiving side of the buoyancy elements is oriented substantially downwards. Thus, the effluent gas from the outlet can be optimally used to move the buoyancy elements. In contrast, in the region in which the convex outer side of the buoyancy elements points downwards, no outlet for the gas is provided, since the gas flowing out here would uselessly flow up past the outlet elements. Advantageously, the device according to the invention further comprises a fermentation tank in particular for the fermentation of biological material and gas lines for supplying the resulting gas in the fermentation tank to the outlet. Thus, the resulting gas in the fermentation tank can be collected and flows through the resulting gas pressure via the gas line to the outlet in the closed container, from where it rises in the liquid and moves the buoyancy elements.
Vorteilhafterweise ist der geschlossene Behälter dabei in seinem unterem Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser befüllt, in welche vorteilhafterweise das spezifische Gewicht der Flüssigkeit erhöhende Zusätze gemischt sind. Denkbar ist zum Beispiel, durch die Zugabe von Zuckerlösung, in der Flüssigkeit lösbaren Salzen oder Metallpartikeln das spezifische Gewicht der Flüssigkeit zu erhöhen, wodurch sich ein größerer Auftrieb des in die Flüssigkeit eingeleiteten Gases ergibt. Ebenso ist es denkbar, schweres Wasser zu verwenden.Advantageously, the closed container is filled in its lower region with a liquid, in particular with water, in which advantageously the specific gravity of the liquid-increasing additives are mixed. It is conceivable, for example, to increase the specific gravity of the liquid by adding sugar solution, salts or metal particles which are soluble in the liquid, which results in greater buoyancy of the gas introduced into the liquid. It is also conceivable to use heavy water.
Weiterhin kann alternativ anstelle des bei der Vergärung entstehenden Gases anderes Gas wie zum Beispiel Erdgas oder aber eine Flüssigkeit verwendet werden, welche leichter als die im unteren Bereich des geschlossenen Behälters befindliche Flüssigkeit ist und sich nicht mit dieser mischt. Denkbar ist hierbei, zum Beispiel Öl zu verwenden, welches leichter als Wasser ist und sich auch nicht mit diesem mischt. Auch dieses erzeugt einen entsprechenden Auftrieb in den Auftriebskör- pem, welcher als mechanische Energie genutzt werden kann.Furthermore, alternatively instead of the gas produced during the fermentation, other gas such as natural gas or a liquid can be used which is lighter than the liquid located in the lower region of the closed container and does not mix with it. It is conceivable, for example, to use oil which is lighter than water and does not mix with it. This also generates a corresponding buoyancy in the buoyant body, which can be used as mechanical energy.
Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung, welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck einen mechanischen Antrieb antreibt.Furthermore, the present invention comprises an advantageous embodiment, which has a fermentation tank in particular for the fermentation of biological material and gas lines for the discharge of the resulting gas in the fermentation tank, wherein the derived gas drives a mechanical drive by its pressure.
Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Vorrichtung, welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wo- bei das abgeleitete Gas durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter befördert, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt. Dies ermöglicht es, die im Gas enthaltene mechanische Energie zu speichern, da die Flüssigkeit in dem höher gelegenen Behälter eine höhere potentielle Energie aufweist als die in dem niedriger gelegenen Behälter.Furthermore, the present invention comprises an advantageous device which has a fermentation tank, in particular for the fermentation of biological material and gas lines for the discharge of the gas formed in the fermentation tank, where the discharged gas conveys, by its pressure, a liquid from a lower-level container to a higher-level container, in particular by the gas driving a pump which pumps the liquid into the higher-level container. This makes it possible to store the mechanical energy contained in the gas, since the liquid in the higher tank has a higher potential energy than that in the lower tank.
Vorteilhafterweise fließt dann, wenn die Energie tatsächlich benötigt wird, die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr ab und treibt eine Turbine bzw. einen Generator an. So kann die potentielle Energie der Flüssigkeit wieder nutzbar gemacht werden, z.B. in Spitzenzeiten.Advantageously, when the energy is actually needed, the liquid drains from the higher tank via a downcomer and drives a turbine or generator. Thus, the potential energy of the liquid can be reused, e.g. at peak times.
Vorteilhafterweise ist dabei die Pumpe in dem tiefer gelegenen Behälter angeordnet und dieser tiefer gelegene Behälter weist eine Kuppel zur Aufnahme des Gases auf. So kann das aus der Pumpe ausströmende Gas in der Kuppel gesammelt und zur Verbrennung abgeleitet werden.Advantageously, the pump is arranged in the lower-lying container and this lower-lying container has a dome for receiving the gas. Thus, the gas flowing out of the pump can be collected in the dome and discharged for combustion.
Neben den Vorrichtungen weist die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material auf, welches folgende Schritte umfaßt:In addition to the devices, the present invention also has a method for generating energy from the fermentation, in particular of biological material, which comprises the following steps:
Befüllen eines Gärbehälters insbesondere mit biologischem Material,Filling a fermentation tank, in particular with biological material,
Vergären des biologischen Materials in dem Gärbehälter, so daß sich Gas entwickelt,Fermenting the biological material in the fermentation tank so that gas evolves,
Gewinnen und/oder Nutzen von Energie aus dem Gasdruck und/oder demGain and / or benefit of energy from the gas pressure and / or the
Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases.Buoyancy of the resulting gas during fermentation.
Offensichtlich ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile wie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, da durch die Nutzung der im Gasdruck und/oder dem Auftrieb des entstehenden Gases enthaltenen Energie der Wirkungsgrad gegenüber konventionellen Systemen deutlich erhöht werden kann, welche lediglich die im Gas enthaltene chemische Energie zum Beispiel durch Verbrennen ausnutzen. In der vorliegenden Erfindung wird dagegen sowohl die in dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des Gases enthaltene mechanische Energie als auch die im Gas enthaltene chemische Energie genutzt und/oder gewonnen. Um das Vergären des biologischen Materials in den Gärbehältern zu erleichtern, wird das biologische Material vorteilhafterweise mit speziellen Bakterienstämmen angeimpft.Obviously, the same advantages result from the inventive method as by the device according to the invention, since the use of the energy contained in the gas pressure and / or the buoyancy of the resulting gas, the efficiency over conventional systems can be significantly increased, which contains only the chemical contained in the gas Energy for example through Exploit burning. On the other hand, in the present invention, both the mechanical energy contained in the gas pressure and / or the buoyancy of the gas and the chemical energy contained in the gas are utilized and / or recovered. In order to facilitate the fermentation of the biological material in the fermentation tanks, the biological material is advantageously inoculated with special bacterial strains.
Vorteilhafterweise wird dabei das bei der Vergärung entstehende Gas in Auftriebskörpern gesammelt, welche durch den Auftrieb des Gases bewegt werden. Diese Bewegungsenergie kann dann genutzt oder gewonnen werden.Advantageously, the resulting during the fermentation gas is collected in buoyancy bodies, which are moved by the buoyancy of the gas. This kinetic energy can then be used or gained.
Vorteilhafterweise wird dabei die Bewegungsenergie der Auftriebskörper zum Antrieb eines Generators genutzt, welcher elektrische Energie zur Verfügung stellt.Advantageously, while the kinetic energy of the buoyancy body is used to drive a generator, which provides electrical energy available.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Energie insbesondere mit einer der oben beschriebenen Vorrichtungen mit den Schritten: Befüllen eines Gärbehälters insbesondere mit biologischem Material, Vergären des biologischen Materials im Gärbehälter, so daß das entstehende Gas das Volumen des Gärbehälters vergrößert, Gewinnen von mechanischer Energie aus der Volumenvergrößerung des Gärbehälters, Ablassen des Gases aus dem Gärbehälter, sowie zumindest teilweises Entfernen des verbleibenden biologischen Materials aus dem Gärbehälter.The present invention further comprises a method for generating energy, in particular with one of the above-described apparatuses, comprising the steps of: filling a fermentation container, in particular with biological material, fermenting the biological material in the fermentation container so that the resulting gas increases the volume of the fermentation container, obtaining mechanical energy from the increase in volume of the fermentation tank, draining the gas from the fermentation tank, and at least partially removing the remaining biological material from the fermentation tank.
Vorteilhafterweise befindet sich der Gärbehälter bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Vergärschrittes unterhalb eines Wasserspiegels, so daß die Volumenvergrößerung durch den entstehenden Auftrieb mechanische Energie erzeugt, insbesondere dadurch, daß die Gärbehälter durch ihren Auftrieb einen Rotor bewegen. Dies ergibt eine besonders einfache Möglichkeit der Umsetzung der Volumenvergrößerung in mechanische Energie. Dabei wird vorteilhafterweise Energie aus der Rotation des Rotors gewonnen. So steht neben der Energie aus dem erzeugten Gas auch die Energie aus der Rotation des Rotors zur Verfügung.Advantageously, the fermentation tank is in the method according to the invention during the Vergärschrittes below a water level, so that the increase in volume generated by the resulting buoyancy mechanical energy, in particular by the fact that the fermentation tanks move a rotor by their buoyancy. This results in a particularly simple way of implementing the increase in volume in mechanical energy. This is advantageously energy obtained from the rotation of the rotor. Thus, in addition to the energy from the generated gas, the energy from the rotation of the rotor is also available.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dabei das in die Gärbehälter gefüllte biologische Material durch das den Gärbehälter umgebende Wasser erwärmt. So wird der Gärbehälter durch das umgebende Wasser auf die zur Vergärung optimale Temperatur von ca. 37 bis 39,5°C gebracht.Advantageously, in the method according to the invention, the biological material filled in the fermentation tank is heated by the water surrounding the fermentation tank. Thus, the fermentation tank is brought by the surrounding water to the optimum temperature for fermentation of about 37 to 39.5 ° C.
Vorteilhafterweise wird das sich im geschlossenen Behälter befindliche Wasser erwärmt, insbesondere über die Abwärme aus der Verbrennung von Gas insbesondere in einem Motor. So ergibt sich ein im wesentlichen geschlossener Energiekreislauf, bei dem auch die Abwärme aus der Verbrennung des Gases genutzt wird. Dies ergibt einen besonders guten Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens.Advantageously, the water in the closed container is heated, in particular via the waste heat from the combustion of gas, in particular in an engine. This results in a substantially closed energy cycle, in which the waste heat from the combustion of the gas is used. This results in a particularly good efficiency of the method according to the invention.
Die Rotationsgeschwindigkeit ist dabei eine Funktion des ablaufenden Gärprozesses in Korrelation mit der Virulenz des Gärprozesses und der Zeit. Die Dauer des Gärprozesses bestimmt die Zahl der Rotationen und den Wiederholungsrhythmus der Entleerung und der Neubefüllung der Auftriebskörper. Vorteilhafterweise erfolgt die Rotation dabei sehr langsam, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von weniger als 5 Umdrehungen pro Stunde. Bei einem Rotordurchmesser von 10m kann dabei bei laufendem Gärprozeß insbesondere von einem bis zwei Umdrehungen pro Stunde ausgegangen werden, wobei ein sehr hohes Drehmoment erreicht wird.The rotational speed is a function of the expiring fermentation process in correlation with the virulence of the fermentation process and the time. The duration of the fermentation process determines the number of rotations and the repetitive rhythm of emptying and refilling of the buoyant bodies. Advantageously, the rotation takes place very slowly, in particular at a speed of less than 5 revolutions per hour. With a rotor diameter of 10m, one can assume in particular of one to two revolutions per hour during the fermentation process, with a very high torque being achieved.
Vorteilhafterweise verbleibt das biologische Material so lange in den Gärbehältern, bis der Hauptvergärprozeß im wesentlichen abgeschlossen ist. Nach wie vielen Umdrehungen das biologische Material ausgetauscht wird, bestimmt sich damit durch die Dauer des Gärprozesses und die Drehgeschwindigkeit des Rotors. Vorteilhafterweise wird dabei während einer einzigen Umdrehung der komplette Gärvorgang durchgeführt, so daß das biologische Material nach einer Umdrehung wieder entnommen werden kann und gegebenenfalls einer Nachvergärung zugeführt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein besonders effektiver Vergärvorgang, da ins- besondere das neu aufgefüllte biologische Material erst wieder über das Wasser erwärmt werden muß und so während der Bewegung der Gärbehälter nach unten noch wenig Gas erzeugt wird, welches den Gärbehältern in dieser Phase unerwünschten Auftrieb geben würde.Advantageously, the biological material remains in the fermentation tanks until the main fermentation process is substantially completed. After how many revolutions the biological material is exchanged, determined by the duration of the fermentation process and the rotational speed of the rotor. Advantageously, the entire fermentation process is carried out during a single revolution, so that the biological material can be removed again after one revolution and optionally can be fed to secondary fermentation. This results in a particularly effective fermentation process, since special the newly filled biological material must be heated again over the water and so during the movement of the fermenter down little gas is generated, which would give the fermentation tanks in this phase undesirable buoyancy.
Vorteilhafterweise verbleibt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Gärung erzeugtes Gas im Gärbehälter und vergrößert dessen Volumen, um so durch den erzeugten Auftrieb den Rotor zu bewegen. Vorteilhafterweise wird jedoch während der Bewegung des Gärbehälters nach unten erzeugtes Gas sofort abgelassen. So vergrößert sich während der Bewegung des Gärbehälters nach unten dessen Volumen nicht, wodurch auch sein Auftrieb nicht erhöht wird.Advantageously, in the method according to the invention by the fermentation gas generated in the fermentation tank and increases its volume, so as to move the rotor by the lift generated. Advantageously, however, gas generated downwardly during the movement of the fermentation tank is discharged immediately. Thus, during the movement of the fermentation tank down its volume does not increase, whereby its buoyancy is not increased.
Alternativ kann auf diesen Schritt jedoch auch weitgehend oder komplett verzichtet werden, was die apparative Gestaltung der Gärbehälter vereinfacht. Der Rotor wird trotzdem rotieren, da durch den erfindungsgemäßen Aufbau sichergestellt ist, daß der jeweils gegenüberliegende Gärbehälter, welcher sich nach oben bewegt, erheblich mehr Gas enthält und so ein größeres Volumen und mehr Auftrieb besitzt als der sich nach unten bewegende Gärbehälter. Zudem kann das sich während der Bewegung des Gärbehälters nach unten erzeugte Gas dazu genutzt werden, ein gewisses Druckpolster im Gärbehälter aufzubauen, welches den steigenden Wasserdruck in größerer Tiefe ausgleicht, so daß zum Beispiel nur eine relativ dünne flexible Membran verwendet werden muß. Hierdurch ergibt sich allerdings auch eine schlechtere Energieausbeute, da das in den sich nach unten bewegenden Gärbehältern verbleibende Gas die Bewegung des Rotors hemmt.Alternatively, however, this step can also largely or completely be dispensed with, which simplifies the apparatus design of the fermentation tank. The rotor will still rotate, since it is ensured by the construction according to the invention that the respective opposite fermenter, which moves upward, contains considerably more gas and thus has a larger volume and more buoyancy than the downwardly moving fermentation tank. In addition, the gas generated during the movement of the fermentation tank down to be used to build a certain pressure cushion in the fermentation tank, which compensates for the increasing water pressure in greater depth, so that, for example, only a relatively thin flexible membrane must be used. However, this also results in a poorer energy yield, since the remaining in the downwardly moving fermentation tanks gas inhibits the movement of the rotor.
Weiterhin vorteilhafterweise umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren insbesondere mit einem oder mehreren Merkmalen des oben beschrieben Verfahrens, welches die Schritte umfaßt: Vorvergären des in einer Flüssigkeit enthaltenen biologischen Materials, Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der Flüssigkeit, insbesondere durch Sieben, Filtern und/oder Zermahlen, sowie Vergären der sich ergebenden Flüssigkeit. Dieses Verfahren hat dabei die gleichen Vorteile wie die bereits weiter oben beschriebene Vor- richtung, da sich bei dem Vergärschritt so keine Schicht aus Schwebeteilchen auf der Flüssigkeit ergibt, welche erst wieder durch ein Rührwerk beseitigt werden müßte. Dies erhöht wiederum die Energieausbeute erheblich und ermöglicht so einen sehr guten Wirkungsgrad. Insbesondere wird so auch der CO2-Wirkungsgrad ganz erheblich verbessert.Further advantageously, the present invention comprises a method, in particular with one or more features of the method described above, comprising the steps of: pre-fermenting the biological material contained in a liquid, homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material in the liquid, in particular by sieving , Filtering and / or grinding, and fermenting the resulting liquid. This method has the same advantages as the method described above. Direction, as in the fermentation so no layer of suspended particles on the liquid results, which would have to be removed again by a stirrer. This in turn increases the energy yield considerably and thus enables a very good efficiency. In particular, the CO 2 efficiency is thus improved considerably.
Vorteilhafterweise wird bei diesem Verfahren das beim Sieben und/oder Filtern zurückbleibende biologische Material wieder der Vorvergärung zugeführt. Das ausgesiebte bzw. ausgefilterte biologische Material, welches entweder eine zu große Partikelgröße aufwies oder aber nicht entsprechend durch die Siebe und/oder Filter homogenisierbar war, wir hierdurch in der Vorvergärung nochmals vorvergoren, so daß sich die Struktur des biologischen Materials weiter verändert, bis auch dieses entsprechend homogen in der Flüssigkeit verteilt ist bzw. bis sich die Partikelgröße entsprechend verkleinert hat oder das biologische Material durch die Vorvergärung so verändert wurde, daß es durch die Siebe und/oder Filter entsprechend homogenisiert oder in seiner Partikelgröße entsprechend verkleinert werden kann.Advantageously, in this process, the biological material remaining during sieving and / or filtering is returned to the preliminary fermentation. The sieved or filtered out biological material, which either had too large a particle size or was not correspondingly homogenized by the sieves and / or filters, we hereby vorvergoren in the pre-fermentation again, so that the structure of the biological material continues to change, too this is correspondingly distributed homogeneously in the liquid or until the particle size has reduced accordingly or the biological material was changed by the pre-fermentation so that it can be homogenized by the sieves and / or filters according to or reduced in particle size accordingly.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Gasdruck und/oder Auftrieb des im Gärbehälter aufsteigenden Gases genutzt wird, um ein im Gärbehälter angeordnetes Rührwerk anzutreiben. Dieses kann so das im Gärbehälter gärende Material umrühren, was die Bildung einer Schicht aus Schwebeteilchen auf der Oberfläche verhindert und so die Effizienz der Vergärung steigert. Durch die Ausnutzung des Gasdrucks und/oder des Auftriebs des ohnehin im Gärbehälter aufsteigenden Gases kann so auf einen externen Antrieb des Rührwerks verzichtet werden, so daß sich erhebliche Energieeinsparungen ergeben.The present invention further comprises an advantageous embodiment of the method according to the invention, in which the gas pressure and / or buoyancy of the rising gas in the fermentation tank is used to drive an agitator arranged in the fermentation tank. This can thus agitate the fermenting material in the fermentation tank, which prevents the formation of a layer of suspended particles on the surface and thus increases the efficiency of the fermentation. By exploiting the gas pressure and / or the buoyancy of the rising gas in the fermentation tank anyway so can be dispensed with an external drive of the agitator, so that there are significant energy savings.
Vorteilhafterweise sammelt sich dabei das im Gärbehälter aufsteigende Gas in im Gärbehälter angeordneten Auftriebskörpern und bewegt diese so. Weiterhin vorteilhafterweise bewegt weiterhin die Bewegung der Auftriebskörper das im Gärbehälter befindliche gärende Material, insbesondere das biologische Material. Hierdurch bil- den die Auftriebskörper, vorteilhafterweise im Zusammenspiel mit einer Trägerkonstruktion, selbst das Rührwerk des Gärbehälters. Nicht zum Rühren des im Gärbehälter befindlichen Materials benötigte Energie kann weiterhin zur Energiegewinnung zum Beispiel über einen Generator genutzt werden.Advantageously, the gas rising in the fermentation tank collects in buoyant bodies arranged in the fermentation vessel and moves it in this way. Furthermore advantageously, the movement of the buoyant bodies further moves the fermenting material in the fermentation container, in particular the biological material. As a result, the buoyancy body, advantageously in conjunction with a support structure, even the stirrer of the fermentation tank. Energy not required for stirring the material contained in the fermentation tank can continue to be used for energy production, for example via a generator.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird dagegen das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt und in einen weiteren Behälter geleitet, in welchem es sich in dort angeordneten Auftriebskörpern sammelt und diese so bewegt. So kann die Bewegung der Auftriebskörper zur Gewinnung von Energie genutzt werden.In an alternative advantageous embodiment, however, the resulting gas in the fermentation tank is collected and passed into another container in which it collects in buoyancy bodies arranged there and moves them so. Thus, the movement of the buoyancy bodies can be used for the production of energy.
Vorteilhafterweise ist dabei der weitere Behälter in einem unterem Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser befüllt, in welche vorteilhafterweise das spezifische Gewicht der Flüssigkeit erhöhende Zusätze gemischt sind. Dies hat die bereits weiter oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Vorteile.Advantageously, the further container is filled in a lower region with a liquid, in particular with water, in which advantageously the specific gravity of the liquid-increasing additives are mixed. This has the advantages already described above in connection with the device.
In einer alternativen Ausführung des Verfahrens kann das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt werden und befördert durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt. Hierdurch ergeben sich die gleichen Vorteile wie durch die entsprechende Vorrichtung.In an alternative embodiment of the method, the gas produced in the fermentation tank can be collected and conveyed by its pressure a liquid from a lower-lying container in a higher-lying container, in particular by the gas drives a pump which pumps the liquid in the higher-lying container. This results in the same advantages as through the corresponding device.
Weiterhin vorteilhafterweise fließt die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr ab und treibt eine Turbine oder einen Generator an. Auch hierdurch ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Vorteile.Further advantageously, the liquid drains from the higher tank via a downcomer and drives a turbine or generator. This also results in the advantages already described in connection with the device.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenThe present invention will now be explained in more detail with reference to embodiments and drawings. Show
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,1 shows a first embodiment of the present invention, 2 shows a second embodiment of the present invention,
Fig. 3 eine alternative Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels,3 shows an alternative embodiment of the second embodiment,
Fig. 4 ein Prinzipschema eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,4 is a schematic diagram of a third embodiment of the present invention;
Fig. 5 eine detailliertere Zeichnung des dritten Ausführungsbeispiels,5 is a more detailed drawing of the third embodiment,
Fig. 6 eine detailliertere Zeichnung einer alternativen Ausführung des dritten Ausführungsbeispiels,6 is a more detailed drawing of an alternative embodiment of the third embodiment,
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung undFig. 7 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the present invention and
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführung des vierten Ausführungsbeispiels.Fig. 8 is a schematic diagram of an alternative embodiment of the fourth embodiment.
Das in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel beruht auf einem geschlossenen isolierten Behälter 1 zur Aufnahme von temperiertem Wasser 21 in einem unteren Bereich 2 und zur Aufnahme des entweichenden Gases 23 in einem oberen Bereich 3. Im unteren Bereich 2 befinden sich zwei über eine Längsachse verbundene Rotorelemente, zwischen denen sich in kreisförmiger Anordnung Gärbehälter 12 mit durch Gasdruck veränderbarem Volumen befinden, welche Auftriebskörper darstellen. Beim Betrieb der Vorrichtung vergärt das in die Gärbehälter 12 eingebrachte Gärgut unter Freisetzung von Gas, wodurch sich das Volumen der mit einer Membran 14 verschlossenen Gärbehälter vergrößert. Da sich die Gärbehälter 12 am Rotor 10 jeweils bis auf einen unter der Wasseroberfläche 22 befinden, erzeugen die Gärbehälter 12 Auftrieb; hierbei werden die sich in den Gärbehältern 12 kreisabwärts bildenden Gase über eine Ventilsteuerung ausgeleitet und steigen in den Gasdom 5 auf, so daß sich der kreisaufwärts bildende Auftrieb energiewirksam voll ausbilden kann. Im obersten Scheitelpunkt über der Wasseroberfläche 22 wird das Gas durch Öffnen der Auftriebskörper 12 ausgeleitet und diese, falls der Gärprozeß nachläßt, neu mit Gärmaterial befüllt. Das durch den Auftrieb an der Achse bewirkte Drehmoment wird dann über ein Getriebe und einen Generator in elektrische Energie umgesetzt. Alternativ ließe sich diese Anordnung auch über ein Paternostersystem verwirklichen, bei welchem die Gärbehälter 12 an einem umlaufenden Förderband angeordnet sind.The first embodiment shown in Fig. 1 is based on a closed insulated container 1 for receiving tempered water 21 in a lower region 2 and for receiving the escaping gas 23 in an upper region 3. In the lower region 2 are two connected via a longitudinal axis Rotor elements, between which are in a circular arrangement fermenter 12 with variable by gas pressure volume, which are buoyancy bodies. During operation of the device, the fermentation material introduced into the fermentation tank 12 fermented to release gas, which increases the volume of the fermentation tank closed with a membrane 14. Since the fermentation tanks 12 are located on the rotor 10 except for one below the water surface 22, the fermentation tank 12 generate buoyancy; Here, in the fermentation tanks 12th Downstream forming gases discharged via a valve control and rise in the gas dome 5, so that the upward buoyancy can form fully effective energy. In the uppermost vertex above the water surface 22, the gas is discharged by opening the buoyancy body 12 and, if the fermentation process subsides, newly filled with fermentation material. The torque caused by the lift on the axle is then converted into electrical energy via a transmission and a generator. Alternatively, this arrangement could also be realized via a paternoster system, in which the fermentation tanks 12 are arranged on a revolving conveyor belt.
Um in dem Wasserbehälter optimale Bedingungen für den Gärprozeß sicherzustellen, wird die Temperatur des Wassers auf 39°C gebracht und gehalten. Die Erwärmung erfolgt dabei mittels Heizelementen 7 über die Abwärme der Biogasmotoren der üblichen Biogasanlage. Damit sich in den Gärbehältern bei der Vergärung keine Schwebschichten bilden, werden diese zusätzlich mit homogenisiertem Gärmaterial befüllt, welches eine höhere Gasausbeute liefert.To ensure optimum conditions for the fermentation process in the water tank, the temperature of the water is brought to 39 ° C and maintained. The heating takes place by means of heating elements 7 via the waste heat of the biogas engines of the conventional biogas plant. In order that no suspended layers are formed in the fermentation tanks during fermentation, they are additionally filled with homogenized fermentation material, which provides a higher gas yield.
Im Detail ergibt sich dabei folgender Aufbau: Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen geschlossen Behälter 1 auf, welcher in einem unteren Bereich 2 Wasser 21 aufnehmen kann und im oberen Bereich 3 mit einem Gasdom zur Aufnahme von Gas 23 verschlossen ist. Hierzu weist der geschlossene Behälter 1 eine feste Struktur 4 auf, in welche das Wasser 21 gefüllt werden kann. Im oberen Bereich weist der geschlossene Behälter 1 dagegen einen üblichen Gasdom aus einer flexiblen Membran 5 auf, unter welcher sich das Gas 23 ansammelt und so die Membran 5 nach oben ausdehnt. Zudem weist der geschlossene Behälter 1 noch eine Dachkonstruktion 6 auf, welche die Membran 5 vor Witterungseinflüssen schützt. Für den Gasdom sind allerdings auch andere Konstruktionen bekannt. Der Behälter 1 ist dabei bis zu einem Wasserspiegel 22 mit Wasser gefüllt.In detail, this results in the following structure: The first embodiment of the device according to the invention has a closed container 1, which can accommodate water 21 in a lower region 2 and is closed in the upper region 3 with a gas dome for receiving gas 23. For this purpose, the closed container 1 has a solid structure 4, in which the water 21 can be filled. In the upper area, however, the closed container 1 has a common gas dome made of a flexible membrane 5, under which the gas 23 accumulates and thus expands the membrane 5 upwards. In addition, the closed container 1 still has a roof structure 6, which protects the membrane 5 from the weather. For the gas dome, however, other constructions are known. The container 1 is filled up to a water level 22 with water.
Im unteren Bereich des geschlossenen Behälters 1 ist eine Lagerkonstruktion für den als Trägerkonstruktion für die Auftriebskörper 12 fungierenden Rotor 10 vorge- sehen, welche aus Streben 8 sowie Lagern 9 besteht. Der Rotor 10 ist an diesen Lagern 9 drehbar um eine horizontale Drehachse gelagert. Der Rotor 10 besteht dabei aus einer Rahmenkonstruktion, welche vorteilhafterweise radiale Streben 11 umfaßt. An dem Rotor 10 sind die als Auftriebskörper fungierenden Gärbehälter 12 so angeordnet, daß deren Oberseite immer waagrecht ausgerichtet ist, wobei mehrere Gärbehälter 12 gleichmäßig rings um die Drehachse in einem der Größe des geschlossenen Behälters 1 entsprechenden Abstand angeordnet sind. Die Gärbehälter 12 bestehen dabei aus Zylinderrohrhälften, welche sich parallel zur Drehachse des Rotors erstrecken. An der Oberseite der Zylinderhälften ist ein Rahmen 17 angeordnet, welcher verschwenkbar ist und so die Gärbehälter 12 öffnen bzw. verschließen kann. Auf dem Rahmen 17 ist wiederum eine flexible Membran 14 angebracht, welche sich unter der Einwirkung des in dem Gärbehälter erzeugten Gases nach oben wölbt und so das Volumen des Gärbehälters vergrößert. Ist der Gärbehälter mit einer großen Menge an Gas 24 gefüllt, ergibt sich insgesamt aus dem Halbzylinder 13 und der dann nach oben gewölbten flexiblen Membran 14 wieder eine im wesentlichen zylinderförmige Form für den Gärbehälter 12. Die flexiblen Membranen 14 bzw. 5 sind dabei aus einer Folie aus Gummi gefertigt, welche somit hochflexibel und gasdicht ist.In the lower region of the closed container 1, a bearing construction is provided for the rotor 10 acting as the support structure for the buoyant bodies 12. see which consists of struts 8 and bearings 9. The rotor 10 is rotatably mounted on these bearings 9 about a horizontal axis of rotation. The rotor 10 consists of a frame construction, which advantageously comprises radial struts 11. On the rotor 10 acting as a buoyant fermentor 12 are arranged so that the top is always aligned horizontally, with several fermentation tanks 12 are arranged uniformly around the rotation axis in a the size of the closed container 1 corresponding distance. The fermentation tank 12 consist of cylindrical tube halves, which extend parallel to the axis of rotation of the rotor. At the top of the cylinder halves a frame 17 is arranged, which is pivotable and can open or close the fermentation tank 12. On the frame 17, in turn, a flexible membrane 14 is mounted, which bulges upward under the action of the gas generated in the fermentation tank, thus increasing the volume of the fermentation tank. If the fermentation tank is filled with a large amount of gas 24, the overall result is a substantially cylindrical shape for the fermentation tank 12 from the half-cylinder 13 and the then upwardly curved flexible membrane 14. The flexible membranes 14 and 5 are made of one Foil made of rubber, which is thus highly flexible and gas-tight.
Die Ausmaße der gesamte Anlage sind groß, wobei die Gärbehälter eine Länge zwischen 20 m und 100 m aufweisen. So können große Mengen an biologischem Material auf einmal vergoren werden.The dimensions of the entire system are large, with the fermentation tanks have a length between 20 m and 100 m. This allows large quantities of biological material to be fermented at once.
Weiterhin ist eine Vorrichtung 15 zum Entleeren der Gärbehälter 12 vorgesehen, welche sich im oberen Bereich des geschlossenen Behälters befindet, also oberhalb des Wasserspiegels 22. Ebenso ist eine Vorrichtung 16 zum Befüllen der Gärbehälter mit biologischem Material vorgesehen, welche sich ebenfalls im oberen Bereich 3 des geschlossenen Behälters 1 befindet.Furthermore, a device 15 is provided for emptying the fermentation tank 12, which is located in the upper region of the closed container, ie above the water level 22. Likewise, a device 16 for filling the fermentation container with biological material is provided, which is also in the upper region 3 of closed container 1 is located.
Weiterhin sind im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters 1 Heizelemente 7 angeordnet, welche das im unteren Bereich 2 befindliche Wasser 21 erwärmen. Hierdurch kann die optimale Gärtemperatur von 37 bis 39,50C eingestellt werden. Das Gas wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Dieselmotoren verbrannt, um Strom zu erzeugen. Die Heizelemente 7 verwenden dann die beim Verbrennen des Gases erzeugte Abwärme. Die Heizelemente 7 können so die Abwärme, welche bei bekannten Vorrichtungen bis zu 80% des Energieertrags bedeuten kann, wiederverwerten.Furthermore, heating elements 7 are arranged in the lower region 2 of the closed container 1, which heat the water 21 located in the lower region 2. As a result, the optimum fermentation temperature of 37 to 39.5 0 C can be set. The gas is burned in the inventive device in diesel engines to produce electricity. The heating elements 7 then use the waste heat generated when the gas is burned. The heating elements 7 can thus recycle the waste heat, which in known devices can account for up to 80% of the energy yield.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird biologisches Material verwendet, welches in einem Vorvergärbehälter bereits vorvergoren wurde. Das biologische Material schwimmt dabei in einer Flüssigkeit. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen nun Siebe oder Filter zum Einsatz, um das biologische Material, welches in die Gärbehälter 12 gefüllt wird, in der Flüssigkeit zu homogenisieren bzw. die Partikelgröße des biologischen Materials entsprechend zu verkleinern, so daß sich während der Vergärung in den Gärbehältern 12 keine Schicht auf der Oberfläche der gärenden Flüssigkeit bildet. Alternativ kann zum gleichen Zweck auch eine Zermahlvorrichtung eingesetzt werden.In the method according to the invention biological material is used, which was already pre-fermented in a pre-Vergärbehälter. The biological material floats in a liquid. In the apparatus according to the invention now sieves or filters are used to homogenize the biological material which is filled in the fermentation tank 12 in the liquid or to reduce the particle size of the biological material accordingly, so that during fermentation in the fermentation tanks 12 does not form a layer on the surface of the fermenting liquid. Alternatively, a crusher can be used for the same purpose.
Das in einer Flüssigkeit entsprechend homogen verteilte biologische Material bzw. das eine entsprechend kleine Partikelgröße aufweisende biologische Material wird nunmehr bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Vorrichtung 16 in die Gärbehälter 12 eingefüllt, während diese sich oberhalb der Wasseroberfläche 22 befinden. Zur besseren Vergärung werden dem biologischen Material, welches zum Beispiel aus Gülle und/oder nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Stroh besteht, entsprechende Bakterien zugesetzt. Durch dieses Animpfen des biologischen Materials kann ein optimaler Gärvorgang erreicht werden. Zum Befüllen mit biologischem Material ist der Rahmen 17 mit der flexiblen Membran 14 geöffnet. Daraufhin werden die Gärbehälter wieder luft- und wasserdicht verschlossen. Durch die Bewegung des Rotors, in Fig. 1 im Uhrzeigersinn, werden die Gärbehälter 12 nun nach unten in das Wasser hineinbewegt und durch das wärmere Wasser erwärmt. Sie erreichen nun im Verlauf der Bewegung nach unten die optimale Gärtemperatur, so daß der Vergärvorgang startet. Das hierdurch erzeugte Gas 24 sammelt sich unter der flexiblen Membran 14 und vergrößert so das Volumen der Gärbehälter 12. Durch die Gaserzeugung in den Gärbehältern wird dafür gesorgt, daß in den sich wieder nach oben bewegenden Gärbehältern 12, welche sich in der Zeichnung auf der linken Seite befinden, erheblich mehr Gas vorhanden ist als auf der anderen Seite, so daß diese auch ein viel größeres Volumen aufweisen und so für Auftrieb sorgen. Dieser Auftrieb treibt wiederum den Rotor 10 an. Durch diese Rotation wird bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Generator angetrieben, welcher Strom erzeugt. Erreichen die mit Gas gefüllten Gärbehälter wieder den Bereich 3, der sich oberhalb der Wasseroberfläche 22 befindet, werden sie geöffnet, so daß das Gas aus den Gärbehältern entweichen kann und sich in dem Bereich 3 unterhalb der flexiblen Membran 5 des geschlossenen Behälters 1 sammelt. Von hier aus kann das Gas nun abgepumpt und zum Beispiel auch zur Stromerzeugung oder zur Heizung verwendet werden. Das biologische Material wird nun zumindest teilweise über die Vorrichtung 15 abgesaugt und neues biologisches Material nachgefüllt.The correspondingly homogeneously distributed in a liquid biological material or a correspondingly small particle size having biological material is now filled in the inventive method via the device 16 in the fermentation tank 12, while these are located above the water surface 22. For better fermentation, the biological material, which consists for example of manure and / or renewable raw materials such as straw, appropriate bacteria are added. By inoculating the biological material, an optimal fermentation process can be achieved. For filling with biological material of the frame 17 is opened with the flexible membrane 14. Then the fermentation tanks are again closed air and water tight. By the movement of the rotor, in Fig. 1 in the clockwise direction, the fermentation tanks 12 are now moved down into the water and heated by the warmer water. You now reach in the course of the movement down the optimal fermentation temperature, so that the fermentation process starts. The gas 24 produced thereby collects under the flexible membrane 14 and thus increases the volume of the fermentation tank 12th By generating gas in the fermentation tanks is ensured that in the back up moving fermentation tanks 12, which are in the drawing on the left side, considerably more gas is present than on the other side, so that these also a much larger Have volume and thus provide buoyancy. This buoyancy in turn drives the rotor 10. By this rotation, a generator is driven in the embodiment of the invention, which generates electricity. When the gas-filled fermentation tanks reach the area 3 above the water surface 22, they are opened so that the gas can escape from the fermentation tanks and collects in the area 3 below the flexible membrane 5 of the closed container 1. From here, the gas can now be pumped out and used, for example, to generate electricity or for heating. The biological material is now sucked at least partially through the device 15 and refilled new biological material.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist eine Funktion des ablaufenden Gärprozesses, dessen Virulenz die Gasproduktion bestimmt, in Abhängigkeit vom Zeitablauf. Sie wird entweder so eingestellt, daß nach einer Umdrehung der Vergärvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist, so daß das biologische Material komplett entnommen werden kann. Hierzu wird üblicherweise je nach Material eine Vergärzeit und damit auch eine Rotationszeit für den Rotor von ca. 2 bis 48 Stunden verwendet. Alternativ kann das Material auch erst nach einigen Umdrehungen entnommen werden, so daß eine schnellere Rotation möglich ist. Hier wird dann solange nichts unternommen, wie der Gärprozeß läuft. Vermindert sich der erzeugte Gasdruck und damit die Auftriebskraft, wird eine Neubefüllung vorgenommen.The rotational speed of the rotor is a function of the expiring fermentation process, whose virulence determines the gas production, as a function of time. It is either adjusted so that after one revolution of the fermentation process is substantially complete, so that the biological material can be completely removed. For this purpose, depending on the material, a fermentation time and thus also a rotation time for the rotor of about 2 to 48 hours are usually used. Alternatively, the material can be removed only after a few turns, so that a faster rotation is possible. Here then nothing is done as long as the fermentation process is running. Reduces the gas pressure generated and thus the buoyancy force, a refill is made.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem der geschlossene Behälter 1 genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, nun aber mit dem zu vergärenden biologischen Material selbst bis zu einer Oberfläche 22 befüllt wird. Die Heizelemente 7 bringen das Gärmaterial im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters 1 dabei auf die optimale Vergär- temperatur von 390C1 wozu die Abwärme aus der Verbrennung des Gases in Dieselmotoren genutzt wird. Das während der Gärung entstehende Gas steigt durch das Gärmaterial im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters 1 in den oberen Bereich 3 des geschlossenen Behälters 1 , in welchem es sich unter der flexiblen Membran 5 ansammelt. Von dort aus kann das Gas wie im ersten Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von elektrischer Energie Dieselmotoren zugeführt werden, welche einen Generator antreiben.Figure 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the closed container 1 is constructed exactly as in the first embodiment, but now filled with the biological material to be fermented even up to a surface 22. The heating elements 7 bring the fermentation material in the lower region 2 of the closed container 1 to the optimal fermentation temperature of 39 0 C 1 to which the waste heat from the combustion of the gas is used in diesel engines. The gas produced during the fermentation rises through the fermentation material in the lower region 2 of the closed container 1 into the upper region 3 of the closed container 1, in which it accumulates below the flexible membrane 5. From there, as in the first exemplary embodiment, the gas can be supplied to diesel engines for generating electrical energy, which drive a generator.
Im unteren Bereich des geschlossenen Behälters 1 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Lagerkonstruktion für den Rotor 10 vorgesehen, welche aus Streben 8 sowie Lagern 9 besteht. Der Rotor 10 ist an diesen Lagern 9 drehbar um eine horizontale Drehachse gelagert. An dem Rotor sind dabei über Streben 11 Auftriebselemente 12 angeordnet, welche, wie auch aus der perspektivischen Ansicht oben in Fig. 2 hervorgeht, auf einer Seite eine konkave Innenseite aufweisen, welche eine Aufnahme für das im Gärmaterial aufsteigende Gas bildet, und auf der anderen Seite eine konvexe Außenseite 31 aufweisen, an welcher das aufsteigende Gas abperlt. Die Auftriebskörper 12 sind dabei sternförmig um die Drehachse des Rotors 10 angeordnet und alle in gleicher Weise ausgerichtet. Der Rotor 10 erhält damit im wesentlichen die Form eines Schaufelrads. Die Auftriebselemente 10 sind mit einem gewissen Abstand von der Drehachse an den Streben 11 angeordnet und bestehen im wesentlichen aus einer gebogenen Materialschicht, welche an ihren Rändern mit den Streben 11 verbunden ist.In the lower region of the closed container 1, as in the first embodiment, a bearing structure for the rotor 10 is provided, which consists of struts 8 and 9 bearings. The rotor 10 is rotatably mounted on these bearings 9 about a horizontal axis of rotation. Uplift elements 12 are arranged on the rotor via struts 11 which, as can be seen from the perspective view at the top in FIG. 2, have on one side a concave inner side which forms a receptacle for the gas rising in the fermentation material, and on the other side Side have a convex outer side 31, at which the rising gas bubbles off. The buoyancy bodies 12 are arranged in a star shape around the axis of rotation of the rotor 10 and all aligned in the same way. The rotor 10 thus receives substantially the shape of a paddle wheel. The buoyancy elements 10 are arranged at a certain distance from the axis of rotation on the struts 11 and consist essentially of a curved material layer, which is connected at their edges with the struts 11.
Das sich während des Gärprozesses im biologischen Material bildende Gas steigt nun im unteren Bereich 2 des geschlossenen Behälters auf, wobei es sich in den im Bild links gezeigten Auftriebskörpern 12 sammelt, während es an der konvexen Außenseite der im Bild rechts gezeigten Auftriebskörpern 12 abperlt. Hierdurch ergibt sich für die auf der linken Seite befindlichen Auftriebskörpem 12 ein großer Auftrieb, welcher den Rotor 10 in Rotation versetzt. Erreichen die Auftriebsbehälter 12 den oberen Bereich 3 des geschlossenen Behälters oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 22, kann das Gas aus den Auftriebskörpern 12 in diesen oberen Bereich 3 entweichen und sammelt sich unterhalb der flexiblen Membran 5 an. Die durch den Rotor 10 wieder nach unten bewegten Auftriebskörper 12 haben während der Bewegung nach unten keinen Auftrieb, da das Gas an ihrer konvexen Außenseite abperlt und somit kaum Kraft auf diese ausübt. Erst wenn sich die Auftriebsbehälter 12 wieder nach oben bewegen und damit die Aufnahme 30 für das Gas nach unten zeigt, sammelt sich wieder Gas in den Auftriebskörpern 12 und erzeugt wieder Auftrieb, welcher den Rotor antreibt.The gas forming in the biological material during the fermentation process now rises in the lower region 2 of the closed container, collecting in the buoyant bodies 12 shown on the left, while it drips off on the convex outer side of the buoyant bodies 12 shown on the right. This results in a large buoyancy for the buoyancy bodies 12 located on the left side, which causes the rotor 10 to rotate. If the buoyancy vessels 12 reach the upper region 3 of the closed container above the liquid surface 22, the gas can escape from the buoyant bodies 12 into this upper region 3 and collects below the flexible membrane 5. By The rotor 10 again downwardly moving buoyant body 12 have during the downward movement no buoyancy, as the gas rolls off at its convex outer side and thus exerts little force on them. Only when the buoyancy tank 12 again move upwards and thus the receptacle 30 for the gas points down, gas collects again in the buoyancy bodies 12 and again generates buoyancy, which drives the rotor.
Durch die Bewegung des Rotors wird das Gärferment ständig bewegt, was die Ausgasung fördert und ein separates Rührwerk entbehrlich macht. So kann durch die gezeigte Anordnung des Rotors 10 mit den Auftriebskörpern 12 auf den sonst nötigen energieaufwendigen separaten Antrieb des Rührwerks verzichtet werden. Im Gegenteil kann die nicht zum Rühren benötigte Bewegungsenergie des Rotors 10 an der Achse abgenommen und zum Beispiel über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.Due to the movement of the rotor, the fermentation fermentation is constantly moved, which promotes the outgassing and makes a separate agitator dispensable. Thus, by the arrangement of the rotor 10 shown with the buoyancy bodies 12 can be dispensed with the otherwise necessary energy-consuming separate drive of the agitator. On the contrary, the kinetic energy of the rotor 10, which is not required for stirring, can be taken off the axis and, for example, converted into electrical energy via a generator.
Die in Figur 3 gezeigte alternative Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die veränderte Ausgestaltung des Rotors, insbesondere der Auftriebskörper 12. Diese bestehen in der in Figur 3 gezeigten Ausführung, wie auch aus der oben in Fig. 3 dargestellten perspektivischen Ansicht hervorgeht, im wesentlichen aus einer gebogenen Materialschicht, welche so die Aufnahme 30 für das Gas und die konvexe Außenseite 31 bildet. Die durchgehende Materialschicht verläuft dabei anders als in der ersten Ausführung im wesentlichen bis zur Drehachse, während bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung sich die Auftriebskörper 12 nur in einem äußeren Bereich des Rotors befanden, wobei sie über Streben 11 mit der Drehachse des Rotors verbunden waren. Zur Stabilisierung der in Fig. 3 gezeigten Auftriebskörper 12 sind jedoch ebenfalls Streben 11 vorgesehen.The alternative embodiment shown in Figure 3 of the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment only by the modified configuration of the rotor, in particular the buoyancy body 12. These consist in the embodiment shown in Figure 3, as well as from the top in Fig. 3rd shown perspective view, essentially of a curved material layer, which thus forms the receptacle 30 for the gas and the convex outer side 31. The continuous material layer is different than in the first embodiment substantially up to the axis of rotation, while in the embodiment shown in Fig. 2, the buoyancy bodies 12 were only in an outer region of the rotor, wherein they connected via struts 11 with the axis of rotation of the rotor were. However, struts 11 are also provided for stabilizing the buoyancy bodies 12 shown in FIG. 3.
Die Auftriebskörper 12 weisen zusätzlich vorteilhafterweise Seitenwände auf, so daß sich in der Aufnahme 30 ansammelnde Gas auch dort nicht entweichen kann. Das in Figs. 4 bis 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basiert im wesentlichen auf der gleichen Anordnung wie das zweite Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der geschlossene Behälter 1 nicht als Gärbehälter ausgeführt ist, sondern Wasser enthält. Deshalb ist ein separater Gärbehälter 35 vorgesehen, an dessen Oberseite sich das entstehende Gas sammelt und über eine Gasleitung 36 zu dem Gasauslaß 40 strömt, welcher im unteren Bereich des geschlossenen Behälters 1 angeordnet ist. Der im ebenfalls geschlossenen Gärbehälter 35 entstehende Gasdruck drückt dabei das Gas gegen den Druck der oberhalb des Gasauslasses 40 befindlichen Wassersäule in den geschlossenen Behälter 1. Das aufsteigende Gas sammelt sich dabei wie im zweiten Ausführungsbeispiel in entsprechend gestalteten Auftriebskörpern und bewegt diese so nach oben. Die Auftriebskörper 12 weisen dabei wiederum eine zu einer Seite hin offene Aufnahme für das Gas auf, während ihre Außenseite konvex geformt ist. Der Gasauslaß 40 befindet sich dabei unterhalb der Auftriebskörper 12 in dem Bereich, in dem die nach einer Seite hin offene Aufnahme 30 für das Gas nach unten zeigt, so daß möglichst das gesamte aus dem Auslaßelement 40 austretende Gas in den Auftriebskörpern 12 aufgefangen wird und so für den entsprechenden Auftrieb sorgt.The buoyancy bodies 12 additionally advantageously have side walls, so that gas accumulating in the receptacle 30 can not escape there as well. The in Figs. 4 to 6 illustrated third embodiment of the present invention is based essentially on the same arrangement as the second embodiment, but the closed container 1 is not designed as a fermentation tank, but contains water. Therefore, a separate fermentation tank 35 is provided, at the top of which the resulting gas collects and flows via a gas line 36 to the gas outlet 40, which is arranged in the lower region of the closed container 1. The resulting gas also in the closed fermentation tank 35 presses the gas against the pressure of the above the gas outlet 40 located water column in the closed container 1. The ascending gas collects as in the second embodiment in accordance with designed buoyancy bodies and moves them upwards. The buoyant bodies 12 in turn have a receptacle for the gas which is open towards one side, while their outer side is convexly shaped. The gas outlet 40 is located below the buoyancy body 12 in the region in which the open towards one side receptacle 30 for the gas down, so that as far as possible the entire gas emerging from the outlet 40 is collected in the buoyancy bodies 12 and so provides for the corresponding buoyancy.
In Fig. 4 und Fig. 5 sind die Auftriebskörper 12 dabei an einem umlaufenden Förderband 39 angeordnet, mit welchem sie so verbunden sind, daß sich die Ausrichtung der Auftriebskörper 12 mit der Bewegungsrichtung des Bandes ebenfalls ändert. Auf der im Bild gezeigten rechten Seite bewegen sie sich deshalb nach unten, während die konvexe Außenseite nach unten zeigt, während sie sich auf der linken Seite nach oben bewegen, während auch die konvexe Außenseite 31 nach oben zeigt. So sammelt sich nur auf der linken Seite Gas in der Aufnahme 30, welches für den Auftrieb der Auftriebskörper 12 sorgt und so das Förderband 39 antreibt. Dieses verläuft, wie in Fig. 5 gezeigt, über zwei Walzen 37 und 38. Von deren Drehachsen kann die Bewegungsenergie des Förderbands abgenommen und zum Beispiel an einen Generator übertragen werden, welcher diese in elektrische Energie umwandelt. Im oberen Scheitelpunkt der Bewegung treten die Auftriebskörper 12 aus dem unteren Bereich des geschlossen Behälters 11 , d.h. aus der Flüssigkeit, aus und entlassen das in ihnen angesammelte Gas in den oberen Bereich 3. Von dort aus kann es nun den Gasmotor-Generatoren zugeleitet werden.In Fig. 4 and Fig. 5, the buoyancy bodies 12 are arranged on a circulating conveyor belt 39, with which they are connected so that the orientation of the buoyancy body 12 also changes with the direction of movement of the belt. Therefore, on the right side shown in the figure, they move down while the convex outside faces downward, while they move up on the left side, while also the convex outside 31 faces upward. So accumulates only on the left side gas in the receptacle 30, which provides for the buoyancy of the buoyancy body 12 and so drives the conveyor belt 39. This runs, as shown in Fig. 5, two rollers 37 and 38. From the axes of rotation, the kinetic energy of the conveyor belt can be removed and transmitted, for example, to a generator, which converts them into electrical energy. In the upper vertex of the movement, the buoyancy bodies 12 exit from the lower region of the closed container 11, ie from the liquid, and discharge the gas accumulated in them into the upper region 3. From there it can now be fed to the gas engine generators.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Alternative wird nun anstatt des Förderbands 39 wieder ein Rotor 10 verwendet, wie er bereits aus dem zweiten Ausführungsbeispiel bekannt ist. Da jedoch im dritten Ausführungsbeispiel das biologische Material in einem separaten Gärbehälter 35 vergoren wird, ist wiederum eine Gasleitung 36 sowie ein Auslaßelement 40 im linken unteren Bereich unterhalb der Auftriebselemente 12 vorgesehen.In the alternative shown in FIG. 6, instead of the conveyor belt 39, a rotor 10 is again used, as already known from the second exemplary embodiment. However, since in the third embodiment, the biological material is fermented in a separate fermentation tank 35, in turn, a gas line 36 and an outlet member 40 is provided in the left lower area below the buoyancy elements 12.
Ein solches nach den Prinzipien des dritten Ausführungsbeispiels arbeitendes Auftriebskraftwerk läßt sich ebenfalls mit anderen unter Druck stehenden Medien betreiben, deren spezifisches Gewicht leichter als Wasser ist und welche mit Wasser keine Verbindung eingehen. Zum Beispiel können hier Öle wie zum Beispiel Rapsöl verwendet werden. Hierdurch läßt sich der Druck des unter Druck stehenden Mediums in elektrische Energie umwandeln.Such operating according to the principles of the third embodiment buoyancy power plant can also be operated with other pressurized media whose specific gravity is lighter than water and which do not form a connection with water. For example, oils such as rapeseed oil can be used here. As a result, the pressure of the pressurized medium can be converted into electrical energy.
Weiterhin läßt sich bei den im ersten und dritten Ausführungsbeispiel gezeigten Vorrichtungen, bei welchen der geschlossene Behälter 1 nicht mit dem zu vergärenden Material, sondern z.B. mit Wasser gefüllt ist, die Effizienz dadurch steigern, daß entweder schweres Wasser verwendet wird oder dem Wasser Zusatzstoffe beigegeben werden, welche das spezifische Gewicht des Wassers erhöhen. So ist es zum Beispiel möglich, Zuckerlösung, Salz oder Metallstaub in das Wasser einzubringen. Hierdurch erhöht sich der Auftrieb des Gases gegenüber dem Wasser, weil eine größere Differenz zwischen den spezifischen Gewichten des Gases in den Auftriebskörpern 12 und der diese umgebenden Flüssigkeit vorliegt.Furthermore, in the devices shown in the first and third embodiments, in which the closed container 1 can not be filled with the material to be fermented, but e.g. is filled with water, the efficiency increase by either heavy water is used or the water additives are added, which increase the specific gravity of the water. For example, it is possible to incorporate sugar solution, salt or metal dust into the water. This increases the buoyancy of the gas relative to the water, because there is a greater difference between the specific weights of the gas in the buoyant bodies 12 and the surrounding liquid.
Bei dem in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kommt wie im dritten Ausführungsbeispiel ein separater Gärbehälter 35, wie zum Beispiel ein Gärsilo, zum Einsatz, von welchem das unter Druck ste- hende Gas aus der Vergärung über eine Gasleitung 36 abgeleitet wird. Im vierten Ausführungsbeispiel treibt das Gas dabei eine Pumpe 43 an, welche Wasser von einem niedriger angeordneten ersten Behälter 41 in einen höher angeordneten zweiten Behälter 42 pumpt, so daß die Energie aus dem Druck des Gases als potentielle Energie des Wassers gespeichert werden kann. Die Pumpe 43 ist dabei direkt in dem ersten tiefer gelegenen Behälter 41 angeordnet. Das Gas wird, nachdem es die Pumpe angetrieben hat, über die Ableitung 49 zu den Biogasmotor- Generatoren abgeleitet. Hierzu ist in der in Fig. 8 gezeigten Alternative ein Gasdom 48 oberhalb der Pumpe 43 über dem Behälter 41 angeordnet, welcher sich bis unterhalb der Wasseroberfläche 47 erstreckt.In the fourth exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 7 and FIG. 8, as in the third exemplary embodiment, a separate fermenting vessel 35, such as a fermenting silo, is used, from which the pressurized vessel derived gas from the fermentation via a gas line 36 is derived. In the fourth embodiment, the gas thereby drives a pump 43, which pumps water from a lower arranged first container 41 into a higher arranged second container 42, so that the energy from the pressure of the gas can be stored as potential energy of the water. The pump 43 is arranged directly in the first lower-lying container 41. The gas, after having driven the pump, is drained via discharge 49 to the biogas engine generators. For this purpose, in the alternative shown in FIG. 8, a gas dome 48 is arranged above the pump 41 above the container 41, which extends below the water surface 47.
Das über die Steigleitung 46 in den oberen Behälter 42 gepumpte Wasser kann nun bei Bedarf über das Fallrohr 44 auf die Turbine 45 umgeleitet werden, welche einen Generator antreibt. So kann zum Beispiel bei Lastspitzen das im oberen Behälter 42 gespeicherte Wasser zur Erzeugung von zusätzlicher Energie herangezogen werden. Die Turbine befindet sich dabei bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung innerhalb des tiefer liegenden Behälters, während sie bei der in Fig. 8 gezeigten Anordnung außerhalb dieses Behälters angeordnet ist.The pumped via the riser 46 into the upper tank 42 water can now be redirected if necessary via the downpipe 44 to the turbine 45, which drives a generator. For example, at peak loads, the water stored in the upper tank 42 can be used to generate additional energy. The turbine is located in the arrangement shown in Fig. 7 within the lower-lying container, while it is arranged in the arrangement shown in Fig. 8 outside of this container.
Die Vorrichtungen nach dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel können dabei in herkömmliche Biogaskraftwerke zur Erhöhung des Wirkungsgrads problemlos zwischen das ohnehin bestehende Gärsilo 35 und die mit dem Biogas betriebenen Dieselmotoren eingefügt werden. Hierdurch kann die Energie aus dem Druck bzw. dem Auftrieb des bei der Gärung entstehenden Gases benutzt werden, indem die bereits bestehende Anlage um die Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen 3 und 4 der vorliegenden Erfindung ergänzt wird. The devices according to the third and fourth embodiments can be easily inserted into conventional biogas power plants to increase the efficiency between the already existing fermentation silo 35 and operated with the biogas diesel engines. In this way, the energy from the pressure or the buoyancy of the resulting gas during the fermentation can be used by the existing plant is supplemented by the device according to the embodiments 3 and 4 of the present invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material, wobei Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases gewonnen oder/oder genutzt wird.1. A device for generating energy from the fermentation in particular of biological material, wherein energy is obtained from the gas pressure and / or the buoyancy of the resulting gas during the fermentation and / or used.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , mit einem geschlossenen Behälter (1) zur Aufnahme einer Flüssigkeit in einem unteren Bereich (2) und zur Aufnahme von Gas in einem oberen Bereich (3), und mit Auftriebskörpern, welche in dem geschlossenen Behälter beweglich angeordnet sind.2. Device according to claim 1, comprising a closed container (1) for receiving a liquid in a lower region (2) and for receiving gas in an upper region (3), and with buoyancy bodies, which are arranged movably in the closed container ,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auftriebskörper bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen und wieder abgeben können.3. A device according to claim 2, wherein the buoyancy body can absorb gas released during fermentation and release again.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auftriebskörper zumindest teilweise in den unteren Bereich bewegbar sind und zumindest in einem Teilbereich des unteren Bereichs bei der Vergärung entstehendes Gas aufnehmen können und/oder zumindest teilweise in den oberen Bereich bewegbar sind und aufgenommenes Gas dort abgeben können.4. The device according to claim 2, wherein the buoyancy bodies are at least partially movable in the lower region and at least in a portion of the lower region in the fermentation emerging gas can absorb and / or at least partially in the upper region are movable and can deliver absorbed gas there ,
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auftriebskörper an einer Trägerkonstruktion angeordnet sind, durch welche sie vorteilhafterweise abwechselnd zumindest teilweise von dem unteren Bereich (2) in den oberen Bereich (3) bewegbar sind und umgekehrt. 5. Apparatus according to claim 2, wherein the buoyancy bodies are arranged on a support structure through which they are advantageously alternately at least partially movable from the lower region (2) in the upper region (3) and vice versa.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Trägerkonstruktion zur Abführung der von den Auftriebskörpern erzeugten mechanischen Energie verwendet wird.6. Apparatus according to claim 5, wherein the support structure for discharging the mechanical energy generated by the buoyancy bodies is used.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei Mittel zur Stromerzeugung aus der Bewegung der Trägerkonstruktion vorgesehen sind, insbesondere ein von der Trägerkonstruktion angetriebener Generator.7. Apparatus according to claim 5, wherein means for generating electricity from the movement of the support structure are provided, in particular a generator driven by the support structure.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der geschlossene Behälter (1) im oberen Bereich (3) eine flexible Membran (5) umfaßt, so daß sich das Volumen des geschlossenen Behälters (1) verändern kann.8. The device according to claim 2, wherein the closed container (1) in the upper region (3) comprises a flexible membrane (5), so that the volume of the closed container (1) can change.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Trägerkonstruktion ein umlaufendes Förderband umfaßt, an dem die Auftriebskörper angeordnet sind.9. Apparatus according to claim 5, wherein the support structure comprises a circulating conveyor belt, on which the buoyancy bodies are arranged.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das umlaufendes Förderband eine vertikale Bewegungsebene aufweist.10. The apparatus of claim 9, wherein the circulating conveyor belt has a vertical plane of movement.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Trägerkonstruktion mit den Auftriebskörpern einen Rotor (10) bildet.11. The device according to claim 5, wherein the support structure with the buoyancy bodies forms a rotor (10).
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 , wobei die Achse des Rotors (10) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.12. The device according to claim 11, wherein the axis of the rotor (10) is aligned substantially horizontally.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei zumindest in dem unteren Bereich (2) des Behälters (1) eine Trägerkonstruktion angeordnet ist, welche Auftriebskörper bildende Gärbehälter (12) mit veränderbarem Volumen aufweist.13. Device according to one of claims 2 to 12, wherein at least in the lower region (2) of the container (1) a support structure is arranged, which buoyancy body forming fermenting container (12) having a variable volume.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) um eine horizontale Achse drehbar an der Trägerkonstruktion angelenkt sind. 14. The apparatus of claim 13, wherein the fermentation tanks (12) are pivotally connected about a horizontal axis to the support structure.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) sich parallel zur Drehachse eines Rotors (10) erstrecken und um diese herum angeordnet sind.15. The apparatus according to claim 13, wherein the fermentation tanks (12) extend parallel to the axis of rotation of a rotor (10) and are arranged around them.
16. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem unteren Bereich (2) des geschlossenen Behälters (10) Heizelemente (7) zum Erwärmen der in dem Behälter (1) befindlichen Flüssigkeit angeordnet sind.16. Device according to one of the preceding claims, wherein in the lower region (2) of the closed container (10) heating elements (7) for heating the in the container (1) located liquid are arranged.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Heizelemente (7) über die Abwärme aus der Verbrennung des bei der Gärung erzeugten Gases z.B. in Motoren betrieben werden.Apparatus according to claim 16, wherein the heating elements (7) are responsible for the waste heat from the combustion of the gas produced during the fermentation, e.g. be operated in motors.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) eine flexible Membran (14) aufweisen, durch welche sich das Volumen der Gärbehälter (12) verändern kann.18. The device according to claim 13, wherein the fermentation tank (12) have a flexible membrane (14) through which the volume of the fermentation tank (12) can change.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die flexible Membran (14) in einem Rahmen (17) angebracht ist, durch welchen sich die Gärbehälter (12) öffnen und wieder dicht schließen lassen.19. The apparatus according to claim 18, wherein the flexible membrane (14) is mounted in a frame (17) through which open the fermentation tank (12) and close again close.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei Vorrichtungen (15, 16) zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter (12) vorgesehen sind.20. The apparatus according to claim 13, wherein means (15, 16) for filling and emptying of the fermentation tank (12) are provided.
21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei die Vorrichtungen (15,16) zum Befüllen und Entleeren der Gärbehälter (12) in dem oberen Bereich (3) des geschlossenen Behälters (1) oberhalb des Wasserspiegels (22) angeordnet sind.21. Device according to claim 20, wherein the devices (15, 16) for filling and emptying the fermentation containers (12) are arranged in the upper region (3) of the closed container (1) above the water level (22).
22. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Gärbehälter (12) Vorrichtungen zum Ablassen des durch die Vergärung erzeugten Gases umfassen. 22. The apparatus according to claim 13, wherein the fermentation tanks (12) comprise devices for venting the gas generated by the fermentation.
23. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere gemäß Anspruch 13, mit ein Vorgärbehälter zur Vorvergärung des biologischen Materials, wobei eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit vorgesehen ist, insbesondere ein Sieb, ein Filter oder eine Zermahlvorrichtung.23. Device according to one of the preceding claims, in particular according to claim 13, with a Vorgärbehälter for pre-fermentation of the biological material, wherein a device for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material is provided in the Vorgärbehälter the leaving liquid, in particular a sieve, a filter or a crusher.
24. Vorrichtung insbesondere gemäß Anspruch 23, wobei die Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der den Vorgärbehälter verlassenden Flüssigkeit so ausgelegt ist, dass sich während des sich anschließenden Vergärschritts keine Schicht aus Schwebstoffen an der Oberfläche dieser Flüssigkeit bildet, welche das sich bei der Vergärung bildende Gas in der Flüssigkeit zurückhalten würde.24. Device in particular according to claim 23, wherein the device for homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material in the pre-fermentation vessel leaving liquid is designed so that during the subsequent Vergärschritts no layer of suspended matter forms on the surface of this liquid, which would retain the gas forming in the fermentation in the liquid.
25. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Auftriebskörper zu einer Seite hin offene Aufnahmen für das Gas bilden.25. Device according to one of claims 1 to 12, wherein the buoyancy body to one side open receptacles for the gas.
26. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, wobei die Außenseiten der Auftriebskörper eine konvexe Form aufweisen.26. The device according to claim 25, wherein the outer sides of the buoyancy bodies have a convex shape.
27. Vorrichtung gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei die Auftriebskörper im wesentlichen senkrecht zur ihrer Bewegungsrichtung angeordnet ist.27. The device according to claim 24 or 25, wherein the buoyancy body is arranged substantially perpendicular to its direction of movement.
28. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Auftriebskörper so an einer Trägerkonstruktion angeordnet sind, daß sie durch Bewegung der Trägerkonstruktion mit der konvexen Außenseite nach unten zeigend nach unten und mit der konvexen Außenseite nach oben zeigend nach oben bewegt werden können.28. The apparatus according to any one of claims 25 to 27, wherein the buoyancy bodies are arranged on a support structure such that they can be moved upward by moving the support structure with the convex outer side facing downward and with the convex outer side facing upward.
29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Auftriebskörper so an einem umlaufenden Förderband befestigt sind, daß sich ihre Ausrichtung mit der Bewegungsrichtung des Förderbandes ändert. 29. Device according to one of claims 25 to 28, wherein the buoyancy bodies are attached to a revolving conveyor belt, that changes their orientation with the direction of movement of the conveyor belt.
30. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Auftriebskörper starr an einem Rotor befestigt sind und insbesondere ein Schaufelrad bilden.30. Device according to one of claims 25 to 28, wherein the buoyancy bodies are rigidly attached to a rotor and in particular form a paddle wheel.
31. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei der geschlossene Behälter (1) einen Gärbehälter insbesondere zur Aufnahme des biologischen Materials in einem unteren Bereich (2) bildet.31. Device according to one of claims 25 to 30, wherein the closed container (1) forms a fermentation tank, in particular for receiving the biological material in a lower region (2).
32. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Gärbehälter und mit einem im Gärbehälter angeordneten Rührwerk, wobei das Rührwerk durch den Gasdruck und/oder den Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases bewegt wird.32. Device according to one of the preceding claims, with a fermentation tank and with a fermenter arranged in the agitator, wherein the agitator is moved by the gas pressure and / or the buoyancy of the resulting gas during the fermentation.
33. Vorrichtung gemäß Anspruch 32, wobei die Auftriebskörper vorzugsweise im Zusammenspiel mit der Trägerkonstruktion das Rührwerk für das gärende Material bilden.33. The apparatus according to claim 32, wherein the buoyancy bodies preferably in interaction with the support structure form the agitator for the fermenting material.
34. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei der geschlossene Behälter (1) in dem unteren Bereich (2) ein Auslaßelement für Gas aufweist.34. Device according to one of claims 25 to 30, wherein the closed container (1) in the lower region (2) has a gas outlet element.
35. Vorrichtung gemäß Anspruch 34, wobei das Auslaßelement für Gas unterhalb der Auftriebselemente in dem Bereich angeordnet ist, in welchem die eine Aufnahme bildende Seite der Auftriebselemente im wesentlichen nach unten ausgerichtet ist.35. The apparatus of claim 34, wherein the outlet member for gas is arranged below the buoyancy elements in the region in which the receiving side of the buoyancy elements is oriented substantially downwards.
36. Vorrichtung gemäß Anspruch 34, welche weiterhin einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Zuleitung des im Gärbehälter entstehenden Gases zum Auslaßelement aufweist.36. The apparatus of claim 34, further comprising a fermentation tank in particular for the fermentation of biological material and gas lines for supplying the resulting gas in the fermentation tank to the outlet.
37. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 34, wobei der geschlossene Behälter in seinem unteren Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser befüllt des geschlossenen Behälters befindliche Flüssigkeit ist und sich nicht mit dieser mischt.37. Apparatus according to claim 13 or 34, wherein the closed container in its lower region filled with a liquid, in particular water of the closed container is liquid and does not mix with it.
39. Vorrichtung nach Anspruch 1 , welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck einen mechanischen Antrieb antreibt.39. The apparatus of claim 1, which has a fermentation tank in particular for the fermentation of biological material and gas lines for the discharge of the resulting gas in the fermentation tank, wherein the derived gas drives a mechanical drive by its pressure.
40. Vorrichtung nach Anspruch 1 , welche einen Gärbehälter insbesondere zur Vergärung von biologischem Material sowie Gasleitungen zur Ableitung des im Gärbehälter entstehenden Gases aufweist, wobei das abgeleitete Gas durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter befördert, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt.40. Apparatus according to claim 1, which has a fermentation tank, in particular for the fermentation of biological material and gas lines for the discharge of the resulting gas in the fermentation tank, wherein the discharged gas by its pressure conveys a liquid from a lower-lying container in a higher-lying container, in particular by the gas drives a pump which pumps the liquid into the higher tank.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr abfließt und eine Turbine oder einen Generator antreibt.41. The apparatus of claim 40, wherein the liquid drains from the higher tank via a downcomer and drives a turbine or generator.
42. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Pumpe in dem tiefer gelegenen Behälter angeordnet ist und dieser eine Kuppel zur Aufnahme des Gases aufweist.42. The apparatus of claim 40, wherein the pump is disposed in the lower-lying container and this has a dome for receiving the gas.
43. Verfahren zur Erzeugung von Energie aus der Vergärung insbesondere von biologischem Material mit den Schritten:43. Process for producing energy from fermentation, in particular of biological material, comprising the steps of:
- Befüllen eines Gärbehälters (12) insbesondere mit biologischem Material,Filling a fermentation container (12), in particular with biological material,
- Vergären des biologischen Materials in einem Gärbehälter (12), so daß sich Gas entwickelt,Fermenting the biological material in a fermentation tank (12) so that gas is evolved,
- Gewinnen und/oder Nutzen von Energie aus dem Gasdruck und/oder dem Auftrieb des bei der Vergärung entstehenden Gases. - Gain and / or benefit of energy from the gas pressure and / or the buoyancy of the resulting gas during the fermentation.
44. Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei das bei der Vergärung entstehende Gas in Auftriebskörpern gesammelt wird, welche durch den Auftrieb des Gases bewegt werden.44. The method according to claim 43, wherein the gas produced during the fermentation is collected in buoyant bodies, which are moved by the buoyancy of the gas.
45. Verfahren gemäß Anspruch 44, wobei die Bewegungsenergie der Auftriebskörper zum Antrieb eines Generators genutzt wird.45. The method according to claim 44, wherein the kinetic energy of the buoyancy bodies is used to drive a generator.
46. Verfahren nach Anspruch 43, wobei das während des Vergärens des biologischen Materials entstehende Gas das Volumen des Gärbehälters vergrößert, mit den weiteren Schritten:46. The method of claim 43, wherein the gas produced during the fermentation of the biological material increases the volume of the fermentation vessel, with the further steps:
- Gewinnen von mechanischer Energie aus der Volumenvergrößerung des Gärbehälters (12)- Obtaining mechanical energy from the increase in volume of the fermentation tank (12)
- Ablassen des Gases aus dem Gärbehälter (12)- Draining the gas from the fermentation tank (12)
- zumindest teilweises Entfernen des verbleibenden biologischen Materials aus dem Gärbehälter (12).- At least partial removal of the remaining biological material from the fermentation tank (12).
47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei sich der Gärbehälter (12) während des Vergärschrittes unterhalb eines Wasserspiegels befindet, so dass die Volumenvergrößerung durch den entstehenden Auftrieb mechanische Energie erzeugt, insbesondere dadurch, daß die Gärbehälter (12) durch ihren Auftrieb einen Rotor (10) bewegen.47. The method according to claim 46, wherein the fermentation tank (12) is below a water level during the fermentation step, so that the increase in volume generates mechanical energy by the resulting buoyancy, in particular in that the fermentation tanks (12) have a rotor (10 ) move.
48. Verfahren nach Anspruch 46, wobei das in die Gärbehälter (12) gefüllte biologische Material durch das den Gärbehälter umgebende Wasser erwärmt wird.48. The method of claim 46, wherein the biological material filled in the fermentation tank (12) is heated by the water surrounding the fermentation tank.
49. Verfahren nach Anspruch 46, wobei das in einem geschlossenen Behälter (1) befindliche Wasser erwärmt wird, insbesondere über die Abwärme aus der Verbrennung von Gas insbesondere in einem Motor.49. The method of claim 46, wherein the in a closed container (1) located water is heated, in particular on the waste heat from the combustion of gas, in particular in an engine.
50. Verfahren nach Anspruch 46, wobei das biologische Material so lange in den Gärbehältern verbleibt, bis der Hauptvergärprozeß im wesentlichen abgeschlossen ist. 50. The method of claim 46, wherein the biological material remains in the fermentation tanks until the main fermentation process is substantially completed.
51. Verfahren nach Anspruch 46, wobei durch die Gärung erzeugtes Gas im Gärbehälter (12) verbleibt und dessen Volumen vergrößert, um so durch den erzeugten Auftrieb den Rotor (10) zu bewegen, wobei vorteilhafterweise während der Bewegung des Gärbehälters nach unten erzeugtes Gas sofort abgelassen wird.51. The method of claim 46, wherein gas generated by the fermentation remains in the fermentation vessel (12) and increases its volume so as to move the rotor (10) by the lift generated, advantageously gas generated downwardly during movement of the fermentation vessel immediately is drained.
52. Verfahren insbesondere nach Anspruch 46, mit den Schritten52. The method according to claim 46, in particular, with the steps
- Vorvergären des in einer Flüssigkeit enthaltenen biologischen Materials- Pre-fermentation of the biological material contained in a liquid
- Homogenisieren und/oder Verkleinern der Partikelgröße des biologischen Materials in der Flüssigkeit, insbesondere durch Sieben, Filtern und/oder Zermahlen,Homogenizing and / or reducing the particle size of the biological material in the liquid, in particular by sieving, filtering and / or grinding,
- Vergären der sich ergebenden Flüssigkeit.- fermenting the resulting liquid.
53. Verfahren nach Anspruch 52, wobei das beim Sieben und/oder Filtern zurückbleibende biologische Material wieder der Vorvergärung zugeführt wird.53. The method of claim 52, wherein the biological material remaining in the screening and / or filtering is returned to the pre-fermentation.
54. Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei der Gasdruck und/oder der Auftrieb des im Gärbehälter aufsteigenden Gases genutzt wird, um ein im Gärbehälter angeordnetes Rührwerk anzutreiben.54. The method according to claim 43, wherein the gas pressure and / or the buoyancy of the rising gas in the fermentation tank is used to drive a arranged in the fermentor agitator.
55. Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei sich das im Gärbehälter aufsteigende Gas in im Gärbehälter angeordneten Auftriebskörpern sammelt und diese so bewegt.55. The method according to claim 43, wherein the gas rising in the fermentation tank collects in the fermentation tank arranged buoyant bodies and moves them so.
56. Verfahren gemäß Anspruch 55, wobei die Bewegung der Auftriebskörper das im Gärbehälter befindliche gärende Material, insbesondere das biologische Material, bewegt.56. The method according to claim 55, wherein the movement of the buoyant bodies moves the fermentation material in the fermentation container, in particular the biological material.
57. Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt und in einen weiteren Behälter geleitet wird, in welchem es sich in dort angeordneten Auftriebskörpern sammelt und diese so bewegt. 57. The method according to claim 43, wherein the resulting gas in the fermentation tank is collected and passed into another container in which it collects in buoyancy bodies arranged there and moves them so.
58. Verfahren gemäß Anspruch 57, wobei der weitere Behälter in einem unteren Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser befüllt ist, in welches vorteilhafterweise das spezifische Gewicht von Wasser erhöhende Zusätze gemischt sind.58. The method according to claim 57, wherein the further container is filled in a lower region with a liquid, in particular with water, in which advantageously the specific gravity of water-increasing additives are mixed.
59. Verfahren gemäß Anspruch 43, wobei das im Gärbehälter entstehende Gas gesammelt wird und durch seinen Druck eine Flüssigkeit von einem tiefer gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter befördert, insbesondere indem das Gas eine Pumpe antreibt, welche die Flüssigkeit in den höher gelegenen Behälter pumpt.A method according to claim 43, wherein the gas produced in the fermentation vessel is collected and, by its pressure, conveys a liquid from a lower vessel to a higher vessel, in particular by the gas driving a pump which pumps the liquid into the higher vessel ,
60. Verfahren nach Anspruch 59, wobei die Flüssigkeit von dem höher gelegenen Behälter über ein Fallrohr abfließt und eine Turbine oder einen Generator antreibt. 60. The method of claim 59, wherein the liquid drains from the higher tank via a downcomer and drives a turbine or generator.
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