JP6621192B2 - 容器およびバイオガスシステム - Google Patents

Description

本発明は、好ましくは円筒状主部と、主部よりも下方に配置されたベース部とを備える容器、特にバイオガスを発生させるための容器に関する。

本発明はさらにバイオガスシステムに関する。

冒頭に述べた種類の容器は、例えば様々な構成および様々なサイズのバイオガスシステムの構成要素として知られている。多くの場合、容器はスチールタンクまたは鉄筋コンクリートタンクで構成されており、４００〜６０００ｍ^３の容積を有する。バイオガス生成のために供給されるバイオマスは、液体スラッジの形態で容器に充填される。この液体スラッジは懸濁液であるため、堆積の問題がある。バイオガスシステムにおける従来の容器では、ベースは略平坦に形成されている。したがって、実際には、これまでに知られている容器については、処理すべき液体スラッジの重い材料の沈殿の結果として、バイオガスシステムにおいて閉塞およびベースへの重い材料の堆積が起こることがしばしば問題となる。

このテーマに取り組むために、以前よりスラッジの嫌気性分解のための装置が特許文献１から知られており、この装置は円錐形に構成されているか、または下部ハウジング領域に卵形を有している。従来技術では、円錐形または卵形のベース円錐部の重要な効果は、蒸解装置（ダイジェスタ）に含まれる分解液をハウジングベースおよび吸引パイプの下端に出入りさせるための移行ゾーンを提供することである。したがって、従来技術では、円錐形ハウジングの傾斜は、分解スラッジが堆積せず、したがって混合プロセスから確実に分離されるように選択されなければならない。しかしながら、従来の特許文献１から知られている容器の欠点は、スラッジ堆積による閉塞および漏斗形成物の問題が実際に存続しており、およびこの実施形態のための投資コストが非常に高いことである。

したがって、一般に、バイオガスを生成するための従来の容器では、閉塞および沈殿を効果的に防止するために大型の撹拌装置が使用されている。しかしながら、不利なことに、高いエネルギー消費が原因で、機器要求、投資コスト、および稼働コストが非常にかかる。

ＤＥ４２０８１４８Ａ１

上述の背景に対して、本発明の目的は、冒頭に述べた種類の容器およびバイオガスシステムを明示することであり、これらは簡単でコスト効率の高い構造であり、それによって簡単な保守が可能となり、エネルギー消費が低く、閉塞および容器ベースへの沈殿を効果的に防止する。

本発明によれば、容器に関する目的は、好ましくは円筒状主部と、主部よりも下方に配置され、環状閉鎖循環路を含むベース部とを備える容器、特にバイオガスを生成するための容器によって達成される。容器の垂直軸の周りに循環流を流すための環状路が容器のベースに配置されているので、閉塞および沈殿を招く容器のベース領域における堆積を効果的に防止することができる。このようにして、容器の主部の撹拌ユニットは、閉塞を許容することなく、はるかに小さいサイズにすることができ、または最も好ましい場合には容器の主部の撹拌ユニットを完全に省くことができる。有利には、従来の容器と比較すると、システムのエネルギー消費および他の稼働コストの両方が低減され得る。

好ましくは、本発明の一実施形態では、ベース部は循環路によって水平方向に画定された略平坦な中央領域を有する。中央の平坦なベース部は、このように有利には循環路によって囲まれている。この循環路は、例えば、環状閉鎖溝として構成されてもよく、その環状閉鎖溝の底部はベース部の平坦な中央領域よりも低い。循環路内での循環の結果として、本発明によれば、循環が適切な手段によって循環路内で生成される場合、平坦な中央領域への堆積が有利に防止される。

特に、本発明による容器の有利な実施形態では、循環路は、媒体が容器の垂直軸を中心とする円周方向に循環路内に入ることを可能にする入口断面を有する入口開口部を有する。このようにして、入口開口部を通る媒体の供給の結果として、循環が循環路内で生成され得、そして有利にはベース領域における固体の堆積を妨げる。

本発明による容器において、循環路は、容器の垂直軸を中心とする円周方向に循環路から媒体を排出する出口断面を有する出口開口部を有することが同様に好ましい。例えば、循環路に沿って容器から媒体を吸い出すためにポンプを出口開口部に接続することができる。これにより、循環路内での環状循環がもたらされ、それにより、ベース領域内での堆積が有利に防止され得る。有利には、この効果を達成するために、容器の主部に高エネルギー撹拌ユニットを設ける必要はなく、その撹拌力はベース領域においても循環を引き起こすのに十分である。本発明によれば、主部に設けることができるいかなる撹拌ユニットも、かなり小さく構成することができる。したがって、この種の容器を含むバイオガスシステムは、有利には高エネルギー効率で、したがって高コスト効率で作動させることができる。

好ましくは、出口開口部を入口開口部に接続するバイパスラインが設けられている場合、容器から排出された媒体の再循環の全部または一部に基づく循環流を循環路内で生じさせることができる。特に、出口開口部を介して循環路から排出された媒体の一部を、バイオガス生成からの固形残渣を貯蔵するための貯蔵庫に供給することができる。他方で、部分的な流れは、バイパスラインを介して、汲み出された流れから分岐され、入口開口部を介して循環チャネルに再循環され得る。

本発明による容器の有利な実施形態では、入口開口部を介して循環路内に媒体を入れることを可能にするための入口ポンプおよび／または出口開口部を介して循環路から媒体を排出するための出口ポンプが設けられる。有利には、このようにして、本発明に関しては、ポンプを使用することによって循環路内に循環を形成することができる。独立した入口ポンプおよび独立した出口ポンプが設けられている場合、再循環媒体と排出媒体との比率は、入口ポンプおよび出口ポンプの動力を互いに対して制御することによって設定することができる。他方、本発明において、出口開口部を入口開口部に接続するバイパスラインが設けられている限り、単一のポンプを使用することもできる。

これに関連して、バイパスラインの断面積を変えるための手段が設けられていると好都合である。例えば、本発明によれば、変更手段は、スライダーとして構成することができ、スライダーはバイパスラインの断面積をより大きくまたはより小さく開く。このようにして、循環システムにおいてポンプが使用される場合、循環路内に再循環される媒体に対する貯蔵庫に汲み出される媒体の比率は、稼働中に連続的に設定することができる。

再循環媒体と排出媒体との比率を設定するために、本発明に関しては、出口断面積が入口断面積よりも大きく構成されていると好都合である。この場合、入口開口部と出口開口部とがバイパスラインを介して連通している限り、より多くの沈殿物含有スラッジが循環路から排出され、より少量の沈殿物含有スラッジが入口を介して循環路に再循環される。

実際には、出口開口部の直径が入口開口部の直径の約２倍の大きさであることが特に適切であることが分かっている。

本発明の一実施形態では、循環路はプラスチック材料製であり、好ましくは中央領域と共にキャスト成形されると有利であることが分かっている。環状閉鎖循環路は、特にポリエチレンを使用することによって、コスト効率よく製造および成形することができる。このようにポリエチレンの環状路は、例えば鉄筋コンクリートベースで形成されている中央領域と共にキャスト成形することができる。

本発明による容器の発展形態では、ベース部に向かってテーパ状、好ましくは円錐状になっている部分が、容器の垂直軸方向においてベース部に接続されている。本発明によれば、この例えば円錐状テーパ領域は、特に一種の漏斗形状を有する。漏斗形状は、有利には、容器の断面をベースに向かってテーパ状にする、言い換えると容器の断面をベースに向かって減少させる。実際には、容器は、好ましくは円筒状主部の領域において、例えば３０ｍの直径を有することができる。これとは対照的に、本発明によれば、ベース部の平坦中央領域はわずか約３ｍ〜６ｍの直径を有すると有利であることが分かっている。本発明によるテーパ状容器部の結果として、容器の断面は、主部の領域における比較的大きな断面積から中央領域におけるはるかに小さい直径まで一様に減少する。一方では、これは、撹拌ユニットが主部において作動される場合、流動状態の結果としてベース部領域における沈殿物の堆積を妨げるのに有利である。一方、ベース部への堆積を防止するための循環路の効果のためには、ベース部の平坦な中央領域は大きすぎる直径を有してはならないことが分かっている。したがって、テーパ状容器部、特に円錐部分は、事実上、容器の主部とベース部とのアダプタとして機能する。

一方、本発明に関しては、原則として、本発明による容器の主部はまた、好ましくは円錐状テーパ構成であってもよい。

あるいは、本発明に関しては、円錐状テーパ容器部は、ベース部と主部との間に配置されてもよい。

本発明による、テーパ部、特に円錐状テーパ部を特に高コスト効率で製造することを可能にするために、テーパ部はプラスチック材料の壁を有する。ＰＥ−ＨＤ（高密度ポリエチレン）は、特に地下水保護の観点を考慮に入れた場合でも、材料として適していることが分かっている。この材料は、例えばラグーン（潟）として、すなわちフィルムで裏打ちされた凹部として構成されているバイオガスシステムの実施形態において試行され試験されている。

さらに、本発明によれば、容器のベースへの沈殿材料の沈殿を防止するために、容器内に配置された媒体を撹拌するための撹拌ユニットを容器の主部に設けることもできる。しかしながら、有利には、ベース部に環状閉鎖循環路を備える本発明による容器の実施形態の結果として、撹拌ユニットを非常に小さいサイズに構成できる。結果として、本発明による容器が使用される場合、バイオガスシステムのエネルギー摂取量は著しく減少する。

上記目的は、本発明によれば、請求項１から１３のいずれか１項に記載の容器を有し、その容器の少なくともベース部が地面内に導入（配置）され、ベース部の下に砂利床が設けられているバイオガスシステムによっても同様に達成される。特に砂利床により、施行されているかもしれない任意の水防護規則を順守することができる。砂利床はベース領域を支持するだけでよく、その構成の結果としてベース領域は比較的小さな直径を有するので、その製造は従来の容器よりもはるかに有利である。

バイオガスシステムの好ましい変形例では、テーパ部も地面内に導入されていると特に好都合である。したがって、容器の下部は、ラグーン、つまりフィルムで裏打ちされた凹部として構成されている。しかしながら、環状閉鎖循環路を備える本発明にしたがって構成されたベース部の結果として、沈殿物の堆積の防止に関して従来のラグーンに生じる欠点を有利に防止することができる。

例として、本発明は、図面を参照して好ましい実施形態において説明され、さらなる有利な詳細は図面から推測される。

機能的に同等な部分には同じ符号が与えられている。

図面において、詳細には以下のとおりである。

好ましい実施形態における本発明による容器を含む、好ましい実施形態における本発明によるバイオガスシステムの垂直断面図である。 図１のバイオガスシステムのベース領域を示す、図１の領域ＩＩの詳細図である。 本発明による容器のベース部の好ましい実施形態の概略平面図である。

図１は、本発明の一実施形態における容器２を含む本発明によるバイオガスシステム１の好ましい実施形態の垂直断面図である。図１から分かるように、容器２は円筒状主部３を有し、主部３の下方に円錐状テーパ部４が接続されている。円筒状主部３は、鉄筋コンクリートの壁５を有する。壁５は、環状台座基礎６上に形成されている。

円錐状テーパ部４は、ラグーンのように地面７内に配置されている。テーパ部４は、ＰＥ−ＨＤ製である。テーパ部４の壁の角度８は、水平に対して１０°〜４５°、好ましくは３０°である。

テーパ部４は、ベース部９によって下方で終端している。ベース部９は、実質的に鉄筋コンクリートのベースプレート１０から成る。ベースプレート１０は、必要に応じて地下水を汲み出すために、ベースプレート１０の領域内の地面７に設けられた砂利床１１上に取り付けられている。

現在説明している実施形態において、円筒状主部３の直径は約２４ｍであるのに対し、実施例によるベースプレート１０の直径は約５ｍである。したがって、円錐状テーパ部４は、角度８に応じて、約６ｍの垂直方向の大きさ（長さ）を有する。

本発明による容器２の主部３の壁５には、撹拌システム１２が設けられている。撹拌システム１２は、実質的に、壁５の下部開口部１３と、壁５の上部開口部１４と、下部開口部１３を上部開口部１４に接続するパイプライン１５とから成る。ポンプがパイプライン１５に配置され、容器２の円筒状主部３に貯蔵されている媒体１６を下部開口部１３から引き出し、媒体１６を上部開口部１４を介して容器２内に再循環させる。このようにして、媒体１６に含まれる栄養素が可能な限り均一に活性細菌に供給されるように循環を発生させることができる。以下、図１のバイオガスシステム１の容器２のベース部９について、図２および図３を参照してさらに詳細に説明する。これに関連して、図２は、図１の細部ＩＩの拡大図である。図２から分かるように、鉄筋コンクリートのベースプレート１０は、略平坦な中央領域１７を有する。平坦な中央領域１７は、環状路１８によって環状に囲まれている。環状路１８は、鉄筋コンクリートベースプレート１０と共にキャスト成形されたポリエチレンのプレート１９から成る。環状路１８のベース２０は、ベースプレート１０の平坦な中央領域１７よりも下方にある。

ベースプレート１０の平坦な中央領域１７と環状路１８との間の移行部には、水平方向に対して傾斜した環状の移行領域２１が存在する。ここに示す実施形態では、傾斜移行領域２１はポリエチレンのプレート２２で裏打ちされている。ポリエチレンのプレート２２は、径方向外側端部２４において環状路１８の垂直内壁２３から屋根のように張り出している。さらに、径方向外側領域では、ベースプレート１０は、径方向内側に傾斜した別の領域２５を有し、領域２５自体は環状路１８を環状に囲んでいる。傾斜移行領域２１と同様に、傾斜外側領域２５は、ポリエチレンのプレート２６で裏打ちされており、環状路１８に向かって屋根のように突出している。

図３は、図２の矢印ＩＩＩの方向から見たベース部９の平面図である。図３から特に明確に分かるように、環状路１８は入口開口部２７と出口開口部２８とを有する。ポリエチレンの入口管２９が、媒体が入口管２９を通って接線方向に供給されるときに環状流３０が反時計回り方向に発生するように、入口開口部２７を通過している。

他方では、環状流３０を発生または強化するために、環状路１８から媒体を接線方向に引き出すことができる出口管３１が、出口開口部２８を通過している。

再び図１に戻り、以下、環状路１８内に環状流３０を発生させるための入口管２９および出口管３１の効果をより詳細に説明する。図１から分かるように、出口管３１はポンプ３２に接続されており、ポンプ３２は弁３３を介して貯蔵容器３４（詳細には図示せず）と連通している。さらに、出口管３１と入口管２９とを共に閉じるバイパスライン３５がポンプ３２の出口に設けられていることが分かる。さらに、スライダー３６（概略的にのみ図示）がバイパスライン３５に設けられていることが分かる。スライダー３６により、ポンプ３２によって搬送され、バイパスライン３５および入口管２９を介して入口開口部２７を通って環状路１８内に再循環される媒体と、貯蔵容器３４内に流れる媒体の割合との比率を設定することができる。

なお、バイオガスシステム１のさらなる構成要素、例えば生成されたバイオガスを取り出すための構成要素は、図１には詳細に示していない。これらは当業者に周知の従来の形態で構成することができる。

本発明による図１〜図３の容器２を含むバイオガスシステム１を稼働するために、媒体１６は開口部（図１には図示せず）を介して満杯レベル３７まで容器２内に充填される。媒体１６は、バイオガス生成のための出発原料としてのバイオマスである。砂（サンド）または小さな砂（グリット）といった重い材料／沈殿材料を高い割合で有するスラッジもまた媒体１６として考えられる。最初に撹拌システム１２が容器２内での媒体１６の循環を確実にし、それにより、例えば約１０〜４０メートルと、特に主部３の直径が大きい場合、細菌に有機栄養素が確実に供給され、且つ確実に懸濁状態に保たれる。

しかしながら、同時に、本発明によれば、ベースプレート１０の環状路１８内の環状流３０は、容器２のベース部９内における皮殻形成および漏斗形成物を防止するのに役立つ。この目的のために、ポンプ３２によって、スラッジは出口管３１および出口開口部２８を介して環状路１８内に吸引され、弁３３を介して貯蔵容器に供給することができる。しかしながら、環状路１８内の環状流３０を維持するために、出口管３１を介して吸引されたスラッジの一部は、バイパスライン３５および入口管２９を介して入口開口部２７を通って環状路１８内に再循環される。この再循環流の比率は、バイパスライン３５内のスライダー３６（詳細には図示せず）によって設定することができる。

スライダー３６は、当業者に公知の任意の所望の形態で、例えば制御弁として構成することができる。

環状路１８内の環状流３０の結果として、容器２のベース部９における沈殿材料の堆積防止が、比較的低いエネルギー入力でもたらされる。したがって、容器２の円筒状主部３内での撹拌システム１２による循環は、問題なく比較的低いエネルギー消費で作動され得る。

ポリエチレンの壁を含む円錐状テーパ部４が、例えば１５ｍ以上の大径の円筒状主部３とベース部９との間に配置されているので、ベース部９は、主部３よりはるかに小さい直径、例えば３ｍを有する。

バイパスライン３５を介して入口管２９を通って再循環される媒体の割合を設定することに関して、本発明によれば、入口管２９の直径が出口管３１の直径よりも小さくなるように選択される。入口管２９の直径が１１０ｍｍであり、出口管３１の直径が約２００ｍｍであれば特に好ましいことが分かっている。

このようにして、従来のシステムおよび容器よりも低い投資コストおよび低い稼働コストで、沈殿材料の結果として生じる閉塞および堆積を生じることなく稼働可能な容器およびバイオガスシステムが開示される。

１ バイオガスシステム
２ 容器
３ 主部
４ 円錐状テーパ部
５ 壁
６ 台座基礎
７ 地面
８ 角度
９ ベース部
１０ ベースプレート
１１ 砂利床
１２ 撹拌システム
１３ 下部開口部
１４ 上部開口部
１５ パイプライン
１６ 媒体
１７ 平坦な中央領域
１８ 環状路
１９ ポリエチレンのプレート
２０ ベース
２１ 傾斜移行領域
２２ ポリエチレンのプレート
２３ 内壁
２４ 外側端部
２５ 傾斜外側領域
２６ ポリエチレンのプレート
２７ 入口開口部
２８ 出口開口部
２９ 入口管
３０ 環状流
３１ 出口管
３２ ポンプ
３３ 弁
３４ 貯蔵容器
３５ バイパスライン
３６ スライダー
３７ 満杯レベル

Claims (11)

1. 主部（３）と、前記主部（３）よりも下方に配置されたベース部（９）とを含むバイオガスを生成するための容器（２）であって、前記ベース部（９）は環状閉鎖循環路（１８）を有し、前記循環路（１８）は、媒体が前記容器（２）の垂直軸を中心とする円周方向に前記循環路（１８）内に入ることを可能にする入口断面を有する入口開口部（２７、２９）を有し、前記循環路（１８）は、前記容器（２）の垂直軸を中心とする円周方向に前記循環路（１８）から媒体を排出する出口断面を有する出口開口部（２８、３１）を有し、前記出口開口部（２８、３１）を前記入口開口部（２７、２９）に接続するバイパスライン（３５）が設けられており、前記バイパスライン（３５）の断面積を変えるための手段（３６）が設けられていることを特徴とする、容器（２）。
2. 前記ベース部（９）は、前記循環路（１８）によって水平方向に画定された略平坦な中央領域（１７）を有することを特徴とする、請求項１に記載の容器（２）。
3. 前記入口開口部（２７、２９）を介して前記循環路（１８）内に媒体が入ることを可能にするための入口ポンプ（３２）および／または前記出口開口部（２８、３１）を介して前記循環路（１８）から媒体を排出するための出口ポンプ（３２）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の容器（２）。
4. 前記出口断面積は前記入口断面積よりも大きく構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の容器（２）。
5. 前記循環路（１８）はプラスチック材料製であり、前記中央領域（１７）と共にキャスト成形されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の容器（２）。
6. 前記ベース部に向かって、テーパ状になっている部分（４）が、前記容器（２）の前記垂直軸方向において前記ベース部に接続されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の容器（２）。
7. 前記テーパ部分（４）はプラスチック材料の壁を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の容器（２）。
8. 前記容器（２）に配置された媒体（１６）を撹拌するための撹拌手段（１２、１３、１４、１５）が前記主部に設けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の容器（２）。
9. 前記主部（３）は円筒状である、請求項１から８のいずれか一項に記載の容器（２）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の容器（２）を有し、前記容器（２）の少なくともベース部（９）が地面（７）内に導入され、砂利床（１１）が前記ベース部（９）の下方に設けられていることを特徴とする、バイオガスシステム（１）。
11. 前記テーパ部分（４）も前記地面（７）内に導入されることを特徴とする、請求項１０に記載のバイオガスシステム（１）。

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