(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器（２０）に含まれるバイオマスの調質のための調質装置（１）であって、
調質装置（１）が、少なくとも一つの調質手段（３）と、バイオマスの質量流を主流れ方向に運搬するための少なくとも一つの運搬装置（２）とを含み、
少なくとも一つの運搬装置（２）が少なくとも一つの攪拌器（２）を含み、
少なくとも一つの調質手段（３）が、少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される主流れ方向に配置されているものにおいて、
少なくとも一つの調質手段（３）が、内管（１２）と、内管（１２）に同軸に配置された外管（１３）とを伴って管状に構成され、内管（１２）と外管（１３）が、中間空間を形成し、それを通って調質媒体が流れることができ、
少なくとも一つの調質手段（３）が、少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される質量流（１１）の送出容積の少なくとも４０％が内管（１２）を通って流れるように少なくとも一つの運搬装置（２）に対して配向されていること、
少なくとも一つの調質手段（３）が、少なくとも一つの運搬装置（２）の下流に配置されており、かつ少なくとも一つの調質手段の長手方向軸が少なくとも一つの攪拌器の回転軸と一致するように配向されていること、及び
少なくとも一つの運搬装置（２）の外被の直径が少なくとも一つの調質手段（３）の内管（１２）の内径の１００〜１４０％の範囲にあることを特徴とする調質装置。
【請求項２】
少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される質量流（１１）の送出容積の７５％より多くが内管（１２）を通って流れることを特徴とする請求項１に記載の調質装置。
【請求項３】
少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される質量流（１１）の送出容積の９０％より多くが内管（１２）を通って流れることを特徴とする請求項１又は２に記載の調質装置。
【請求項４】
少なくとも一つの調質手段（３）が熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の調質装置。
【請求項５】
少なくとも一つの運搬装置（２）が単一の攪拌器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の調質装置。
【請求項６】
調質装置が、足（６）を含む保持装置（５）を有し、足（６）が、容器（２０）の床（２１）の上に調質装置（１）を設置するように構成され、少なくとも一つの運搬装置（２）及び少なくとも一つの調質手段（３）が保持装置（５）上に保持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の調質装置。
【請求項７】
少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される主流れ方向（１１）が、足（６）に平行に配向されていることを特徴とする請求項６に記載の調質装置。
【請求項８】
バイオマスを受けるための容器（２０）と、容器（２０）に含まれるバイオマスを調質するための調質装置（１）とを有する、ポンプ移送可能なバイオマスの微生物変換によるバイオガスの製造のためのバイオガスプラントであって、バイオガスプラントが、少なくとも一つの調質手段（３）と、バイオマスの質量流を主流れ方向に運搬するための少なくとも一つの運搬装置（２）とを含み、
少なくとも一つの運搬装置（２）が少なくとも一つの攪拌器（２）を含み、
少なくとも一つの調質手段（３）が、少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される主流れ方向に配置されているものにおいて、
少なくとも一つの調質手段（３）が、内管（１２）と、内管（１２）に同軸に配置された外管（１３）とを伴って管状に構成され、
内管（１２）と外管（１３）が、中間空間を形成し、それを通って調質媒体が流れることができ、
少なくとも一つの調質手段（３）が、加熱装置（１）の作動時に、少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される質量流（１１）の送出容積の少なくとも４０％が内管（１２）を通って流れるように少なくとも一つの運搬装置（２）に対して配向されていること、
少なくとも一つの調質手段（３）が、少なくとも一つの運搬装置（２）の下流に配置されており、かつ少なくとも一つの調質手段の長手方向軸が少なくとも一つの攪拌器の回転軸と一致するように配向されていること、及び
少なくとも一つの運搬装置（２）の外被の直径が少なくとも一つの調質手段（３）の内管（１２）の内径の１００〜１４０％の範囲にあることを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項９】
少なくとも一つの運搬装置（２）によって発生される質量流（１１）の送出容積の７５％より多くが内管（１２）を通って流れることを特徴とする請求項８に記載のバイオガスプラント。
【請求項１０】
容器（２０）が円筒形であり、調質装置（１）が、主流れ方向（１１）が床（２１）の半径に対して１０〜４０°の角度で容器（２０）の中央の方向に配向されるように容器（２０）中に配置されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のバイオガスプラント。
【請求項１１】
少なくとも二つのさらなる攪拌器（２４，２５）が容器（２０）中に与えられ、それらが、容器（２０）の壁（２２）上に配置され、かつ調質装置（１）とともに容器（２０）上で均一に分配配置されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のバイオガスプラント。
【請求項１２】
調質装置が、足（６）を有する保持装置（５）を含み、足（６）が、容器（２０）の床（２１）上に加熱装置（１）を設置するように構成され、少なくとも一つの運搬装置（２）及び少なくとも一つの調質手段（３）が保持装置（５）上に保持されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のバイオガスプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文の特徴を有する調質装置（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）、及び請求項１１の前文の特徴を有するバイオガスプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオガスプラントでは、細菌が、バイオマスをバイオガスに分解及び変換するための役割を担う。細菌は、生物化学的な工程が効率的に行なわれる特定の温度でのみ最適な生存条件を持つ。それゆえ、バイオマスのバイオガスへの微生物変換については、セプティックタンク内の温度を一定に維持することが必要である。中温操作では、温度は、理想的には３０℃〜４５℃付近にある。また、セプティックタンクに含まれるバイオマスは、新鮮な栄養物を細菌に供給するために循環されなければならない。
【０００３】
従来、温かい水の流れを有する管から作られる円筒形の又は平坦な加熱体が、セプティックタンクにおいてバイオマスを加熱するために熱交換器として使用されている。例えば、ドイツ公開公報２８２１７９０又は日本特開平３−１６１０３９は、バイオマスができるだけ均一かつ効率的に調質されるように、攪拌器と協働してバイオマスを加熱する加熱体を記載する。
【０００４】
ＤＥ１０２００９００２９２５Ａ１は、加熱及び攪拌レジスタを開示し、そこでは加熱レジスタは、攪拌器によって発生される流れが少なくとも部分的に加熱レジスタを通ってその周囲を通過することができるように攪拌器に対して位置されている。加熱レジスタ及び攪拌器は、ここではセプティックタンク中に一要素として挿入されることができるユニットを形成する。組み合わせた集成体を設置すると、攪拌器と加熱レジスタの間に好適な空間を確保する必要がなく、満たされたセプティックタンクでの設置が可能であることがここでは利点である。加熱レジスタは、熱伝達領域を拡大するために、バイオマスの流れ方向を横切る面に配置される管から作られる。ここで使用される加熱レジスタの一つの欠点は、バイオマスが流れる中間空間が限定された自由断面を持ち、その上に望ましくない付着物又は一時的な遮断物が形成しうることである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、できるだけ均一かつ効率的にバイオマスを調質し、同時にバイオマスの付着物を防止することができるように構成される調質装置を特定する目的に基づく。所望の特性を有する調質装置を含むバイオガスプラントもまた、示される。
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴を有する調質装置、及び請求項１１の特徴を有するバイオガスプラントによって達成される。
【０００７】
従って、容器に含まれるバイオマスの調質のための調質装置であって、調質装置が、少なくとも一つの調質手段と、バイオマスの質量流を主流れ方向に運搬するための少なくとも一つの運搬装置とを含むものが提供され、少なくとも一つの運搬装置は少なくとも一つの攪拌器を含み、少なくとも一つの調質手段は、少なくとも一つの運搬装置によって発生される主流れ方向に配置され、少なくとも一つの調質手段は、内管と、内管に同軸に配置された外管とを伴って管状に構成され、内管と外管が、中間空間を形成し、それを通って調質媒体が流れることができ、少なくとも一つの調質手段は、調質手段の作動時には、少なくとも一つの運搬装置によって発生される質量流の送出容積の好ましくは少なくとも４０％が内管を通って流れるように少なくとも一つの運搬装置に対して配向されている。攪拌器は、管状熱交換器を通ってバイオマスを動かす。管状構造は、表面がバイオマスの流れ方向に実質的に平行に配向され、従って付着物や遮断物を防止することができるので、有利である。さらに、管状構造は、大きな接触表面積を与え、それを介してバイオマスが調質される。攪拌器によって発生される目標とする流れは、熱交換器でのバイオマスの通過流を増加し、それは、容器中のバイオマスの均一な温度分布に導く。
【０００８】
好ましくは、少なくとも一つの運搬装置によって発生される質量流の送出容積の７５％より多くが内管を通って流れることが規定される。ここで、もし少なくとも一つの運搬装置によって発生される質量流の送出容積の９０％より多くが内管を通って流れるなら、有利である。
【０００９】
また、もし少なくとも一つの調質手段が、少なくとも一つの運搬装置の下流に配置され、かつ少なくとも一つの調質手段の長手方向軸が少なくとも一つの攪拌器の回転軸と一致するように配向されるなら、有利である。
【００１０】
一つの実施形態では、少なくとも一つの調質手段は熱交換器である。
【００１１】
一つの実施形態では、運搬装置は、少なくとも一つの運搬装置の外被（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）の直径が少なくとも一つの調質手段の内管の内径の１００〜１４０％の範囲にあるように寸法決定される。この方法では、質量流の一部が少なくとも一つの調質手段の外側に沿って内管及び他の部分を通って流れることが保証されることができる。
【００１２】
別の実施形態では、少なくとも一つの運搬装置が少なくとも一つの調質手段の内管に配置されるように寸法決定されることが規定される。
【００１３】
一つの実施形態では、少なくとも一つの運搬装置が単一の攪拌器であることが規定される。
【００１４】
調質装置をできるだけコンパクトに保つためには、調質装置は、足を含む保持装置を有し、足は、容器の床の上に調質装置を設置するように構成され、少なくとも一つの運搬装置及び少なくとも一つの調質手段は、保持装置上に保持される。保持装置は、容器中に固定して設置されてもよいが、それはまた、運搬可能であるように構成されてもよい。
【００１５】
好ましくは、少なくとも一つの運搬装置によって発生される主流れ方向は、足に平行に配向される。
【００１６】
さらに、バイオマスを受けるための容器と、容器に含まれるバイオマスを調質するための調質装置とを与えられたバイオガスプラントが提供され、それは、上述の特性の少なくとも一つを有する。
【００１７】
ここで、もし容器が円筒形であり、調節装置が、主流れ方向が床の半径に対して１０〜４０°の角度で容器の中央の方向に配向されるように容器中に配置されるなら、有利である。より大きな容器では、良好な混合及び調質を保証するために、より小さい角度が好ましい。バイオマスの均一な混合に対して、好ましくは少なくとも二つのさらなる攪拌器が容器に与えられることができ、それらは、容器の壁上に配置され、かつ調質装置とともに容器上で均一に分配配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の例示的実施形態は、図面を参照して以下に記載される。
【００１９】
【図１】図１は、攪拌器を有する調質装置の空間図である。
【図２】図２は、攪拌器を有する調質装置の側面図である。
【図３】図３は、容器と、そこに配置された図１による調質装置とを有するバイオガスプラントの平面図である。
【図４】図４は、容器と、そこに配置された図１による調質装置とを有するバイオガスプラントの空間図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び２は、攪拌器２及び熱交換器３を有する、バイオガスプラントの容器のための調質装置１を示す。熱交換器３及び攪拌器２は、運搬台４を介して保持装置５に接続されている。保持装置５は、容器の床上の調質装置１の設置のための床フレーム６（足）を持つ。攪拌器２は、床フレーム６に平行にその回転軸７とともに配置されている。攪拌器２は、駆動部８に直接接続されている。駆動部８は、調質装置の作動時に容器又はバイオマスの内側に位置されている。攪拌器２は、攪拌軸９上に装着された三つの攪拌翼１０を持つ。攪拌軸９は、駆動部８によって駆動されるとき、回転軸７のまわりに回転する。攪拌翼１０は、バイオマスが駆動部に近い側に引き寄せられ、バイオマスが攪拌器２から離れて駆動部から離れた側に押されるように構成される。これは、駆動部８から離れるように向けられた、バイオマスの主要な軸方向の主な流れ１１を与える。熱交換器３は、攪拌器２の下流に駆動部から離れた側に配置されている。熱交換器３は、二重壁で管状に構成される。熱交換器３は、バイオマスが中を流れることができる内管１２と、長手方向軸に共軸に配置された外管１３とを有する。作動時には、調質媒体は、内管１２と外管１３の間に形成された中間空間を通って流れる。中間空間は、攪拌器に近い領域で調質媒体排出部１４に、そして攪拌器から遠い領域で調質媒体供給部１５に接続される。従って、排出部１４及び供給部１５は、正反対に配置される。熱交換器３は、その長手方向軸１６が攪拌器２の回転軸７と一致するように位置される。熱交換器３の内径は、攪拌器２の外皮又は攪拌翼１０の直径よりわずかに小さい。熱交換器３は、１ｍ〜３ｍの長さであることが好ましい。熱交換器３は、流れ方向１１に攪拌器２のすぐ後ろに配置される。攪拌器に近い熱交換器３の端面１７と、攪拌翼１０によって形成された攪拌器２の外端１８の間の距離は、１０ｃｍ〜３ｍの範囲にある。
【００２１】
保持装置５は、輸送装置１９をさらに含み、それは、作動時には、容器に含まれるバイオマスから突出する。輸送装置１９によって、熱交換器３としての調質装置１、及び攪拌器２を含む構成要素は、容器の望ましくない排出が要求されずに、容器がバイオマスで満たされるときであっても除去、移動、又は挿入されることができる。
【００２２】
調質装置１は、好ましくは図３及び４に示されるような円筒形容器２０に配置される。容器２０は、円形の床２１、及びそこに垂直に配置された壁２２を有する。熱交換器３の長手方向軸１６、又は攪拌器２の回転軸７は、容器２０の床２１の半径２３に対して略３０°の角度で配向され、従って攪拌器２は、バイオマスを壁２２から離れて容器２０の内部の方に動かす。壁２２からの距離は、理想的には１ｍ〜３ｍ程度の大きさで選択される。
【００２３】
バイオマスの良好な混合を達成するためには、二つのさらなる攪拌器２４，２５が与えられる。これらの二つの攪拌器２４，２５は、壁２２の内側に配置され、かつ容器２０の床２１の半径２６，２７に対して６０°の角度で配向される。攪拌器２４，２５は、それぞれ床の中心点から出発して、調質装置１に対して１２０°の角度で配置される。二つの攪拌器２４，２５及び調質装置１は、それらがそれぞれ流れ方向に配置され、従って円形床の周囲方向に略同じ配向の主な流れを発生するように配向される。
【００２４】
図３を見ると、攪拌器２４，２５，２が、実質的に時計廻りの流れが形成されるように配置される。
【００２５】
作動時には、熱交換器は、容器に含まれるバイオマスに熱を放出する。もし温度がバイオガスへの変換時に極めて高く上昇するなら、熱交換器はまた、セプティックタンクから熱を引き出すことができる。かくしてバイオマスの冷却が可能である。いかなる好適な熱媒体も（好ましくは水又は熱媒油）、調質媒体として使用されることができる。攪拌器は、バイオマスを管状熱交換器を通してかつそれを過ぎて外側に押す。管状構造は、表面がバイオマスの流れ方向に対して実質的に平行に配向され、従って付着物及び遮断物を防止することができるので、有利である。さらに、管状構造は、バイオマスが調質される大きな接触面積を与える。攪拌器によって発生される目的の流れは、熱交換器でのバイオマスの通過流を増加し、それは、容器中のバイオマスの均一な温度分布に導く。
【００２６】
複数の攪拌器を下流で互いに前後に配置し、それぞれに熱交換器を持たせることも規定されることもできる。
【００２７】
本発明による調質装置は、容器に固定して組み合わせて設置してもよい。しかしながら、調質装置は、装置が例えばメンテナンス又は交換のために、容器から除去されることができるように運搬可能であるように構成されることが規定されることができる。
【００２８】
適用の領域に依存して、調質装置は、容器を水平に又は垂直に設置してもよい。例えば、円筒形であったり、又はタンク形状の容器（例えば発酵槽）を横たわらすとき、水平配向が望ましい。しかしながら、タンク形状の容器を立てるとき、調質装置の垂直配向が好ましい。
【００２９】
攪拌器は、二つから四つの攪拌翼を有する軸方向に運ぶ攪拌器として構成されることが好ましい。攪拌翼は湾曲され、それによってバイオマスの最高可能スピードが遅い回転攪拌器で達成され、かくして最適な混合が達成される。
【００３０】
大きな容器では、調質装置は、少なくとも一つの調質手段を下流で流れ方向に接触する管を有することが規定されることができる。ここで、もし管が少なくとも一つの調質手段と略同じ内径を持ち、運搬装置又は攪拌器が熱交換器の内側に配置されるなら、好ましい。本発明による調質装置のこの実施形態は、大きな行動半径を有するバイオマスの調質及び混合を確実にする。攪拌器によって発生される質量流の１００％が熱交換器及びその上に置かれた管を通って流れ、逆流が管の外側を形成するので、容器の遠隔領域もまた、攪拌されることができる。
【００３１】
本発明による調質装置は、とりわけセプティックタンク又は発酵槽、バイオガスプラントの加水分解発酵槽及び二次発酵容器、及び下水処理場の容器に使用されることができる。調質装置は、バイオマスが均一かつ効率的に調質されることができ、かつ外側のバイオマスの付着物が防止されることができるように、設計される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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