DE102017004324A1

DE102017004324A1 - Kombinierte Luft - Einlaß - Auslaßvorrichtung

Info

Publication number: DE102017004324A1
Application number: DE102017004324.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-11-08

Abstract

Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung mit einem Zuluftkanal, mit einem Einlaßkanal, mit einem Auslaßkanal, mit einem elektromotorischen rotatorischen Stellantrieb, der mittels einer verdrehbaren Welle ein kontinuierliches Verstellen einer daran befestigten Schließvorrichtung ermöglicht, die bei unwirksamem Stellantrieb eine definierte Stellung einnimmt, wobei die Schließvorrichtung in ihrer Form zweckbestimmt an die Form der Kanäle angepaßt ist,wobei die Stellung der Schließvorrichtung das Maß der Öffnungsquerschnitte zwischen Zuluft- und Einlaßkanal, zwischen Zuluft- und Auslaßkanal sowie zwischen Einlaß- und Auslaßkanal bestimmt,wobei ausgehend von der definierten Stellung gilt:bei Verdrehen der Welle innerhalb des gesamten Rotationsbereiches erfolgt in einem ersten Teil des Rotationsbereiches bei gesperrtem Öffnungsquerschnitt zwischen Einlaß- und Auslaßkanal ein kontinuierliches Ändern des Öffnungsquerschnittes zwischen Zuluft- und Einlaßkanal und gleichzeitig dazu gegenläufig erfolgt eine Veränderung des Öffnungsquerschnittes zwischen Zuluft- und Auslaßkanal, woran sich in einem zweiten Teil des Rotationsbereiches die Veränderung des Öffnungsquerschnittes zwischen Einlaß- und Auslaßkanal von 0% bis 100% anschließt und wobei weiterhin gilt:für die Verbindung zwischen dem Zuluftkanal einerseits und dem Einlaß- und Auslaßkanal andererseits ist immer ein ausreichend großer Öffnungsquerschnitt gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung.
Bei Luftzufuhrsystemen, z. B. für Tragluftabdeckungen wird Luft mittels Gebläsen in das Tragluftvolumen gefördert, das durch eine äußere und eine innere Folie gebildet wird. Der Tragluftdruck wird dabei durch Regelung der Gebläseleistung eingestellt. Alternativ laufen diese Gebläse konstant, sodass mit ihnen keine Steuerung oder Regelung der Luftzufuhr möglich ist. Es wird dann der Tragluftdruck z. B. mittels gewichtbeaufschlagter Auslaßklappen eingestellt. Diese Sachverhalte sind für Tragluftgasspeicher in Biogasanlagen z. B. in EP 2346982 B1 beschrieben.
Besonders bei modernen Biogasanlagen ist es im Sinne eines effektiven Gasmanagements wichtig, ein hohes Maß an Flexibilität bezüglich der Gasdrücke und des Gastransportes zwischen den miteinander verbundenen Gasspeichern zu gewährleisten. Dieser Anforderung kann man mit den genannten gewichtbeaufschlagten Auslaßklappen nicht genügen. Andererseits ist es häufig erwünscht, ältere bestehende Biogasanlagen, insbesondere solche bei denen Tragluftabdeckungen mit ungesteuerten bzw. ungeregelten dauernd laufenden Gebläsen betrieben werden, derart zu ertüchtigen, dass sie ebenfalls für ein modernes Gasmanagement geeignet sind.
Der Erfindung liegt erstens die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise die Steuerung der Luftzufuhr bei Luftzufuhrsystemen zu ermöglichen. Ferner soll die Funktion von Tragluftabdeckungen vereinfacht werden, deren Einsatz bei Gasspeichern kostengünstig realisiert werden und eine zeitgemäße Betriebsweise von Biogasanlagen erreicht werden.
Die erste Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Die weiteren Ziele werden mit den Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 7, 9 und 10 erreicht.
Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich vorteilhaft als Modul herstellen, das einfach in bestehende Zuluftsysteme z. B. für Tragluftabdeckungen eingefügt werden kann. Werden einer zugehörigen Regeleinrichtung die mittels geeigneter Tragluftdruckmesseinrichtungen erfassten Tragluftdruckwerte zugeführt, so kann diese Regeleinrichtung Signale erzeugen, die den elektromotorischen Stellantrieb in Aktion bringen, um die Öffnungsquerschnitte derart einzustellen, dass sich bei konstanter von einem Gebläse erzeugter Zuluftmenge der erwünschten Tragluftdruck einstellt. Besonders vorteilhaft ist es, den Rotationsbereich des Stellantriebes ohne Einschränkung des vom Gebläse erzeugten Luftdurchsatzes auf 90 Grad zu beschränken, weil hierfür kostengünstige Stellantriebe bzw. -motore verfügbar sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auch erreicht, dass immer ein ausreichend großer Querschnitt für den von Gebläsen erzeugten Zuluftdurchsatz gewährleistet ist, damit Staudruck vermieden wird.
Bei mit Tragluftabdeckungen versehenen Gasspeichern ist der Gasdruck um das Gewicht der inneren Folie größer als der Tragluftdruck. Somit kann man bei miteinander verbundenen Gasspeichern, wie bei Biogasanlagen häufig anzutreffen, durch Beeinflussung der Tragluftdrücke geeignete Differenzdrücke herstellen, um einen Transport des Gases zu erreichen. Erfolgt zudem eine Erfassung der Gasfüllstände und werden die erfassten Füllstandswerte der Regeleinrichtung zugeführt, ist mit der erfindungsgemäßen kombinierten Luft-Einlass-Auslassvorrichtung ein Gasmanagement einfach und kostengünstig zu verwirklichen. Ein solches Gasmanagement ist besonders effektiv, wenn mittels der Regeleinrichtung aus den erfassten Füllstandswerten ein Mittelwert errechnet wird, der als Füllstandssollwert für alle Gasspeicher dient, was zu einer möglichst gleichmäßigen Gasverteilung auf die einzelnen Gasspeicher führen kann. Dadurch wird erreicht, dass immer genug Gas zur Verfügung steht, um z. B. Blockheizkraftwerke für die flexible Stromerzeugung einzusetzen. Gleichzeitig begünstigt ein derartiges Gasmanagement auch das Stabilhalten der Tragluftabdeckungen der beteiligten Gasspeicher bei veränderlichem Gasverbrauch und unterschiedlichen Klimaeinflüssen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

1 schematisch eine erste kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung
2 schematisch eine zweite kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung
3 schematisch eine dritte kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung
4 schematisch eine Biogasanlage mit eingebauter kombinierter Luft-Einlass-Auslassvorrichtung

1 zeigt eine erfindungsgemäße kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung 1 in Prinzipdarstellung. Eine T-förmige Anordnung zeigt einen mit einem nicht gezeigten Gebläse verbundenen Zuluftkanal 2, einen mit einem nicht gezeigten Tragluftvolumen verbundenen Einlaßkanal 3 und einen Auslaßkanal 4, der offen ins Freie führt. Die Kanalquerschnitte sind quadratisch, können aber auch anders, z. B. rund gestaltet sein. In eine Kammer 7 ragt die Welle 5 eines nicht gezeigten elektromotorischen rotatorischen Stellantriebes. Daran ist eine Schließvorrichtung 6 befestigt, die hier aus zwei an der Welle 5 gegenüberliegend angeordneten Flügelklappen besteht. Die Flügelklappen sind an die Form der Kanäle 3,4,5 derart angepasst, dass ihre Funktion als Schließvorrichtung gewährleistet ist, gleichzeitig aber bedarfsgemäße Rotationsbewegung möglich ist. Dabei ist die „obere“ Flügelklappe für das Öffnen und Schließen der Öffnungsquerschnitte zwischen Zuluft- 2 und Einlaßkanal 3 sowie zwischen Einlaß- 3 und Auslaßkanal 4 vorgesehen, während die „untere“ Flügelklappe das Öffnen und Schließen des Öffnungsquerschnittes zwischen Zuluft- 2 und Auslaßkanal 4 bewirkt. Die Form der Kammer 7 korrespondiert dabei mit der Form und dem Bewegungsbereich der Flügelklappen.
Die kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung 1 ist zweckmäßig als eine vormontierte Baueinheit gestaltet, mit den aus einer Blechkonstruktion bestehenden Kanälen 2,3,4 samt Kammer 7, der Welle 5, der Schließvorrichtung 6 und dem elektromotorischen rotatorischen Stellantrieb. Eine solche Baueinheit ist leicht zwischen ein Gebläse und ein Tragluftvolumen montierbar.
In 1 sind 3 unterschiedliche Positionen a, b, c der Welle 5 bzw. Schließvorrichtung 6 innerhalb der Kammer 7 dargestellt. In Position a nimmt die Schließvorrichtung 6 eine definierte, z. B. durch Federkraft erzeugte Stellung „Halten“ ein, wenn keine Kraft auf die Welle wirkt, d. h. der Stellantrieb z.B. ohne Strom ist. In dieser Position ist der Zuluftkanal 2 vollständig mit dem Auslaßkanal 4 verbunden. Das Tragluftvolumen ist dabei abgesperrt, erfährt also ein „Halten“ des Tragluftdruckes. Im Beispiel der 1 ist der Rotationsbereich der Welle 5 90 Grad. Wird die Schließvorrichtung 6 im ersten Teil des Rotationsbereiches gegen den Uhrzeigersinn um 45 Grad verdreht, erfolgt ein Übergang von „Halten“ auf „Füllen“ des Tragluftvolumens, Position b. Dabei erfährt der Öffnungsquerschnitt zwischen Zuluft- 2 und Einlaßkanal 3 eine Veränderung von „Geschlossen“ zu „Vollständig geöffnet“, während sich gleichzeitig der Öffnungsquerschnitt zwischen Zuluft- 2 und Auslaßkanal 4 von „Vollständig geöffnet“ zu „Geschlossen“ verändert.
Im zweiten Teil des Rotationsbereiches, bei dem die Schließvorrichtung 6 um weitere 45 Grad gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt wird, und bei dem ein Übergang von „Füllen“ des Tragluftvolumens auf dessen „Entleeren“, Position c, erfolgt, wird der Öffnungsquerschnitt zwischen Zuluft- 2 und Einlaßkanal 3 wieder verschlossen, während der Öffnungsquerschnitt zwischen Einlaß- 3 und Auslaßkanal allmählich vollständig geöffnet wird. Gleichzeitig wird auch der Öffnungsquerschnitt zwischen Zuluft- 2 und Auslaßkanal 4 wieder geöffnet.
Die Einheit von elektromotorischem rotatorischen Stellantrieb, Welle 5 und Schließvorrichtung 6 ist derart gestaltet, dass innerhalb des Rotationsbereiches von 90 Grad jede beliebige Drehposition eingenommen werden kann, welche beispielsweise von einer Regeleinrichtung als Ergebnis eines Soll-Istwertvergleiches des Tragluftdruckes vorgegeben wird. Dabei ist immer gewährleistet, dass der vom ständig gleichmäßig laufenden Gebläse geförderten Zuluft ein ausreichender Abströmquerschnitt entweder in das Tragluftvolumen, ins Freie oder beliebig dazwischen aufgeteilt, zur Verfügung steht.
2 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen kombinierten Luft-Einlass-Auslassvorrichtung 8 in drei Drehpositionen d,e,f und einem Rotationsbereich von ebenfalls 90 Grad.
Im Unterschied zum Beispiel der 1 ist hier bei unwirksamem, also z. B. stromlosem Antrieb die definierte Position die vollständige Öffnung des Öffnungsquerschnittes zwischen Zuluft- 2 und Einlaßkanal 4, also „Füllen“ des Tragluftvolumens. Die beiden weiteren Öffnungsquerschnitte sind verschlossen. Durch Verdrehen der Schließvorrichtung 6 um 45 Grad im Uhrzeigersinn, erster Teil des Rotationsbereiches, erfolgt ein Übergang von „Füllen“ auf „Halten“. Weitere Drehung um 45 Grad, zweiter Teil des Rotationsbereiches, bewirkt den Übergang von „Halten“ auf „Entleeren“. Die „untere“ Flügelklappe schwenkt dabei in eine Ausbauchung 9, mit dem Vorteil dass die Kammer 7 andererseits, wie leicht erkennbar, symmetrisch ausgeführt sein kann.
3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante mit 90 Grad Rotationsbereich und stromloser definierter Stellung „Füllen“. In der 3 ist ein kreissegmentförmiger abgewinkelter Bereich 11 am Ende der „oberen“ Flügelklappe und eine Ausbauchung 10 erkennbar. Ausgehend von der definierten Stellung „Füllen“ werden bei Rotation gegen den Uhrzeigersinn die gleichen Zustände erreicht wie bei den vorherigen Beispielen. Es ergeben sich auch hier, wie leicht erkennbar, Vorteile durch symmetrische Gestaltung der Kammer 7.
In 4 ist schematisch eine an sich konventionelle Biogasanlage dargestellt, die durch Einbau der erfindungsgemäßen kombinierten Luft-Einlass-Auslassvorrichtung 1 als vormontierte Baueinheit für ein modernes Gasmanagement ertüchtigt wird.
Zwei Behälter, die beispielsweise als Fermenter und Nachgärer verwendet werden können, enthalten jeweils einen Substratbereich 14, 15, Gaspeicher 16, 17 und eine Tragluftabdeckung mit äußerer Folie 18, 19, innerer Folie 20, 21 und Tragluftvolumen 22, 23. Die Gasspeicher sind durch ein Rohr 24 miteinander verbunden und ein Ausgangsrohr 25 führt zu weiteren Speichern oder einem Verbraucher. Den Tragluftvolumina 22, 23 wird über Einlaßverbindungen 26, 27 Tragluft mittels Gebläsen 28, 29 zugeführt. Zwischen Gebläse 28, 29 und Einlaßverbindung 26, 27 ist die erfindungsgemäße kombinierte Luft-Einlass-Auslassvorrichtung 1 als vormontierte Baueinheit eingefügt. Eine Regeleinrichtung 30 ist mit Tragluftdruckmesseinrichtungen 31, 32 und Füllstandsmesseinrichtungen 33, 34 verbunden. Zur Ansteuerung des elektromotorischen rotatorischen Stellantriebes als Teil der vormontierten Baueinheit ist je eine Verbindungsleitung 35, 36 zwischen Regeleinrichtung und Baueinheit vorgesehen.
Im Betrieb steigt Biogas aus den Substratbereichen 14, 15 in die Gasspeicher 16, 17. Die ständig laufenden Gebläse 28, 29 drücken Tragluft in die Tragluftvolumina 22, 23. Die produzierte Gasmenge in den Behältern 12, 13 kann unterschiedlich sein und der Verbraucher kann unterschiedliche Gasmengen anfordern. Darüber hinaus können klimatische Einflüsse wie z. B. Sonneneinstrahlung auf die Druckverhältnisse in den Tragluftvolumina 22, 23 und den Gasspeichern 16, 17 einwirken. Im Sinne eines hohem Maßes an Gasverfügbarkeit und einer guten Stabilität der Tragluftabdeckungen wird eine Angleichung der Gasfüllstände angestrebt. Dazu ermittelt die Regeleinrichtung 30 aus den gemessenen Gasfüllständen einen Mittelwert, der als Sollwert für alle Füllstände dient. Von der Regeleinrichtung erhalten die Stellantriebe Signale, um die den Tragluftvolumina 22, 23 zugeführte Tragluftmenge derart zu regeln, das in den Gasspeichern Druckverhältnisse erzeugt werden, die zu einem Gasfluss dergestalt führen, dass sich ein Füllstandsausgleich einstellt.
Bezugszeichenliste

1, 8: Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung
2: Zuluftkanal
3: Einlaßkanal
4: Auslaßkanal
5: Welle
6: Schließvorrichtung
7: Kammer
9, 10: Ausbauchung
11: abgewinkelter Bereich
12, 13: Behälter
14, 15: Substratbereich
16, 17: Gasspeicher
18, 19: äußere Folie
20, 21: innere Folie
22, 23: Tragluftvolumens
24: Rohr
25: Ausgangsrohr
26, 27: Einlaßverbindung
28, 29: Gebläse
30: Regeleinrichtung
31, 32: Tragluftdruckmesseinrichtung
33, 34: Füllstandsmesseinrichtung
35, 36: Verbindungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2346982 B1 [0002]

Claims

Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung -mit einem Zuluftkanal, -mit einem Einlaßkanal, -mit einem Auslaßkanal, -mit einem elektromotorischen rotatorischen Stellantrieb, dessen Rotationsbereich weniger als 360 Grad ist und der mittels einer verdrehbaren Welle ein kontinuierliches Verstellen einer daran befestigten Schließvorrichtung ermöglicht, die bei unwirksamem Stellantrieb eine definierte Stellung einnimmt, wobei die Schließvorrichtung in ihrer Form zweckbestimmt an die Form der Kanäle angepaßt ist, wobei die Stellung der Schließvorrichtung das Maß der Öffnungsquerschnitte zwischen Zuluft- und Einlaßkanal, zwischen Zuluft- und Auslaßkanal sowie zwischen Einlaß- und Auslaßkanal bestimmt, wobei ausgehend von der definierten Stellung gilt: bei Verdrehen der Welle innerhalb des gesamten Rotationsbereiches erfolgt in einem ersten Teil des Rotationsbereiches bei gesperrtem Öffnungsquerschnitt zwischen Einlaß- und Auslaßkanal ein kontinuierliches Ändern des Öffnungsquerschnittes zwischen Zuluft- und Einlaßkanal und gleichzeitig dazu gegenläufig erfolgt eine Veränderung des Öffnungsquerschnittes zwischen Zuluft- und Auslaßkanal, woran sich in einem zweiten Teil des Rotationsbereiches die Veränderung des Öffnungsquerschnittes zwischen Einlaß- und Auslaßkanal von 0% bis 100% anschließt und wobei weiterhin gilt: für die Verbindung zwischen dem Zuluftkanal einerseits und dem Einlaß- und Auslaßkanal andererseits ist immer ein ausreichend großer Öffnungsquerschnitt gewährleistet.
Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsbereich 90 Grad beträgt.
Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Teil des Rotationsbereiches jeweils 45 Grad betragen.
Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsbereich 180 Grad beträgt.
Kombinierte Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließvorrichtung aus zwei auf der Welle einander gegenüberliegend angeordneten Flügelklappen besteht.
Tragluftabdeckung, deren durch eine äußere und eine innere Folie eingeschlossenes Tragluftvolumen an den Einlaßkanal einer kombinierten Luft-Einlaß-Auslaßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche angeschlossen ist.
Tragluftabdeckung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragluftdruck mit geeigneten Messeinrichtungen erfasst wird, die mit einer Regeleinrichtung in Verbindung stehen, welche ihrerseits mit dem elektromotorischen rotatorischen Stellantrieb verbunden ist und mittels Soll-Istwertvergleich Stellsignale erzeugt, um die Schließvorrichtung derart zu positionieren, dass der Tragluftdruck auf den Sollwert geregelt wird.
Biogasspeicher mit einer Tagluftabdeckung nach Anspruch 6 oder 7.
Biogasanlage mit mehreren miteinander verbundenen Gasspeichern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasspeichern Füllstandsmesseinrichtungen vorgesehen sind, die ebenso wie die Tragluftdruckmesseinrichtungen mit einer gemeinsamen Regeleinrichtung verbunden sind, welche aus den gemessenen Füllstandswerten einen Mittelwert errechnet, der als Füllstandssollwert dient.
Biogasanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung Steuersignale erzeugt, die den angeschlossenen elektromotorischen rotatorischen Stellantrieben zugeführt werden, sodass mittels der Positionierung der Schließvorrichtungen Tragluftdrücke erzeugt werden, die einen Gasfluss derart bewirken, dass sich die Füllstände in den Gasspeichern dem errechneten Füllstandssollwert angleichen.