DE102021108653A1 - Heat generation from fermentation substrate - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (2) zur Wärmegewinnung von in einem Fermenter (20) vergorenen Gärsubstrat, mit einer Wärmegewinnungskammer (2.1), in welcher dem Gärsubstrat zumindest teilweise seine Restwärme entzogen werden kann, wobei eine Wärmeübertragereinheit (2.2) vorgesehen ist, die innerhalb der Wärmegewinnungskammer (2.1) angeordnet und derart eingerichtet ist, dass diese die Restwärme des sich in der Wärmegewinnungskammer (2) befindlichen Gärsubstrats zumindest teilweise auf ein Wärmeträgermedium übertragen kann.The invention relates to a heat exchanger (2) for recovering heat from fermentation substrate fermented in a fermenter (20), with a heat recovery chamber (2.1) in which the residual heat of the fermentation substrate can be at least partially extracted, a heat exchanger unit (2.2) being provided which is inside of the heat recovery chamber (2.1) and set up in such a way that it can at least partially transfer the residual heat from the fermentation substrate located in the heat recovery chamber (2) to a heat transfer medium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Wärmegewinnung von in einem Fermenter vergorenen Gärsubstrat, mit einer Wärmegewinnungskammer, in welcher dem Gärsubstrat zumindest teilweise seine Restwärme entzogen werden kann. Weitere Gegenstände bilden eine Biogasanlage sowie ein Endlager einer Biogasanalage mit einem entsprechenden Wärmetauscher sowie ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme aus Gärsubstrat.The invention relates to a heat exchanger for heat recovery from fermentation substrate fermented in a fermenter, with a heat recovery chamber in which the residual heat of the fermentation substrate can be at least partially extracted. Further items are a biogas plant and a repository for a biogas plant with a corresponding heat exchanger and a process for obtaining heat from fermentation substrate.

Biogasanlagen dienen zur Gas- bzw. zur Energiegewinnung aus organischen Stoffen, wie bspw. aus Nutztierexkrementen, Pflanzenbestandteilen, Futtermittelresten und Bioabfällen. Zur Erzeugung des Biogases werden die organischen Stoffe in einem Fermenter mit Hilfe von Bakterien vergoren, wobei in erster Linie Methan und Kohlenstoffdioxid sowie in geringeren Konzentrationen auch noch weitere gasförmige Stoffe entstehen. Dieses Biogas kann aus dem Fermenter abgezogen, in einem weiteren Prozessschritt weiterverarbeitet und dann in einer nachgeschalteten Motor-/ Generatoreinheit in elektrische Energie umgewandelt werden. Alternativ kann das Biogas bzw. Bestandteile davon nach weiteren Prozessschritten auch in das Erdgasnetz eingespeist werden oder zur Wärmeerzeugung genutzt werden.Biogas plants are used to generate gas or energy from organic substances, such as livestock excrement, plant parts, leftover feed and organic waste. To produce the biogas, the organic substances are fermented in a fermenter with the help of bacteria, whereby primarily methane and carbon dioxide and, in lower concentrations, other gaseous substances are produced. This biogas can be extracted from the fermenter, further processed in a further process step and then converted into electrical energy in a downstream motor/generator unit. Alternatively, the biogas or components thereof can also be fed into the natural gas network after further process steps or used to generate heat.

Bei dem vergorenen Gärsubtrat handelt es sich in der Regel um eine flüssige oder zähflüssige Suspension, die nach dem Gärprozess aus dem Fermenter in einen Endlagerbehälter eines Endlagers fließt. Dafür sind der Fermenter und das Endlager in der Regel über eine Rohrverbindung miteinander verbunden. In dem Endlagerbehälter kann das vergorene Gärsubstrat dann gelagert werden, bevor dieses bspw. als Dünger weiterverwendet werden kann.The fermented fermentation substrate is usually a liquid or viscous suspension which, after the fermentation process, flows out of the fermenter into a final storage container of a final storage facility. For this purpose, the fermenter and the repository are usually connected to one another via a pipe connection. The fermented fermentation substrate can then be stored in the final storage container before it can be used further, for example as fertilizer.

Damit der Gärprozess der organischen Stoffe im Fermenter zuverlässig abläuft, wird der Fermenter in der Regel bei einer Temperatur von ca. 40 Grad betrieben. Entsprechend weist auch das aus dem Fermenter ablaufende Gärsubstrat eine Temperatur von ca. 40 Grad auf. Eine Nutzung dieser Niedertemperaturrestwärme ist aus ökonomischen Gründen in der Regel nicht vorgesehen, gleichwohl entsteht gerade bei größeren Biogasanlagen dadurch ein nicht unwesentlicher Energieverlust.In order for the fermentation process of the organic substances in the fermenter to run reliably, the fermenter is usually operated at a temperature of around 40 degrees. Accordingly, the fermentation substrate that runs out of the fermenter also has a temperature of approx. 40 degrees. For economic reasons, the use of this low-temperature residual heat is usually not planned, although this results in a not insignificant loss of energy, especially in larger biogas plants.

Die Erfindung stellt sich davon ausgehend die Aufgabe, die Restwärme des Gärsubstrats wirtschaftlich nutzbar zu machen.Proceeding from this, the invention sets itself the task of making the residual heat of the fermentation substrate economically usable.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher g e l ö s t, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.This problem is solved by a heat exchanger that has the features of patent claim 1 .

In der Wärmegewinnungskammer des Wärmetauschers kann dem noch warmen Gärsubstrat die enthaltene Restwärme zumindest teilweise entzogen und dieses so abgekühlt werden. Erst wenn das Gärsubstrat dann erkaltet und die gewinnbare Restwärmeenergie entzogen wurde, kann das Gärsubstrat in den Endlagerbehälter des Endlagers geleitet werden. Zum Entzug der Restwärme dient eine Wärmeübertagereinheit, die innerhalb der Wärmegewinnungskammer angeordnet ist. Mit dieser Wärmeübertragereinheit kann die Restwärme des Gärsubstrats auf ein kälteres Wärmeträgermedium übertragen werden, welches insofern aufgeheizt wird. Diese Wärme kann dann bspw. zur Vorwärmung von Nutzwasser oder auch zu Heizzwecken genutzt werden.In the heat recovery chamber of the heat exchanger, the residual heat contained in the still warm fermentation substrate can be at least partially extracted and this can be cooled in this way. Only when the fermentation substrate has cooled down and the recoverable residual heat energy has been withdrawn can the fermentation substrate be fed into the final storage container of the final repository. A heat exchanger unit, which is arranged inside the heat recovery chamber, is used to extract the residual heat. With this heat exchanger unit, the residual heat of the fermentation substrate can be transferred to a colder heat transfer medium, which is heated up in this respect. This heat can then be used, for example, to preheat service water or for heating purposes.

Vorteilhaft ist es, wenn dem Gärsubstrat in der Wärmegewinnungskammer so viel Wärme entzogen wird, dass seine Temperatur nur noch leicht oberhalb der Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums liegt und insbesondere ebenfalls nur leicht oberhalb der Temperatur des sich im Endlagerbehälter befindlichen Gärsubstrats.It is advantageous if so much heat is extracted from the fermentation substrate in the heat recovery chamber that its temperature is only slightly above the return temperature of the heat transfer medium and in particular also only slightly above the temperature of the fermentation substrate in the final storage container.

In konstruktiver Hinsicht hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wärmeübertragereinheit eine Wandung aufweist, die als eine einen Zwischenraum bildende Doppelwand ausgestaltet ist. An den jeweiligen Außenseiten der Doppelwandung kann das warme Gärsubstrat angeordnet sein, welches seine Wärme an die entsprechende Wandung abgeben kann. Der Zwischenraum kann mit einem flüssigen Medium, insbesondere Wasser, gefüllt sein. Wasser verfügt über eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität und kann daher vergleichsweise viel Wärmeenergie speichern. Das Wasser in dem Zwischenraum kann sich somit durch das warme Gärsubstrat in der Wärmegewinnungskammer erwärmen. Die Wärme kann dabei von dem Gärsubstrat durch die Wandung zu dem flüssigen Medium transportiert werden.In terms of construction, it has proven to be advantageous if the heat exchanger unit has a wall that is designed as a double wall that forms an intermediate space. The warm fermentation substrate, which can give off its heat to the corresponding wall, can be arranged on the respective outer sides of the double wall. The intermediate space can be filled with a liquid medium, in particular water. Water has a very high specific heat capacity and can therefore store a comparatively large amount of thermal energy. The water in the space can thus be heated by the warm fermentation substrate in the heat recovery chamber. The heat can be transported from the fermentation substrate through the wall to the liquid medium.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in dem Zwischenraum ein Wärmeübertrager angeordnet ist. Über den Wärmeübertrager kann Wärme von dem sich in dem Zwischenraum befindlichen flüssigen Medium auf das Wärmeträgermedium übertragen werden. Das Wärmeträgermedium kann im Wärmeübertrager umlaufen und auf der einen Seite kalt in diesen einströmen und auf der anderen Seite aufgewärmt aus dem Wärmeübertrager ausströmen.Furthermore, it has proven to be advantageous if a heat exchanger is arranged in the intermediate space. Heat can be transferred from the liquid medium located in the intermediate space to the heat transfer medium via the heat exchanger. The heat transfer medium can circulate in the heat exchanger and flow into it cold on one side and flow out of the heat exchanger warmed up on the other side.

Die Wärmeübertragung kann insofern nicht direkt von dem Gärsubstrat an das Wärmeträgermedium stattfinden, sondern es ist das sich im Zwischenraum befindliche Medium dazwischengeschaltet. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass das Gärsubstrat direkt mit den Übertragerflächen der Wärmeübertragereinheit in Berührung kommt, wodurch Ablagerungen an den Wärmeübertragerflächen verhindert werden können. Insofern sind die Wärmeübertragerflächen dahingehend nicht limitiert, sondern diese können bspw. auch Rillen oder Lamellen aufweisen, die die effektive Übertragerfläche vergrößern. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Wärmeübertrager jedoch auch unmittelbar mit dem Gärsubstrat in Kontakt kommen.In this respect, the heat transfer cannot take place directly from the fermentation substrate to the heat transfer medium, but the medium located in the intermediate space is interposed. This configuration prevents the fermentation substrate directly with the transmitter surfaces Heat exchanger unit comes into contact, whereby deposits on the heat exchanger surfaces can be prevented. In this respect, the heat transfer surfaces are not limited in this respect, but they can also have grooves or lamellae, for example, which increase the effective transfer surface. In an alternative embodiment, however, the heat exchanger can also come into direct contact with the fermentation substrate.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung des Wärmeübertragers hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser als Rohrwendel-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung stellt eine vergleichsweise große Wärmeübertragerfläche zur Verfügung und gewährleistet somit eine gute Wärmeübertragung.With regard to the design of the heat exchanger, it has proven to be advantageous if it is designed as a coiled tube heat exchanger. Such a configuration makes available a comparatively large heat transfer surface and thus ensures good heat transfer.

Hinsichtlich der Ausgestaltung der Wandung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgestaltet ist. Es ist möglich, dass die Wandung als geschlossene Mantelfläche eines Zylinders ausgestaltet ist. Insofern kann auch die Wärmeübertragereinheit eine zylindrische Form aufweisen. Das warme Gärsubstrat kann sich innerhalb als auch außerhalb des Zylinders befinden und Wärme an die Wandung abgeben. Auch lässt sich ein Rohrwendel-Wärmeübertrager gut an die zylindrische Form der Wärmeübertragereinheit bzw. der Wandung anpassen.With regard to the configuration of the wall, it has proven to be advantageous if it is configured in a cylindrical manner at least in sections. It is possible for the wall to be designed as a closed lateral surface of a cylinder. In this respect, the heat exchanger unit can also have a cylindrical shape. The warm fermentation substrate can be inside or outside of the cylinder and give off heat to the wall. A coiled tube heat exchanger can also be easily adapted to the cylindrical shape of the heat exchanger unit or the wall.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher ein geschlossenes oder ein offenes Gehäuse aufweist, welches die Wärmegewinnungskammer, insbesondere nach außen, abgrenzt. Innerhalb des Gehäuses kann entsprechend auch die Wärmeübertragereinheit angeordnet sein. Das Gehäuse kann somit einen Behälter für das Gärsubstrat bilden und innerhalb des Behälters kann die Wärmeübertragereinheit, insbesondere konzentrisch, angeordnet sein. Das Gehäuse kann zylinderförmig bzw. röhrenförmig ausgestaltet sein. Das Gehäuse kann als nach oben offener Aufnahmebehälter ausgestaltet sein. Das Gehäuse kann zusammen mit der Wärmeübertragereinheit eine Baueinheit bilden.Furthermore, it can be provided that the heat exchanger has a closed or an open housing, which delimits the heat recovery chamber, in particular to the outside. Correspondingly, the heat exchanger unit can also be arranged within the housing. The housing can thus form a container for the fermentation substrate and the heat exchanger unit can be arranged, in particular concentrically, inside the container. The housing can have a cylindrical or tubular design. The housing can be configured as a receptacle that is open at the top. The housing can form a structural unit together with the heat exchanger unit.

Das Gehäuse kann isoliert sein, so dass möglichst wenig der Wärme des Gärsubstrats an die Umgebung verloren geht. Insbesondere können die Seitenflächen bzw. der rohrförmige Teil des Gehäuses isoliert sein, da dieser in der Regel größer ist als die Bodenfläche. Gleichwohl kann aber auch der Boden isoliert sein. Zur Isolation kann das Gehäuse zumindest teilweise eine Doppelwandung aufweisen, die mit Isoliermaterial gefüllt sein kann. Im einfachsten Fall kann das Gehäuse auch von außen mit Dämmmaterial versehen sein.The housing can be insulated so that as little as possible of the heat from the fermentation substrate is lost to the environment. In particular, the side surfaces or the tubular part of the housing can be insulated, since this is usually larger than the bottom surface. However, the floor can also be insulated. For insulation, the housing can at least partially have a double wall that can be filled with insulating material. In the simplest case, the housing can also be provided with insulating material on the outside.

Die Wärmeübertragereinheit kann einen oder mehrere Standfüße aufweisen, so dass diese in dem Gehäuse aufrecht stehen kann. Die Standfüße gewährleisten weiterhin, dass zwischen dem Boden des Wärmetauschers bzw. des Gehäuses und der Wandung genügend Platz ist, so dass das Gärsubstrat von unten in die Wärmeübertrageinheit einströmen kann. Auch zwischen den Seitenwänden der Wärmeübertragereinheit und dem Gehäuse besteht vorteilhaft ein gewisser Abstand, so dass das Gärsubstrat die Wärmeübertragereinheit komplett umgeben kann.The heat exchanger unit can have one or more feet so that it can stand upright in the housing. The feet also ensure that there is enough space between the bottom of the heat exchanger or the housing and the wall so that the fermentation substrate can flow into the heat transfer unit from below. There is also advantageously a certain distance between the side walls of the heat exchanger unit and the housing, so that the fermentation substrate can completely surround the heat exchanger unit.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wärmegewinnungskammer als Separationskammer ausgestaltet ist. Der Wärmerückgewinnungskammer kann somit eine Doppelfunktion zukommen. Denn in dieser kann dem Gärsubstrat nicht nur die Restwärme entzogen werden, sondern gleichzeitig kann das Gärsubstrat auch in seine festen und in seine flüssigen Bestandteile separiert werden. Die festen Bestandteile des Gärsubstrats können sich aufgrund deren geringerer Dichte oben auf den flüssigen Bestandteilen absetzen. Die sich oben absetzenden Feststoffe können das darunter befindliche warme Gärsubstrat isolieren, so dass möglichst wenig Wärme an die Umgebung verloren geht. Auch die Feststoffe des Gärsubstrats können weiterverwendet werden. Diese können auf einfache Weise oben abgeschöpft werden.Furthermore, it has proven to be advantageous if the heat recovery chamber is designed as a separation chamber. The heat recovery chamber can thus have a dual function. Not only can the residual heat be removed from the fermentation substrate in this process, but the fermentation substrate can also be separated into its solid and liquid components at the same time. Due to their lower density, the solid components of the fermentation substrate can settle on top of the liquid components. The solids that settle on top can insulate the warm fermentation substrate underneath, so that as little heat as possible is lost to the environment. The solids in the fermentation substrate can also be reused. These can easily be skimmed off the top.

Dahingehend hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Wärmetauscher eine Feststoffentnahmestelle aufweist, an der abgesetzte Feststoffe des Gärsubstrats entnommen werden können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Feststoffe durch einen horizontal bewegbaren Schieber, abgeschöpft werden. Gleichwohl kann es vorteilhaft sein, wenn stets eine gewisse Menge von Feststoffen auf dem flüssigen Gärsubstrat verbleibt, um somit die Isolierung aufrechtzuerhalten. Im einfachsten Fall ist das Gehäuse des Wärmetauschers nach oben hin offen, so dass die Feststoffe entsprechend einfach entnommen werden können. Die Separierung der flüssigen und der festen Bestandteile des Gärsubstrats kann in der Wärmegewinnungskammer kann rein passiv gleichzeitig mit dem Wärmeentzug erfolgen.In this regard, it has proven to be advantageous if the heat exchanger has a solids removal point at which settled solids of the fermentation substrate can be removed. It can be provided, for example, that the solids are skimmed off by a slide that can be moved horizontally. Nevertheless, it can be advantageous if a certain amount of solids always remains on the liquid fermentation substrate in order to maintain the insulation. In the simplest case, the housing of the heat exchanger is open at the top so that the solids can be removed easily. The liquid and solid components of the fermentation substrate can be separated in the heat recovery chamber in a purely passive manner at the same time as the heat is extracted.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Gärsubstratzulauf vorgesehen ist, durch welchen Gärsubstrat aus dem Fermenter in den Wärmetauscher laufen kann. Der Gärsubstratzulauf kann bspw. im unteren oder im mittleren Bereich der Wärmegewinnungskammer münden. Das aus dem Fermenter zulaufende und sowohl aus festen als auch aus flüssigen Bestandteilen bestehende Gärsubstrat kann vorteilhaft in den flüssigen Teil des sich in der Wärmegewinnungskammer befindlichen Gärsubstrats einlaufen. Somit werden die bereits separierten Feststoffe nicht wieder erneut mit der flüssigen Phase verwirbelt. Der Gärsubstratzulauf kann einen sich im Wesentlichen in senkrechter Richtung erstreckenden Abschnitt aufweisen, der in der Wärmegewinnungskammer nach unten geführt ist und unterhalb der Feststoffe in der Wärmegewinnungskammer mündet.Furthermore, it has proven to be advantageous if a fermentation substrate inlet is provided, through which fermentation substrate can run from the fermenter into the heat exchanger. The fermentation substrate feed can, for example, open out in the lower or middle area of the heat recovery chamber. The fermentation substrate, which flows in from the fermenter and consists of both solid and liquid components, can advantageously flow into the liquid part of the heat recovery chamber present fermentation substrate. This means that the solids that have already been separated are not mixed up again with the liquid phase. The fermentation substrate inlet can have a section which extends essentially in the vertical direction, which is guided downwards in the heat recovery chamber and opens out below the solids in the heat recovery chamber.

Da das zulaufende Gärsubstrat wärmer ist als das sich im Wärmetauscher befindliche Gärsubstrat, dem schon eine gewisse Wärmemenge entzogen wurde, kann sich aufgrund der Temperaturunterschiede eine Strömung ergeben, die den Wärmeübergang vom Gärsubstrat an die Wandung bzw. an das sich in dem Zwischenraum der Wandung befindliche Medium verbessert.Since the incoming fermentation substrate is warmer than the fermentation substrate in the heat exchanger, from which a certain amount of heat has already been withdrawn, the temperature differences can result in a flow that promotes heat transfer from the fermentation substrate to the wall or to the space in the wall medium improved.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Gärsubstratablauf vorgesehen ist, durch den erkaltetes Gärsubstrat in den Endlagerbehälter des Endlagers ablaufen kann. Wenn dem Gärsubstrat die Restwärme zumindest teilweise entzogen wurde, kann dieses durch den Gärsubstratablauf in den Endlagerbehälter abfließen. Der Gärsubstratablauf kann verschließbar sein und dieser kann nur dann geöffnet werden, wenn das sich in der Wärmegewinnungskammer befindliche Gärsubstrat bereits abgekühlt wurde. Zum Öffnen und Schließen des Gärsubstratablaufs kann beispielsweise ein hydraulischer Schieber vorgesehen sein. Weiterhin ist es möglich, dass ein Temperatursensor vorgesehen ist, der die Temperatur des Gärsubstrats im Bereich vor dem Gärsubstratablauf erfasst. Wurde das Gärsubstrat dann auf eine gewisse Temperatur abgekühlt und diesen somit genügend Restwärme entzogen, kann der Gärsubstratablauf geöffnet werden, so dass dann das Gärsubstrat in den Endlagerbehälter fließen kann. Furthermore, it has proven to be advantageous if a fermentation substrate outlet is provided, through which the cooled fermentation substrate can drain into the final storage container of the final storage facility. If the residual heat has been at least partially removed from the fermentation substrate, this can flow out through the fermentation substrate outlet into the final storage container. The fermentation substrate drain can be closed and this can only be opened if the fermentation substrate located in the heat recovery chamber has already cooled down. For example, a hydraulic slide can be provided for opening and closing the fermentation substrate outlet. Furthermore, it is possible that a temperature sensor is provided, which detects the temperature of the fermentation substrate in the area before the fermentation substrate outlet. If the fermentation substrate has then been cooled to a certain temperature and sufficient residual heat has been removed from it, the fermentation substrate outlet can be opened so that the fermentation substrate can then flow into the final storage container.

Auch ist es möglich, dass eine Pumpe vorgesehen ist, mit der das Gärsubstrat aus der Wärmegewinnungskammer in den Endlagerbehälter gepumpt werden kann. Auch ein Rührwerkzeug, um den Wärmeübergang vom Gärsubstrat zur Wandung der Wärmegewinnungskammer zu vergrößern, kann vorgesehen sein.It is also possible that a pump is provided with which the fermentation substrate can be pumped from the heat recovery chamber into the final storage container. A stirring tool can also be provided to increase the heat transfer from the fermentation substrate to the wall of the heat recovery chamber.

Der Gärsubstratablauf kann im unteren Bereich der Wärmegewinnungskammer angeordnet sein und sich sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung erstrecken. Durch die Anordnung des Gärsubstratablaufs im unteren Bereich der Wärmegewinnungskammer kann somit nur der flüssige Anteil des erkalteten Gärsubstrats in den Endlagerbehälter fließen. Dahingehend ist es auch möglich, dass der Gärsubstratablauf ein Sieb oder einen Filter aufweist, um grobe Feststoffe herauszufiltern. Da der Durchmesser der Wärmegewinnungskammer geringer als der Durchmesser des Endlagerbehälters ist, kann sich eine vergleichsweise dicke Feststoffschicht bilden, die ein einfaches Abschöpfen und eine gute Isolation ermöglicht.The fermentation substrate outlet can be arranged in the lower area of the heat recovery chamber and can extend both in the horizontal and in the vertical direction. Due to the arrangement of the fermentation substrate outlet in the lower area of the heat recovery chamber, only the liquid part of the cooled fermentation substrate can flow into the final storage container. To that end, it is also possible for the fermentation substrate outlet to have a sieve or a filter in order to filter out coarse solids. Since the diameter of the heat recovery chamber is smaller than the diameter of the disposal container, a comparatively thick solid layer can form, which allows for easy skimming and good insulation.

In einer alternativen Ausgestaltung kann der Gärsubstratablauf jedoch auch als Überlauf ausgestaltet sein. Wenn warmes Gärsubstrat in den Wärmetauscher einfließt, kann sich der Füllstand sukzessive erhöhen, bis die gesamte Wärmegewinnungskammer mit Gärsubstrat gefüllt ist. Wird dann noch weiteres Gärsubstrat eingefüllt, kann das bereits erkaltete Gärsubstrat über einen Überlauf automatisch aus dem Wärmetauscher abgeführt und dem Endlagerbehälter zugeführt werden. Auch insofern kann das Gehäuse nach oben offen sein und das flüssige Gärsubstrat über den Gehäuserand überlaufen. Die Feststoffe, die sich oben in der Wärmegewinnungskammer abgesetzt haben, behindern den Überlauf der flüssigen Bestandteile nicht. Trotzdem kann auch dahingehend ein Filter vorgesehen sein, der dafür sorgt, dass nur flüssige Bestandteile überlaufen.In an alternative embodiment, however, the fermentation substrate outlet can also be designed as an overflow. When warm fermentation substrate flows into the heat exchanger, the level can gradually increase until the entire heat recovery chamber is filled with fermentation substrate. If more fermentation substrate is then filled in, the already cooled fermentation substrate can be automatically discharged from the heat exchanger via an overflow and fed to the final storage container. In this respect, too, the housing can be open at the top and the liquid fermentation substrate can overflow over the edge of the housing. The solids that have settled at the top of the heat recovery chamber do not impede the overflow of the liquid components. Nevertheless, a filter can also be provided to that effect, which ensures that only liquid components overflow.

Im Hinblick auf die eingangs genannte Aufgabe wird ferner eine Biogasanlage mit einem Fermenter, in welchem Gärsubstrat vergoren werden kann, und einem Endlager zur Bevorratung von in dem Fermenter vergorenem Gärsubstrat vorgeschlagen, wobei dem Fermenter ein Wärmetauscher der vorstehen beschriebenen Art zur Wärmegewinnung von in dem Fermenter vergorenen Gärsubstrat nachgeschaltet ist.With regard to the task mentioned above, a biogas plant with a fermenter in which fermentation substrate can be fermented and a repository for storing fermentation substrate fermented in the fermenter is also proposed, with the fermenter having a heat exchanger of the type described above for heat recovery from in the fermenter fermented fermentation substrate is downstream.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung des Fermenters hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser einen Überlauf aufweist, der mit dem Gärsubstratzulauf fluidgekoppelt ist. Es ist insofern nicht erforderlich, Gärsubstrat aktiv aus dem Fermenter abzupumpen, sondern dieses kann selbstständig aus dem Fermenter in die Wärmegewinnungskammer laufen, wenn dem Fermenter frische organische Stoffe zugeführt werden. Auch ist es möglich, dass sich der Gärsubstratablauf der Wärmegewinnungskammer automatisch öffnet, wenn über den Überlauf des Fermenters Gärsubstrat aus dem Fermenter über den Gärsubstratzulauf in die Wärmegewinnungskammer fließt. Insofern wird sowohl im Fermenter als auch in der Wärmegewinnungskammer eine annähernd konstante Substratmenge erreicht.With regard to the design of the fermenter, it has proven to be advantageous if it has an overflow which is fluidly coupled to the fermentation substrate feed. In this respect, it is not necessary to actively pump fermentation substrate out of the fermenter, but this can run independently from the fermenter into the heat recovery chamber when fresh organic substances are fed into the fermenter. It is also possible for the fermentation substrate outlet of the heat recovery chamber to open automatically when fermentation substrate flows from the fermenter via the fermentation substrate inlet into the heat recovery chamber via the overflow of the fermenter. In this respect, an approximately constant amount of substrate is achieved both in the fermenter and in the heat recovery chamber.

Der Wärmetauscher kann als separate Einheit zwischen dem Fermenter und dem Endlager angeordnet sein, was insofern eine einfache Nachrüstung bei bestehenden Biosgasanalgen ermöglicht. Ferner ist es jedoch auch möglich, dass der Wärmetauscher in den Fermenter oder in das Endlager integriert ist. In der Praxis hat sich insbesondere eine Integration in das Endlager als vorteilhaft herausgestellt, was nachfolgend noch näher erläutert werden wird.The heat exchanger can be arranged as a separate unit between the fermenter and the repository, which insofar allows easy retrofitting of existing biogas plants. However, it is also possible for the heat exchanger to be integrated into the fermenter or into the repository. In practice, integration into the repository has proven particularly advantageous highlighted, which will be explained in more detail below.

Vorgeschlagen wird ferner ein Endlager für eine Biogasanlage mit einem Endlagerbehälter zur Bevorratung von in einem Fermenter vergorenem Gärsubstrat, und mit einem Wärmetauscher, der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgestaltet ist, wobei die Wärmegewinnungskammer innerhalb des Endlagerbehälters angeordnet ist.Also proposed is a repository for a biogas plant with a repository for storing fermentation substrate fermented in a fermenter and with a heat exchanger designed in the manner described above, with the heat recovery chamber being arranged inside the repository.

Durch die Anordnung im Endlager kann aus der Wärmegewinnungskammer überlaufendes Gärsubstrat direkt in den Endlagerbehälter fließen, so dass insofern keine zusätzliche Rohrverbindung erforderlich ist. Das Gehäuse kann bei der Anordnung im Endlagerbehälter auch nach unten offen sein, da der Boden des Endlagers dann gleichzeitig auch als Boden für den Wärmetauscher fungieren kann. Die Wärmeübertragereinheit kann dann insofern auf dem Boden des Endlagerbehälter stehen.Due to the arrangement in the repository, fermentation substrate overflowing from the heat recovery chamber can flow directly into the repository container, so that no additional pipe connection is required in this respect. In the arrangement in the final storage container, the housing can also be open at the bottom, since the bottom of the final storage facility can then also function as the bottom for the heat exchanger at the same time. In this respect, the heat exchanger unit can then stand on the bottom of the final storage container.

Außerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers kann das kalte sich im Endlagerbehälter befindliche Gärsubstrat angeordnet sein. Insofern ist besonders bei dieser Anordnung des Wärmetauschers eine Isolation vorteilhaft, so dass nur möglichst wenig Wärme über die Gehäusewand von dem warmen Gärsubstrat an das kalte Gärsubstrat abgegeben wird.The cold fermentation substrate in the final storage container can be arranged outside the housing of the heat exchanger. In this respect, insulation is particularly advantageous with this arrangement of the heat exchanger, so that only as little heat as possible is given off via the housing wall from the warm fermentation substrate to the cold fermentation substrate.

Auch kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher kein zusätzliches Gehäuse aufweist, sondern die Wandung der Wärmeübertragereinheit das Gehäuse bildet. Die Wärmeübertragerfläche des warmen Gärsubstrats zum flüssigen Medium im Zwischenraum der Wandung ist dann jedoch deutlich kleiner. Auch ist der Abstand des entsprechenden Mediums bzw. des Wärmeübertragers von dem kalten Gärsubstrat dann deutlich geringer, was eine stärkere Isolation erfordert oder mit einem höheren Wärmeverlust einhergeht.It can also be provided that the heat exchanger does not have an additional housing, but rather the wall of the heat exchanger unit forms the housing. However, the heat transfer surface from the warm fermentation substrate to the liquid medium in the space between the walls is then significantly smaller. The distance between the corresponding medium or the heat exchanger and the cold fermentation substrate is then significantly smaller, which requires stronger insulation or is associated with a higher heat loss.

In Weiterbildung des Endlagerbehälters hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Endlagerbehälter eine Flüssigkeitsentnahmestelle aufweist. Die Flüssigkeitsentnahmestelle kann im unteren Bereich des Endlagerbehälters angeordnet sein und aus dieser kann das im Endlagerbehälter befindliche Gärsubstrat entnommen und dann beispielsweise als Dünger verwendet werden. Da sich die Feststoffe des Gärsubstrats bereits im Wärmetauscher bzw. in der Wärmegewinnungskammer absetzen und auch dort bereits entnommen werden, findet dann nachgelagert im Endlagerbehälter im Grunde keine Separation mehr statt. Der Endlagerbehälter kann als nach oben offener oder auch als geschlossener Behälter ausgestaltet sein. In der Praxis hat sich eine zylindrische Form bewährt, da diese im Hinblick auf die Festigkeit Vorteile aufweist.In a further development of the repository container, it has proven to be advantageous if the repository container has a liquid withdrawal point. The liquid extraction point can be arranged in the lower area of the final storage container and from this point the fermentation substrate located in the final storage container can be removed and then used, for example, as fertilizer. Since the solids of the fermentation substrate already settle in the heat exchanger or in the heat recovery chamber and are also already removed there, there is basically no further separation in the final storage container. The final storage container can be designed as an upwardly open container or as a closed container. In practice, a cylindrical shape has proven its worth, as it has advantages in terms of strength.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme aus Gärsubstrat vorgeschlagen, wobei das Gärsubstrat in einem Fermenter vergoren wird und zur Bevorratung aus dem Fermenter in einen Endlagerbehälter fließt. Es ist dabei vorgesehen, dass das Gärsubstrat aus dem Fermenter zunächst in einen Wärmetauscher fließt, wobei der Wärmetauscher eine Wärmegewinnungskammer und eine Wärmeübertragereinheit aufweist und wobei die Restwärme des sich in der Wärmegewinnungskammer befindlichen Gärsubstrats durch die Wärmeübertragereinheit zumindest teilweise auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird.Furthermore, a method for obtaining heat from fermentation substrate is proposed, the fermentation substrate being fermented in a fermenter and flowing from the fermenter into a final storage container for storage. Provision is made for the fermentation substrate to first flow out of the fermenter into a heat exchanger, with the heat exchanger having a heat recovery chamber and a heat exchanger unit, and with the residual heat of the fermentation substrate located in the heat recovery chamber being at least partially transferred to a heat transfer medium by the heat exchanger unit.

Es hat sich dahingehend als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Verfahren mit einem Wärmetauscher, einer Biogasanalage oder einem Endlager durchgeführt wird, die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgestaltet sind.In this regard, it has proven to be advantageous if the method is carried out with a heat exchanger, a biogas plant or a final storage facility which is designed in the manner described above.

Im Hinblick auf das Verfahren hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich Feststoffe des Gärsubstrats in der Wärmegewinnungskammer beim Entziehen der Restwärme selbstständig absetzen. Ein zusätzliches Absetzbecken wird daher nicht benötigt. Die Feststoffe werden dann am oberen Ende der Wärmegewinnungskammer abgezogen. Wenn den flüssigen Bestandteilen ausreichend Restwärme entzogen wurde, werden diese aus der Wärmegewinnungskammer in den Endlagerbehälter geleitet. With regard to the method, it has also turned out to be advantageous if solids of the fermentation substrate settle automatically in the heat recovery chamber when the residual heat is extracted. An additional settling tank is therefore not required. The solids are then withdrawn at the top of the heat recovery chamber. When sufficient residual heat has been extracted from the liquid components, these are conducted from the heat recovery chamber into the final storage container.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den schematischen Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dahin zeigen:

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Biogasanlage;
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer Biogasanlage mit einem in einem Endlager angeordneten Wärmeübertrager;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf ein Endlager der Biogasanlage.
Further advantages and details of the invention are to be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the schematic figures. point there:
  • 1 a schematic side view of a biogas plant;
  • 2 a schematic side view of a biogas plant with a heat exchanger arranged in a repository;
  • 3 a schematic plan view of a repository of the biogas plant.

Die Darstellung der 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Biogasanlage 100, bestehend im Wesentlichen aus einem Fermenter 20, einer Motor-/Generatoreinheit 30, einem Wärmetauscher 2 und einem Endlager 10. Die Biogasanlage 100 ist in der 1 sehr vereinfacht dargestellt und kann noch zahlreiche weitere Komponenten aufweisen, die nicht mit dargestellt sind.The representation of 1 shows a schematic side view of a biogas plant 100 consisting essentially of a fermenter 20, a motor/generator unit 30, a heat exchanger 2 and a repository 10. The biogas plant 100 is in FIG 1 shown very simplified and can have numerous other components that are not shown.

Wie dies in der 1 weiterhin zu erkennen ist, weist der Fermenter 20 auf der linken Seite einen Einlass auf, über welchen organische Stoffe in den Fermenter 20 eingeführt werden können. In dem Fermenter 20 werden diese organischen Stoffe vergärt, wobei Biogas entsteht, welches in der Motor-/Generatoreinheit 30 in elektrische Energie umgewandelt werden kann. In der 1 ist durch die gestrichelte Linie zwischen dem Fermenter 20 und der Motor-/Generatoreinheit 30 die entsprechende Wirkverbindung rein schematisch dargestellt.Like this in the 1 It can also be seen that the fermenter 20 has an inlet on the left-hand side, via which organic substances can be introduced into the fermenter 20 . In the fermenter 20, these organic substances are fermented, producing biogas, which is used in the engine/genes generator unit 30 can be converted into electrical energy. In the 1 the corresponding active connection is shown purely schematically by the dashed line between the fermenter 20 and the motor/generator unit 30 .

Der Fermenter 20 wird bei einer Temperatur von ca. 40 Grad betrieben, so dass auch das vergorene Gärsubstrat, welches aus dem Fermenter 20 über einen Gärsubstratzulauf 3 zu dem Wärmetauscher 2 fließt, in etwa diese Temperatur aufweist. Der Fermenter 20 arbeitet dabei nach dem Überlaufprinzip, so dass wenn neue organische Stoffe in den Fermenter 20 eingefüllt werden, gleichzeitig in etwa dieselbe Menge an Gärsubstrat von dem Fermenter 20 an den Wärmetauscher 2 fließen.The fermenter 20 is operated at a temperature of approx. 40 degrees, so that the fermented fermentation substrate, which flows from the fermenter 20 via a fermentation substrate inlet 3 to the heat exchanger 2, also has approximately this temperature. The fermenter 20 works according to the overflow principle, so that when new organic substances are filled into the fermenter 20, approximately the same amount of fermentation substrate flows from the fermenter 20 to the heat exchanger 2 at the same time.

Der Wärmetauscher 2 besteht im Wesentlichen aus einer Wärmegewinnungskammer 2.1 und einer Wärmeübertragereinheit 2.2, die in der Wärmegewinnungskammer 2.1 angeordnet ist. Das warme Gärsubstrat fließt dem Wärmetauscher 2 zu und strömt dann durch die Wärmeübertragereinheit 2.2 und außen an dieser vorbei. Die Wärmeübertragereinheit 2.2 besteht im Wesentlichen aus einer zylinderförmigen Röhre, die sowohl am oberen als auch am unteren Ende offen ist.The heat exchanger 2 essentially consists of a heat recovery chamber 2.1 and a heat exchanger unit 2.2, which is arranged in the heat recovery chamber 2.1. The warm fermentation substrate flows to the heat exchanger 2 and then flows through the heat exchanger unit 2.2 and past it on the outside. The heat exchanger unit 2.2 essentially consists of a cylindrical tube that is open at both the top and the bottom end.

Wie dies in der 1 ferner zu erkennen ist, weist die Wärmeübertragereinheit 2.2 eine als Doppelwandung ausgestaltete Wandung 2.3 auf. In dem Zwischenraum 2.4 der Wandung 2.3 befindet sich Wasser und ein als Rohrwendel-Wärmeübertrager ausgestalteter Wärmeübertrager 2.7, in dem ein Wärmeträgermedium zirkuliert. Die Wärmeübertragereinheit 2.2 weist mehrere Standfüße 2.5 auf, so dass die Wandung 2.3 nicht direkt mit dem Boden des Wärmetauschers 2 in Kontakt kommt, sondern das Gärsubstrat auch von unten in den zylindrischen Innenraum der Wärmeübertragereinheit 2.2 einströmen kann. Durch das warme Gärsubstrat wird dann zunächst die Wandung 2.3 und dadurch dann auch das sich im Zwischenraum 2.4 befindliche Wasser erhitzt. Der Wärmeübertrager 2.7 überträgt diese Wärme dann auf das Wärmeträgermedium, welches bspw. zum Vorheizen von Nutzwasser verwendet werden kann.Like this in the 1 can also be seen that the heat exchanger unit 2.2 has a wall 2.3 designed as a double wall. In the intermediate space 2.4 of the wall 2.3 there is water and a heat exchanger 2.7 designed as a coiled tube heat exchanger, in which a heat transfer medium circulates. The heat exchanger unit 2.2 has several feet 2.5, so that the wall 2.3 does not come into direct contact with the bottom of the heat exchanger 2, but the fermentation substrate can also flow into the cylindrical interior of the heat exchanger unit 2.2 from below. The warm fermentation substrate then first heats the wall 2.3 and thereby also the water located in the intermediate space 2.4. The heat exchanger 2.7 then transfers this heat to the heat transfer medium, which can be used, for example, to preheat service water.

Durch den Entzug der Wärme bzw. die Übertragung der Wärme des Gärsubstrats auf das Wärmeträgermedium kühlt sich das Gärsubstrat im Wärmetauscher 2 ab. Wenn dem Gärsubstrat dann seine noch gewinnbare Restwärme entzogen wurde, wird dieses über den Gärsubstratablauf 4 in den Endlagerbehälter 1 des Endlagers geleitet.The fermentation substrate in the heat exchanger 2 cools down as a result of the withdrawal of heat or the transfer of heat from the fermentation substrate to the heat transfer medium. When the residual heat that can still be recovered has been removed from the fermentation substrate, this is conducted via the fermentation substrate outlet 4 into the final storage container 1 of the repository.

Weiterhin kann dem Gärsubstrat im Wärmetauscher 2 nicht nur seine Restwärme entzogen werden, sondern gleichzeitig kann das Gärsubstrat auch in feste Bestandteile und in flüssige Bestandteile separiert werden. Die festen Bestandteile können sich aufgrund deren geringerer Dichte oben auf der flüssigen Phase absetzen und dann entsprechend oben am Wärmetauscher 2 abgezogen werden, wohingegen die flüssigen Bestandteile durch den Gärsubstratablauf 4 weiter zum Endlager 10 geleitet werden.Furthermore, the fermentation substrate can not only be withdrawn from its residual heat in the heat exchanger 2, but at the same time the fermentation substrate can also be separated into solid components and liquid components. Due to their lower density, the solid components can settle on top of the liquid phase and then be drawn off at the top of the heat exchanger 2, whereas the liquid components are routed through the fermentation substrate outlet 4 to the repository 10.

In der Darstellung der 2 ist eine Biogasanalage 100 ebenfalls in einer schematischen Darstellung gezeigt, bei welcher der Wärmetauscher 2 im Endlager 10 angeordnet ist. Das Gärsubstrat fließt aus dem Fermenter 10 in das Endlager 10, wird dort jedoch nicht direkt mit dem bereits erkalteten Gärsubstrat im Endlagerbehälter 1 vermischt, sondern wird zunächst in die Wärmegewinnungskammer 2.1 des Wärmetauschers 2 geleitet. Das warme Gärsubstrat fließt dabei durch den Gärsubstratzulauf 3 im unteren Bereich in die Wärmegewinnungskammer 2.1 ein.In the representation of 2 a biogas plant 100 is also shown in a schematic representation, in which the heat exchanger 2 is arranged in the repository 10 . The fermentation substrate flows from the fermenter 10 into the repository 10, but is not mixed there directly with the already cooled fermentation substrate in the repository container 1, but is first conducted into the heat recovery chamber 2.1 of the heat exchanger 2. The warm fermentation substrate flows through the fermentation substrate inlet 3 in the lower area into the heat recovery chamber 2.1.

Das Gärsubstrat gibt dann seine Restwärme an das im Wärmeübertrager 2.7 umlaufende Wärmeträgermedium ab und beim Aufheizen des Wärmeträgermediums wird das Gärsubstrats gleichzeitig abgekühlt. Zudem findet auch eine Separation des Gärsubstrats statt. Denn das zulaufende Gärsubstrat weist sowohl flüssige als auch feste Bestandteile auf, die in der flüssigen Phase schwimmen bzw. in dieser dispergiert sind. In der Wärmegewinnungskammer 2.1, die insofern auch als Separationskammer fungiert, können sich dann die leichteren Feststoffe oben absetzen und im Kopfbereich der Wärmegewinnungskammer 2.1 sammeln, so wie dies in der 2 auch zu erkennen ist. Die Feststoffe haben dabei auf das sich darunter befindliche flüssige Gärsubstrat eine isolierende Wirkung und verhindern somit einen Wärmeverlust nach oben an die Umgebung. Die Feststoffe können sogar nach oben aus der offenen Wärmegewinnungskammer 2.1 herausgedrückt werden. Die entsprechende Feststoffe sind in der 2 durch die gepunktete Fläche verdeutlicht.The fermentation substrate then gives off its residual heat to the heat transfer medium circulating in the heat exchanger 2.7 and when the heat transfer medium is heated up, the fermentation substrate is simultaneously cooled. The fermentation substrate is also separated. Because the incoming fermentation substrate has both liquid and solid components that float in the liquid phase or are dispersed in it. In the heat recovery chamber 2.1, which also acts as a separation chamber, the lighter solids can then settle at the top and collect in the top area of the heat recovery chamber 2.1, as is the case in FIG 2 can also be seen. The solids have an insulating effect on the liquid fermentation substrate underneath and thus prevent heat loss upwards to the environment. The solids can even be pushed up out of the open heat recovery chamber 2.1. The corresponding solids are in the 2 indicated by the dotted area.

Wenn das Gärsubstrat bzw. der flüssige Teil des Gärsubstrats ausreichend abgekühlt wurde, kann dieses über einen Gärsubstratablauf 4, der sich im unteren Teil der Wärmegewinnungskammer 2 befinden kann, in den Endlagerbehälter 1 überfließen. Im Endlagerbehälter 1 befindet sich entsprechend nur flüssiges Gärsubstrat, da sich die Feststoffe des Gärsubstrats bereits in der Wärmegewinnungskammer 2 abgesetzt haben. In der 2 ist eine Klappe angedeutet, über die der Gärsubstratablauf 4 verschlossen ist und die in gewissen Zeitabständen geöffnet werden kann.When the fermentation substrate or the liquid part of the fermentation substrate has been sufficiently cooled, it can overflow into the final storage container 1 via a fermentation substrate outlet 4 which can be located in the lower part of the heat recovery chamber 2 . Accordingly, only liquid fermentation substrate is located in the final storage container 1 , since the solids of the fermentation substrate have already settled in the heat recovery chamber 2 . In the 2 a flap is indicated, via which the fermentation substrate outlet 4 is closed and which can be opened at certain time intervals.

Es ist möglich, sowohl die Feststoffe als auch das flüssige Gärsubstrat weiterzuverwenden. Die Feststoffe können dafür oben an der Wärmegewinnungskammer 2 abgeschöpft werden. Diese können dann bspw. als Dünger auf Ackerflächen untergepflügt werden. Das flüssige Gärsubstrat kann am Endlagerbehälter 1 abgezogen werden. Dieser weist dafür eine Flüssigkeitsentnahmestelle 1.1 auf. Das flüssige Gärsubstrat kann beispielsweise als Dünger in der Landwirtschaft verwendet werden und hat einen vergleichsweise hohen wirtschaftlichen Wert.It is possible to reuse both the solids and the liquid fermentation substrate. The solids can do this at the top of the heat gain tion chamber 2 can be skimmed off. These can then be plowed under, for example, as fertilizer on arable land. The liquid fermentation substrate can be drawn off at the repository container 1. This has a liquid withdrawal point 1.1 for this purpose. The liquid fermentation substrate can, for example, be used as fertilizer in agriculture and has a comparatively high economic value.

In einer alternativen Ausgestaltung, die ebenfalls mit in der 2 dargestellt ist, kann das flüssige Gärsubstrat auch über den Rand des Gehäuses 2.6 und dann automatisch in den Englagerbehälter 1 laufen. Insofern muss keine zusätzliche Öffnung vorgesehen sein, sondern über den entsprechenden Überlauf läuft bereits erkaltetes Gärsubstrat selbstständig aus dem Wärmetauscher 2 in den Endlagerbehälter 1, wenn der Wärmetauscher 2 bzw. die Wärmegewinnungskammer 2.1 voll ist. Wenn durch den Gärsubstratzulauf 3 neues warmes Gärsubstrat unten in den Wärmetauscher 2 einfließt, kann insofern dann entsprechend dieselbe Menge an erkaltetem Gärsubstrat über den Rand in den Endlagerbehälter 1 fließen.In an alternative embodiment, which is also in the 2 is shown, the liquid fermentation substrate can also run over the edge of the housing 2.6 and then automatically into the narrow storage container 1. In this respect, no additional opening has to be provided, but fermentation substrate that has already cooled down runs automatically via the corresponding overflow from the heat exchanger 2 into the final storage container 1 when the heat exchanger 2 or the heat recovery chamber 2.1 is full. If new warm fermentation substrate flows through the fermentation substrate inlet 3 into the heat exchanger 2 below, the same amount of cooled fermentation substrate can then flow over the edge into the final storage container 1.

Damit die Wärme des Gärsubstrats möglichst an das Wärmeträgermedium und nicht an das erkaltete Gärsubstrat im Endlagerbehälter 1 abgegeben wird, kann das Gehäuse 2.6, welches das warme vom kalten Gärsubstrat trennt, isoliert sein.The housing 2.6, which separates the warm from the cold fermentation substrate, can be insulated so that the heat from the fermentation substrate is given off as much as possible to the heat transfer medium and not to the cooled fermentation substrate in the repository container 1.

In der Darstellung der 3 ist das Endlager 10 in einer schematischen und geschnittenen Draufsicht zu erkennen. Deutlich zu erkennen ist die zylindrische Form des Wärmetauschers 2 bzw. des Gehäuses 2.6 und der Wandung 2.3 der Wärmeübertragereinheit 2.2.In the representation of 3 the repository 10 can be seen in a schematic and sectional plan view. The cylindrical shape of the heat exchanger 2 or the housing 2.6 and the wall 2.3 of the heat exchanger unit 2.2 can be clearly seen.

Da das dem Endlager 10 zufließende Gärsubstrat zunächst die Wärmegewinnungskammer 2.1 passieren muss, kann diesem vor dem Erreichen des Endlagerbehälters 1 zuverlässig die Restwärme entzogen werden. Würde sich beispielsweise das warme Gärsubstrat aus dem Fermenter 20 im Endlagerbehälter 1 direkt mit dem bereits erkalteten Gärsubstrat vermischen, wäre eine wirtschaftliche Nutzung dieser Restwärme nicht möglich.Since the fermentation substrate flowing to the repository 10 must first pass through the heat recovery chamber 2.1, the residual heat can be reliably extracted from it before it reaches the repository container 1. If, for example, the warm fermentation substrate from the fermenter 20 in the final storage container 1 were to mix directly with the already cooled fermentation substrate, this residual heat would not be able to be used economically.

BezugszeichenlisteReference List

11
Endlagerbehälterdisposal container
1.11.1
Flüssigkeitsentnahmestelleliquid extraction point
22
Wärmetauscherheat exchanger
2.12.1
Wärmegewinnungskammerheat recovery chamber
2.22.2
Wärmeübertragereinheitheat exchanger unit
2.32.3
Wandungwall
2.42.4
Zwischenraumspace
2.52.5
Standfußstand
2.62.6
GehäuseHousing
2.72.7
Wärmeübertragerheat exchanger
33
Gärsubstratzulauffermentation substrate feed
44
Gärsubstratablauffermentation substrate drain
1010
Endlagerrepository
2020
Fermenterfermenter
3030
Motor-/Generatoreinheitmotor/generator unit
100100
Biogasanlagebiogas plant

Claims (10)

Wärmetauscher zur Wärmegewinnung von in einem Fermenter (20) vergorenen Gärsubstrat, mit einer Wärmegewinnungskammer (2.1), in welcher dem Gärsubstrat zumindest teilweise seine Restwärme entzogen werden kann, gekennzeichnet durch eine Wärmeübertragereinheit (2.2), die innerhalb der Wärmegewinnungskammer (2.1) angeordnet und derart eingerichtet ist, dass diese die Restwärme des sich in der Wärmegewinnungskammer (2) befindlichen Gärsubstrats zumindest teilweise auf ein Wärmeträgermedium übertragen kann.Heat exchanger for heat recovery from fermentation substrate fermented in a fermenter (20), with a heat recovery chamber (2.1) in which the residual heat of the fermentation substrate can be at least partially extracted, characterized by a heat exchanger unit (2.2) which is arranged within the heat recovery chamber (2.1) and such is set up so that it can at least partially transfer the residual heat from the fermentation substrate located in the heat recovery chamber (2) to a heat transfer medium. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragereinheit (2.2) eine Wandung (2.3) aufweist, die als eine einen Zwischenraum (2.4) bildende Doppelwandung ausgestaltet ist.heat exchanger after claim 1 , characterized in that the heat exchanger unit (2.2) has a wall (2.3) which is designed as a double wall forming an intermediate space (2.4). Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (2.4) ein Wärmeübertrager (2.7) angeordnet ist.Heat exchanger according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that a heat exchanger (2.7) is arranged in the intermediate space (2.4). Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (2.7) als Rohrwendel-Wärmeübertrager ausgebildet ist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (2.7) is designed as a coiled tube heat exchanger. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmegewinnungskammer (2.1) als Separationskammer ausgestaltet ist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat recovery chamber (2.1) is designed as a separation chamber. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gärsubstratzulauf (3) durch welchen Gärsubtrat aus dem Fermenter (20) in die Wärmgewinnungskammer (2.1) laufen kann.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized by a fermentation substrate inlet (3) through which fermentation substrate can run from the fermenter (20) into the heat recovery chamber (2.1). Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gärsubstratablauf (4), durch den Gärsubstrat aus der Wärmegewinnungskammer (2.1) in den Endlagerbehälter (1) ablaufen kann.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized by a fermentation substrate outlet (4) through which fermentation substrate from the Heat recovery chamber (2.1) can drain into the disposal container (1). Biogasanlage mit einem Fermenter (20) in welchem Gärsubstrat vergoren werden kann und einem Endlager (10) zur Bevorratung von in dem Fermenter (20) vergorenem Gärsubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fermenter (20) ein Wärmetauscher (2) zur Wärmegewinnung von in dem Fermenter (20) vergorenen Gärsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 nachgeschaltet ist.Biogas plant with a fermenter (20) in which fermentation substrate can be fermented and a repository (10) for storing fermentation substrate fermented in the fermenter (20), characterized in that the fermenter (20) has a heat exchanger (2) for heat recovery from Fermenter (20) fermented fermentation substrate after one of Claims 1 until 7 is downstream. Endlager für eine Biogasanlage (100), mit einem Endlagerbehälter (1) zur Bevorratung von in einem Fermenter (20) vergorenem Gärsubstrat, und mit einem Wärmetauscher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wärmegewinnungskammer (2.1) innerhalb des Endlagerbehälters (1) angeordnet ist.Repository for a biogas plant (100), with a repository container (1) for storing in a fermenter (20) fermented fermentation substrate, and with a heat exchanger (2) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the heat recovery chamber (2.1) is arranged within the disposal container (1). Verfahren zur Gewinnung von Wärme aus Gärsubstrat, wobei das Gärsubstrat in einem Fermenter (20) vergoren wird und zur Bevorratung aus dem Fermenter in einen Endlagerbehälter (1) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gärsubstrat aus dem Fermenter (20) zunächst in einen Wärmetauscher (2) fließt, wobei der Wärmetauscher (2) eine Wärmegewinnungskammer (2.1) und eine Wärmeübertragereinheit (2.2) aufweist und wobei die Restwärme des sich in der Wärmegewinnungskammer (2.1) befindlichen Gärsubstrats durch die Wärmeübertragereinheit (2.2) zumindest teilweise auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird.Process for obtaining heat from fermentation substrate, wherein the fermentation substrate is fermented in a fermenter (20) and flows from the fermenter into a final storage container (1) for storage, characterized in that the fermentation substrate from the fermenter (20) first flows into a heat exchanger ( 2) flows, with the heat exchanger (2) having a heat recovery chamber (2.1) and a heat transfer unit (2.2) and with the residual heat of the fermentation substrate located in the heat recovery chamber (2.1) being at least partially transferred to a heat transfer medium by the heat transfer unit (2.2).
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