JP2005000791A - Biomass system - Google Patents

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金▲ぞう▼法義
Kiyoyuki Horii
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biomass system which is constructed by a low cost with a small initial investment, improves an energy efficiency for operation by utilizing a natural heat source, and is capable of obtaining an excess amount of heat as the whole system. <P>SOLUTION: This wet type biomass system comprises a fermentation tank 13 for generating gas from a wet type biomass, a boiler 14 and an electricity generator 15 for forming electricity and heat by the gas, and a heat pump 5 driven by the electricity from the electricity generator 15. Heat of the heat pump 5 is used for sterilization of the wet type biomass in sterilization tanks 16 and 18 and heating the wet type biomass in the fermentation tank 13. For a digestion liquid 17 transferred from a digestion liquid storing tank 19, only water content is frozen with cold heat of the heat pump 5 by a freezing and concentrating means 21, and a concentrated digestion liquid is stored as a liquid fertilizer 20. It is possible to downsize the digestion liquid storing tank 19 to make a construction cost of the facilities less expensive than the conventional one. A carrying cost of the concentrated liquid fertilizer becomes moderate in price. As the whole system, the excess amount of heat is obtained and the electricity, and the like, can be sold outside. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー資源としてのバイオマスから電気や熱等のエネルギーを取り出してシステム内及びシステム外に供給するとともに、このバイオマスを加工して物的資源としても供給できるバイオマスシステムに関するものである。特に本発明は、安全かつクリーンで熱のリサイクルによって高い熱効率を示すヒートポンプをシステムの運転やバイオマスの処理に採用することにより、建設コスト及び運転コストが低く、環境に負荷の少ないバイオマスシステムを提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
エネルギー問題の解決と、地球環境の保全・保持を図るために、近年では多様なエネルギー源の開発が試みられている。特に、エネルギー需要の大半を輸入の石油に依存しているわが国では、リスクの分散という意味からもエネルギー源の多様化は重要な国家的課題となっている。その中にあって、木材資源・家畜の糞尿・生ごみ・食品工場からの廃棄物等のバイオマス (本明細書では生物等に由来する有機資源を意味する)は、従来はコストを費やして処理していた廃棄物をエネルギー源として利用するものであり、しかもバイオマスは太陽の光エネルギーが有機物として固定化されたものなのでエネルギー源として利用しても地球の生態系を循環する炭素量に変化がないという利点があり、さらに加工されたバイオマス自体が物的資源となる場合もあることから、その利用技術の開発が積極的に進められているところである。
【0003】
下記特許文献1はバイオマスを用いた発酵槽の発明に係るものであり、図9は、この発酵槽を応用した家畜の糞尿等の再利用システムの概略を示すブロック構成図である (以下、従来のバイオマスシステムと呼ぶ。)。この従来のバイオマスシステムでは、家畜の糞尿等を堆肥製造のみという従前の目的にとどまるのではなく、これをエネルギー源として利用することにより発電及び熱(温水)の供給を行ない、これを施設内外で有効利用することを目指したものである。
【0004】
家畜の糞尿等(図中バイオマス100と表示)は、殺菌槽101を経てメタン発酵を行なう発酵槽102に投入される。発酵槽102ではメタン発酵の過程でメタンを60%程含むバイオガスが発生する。このガスを発電機103とボイラ104に供給し、電気と熱を得ている。電気は施設内の電力を賄うとともに余剰分については外部に売電する。熱は燃焼排ガスとガスエンジン冷却水の廃熱であり、温水として回収し、発酵槽102の加温、殺菌槽101の加熱、及び施設の暖房・給湯に利用する。
【0005】
一方、発酵槽102からは処理が終了した糞尿等が消化液として排出され、消化液貯留槽105を経て脱水機106にかけられる。固形分は脱水ケーキ107となり、固形堆肥110となる。脱水濾液は排水処理108を経て河川に放流される。なお、消化液貯留槽105は、冬場等には使用されない消化液を液肥 (バイオガス生成後の処理液)として大量に蓄えておくことができるような容量で構築されている。
【0006】
【特許文献1】
欧州特許第0013538号明細書
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバイオマスシステムによれば、設備が大掛かりで建設コストが大きいという点に特徴があり、この点が今後解決すべき技術的課題とされていた。
まず、このシステムによれば、容積の大きな消化液貯留槽105を設ける必要がある。これは、バイオマスである家畜の糞尿は通年途絶えることなく畜産農家等から排出されて施設に運び込まれるので、これを処理した結果得られる液肥も常に生産・排出されることとなるが、液肥は農業が行なわれる時期のみに使用され、冬期には使用されない。従って、消化液貯留槽105は、液肥の未使用時期に液肥を貯蔵しておけるような容積でなければならず、特に冬期間の長い北海道などでは約半年分もの液肥を貯留しておくだけの大容積の消化液貯留槽105を設ける必要がある。その製造コストの縮減は大きな課題となっている。
【0008】
また、液肥として利用されない消化液は、脱水機で固形分を除去した後に地下浸透させることができないので、排水として処理するために排水処理設備を設けざるを得ない。しかし、排水処理設備を設ける場合には、相当の面積と設備費が必要になると予想される。
【0009】
次に、従来のバイオマスシステムによれば、施設の運転に要するエネルギーコストが大きいという特徴があった。
まず、このシステムによれば、発酵槽102で発生させたバイオガスをエネルギーとして熱や電気を生成し、この熱で発酵槽102及び殺菌槽101の加熱を行なうこととされているが、実際には発酵槽102及び殺菌槽101の加熱には本システムで生成したバイオガスの燃焼による熱だけでは不足であり、外部から別途エネルギーを導入して消費する必要があった。
【0010】
以上説明したように、従来のバイオマスシステムでは、設備の初期投資額が比較的大きく、運転のエネルギーコストも大きいという特徴があり、しかも処理したとはいえ最初の供給量と大差のない大量の排水を河川に放流することになるなど、エネルギー循環型で環境負荷の少ないリサイクルシステムを望む現在の産業界のニーズに完全には一致するものではなく、上述した特徴点が今後の解決すべき課題として残されていた。
【0011】
本発明は上述した従来の技術の課題に鑑みてなされたものであり、バイオマスからエネルギーと物的資源を生成して供給するバイオマスシステムを、初期投資が少ない低コストで構築し、しかも自然熱源を利用して運転のエネルギー効率を高め、システム全体として余剰熱量が得られるようにすることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載されたバイオマスシステムは、エネルギー生成手段によってバイオマスからエネルギーを生成して供給するバイオマスシステムにおいて、
その冷熱と温熱の少なくとも一部が、前記エネルギー生成手段の駆動と前記バイオマスの処理の少なくとも一方に使用されるヒートポンプを備えたことを特徴としている。
【0013】
請求項2に記載されたバイオマスシステムは、
乾式バイオマスを燃焼して蒸気を発生するボイラーと、
前記ボイラーの発生する蒸気によって駆動されるタービンと、
前記タービンによって駆動される発電機と、
前記発電機によって生成される電気によって駆動され、その温熱と冷熱が前記乾式バイオマスの処理に使用されるヒートポンプとを有し、
システム全体として余剰熱量が得られることを特徴としている。
【0014】
請求項3に記載されたバイオマスシステムは、請求項2記載のバイオマスシステムにおいて、
前記ヒートポンプの温熱を利用した前記乾式バイオマスの処理が、前記ボイラーの前段で行なわれる前記乾式バイオマスの乾燥であり、
前記ヒートポンプの冷熱を利用した前記乾式バイオマスの処理が、前記ボイラーに投入される前記乾式バイオマスの凍結処理であることを特徴としている。
【0015】
請求項4に記載されたバイオマスシステムは、
湿式バイオマスを発酵させて消化ガスを発生させる発酵槽と、
前記消化ガスによって電気を含むエネルギーを生成するエネルギー生成手段と、
前記エネルギー生成手段によって生成される電気によって駆動され、その温熱が前記発酵槽における前記湿式バイオマスの加熱に使用されるとともに、その冷熱が前記発酵槽から供給される消化液の処理に使用されるヒートポンプとを有し、
システム全体として余剰熱量が得られることを特徴としている。
【0016】
請求項5に記載されたバイオマスシステムは、請求項4記載のバイオマスシステムにおいて、
前記ヒートポンプの温熱を利用した前記湿式バイオマスの処理が、前記発酵槽の前段ないし後段の少なくともいずれか一方で行なわれる前記湿式バイオマスの殺菌であり、
前記ヒートポンプの冷熱を利用した前記湿式バイオマスの処理が、前記消化液の凍結濃縮であることを特徴としている。
【0017】
請求項6に記載されたバイオマスシステムは、請求項5記載のバイオマスシステムにおいて、前記発酵槽から導かれた消化液を通過させるパイプラインと、前記ヒートポンプの冷熱で前記パイプラインを冷却することにより前記消化液中の水分を凍結させて前記消化液を濃縮する手段と、濃縮された消化液を液肥の貯槽に送り出す圧送手段とを備えた凍結濃縮手段によって、前記消化液の凍結濃縮が行なわれることを特徴としている。
【0018】
なお、本発明のバイオマスシステムにおいては、バイオマスからエネルギー生成手段によって熱だけでなく電気も生成し、この電気を用いてヒートポンプを駆動することができるが、ヒートポンプを駆動する電気は必ずしもバイオマス起源でなくてもよく、システム外部から供給された電気でもよい。外部から購入した電気でヒートポンプを駆動する場合には、その分だけバイオマス起源の電気をシステム内の他の用途に振り向けることができる。
【0019】
また、本発明のバイオマスシステムによれば、バイオマスを加工して物的資源を製造し、これをシステム外に供給することもできる。
【0020】
また、本発明のバイオマスシステムによれば、ヒートポンプが発生する冷熱と温熱の少なくとも一部が、前記エネルギー生成手段の駆動と前記バイオマスの処理の両方に使用されるようにしてもよい。
【0021】
【発明の実施の形態】
(1) 本バイオマスシステムの基本構成
本発明の実施の形態の基本構造と機能を説明する。
バイオマスは、製材屑・森林間伐材・木質燃料・木質ペレット・草・剪定枝等の木質バイオマスや古紙のような乾式のバイオマスと、家畜の糞尿、生ごみ、食品工場から出る廃棄物等の湿式のバイオマスに大略区分されるが、本発明はいずれのバイオマスにも適用することができる。
【0022】
本例のバイオマスシステムは、バイオマスからバイオガスを発生させる発酵槽や、この発酵槽で発生したバイオガスやバイオマス自体を燃焼させるボイラー及びこれによって駆動される発電機などのエネルギー生成手段を用い、電気や熱を生成してシステム内及び外部に供給する。
【0023】
なお、本バイオマスシステムにおいてバイオマスから得られるエネルギーとしては、バイオマスのメタン発酵によって発生するメタンや、草から生成されるメタノールや水素ガス、またこれら水素などの燃料を用いて燃料電池から得られる電気なども含まれる。従って、本発明の構成要素であるエネルギー生成手段としては、これらの種々の形態のエネルギーを生成する一切の設備・装置等が含まれるものとする。
【0024】
一方、本例のバイオマスシステムは上記エネルギー生成手段からの電気で駆動されるヒートポンプを有しており、このヒートポンプが発生する温熱と冷熱によって上記エネルギー生成手段の駆動に要するエネルギーの一部を負担し、またバイオマス自体の処理を行なう構成となっている。
【0025】
ヒートポンプは、熱を移動させることによって熱を作り出すが、上記エネルギー生成手段からの電気は熱の移動のみに使われるので効率が非常に高く、例えばこの電気でヒートポンプのモータを駆動する場合の投入エネルギーに対する効率は、電熱ヒータやボイラーを用いた場合の数倍になる。
【0026】
従って、ヒートポンプを併用した本バイオマスシステムは熱の効率的循環を図ることができ、熱効率が非常に高く、全体として余剰熱量が得られるので、システム内で使用するエネルギーだけでなく、外部にもエネルギーを供給することができる。さらにエネルギー生成手段で処理した後のバイオマスを灰や液肥などの物的資源として外部に供給することができる。
【0027】
このように、本発明のバイオマスシステムは、ヒートポンプと組み合わせ、システム全体として高い熱効率を達成した点において、従来のヒートポンプを持たない単なるバイオマスシステムと本質的に異なるものである。
従来のバイオマスシステムにはバイオマスシステム特有の冷熱の用途がなく、単にバイオマスシステムにヒートポンプを組み合わせたとしても、ヒートポンプから得られる冷熱に用途がなく、有効利用されなければシステム全体としてエネルギー効率が向上せず、そもそもバイオマスシステムにヒートポンプを適用する意味がない。つまり、従来はバイオマスシステムにおいて冷熱の有効な利用方法がないという事情が、本願発明に対する阻害要因になっていたと考えられる。
ところが、本発明では、バイオマスシステムにヒートポンプを適用し、ヒートポンプの発生する温熱及び冷熱の少なくとも一部分をエネルギーの生成やバイオマス自体の処理に有効利用するという進歩した思想を提供している。特に後述する乾式又は湿式の各システムにおいて具体的に紹介するように、ヒートポンプの冷熱を用いてバイオマスの凍結処理や凍結濃縮による液肥の製造を行なう等、単にシステム内で夏季に限定された用途である冷房等だけに冷熱を使用する場合に比べ、冷熱の用途を時季的な限定が無い用途、バイオマスシステム特有の用途にまで拡大しており、バイオマスシステム全体として高い熱効率を達成しているものである。
【0028】
(2) 乾式バイオマスシステム
次に、本発明の実施の形態の第1の例である乾式のバイオマスシステムについて図1を参照して説明する。
本バイオマスシステムは、エネルギー生成手段として、乾式バイオマス1を燃焼して蒸気を発生するボイラー2と、前記ボイラー2の発生する蒸気によって駆動されるタービン3と、前記タービン3によって駆動される発電機4を有している。さらに、前記発電機4によって生成される電気によって駆動されるヒートポンプ5を有している。ヒートポンプ5は、その温熱を前記乾式バイオマス1の乾燥やボイラの水の予熱等に用いており、その冷熱を前記乾式バイオマス1の凍結処理 (例えば凍結破砕や凍結乾燥等)と前記タービンの復水器の冷却に使用している。
【0029】
本例のシステムでは、製材屑・森林間伐材・木質バイオマス燃料等の乾式バイオマス1は、エネルギー生成手段としてのボイラ2に供給されて燃焼され、ボイラ2は熱を水蒸気の形で送り出す。この水蒸気によって、エネルギー生成手段としてのタービン3が回転する。回転するタービン3によって、エネルギー生成手段としての発電機4が駆動され、電気が生成される。
【0030】
ボイラ2からは燃焼した乾式バイオマス1の物的資源として灰6が産出される。灰6は例えば土壌改良材等として用いることができる。タービン3から温水の形で排出される熱は、乾式バイオマス1の乾燥(水分調整)に用いられ、ボイラ2に供される乾式バイオマス1を燃焼し易くする。また、本システムが設置された施設内で暖房・給湯等の各種設備の運転等のために使用される。発電機4からの電気は、同施設内で各種設備の運転等のために使用される他、後述するヒートポンプ5を駆動するために使用される。
【0031】
図2に示すように、ヒートポンプ5は、圧縮機7と凝縮器8と膨張弁9と蒸発器10を冷媒配管11で接続した構成であり、蒸発器10が熱を吸収する冷熱側であり、凝縮器8が熱を放出する温熱側となる。ヒートポンプ5の圧縮機7を駆動するモータは、発電機4からの電気によって駆動される。
【0032】
ヒートポンプ5において凝縮器8を介して供給される温熱は、その一部が、乾式バイオマス1の乾燥 (水分調整)に用いられ、ボイラ2に供される乾式バイオマス1を燃焼し易くする。また、温熱の他の一部は、タービン3で排出される熱とともに温水の生成に利用され、本システムが設置された施設内で暖房・給湯等の各種設備の運転等のために使用される。また、さらに温熱の他の一部は、ボイラ2に供給される水の予熱にも使用される。
【0033】
ヒートポンプ5において蒸発器10を介して供給される冷熱は、その一部が、乾式バイオマス1の凍結処理に用いられる。本例では、凍結処理として凍結破砕や凍結乾燥が行なわれる。草は半乾燥状態のものが多く、粉砕時に粉塵が生じるという問題がある。本例のように冷熱を利用して凍結破砕を行なえばこの問題が解消できる。また、草は水分が多く、そのままの状態ではカッティングに高コストを要するが、本例のように凍結処理を行なえば、小さな外力で容易に脆性破壊するので、粉砕のためのコストを低減する効果も得られる。
【0034】
ここで、前記凍結乾燥について説明する。
凍結乾燥とは、水分を含む対象物を凍結させ、凍結して固体(氷)となった水分を昇華させて気体 (水蒸気)として除去する方法である。
本例における具体的な手順としては、まず予備凍結として、前記ヒートポンプ5の冷熱を利用した冷却凍結装置によって対象物である前記バイオマスを冷却し、凍結する。次に、真空装置を用い、凍結したバイオマスを例えば0.8Torr〜0.03Torrの真空中で乾燥する。このような高真空度の気圧環境では、水の沸点は−20℃〜−50℃となり、水は液体として存在できない。従って、本システムで得られる温熱を利用した加熱手段でこれに適当な昇華潜熱を与えれば、バイオマス中の水分は固体(氷)から気体(水蒸気)へと変化(昇華)し、固体成分から除去される。除去された水蒸気は真空装置に設けたコールドトラップを用いた排気手段で系外に排出する。
【0035】
以上のようにして行なうバイオマスの凍結乾燥によれば、多孔質になるので内部からも乾燥し、通常の乾燥に比べて高い乾燥度が得られ、また簡単に破砕できるので、嵩を小さくすることができる。さらに、低温で乾燥が進行するために成分が変化しにくく、バイオマスとして望まれる性質に有害な変化を受けることが少ない。
【0036】
また、冷熱の他の一部は、タービン3を駆動した後の蒸気を復水させるために使用される。すなわち、詳細は図示しない復水システムの冷却塔に冷熱を供給し、蒸気を復水させるための冷却水を冷却する。復水はポンプによって送られ、脱気器を経てボイラ吸水ポンプから再びボイラ2に送られる。
【0037】
本例によれば、バイオマスシステムにヒートポンプ5を採用して冬季の冷熱や温泉の温熱等のような地域の保有する自然熱源を有効使用し、熱の循環システムを構築して熱の有効利用による省力化を図っている。従って、システム全体として余剰熱量が得られるので、システム内で使用される電気と熱を賄うだけでなく、さらに電気や温水をシステム外に売却することもできる。
【0038】
(3) 湿式バイオマスシステム
次に、本発明の実施の形態の第2の例である湿式のバイオマスシステムについて図3を参照して説明する。
このバイオマスシステムは、エネルギー発生手段として、湿式バイオマス12を発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽13と、前記バイオガスによって電気や熱を生成するボイラ14とマイクロタービン発電機15を有している。また、マイクロタービン発電機15が発電する電気によって駆動されるヒートポンプ5を有している。このヒートポンプ5の温熱は、前記湿式バイオマス12の殺菌と、前記発酵槽13における前記湿式バイオマス12の加熱に使用される。また、その冷熱が、前記発酵槽13から供給される消化液の凍結濃縮に使用される。
【0039】
本例のシステムでは、家畜の糞尿、残飯、ヘドロ等の有機汚泥や食品工場から出る廃棄物(例えば豆腐工場から出るおから)等の湿式バイオマス12は、殺菌槽16で殺菌されてから、エネルギー生成手段としての発酵槽13に貯容され、メタン発酵によりメタンガスを含むバイオガスを発生する。エネルギー源であるバイオガスは、エネルギー生成手段としてのボイラ14及びマイクロタービン発電機15に供給され、それぞれ熱と電気を発生する。熱は温水の形で供給され、本システムが設置された施設内で暖房・給湯等の各種設備の運転等のために使用される。発電機15からの電気は、同施設内で各種設備の運転等のために使用される他、後述するヒートポンプ5を駆動するために使用される。
【0040】
発酵槽13からは湿式バイオマス12の発酵後に消化液17が得られる。消化液17は、殺菌層18を経て消化液貯留槽19に貯留される。
【0041】
本例のヒートポンプ5は第1の例と同じであり、ヒートポンプ5の圧縮機7を駆動するモータは発電機15からの電気によって駆動される。
【0042】
ヒートポンプ5において凝縮器8を介して供給される温熱は、その一部が、発酵槽13の手前に設置された前記殺菌槽16と、発酵槽13と消化液貯留槽19の間に設置された前記殺菌槽18において、殺菌の熱源として利用される。また、温熱の他の一部は発酵槽13の加熱源として使用され、発酵槽13内の湿式バイオマス12を所定の温度に保持し、所望の温度条件で発酵が行なわれるようにしている。
【0043】
ヒートポンプ5において蒸発器10を介して供給される冷熱は、その一部が、消化液貯留槽19に貯留された消化液17の凍結濃縮による液肥20の生産に利用されている。すなわち、消化液貯留槽19から送られた消化液17は、凍結濃縮手段21において、ヒートポンプ5の冷熱によって水分のみを凍結し、水分が凍結して濃縮された液体をこれと分離して液肥20として貯蔵している。これによって、消化液を蓄える消化液貯留槽19のダウンサイジングが可能となり、液肥20が使用されない冬期間であっても、小容量の貯槽に濃縮した状態の液肥を貯留しておくができるので、湿式バイオマス12の処理が通年連続して可能となる。また、本システムの設置にあたって大量の消化液を貯蔵する大容量の消化液貯槽を設置する必要がないので、施設の建設コスト等の初期投資コストが従来よりも低廉となる。さらに、濃縮された液肥は重量当たりの搬送コストも割安になるので、本システムが設置された生産場所に需要がなくとも、需要のある場所まで運送して販売しても採算が取れる。また、凍結濃縮手段21で水分を凍結して得た氷は、本システムにおいてヒートポンプ5の冷熱と同様に冷熱源として用いることができる。
【0044】
本例においても、第1の例と同様、システム全体として余剰熱量が得られるので、システム内で使用される電気と熱を賄うだけでなく、さらに電気や温水をシステム外に売却することもできる。具体的に従来との比較で考察すると、湿式バイオマスを1日約60トン処理するものとした場合、従来のシステムでは約90kWの投入電力 (消費電力)に対して余剰エネルギーはゼロであるが、本例のバイオマスシステムでは投入電力100kWに対して余剰冷熱源として200kW、余剰温熱源として180kWが得られる。ここで、余剰エネルギー(余剰熱量)とは、システム内で使用した残りのエネルギーを指す。
【0045】
ここで、前記凍結濃縮手段21の基本構成を説明する。
凍結濃縮手段21は、前記発酵槽13から消化液17を液肥20の貯槽に導くため、前記消化液貯留槽19と液肥20の貯槽を結ぶ複数のパイプラインを備えている。このパイプラインにはヒートポンプ5の冷熱を伝える冷熱伝達手段が設けられており、ヒートポンプ5の冷熱で冷却されることにより前記消化液17中の水分を凍結させて前記消化液17を濃縮できるように構成されている。本例の冷熱伝達手段は、ヒートポンプ5の蒸発器10で熱交換される配管系を前記パイプラインに導き、該パイプラインの熱を蒸発器10に運んで該パイプラインを冷却するように配置構成してある。いずれのパイプラインを冷却するかは任意に切り替えることができるようにするとよい。また、パイプラインには、管の内面に凍結した氷を該内面から分離し、又は融解させるための加熱手段が設けられている。さらに、パイプラインには、凍結した水分(氷)を管から分離してパイプライン外に除くための手段として、パイプライン両端に設けた弁やパイプラインに必要に応じて接続可能な水分の排出管等を備えている。
【0046】
複数のパイプラインは交互に使用され、管路が凍結によって充満した場合は、未使用のパイプラインに切り替えて使用する。ヒートポンプ5の冷熱により、消化液中の水分は徐々に凍結してパイプラインの内面に着氷していく。氷で充満したパイプラインは、その両端に設けた弁を閉止して消化液17のラインから切り離し、熱を加えて氷を取り出す。又は両端を消化液17のラインから切り離した後に、水分の排出管に接続し、該パイプラインに熱を加えて氷を溶解し、水として取り出す。氷を除去した後は復旧して再度凍結用のパイプラインとして使用する。
【0047】
パイプラインを流れる消化液17は、ヒートポンプ5の冷熱又は冬季の冷熱により水成分が凍結して濃縮される。一般的に、イオン物質を含まない液の場合、凍結速度を緩慢にすることにより氷への物質移動は少ない。しかし、イオン物質を含む場合は移動が起こるので、パイプラインの中心に電解を加えてイオン物質を管路中心の近傍に集めるようにしてもよい。また、冷熱の熱伝導性を高めるために、パイプの周囲にパネルを設置することも考えられる。さらには、パイプラインではなく、チャネルでもよい。
【0048】
図4は、濃縮された液体を強制的に液肥20の貯槽に流入させる機構の具体例を示すもので、図示しない圧送手段としてのポンプを消化液の消化液貯留槽19側に設け、パイプライン54の内面54aに氷55ができて濃縮が十分に行われた段階で、図示しない圧送手段としてのポンプにより圧力を付加して、液肥20の貯槽側へ強制的に流入させるものである。
【0049】
固液境界層の部分の消化液Lは濃度が大変濃いので、この部分の消化液L(高濃度の消化液)を、図4に示すようにポンプによって気泡Hの流れを作って送り出し、又は図5に示すような強制流Jを生成することにより、水以外の液肥分が氷へ混入することを防ぐことが出来る。
【0050】
図6〜図8を参照して、凍結濃縮手段21の具体的な構成例を説明する。
前述したように、消化液が電解質を包含していない場合、冷却管であるパイプラインの管壁近傍の着氷層には液体の溶質は取り込まれ難い。しかし、消化液が電解質を包含している場合、着氷層に電解質が取り込まれてしまい、凍結濃縮は困難となる。図6〜図8に示す例は、かかる事態を防止するため、凍結用のパイプライン(配管)の中心に電界を発生させてイオン物質を管路中心の近傍に集め、管壁近傍の着氷層に液体の溶質が取りこまれることを防止する例である。
【0051】
図6において、凍結濃縮用のパイプラインである凍結用配管系64は消化液の消化液貯留槽19側の配管64Fと、第1の分岐管64−11及び第2の分岐管64−12で構成される分岐管64Dとによって構成されており、分岐管64Dは分岐部64Daから一定距離は至近距離で並走するように形成されている。一定距離並走した後、それぞれの分岐管64−11、64−12(図示では直角に曲げられ、コ字状に再度直角に曲げられている)は合流する様に構成されている。
【0052】
前記コ字状の図示で水平部分の管中央には、導線68が挿入されており、水平部分の両端で第1の分岐管64−11では正(十)の電極69a,69aに接続され両電極は回路69wによって電界発生手段(例えばコンデンサ)69に接続されている。
【0053】
他方、第2の分岐管64−12では負(−)の電極69b、69bに接続され両電極は回路69wによって電界発生手段(例えばコンデンサ)69に接続されている。
【0054】
又、図6のI部、即ち分岐部64Daを含む消化液の消化液貯留槽19側の配管64Fは、詳細を図7に示すように、図面の右側の管壁には正(+)の電極90aが取り付けられ、左の管壁には負(−)の電極90bが取り付けられ、図示しない手段で前記コンデンサ69にそれぞれ接続されている。
【0055】
又、前記分岐点64Daは、所謂「セパレータ」と称されるもので、鋭利で分流時の方向変換による流体の抵抗が最小となるように構成された部材である。
【0056】
図8は図7のX−X断面を矢印W方向に見た矢視図であり、同8中の破線は前記電極90a,90bを透視して現したものである。
【0057】
図6〜図8で示した例によれば、消化液の消化液貯留槽19側の配管64Fの右壁に設けた正(+)の電極90aによって負(−)のイオンを帯びた電解質が第1の分岐管64−11側に流入し、消化液の消化液貯留槽19側の配管64Fの左壁に設けた負(−)の電極90bによって正(+)のイオンを帯びた電解質が第2の分岐管64−12側に流入する。
【0058】
それぞれのイオンを帯びた有用なる電解質部分は、それぞれの分岐管に流入した後、前述の導線68とコンデンサ69によって生じた電界の力を受けて管の中央部に集められ、流下して、前記液肥20の貯槽に効率よく採集される。
【0059】
このように、電解質が分岐管中央の電界に引き寄せられるため、管壁の着氷層に取り込まれることが防止されるので、消化液中に含まれる水分のみが凍結し、濃縮された消化液 (液肥20)から効率的に分離されることとなる。
【0060】
本例のバイオマスシステムによれば、ヒートポンプ5を用いるとともに、該ヒートポンプ5の冷熱によって消化液の冷凍濃縮を行なうので、以下のような効果も得られる。
【0061】
▲1▼濃縮されるべき消化液中の水分が、ヒートポンプ5から投入される冷熱により凍結して、凍結用配管系の管壁に近い部分に着氷する結果、水分含有量が減少し、貯槽内に貯蔵される液肥20の濃度が増加し、濃縮前に比較して、より多くの液肥20を受け入れることが可能となる。
【0062】
▲2▼水分凍結にはヒートポンプ5から投入される冷熱と、冬季には必要に応じて外気から投入される冷熱を利用するので、外部からの各種エネルギ(電気エネルギ、機械的動力、熱エネルギ)の投入を必要とする従来の冷却技術に比較して、凍結に必要なコストが大幅に低減する。
【0063】
▲3▼ヒートポンプ5の冷熱が投入される凍結用配管を複数本並列に配列し、各配管で実行される凍結処理の状況が互いに異なるように配慮すれば、消化液の凍結濃縮処理を、バッチ処理ではなく、システム全体として連続的に進行させることが可能となる。
【0064】
▲4▼濃縮するべき消化液とヒートポンプ5からの冷媒とは、パイプラインに設けられた冷熱伝達手段である熱交換器において液相同士の熱交換が行われるが、これは液相と気相との熱交換に比較して効率が遥かに高いので、濃縮するべき消化液に対して冷熱が効率的に投入され、水分の凍結が効率的に行われる。
【0065】
▲5▼消化液は電解質を含んでいるので、凍結用のパイプラインの中心部に配置した導線に電荷を付与して電界を生じせしめることにより、消化液中の電解質は電界により吸引されてパイプラインの中心に偏苛し、その結果、溶質がパイプラインの管壁近傍の着氷層内に取り込まれてしまうことが防止される。
【0066】
以上説明したように、本例の湿式バイオマスシステムによれば、地域の保有する自然熱源を利用する熱効率の高いヒートポンプ5でシステムの運転を用い、さらに消化液を冬の自然冷熱やヒートポンプ5の冷熱を用いて凍結濃縮するように構成したので、液肥20の貯槽のサイズを小さくして初期投資額を削減することができる。また、液肥20の輸送コストが低減できる。また、本例においても、乾式バイオマスシステムと同様、システム全体として余剰熱量が得られるので、システム内で使用される電気と熱を賄うだけでなく、さらに電気や温水をシステム外に売却することもできる。
【0067】
【発明の効果】
請求項1記載のバイオマスシステムによれば、システムの運転にヒートポンプを用いているので、地域の保有する自然熱源を利用した熱の効率的循環を図ることができ、熱効率が非常に高く、全体として余剰熱量が得られるので、システム内で使用するエネルギーだけでなく、外部にもエネルギーを供給することができる。さらにエネルギー生成手段で処理した後のバイオマスを物的資源として外部に供給することができる。
【0068】
請求項2又は3記載の乾式バイオマスシステムによれば、上記効果に加え、ヒートポンプの冷熱を草の凍結処理(凍結乾燥や凍結破砕)に利用して粉砕時の粉塵の問題を解決することができ、またバイオマスを物的資源としては例えば灰が得られる。
【0069】
請求項4又は5記載の湿式バイオマスシステムによれば、上記効果に加え、ヒートポンプの冷熱を消化液の凍結濃縮に利用して液肥の貯槽のダウンサイジングを図ることによりシステム設置コストの削減、濃縮による液肥の輸送コスト低減を達成することができる。また、バイオマスの物的資源としては濃縮された液肥が得られ、低コストで需要地へ輸送して消費に供することができる。
【0070】
請求項6記載の湿式バイオマスシステムによれば、特に消化液の凍結濃縮手段としてヒートポンプの冷熱で冷却されるパイプラインを備えているので、消化液の凍結濃縮を効率的に行なうことができ、特に電界の効果によって消化液の電解質をパイプラインの中心部に偏苛させる構成とすれば、溶質がパイプラインの管壁近傍の着氷層内に取り込まれることがなく、水分のみを凍結させてさらに効率的な消化液の凍結濃縮を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の第1の例である乾式バイオマスシステムの構造と機能を示すブロック構成図である。
【図2】第1の例において用いられるヒートポンプの仕組みを示す構成図である。
【図3】本発明の実施の形態の第2の例である湿式バイオマスシステムの構造と機能を示すブロック構成図である。
【図4】第2の例において、濃縮された消化液を強制的に液肥の貯槽に圧送・流入させる機構の1例を示すパイプラインの断面図である。
【図5】第2の例において、濃縮された消化液を強制的に液肥の貯槽に圧送・流入させる機構の他の1例を示すパイプラインの断面図である。
【図6】第2の例において、凍結濃縮手段の具体的な構成を示す断面図である。
【図7】図6のI部の拡大図である。
【図8】図7のX−X切断線における断面図である。
【図9】従来のバイオマスシステムの一例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
1…乾式バイオマス、2…エネルギー生成手段としてのボイラ、3…エネルギー生成手段としてのタービン、4…エネルギー生成手段としての発電機、5…ヒートポンプ、6…物的資源としての灰、12…湿式バイオマス、13…エネルギー生成手段としての発酵槽、14…エネルギー生成手段としてのボイラ、15…エネルギー生成手段としてのマイクロタービン発電機、16,18…殺菌槽、20…物的資源としての液肥、21…凍結濃縮手段、54…凍結濃縮手段のパイプライン、64…凍結濃縮手段のパイプラインとしての凍結用配管系。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biomass system that can extract energy such as electricity and heat from biomass as an energy resource and supply the energy inside and outside the system, as well as processing the biomass and supplying it as a physical resource. In particular, the present invention provides a biomass system that is low in construction and operation costs and has a low environmental impact by employing a heat pump that is safe, clean, and exhibits high thermal efficiency through heat recycling for system operation and biomass processing. Is.
[0002]
[Prior art]
In recent years, development of various energy sources has been attempted in order to solve energy problems and to preserve and maintain the global environment. In particular, in Japan, where most energy demand depends on imported oil, diversification of energy sources is an important national issue in terms of risk dispersion. Among them, wood resources, livestock manure, food waste, biomass such as waste from food factories (in this specification, organic resources derived from living organisms, etc.) have been treated at cost. Waste is used as an energy source, and since biomass is a solar light energy fixed as an organic matter, even if it is used as an energy source, the amount of carbon circulating in the earth's ecosystem changes. There is an advantage that the processed biomass itself may become a physical resource, and the development of its utilization technology is being actively promoted.
[0003]
Patent Document 1 below relates to the invention of a fermenter using biomass, and FIG. 9 is a block configuration diagram showing an outline of a reuse system for livestock excreta and the like to which this fermenter is applied. Called the biomass system.) In this conventional biomass system, not only the conventional purpose of producing livestock manure but only compost production is used, but it is used as an energy source to generate power and supply heat (hot water) inside and outside the facility. It aims to be used effectively.
[0004]
Livestock excreta and the like (indicated as biomass 100 in the figure) are fed into a fermenter 102 that performs methane fermentation via a sterilization tank 101. In the fermenter 102, biogas containing about 60% methane is generated in the process of methane fermentation. This gas is supplied to the generator 103 and the boiler 104 to obtain electricity and heat. Electricity covers the power in the facility and sells the surplus to the outside. Heat is waste heat of combustion exhaust gas and gas engine cooling water, which is recovered as hot water and used for heating the fermenter 102, heating the sterilization tank 101, and heating / hot water supply in facilities.
[0005]
On the other hand, the manure and the like that have been processed are discharged from the fermenter 102 as digestive fluid and passed through the digestive fluid storage tank 105 to the dehydrator 106. The solid content becomes dehydrated cake 107 and solid compost 110. The dehydrated filtrate is discharged into the river through the wastewater treatment 108. The digestive juice storage tank 105 is constructed with a capacity capable of storing a large amount of digestive juice that is not used in winter or the like as liquid fertilizer (treatment liquid after biogas generation).
[0006]
[Patent Document 1]
European Patent No. 0013538
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional biomass system is characterized in that the equipment is large and the construction cost is high, and this point has been regarded as a technical problem to be solved in the future.
First, according to this system, it is necessary to provide the digestive fluid storage tank 105 having a large volume. This is because the manure of livestock, which is biomass, is discharged from livestock farmers, etc. without interruption throughout the year and is transported to the facility, so liquid fertilizer obtained as a result of processing this is always produced and discharged. It is used only during the season, not in winter. Therefore, the digestive fluid storage tank 105 must have a volume that can store the liquid fertilizer when the liquid fertilizer is not used, and only stores the liquid fertilizer for about half a year especially in Hokkaido where the winter period is long. It is necessary to provide a large-volume digestive fluid storage tank 105. Reduction of the manufacturing cost is a big issue.
[0008]
Moreover, since the digestive liquid which is not utilized as liquid fertilizer cannot be made to infiltrate underground after removing solid content with a dehydrator, a waste water treatment facility must be provided to treat it as waste water. However, when a wastewater treatment facility is provided, a considerable area and facility cost are expected.
[0009]
Next, according to the conventional biomass system, the energy cost required for the operation of the facility is large.
First, according to this system, heat and electricity are generated using biogas generated in the fermenter 102 as energy, and the fermenter 102 and the sterilization tank 101 are heated with this heat. However, the heating of the fermenter 102 and the sterilization tank 101 is not sufficient only by the heat generated by the combustion of the biogas generated by this system, and it is necessary to separately consume energy from the outside.
[0010]
As explained above, the conventional biomass system has the characteristics that the initial investment amount of equipment is relatively large and the energy cost of operation is also large, and a large amount of wastewater that is not much different from the initial supply amount even though it has been treated. Is not completely consistent with the current industry needs for an energy-recycling and environmentally friendly recycling system. It was left.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a biomass system that generates and supplies energy and physical resources from biomass is constructed at low cost with little initial investment, and a natural heat source is provided. The purpose is to increase the energy efficiency of operation and to obtain surplus heat as a whole system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The biomass system described in claim 1 is a biomass system that generates and supplies energy from biomass by energy generating means.
At least a part of the cold and warm heat is provided with a heat pump used for at least one of driving of the energy generating means and processing of the biomass.
[0013]
The biomass system according to claim 2 is:
A boiler that generates steam by burning dry biomass;
A turbine driven by steam generated by the boiler;
A generator driven by the turbine;
Driven by electricity generated by the generator, having a heat pump whose hot and cold are used for processing the dry biomass,
It is characterized in that the amount of surplus heat can be obtained as a whole system.
[0014]
The biomass system according to claim 3 is the biomass system according to claim 2,
The treatment of the dry biomass using the heat of the heat pump is the drying of the dry biomass performed in the preceding stage of the boiler,
The treatment of the dry biomass using the cold heat of the heat pump is a freezing treatment of the dry biomass charged into the boiler.
[0015]
The biomass system according to claim 4 is:
A fermentor for fermenting wet biomass to generate digestion gas;
Energy generating means for generating energy including electricity by the digestion gas;
A heat pump that is driven by electricity generated by the energy generating means, and whose heat is used to heat the wet biomass in the fermenter, and whose cold is used to process digestive juice supplied from the fermenter. And
It is characterized in that the amount of surplus heat can be obtained as a whole system.
[0016]
The biomass system according to claim 5 is the biomass system according to claim 4,
The treatment of the wet biomass using the heat of the heat pump is sterilization of the wet biomass performed in at least one of the preceding stage or the subsequent stage of the fermenter,
The treatment of the wet biomass using the cold heat of the heat pump is freeze concentration of the digested liquid.
[0017]
The biomass system according to claim 6 is the biomass system according to claim 5, wherein the digestion liquid introduced from the fermenter is allowed to pass through and the pipeline is cooled by the cold heat of the heat pump. The digestive juice is freeze-concentrated by freeze-concentrating means having means for concentrating the digestive liquid by freezing water in the digestive liquid and pressure-feeding means for sending the concentrated digested liquid to a storage tank for liquid fertilizer. It is characterized by.
[0018]
In the biomass system of the present invention, not only heat but also electricity can be generated from biomass by the energy generating means, and the heat pump can be driven using this electricity, but the electricity that drives the heat pump is not necessarily derived from biomass. It may also be electricity supplied from outside the system. When the heat pump is driven by electricity purchased from the outside, electricity derived from biomass can be diverted to other uses in the system.
[0019]
Further, according to the biomass system of the present invention, the biomass can be processed to produce a physical resource, which can be supplied outside the system.
[0020]
Moreover, according to the biomass system of this invention, you may make it use at least one part of the cold heat and heat which a heat pump generate | occur | produces for both the drive of the said energy production | generation means, and the process of the said biomass.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Basic configuration of this biomass system
The basic structure and function of the embodiment of the present invention will be described.
Biomass consists of woody biomass such as sawdust, forest thinned wood, wood fuel, wood pellets, grass and pruned branches, and dry biomass such as waste paper, and wet waste such as livestock manure, food waste, and waste from food factories. However, the present invention can be applied to any biomass.
[0022]
The biomass system of this example uses an energy generation means such as a fermenter that generates biogas from biomass, a boiler that burns the biogas generated in the fermentor or the biomass itself, and a generator that is driven by the boiler. And generate heat and supply it inside and outside the system.
[0023]
The energy obtained from biomass in this biomass system includes methane generated by methane fermentation of biomass, methanol and hydrogen gas produced from grass, and electricity obtained from fuel cells using fuels such as hydrogen. Is also included. Therefore, the energy generation means that is a component of the present invention includes all facilities and apparatuses that generate these various forms of energy.
[0024]
On the other hand, the biomass system of this example has a heat pump driven by electricity from the energy generating means, and bears part of the energy required for driving the energy generating means by the hot and cold generated by the heat pump. In addition, the biomass itself is processed.
[0025]
The heat pump generates heat by transferring heat, but the electricity from the energy generating means is very efficient because it is used only for heat transfer. For example, the input energy when driving the heat pump motor with this electricity is very high. The efficiency with respect to is several times higher than when an electric heater or boiler is used.
[0026]
Therefore, this biomass system combined with a heat pump can achieve an efficient circulation of heat, has a very high thermal efficiency, and can obtain a surplus heat as a whole, so that not only the energy used in the system but also the energy to the outside Can be supplied. Furthermore, the biomass after processing by the energy generating means can be supplied to the outside as a physical resource such as ash or liquid fertilizer.
[0027]
Thus, the biomass system of the present invention is essentially different from a simple biomass system that does not have a conventional heat pump in that it combines with a heat pump to achieve high thermal efficiency as a whole system.
The conventional biomass system does not have a cooling system specific to the biomass system. Even if the heat pump is simply combined with the biomass system, there is no application for the cooling heat obtained from the heat pump. In the first place, there is no point in applying a heat pump to a biomass system. That is, it is thought that the fact that there is no effective method of using cold heat in the biomass system has been an obstacle to the present invention.
However, the present invention provides an advanced idea that a heat pump is applied to a biomass system, and at least a part of the heat and cold generated by the heat pump is effectively used for energy generation and treatment of the biomass itself. Especially for applications limited to summer in the system, such as freezing treatment of biomass and liquid fertilizer production by freeze concentration using the heat of the heat pump, as specifically introduced in each of the dry or wet systems described later. Compared to the case where cold energy is used only for certain air conditioners, etc., the use of cold energy has been expanded to applications that are not limited in terms of season and applications specific to the biomass system, achieving high thermal efficiency as a whole biomass system. is there.
[0028]
(2) Dry biomass system
Next, a dry biomass system as a first example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This biomass system has, as energy generation means, a boiler 2 that burns dry biomass 1 to generate steam, a turbine 3 that is driven by steam generated by the boiler 2, and a generator 4 that is driven by the turbine 3. have. Furthermore, it has a heat pump 5 driven by electricity generated by the generator 4. The heat pump 5 uses the heat for drying the dry biomass 1 and preheating boiler water, and the cold heat is used to freeze the dry biomass 1 (for example, freeze crushing and freeze drying) and the condensate of the turbine. Used to cool the vessel.
[0029]
In the system of this example, dry biomass 1 such as sawdust, forest thinned wood, and woody biomass fuel is supplied to a boiler 2 as energy generation means and burned, and the boiler 2 sends out heat in the form of water vapor. The turbine 3 as energy generation means is rotated by the water vapor. The rotating turbine 3 drives a generator 4 as energy generation means, and generates electricity.
[0030]
Ashes 6 are produced from the boiler 2 as physical resources of the burned dry biomass 1. The ash 6 can be used, for example, as a soil conditioner. The heat discharged from the turbine 3 in the form of hot water is used for drying (moisture adjustment) of the dry biomass 1 and makes it easy to burn the dry biomass 1 provided to the boiler 2. It is also used for the operation of various facilities such as heating and hot water supply in the facility where this system is installed. Electricity from the generator 4 is used for driving various facilities in the same facility, and is used for driving a heat pump 5 described later.
[0031]
As shown in FIG. 2, the heat pump 5 has a configuration in which a compressor 7, a condenser 8, an expansion valve 9, and an evaporator 10 are connected by a refrigerant pipe 11, and the evaporator 10 is on the cold side where the heat is absorbed, The condenser 8 is on the warm side from which heat is released. The motor that drives the compressor 7 of the heat pump 5 is driven by electricity from the generator 4.
[0032]
A part of the heat supplied through the condenser 8 in the heat pump 5 is used for drying (moisture adjustment) of the dry biomass 1 to facilitate combustion of the dry biomass 1 provided to the boiler 2. The other part of the warm heat is used to generate warm water together with the heat discharged from the turbine 3, and is used for the operation of various facilities such as heating and hot water supply in the facility where the present system is installed. . Further, another part of the warm heat is also used for preheating water supplied to the boiler 2.
[0033]
A part of the cold supplied through the evaporator 10 in the heat pump 5 is used for the freezing treatment of the dry biomass 1. In this example, freeze crushing and freeze drying are performed as the freezing process. Many grasses are in a semi-dry state, and there is a problem that dust is generated during pulverization. If freeze crushing is performed using cold heat as in this example, this problem can be solved. In addition, grass has a lot of moisture and requires high cost for cutting as it is, but if it is frozen as in this example, it will easily break brittlely with a small external force, reducing the cost for grinding. Can also be obtained.
[0034]
Here, the freeze-drying will be described.
Freeze-drying is a method in which an object containing moisture is frozen, and moisture that has been frozen to become a solid (ice) is sublimated and removed as a gas (water vapor).
As a specific procedure in this example, first, as the preliminary freezing, the biomass as a target object is cooled and frozen by a cooling freezing device using the cold heat of the heat pump 5. Next, the frozen biomass is dried in a vacuum of, for example, 0.8 Torr to 0.03 Torr using a vacuum apparatus. In such a high vacuum atmosphere, the boiling point of water is −20 ° C. to −50 ° C., and water cannot exist as a liquid. Therefore, if appropriate sublimation latent heat is applied to the heating means using the heat obtained by this system, the moisture in the biomass changes (sublimates) from solid (ice) to gas (water vapor) and is removed from the solid components. Is done. The removed water vapor is discharged out of the system by an exhaust means using a cold trap provided in the vacuum apparatus.
[0035]
According to the freeze-drying of biomass carried out as described above, since it becomes porous, it can also be dried from the inside, resulting in a higher degree of dryness than normal drying, and it can be easily crushed. Can do. Furthermore, since the drying proceeds at a low temperature, the components are less likely to change, and are less susceptible to harmful changes in properties desired as biomass.
[0036]
The other part of the cold heat is used for condensing steam after driving the turbine 3. That is, cold heat is supplied to a cooling tower of a condensate system (not shown in detail) to cool the cooling water for condensing steam. The condensate is sent by a pump and is sent again from the boiler water absorption pump to the boiler 2 via a deaerator.
[0037]
According to this example, the heat pump 5 is adopted in the biomass system, and the natural heat source possessed by the region such as cold in winter and hot springs is effectively used, and a heat circulation system is constructed to effectively use heat. We are trying to save labor. Therefore, since the surplus heat amount can be obtained for the entire system, not only can the electricity and heat used in the system be covered, but also electricity and hot water can be sold outside the system.
[0038]
(3) Wet biomass system
Next, a wet biomass system as a second example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This biomass system has, as energy generating means, a fermenter 13 that ferments wet biomass 12 to generate biogas, a boiler 14 that generates electricity and heat from the biogas, and a microturbine generator 15. . Moreover, it has the heat pump 5 driven by the electricity which the micro turbine generator 15 generates. The heat of the heat pump 5 is used for sterilizing the wet biomass 12 and heating the wet biomass 12 in the fermentation tank 13. Further, the cold heat is used for freeze concentration of the digestive juice supplied from the fermenter 13.
[0039]
In the system of this example, wet biomass 12 such as organic sludge such as livestock manure, leftovers, sludge, etc. and waste from a food factory (for example, okara from a tofu factory) is sterilized in a sterilization tank 16 before Biogas containing methane gas is generated by methane fermentation and stored in a fermenter 13 as a generating means. Biogas, which is an energy source, is supplied to a boiler 14 and a microturbine generator 15 as energy generation means, and generates heat and electricity, respectively. Heat is supplied in the form of hot water, and is used for the operation of various facilities such as heating and hot water supply in the facility where this system is installed. The electricity from the generator 15 is used for driving various facilities in the same facility, and is used for driving a heat pump 5 described later.
[0040]
The digester 17 is obtained from the fermenter 13 after the fermentation of the wet biomass 12. The digestive fluid 17 is stored in the digestive fluid storage tank 19 through the sterilization layer 18.
[0041]
The heat pump 5 of this example is the same as the first example, and the motor that drives the compressor 7 of the heat pump 5 is driven by electricity from the generator 15.
[0042]
A part of the heat supplied through the condenser 8 in the heat pump 5 is installed between the sterilization tank 16 installed in front of the fermentation tank 13, the fermentation tank 13 and the digestive juice storage tank 19. The sterilization tank 18 is used as a heat source for sterilization. The other part of the warm heat is used as a heating source for the fermenter 13, and the wet biomass 12 in the fermenter 13 is maintained at a predetermined temperature so that the fermentation is performed at a desired temperature condition.
[0043]
A part of the cold supplied through the evaporator 10 in the heat pump 5 is used for producing the liquid fertilizer 20 by freeze concentration of the digestive juice 17 stored in the digestive fluid storage tank 19. That is, the digestive fluid 17 sent from the digestive fluid storage tank 19 freezes only the moisture by the cold heat of the heat pump 5 in the freeze concentration means 21, and separates the liquid that has been condensed by freezing the moisture from the liquid fertilizer 20. As stored. This allows downsizing of the digestive fluid storage tank 19 for storing digestive fluid, and even in the winter period when the liquid fertilizer 20 is not used, the concentrated liquid fertilizer can be stored in a small-capacity storage tank, The wet biomass 12 can be processed continuously throughout the year. Moreover, since it is not necessary to install a large-capacity digestive juice storage tank for storing a large amount of digestive juice when installing this system, the initial investment cost such as the construction cost of the facility is lower than before. Furthermore, since the concentrated liquid fertilizer also reduces the transportation cost per weight, even if there is no demand at the production site where this system is installed, it can be profitable even if it is transported and sold to a place with demand. In addition, the ice obtained by freezing water with the freeze concentration means 21 can be used as a cold heat source in the present system, similarly to the cold heat of the heat pump 5.
[0044]
Also in this example, as in the first example, since the surplus heat amount can be obtained as the entire system, not only can the electricity and heat used in the system be covered, but also electricity and hot water can be sold outside the system. . Specifically, in comparison with the conventional case, when the wet biomass is processed about 60 tons per day, the surplus energy is zero for the input power (power consumption) of about 90 kW in the conventional system. In the biomass system of this example, 200 kW as the surplus cold heat source and 180 kW as the surplus heat heat source are obtained with respect to the input power of 100 kW. Here, surplus energy (surplus heat amount) refers to the remaining energy used in the system.
[0045]
Here, the basic configuration of the freeze concentration means 21 will be described.
The freeze concentration means 21 is provided with a plurality of pipelines connecting the digestive fluid storage tank 19 and the liquid fertilizer 20 storage tank to guide the digested liquid 17 from the fermenter 13 to the storage tank of the liquid fertilizer 20. The pipeline is provided with cold heat transfer means for transmitting the cold heat of the heat pump 5 so that the water in the digestive liquid 17 can be frozen by being cooled by the cold heat of the heat pump 5 so that the digestive liquid 17 can be concentrated. It is configured. The cooling heat transfer means of this example is arranged so that a piping system that exchanges heat with the evaporator 10 of the heat pump 5 is guided to the pipeline, and heat of the pipeline is transferred to the evaporator 10 to cool the pipeline. It is. It is preferable that which pipeline is cooled can be arbitrarily switched. The pipeline is also provided with heating means for separating or melting ice frozen from the inner surface of the pipe. In addition, the pipeline drains water that can be connected to the valves and pipelines provided at both ends of the pipeline as needed as a means to separate the frozen moisture (ice) from the pipe and remove it from the pipeline. It has a tube.
[0046]
A plurality of pipelines are used alternately, and when the pipeline is filled by freezing, it is switched to an unused pipeline. Due to the cold heat of the heat pump 5, the water in the digested liquid is gradually frozen and icing on the inner surface of the pipeline. Pipelines filled with ice are disconnected from the digestive fluid 17 line by closing valves provided at both ends thereof, and heat is applied to remove the ice. Alternatively, after both ends are cut off from the digestion liquid 17 line, it is connected to a moisture discharge pipe, and heat is applied to the pipeline to dissolve the ice, which is taken out as water. After removing the ice, it is restored and used again as a freezing pipeline.
[0047]
In the digestive juice 17 flowing through the pipeline, the water component is frozen and concentrated by the cold heat of the heat pump 5 or the cold heat in winter. In general, in the case of a liquid not containing an ionic substance, mass transfer to ice is reduced by slowing the freezing rate. However, since movement occurs when an ionic substance is included, electrolysis may be applied to the center of the pipeline to collect the ionic substance in the vicinity of the center of the pipeline. It is also conceivable to install a panel around the pipe to increase the thermal conductivity of the cold. Further, it may be a channel instead of a pipeline.
[0048]
FIG. 4 shows a specific example of a mechanism for forcibly flowing the concentrated liquid into the storage tank of the liquid fertilizer 20. A pump as a pumping means (not shown) is provided on the digestive juice storage tank 19 side, and the pipeline When ice 55 is formed on the inner surface 54a of 54 and the concentration is sufficiently performed, pressure is applied by a pump (not shown) as a pumping means, and the liquid fertilizer 20 is forced to flow into the storage tank side.
[0049]
Since the concentration of the digestive liquid L in the solid-liquid boundary layer is very high, the digestive liquid L (high-concentrated digested liquid) in this part is sent out by creating a flow of bubbles H with a pump as shown in FIG. By generating the forced flow J as shown in FIG. 5, liquid fertilizer other than water can be prevented from being mixed into the ice.
[0050]
A specific configuration example of the freeze concentration means 21 will be described with reference to FIGS.
As described above, when the digestive fluid does not include the electrolyte, the liquid solute is hardly taken into the icing layer in the vicinity of the pipe wall of the pipeline that is the cooling pipe. However, when the digestive fluid contains an electrolyte, the electrolyte is taken into the ice accretion layer, and freeze concentration becomes difficult. In the example shown in FIGS. 6 to 8, in order to prevent such a situation, an electric field is generated at the center of the freezing pipeline (pipe) to collect ionic substances near the center of the pipeline, and icing near the tube wall. This is an example of preventing a liquid solute from being taken into the layer.
[0051]
In FIG. 6, the freezing piping system 64, which is a freezing and concentrating pipeline, includes a piping 64 </ b> F on the digestive juice storage tank 19 side, a first branch pipe 64-11, and a second branch pipe 64-12. The branch pipe 64 </ b> D is configured so that the branch pipe 64 </ b> D runs in parallel at a short distance from the branch portion 64 </ b> Da. After parallel running for a certain distance, each of the branch pipes 64-11 and 64-12 (bent at a right angle in the figure and bent at a right angle in a U-shape) is configured to merge.
[0052]
In the U-shaped illustration, a conducting wire 68 is inserted in the center of the horizontal portion of the tube, and both ends of the horizontal portion are connected to the positive (ten) electrodes 69a and 69a in the first branch tube 64-11. The electrode is connected to electric field generating means (for example, a capacitor) 69 by a circuit 69w.
[0053]
On the other hand, the second branch pipe 64-12 is connected to negative (−) electrodes 69b and 69b, and both electrodes are connected to an electric field generating means (for example, a capacitor) 69 by a circuit 69w.
[0054]
Further, the pipe 64F on the digestive juice storage tank 19 side of the digestive juice containing the I portion of FIG. 6, that is, the branching portion 64Da, is positive (+) on the tube wall on the right side of the drawing as shown in detail in FIG. An electrode 90a is attached, and a negative (-) electrode 90b is attached to the left tube wall, and is connected to the capacitor 69 by means not shown.
[0055]
The branch point 64Da is a so-called “separator”, and is a member that is sharp and has a minimum fluid resistance due to direction change at the time of diversion.
[0056]
FIG. 8 is an arrow view of the XX section of FIG. 7 as viewed in the direction of the arrow W. The broken line in FIG. 8 is a perspective view of the electrodes 90a and 90b.
[0057]
According to the examples shown in FIGS. 6 to 8, the electrolyte having negative (−) ions is formed by the positive (+) electrode 90 a provided on the right wall of the pipe 64 </ b> F on the digestive juice storage tank 19 side of the digestive juice. An electrolyte that flows into the first branch pipe 64-11 side and is charged with positive (+) ions by the negative (-) electrode 90b provided on the left wall of the pipe 64F on the digestive juice storage tank 19 side of the digestive juice. It flows into the second branch pipe 64-12 side.
[0058]
The useful electrolyte portion having the respective ions flows into the respective branch pipes, and is collected in the central portion of the pipe under the force of the electric field generated by the conductive wires 68 and the capacitors 69, flows down, and It is efficiently collected in the storage tank of liquid fertilizer 20.
[0059]
Since the electrolyte is attracted to the electric field at the center of the branch pipe in this way, it is prevented from being taken into the icing layer on the pipe wall, so that only the water contained in the digestion liquid is frozen and concentrated digestion liquid ( It will be efficiently separated from the liquid fertilizer 20).
[0060]
According to the biomass system of this example, the heat pump 5 is used, and the digestive juice is frozen and concentrated by the cold heat of the heat pump 5, so that the following effects can also be obtained.
[0061]
(1) The water in the digested liquid to be concentrated is frozen by the cold heat supplied from the heat pump 5 and is icing on the portion near the pipe wall of the freezing piping system. As a result, the water content decreases and the storage tank The concentration of the liquid fertilizer 20 stored inside increases, and it becomes possible to receive more liquid fertilizer 20 than before concentration.
[0062]
(2) For freezing the water, cold energy supplied from the heat pump 5 and cold energy supplied from outside air as needed in the winter are used, so various types of external energy (electrical energy, mechanical power, thermal energy) Compared to the conventional cooling technology that requires input, the cost required for freezing is greatly reduced.
[0063]
(3) If a plurality of freezing pipes into which the heat of the heat pump 5 is charged are arranged in parallel and the freezing process executed in each pipe is considered to be different from each other, the freezing and concentrating process of digestive juice can be batched. Instead of processing, the entire system can proceed continuously.
[0064]
(4) The digestion liquid to be concentrated and the refrigerant from the heat pump 5 are heat-exchanged between the liquid phases in a heat exchanger which is a cold heat transfer means provided in the pipeline. The efficiency is much higher than that of the heat exchange with the water, so that cold heat is efficiently input to the digested liquid to be concentrated, and water is efficiently frozen.
[0065]
(5) Since the digestive fluid contains an electrolyte, the electrolyte in the digestive fluid is sucked by the electric field by applying an electric charge to the conductor arranged in the center of the freezing pipeline to generate an electric field. As a result, the solute is prevented from being taken into the icing layer in the vicinity of the pipe wall of the pipeline.
[0066]
As described above, according to the wet biomass system of this example, the operation of the system is performed by the heat pump 5 having high thermal efficiency using the natural heat source possessed by the region, and the digestion liquid is further cooled by the natural cold in the winter or the cold heat of the heat pump 5. Therefore, it is possible to reduce the initial investment amount by reducing the size of the storage tank of the liquid fertilizer 20. Moreover, the transport cost of the liquid fertilizer 20 can be reduced. Also in this example, as with the dry biomass system, the surplus amount of heat can be obtained as a whole system, so not only the electricity and heat used in the system can be covered, but also electricity and hot water can be sold outside the system. it can.
[0067]
【The invention's effect】
According to the biomass system of claim 1, since the heat pump is used for the operation of the system, it is possible to achieve efficient circulation of the heat using the natural heat source possessed by the region, and the heat efficiency is very high. Since a surplus heat amount is obtained, not only energy used in the system but also energy can be supplied to the outside. Furthermore, the biomass after processing by the energy generating means can be supplied to the outside as a physical resource.
[0068]
According to the dry biomass system of claim 2 or 3, in addition to the above effect, the problem of dust during pulverization can be solved by using the cold heat of the heat pump for freezing treatment (freeze drying or freeze crushing) of grass. Moreover, for example, ash is obtained using biomass as a physical resource.
[0069]
According to the wet biomass system of claim 4 or 5, in addition to the above effects, the system installation cost can be reduced and concentrated by downsizing the liquid fertilizer storage tank by utilizing the cold heat of the heat pump for freeze concentration of digestive juice. Reduction of liquid fertilizer transportation cost can be achieved. Moreover, concentrated liquid fertilizer can be obtained as a physical resource of biomass, and it can be transported to a demand area at low cost for consumption.
[0070]
According to the wet biomass system of claim 6, the digestion juice is freeze-concentrated as a means for freezing and concentrating the digestion juice. If the digestive juice electrolyte is biased to the center of the pipeline by the effect of the electric field, the solute will not be taken into the icing layer near the pipe wall of the pipeline, and only moisture will be frozen. Efficient freezing and concentration of digestive juice can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block configuration diagram showing the structure and function of a dry biomass system as a first example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a mechanism of a heat pump used in the first example.
FIG. 3 is a block configuration diagram showing the structure and function of a wet biomass system as a second example of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a pipeline showing an example of a mechanism for forcibly feeding and flowing concentrated digested liquid into a liquid fertilizer storage tank in the second example.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a pipeline showing another example of a mechanism for forcibly feeding and flowing concentrated digested liquid into a liquid fertilizer storage tank in the second example.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the freeze concentration means in the second example.
7 is an enlarged view of a portion I in FIG. 6;
8 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a conventional biomass system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dry biomass, 2 ... Boiler as energy generation means, 3 ... Turbine as energy generation means, 4 ... Generator as energy generation means, 5 ... Heat pump, 6 ... Ash as physical resource, 12 ... Wet biomass , 13 ... Fermenter as energy generation means, 14 ... Boiler as energy generation means, 15 ... Micro turbine generator as energy generation means, 16, 18 ... Sterilization tank, 20 ... Liquid fertilizer as physical resource, 21 ... Freezing and concentrating means, 54... Freezing and concentrating means pipeline, 64. Freezing and concentrating means as a pipeline.

Claims (6)

エネルギー生成手段によってバイオマスからエネルギーを生成して供給するバイオマスシステムにおいて、
その冷熱と温熱の少なくとも一部が、前記エネルギー生成手段の駆動と前記バイオマスの処理の少なくとも一方に使用されるヒートポンプを備えたことを特徴とするバイオマスシステム。
In a biomass system that generates and supplies energy from biomass by means of energy generation,
A biomass system comprising a heat pump in which at least a part of the cold and warm heat is used for at least one of driving of the energy generating means and processing of the biomass.
乾式バイオマスを燃焼して蒸気を発生するボイラーと、
前記ボイラーの発生する蒸気によって駆動されるタービンと、
前記タービンによって駆動される発電機と、
前記発電機によって生成される電気によって駆動され、その温熱と冷熱が前記乾式バイオマスの処理に使用されるヒートポンプとを有し、
システム全体として余剰熱量が得られることを特徴とするバイオマスシステム。
A boiler that generates steam by burning dry biomass;
A turbine driven by steam generated by the boiler;
A generator driven by the turbine;
Driven by electricity generated by the generator, having a heat pump whose hot and cold are used for processing the dry biomass,
A biomass system characterized in that surplus heat can be obtained as a whole system.
前記ヒートポンプの温熱を利用した前記乾式バイオマスの処理が、前記ボイラーの前段で行なわれる前記乾式バイオマスの乾燥であり、
前記ヒートポンプの冷熱を利用した前記乾式バイオマスの処理が、前記ボイラーに投入される前記乾式バイオマスの凍結処理である請求項2記載のバイオマスシステム。
The treatment of the dry biomass using the heat of the heat pump is the drying of the dry biomass performed in the preceding stage of the boiler,
The biomass system according to claim 2, wherein the treatment of the dry biomass using the cold heat of the heat pump is a freeze treatment of the dry biomass charged into the boiler.
湿式バイオマスを発酵させて消化ガスを発生させる発酵槽と、
前記消化ガスによって電気を含むエネルギーを生成するエネルギー生成手段と、
前記エネルギー生成手段によって生成される電気によって駆動され、その温熱が前記発酵槽における前記湿式バイオマスの加熱に使用されるとともに、その冷熱が前記発酵槽から供給される消化液の処理に使用されるヒートポンプとを有し、
システム全体として余剰熱量が得られることを特徴とするバイオマスシステム。
A fermentor for fermenting wet biomass to generate digestion gas;
Energy generating means for generating energy including electricity by the digestion gas;
A heat pump that is driven by electricity generated by the energy generating means, and whose heat is used to heat the wet biomass in the fermenter, and whose cold is used to process digestive juice supplied from the fermenter. And
A biomass system characterized in that surplus heat can be obtained as a whole system.
前記ヒートポンプの温熱を利用した前記湿式バイオマスの処理が、前記発酵槽の前段ないし後段の少なくともいずれか一方で行なわれる前記湿式バイオマスの殺菌であり、
前記ヒートポンプの冷熱を利用した前記湿式バイオマスの処理が、前記消化液の凍結濃縮である請求項4記載のバイオマスシステム。
The treatment of the wet biomass using the heat of the heat pump is sterilization of the wet biomass performed in at least one of the preceding stage or the subsequent stage of the fermenter,
The biomass system according to claim 4, wherein the treatment of the wet biomass using the cold heat of the heat pump is freeze concentration of the digested liquid.
前記発酵槽から導かれた消化液を通過させるパイプラインと、前記ヒートポンプの冷熱で前記パイプラインを冷却することにより前記消化液中の水分を凍結させて前記消化液を濃縮する手段と、濃縮された消化液を液肥の貯槽に送り出す圧送手段とを備えた凍結濃縮手段によって、前記消化液の凍結濃縮が行なわれる請求項5記載のバイオマスシステム。A pipeline through which the digested liquid introduced from the fermenter passes, and means for concentrating the digested liquid by freezing water in the digested liquid by cooling the pipeline with the cold heat of the heat pump; The biomass system according to claim 5, wherein the digestive juice is freeze-concentrated by freeze-concentrating means having a pressure-feeding means for sending the digested juice to a liquid fertilizer storage tank.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009248042A (en) * 2008-04-09 2009-10-29 Mhi Environment Engineering Co Ltd Method and system for methane fermentation treatment of organic waste
WO2013116861A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Electratherm, Inc. Improved heat utilization in orc systems
WO2020027132A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 株式会社下瀬微生物研究所 Device and method for treating digested liquid from methane fermentation of organic material

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009248042A (en) * 2008-04-09 2009-10-29 Mhi Environment Engineering Co Ltd Method and system for methane fermentation treatment of organic waste
WO2013116861A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Electratherm, Inc. Improved heat utilization in orc systems
US8997490B2 (en) 2012-02-02 2015-04-07 Electratherm, Inc. Heat utilization in ORC systems
WO2020027132A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 株式会社下瀬微生物研究所 Device and method for treating digested liquid from methane fermentation of organic material
JP2020018964A (en) * 2018-07-31 2020-02-06 株式会社下瀬微生物研究所 Processing apparatus of digestive liquid in methane fermentation of organic material and processing method for the same
JP7083160B2 (en) 2018-07-31 2022-06-10 株式会社下瀬微生物研究所 Digestive juice processing device and its processing method in methane fermentation of organic matter

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