JP2008069833A - バイオガス送出システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】生物学的処理に際して発生するバイオガスを吸着可能な吸着材を充填してなる搬送用の吸着容器2が接続され、当該吸着容器2から受け入れたバイオガスを貯蔵タンク3に送り出すバイオガス送出システム100であって、吸着容器2におけるバイオガスの圧力を容器圧力として検出する容器圧力検出手段5と、吸着容器2から貯蔵タンク3へのバイオガスの送出状態を切替可能な送出状態切替手段6と、容器圧力検出手段5の検出結果に基づいて送出状態切替手段6を制御する制御手段7とを備える。
【選択図】図2
Description
従来、かかるバイオガスの発生場所とバイオガスを消費する設備等が存する場所(消費場所)とは、同じ場所にあることが通常であった。従って、発生したバイオガスを、ほぼ全てその組成のまま使用できた。しかしながら、かかるバイオガスをエネルギー源として有効に利用するためには、バイオガスの発生場所からバイオガスの消費場所へ効率良く輸送もしくは搬送して、消費場所にある自動車等のバイオガス消費機械、設備等に送出もしくは貯蔵タンクに貯蔵して利用する必要がある。
このように、吸着材を使用する場合は、単位容積当たりのガスの搬送量を増加させて、効率的に発生場所から消費場所へガスを搬送することができる。
さらに、所定の発生場所で発生した組成がほぼ一定のバイオガスを消費場所へ搬送して利用しようとする使用条件にあっては、例えば、単一の貯蔵タンクに搬送用の吸着容器から送出する場合、当該吸着容器に吸着貯蔵されているバイオガスのほぼ全量を貯蔵タンクに送出させないと、貯蔵タンクに貯蔵されるバイオガスの組成を発生場所における組成に近いものとできない。これは、バイオガスが、複数のガスが混合された混合ガスであることに起因する。
また、同様の理由から、ガスの状態に応じた送出を行なうことができないと、例えば、送出先の貯蔵タンクが複数ある場合に、吸着容器からの送出順に従って順次各貯蔵タンクを満たしていくと、当該複数の貯蔵タンク間におけるガス濃度が偏った状態で貯蔵タンクにガスが貯蔵されてしまい、当該複数の貯蔵タンク間におけるガス濃度の均衡化を図ることができないおそれがある。同様に、例えば、前記複数の貯蔵タンク間におけるガス濃度の均衡化を図りつつ、当該ガス濃度を所定の消費機械等に用いるために必要な所定のガス濃度に維持したい場合であっても、貯蔵タンク内のガス濃度を所定のガス濃度に制御することができず、貯蔵タンク内のガス濃度を所定のガス濃度に近づけることができないおそれがある。
これにより、搬送用の吸着容器中の吸着材に吸着されたバイオガスの圧力に応じて、バイオガスの送出状態を適切に切り替えて、前記貯蔵タンクに所望の送出状態でバイオガスを送出することができる。また、所望の送出状態でバイオガスを送出することで、所望の送出状態のバイオガスを貯蔵タンクに貯蔵することができる。
これにより、前記容器圧力が前記貯蔵圧力よりも高い場合には、前記直接送出経路を介して、当該圧力差により、前記吸着容器内のバイオガスをそのまま貯蔵タンク内に送出することができる。したがって、当該送出についてポンプを利用する必要が無くなり、送出に必要な消費エネルギーを節約することができる。
また、前記容器圧力が前記貯蔵圧力と同じか若しくは低い場合には、前記ポンプ送出経路を介して、ポンプを作動させることにより、前記吸着容器内のバイオガスを貯蔵タンク内に送出することができる。
よって、必要な場合にのみポンプを作動させるように送出経路を選択することができ、送出に際して必要な消費エネルギーをできるだけ節約することができる。
これにより、前記容器圧力が前記貯蔵圧力以下の場合において、前記送出経路制御手段が、前記容器圧力が大気圧よりも高いときには前記圧縮ポンプ送出経路とし、バイオガスが容器圧力により吸着容器から圧縮ポンプ送出経路に自然に導入され、そのバイオガスの圧力を圧縮ポンプにより上昇させ、前記貯蔵タンク内にバイオガスを送出することができる。同様に、前記容器圧力が大気圧以下且つ前記貯蔵圧力が前記真空ポンプの吐出圧力よりも低いときには前記真空ポンプ送出経路とし、バイオガスを前記真空ポンプにより吸引して前記真空ポンプ送出経路に強制的に導入し、そのまま前記貯蔵タンクにバイオガスを送出することができる。同様に、前記容器圧力が大気圧以下且つ前記貯蔵圧力が前記真空ポンプの吐出圧力以上のときには前記真空圧縮ポンプ送出経路とし、バイオガスを前記真空ポンプにより吸引して当該真空圧縮ポンプ送出経路に強制的に導入しつつ、さらに、当該バイオガスの圧力を圧縮ポンプにより上昇させ、前記貯蔵タンク内にバイオガスを送出することができる。
よって、前記吸着容器内から前記貯蔵タンクにバイオガスを送出するに際し、前記圧縮ポンプと前記真空ポンプとを使い分けた上で、必要なときだけ前記圧縮ポンプと前記真空ポンプとの夫々を適宜作動させることができ、前記送出に必要な消費エネルギー節約することができる。
具体的には、前記受入濃度が前記基準濃度以上の場合にはバイオガスの前記送出先を前記複数の貯蔵タンク間において前記貯蔵濃度が低い貯蔵タンクとし、前記受入濃度が基準濃度よりも低い場合には前記送出先を前記複数の貯蔵タンク間において前記貯蔵濃度が高い貯蔵タンクとすることで、前記複数の貯蔵タンク間におけるバイオガス中のメタン濃度の均衡化を図ることができる。
[第1実施形態]
図1は、バイオガスの発生場所20から搬送用の吸着容器2に吸着されたバイオガスが搬送されて、バイオガスの消費場所30にある貯蔵タンク3に送出され、貯蔵されるまでの概略を示す図である。
また、消費場所30には、バイオガスが実際に消費される機械、設備等が存する場所のみならず、バイオガスを消費する機械、設備等へ供給するために貯蔵しておく貯蔵タンク3が存する場所をも含む。
なお、バイオガスは、メタン、二酸化炭素、硫化水素等を含み、メタンおよび二酸化炭素を主成分とする混合ガスである。
通常、バイオガスの組成は、発生場所20により所定の範囲内に維持される。従って、消費場所30において、そのバイオガスをそのまま全量使用すれば、その組成のガスを利用できる。また、消費場所30において、ガスの使用目的に応じて、ガスを目的の組成とすることができれば、複数のガスが混合された混合ガスであり、吸着状態で搬送され、消費場所30で吸着材2aから脱着圧力に応じて異なった組成で脱着されてくるバイオガスを、目的組成で利便性よく有効使用することができる。
吸着容器2の内部には、バイオガスを吸着可能な吸着材2aが充填されている。かかる吸着材2aは、バイオガスを吸着可能であれば、特に制限されないが、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、有機金属錯体(フマル酸銅、テレフタル酸銅、シクロヘキサンジカルボン酸銅など)などを用いることができる。これら吸着材2aは単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
本システム100は、図2に示すように、消費場所30において搬送用の吸着容器2から貯蔵タンク3にバイオガスを、送出経路4を介して送出するバイオガス送出システムである。
本システム100は、容器圧力検出手段5と、送出状態切替手段6としての送出経路切替手段6aと、制御手段7としての送出経路制御手段7aとを備える。
圧縮ポンプ送出経路4Bは、バイオガスが吸着容器2から、4方切替弁61および圧縮ポンプ8を通って、貯蔵タンク3に送出される経路である。
真空ポンプ送出経路4Cは、バイオガスが吸着容器2から、4方切替弁61、真空ポンプ9、3方切替弁62を通って、貯蔵タンク3に送出される経路である。
真空圧縮ポンプ送出経路4Dは、バイオガスが吸着容器2から、4方切替弁61、真空ポンプ9、3方切替弁62、圧縮ポンプ8を通って貯蔵タンク3に送出される経路である。
真空ポンプ9は、真空ポンプ送出経路4Cおよび真空圧縮ポンプ送出経路4Dにおいて、吸着容器2から送出されたバイオガスを吸引して、貯蔵タンク3側又は圧縮ポンプ8側にバイオガスを吐出する。真空ポンプ9から吐出されるバイオガスの吐出圧力は、真空ポンプ吐出圧力検出手段14により検出される。
なお、送出経路切替手段6aとして切替弁61、62を用いたが、バイオガスの送出経路4の切り替えが適切にできるように、適宜改変しても構わない。
そして、容器圧力が大気圧より高い場合には、圧縮ポンプ送出経路4Bを介して、バイオガスを貯蔵タンク3内に送出する(ステップ7)。これにより、吸着容器2内から圧縮ポンプ送出経路4Bへは圧力差によりそのまま導入し、圧縮ポンプ送出経路4Bから貯蔵タンク3内へは圧縮ポンプ8により昇圧して、バイオガスを送出することができ、必要な場合にのみ圧縮ポンプ8を用いることとして、送出に必要な消費エネルギーを節約することができる。
そして、貯蔵圧力が真空ポンプ9の吐出圧力より低い場合には、真空ポンプ送出経路4Cを介して、バイオガスを貯蔵タンク3内に送出する(ステップ9)。これにより、吸着容器2内から真空ポンプ送出経路4Cへは真空ポンプ9により吸引して強制的に導入し、真空ポンプ送出経路4Cから貯蔵タンク3内へは圧力差によりそのままバイオガスを送出することができ、必要な場合にのみ真空ポンプ9を用いることとして、送出に必要な消費エネルギーを節約することができる。
貯蔵圧力検出手段10を設けることにより、貯蔵タンク3の貯蔵圧力が変化する場合であっても、送出経路制御手段7aが、送出経路切替手段6aに対して当該貯蔵圧力の変化に対応した制御を行なうことができる。よって、送出経路4を貯蔵圧力の変化に対応した適切な送出経路4に切り替えてバイオガスを貯蔵タンク3に送出し、貯蔵することができることとなり、バイオガスを送出する際に必要な消費エネルギーをより適切に節約することができる。
上記第1実施形態では、本システム100を、特定の送出先の貯蔵タンク3に対するバイオガスの送出状態を切替制御するように構成したが、以下のように複数の貯蔵タンク3に対するバイオガスの送出状態を切替制御するように構成することもできる。
このように、複数の貯蔵タンク3を使用する場合は、貯蔵するバイオガスの組成(目的とする組成)に従って、バイオガスが混合ガスであるという特質から、それぞれの貯蔵タンク3への送出状態を工夫する必要が生じる。
さらに、上記第1実施形態における貯蔵タンク3が複数設けられており、当該複数の貯蔵タンク3の夫々におけるバイオガスのメタン濃度を貯蔵濃度として夫々検出する貯蔵濃度検出手段11を設けて、本システム200が構成される。尚、図4に示す本システム200の説明において、図1、図2に示す構成のうち、本システム200と同様の構成については、同じ符号を付すことで、説明を割愛する。
すなわち、図6に示すように、吸着容器2内の吸着材2aから脱着されるバイオガス中のメタンの体積濃度は、吸着容器2内の圧力が高くなるにつれて高くなり、圧力が低くなるにつれて低くなる傾向がある。一方、吸着容器2から脱着されるバイオガス中の二酸化炭素の体積濃度は、吸着容器2内の圧力が高くなるにつれて低くなり、圧力が低くなるにつれて高くなる傾向がある。したがって、送出時に、ある圧力値を基準圧力とすると、これを境界として、脱着されたバイオガス中においてメタン濃度の高いバイオガスが脱着されたり、メタン濃度の低いバイオガスが脱着されたりすることとなる。
発生場所20における状況との関係を説明すると、発生場所20においてバイオガスを吸着した圧力およびガス組成について一定の関係にある圧力を基準圧力として選択すると、発生場所20と同一の組成のガスを、脱着時に得ることができる。この基準圧力は、メタンおよび二酸化炭素の濃度、貯蔵圧力、バイオガス使用用途によるバイオガスの許容変動範囲等から適宜定めることとなる。
従って、複数設けられている貯蔵タンク3に送出されるバイオガスの組成管理(メタン濃度管理)に、この特性を利用することができる。
ここで、送出先を切り替えるとは、例えば、バイオガスの送出先としての貯蔵タンク31へ通じる送出経路31a若しくは貯蔵タンク32へ通じる送出経路32aに切り替えることである。
なお、当該第1送出先切替手段6bとして切替弁63を用いたが、バイオガスの送出先の切り替えが適切にできるように、適宜改変しても構わない。
そして、貯蔵タンク31の貯蔵濃度が高いときは、送出経路32aを介して、バイオガスを貯蔵濃度の低い貯蔵タンク32に送出する(ステップ6)。これにより、メタン濃度の高いバイオガスを、比較的貯蔵濃度の低い貯蔵タンク32に送出することができ、貯蔵タンク31および32間における貯蔵濃度の均衡化を図ることができる。
以上の説明において、第1送出先切替手段6bは圧力基準送出先切替手段6bと、第1送出先制御手段7bは圧力基準送出先制御手段7bと称することもできる。
上記第2実施形態では、本システム200を、容器圧力を用いて複数の貯蔵タンク3に対する送出先を切替制御するように構成したが、以下のように受入濃度を用いて複数の貯蔵タンク3に対する送出先を切替制御するように構成することもできる。
上記の第2実施形態では、基準圧力なる制御指標を組成管理に利用するものとしたが、この第3実施形態は、組成と等価な濃度を直接的に利用する。
また、貯蔵タンク3が複数設けられており、当該複数の貯蔵タンク3の夫々におけるバイオガス中のメタン濃度を貯蔵濃度として夫々検出する貯蔵濃度検出手段11を設け、さらに、吸着容器2から受け入れたバイオガス中のメタン濃度を受入濃度として検出する受入濃度検出手段12を設けて、本システム300を構成する。なお、吸着容器2に吸着させる際のバイオガス中における所定のメタン濃度を基準濃度として入力する基準濃度入力手段13を設けてもよい。なお、図7に示す本システム300の説明において、図1、図2若しくは図4に示す構成のうち、本システム300と同様の構成については、同じ符号を付すことで、説明を割愛する。
第2送出先切替手段6cは、後述する第2送出先制御手段7cからの制御を受けて、バイオガスの送出先として二つ設けられた貯蔵タンク31若しくは貯蔵タンク32のいずれにバイオガスを送出するかを切り替えることができるよう構成されている。具体的には、第2送出先切替手段6cは、吸着容器2の下流側であって、送出経路31aと送出経路32aとが分岐する箇所に、3方切替弁64が設けられる。
ここで、送出先を切り替えるとは、例えば、バイオガスの送出先としての貯蔵タンク31へ通じる送出経路31a若しくは貯蔵タンク32へ通じる送出経路32aに切り替えることである。
なお、当該第2送出先切替手段6cとして切替弁64を用いたが、バイオガスの送出先の切り替えが適切にできるように、適宜改変しても構わない。
これにより、受け入れられるバイオガス中のメタン濃度に応じて、当該バイオガスの送出先の貯蔵タンク31および貯蔵タンク32を適宜切り替え、貯蔵タンク31および貯蔵タンク32におけるバイオガス中のメタン濃度を増減させて、両貯蔵タンク31、32間においてメタン濃度の均衡化を図ることができる。
なお、第3実施形態では、上記第1実施形態における本システム100の構成を用いて、バイオガスを吸着容器2内の吸着材2aから特定の送出先としての貯蔵タンク31若しくは32に送出する際に、容器圧力と貯蔵圧力との関係に対応した送出経路4(直接送出経路4A、圧縮ポンプ送出経路4B、真空ポンプ送出経路4C、真空圧縮ポンプ送出経路4D)に適切に切り替えて、バイオガスを送出することもできる。これにより、吸着容器2内の吸着材2aに吸着されたバイオガスを、貯蔵タンク31、32に送出する際に必要な圧縮ポンプ、真空ポンプの消費エネルギーを適切に節約することができる。
以上の説明において、第2送出先切替手段6cは濃度基準切替手段6cと、第2送出先制御手段7cは濃度基準送出先制御手段7cと称することもできる。
上記第1〜第3実施形態において、消費場所30におけるバイオガスの使用目的に応じて、所望の湿度のバイオガスを吸着容器2に吸着、若しくは貯蔵タンク3に貯蔵するため、除湿機を設置することができる。具体的には、発生場所20においては、送出経路22の経路上に除湿機を設けることで、吸着容器2に吸着されるバイオガスの湿度を調整することができる。消費場所30においては、吸着容器2と貯蔵タンク3との間の送出経路4、送出経路31a、32aに除湿機を設けることで、貯蔵タンク3に貯蔵されるバイオガスの湿度を調整することができる。
上記第1〜第3実施形態においては、発生場所20で発生するバイオガス組成そのものであるバイオガスについて説明したが、本願に係り、吸着材が充填された吸着容器に貯蔵されて、搬送され、貯蔵タンクに送出されるバイオガスとしては、当然に、例えば、PSA(PRESSURE SWING ADSORPTION)などにより、メタン濃度が調整されたバイオガスでもよい。この場合も、バイオガスは複数のガス成分を含むこととなる。
2:吸着容器
3、31、32:貯蔵タンク
4:送出経路
4A:直接送出経路
4B:圧縮ポンプ送出経路
4C:真空ポンプ送出経路
4D:真空圧縮ポンプ送出経路
5:容器圧力検出手段
6:送出状態切替手段
6a:送出経路切替手段
6b:第1送出先切替手段
6c:第2送出先切替手段
7:制御手段
7a:送出経路制御手段
7b:第1送出先制御手段
7c:第2送出先制御手段
8:圧縮ポンプ
9:真空ポンプ
10:貯蔵圧力検出手段
11:貯蔵濃度検出手段
12:受入濃度検出手段
13:基準濃度入力手段
Claims (7)
- 生物学的処理に際して発生するバイオガスを吸着可能な吸着材を充填してなる搬送用の吸着容器が接続され、当該吸着容器から受け入れたバイオガスを貯蔵タンクに送り出すバイオガス送出システムであって、
前記吸着容器におけるバイオガスの圧力を容器圧力として検出する容器圧力検出手段と、
前記吸着容器から前記貯蔵タンクへのバイオガスの送出状態を切替可能な送出状態切替手段と、
前記容器圧力検出手段の検出結果に基づいて前記送出状態切替手段を制御する制御手段とを備えたバイオガス送出システム。 - 前記送出状態切替手段として、前記吸着容器から送出先の前記貯蔵タンクへのバイオガスの送出経路を、前記吸着容器から前記貯蔵タンクへ直接バイオガスを送出する直接送出経路と、前記吸着容器から前記貯蔵タンクへポンプを通じてバイオガスを送出するポンプ送出経路とに切替可能な送出経路切替手段を備え、
前記制御手段として、前記容器圧力が前記貯蔵タンクの貯蔵圧力よりも高い場合には前記直接送出経路とし、前記容器圧力が前記貯蔵圧力以下の場合には前記ポンプ送出経路とする形態で、前記容器圧力検出手段の検出結果に基づいて前記送出経路切替手段を制御する送出経路制御手段を備えた請求項1に記載のバイオガス送出システム。 - 前記送出経路切替手段が、前記ポンプ送出経路として、前記吸着容器から前記貯蔵タンクへ圧縮ポンプを通じてバイオガスを送出する圧縮ポンプ送出経路と、前記吸着容器から前記貯蔵タンクへ真空ポンプを通じてバイオガスを送出する真空ポンプ送出経路と、前記吸着容器から前記貯蔵タンクへ真空ポンプ及び圧縮ポンプを通じてバイオガスを送出する真空圧縮ポンプ送出経路とを切り替え可能に構成され、
前記送出経路制御手段が、前記容器圧力が前記貯蔵圧力以下の場合において、前記容器圧力が大気圧よりも高いときには前記圧縮ポンプ送出経路とし、前記容器圧力が大気圧以下且つ前記貯蔵圧力が前記真空ポンプの吐出圧力よりも低いときには前記真空ポンプ送出経路とし、前記容器圧力が大気圧以下且つ前記貯蔵圧力が前記真空ポンプの吐出圧力以上のときには前記真空圧縮ポンプ送出経路とする請求項2に記載のバイオガス送出システム。 - 前記貯蔵タンクにおけるバイオガスの圧力を前記貯蔵圧力として検出する貯蔵圧力検出手段を備えた請求項2又は3に記載のバイオガス送出システム。
- 前記貯蔵タンクが複数設けられ、
前記複数の貯蔵タンクの夫々におけるバイオガス中のメタン濃度を貯蔵濃度として夫々検出する貯蔵濃度検出手段を備え、
前記送出状態切替手段として、前記吸着容器から前記複数の貯蔵タンクへのバイオガスの送出先を切替可能な第1送出先切替手段を備え、
前記制御手段として、前記容器圧力が基準圧力よりも高い場合には前記送出先を前記複数の貯蔵タンク間において前記貯蔵濃度が低い貯蔵タンクとし、前記容器圧力が基準圧力以下の場合には前記送出先を前記複数の貯蔵タンク間において前記貯蔵濃度が高い貯蔵タンクとする形態で、前記容器圧力検出手段及び前記貯蔵濃度検出手段の夫々の検出結果に基づいて前記第1送出先切替手段を制御する第1送出先制御手段を備えた請求項1〜4の何れか1項に記載のバイオガス送出システム。 - 生物学的処理に際して発生するバイオガスを吸着可能な吸着材を充填してなる搬送用の吸着容器が接続され、当該吸着容器から受け入れたバイオガスを貯蔵タンクに送り出すバイオガス送出システムであって、
前記貯蔵タンクが複数設けられ、
前記吸着容器から受け入れたバイオガス中のメタン濃度を受入濃度として検出する受入濃度検出手段と、
前記複数の貯蔵タンクの夫々におけるバイオガス中のメタン濃度を貯蔵濃度として夫々検出する貯蔵濃度検出手段と、
前記吸着容器から前記複数の貯蔵タンクへのバイオガスの送出先を切替可能な第2送出先切替手段と、
前記受入濃度が基準濃度以上の場合には前記送出先を前記複数の貯蔵タンク間において前記貯蔵濃度が低い貯蔵タンクとし、前記受入濃度が基準濃度よりも低い場合には前記送出先を前記複数の貯蔵タンク間において前記貯蔵濃度が高い貯蔵タンクとする形態で、前記受入濃度検出手段及び前記貯蔵濃度検出手段の夫々の検出結果に基づいて前記第2送出先切替手段を制御する第2送出先制御手段とを備えたバイオガス送出システム。 - 前記吸着容器に吸着させる際のバイオガス中のメタン濃度を前記基準濃度として入力する基準濃度入力手段を備えた請求項6に記載のバイオガス送出システム。
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