JP2012101186A - バイオマスを原料とするメタン発酵装置およびメタン発酵槽の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】畜産規模の変化への対応や修理などが比較的容易で，導入・維持コストも比較的安価なメタン発酵装置の開発
【解決手段】精製機構にガスホルダを用いたメタン発酵装置。このガスホルダは，精製液体に満たされた凹状容器と前記凹状容器の精製液体に浮遊する凹状浮蓋を具備し，前記凹状容器の精製液体と前記凹状浮蓋の間に精製空間が形成されるガスホルダであることを特徴とする。精製機構を簡易化することにより，導入・維持コストの低減や修理等の対応が容易なメタン発酵装置を完成することができた。さらに，当該メタン発酵装置に，太陽熱温水器を備え，変温管理による温度制御をおこなうことにより，維持コストのさらなる低減を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は，家畜の糞尿等のバイオマスを原料とするメタン発酵装置およびメタン発酵槽の温度制御方法に関する。

メタン発酵装置とは，糞尿や生ゴミ等をメタン菌により発酵させ，可燃性のガスとして有用なメタンを生成する装置をいう。

メタン発酵装置は，家畜から生ずる糞尿からメタンを生成するのみならず，メタン菌発酵により，糞尿中に存在する雑菌や寄生虫を死滅させることが可能である。このようにメタン発酵装置は，メタンの供給というエネルギー的側面のみならず，廃棄処分される糞尿の有効活用および衛生的処理という点において環境的側面からも，畜産分野において必須の技術となっている。そのため，メタン発酵装置は，畜産規模や家畜の種類等に関わらず，あらゆる畜産業者にとって重要な技術である。

しかしながら最近では，比較的規模の大きい畜産業者を対象としたメタン発酵装置の開発が多くなされているのが現状であり，小規模畜産業者を対象としたメタン発酵装置の開発は少ない（特許文献１，２，３，４）。さらに，大規模畜産業者を対象としたメタン発酵装置は，建物と一体となっていたり，複雑な機械・器具等から構成され制御システムも複雑である。このように，先進的ともいえるメタン発酵装置（以下，先進的メタン発酵装置）の開発が多いのが現状である。

このような先進的メタン発酵装置は，導入コストが高い。そのため，小規模畜産業者が先進的メタン発酵装置の導入を行うことは難しいといえる。また，先進的メタン発酵装置は，畜産規模の変化に応じた仕様変更などに対応しづらい。同様に，先進的メタン発酵装置は，専門的な知識を持った者でなければ修理等は困難であり，その作業も複雑であって手間やコストのかかるものである。加えて，先進的メタン発酵装置は，比較的高価な消耗品を使用していることもしばしばであり，維持コストも比較的高価である。このことから先進的メタン発酵装置は，維持コストも含めて，必ずしもメインテナンス性に優れているとは言えない。

このような事情から，先進的メタン発酵装置は，小規模畜産業者が点在している地域での使用には不向きである。このことは，小規模畜産業者が比較的多く，家畜の糞尿による環境汚染が問題とされている東南アジアの国々での使用が制限されることを意味している。すなわち，先進的メタン発酵装置では，東南アジア地域での商業的機会を失うこととなってしまうことから，小規模畜産業者にも対応可能なメタン発酵装置の開発が望まれている。

特開２００５−１９８６１８号公報 特開２００９−１６７２３３号公報 特開２００４−０８３５４２号公報 特開２００７−３０８６００号公報

特開２００７−３０８６００号公報には，硫黄系不純物および水分を含有する原ガスを低コストで安定して精製することができるガス精製装置およびメタンの製造方法が開示されている。しかしながら，真空ポンプや複数の吸着塔，複数の吸着剤など多数の機械・器具を用いている精製装置を使用しているため，装置全体が非常に複雑であり必ずしもメインテナンス性に優れているとは言えず，導入・維持コストも比較的高価であり不利である。
特開２００９−１６７２３３号公報には，吸着剤を利用したバイオ発酵ガスからのメタン回収，精製方法が開示されている。しかしながら，Li，Na，Ca-A型ゼオライトなどの比較的高価な吸着剤を併用する複雑な精製方法を採用しており，導入・維持コストが比較的高価であり不利である。
特開２００４−８３５４２号公報には，比較的簡便な装置と方法により，メタン発酵ガスのカロリーアップを図り，精製されたメタンガスを燃料等の用途にも供給可能とする方法が開示されている。しかしながら，具体的な装置の構造は何ら開示されておらず，具体的な精製方法などは何ら開示していない。
特開２００５−１９８６１８号公報には，構造が簡単であり，経済的で小型化が可能なメタン発酵装置が開示されている。しかしながら，メタン発酵槽を温水により開示している以外の構成，たとえば発生したメタンガスの精製方法などは何ら開示していない。

これらに見られるように，従来技術は，メタン発酵装置の精製機構において，吸着剤を用いた比較的高価な消耗品や吸着塔装置などの大きな装置を用いている。確かに，メタン菌発酵により生成されたメタンガスは，一定程度の不純物を含むため，二酸化炭素の除去や脱硫工程などが必要である。しかしながら，このような複雑かつ高価な精製機構が原因となって，メタン発酵装置全体が複雑かつ高額なものとなっていることが多いことに発明者らは着目した。

上記事情に鑑み本発明では，メタン発酵装置の精製機構に着目し，畜産規模の変化への対応や修理などが比較的容易で，導入・維持コストも比較的安価なメタン発酵装置の開発を課題とする。

発明者らは，鋭意研究の結果，精製機構にガスホルダを用いたメタン発酵装置を完成させた。このガスホルダは，複雑な部品や電子基板等を要さず，簡易に組み立てることが可能である。本発明では，このガスホルダをメタン発酵装置の構成要素の一つとすることにより，畜産規模の変化への対応や修理などが比較的容易で，導入・維持コストも比較的安価なメタン発酵装置を完成させた。

本発明にかかる第一の請求項は，メタン発酵槽およびガスホルダを少なくとも具備するメタン発酵装置であって，前記ガスホルダが，精製液体に満たされた凹状容器と前記凹状容器の精製液体に浮遊する凹状浮蓋を具備し，前記凹状容器の精製液体と前記凹状浮蓋の間に精製空間が形成されるガスホルダであることを特徴とする。
本発明にかかる第二の請求項は，前記メタン発酵槽を加温するための太陽熱温水加温装置を備えるメタン発酵装置であることを特徴とする。
本発明にかかる第三の請求項は，前記ガスホルダに満たされた精製液体によりガスホルダ中のメタンガス濃度が高められるメタン発酵装置であることを特徴とする。

本発明にかかる第四の請求項は，下記の３つの条件から構成されるメタン発酵槽の温度制御方法により温度制御されるメタン発酵装置であることを特徴とする。
（条件１）太陽熱により加温された水がメタン発酵槽を温めるのに十分な第一の設定温度に達したとき，温水循環を開始する。ただし，条件３を満たす場合は，温水循環は開始されない。
（条件２）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第二の設定温度以下のときに，温水循環を開始する。ただし，条件１を満たさない場合は，温水循環は開始されない。
（条件３）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第三の設定温度以上のときに，温水循環を停止する。

本発明にかかる第五の請求項は，太陽熱温水器でメタン発酵槽を加温する際の温度の制御方法であって，下記の３つの条件から構成されるメタン発酵槽の温度制御方法であることを特徴とする。
（条件１）太陽熱により加温された水がメタン発酵槽を温めるのに十分な第一の設定温度に達したとき，温水循環を開始する。ただし，条件３を満たす場合は，温水循環は開始されない。
（条件２）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第二の設定温度以下のときに，温水循環を開始する。ただし，条件１を満たさない場合は，温水循環は開始されない。
（条件３）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第三の設定温度以上のときに，温水循環を停止する。
本発明にかかる第六の請求項は，前記第一の設定温度が２０℃以下，前記第二の設定温度が３０〜３６℃，前記第三の設定温度が３７〜３８℃の温度でそれぞれ設定される，メタン発酵装置またはメタン発酵槽の温度制御方法であることを特徴とする。

本発明にかかるメタン発酵装置によれば，精製機構を簡易化したことにより，メタン発酵装置全体をコンパクトかつ安価なものとすることが可能となり，導入コストの低減を図ることができる。また，酸発酵槽，メタン発酵槽，精製機構がそれぞれ独立した構造を有しているため，修理等も容易でありメインテナンス性に優れる。さらに，畜産規模の対応にも容易に対応しうる，優れた効果を有する。
また，太陽熱温水器の利用においては，日射量が多く，また，温暖地である場合により効率的かつ有利な利用につながるといえる。
従って日本国内にとどまらず，外国も含めた温暖地に適したコンパクトで速い反応速度を有する。エネルギー効率のよいメタン発酵装置ということもできる。
さらにこのように簡便かつ低コストの仕様で運用可能なシステムを併用することで家畜糞尿等バイオマス試料の有効利用が盛んになれば環境改善にもつながると期待される。

本発明にかかるメタン発酵装置の例 本発明にかかるガスホルダ 太陽温水器を用いた略式図 本発明にかかるメタン発酵装置によるガス発生量を示した図 本発明にかかるメタン発酵装置において，温度制御によるエネルギー消費を比較した図

ここでは，図１から３を用いて，本発明にかかるメタン発酵装置およびメタン発酵槽の温度制御方法を説明する。

本発明にかかるメタン発酵装置の例を図１に示す。本発明にかかるメタン発酵装置は，酸発酵槽１０，メタン発酵槽２０，２１およびガスホルダ３０，３１，３２を有し，それらが配管を通じてつながった構造となっている。

酸発酵槽１０は，家畜の糞尿や生ごみなどの搾汁液を溜め込み酸発酵させる役割を有し，メタン発酵装置に通常用いられる酸発酵槽を用いれば良い。また，図１のように１基の酸発酵槽を具備しても良いし，複数基であっても良い。畜産規模に応じた適切な数の酸発酵槽を選択することができるし，畜産規模の変化により，酸発酵槽の数を増やすことも可能である。また，本発明において酸発酵槽は任意の構成要素であり，酸発酵槽を備えない構成とすることができる。その場合には，メタン発酵槽に原料を直接投入する構造とすればよい。
酸発酵槽１０では，酸発酵槽内に沈殿する繊維等の不純物を除去しやすい構造とすることや，耐酸性，耐熱性，機械的強度を有することが必要である。また，酸発酵の過程でもガスが発生しうることから，酸発酵槽が密閉性を有することも必要である。加えて，本発明においては，輸出等が可能な程度の酸発酵槽の大きさとすることが必要である。
酸発酵槽１０は，不純物を除去しやすい構造となっている。すなわち，漏斗バルブ５０１を開放して漏斗５０から酸発酵槽１０に送液された搾汁液は，繊維や砂等の不純物を含んでいる。この不純物が，酸発酵槽の円錐の最下に蓄積することとなり，酸発酵槽バルブ１０１を開くことにより，酸発酵槽排出口１０２から容易に不純物を取り除くことができる。この場合，酸発酵槽１０の素材としては，例えば，FRP（Fiber Reinforced Plastics）を用いることができる。

メタン発酵槽２０，２１は，メタン菌による発酵とそれによるメタン生成の役割を有し，メタン発酵装置に通常用いられる発酵槽を用いればよい。また，酸発酵槽と同様，１基のメタン発酵槽を具備しても良いし，複数基であっても良く，畜産規模に応じた適切な数のメタン発酵槽を選択することができる。また，酸発酵槽と同様，畜産規模の変化により，メタン発酵槽の数を増やすことも可能である。
メタン発酵槽２０，２１では，メタン菌の活動を良好にするために適度な温度を保つ必要があるため，温度管理手段を備えていることが望ましい。詳細は後述するが，この場合，太陽熱温水器を備えることができる。加えて，メタン発酵槽内を均一な温度とするため，槽内の撹拌ができること望ましい。撹拌方法は特に限定することはないが，ポンプによる撹拌方法等を用いることができる。さらに，メタン菌は嫌気性細菌であることから，メタン発酵槽２０，２１は気密性を保つ必要がある。
その他の機能については，酸発酵槽と同様であり，耐酸性，耐熱性，断熱性，機械的強度が求められる。また，本発明においては，酸発酵槽と同様，輸出等が可能な程度のメタン発酵槽の大きさとすることが必要である。

図１に示すように，酸発酵槽１０，メタン発酵槽２０，２１は，段階的に高低差を設けて設置することが望ましい。これにより各槽間において圧力差が生じ，送液バルブ４０ないし４３を開け高低差による圧力を利用することにより，各槽の液を次の槽に送ることがより容易となり，ポンプ等の機器を用いる場合のエネルギーを低減させ，維持コストの低減を図ることができる。

本発明のメタン装置に用いられるガスホルダは，凹状浮蓋，凹状容器，精製液体からなり，凹状浮蓋と精製液体から形成される精製空間も必須の構成である。以下，本発明のメタン発酵装置に用いられるガスホルダ３０の例を，図２を用いて説明する。

凹状浮蓋３０１は，その開口部分が凹状容器３０２の底面を向いた形で，凹状容器３０２の精製液体３０３（ないし３０３’）中に浮遊する。詳細は後述するが，精製液体３０３ないし３０３’は，同一の液体でも良いし，異なる液体を用いることもできる。
凹状浮蓋３０１と精製液体３０３ないし３０３’面の間に，精製空間３０４が形成される。凹状浮蓋３０１には，ガス導入口３０１１とガス導出口３０１２があり，それぞれがバルブ等を用いて開閉可能となっている。メタン発酵槽などから生成したメタンガスは，ガス導入口３０１１から精製空間３０４に送り込まれ，精製空間３０４にメタンガスを一時的に溜め込むことが可能となる。浮蓋３０１は，取り込まれたメタンガスの量に応じて浮き上がり，結果として，精製空間３０４の容積が増加する。これとともに，浮蓋３０１自体の重さにより，メタンガスが精製液体３０３に接する圧力を増加させ，メタンガス中の所定の不純物を精製液体３０３ないし３０３’に溶解させる。例えば，メタン菌発酵により生ずるメタンガス中の主な不純物ガスである二酸化炭素を除去したい場合は，凹状容器３０２の精製液体３０３を二酸化炭素の溶解性が高い水酸化カルシウム水溶液または水酸化ナトリウム水溶液とする。これにより，メタンの水溶液への溶解を最小限にとどめつつ，二酸化炭素を効率的に除去することができる。また，精製液体３０３’を，水と交わらない液体であって，不純物を溶解しない液体とすることもできる。例えば，植物油などである。

凹状容器３０２と凹状浮蓋３０１の材質・大きさ・形状については特に限定する必要はない。材質については，液体と接するために，腐食しにくい素材であることが望ましい。例えば，プラスティック素材などである。また，大きさについては，精製空間３０４の容積変化に対応しうるよう，比較的高さを有するものを用いることが望ましい。さらに形状については，円筒形でもあってもよいし，多角形の筒状であってもかまわない。

凹状浮蓋３０１には，おもりやばね，ゴムなどを用いて，精製液体３０３への圧力を調整する手段を設けることもできる。また，凹状浮蓋３０１のアスペクト比を適切に設計することにより，内部圧力を設定することもできる。

なお，ガスホルダは，各槽からのガス発生量を計測する場合には，酸発酵槽ないしメタン発酵槽などそれぞれの槽ごとに設置することが望ましいが，これに限定するものではない。ただし，複数の発酵槽に共通のガスホルダを用いる場合は，各発酵槽間の圧力差による逆流等を防ぐため，圧力調整弁や開閉バルブ，切替バルブなどを備えることが望ましい。

本発明にかかるメタン発酵装置は，メタン発酵槽，ガスホルダを少なくとも具備するが，当然のことながら，その他の器具・部品等を備えることを排除するものではない。例えば，配管やバルブ，生ゴミを砕くための粉砕手段，脱硫装置などである。図１は，脱硫装置６０ないし６２を用いた例である。

続いて，本発明にかかるメタン発酵槽の温度制御方法を説明する。

前述の通り，本発明で用いられるメタン発酵装置は，メタン菌発酵のため，メタン発酵槽の温度制御手段を備えることが必要である。この温度制御手段として，太陽熱温水器を用いた変温管理による温度制御方法を用いることができる。

本願において「変温管理」とは，以下述べる３つの条件から構成されるメタン発酵槽の温度制御方法として定義される。
（条件１）太陽熱により加温された水がメタン発酵槽を温めるのに十分な第一の温度（例えば２５．０℃）に達したとき，温水循環を開始する。ただし，後に述べる条件３を満たす場合は，温水循環は開始されない。
（条件２）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第二の温度以下（例えば３５．９℃以下）のときに，温水循環を開始する。ただし，条件１を満たさない場合は，温水循環は開始されない。
（条件３）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第三の温度以上（例えば３７．０℃以上）のときに，温水循環を停止する。

条件１は，メタン発酵槽を温めるとともに，温められたメタン発酵槽を冷やさないための条件として設定される。この条件１で設定される第一の設定温度は，メタン発酵槽の設置される外気温との関係で決定することができる。すなわち，３６℃から３８℃に保たれているメタン発酵槽よりも外気の温度が低い場合，メタン発酵槽は外気により冷却されることとなる。この際の外気の温度と比較して，循環する水の温度が高ければ，メタン発酵槽の冷却はより緩やかになり，温度が保たれやすくなる。このことから，第一の設定温度は，「メタン発酵槽よりも外気の温度が低い場合の外気と同じ温度」として設定することができ特に限定する必要はないが，好ましくは３０℃以下の温度で設定することが好ましく，外気温の低い冬季には２０℃程度の温度で設定することがさらに好ましい。
条件２および条件３は，メタン菌の最適活動温度である３６℃から３８℃を保つための条件として設定される。
条件２は，温度の低下によるメタン菌の活動低下を防ぐために設定される。メタン菌の最適活動温度が，３６℃から３８℃であることを考慮すると，条件２で設定される第二の設定温度は，３０〜３６℃の間で設定することが好ましく，さらに好ましくは，３４〜３６℃の間で設定することが好ましい。
条件３は，過度の温度上昇によるメタン菌の活動低下を防ぐために設定される。メタン菌の最適活動温度が，３６℃から３８℃であることを考慮すると，条件３で設定される第三の設定温度は，３７℃以上の温度で設定すれば特に限定する必要はないが，好ましくは，３７〜３８℃で設定することができる。
これら３つの条件から構成される変温管理は，温められた水およびメタン発酵槽の温度をモニタリングすることが必要であるものの，温水循環の開始ないしは停止のみで，メタン発酵槽の温度を適切な温度に保ちうる。一方，恒常的な温度管理方法では頻繁なヒーターのオン・オフが繰り返され，それに伴い消費する電力も大きいことを考慮すると，変温管理は非常に経済的な温度制御方法である。

図３に，太陽熱温水器を用いた一例を示す。この太陽熱温水器は，変温管理により温度制御を行うことができる。すなわち，太陽熱温水器７０，メタン発酵槽２０および２１には，温度調節器が内蔵されている。太陽熱温水器の温水温度が２５℃以上であってメタン発酵槽２０および２１の温度が３６℃未満の場合，ポンプ８０が作動し，図中の矢印の方向に温水循環が開始される。これによりメタン発酵槽２０および２１が温められていくが，この温水循環は３６℃を超えても行われ，メタン発酵槽２０および２１の温度が，３７℃に達したときポンプ７０が停止し，温水循環は停止する。

以下，本発明にかかるメタン発酵装置を，実施例をあげ詳しく説明するが，当然のごとく，本発明はこの内容に限定されるものではない。

＜＜実施例１，２＞＞
本発明にかかるメタン発酵装置のメタンガス生成を確認するとともに，ガスホルダによるメタンガス純度の精製能を確認するために行った。さらに，メタン発酵槽の温度制御方法の違いによるメタン生成量を比較するために行った。
以下では，メタン発酵槽等により生じた二酸化炭素等の不純物を含んだメタンガスを「バイオガス」と，バイオガスがガスホルダを通じ精製されたものを「メタンガス」という。

１ メタン発酵装置の概要
(1) 気候や気温が同じ条件で比較実験ができるように，メタン発酵装置を２基製作し，それぞれを実施例１，実施例２とした。いずれの実施例においても装置の構成はほぼ同じであり，異なるのはメタン発酵槽の温度制御に関する構成のみである。実施例１は本発明にかかる変温管理方法にて，実施例２はラバーヒーターを用いた恒常温度管理方法にて，温度制御を行った。
(2) いずれの実施例でも，酸発酵槽を１基，メタン発酵槽を２基用いた。
ア それぞれの槽は，高さの違いによる圧力差を利用し溶液を次の槽に送るため，図１のように槽の高さが順々に低くなるように設置した。また，槽中の溶液に温度むらがないよう，それぞれの槽の攪拌をポンプにより定期的に行った。
イ 酸発酵槽の容量は２６Ｌとした。槽の形状は円柱の下に円錐をつなげた形とした。槽のフランジ部とアクリル製の蓋との間にシリコンゴムパッキンを挟み，ボルト・ナットで締めつける設計で気密性を保てるようにした。また，槽本体の材質はFRP（Fiber Reinforced Plastics）を採用した。
ウ メタン発酵槽は，酸発酵槽と同様のものを用いた。また，メタン発酵槽においては，マグネットポンプによる撹拌に加えて，ポンプにより槽下部から溶液を吸い込み，槽上部に円周方向に吐き出しを行い槽内に流れを作ることによる撹拌も行った。このポンプは，メタン発酵槽ごとに取付けられ，ON/OFFタイマーを使用して29分毎に1分間，発酵槽内の溶液の攪拌を行った。
オ 酸発酵槽に入れる搾汁液は漏斗を用いて補充を行った。
カ メタン発酵槽それぞれにガスホルダを設置し，ガス発生量を計測するとともに，貯めたガスの量の計測を行った。また，メタン発酵槽内の溶液の滞留期間とバイオガスの発生量も調べた。
キ 実施例１のメタン発酵槽には，図３のように太陽熱温水器を取付け，変温管理により温度制御を行った（詳細は後述）。
ク 実施例２のメタン発酵槽には，ラバーヒーターを取付け，恒温制御により温度制御を行った（詳細は後述）。
(3) ガスホルダは，直立させ下方を塞いだ250Aの塩ビ管を凹状容器（円筒形状，外径26.7cm，内径25cm，高さ200cm）として用い，水を精製液体として凹状容器を満たした。その中に，浮蓋として上方を塞いだ210A の塩ビ管（円筒形状，外径21.6cm，内径21.0cm，高さ200cm）を沈めた。浮蓋上方には，3/8PT のタケノコニップルを2 つ取り付け，これらをそれぞれガス導入口，ガス導出口とした。それぞれの槽から発生したガスは，ガス導入口からガスホルダ中に形成される精製空間に入り，入ったガスの量に比例して浮蓋が浮くことになる。溜まったガスは，浮蓋が自重で下がることにより，ガス導出口から流れ出される。この際，設置されたガス流量計により，流量の計測を行った。
(4) それぞれの槽に取り付けられたガス導出口からつながる配管には，硫化水素除去のため，コイル状の酸化させた鉄の切り子を使用した脱硫装置を設置した。このコイル状の酸化させた切り子を用いることにより，発生するメタンガスとの接触面積が大きくなり，従来型より効率よく脱硫を行うことができ，メタン発酵装置の小型化を図ることができる。
(5) いずれの実施例においても，発酵槽及び温水器に熱電対を取付け，温度測定を行い，1分間毎にデータロガーに記録した。
ア 実施例１の温度制御は，変温管理により行った。すなわち，温水器の水温が２５℃を越えたとき，実施例１のメタン発酵槽1の温調器の電源がONになり，その後，メタン発酵槽1内の温度が３６℃を下回ったときに温水循環が開始される。この温水循環は，メタン発酵槽1内の温度が３７℃を超えたときに停止する
イ 実施例２の温度制御は，恒温制御により行った。実施例２のメタン発酵槽１，２に取り付けたラバーヒーターは，メタン発酵槽１に取付けられた熱電対で計測された温度をもとに温調器によってON/OFF制御され，メタン発酵槽1の温度が３６℃を下回ったときにラバーヒーターの電源がONになるようにした。また，メタン発酵槽1の温度が３８℃を超えたときラバーヒーターの電源はOFFになるという制御を24時間行った。
(6) 補機類には電力量計を取り付け，消費電力量を計測できるようにした。

２ 実験方法
(1) 週に１回，家畜の糞尿から破砕・搾汁した溶液約14Ｌを酸発酵槽に導入した。
(2) 下記の作業を毎朝９時におこなった。
(i) はじめにメタン発酵槽2 から消化液を２Ｌ抜き取りメタン発酵槽1 からメタン発酵槽2 に溶液を２Ｌ送った。
(ii) 次にメタン発酵槽1 に酸発酵槽から溶液２Ｌを送った。溶液を次の槽に送る前に攪拌を行った。
(3) バイオガスの発生量の計測は朝に溶液を槽間移動させる前と17時頃の計2回行った。
(4) 温度管理のため補機類を作動させているときは，槽内の溶液に温度むらができないよう定期的にポンプで攪拌を行い，適温３７℃を保った。冬場の運転であったので，夜間には太陽熱温水器の温水の温度が下がり，夜間の温水循環は行われなかった。
(5) 発生したバイオガスは脱硫装置を経由しガスホルダに溜まり，流量計をガスホルダに取り付けガスを開放する際に発生量を計測した。併せて，電力量計により消費電力量を記録した。

３ 実験結果
(1) 図４に，実施例１と実施例２のガス発生量の比較を示す。グラフ中，棒グラフがその日におけるガスガス発生量を，線グラフはガス発生量の積算値を示している。変温管理の実施例１は，恒温制御と比較して，各日のガス発生量が安定しなかった。これは，後述のとおり，その日の天候が原因である。すなわち，天候によりその日の日照時間が変化し，場合によっては温水の温度が２５℃を超えず，温水循環が開始されないからである。しかしながら，ガス発生量の積算値では，恒温制御によるガス発生量の約30％に相当するガスを変温管理で生産できることがわかった。
(2) 変温管理では，晴天で日射量が多い日は，日が昇るとともに温水器の水温が上昇し，午前中から温水循環が開始されていることが分かった。また，正午を過ぎた辺りで温水器の水温が40℃を超え，翌朝9時まで温水循環が行えていることが分かった。
一方，天候が雨で日射がない日では，温水器の水温が温調器の設定温度である２５℃を超えず循環が行われていないことが分かった。
(3) 図５に，実施例１と実施例２における電力消費の比較を示す。消費電力の平均をとると，変温管理は，恒温制御において一日に必要な消費電力の約９％という，非常に少ない電力で運転できることが分かった。
(4) いずれの実施例においても，気体検知管による濃度測定においてバイオガス中に含まれる二酸化炭素濃度３５％がおよそ10%程度にまで減少し，日によっては1%以下にまで減少した。このことから，ガスホルダにより，発生したメタンガスの精製が効果的に行われていることが確認できた。
(5) いずれの実施例においても，硫化水素濃度を検知管で測定したところ，検出限界以下であったことから，脱硫が適切に行われていたことが確認できた。
(6) 以上より，いずれの実施例においてもメタンガスが発生していたこと，およびガスホルダによる高いバイオガス精製能が確認された。また，変温管理は，恒温制御よりも効率よく運転できることが確認できた。

１０・・・酸発酵槽
１０１・・・酸発酵槽バルブ
１０２・・・酸発酵槽排出口
２０，２１・・・メタン発酵槽
２０１，２１１・・・メタン発酵槽バルブ
２０２，２１２・・・メタン発酵槽排出口
３０〜３２・・・ガスホルダ
３０１・・・凹状浮蓋
３０１１・・・ガス導入口
３０１２・・・ガス導出口
３０２・・・凹状容器
３０３，３０３’・・・精製液体
３０４・・・精製空間
４０〜４３・・・送液バルブ
５０・・・漏斗
５０１・・・漏斗バルブ
６０〜６２・・・脱硫装置
７０・・・太陽熱温水器
８０・・・ポンプ

Claims (6)

1. メタン発酵槽およびガスホルダを少なくとも具備するメタン発酵装置であって，前記ガスホルダが，精製液体に満たされた凹状容器と前記凹状容器の精製液体に浮遊する凹状浮蓋を具備し，前記凹状容器の精製液体と前記凹状浮蓋の間に精製空間が形成されるガスホルダであることを特徴とするメタン発酵装置。
2. 前記メタン発酵槽を加温するための太陽熱温水加温装置を備えた，請求項１に記載のメタン発酵装置。
3. 前記ガスホルダに満たされた精製液体によりガスホルダ中のメタンガス濃度が高められることを特徴とする請求項1又は２に記載のメタン発酵装置。
4. 下記の３つの条件から構成されるメタン発酵槽の温度制御方法により温度制御される，請求項２又は３に記載のメタン発酵装置。
   （条件１）太陽熱により加温された水がメタン発酵槽を温めるのに十分な第一の設定温度に達したとき，温水循環を開始する。ただし，条件３を満たす場合は，温水循環は開始されない。
   （条件２）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第二の設定温度以下のときに，温水循環を開始する。ただし，条件１を満たさない場合は，温水循環は開始されない。
   （条件３）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第三の設定温度以上のときに，温水循環を停止する。
5. 太陽熱温水器でメタン発酵槽を加温する際の温度の制御方法であって，下記の３つの条件から構成されるメタン発酵槽の温度制御方法。
   （条件１）太陽熱により加温された水がメタン発酵槽を温めるのに十分な第一の設定温度に達したとき，温水循環を開始する。ただし，条件３を満たす場合は，温水循環は開始されない。
   （条件２）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第二の設定温度以下のときに，温水循環を開始する。ただし，条件１を満たさない場合は，温水循環は開始されない。
   （条件３）メタン発酵槽の温度が，メタン菌の活動を低下させる第三の設定温度以上のときに，温水循環を停止する。
6. 前記第一の設定温度が２０℃以下，前記第二の設定温度が３０〜３６℃，前記第三の設定温度が３７〜３８℃の温度でそれぞれ設定される，請求項４ないし５記載のメタン発酵装置またはメタン発酵槽の温度制御方法。