JP2020146602A - バルーン型発酵槽及び当該バルーン型発酵槽を備えるバイオガス発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の第1実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第1発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
図1は、第1発酵槽の構成の一例を示す模式的な断面図である。図1に示す第1発酵槽101の本体部111は、両端が閉じられた略円筒状の形状を有するが、発酵原料並びに発酵原料の発酵によって生ずるバイオガス及び消化液を外部に漏らすこと無く内部空間に収容することが可能である限り、本体部の形状は特に限定されない。図1の(a)は略円筒状の形状を有する本体部111の軸を含む平面による第1発酵槽101の模式的な断面図であり、(b)は本体部111の軸に直交する平面による第1発酵槽101の模式的な断面図であり、(c)は(b)において破線によって囲まれている領域Aの拡大図である。
上記のように、第1発酵槽においては、柔軟な材料によって構成され且つ熱媒体の流路を含む第1加熱部材が本体部の外表面に常に接触するように設けられている。これにより、バイオガスの滞留状況に応じて本体部が伸縮及び/又は変形しても、本体部の伸縮及び/又は変形に追従して第1加熱部材が変形することができるので、本体部の内部空間に収容された内容液を確実且つ効果的に加熱することができる。
以下、本発明の第2実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第2発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第2発酵槽は、上述した第1発酵槽を始めとする本発明発酵槽であって、弾性体を含む部材である固定用部材を更に備える。更に、第1加熱部材は、固定用部材によって本体部の外表面に締め付けられるように構成されている。
上記のように、第2発酵槽においては、固定用部材によって第1加熱部材が本体部の外表面に締め付けられているので、第1加熱部材の本体部の外表面への接触をより確実に維持することができる。その結果、バイオガスの滞留状況に応じた本体部の伸縮及び/又は変形に対して第1加熱部材がより確実に追従することができるので、本体部の内部空間に収容された内容液をより確実且つ効果的に加熱することができる。
以下、本発明の第3実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第3発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第3発酵槽は、上述した第1発酵槽又は第2発酵槽を始めとする本発明発酵槽の何れかであって、第1加熱部材が本体部の外表面に接着されている、バルーン型発酵槽である。
上記のように、第3発酵槽においては、第1加熱部材が本体部の外表面に接着されているので、第1加熱部材の本体部の外表面への接触をより確実に維持することができる。その結果、バイオガスの滞留状況に応じた本体部の伸縮及び/又は変形に対して第1加熱部材がより確実に追従することができるので、本体部の内部空間に収容された内容液をより確実且つ効果的に加熱することができる。
以下、本発明の第4実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第4発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第4発酵槽は、上述した第1発酵槽乃至第3発酵槽を始めとする本発明発酵槽の何れかであって、第1加熱部材は、バルーン型発酵槽の定常状態における本体部の外表面に沿う形状に成形されており、弾性変形及び復元力によりバルーン型発酵槽の使用時における本体部の伸縮及び/又は変形に追従して変形することにより本体部の外表面との接触を維持するように第1加熱部材が構成されている、バルーン型発酵槽である。
上記のように、第4発酵槽においては、バルーン型発酵槽の定常状態における本体部の外表面に沿う形状に第1加熱部材が予め成形されている。上述したように第1加熱部材は柔軟な板状の部材であるので、弾性変形及び復元力によりバルーン型発酵槽の使用時における本体部の伸縮及び/又は変形により確実に追従して変形することができる。その結果、第1加熱部材の本体部の外表面への接触をより確実に維持することができるので、本体部の内部空間に収容された内容液をより確実且つ効果的に加熱することができる。
以下、本発明の第5実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第5発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第5発酵槽は、上述した第1発酵槽乃至第4発酵槽を始めとする本発明発酵槽の何れかであって、断熱材によって構成された断熱部材を更に備える。断熱部材は、本体部の外表面の第1加熱部材が配設されていない領域(第3領域)の少なくとも一部を覆うように配設されている。当然のことながら、本体部の外表面の第1加熱部材が配設されていない領域(第3領域)を経由する内容液からの放熱を低減する観点からは、第3領域の全てを覆うように断熱部材が配設されていることが好ましい。但し、当然のことながら、この場合も、本体部の内部と外部とを連通又は接続するための構成部材を挿通するための貫通孔を断熱部材に設けることができることは言うまでも無い。このような構成部材の具体例としては、例えば、前述した導入口、ガス取出口及び排出口、並びに後述する温度センサ等との電気的接続のための端子等を挙げることができる。
上記のように、第5発酵槽においては、断熱材によって構成された断熱部材により、本体部の外表面の第1加熱部材が配設されていない領域(第3領域)の少なくとも一部が覆われている。その結果、第3領域を経由する内容液からの放熱が低減され、本体部の内部空間に収容された内容液の温度を嫌気性発酵に好適な温度に維持することが更に容易となる。
以下、本発明の第6実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第6発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第6発酵槽は、上述した第1発酵槽乃至第4発酵槽を始めとする本発明発酵槽の何れかであって、第1加熱部材は、上述した対向領域の少なくとも一部のみならず、本体部の外表面の対向領域以外の領域である非対向領域の少なくとも一部をも覆うように配設されており、非対向領域に対向する領域が少なくとも2つの部分領域に分割されている、バルーン型発酵槽である。当然のことながら、本体部の外表面の第1加熱部材が配設されていない領域(第3領域)を経由する内容液からの放熱を低減する観点からは、本体部の外表面の全てを覆うように第1加熱部材が配設されていることが好ましい。但し、当然のことながら、この場合も、本体部の内部と外部とを連通又は接続するための構成部材を挿通するための貫通孔を第1加熱部に設けることができることは言うまでも無い。このような構成部材の具体例としては、例えば、前述した導入口、ガス取出口及び排出口、並びに後述する温度センサ等との電気的接続のための端子等を挙げることができる。
上記のように、第6発酵槽においては、対向領域の少なくとも一部のみならず、非対向領域の少なくとも一部をも覆うように、第1加熱部材が配設されている。その結果、例えば本発明に係るバルーン型発酵槽(本発明発酵槽)の部品点数の増加、構成の複雑化及び製造工程の煩雑化等の問題を低減しつつ、本体部の内部空間に収容された内容液の保温効果を更に高めることができる。
以下、本発明の第7実施形態に係るバルーン型発酵槽(以降、「第7発酵槽」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第7発酵槽は、上述した第6発酵槽であって、上述した部分領域の間に形成され得るギャップ及び本体部の内部と外部とを連通又は接続するための構成部材を挿通するための貫通孔を除き、本体部の外表面の全ての領域を覆うように第1加熱部材が配設されている、バルーン型発酵槽である。前述したように、本体部の内部と外部とを連通又は接続するための構成部材の具体例としては、例えば、前述した導入口、ガス取出口及び排出口、並びに後述する温度センサ等との電気的接続のための端子等を挙げることができる。
上記のように、第7発酵槽においては、バイオガスの滞留状況に応じた第7発酵槽の伸縮及び/又は変形に対する第1加熱部材の追従を容易にするためのギャップ及び本体部の内部と外部とを連通又は接続するための構成部材を挿通するための貫通孔を除き、本体部の外表面の全ての領域を覆うように第1加熱部材が配設されている。その結果、本体部の内部空間に収容された内容液の保温効果を大幅に高めることができる。
以下、本発明の第8実施形態に係るバイオガス発電システム(以降、「第1システム」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第1システムは、上述した第1発酵槽乃至第7発酵槽を始めとする本発明発酵槽の何れかと、発電部と、原料供給部と、ガス供給部と、第1循環部と、を備えるバイオ発電システムである。
上記のように、第1システムにおいては、当該システムにおいて発生するバイオガスを燃料として使用する内燃機関によって駆動される発電機によって発電することができる。しかも、内燃機関からの排熱を利用して嫌気性発酵に好適な温度に発酵槽の温度を維持することができるので、第1システムが設置される場所の気候等に拘わらずバイオガスを安定的に発生させることができる。また、上述したように、余剰の電力、バイオガス及び熱媒体(温水)を様々な用途に利用することができるので、結果的に極めて高いエネルギー効率を達成することができる。更に、第1システムにおいては、発電機を駆動する動力源としての内燃機関の燃料を有機性廃棄物から発生させることができるので、ランニングコストの削減のみならず、炭酸ガスの発生に起因する地球環境への負荷の軽減をも達成することができる。
以下、本発明の第9実施形態に係るバイオガス発電システム(以降、「第2システム」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第2システムは、上述した第1システムを始めとする本発明システムであって、温度センサと、制御部と、を更に備えるバイオ発電システムである。温度センサは、本体部の内部空間に収容されている発酵原料の温度である原料温度を検出するように構成されている。温度センサの構成は、内部空間に収容されている発酵原料の温度を検出することが可能である限り、特に限定されない。このような温度センサの具体例としては、例えば、内部空間に収容されている内容液(発酵原料及び消化液を含む液状物)の液面よりも下に位置するように配設された熱電対等を挙げることができる。
上記のように、第2システムにおいては、温度センサによって検出される原料温度に基づいて媒体流路を経由する熱媒体の循環を制御部が停止したり開始したりすることにより本体部の内部空間に収容されている発酵原料の温度を嫌気性発酵に好適な範囲内に収めることができる。従って、第2システムが設置される場所の気候の寒暖に拘わらず、本体部の内部空間に収容された内容液の温度を嫌気性発酵に好適な温度に容易に維持することができるので、バイオガスをより確実且つ効果的に発生させて、より高いエネルギー効率を達成することができる。
以下、本発明の第10実施形態に係るバイオガス発電システム(以降、「第3システム」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第3システムは、上述した第1システム及び第2システムを始めとする本発明システムの何れかであって、原料供給部が第2加熱部材を更に備え、且つ、内燃機関からの排熱によって暖められた熱媒体を第2加熱部材に供給するように構成された第2循環部を更に備える、バイオ発電システムである。第2加熱部材は、原料供給部における発酵原料の供給経路において導入口よりも上流側に配設され且つ第2循環部によって供給される熱媒体によって発酵原料を加熱するように構成されている。
上記のように、第3システムにおいては、内燃機関からの排熱によって暖められた熱媒体を第2循環部によって原料供給部に供給し、新たに投入される発酵原料を本体部の内部空間に導入される前に加熱(予熱)することができる。従って、例えば寒冷地等において、新たに投入される発酵原料の温度が低い場合であっても、発酵原料が発酵槽に到達する前に予め加熱されるので、発酵原料の投入に伴う発酵槽の温度の低下を低減することができる。その結果、発酵原料の温度の低下に伴うバイオガス発生量の減少を低減し、システム全体としてのエネルギー効率が低下を防止することができる。
上述した第3システム1003においては、図15において破線によって囲まれている領域Sに示すように、第2循環部700を構成する第2経路710が第1循環部500を構成する第1経路520の途中から分岐しており、熱媒体が常に第2加熱部材330に供給されている。しかしながら、例えば上述したように新たな発酵原料が特定の時刻にのみ投入される場合等、新たな発酵原料が連続的に投入されない場合においては、熱媒体が常に第2加熱手段330に供給される必要は無い。
Claims (14)
- 防水性を有する柔軟なシート状部材によって形成された容器である本体部と、
前記本体部の内部空間に発酵原料を導入するための導入口と、
前記発酵原料の発酵によって生ずるバイオガスを前記内部空間から排出するためのガス取出口と、
前記発酵原料の発酵によって生ずる消化液を前記内部空間から排出するための排出口と、
を備えるバルーン型発酵槽であって、
熱媒体が流れることができる経路である媒体流路及び当該媒体流路を保持する基材である第1基材を含む柔軟な板状の部材である第1加熱部材を更に備え、
前記第1加熱部材は、前記媒体流路が保持されている領域である加熱領域の少なくとも一部が前記バルーン型発酵槽の使用時に前記内部空間に収容されている前記発酵原料及び前記消化液に対して前記シート状部材を挟んで対向する前記本体部の外表面の領域である対向領域の少なくとも一部に常に接触するように配設されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1に記載されたバルーン型発酵槽であって、
前記媒体流路は、前記第1基材の内部に埋設されたチューブ又は前記シート状部材の外表面に対向する前記第1基材の表面に形成された溝に嵌め込まれたチューブによって構成されており、
前記第1基材は、断熱材によって構成されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1又は請求項2に記載されたバルーン型発酵槽であって、
前記第1加熱部材は、所定の大きさ及び構成を有する1つ又は2つ以上の基本ユニットによって構成されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載されたバルーン型発酵槽であって、
弾性体を含む部材である固定用部材を更に備え、
前記第1加熱部材は、前記固定用部材によって前記本体部の外表面に締め付けられるように構成されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載されたバルーン型発酵槽であって、
前記第1加熱部材は、前記本体部の外表面に接着されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載されたバルーン型発酵槽であって、
前記第1加熱部材は、前記バルーン型発酵槽の定常状態における前記本体部の外表面に沿う形状に成形されており、弾性変形及び復元力により前記バルーン型発酵槽の使用時における前記本体部の伸縮及び/又は変形に追従して変形することにより前記本体部の外表面との接触を維持するように構成されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載されたバルーン型発酵槽であって、
断熱材によって構成された断熱部材を更に備え、
前記断熱部材は、前記本体部の外表面の前記第1加熱部材が配設されていない領域の少なくとも一部を覆うように配設されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載されたバルーン型発酵槽であって、
前記第1加熱部材は、
前記対向領域の少なくとも一部のみならず、前記本体部の外表面の前記対向領域以外の領域である非対向領域の少なくとも一部をも覆うように配設されており、
前記非対向領域に対向する領域が少なくとも2つの部分領域に分割されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項8に記載されたバルーン型発酵槽であって、
前記第1加熱部材は、前記部分領域の間に形成され得るギャップ及び前記本体部の内部と外部とを連通又は接続するための構成部材を挿通するための貫通孔を除き、前記本体部の外表面の全ての領域を覆うように配設されている、
バルーン型発酵槽。 - 請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載されたバルーン型発酵槽と、
前記バイオガスを燃料として使用する内燃機関及び前記内燃機関によって駆動されるように構成された発電機を含む発電部と、
前記導入口を介して前記発酵原料を前記内部空間へと供給するように構成された原料供給部と、
前記ガス取出口を介して前記バイオガスを前記内燃機関へと供給するように構成されたガス供給部と、
前記内燃機関からの排熱によって暖められた熱媒体を前記媒体流路に循環させるように構成された第1循環部と、
を備えるバイオ発電システム。 - 請求項10に記載されたバイオ発電システムであって、
前記内部空間に収容されている前記発酵原料の温度である原料温度を検出するように構成された温度センサと、
前記原料温度が所定の上限温度以上であるときは前記媒体流路を経由する前記熱媒体の循環を停止し、前記原料温度が所定の下限温度未満であるときは前記媒体流路を経由する前記熱媒体の循環を開始するように前記第1循環部を制御する制御部と、
を更に備える、
バイオ発電システム。 - 請求項10又は請求項11に記載されたバイオ発電システムであって、
前記原料供給部は、前記発酵原料の供給経路において前記導入口よりも上流側に配設され且つ前記発酵原料を前記熱媒体によって加熱するように構成された第2加熱部材を更に備え、
前記熱媒体を前記第2加熱部材に供給するように構成された第2循環部を更に備える、
バイオ発電システム。 - 請求項12に記載されたバイオ発電システムであって、
前記第2循環部は、前記第2加熱部材への前記熱媒体の循環経路である第2経路の遮断と開放とを切り替えるように構成された切り替え機構を備える、
バイオ発電システム。 - 請求項13に記載されたバイオ発電システムであって、
前記切り替え機構は、前記第2経路を開放するときは前記媒体流路を経由する前記熱媒体の循環経路である第1経路を遮断し、前記第2経路を遮断するときは前記第1経路を開放するように構成されている、
バイオ発電システム。
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