JP3913676B2 - バイオマスよりメタンガスを取り出す為のガレージ式バイオガス発酵槽 - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスよりメンタンガスを取り出すために、一つの床と複数の壁面、一つのバイオガス排出抗、及び扉によって気密に閉鎖可能な一つの搬入・搬出口を含むガレージ式のバイオガス発酵槽に関するものである。
【０００１】
生物々質の発酵の際、既に広く普及しているコンポスト化に対する代替方法が問題となっている。その場合バイオガス（特にメタンガス）を創出するのに適したバクテリアの嫌気性雰囲気の内でバイオマスは分解されるが、その際単段階方法も二段階方法（加水分解段階とメタンガス分解段階）も提案され済みである。（例えば、ドイツ特許１９５１６３７８Ａ１、及びドイツ特許ｌ９５１８２３４Ａ１参照）
その場合従来は、殆ど湿式発酵処方で発酵されており、この場合、バイオマスを発酵以前に、ポンプでのくみ出しや攪拌可能な均一な粥状物を作るために前処理する必要があった。この湿式発酵処方の欠点は、バイオマスのこの様な前処理が面倒である事、及び特に異物を顧慮して、そのような湿式発酵処方は比較的妨害されやすい事である。この様な背景より、最近では乾式発酵処方への関心が増加してきた。
【０００２】
欧州特許０９３４９９８Ａ２によって、散布したり積み上げたりする事の可能な、或いは塊状に固まり易く接種されたバイオマスよりメタンガスを取り出す処方が知られており、この場合には、一つの容器の中で、空気を通す袋（例えばフォイル）に入っているバイオマスに、一回投与として接種物質が投与され、そのようにして創出した反応マスは空気を遮断する事で追加接種を必要としないで発酵が進む様になっている。この処方の実施にあたっては、一本の突き針をバイオガスを包み込む袋に刺してバイオマス中に入れ、これを通してまず腐朽させるためにバイオマスに空気をあて、続いて液状のバクテリア接種物質を流し込み、発酵中に発生するバイオガスを取り出す様になっている。もう一つの方法として、バイオマスから成るプレスした塊をフォイルで包む際に、その接種物質を一緒に混ぜる方法もあるが、この場合には、この塊は腐朽した後、強制的又は自然に空気が取り除かれ、必要な場合には、水が加えられる様になっている。
【０００３】
ドイツ特許４４３７７１７Ｃ１は、容量が可変で、一つの補正用の槽を備えた１段式と２段式プロセス用主発酵槽に関するものである。この主発酵槽は、均一なバイオマスを得る為とガス混合物を分ける為の一つの方法として適している。
請求項１の上位概念によるガレージ式のバイオガス発酵槽は、欧州特許２３１７６Ａ２から知られている。発酵されるバイオマスを載せたこの発酵槽の床は、水平の格子状物を含み、該格子状物を通してバイオマスを好気性処理している間に空気を循環させ、好気性処理段階で生じる液体を排出する。
その他の水平発酵槽は、フランス特許２４９８０４４Ａから知られている。ここでも水平に方向付けられた床には、発生する液体を脇へそらすための上方に開いた複数のピットが備わっている。
フランス特許８９３５３７は、上方に搬入・搬出口を備えた垂直発酵槽を開示している。ここでもバイオマスは水平の換気床上で撹拌され、この床を通して空気を循環させ、液体を排出することができる。
ベルギー特許４７０７６１から別の垂直発酵槽が知られている。これは上方に搬入口があり、横には発酵した基質用の取り出し口が備わっている。基質を発酵槽から搬出するために、取り出し口の方へ傾いている換気格子状物の上でバイオマスは撹拌される。
【０００４】
本発明は、バイオマスよりメタンガスを創出する為の実際に即した発酵槽に関するもので、少ない建設費用での高い機能性と安全工学水準、さらに高い経済性を特徴としており、特に分散型の使用に適していると言える。
【０００５】
この設定目標を特許請求項１で述べるバイオガス発酵槽によって解決している。又、後述する個々の有効なる特徴は、安全工学や機能の面、及び生産コスト、さらに実際の有用性や経済性を顧慮して特に有利に互いにつながりを持っている。本発明に基づくバイオガス発酵槽は、ガレージ式の構造をしており、一つの床と複数の壁面、及び扉によって気密に閉鎖可能な一つの搬入・搬出口から成り立っている。これは前もって組み立てられた部材、特にコンクリート製建材を使用することにより発酵槽の建造コストを低く抑え、その場合モジュール方式の可能性に基づいて異なる装入量に定められた様々な設備規模が、製造コストを出来るだけ低く抑えて建設される。搬出・搬入口は、その規模に応じ、発酵技術を利用する多くの個人及び職業グループが通常利用できる車両（例えばフロント積み下ろし機）によって発酵槽を機能的に地面と同じ高さで搬出入出来る様にする複数の壁の一つに配設ないし補われている。発酵槽の床面は、後方、即ち搬入出口の反対側の奥の壁の方に傾斜をしており、この事は、特に安全工学上の点で重要な意味を持っている。こうする事によって、滑り面が形成されたために、及び堆積する現象によってバイオマスが扉方向に移動し、コントロール出来ない様な静的負荷や、扉を開ける際の事故の危険が生じるのを防ぐ事が出来る。これと関連して、発酵槽の各壁面と特に床面の内側の面に、特別な要求がなされ（例えば気密性や耐酸性）、該要求は許容範囲内で的確な表面処理によってのみ満たされるが、しかしながらこの表面処理は、通常滑り面を形成し易くする特に滑らかな表面を含むものである。この搬入出口の反対側にある壁に向って床面を傾斜させる事によって、バイオマスが移動しないように発酵槽の床面をデコボコにする様な細工をしないで、発酵しているバイオマスが扉の方向にずれて移動する事の無い様になっている。デコボコした床面は発酵糟を完全に空にし難くし、定期的に必要な発酵槽の床の完全な洗浄を難しくするので、この事は、単に機能面からだけでなく、衛生面から見た本発明の重要な利点である。
【０００６】
ここで、明言すべきは、本発明に基づく前述した床面の傾斜は、搬入出口からその反対にある奥の壁まで延びている必要性は無いという事であり、ここで決定的な効果が発揮されるためには、発酵槽の床面の大部分が詳述した意味で搬入出口から反対側の奥の壁の方に傾斜していれば良い訳である。
【０００７】
ここで話題になっている、先に議論した本発明の発酵槽の構造は、複数の個々の発酵槽を含む構造ユニットを建造し易くするものであり、その場合個々の発酵槽を特に並べて、壁を共有する方法で配設する事が出来る。本発明による発酵槽はバッチ方式で稼動させ、通常発酵処理すべきバイオマスは連続的に発生するという背景から、装置の全装入物を幾つかの複数の発酵槽に分けることが特に有利である。この事は、経済的条件のもとでの本発明の使用において可能である。
【０００８】
本発明のバイオガス発酵槽の好ましい第一発展形態は、床面が搬入出口から反対側の壁の方に傾斜している事に加え、搬入出口から奥の壁の方向に伸びる長手方向の中央に床面が傾斜している事を特徴とする。そして、この床面の長手方向の中央部には詳しく後述する排水用ピットを敷設する事が考えられる。この長手方向の中央の両側へ傾斜した床面構造によって側壁にずれを軽減するという利点がもたらされるので、さらに前述した発酵中のバイオマスの滑り面形成は、特に堆積現象と関連して、側壁の静荷重には生じない。側壁はこの方法で実際に即して費用を低く抑えた壁厚で仕上げることができる。
【０００９】
本発明の別の好ましい発展形態によって、奥の壁近くの発酵槽床面には排水ピットが設けられている。この排水ピットは、場合によっては床面長手方向中央部に走る排水ピットと同様に、後述する浸液の排水部に連結することが出来る。
バイオガス排出抗は、発酵槽の奥壁の部分に、特にほぼ奥壁全幅にわたって細長い溝状で設けるのが良い。とりわけ吸引ブロアーをこのバイオガス排出抗に取り付ける場合に、バイオマスの発酵によって発生するバイオガスを強制的に発酵槽から吸引したり、発酵槽での発酵を終えた空気を取り出すのに効果的である。吸引ブロワーと奥壁のほぼ奥壁全幅にわたるバイオガス排出抗とを合わせる事によって、発酵槽内に効率良いガスの流れを生み出す事が出来、特に発酵工程終了後の空気挿入の際にそれが顕著となる。このことはとりわけ扉部分に、発酵槽内での発酵時には閉まり、発酵が終了して空気挿入の際に開ける、閉鎖可能な換気用開ロ部があればなおさら効率的となる。この場合には、発酵処理後、僅かな時間の経過で発酵槽への立ち入りが可能で、すぐに搬出作業が出来る事になり、安全技術上危惧されるバイオガスのよどみ現象は起こらなく、発酵槽の換気に必要なエネルギーも最小に抑える事が出来る。
【００１０】
さらに前述している扉部分に設けられた換気用開ロ部と、ほぼ奥壁全幅にわたる、吸引ブロワーに連結したバイオガス排出抗とを組み合わせる事は、発酵の当初にバイオマスを適切に腐朽させるのにも特に適している。この換気に有利な構造によって、発酵槽自体内で、比較的短い期間で効率良く、良い腐朽状態を得る事が出来るので、バイオマスを腐朽と発酵の間で移動させる必要がなく、非常に経済的である。
【００１１】
この他に、吸引ブロアーをバイオガス排出抗に連結する事は、発酵槽内の圧力を下げ、発酵によるメタン発生を促す点で好ましく、この現象は現実に証明されている。例えば、この様な吸引ブロアーを使用することによって、約２５ミリバール程度の発酵槽内の超過圧（送風なし）を約２−７ミリバール程度にまで下げる事によって、明らかにバイオガスの発生を促している。
【００１２】
さらに重ねて本発明の優位な発展形態は、吸引ブロアーの後に圧力タンクを設けている事を特徴としている。例えば５−１０バールの動作圧力で作動可能な圧力タンクによって、バイオガスを利用するために設けられた連結機械（例えばガス・エンジン）やバイオガスを利用するために設けられた機器（例えばコ・ジェネ発電機）にバイオガスを安定して経済的に送り込む事が出来、小さなスぺ一スでバイオガスの中間貯蔵の役割を果たしている。
【００１３】
さらに、この吸引ブロアーの後にはバイオフィルターも接続されている。これは、利用する事が出来ないバイオガスが生じる操作段階に、発酵槽から吸引された混合ガス（例えば、バイオマスの腐朽や発酵後の換気の際に発生するガス）を浄化する為のものである。このバイオフィルターは、複数の重ね合わせた管状物（例えばコンクリート製の円筒管）を使用して、夫々の円筒の継ぎ目にフィルター状の中間プレートをはめこむ方法で、非常に安く製造する事が可能である。この中間プレートにはバイオフィルター物質（例えば、樹皮、木材チップ、堆肥等）が投入される。この中間プレートが、バイオフィルター物質が堆積するのを妨害するので、このバイオフィルターによるバイオガスの流動抵抗は、それほど大きくはならなく、この事は又一つの経済性にもつながっている。
【００１４】
本発明のバイオガス発酵槽は、回収ユニット、貯蔵ユニット、ポンプ装置及びスプレイ・ユニットより構成されている浸液循環装置を備えている。ここでスプレイ・ユニットは、発酵させるバイオマスの上方に取り付けられており、これによりバイオマスに適度に均一な湿度を与える様、浸液が噴射されたり、霧状に吹きかけられたりする。貯蔵ユニットには、設定した温度の浸液をバイオマスに噴射できる様、浸液加熱装置が装備されている。この浸液の加熱装置がバイオガスを利用するために設けられたコ・ジェネ発電機の排熱で駆動される場合には、特にエネルギーが有利に利用される。さらに、環境保全の観点より、本発明のバイオガス発酵槽の稼動には廃水が出ないという有利な点が上げられる。
コ・ジェネ発電機の排熱は通常、発酵糟と発酵されるバイオマスの保温の為に利用されている。その為に、発酵槽の床面や壁面に溝が通っており、その中をコ・ジェネ発電機の熱交換器で温められた液体の熱伝達媒体が循環する様になっている。
【００１５】
最後に本発明に基づくバイオガス発酵槽は、コファーメント供給装置を備えることが可能であり、該装置はコファーメントをバイオマスの上から均一に加えるユニットを備えている。そのようなコファーメントとしては、液体、固体さらにどろどろした液状の有機廃棄物が対象となり得るが、これらはまず第一に発酵されるバイオマスと共に分解することとなる。
【００１６】
次に示す図面によって、詳しく本発明を例を上げて説明する事にする。
【００１７】
図１は本発明に基づくバイオガス発酵槽の長手方向の断面と付属する周辺機器を示したものであるが、特に寸法的に縮尺通りに図解したものではない。
【００１８】
図２は図１に基づくバイオガス発酵槽の横断面図を示す。
【００１９】
図解している如く、コンクリート製の発酵槽（１）は２枚の横壁（２）、一枚の前壁（３）、奥壁（４）及び床（５）より構成されている。周囲の壁の上には、やはり同じ様な既製のコンクリー製の天井板（６）が敷かれている。これ以外の方法として、発酵槽内部の上面に於ける気密性を保つのに、例えば、発酵槽内部の容積の変化にある限度まで対応出来る様な弾力性のあるカバーを用いる事も可能である。この方法で、発酵槽自体が発酵の際に発生するバイオガス用の小さな緩衝貯蔵槽としての役目を果たす事になり、製造コストもその分軽減される事となる。天井板（６）の上には、略図でのみ示した一般的な構造の屋根（Ｄ）が設けられている。前面壁（３）には、搬入出口（７）が設けられ、これは２枚の扉（８）を用いて気密に閉じる事が出来る。これらの横壁（２）、前壁（３）、奥壁（４）、床（５）及び天井板（６）に囲まれた空間に発酵バイオマス（９）がバッチ式に投入される。
床（５）の床面（１０）は、図では誇張して表されているが、奥壁（４）の方向に向け約１．５％の傾斜をしている。さらに、床面（１０）は、図２に同じく誇張して表しているが、それぞれ発酵槽の長手方向の中央に向け傾斜している。
【００２０】
奥壁（４）に沿っては、排水ピット（１１）がはしっており、その排水ピットの上に格子状のカバー（１２）がされている。さらに、発酵槽の長手方向の中央に沿って別の排水ピット（１３）がはしっており、床面（１０）の傾斜に応じて奥壁（４）の方向に傾斜をしているこの排水ピットにも格子状のカバー（１４）が被されている。
【００２１】
奥壁（４）の上部の位置には、溝状のバイオガス排出抗（１５）が奥壁のほぼ全幅にわたって走っており、バイオガス排出抗（１５）の均一で確実な流れを計る為に、発酵槽の内側に向かってこの排出抗（１５）をカバーするプレート（１６）が取リ付けられている。さらに、このバイオガス排出抗（１５）は、ガス管（１７）を介して、ガス圧縮器として形成された吸引ブロアー（１８）に連結している。扉（８）の下方領域には、状況に応じて開閉可能な換気の為の窓（１９）が設けられている。
【００２２】
排水ピット（１１）の最も低い部分に浸液を取り出す管（２０）が付けられておリ、この管（２０）に接続されたポンプ（２１）によって、排水ピットから受け止められた浸液は浸液貯蔵タンク（２２）に回収される。そしてそこから必要に応じ、浸液は別のポンプ（２３）にて浸液パイプ（２４）を通じて、天井板（６）の下に取り付けられているスプレイ・ユニット（２５）に送り込まれる。この浸液のスプレイ・ユニット（２５）は、ノズル（２６）を持った複数のスプレイ管（２７）にて構成されている。
【００２３】
さらに、発酵槽（１）は液体、或いはどろどろした液状コファーメント用の供給装置（２８）を屋根裏に備えており、混合や搬送の機能を備えた貯蔵槽（２９）が設置され、天井板（６）の上部に敷設された複数の分配管（３０）によってこれらコファーメントは供給される。それぞれの分配管（３０）には複数の放出ロ（３１）があり、天井板（６）に取り付けられたスリット（３２）を通して、発酵しているバイオマス（９）の上からコファーメントを供給するものである。分配管（３０）は気密に天井板（６）に取り付けられている。
【００２４】
吸引ブロアー（１８）によってバイオガス排出抗（１５）を通って発酵槽（１）内部から吸引され圧縮されたガス、或いは混合ガスは、ガス管（４４）を流れて切り替え弁（３３）に到達する。ここで、ガス或いは混合ガスの構成物質に基づき、自動的に次の様に制御される様になっている。即ち、利用出来るバイオガスは圧力タンク（３４）に送り込まれ、一方腐朽の過程や、発酵を終えた後に発酵槽の換気の際に発生する混合ガスの様な利用出来ないガスは、バイオフィルター（３５）に送り込まれる。このバイオフィルターは、上下に４層に重ねたコンクリート管（３６）より成っており、夫々上下のコンクリート管の間にはフィルター状の中間プレート（３７）が挟まれている。ガス管（３８）を引き込んでいる最下部のコンクリート管（３６）の内部空間はガスの分配機能を果たしており、それ以外の３層のコンクリート管は、木材チップ、樹皮や堆肥で満たされ、ガスが連結して流れる３層のフィルター室を、付属する中間プレートにつなげて設定する。ここで、浄化された混合ガスは、屋根（３９）の下部でバイオフィルター（３５）から放出される。
【００２５】
圧力タンク（３４）は、ガス管（４０）を介してコ・ジェネ発電機（４１）に連結している。コ・ジェネ発電機（４１）で発生する排熱は、必要に応じ浸液貯蔵タンク（２２）内に貯蔵された浸液を加熱するのに利用される。その目的の為、浸液を加熱する熱交換器（４２）はコ・ジェネ発電機（４１）と連結されている。
【００２６】
発酵槽（１）の床（５）には流体を流す導管（４３）が敷設されており、ここには、熱伝達媒体が流れており、発酵槽ないし発酵されるバイオマス用の暖房装置の一部を成すものである。ここでは記載されていない接続管によって、この導管（４３）はコ・ジェネ発電機に併設されている熱交換器とつながっており、この熱交換器内では、導管内を循環する熱伝達媒体が、コ・ジェネ発電機の排熱を利用して暖められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づくバイオガス発酵槽の長手方向の断面と付属する周辺機器を示したものであるが、特に寸法的に縮尺通りに図解したものではない。
【図２】 図１に基づくバイオガス発酵槽の横断面図を示す。
【符号の説明】
１ ガレージ式バイオガス発酵槽
壁
４ 奥の壁
５ 床
７ 搬入出口
８ 扉
１５ バイオガス排出抗

Claims (14)

1. バイオマス（９）よりメタンガスを取り出す為に、バイオマスを載せる一つの床（５）と複数の壁（２、３、４）、バイオガス排出抗（１５）、および扉（８）によって気密に閉鎖可能な搬入出口（７）を持ち、その床（５）が、平滑な表面を持ち、搬入出口（７）の反対側の奥の壁（４）の方に傾斜している事を特徴とするガレージ式バイオガス発酵槽。
2. 搬入出口（７）から奥の壁（４）の方に伸びる長手方向の中央に床（５）が傾斜している事を特徴とする請求項１に記載のバイオガス発酵槽。
3. その長手方向の中央に排水ピット（１３）が敷設される事を特徴とする請求項２に記載のバイオガス発酵槽。
4. 奥壁（４）に沿い床（５）に排水ピット（１１）が敷設される事を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオガス発酵槽。
5. 奥壁（４）内にバイオガス排出抗（１５）を設ける事を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバイオガス発酵槽。
6. バイオガス排出抗（１５）が奥壁（４）のほぼ幅全体に広がっている事を特徴とする請求項５に記載のバイオガス発酵槽。
7. 扉（８）の範囲に閉鎖可能な換気用窓（１９）が設けられる事を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のバイオガス発酵槽。
8. バイオガス排出抗（１５）に吸引ブロアー（１８）が接続されている事を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のバイオガス発酵槽。
9. 吸引ブロアー（１８）の後に圧力タンク（３４）が接続されている事を特徴とする請求項８に記載のバイオガス発酵槽。
10. 吸引ブロアー（１８）の後にバイオフィルター（３５）が接続されている事を特徴とする請求項８又は９に記載のバイオガス発酵槽。
11. バイオフィルター（３５）が複数個重ね合わせた管（３６）より構成される建造物を有し、夫々の管の間にフィルター状の中間プレート（３７）が挟まれている事を特徴とする請求項１０に記載のバイオガス発酵槽。
12. 回収ユニット、貯蔵ユニット（２２）、ポンプ装置（２１、２３）及びスプレイ・ユニット（２５）から構成される浸液循環システムを備えている事を特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のバイオガス発酵槽。
13. 貯蔵ユニット（２２）が浸液の加熱装置を備えている事を特徴とする請求項１２に記載のバイオガス発酵槽。
14. コファーメントをバイオマス（９）の上に均一に供給するユニットを持つコファーメント供給装置（２８）を備える事を特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のバイオガス発酵槽。

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