JP4695693B2 - 保持機構を有するバイオリアクタ - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスのメタン発酵用バイオリアクターに関する。

本発明で提案する種類のバイオリアクタは、特許文献１から理解されるものであり、不必要な重複を避けるために、特許文献１による開示がすべて参照され、特許文献１の開示内容が本明細書に組み込まれるものとする。

特許文献２は、メタン発酵用のバイオリアクタを開示している。このバイオリアクタは、立方体または管状のダイジェスタを備えており、ダイジェスタは、弾性シール材を使用してシャッタによって気密式に封止されることが可能である。シャッタの後方には、発酵されるバイオマスが充填されるスケルトン容器が設けられる。スケルトン容器は気密式シャッタに圧力がかからないようにし、バイオマスは全面的にスケルトン容器に支持される。

欧州特許第１３０１５８３号明細書 欧州特許出願公開第００２３１７６号明細書

本発明は、特許文献１に係るバイオリアクタを元としており、本発明の目的は、周知のバイオリアクタを改善することで、シーリングシャッタのシーリング特性に悪影響を及ぼすことなくバイオマスの大きな荷重を吸収できるようにしたバイオリアクタを提供することにある。

この目的は、請求項１に記載のバイオリアクタにより達成される。

気密式に封止することが可能であり十分な寸法を有するシャッタを使用することにより、ダイジェスタにバイオマスを容易に投入でき、メタン発酵後には、残留したバイオマスを容易に除去できる。バイオマスの圧力はその大半または少なくともある程度が保持機構にかかり、シャッタには圧力がかからない。そのため、シャッタを軽量化し、かつ精密な封止動作を行うように構成することが可能となる。浸出液排水システムは、シャッタと保持機構との間に位置するバイオリアクタの床面に配置される。これにより、シャッタと保持機構との間の領域に浸出液が溜まることを防止することが可能である、および／またはシャッタが開けられる前にシャッタと保持機構との間の領域に存在するすべての浸出液を排水することができる。

保持機構は、液体透過性を有することが好ましい。バイオマスは、その自重により保持機構に内側から圧力を加えるが、その際、浸出液がにじみ出て、その浸出液は保持機構を通過して出ていき、保持機構の後方において、保持機構とシャッタとの間に位置する床面に配置される排水システムに集められ、排水される。

本発明の実施の形態では、保持機構は、ダイジェスタの床面からある一定の高さまで、あるいは、ダイジェスタの全垂直高さにわたって延設される。保持機構は、一枚以上の略パネル状の部材よりなり、略パネル状部材は、対応するガイドレールに挿入される。また、保持機構はヒンジ、作動装置等を利用して手動でまたは機械的に（空気圧式、油圧式等）開閉可能にしてもよい。

保持機構は、すでに述べたように、一枚以上の立設された略パネル状部材を備える。本発明の第一の実施形態では、保持機構はダイジェスタの全横幅にわたって延設することが可能である。本発明の別の実施形態では、保持機構は、シャッタによって封止されるダイジェスタの開口の横幅にわたっていればよく、ダイジェスタの全幅にわたって延設されなくてもよい。

本発明の好ましい構成例によれば、ダイジェスタを気密式に封止するシャッタには膨張可能なシーリングホースが設けられる。ダイジェスタが封止された状態では、シーリングホースは膨らまされており、ダイジェスタ壁に対してシャッタを気密式にシーリングしている。

本発明の別の好ましい構成例によれば、シャッタはそれ相応の寸法を有し手動で作動させることが非常に困難なため、油圧式に作動させることができる。

本発明の好ましい構成例によれば、ダイジェスタは立方体または直方体であり、シャッタがその立方体または直方体の一つの壁となる。この構成によれば、ダイジェスタの構造が単純化され、開口はダイジェスタにバイオマスを充填するのに十分な大きさにすることができる。また、結果としてダイジェスタの製造が簡素化される。

本発明の好ましい構成例によれば、持ち上げシリンダを利用して、ダイジェスタの天井を持ち上げることにより開いて再び気密式に封止することができる。これにより、ダイジェスタを迅速に換気することができる。

本発明の好ましい構成によれば、ダイジェスタは円柱形であってもよく、シャッタは平円形カバー状であってもよい。これらの形状にすることは、特にバイオマスが俵形である場合に好ましい。

本発明の有利な実施の形態によれば、加熱システムは、床加熱システムの形態でダイジェスタのフロアパネルと一体化している。高温ガスは上昇するため、このような加熱システムによりダイジェスタ内のバイオマスが均一に加熱されることとなる。さらに、あるいは別の形態として、加熱システムは、ダイジェスタの別の壁面と一体化していてもよい。

本発明の別の好ましい構成例によれば、ダイジェスタは、鉄筋コンクリートを使用してプレハブガレージのように構成される。「プレハブガレージ」の開口側は、シャッタにより気密式に封止される。これは非常にコスト効率のよい構造である。

図１から図３に示すバイオリアクタすなわちバイオガス反応器は、直方体のダイジェスタ２を備える。ダイジェスタ２は、鉄筋コンクリート製であり、プレハブガレージのように構成される。ダイジェスタ２は、６枚の平面壁部材、すなわち、フロアパネル４と、二枚の側面壁６および８と、天井パネル１０と、後面壁１２と、気密式シャッタ１４により封止することが可能な開口前面とを備える。

シャッタ１４は油圧器１６を利用して作動させることができる。シャッタ１４が開けられている時には、ダイジェスタ２にバイオマスを充填することや、残留したバイオマスをダイジェスタ２から除去することが容易にできる。ダイジェスタ２内で発生したバイオガスは、バイオガス排出連結部１８を介して排出される。加熱システム２０は、床加熱システムの形態でダイジェスタ２のフロアパネル４、部分的には側面壁６および８にも設けられ、ダイジェスタ２内のバイオマスの温度管理が可能である。浸出液排水システム２２もフロアパネル４と一体化している。浸出液排水システム２２は、横方向に流れる水路２４を備えており、水路２４はフロアパネル４に組み込まれ、穴が開けられているまたは溝が切ってある金属シート２６で覆われる。浸出液流出口２８は、水路２４に集められた浸出液を排水する。フロアパネル４は、矢印Ａ方向に水路２４に向かって下り勾配となっているため、浸出液を水路に集めることができる。

図３は、水路２４が一本のみである場合を図示しているが、複数の水路を設けることも可能であって、それら複数の水路は、一本の場合と同様に横方向に配置されてもよいし、縦方向に配置されてもよい。

図４（ａ）は、シャッタ１４が閉められた状態のダイジェスタ２の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ断面におけるダイジェスタ２の断面図であり、さらに、開けられた状態のシャッタ１４が破線で示されている。シーリングホース１３０は、シャッタ１４の外縁領域の全周にわたって固定されている。シャッタ１４が閉められた状態では、シャッタ１４はフレーム１３２に係合し（図４（ｃ）参照）、シャッタ１４は、フレーム１３２に対して、６バールの圧力まで膨らませることが可能なシーリングホース１３０によって封止される。

図４（ｄ）は、フレーム１３２の別の構成を示す図であり、この場合、フレーム１３２は全周にわたって突起部１３４を備える。突起部１３４を備えることにより、膨らまされたシーリングホース１３０はフレーム１３２の後方で係合し、その結果として封止動作がさらに強化される。

図５は、二枚の側面壁６および８と、浸出液排水システム２２と、シャッタ１４とを備えるバイオリアクタの前面部を示す平面図であり、シャッタ１４が閉められた状態（黒の塗りつぶしで図示）とシャッタ１４がはね上げられて開けられた状態（白の塗りつぶしで図示）とを示す。充填方向に見てシャッタ１４と浸出液排水システム２２の後方に設けられる保持機構１００は、パネル状になっており、垂直ガイドレールで固定される。保持機構１００は、木製であることが好ましく、バイオリアクタが部分的に充填されると上方からガイドレールに挿入される。そして、バイオリアクタは保持機構１００とダイジェスタ２の天井との間に残る空間を通して完全に充填される。

別の実施形態（図示せず）としては、保持機構１００は、機械的に、たとえばヒンジを利用して油圧式に水平方向に回転させることや、ガイドレールを利用して垂直方向に上下動させることが可能である。

図５からわかるように、保持機構１００は、ダイジェスタ２の全横幅、たとえば一方の側面壁６から反対側の側面壁８にわたって延設される必要はない。また、シャッタ１４によって封止される充填開口はサイズを小さくしてもよく、保持機構１００はそれに応じて幅を狭く設計してもよい。

これに対して、図６および図７で示される別の実施形態では、保持機構１００はダイジェスタ２の全幅にわたって延設される。

充填を行うために、シャッタ１４ははね上げられるか、油圧手段によって垂直または水平に移動され、保持機構１００は、本実施形態で示されるように、手動によって、例えばホイールローダを使用するなどしてガイドレールから垂直に持ち上げられることにより移動される。その後、ダイジェスタ２は、たとえばホイールローダを使用して部分的に充填され、その後、保持機構１００は再びガイドレールに挿入されて、元に戻される。ダイジェスタ２は、保持機構１００とダイジェスタ２の天井との間にある上端に残る空間を通して引き続き充填される。最終的に、シャッタ１４は閉められる。

バイオマスの自重により、浸出液はバイオマスからにじみ出て、保持機構１００内に形成された空間を通過する。保持機構１００がバイオマスの自重を支持するため、本発明のバイオリアクタには従来のリアクタよりも多くのバイオマスを充填することが可能である。このようににじみ出た浸出液は、浸出液排水システム２２に集められる。浸出液を集めるために、浸出液排水システム２２は、バイオマスから見て保持機構１００の後方に配置される。

本発明に係るバイオリアクタの概略を示す斜視図であって、保持機構が挿入されていない状態を示す。 図１のバイオリアクタの断面図である。 図１および２のバイオリアクタのフロアパネルの概略図である。 （ａ）はダイジェスタのシャッタの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面におけるシャッタの断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の詳細図であり、（ｄ）は（ｃ）に対応する詳細図であり、フレームの別の構成を示す。 シャッタによって封止される側におけるバイオリアクタの部分平面図である。 シャッタが開けられ、保持機構が挿入された状態でのバイオリアクタの斜視図である。 図６の詳細図である。

符号の説明

２ ダイジェスタ
４ フロアパネル
６、８ 側面壁
１０ 天井パネル
１２ 後面壁
１４ シャッタ
１６ 油圧器
１８ バイオガス排出連結部
２０ 加熱システム
２２ 浸出液排水システム
２４ 水路
２６ 金属シート
２８ 浸出液流出口
１００ 保持機構
１３０ シーリングホース
１３２ フレーム

Claims (4)

1. バイオマスのメタン発酵用のバイオリアクタであって、
   シャッタ１４によって気密式に封止されるものであり、バイオマスを収容するためのものであって、ホイールローダーを用いてバイオマスを充填可能なダイジェスタ２と、
   前記ダイジェスタ２の充填方向に見て前記シャッタ１４の後方かつバイオマスの前方に配置され、投入されたバイオマスを支持する保持機構１００と、
   前記シャッタ１４と前記保持機構１００との間において前記ダイジェスタ２の充填方向に直交する方向に沿って前記ダイジェスタ２のフロアパネル４に組み込まれた水路２４を備えた浸出液排水システム２２と、を有し、
   前記保持機構１００は、バイオマスから出る浸出液に対して少なくとも部分的に透水性を有することを特徴とするバイオリアクタ。
2. 前記保持機構１００は、ガイドレールを利用してダイジェスタ２内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクタ。
3. 前記保持機構１００は、前記ダイジェスタ２の全幅にわたって延設されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオリアクタ。
4. 前記保持機構１００は、前記シャッタ１４によって封止される充填開口の幅に対応する、前記ダイジェスタ２の全幅の一部分のみにわたって延設されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオリアクタ。

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