JP6843459B2 - バイオガス生成装置及びこれを用いたバイオガス発電システム - Google Patents

Description

この発明はバイオガス生成装置とこれを用いたバイオガス発電システムに関する。

家畜糞尿や食品残渣などのバイオマス資源を原料に用いてメタンガスなどのバイオガスを生成する装置については従来から多くの提案が行われている（例えば、特許文献１、２、３）。

そして、生成したバイオガスを発電（バイオマス発電）に利用する技術についても従来から種々の提案が行われている（例えば、特許文献４、５）。

特開２００１−３４７２４７号公報 特開２００７−８３４号公報 特開２００８−２９００４１号公報 特開２００２−２１６８２９号公報 特開２００３−１２９８号公報

この発明は、家畜糞尿などのバイオマス資源を原料に用いてメタンガスなどのバイオガスを生成するバイオガス生成装置とこれを用いたバイオガス発電システムを提供することを目的にしている。

［１］
バイオマス資源を原料に用いてメタンガスを生成するバイオガス生成装置であって、
液状化した前記バイオマス資源が投入され所定の温度において嫌気的発酵によりメタンガスを生成する発酵槽を備えていて、
前記発酵槽の中央部下端から前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源の一部が引き抜かれ、それが、再度、前記発酵槽内に戻される処理が、あらかじめ定めてある時間間隔で行われる
バイオガス生成装置。

［２］
前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源の中に埋没する位置に配置される複数の撹拌ミキサーと、前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源を前記発酵槽内で所定の温度に維持する複数の温度保持器が前記発酵槽内に配備されている［１］のバイオガス生成装置。

［３］
前記バイオガス生成装置で生成したメタンガスを用いてバイオマス発電が行われ、当該バイオマス発電の過程で発生する熱量を利用して加温することで温度調整した加温水が前記温度保持器に供給される［２］のバイオガス生成装置を用いたバイオガス発電システム。

この発明によれば、家畜糞尿などのバイオマス資源を原料に用いてメタンガスなどのバイオガスを生成するバイオガス生成装置とこれを用いたバイオガス発電システムを提供することができる。

この発明の一実施形態に係るバイオガス生成装置が用いられているこの発明のバイオガス発電システムの一実施形態の概略構成を説明する図。 この発明の一実施形態に係るバイオガス生成装置が用いられているこの発明のバイオガス発電システムによる処理工程の一例を説明する概念図。 この発明の一実施形態に係るバイオガス生成装置に採用されている発酵槽の一例を表す平面図。 図３におけるＡ−Ａ部の一部を省略した断面図。 図４におけるＢ−Ｂ部の一部を省略した断面図。 （ａ）この発明の一実施形態に係るバイオガス生成装置の発酵槽内に配備されている温度保持器の概略構成を説明する側面図、（ｂ）温度保持器内に配備されている温水通過パイプを説明する側面図。

以下、添付図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。

この実施形態のバイオガス生成装置は、家畜糞尿などのバイオマス資源を原料に用いてメタンガスを生成する装置である。

この実施形態のバイオガス生成装置は、図３〜図５に一例が表されている発酵槽１を備えている。以下、この明細書及び図面において、符号１で表される「発酵槽」を「メタン発酵槽」と表すことがある。

メタン発酵槽１は、家畜糞尿や食品残渣などのバイオマス資源を液状化したものが投入され、所定の温度において嫌気的発酵によりメタンガスを生成する発酵槽である。

メタン発酵槽１内には、図１図示のように、撹拌ミキサーと、温度保持器が配備されている。

撹拌ミキサーは、図１図示のように、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の中に埋没する位置に複数配置される。

複数の撹拌ミキサーが、あらかじめ定めてある時刻に、あらかじめ定めてある長さの時間、一斉に稼働することで、例えば、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源が図３において時計回り方向へ所定の範囲で移動する。

温度保持器も、図１図示のように、メタン発酵槽１内に複数配置され、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源をメタン発酵槽１内で所定の温度に維持する役割を果たしている。

このような、家畜糞尿や食品残渣などのバイオマス資源を液状化したものが投入され、所定の温度において嫌気的発酵によりメタンガスを生成する発酵槽や、これを備えたバイオガス生成装置は従来から知られている。

この実施形態のバイオガス生成装置は、メタン発酵槽１の中央部下端からメタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の一部が引き抜かれ、それが、再度、メタン発酵槽内１に戻される処理が所定の時間間隔で行われる形態になっている。

図示の実施形態では、メタン発酵槽１は、中央部下端に下端開口部３を備えており、メタン発酵槽１の下端側の底面４は下端開口部３に向かって下り傾斜する構造になっている（図３、図４）。

下端開口部３には引き抜き配管５の基端開口が臨んでいる（図４）。

引き抜き配管５の先端側には図１図示のように発酵槽引抜電動弁を介してポンプが配備されている。

メタン発酵槽１内で発酵、メタンガス生成が行われている過程におけるあらかじめ定められている時間間隔で、原料投入電動弁が閉にされ、その一方、発酵槽引抜電動弁が開にされ、ポンプが稼働されて、あらかじめ定められている時間、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の一部が引き抜かれ、再度、メタン発酵槽１の開口部２を介して、メタン発酵槽１内に戻される。

なお、作業者が、メタン発酵槽１内における発酵状況などを目視、等によって把握し、任意のタイミングで、原料投入電動弁を閉にし、発酵槽引抜電動弁を開にしてポンプを稼働し、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の一部を引き抜いて、再度、メタン発酵槽内１に戻す処理を行うようにすることもできる。

ポンプを稼働してメタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の一部を引き抜いて、再度、メタン発酵槽内１に戻す処理をあらかじめ定められている長さの時間行うようにすることもできるし、上述したように、作業者が状態を把握しながら、任意の長さの時間行うようにすることもできる。

また、ポンプを稼働する時間の長さを設定して処理を行うのではなく、メタン発酵槽１内から引き抜いて、再度、メタン発酵槽１内に戻すバイオマス資源の量をあらかじめ定めておいて、この量を目安にして、処理を行うこともできる。

このように、液状化したバイオマス資源が投入され所定の温度において嫌気的発酵によりメタンガスを生成するメタン発酵槽１を備えているバイオガス生成装置で、メタン発酵槽１の中央部下端からメタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の一部を引き抜き、それを、再度、メタン発酵槽１内に戻す処理を、あらかじめ定めてある時間間隔で行うことにより、効率的・効果的なメタンガス生成を行うことができる。

なお、メタン発酵槽１に水位計を配備しておき、水位が高すぎるなどの状態になったときに、原料投入電動弁を閉にし、発酵槽引抜電動弁を開にしてポンプを稼働し、メタン発酵槽１内から水分を抜き取り、廃水処理施設に移動させるようにすることもできる。

次に、図１、図２を参照して、この発明の一実施形態に係るバイオガス生成装置が用いられているこの発明のバイオガス発電システムの一実施形態を説明する。

豚舎などから回収された家畜糞尿が原料槽に収容され、所定の水分供給を行う、等して、液状化したバイオマス資源を調製する。

なお、豚舎などから回収された家畜糞尿でなく、食品残渣などを原料槽に投入して液状化したバイオマス資源を調製することもできるし、家畜糞尿と食品残渣などとを混合して液状化したバイオマス資源を調製することもできる。

調製された液状化したバイオマス資源は、原料投入電動弁を開にし（なお、この際、発酵槽引抜電動弁は閉にしている）、流量を把握しながら、ポンプにより、所定量がメタン発酵槽１の開口部２を介してメタン発酵槽１内に投入される。

メタン発酵槽１内では、温度保持器によりメタン発酵槽１内を所定の温度（３５℃〜４２℃）に維持しながら、嫌気的発酵によりメタンガスが生成される。

生成されたメタンガスはミストポンプを介してメタン発酵槽１から集められるとともに脱水・脱硫処理が行われてガスホルダーに収容、貯留される。

ガスホルダーに収容、貯留されたメタンガスは、バイオガスジェネレーターに供給され、コンバータなどを介してバイオガス発電が行われる。

このような、メタン発酵槽１からのメタンガス収集と脱水・脱硫処理、バイオガスジェネレーターへの供給、コンバータなどを介してのバイオガス発電は従来から行われているものである。

メタン発酵槽１においては、収容されたバイオマス資源が上述したように温度保持器によって所定の温度（３５℃〜４２℃）に維持されながら嫌気的発酵が進行する。

その過程で、メタン発酵槽１に備えられている複数の撹拌ミキサーが、あらかじめ定めてある時刻に、あらかじめ定めてある長さの時間、一斉に稼働し、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源に所定の範囲で移動を生じさせて発酵の促進が図られる。

また、あらかじめ定めてある時間間隔で、原料投入電動弁が閉にされ、その一方、発酵槽引抜電動弁が開にされ、ポンプが稼働されて、あらかじめ定められている時間、メタン発酵槽１内に収容されているバイオマス資源の一部が、メタン発酵槽１の中央部下端に配備されている下端開口部３、引き抜き配管５を介して、引き抜かれ、再度、ポンプ、開口部２を介して、メタン発酵槽１内に戻される処理が行われる。

これによって、効率的・効果的なメタンガス生成が行われる。

メタン発酵槽１に複数配備されている温度保持器は、この実施形態では、図６図示のように構成されている。図６図示の実施形態では、内部を温水が通過していく温水通過パイプ６が枠体７に支持されて温度保持器が構成されている。

温水通過パイプ６は、温度保持器の上部側（図６の上側）に配備されている温水が流入してくる流入口８から螺旋状に鉛直方向下側に向かい、枠体７の下端にあたる鉛直方向下側から温度保持器の上部側（図６の上側）に配備されている流出口９まで直線状に鉛直方向上側に向かって戻る構造になっている。

温度保持器の上部側（図６の上側）に配備されている温水が流入してくる流入口８から螺旋状に鉛直方向下側に向かう構造にすることで、温水通過パイプ６の外周壁がバイオマス資源に接触する面積を大きくし、発酵中のバイオマス資源の保持温度を効率よく調整できるようにしている。

上述したように、この実施形態では、バイオガス生成装置で生成したメタンガスを用いて従来から公知の技術を利用してバイオガス発電を行っているが、このバイオガス発電の過程で発生する熱量（例えば、排熱）を利用して加温することで温度調整した加温水を温度保持器に供給するようにできる。

図１図示の実施形態では、バイオマス発電の過程で発生する熱量（排熱）を利用して貯湯タンクに収容している水を加温している。

そして、加温後の加温水が、図１図示のように、温水循環ポンプを介して温水通過パイプ６の流入口８に供給され、温水通過パイプ６の流出口９から出てきた水が貯湯タンクにリターンされて、ここでまた、バイオガス発電の過程で発生する熱量（排熱）を利用して加温が行われる。

図１図示のように、メタン発酵槽１と、貯湯タンクとにそれぞれ水温計を設置しておき、水温を把握しながら加温を行うことで、温水通過パイプ６内を流動する温水の温度を調整し、これによって、メタン発酵槽１に収容されて嫌気的発酵が進行しているバイオマス資源の温度を所定の温度（３５℃〜４２℃）に維持することができる。

メタン発酵槽１での発酵、メタンガス生成を終えた後にメタン発酵槽１に残った残渣は、固液分離し、固体は堆肥化し、液体は廃水処理施設に移送して排水することができる。

以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明したが本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々に変更可能である。

例えば、図１では、メタン発酵槽１が１個だけ示されているが、メタン発酵槽１複数個配備し、複数個のメタン発酵槽１で同時並行的に、あるいは、時間差をおいて同時並行的に、液状化したバイオマス資材の発酵と、それによるメタンガスの生成を行う実施形態にすることができる。

１ メタン発酵槽
２ メタン発酵槽の開口部
３ メタン発酵槽の下端開口部
４ メタン発酵槽の底面
５ 引き抜き配管
６ 温水通過パイプ
７ 温度保持器の枠体
８ 流入口
９ 流出口

Claims (3)

1. 液状化したバイオマス資源が、上端側に配備されている開口部を介して内部に投入され、所定の温度において嫌気的発酵によりメタンガスを生成する発酵槽であって、前記上端側に対向する下端側の底面の中央に下端開口部が形成されていて、前記底面は前記下端開口部に向かって下り傾斜する構造の発酵槽と、
   前記発酵槽内に配備されていて、前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源を前記発酵槽内で所定の温度に維持する複数の温度保持器と、
   前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源の中に埋没する位置に配置され前記発酵槽の上下方向に伸びる撹拌ミキサーであって、前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源が前記発酵槽内で円周方向に所定の範囲で移動するように、あらかじめ定められている時刻に、あらかじめ定められている時間の長さで稼働する撹拌ミキサーとを備えていて、
   前記嫌気的発酵が進行している間に、前記開口部を介した新規な前記バイオマス資源の投入が停止される一方、前記発酵槽の中央部下端から前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源の一部が引き抜かれ、それが、再度、前記開口部を介して前記発酵槽内に収容されている前記バイオマス資源の上部に戻される処理が、あらかじめ定めてある時間間隔で行われる配管、ポンプおよび弁を備えている
   バイオマス資源を原料に用いてメタンガスを生成するバイオガス生成装置。
2. 前記発酵槽内に水位計が配備されていて、当該水位計で把握した前記発酵槽内の水位に応じて、前記開口部を介した新規な前記バイオマス資源の投入が停止される一方、前記発酵槽の中央部下端から前記発酵槽内の水分を抜き取って前記発酵槽の外側に配備されている排水処理施設に前記水分を移動させる処理が行われる配管、ポンプおよび弁を備えている
   請求項１記載のバイオガス生成装置。
3. 請求項１又は２記載のバイオガス生成装置で生成したメタンガスを用いてバイオマス発電が行われ、
   前記温度保持器は、前記発酵槽の上部側から下部側に向かって伸びる温水通過パイプからなり、前記発酵槽の上部側に位置する前記温水通過パイプの温水流入口から流入した温水が前記温水通過パイプ内を前記発酵槽の下部側に向かって流動して前記温水通過パイプの流出口に至り、
   前記温水通過パイプの前記流出口から出てきた水が前記バイオガス発電の過程で発生する排熱を利用した加温が行われる貯湯タンクで加温され、その後に前記温水通過パイプの前記温水流入口に供給される
   バイオガス生成装置を用いたバイオガス発電システム。

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