(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、バイオガス発生システムにおける一実施形態について、
図1〜
図10を参照しながら説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。
【0012】
図1に示すように、本実施形態に係るバイオガス発生システム1は、複数の発酵槽2を備えている。そして、発酵槽2の内部で、微生物(例えば、メタン菌)が原料の有機物(例えば、食品廃棄物、食物残渣)を分解することで、バイオガス(例えば、メタンガス)が発生する。
【0013】
本実施形態においては、発酵槽2は、バイオガス発生システム1に三槽備えられている、という構成であるが、二槽又は四槽以上備えられている、という構成でもよい。また、発酵槽2は、可搬式である、という構成である。これにより、発酵槽2の設置が容易となり、発酵槽2の増減設にフレキシブルに対応することができる。なお、発酵槽2は、地面に対して不動な固定式である、という構成でもよい。
【0014】
バイオガス発生システム1は、発酵槽2の内部の処理液を加熱する加熱装置3と、発酵槽2の内部の処理液を送液する送液装置4とを備えている。また、バイオガス発生システム1は、発酵槽2の内部の処理液をエアでパージするためのパージエア配管5と、発酵槽2の内部で発生したバイオガスを、図示していないガス使用装置(例えば、コジェネ装置、ボイラ)に向けて導出するガス配管6とを備えている。
【0015】
発酵槽2は、処理液を出したり入れたりするための第1及び第2出入口部2a,2bを備えている。なお、第1出入口部2aは、発酵槽2の一方側に配置されており、第2出入口部2bは、発酵槽2の他方側に配置されている。また、発酵槽2は、内部の処理液の温度を検出する温度検出部2cと、内部の処理液の水位(液面レベル)を検出する水位検出部2dとを備えている。
【0016】
水位検出部2dは、発酵槽2の内部の処理液の水位を検出できれば、特に限定されない。なお、水位検出部2dは、例えば、可動部を有するフロート式や接触式のセンサとしてもよいが、処理液に含まれる固形物が堆積することによって、誤検出する虞がある。そこで、水検出部2dは、圧力計であることが好ましい。これにより、可動部が存在していないため、水位検出部2dが誤検出することを抑制することができる。
【0017】
加熱装置3は、水を加熱する加熱部(例えば、温水ヒータ)3aと、一部が発酵槽2の内部に配置され、温水が流通する温水配管3bを備えている。そして、発酵槽2の処理液の温度(具体的には、温度検出部2cで検出された温度)が所定の温度となるように、加熱装置3は、発酵槽2の処理液を加熱する。
【0018】
送液装置4は、発酵槽2の第1出入口部2aに接続される複数の第1送液部7と、発酵槽2の第2出入口部2bに接続される複数の第2送液部8と、複数の発酵槽2と並列に接続される送液本体部9とを備えている。なお、送液本体部9の一方側は、複数の第1送液部7とそれぞれ接続されており、送液本体部9の他方側は、複数の第2送液部8とそれぞれ接続されている。
【0019】
複数の第1送液部7は、それぞれ個別に開閉される第1送液バルブ7aと、配管(採番していない)とを備えており、複数の第2送液部8は、それぞれ個別に開閉される第2送液バルブ8aと、配管(採番していない)とを備えている。また、送液本体部9は、各第1送液部7と各第2送液部8とを接続する循環送液部10と、処理液を外部に排出する排液部11と、原料を投入する原料投入部12とを備えている。
【0020】
循環送液部10は、固形物(例えば、原料や残渣)を含む液体(例えば、処理液)を移送可能な送液ポンプ10aを備えている。送液ポンプ10aは、特に限定されないが、例えば、チューブポンプ、モーノポンプ、スクリューポンプを採用することができる。また、循環送液部10は、送液ポンプ10aと各第1送液部7との間に配置される第1循環バルブ10bと、送液ポンプ10aと各第2送液部8との間に配置される第2循環バルブ10cと、配管(採番していない)とを備えている。
【0021】
循環送液部10は、送液ポンプ10aと各第1送液部7との間の送液流量を検出する第1流量検出部10dと、送液ポンプ10aと各第2送液部8との間の送液流量を検出する第2流量検出部10eとを備えている。なお、本実施形態においては、各流量検出部10d,10eは、圧力が上昇することで流量が低下することを検出する圧力センサである、という構成であるが、例えば、流量センサである、という構成でもよい。
【0022】
排液部11は、排液バルブ11aと、配管(採番していない)とを備えている。そして、排液部11は、循環送液部10に接続されている。具体的には、排液部11は、循環送液部10の送液ポンプ10aと第1循環バルブ10bとの間に接続されている。
【0023】
原料投入部12は、送液ポンプ10aに対して第2循環バルブ10cと並列となるように、循環送液部10に接続されている。具体的には、原料投入部12の一方側は、送液ポンプ10aと第2循環バルブ10cとの間に接続されており、原料投入部12の他方側は、各第2送液部8と第2循環バルブ10cとの間に接続されている。これにより、原料投入部12は、複数の発酵槽2に対しても、並列に接続されている。
【0024】
原料投入部12は、原料が投入される原料投入槽12aと、原料投入槽12aと各第2送液部8との間に原料ポンプ12bとを備えている。また、原料投入部12は、原料投入槽12aと送液ポンプ10aとの間に配置される第1原料投入バルブ12cと、原料投入槽12aと原料ポンプ12bとの間に配置される第2原料投入バルブ12dと、配管(採番していない)とを備えている。
【0025】
このように、最も臭気が発生する原料投入場所が、発酵槽2と分離されて、原料投入槽12aとして独立して設けられている。これにより、最も臭気が発生する原料投入場所を小型化することができる。したがって、原料投入場所の臭気対策に必要な設備(原料投入槽12aを覆う装置)も小型化することができるため、当該設備の設置が容易となる。
【0026】
ところで、
図2に示すように、原料投入槽12aは、発酵槽2の液面レベルL1よりも、下方に配置されている。そこで、原料ポンプ12bは、発酵槽2の液面レベルL1よりも、上方に配置されている。これにより、原料ポンプ12bが処理液の流れを遮断する。したがって、原料投入部12のうち、小型である原料ポンプ12bを上方に位置することによって、原料投入槽12aから処理液が溢れることを抑制することができる。
【0027】
しかも、発酵槽2は、大気に開放される大気開放バルブ2eを備えており、原料投入部12は、各第2送液部8と原料ポンプ12bとの間で且つ発酵槽2の液面レベルL1よりも上方の位置に、大気に開放される大気開放バルブ12eを備えている。そして、原料を投入しない場合には、各大気開放バルブ2e,12eが開放されるため、発酵槽2の内部の処理液は、原料ポンプ12bまで到達しない。したがって、原料投入槽12aから処理液が溢れることを確実に防止することができる。
【0028】
なお、原料ポンプ12bの吸入側に空気が存在することになるため、原料ポンプ12bは、自吸式ポンプを採用することが好ましい。また、原料ポンプ12bは、固形物を含む液体を移送可能なポンプを採用することが好ましい。例えば、原料ポンプ12bは、可撓インペラ型自吸式ポンプ(例えば、モノフレックスポンプ)を採用することができる。
【0029】
可撓インペラ型自吸式ポンプは、ポンプケーシングと、ポンプケーシングの内部に密着するように配置され、合成ゴムなどの弾性素材で形成された羽根を有するインペラとを備えている。そして、インペラが回転すると、羽根がポンプケーシングのカム部で強制的に曲げられ、カム部を過ぎると弾性によって羽根が元の状態に復元する。このとき、ポンプケーシングの内部に真空が発生するため、自吸することができる。しかも、固形物を含む液体や高粘度な液体も移送することができる。
【0030】
このように、送液ポンプ10a及び原料ポンプ12bは、何れも固形物を含む液体を移送可能なポンプである。したがって、原料や残渣を含む処理液が移送された場合でも、送液ポンプ10a及び原料ポンプ12bの不具合が発生しない。これにより、送液経路に、固形物を除去する手段(例えば、フィルタ)を設置する必要がない。即ち、フィルタレスのシステムが実現できている。
【0031】
図3に示すように、バイオガス発生システム1は、ユーザが入力するための入力部13を備えている。また、バイオガス発生システム1は、各ポンプ10a,12b及び各バルブ2e,7a,8a,10b,10c,11a,12c〜12eを制御する制御装置14を備えている。
【0032】
制御装置14は、各情報を記憶する記憶部14aと、入力部13や各検出部2d,10d,10eから取得する情報と記憶部14aで記憶される情報とに基づいて、演算する演算部14bとを備えている。また、制御装置14は、演算部14bで演算する情報に基づいて、各ポンプ10a,12bを制御するポンプ制御部14cと、演算部14bで演算する情報に基づいて、各バルブ2e,7a,8a,10b,10c,11a,12c〜12eを制御するバルブ制御部14dを備えている。
【0033】
本実施形態に係るバイオガス発生システム1の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係るバイオガス発生システム1の各種の送液モードについて説明する。なお、以下、
図4〜
図5及び
図6〜
図10において、一番下に図示されている発酵槽2は、第1発酵槽2といい、中間に図示されている発酵槽2は、第2発酵槽2といい、一番上に図示されている発酵槽2は、第3発酵槽2という。
【0034】
まず、排出モードと原料投入モードとについて、
図4及び
図5を参照しながら説明する。
【0035】
例えば、ユーザが、第1発酵槽2の排出モードを、入力部13に入力する。これにより、
図4に示すように、制御装置14は、送液ポンプ10aを稼働し、第1発酵槽2用の第2送液バルブ8a、第2循環バルブ10c、及び排液バルブ11aを開放する。そして、第1発酵槽2の内部の処理液(残渣)は、第2送液部8、循環送液部10及び排液部11を経由して、外部に排出される。
【0036】
なお、
図4(
図5及び
図6〜
図10も同様)において、太実線で図示されている経路が、処理液(残渣)が流れている経路を示しており、破線で図示されている経路が、処理液(残渣)が流れていない経路を示している。したがって、太実線で図示されているポンプは、稼働しており、破線で図示されているポンプは、停止している。また、太実線で図示されているバルブは、開放されており、破線で図示されているバルブは、閉鎖されている。
【0037】
その後、ユーザが、第1発酵槽2への原料投入モードを、入力部13に入力する。これにより、
図5に示すように、制御装置14は、送液ポンプ10a及び原料ポンプ12bを稼働し、第1発酵槽2用の第2送液バルブ8a、第1及び第2原料投入バルブ12c,12d、第1循環バルブ10b、並びに第1発酵槽2用の第1送液バルブ7aを開放する。
【0038】
そして、原料投入槽12aに投入された原料は、第1発酵槽2の処理液と共に、原料投入部12、循環送液部10及び第1送液部7を経由して、第1発酵槽2の内部に導入される。なお、第1発酵槽2の処理液は、第2送液部8、循環送液部10及び原料投入部12を経由して、原料投入槽12aの内部に導入されている。
【0039】
このように、第1発酵槽2で発酵した後の残渣に残る微生物が、原料と混合されて、第1発酵槽2へ導入されている。これにより、第1発酵槽2で発酵した後の残渣に残る微生物が、次の第1発酵槽2の発酵に再度利用することができる。したがって、微生物を有効活用することによって、バッチ式処理でありながら、継続的な運用が可能である。
【0040】
また、制御装置14は、第1発酵槽2のみに原料が導入されるように、各バルブ2e,7a,8a,10b,10c,11a,12c〜12eを制御している。これにより、
図6に示すように、原料投入槽12aから原料を供給する時期が、発酵槽2ごとで異なっている。
【0041】
したがって、発酵槽2ごとのバイオガスの発生量のピークの時期を異ならせることができる。その結果、システム全体として、バイオガスの発生量を安定させることができるため、ガス使用装置(例えば、コジェネ装置、ボイラ)の稼働に必要なガス量を安定して供給することができる。
【0042】
次に、残渣回収モードと原料投入モードとについて、
図7及び
図8を参照しながら説明する。
【0043】
例えば、ユーザが、第1発酵槽2の残渣を第2及び第3発酵槽2に回収する残渣回収モードを、入力部13に入力する。これにより、
図7に示すように、制御装置14は、送液ポンプ10aを稼働し、第1発酵槽2用の第2送液バルブ8a、第1及び第2循環バルブ10b,10c、並びに第2及び第3発酵槽2用の第1送液バルブ7aを開放する。
【0044】
そして、第1発酵槽2の内部の処理液(残渣)は、第1発酵槽2用の第2送液部8、循環送液部10、並びに第2及び第3発酵槽2用の第1送液部7を経由して、第2及び第3発酵槽2に導入される。これにより、第1発酵槽2の残渣に残る微生物が、第2及び第3発酵槽2の内部の処理液に含まれる。
【0045】
その後、ユーザが、第1発酵槽2への原料投入モードを、入力部13に入力する。これにより、
図8に示すように、制御装置14は、送液ポンプ10a及び原料ポンプ12bを稼働し、第2及び第3発酵槽2用の第2送液バルブ8b、第1及び第2原料投入バルブ12c,12d、第1循環バルブ10b、並びに第1発酵槽2用の第1送液バルブ7aを開放する。
【0046】
そして、原料投入槽12aに投入された原料は、第2及び第3発酵槽2の処理液と共に、原料投入部12、循環送液部10及び第1送液部7を経由して、第1発酵槽2の内部に導入される。なお、第2及び第3発酵槽2の処理液は、第2送液部8、循環送液部10及び原料投入部12を経由して、原料投入槽12aの内部に導入されている。
【0047】
したがって、第1発酵槽2の内部には、第1発酵槽2で発酵した後の残渣に残る微生物だけでなく、第2及び第3発酵槽2の内部の微生物も存在している。また、第2発酵槽2の内部には、第2発酵槽2の微生物だけでなく、第1発酵槽2の微生物も存在し、第3発酵槽2の内部には、第3発酵槽2の微生物だけでなく、第1発酵槽2の微生物も存在している。
【0048】
このように、特定の発酵槽2の微生物を他の発酵槽2に移送することができるため、発酵槽2間での微生物のシェアリングが可能である。したがって、例えば、発酵状態が好ましい発酵槽2の微生物を、発酵状態が好ましくない発酵槽2に移送することで、システム全体として、バイオガスの発生量を安定させることができる。
【0049】
次に、循環モードについて、
図9及び
図10を参照しながら説明する。
【0050】
例えば、ユーザが、循環モードを、入力部13に入力する。これにより、
図9に示すように、制御装置14は、送液ポンプ10aを稼働し、第1発酵槽2用の第1及び第2送液バルブ7a,8a、並びに第1及び第2循環バルブ10b,10cを開放する。そして、第1発酵槽2の処理液は、第2送液部8、循環送液部10及び第1送液部7を経由して、具体的には、第1発酵槽2の第2出入口部2bから出て第1出口部2aに入るように、循環される。
【0051】
なお、送液ポンプ10aは、固形物を含む液体を移送可能であり、また、送液経路にフィルタが存在していないため、水だけでなく、原料や残渣(微生物)も循環することができる。これにより、発酵槽2の内部の処理液、即ち、原料や残渣(微生物)を撹拌することができるため、効率的に発酵を活性化することができる。しかも、内部の処理液を撹拌するために従来の発酵槽2において必要とされていた撹拌機を、削減することができる。
【0052】
そして、所定時間が経過した後、制御装置14は、送液ポンプ10aを逆回転させる。これにより、
図10に示すように、第1発酵槽2の処理液は、第1送液部7、循環送液部10及び第2送液部8を経由して、具体的には、第1発酵槽2の第1出入口部2aから出て第2出口部2bに入るように、循環される。なお、制御装置14は、第1発酵槽2の処理液の循環が完了すると、第2発酵槽2、第3発酵槽2の順で、それぞれの発酵槽2の処理液を同様に所定時間だけ循環する。
【0053】
ところで、第1及び第2流量検出部10d,10eで検出される圧力が上昇し、送液流量が設定値以下となった場合には、配管に詰まりが発生しやすい状況である可能性がある。斯かる場合に、制御装置14は、送液方向が反対方向に切り替わるように、送液ポンプ10aを制御する。例えば、
図9の循環モードにおいて、送液流量が設定値以下となった場合には、
図10の循環モードに変更する。これにより、配管に詰まりが発生することを抑制することができる。
【0054】
また、複数の発酵槽2が備えられているため、原料の量に合わせて、例えば、運転する発酵槽2の台数を選択することもできる。これより、それぞれの発酵槽2の稼働効率を大きくすることで、高効率な発酵処理を行うことができる。
【0055】
以上より、本実施形態に係るバイオガス発生システム1は、第1及び第2出入口部2a,2bを備える複数の発酵槽2と、前記第1出入口部2aに接続される複数の第1送液部7と、前記第2出入口部2bに接続される複数の第2送液部8と、前記複数の発酵槽2と並列に接続されるように、一方側が前記複数の第1送液部7とそれぞれ接続されて且つ他方側が前記複数の第2送液部8とそれぞれ接続される送液本体部9と、を備え、前記複数の第1送液部7は、それぞれ個別に開閉されるバルブ7aを備え、前記複数の第2送液部8は、それぞれ個別に開閉されるバルブ8aを備える。
【0056】
斯かる構成によれば、送液本体部9の一方側が、複数の第1送液部7とそれぞれ接続されており、送液本体部9の他方側が、複数の第2送液部8とそれぞれ接続されている。これにより、送液本体部9は、複数の発酵槽2と並列に接続されている。そして、複数の第1送液部7のバルブ7aと複数の第2送液部8のバルブ8aとは、それぞれ個別に開閉される。これにより、バルブ7a,8aの開閉を切り替えることによって、フレキシブルに送液経路を構成することができる。
【0057】
また、本実施形態に係るバイオガス発生システム1においては、前記送液本体部9は、前記発酵槽2に原料を供給するために、前記原料が投入される原料投入槽12aを備える、という構成である。
【0058】
斯かる構成によれば、原料が原料投入槽12aに投入されることによって、原料が発酵槽2に供給される。そして、原料投入槽12aが発酵槽2に対して分離していることで、例えば、最も臭気が発生する原料投入場所を小型化することができる。
【0059】
また、本実施形態に係るバイオガス発生システム1は、前記原料投入槽12aから前記原料を供給する時期が前記発酵槽2ごとで異なるように、前記バルブ7a,8aを制御する制御装置14を備える、という構成である。
【0060】
斯かる構成によれば、原料投入槽12aから原料を供給する時期が発酵槽2ごとで異なるため、例えば、発酵槽2ごとのバイオガスの発生量のピークの時期を異ならせることができる。これにより、システム全体として、バイオガスの発生量を安定させることができる。
【0061】
また、本実施形態に係るバイオガス発生システム1は、固形物を含む液体を移送可能な送液ポンプ10aを備える、という構成である。
【0062】
斯かる構成によれば、原料や残渣を含む液が移送された場合でも、送液ポンプ10aの不具合が発生しない。これにより、例えば、固形物を除去する手段(フィルタ等)を設置する必要がない。また、例えば、特定の発酵槽2の残渣(微生物)を他の発酵槽2に移送することができる。
【0063】
また、本実施形態に係るバイオガス発生システム1は、前記送液ポンプ10aを制御する制御装置14を備え、前記第1送液部7、前記第2送液部8及び前記送液本体部9の少なくとも一つの送液流量を検出する流量検出部10d,10eを備え、前記制御装置14は、前記流量検出部10d,10eで検出される送液流量が設定値以下となる場合に、送液方向が反対方向に切り替わるように、前記送液ポンプ10aを制御する、という構成である。
【0064】
斯かる構成によれば、流量検出部10d,10eで検出される送液流量が設定値以下となった場合に、送液方向が反対方向に切り替わる。これにより、第1送液部7、第2送液部8及び送液本体部9の何れかに、詰まりが発生しそうな場合に、送液方向が反対方向に切り替わるため、詰まりが発生することを抑制することができる。
【0065】
なお、バイオガス発生システム1は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、バイオガス発生システム1は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
【0066】
(1)上記実施形態に係るバイオガス発生システム1においては、送液ポンプ10aは、送液本体部9に備えられ、複数の発酵槽2に対して並列に接続されている、という構成である。しかしながら、バイオガス発生システム1は、斯かる構成に限られない。例えば、送液ポンプ10aは、複数備えられ、第1送液部7又は第2送液部8にそれぞれ備えられることで、それぞれの発酵槽2に対して直列に接続されている、という構成でもよい。
【0067】
(2)また、上記実施形態に係るバイオガス発生システム1においては、原料投入槽12aは、発酵槽2と分離している、という構成である。しかしながら、バイオガス発生システム1は、斯かる構成に限られない。例えば、原料投入槽12aは、それぞれの発酵槽2と一体である、という構成でもよい。即ち、発酵槽2は、原料を投入する原料投入部を備えている、という構成でもよい。
【0068】
(3)また、上記実施形態に係るバイオガス発生システム1においては、送液ポンプ10aは、固形物を含む液体を移送可能である、という構成である。しかしながら、バイオガス発生システム1は、斯かる構成に限られない。例えば、送液ポンプ10aは、液体のみ移送可能である、という構成でもよい。
【0069】
(4)また、上記実施形態に係るバイオガス発生システム1においては、送液ポンプ10aは、正回転と逆回転とを切り替えることにより、送液方向を正方向と反対方向とに切り替える、という構成である。しかしながら、バイオガス発生システム1は、斯かる構成に限られない。例えば、バイオガス発生システム1は、送液方向が正方向となるように送液する第1送液ポンプと、送液方向が反対方向となるように送液する第2送液ポンプとを備えている、という構成でもよい。