特開 2022-178479 バイオガスシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022178479

(43)【公開日】2022-12-02

(54)【発明の名称】バイオガスシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/02 20060101AFI20221125BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20221125BHJP

   C10L 3/08 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

F02D19/02 A

F02D45/00 369

C10L3/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021085317

(22)【出願日】2021-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】川口 昇

(72)【発明者】

【氏名】藤沼 正訓

(72)【発明者】

【氏名】山崎 亘

【テーマコード（参考）】

3G092

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G092AB06

3G092AC08

3G092DE17

3G092HB05Z

3G092HF01Z

3G384AA13

3G384AA22

3G384FA21Z

(57)【要約】

【課題】システムの構成に要する費用が嵩むことを抑制しながらガス成分の濃度を検知することができるバイオガスシステムを提供する。
【解決手段】バイオガスシステム１０は、発酵槽１１と、貯留槽１３と、燃焼機関１５と、流量センサ２３と、各種センサ２５と、を備える。発酵槽１１はバイオマス原料を発酵させることによってバイオガスを生成する。貯留槽１３は発酵槽１１で生成されるバイオガスを貯留する。燃焼機関１５はバイオガスを燃料として稼働する。流量センサ２３はバイオガスの流量を検出する。各種センサ２５は燃焼機関１５の稼働状態を示す情報を検出する。制御装置２７は流量センサ２３及び各種センサ２５の各々から出力される検出値と基準データとに基づいて、バイオガス中のメタンガスの濃度を取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオマス原料を発酵させることによってバイオガスを生成する発酵槽と、
前記発酵槽で生成される前記バイオガスを貯留する貯留槽と、
前記貯留槽から供給される前記バイオガスを燃料として稼働する燃焼機関と、
前記貯留槽から前記燃焼機関に供給される前記バイオガスの流量を検出して前記流量の検出値の信号を出力する流量センサと、
前記燃焼機関の稼働状態を示す情報を検出して前記情報の検出値の信号を出力する検出部と、
前記流量及び前記情報と前記バイオガス中のメタンガスの濃度との対応関係を示す基準データを記憶するとともに、前記流量センサ及び前記検出部の各々から出力される前記検出値と前記基準データとに基づいて、前記バイオガス中のメタンガスの濃度を取得する処理部と、
を備える、
ことを特徴とするバイオガスシステム。

【請求項2】

前記燃焼機関の動力により発電する発電機を備え、
前記燃焼機関の稼働状態を示す前記情報は、前記発電機の発電電力を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のバイオガスシステム。

【請求項3】

前記燃焼機関にメタンガスの濃度が既知である基準ガスを供給する基準ガス供給部を備え、
前記処理部は、前記基準ガス供給部から前記燃焼機関に前記基準ガスを供給することによって前記基準データを作成又は較正する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオガスシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオガスシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、メタン発酵のモデル又は屈折率及び音波の伝搬速度等のガス物性に基づく関係式によってバイオガスのメタン濃度を算出する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２２３３８６号公報

【特許文献2】特開２０１９－０４５４３４号公報

【特許文献3】国際公開第２０１３／１４１０８３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記した従来技術の方法では、モデルの不確かさに起因してガス濃度の算出精度を向上させることが困難になるおそれがある。また、ガス物性若しくはガス濃度を検出又はガスの定量分析を行うための特別なセンサ又は機器を必要とする場合、システムの構成に要する費用が嵩むとともに、演算処理が複雑になるという問題が生じる。

【0005】

本発明は、システムの構成に要する費用が嵩むことを抑制しながらガス成分の濃度を検知することができるバイオガスシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係るバイオガスシステム（例えば、実施形態でのバイオガスシステム１０）は、バイオマス原料を発酵させることによってバイオガスを生成する発酵槽（例えば、実施形態での発酵槽１１）と、前記発酵槽で生成される前記バイオガスを貯留する貯留槽（例えば、実施形態での貯留槽１３）と、前記貯留槽から供給される前記バイオガスを燃料として稼働する燃焼機関（例えば、実施形態での燃焼機関１５）と、前記貯留槽から前記燃焼機関に供給される前記バイオガスの流量を検出して前記流量の検出値の信号を出力する流量センサ（例えば、実施形態での流量センサ２３）と、前記燃焼機関の稼働状態を示す情報を検出して前記情報の検出値の信号を出力する検出部（例えば、実施形態での各種センサ２５）と、前記流量及び前記情報と前記バイオガス中のメタンガスの濃度との対応関係を示す基準データを記憶するとともに、前記流量センサ及び前記検出部の各々から出力される前記検出値と前記基準データとに基づいて、前記バイオガス中のメタンガスの濃度を取得する処理部（例えば、実施形態での制御装置２７）と、を備える。

【0007】

（２）上記（１）に記載のバイオガスシステムは、前記燃焼機関の動力により発電する発電機（例えば、実施形態での発電機１７）を備え、前記燃焼機関の稼働状態を示す前記情報は、前記発電機の発電電力を含んでもよい。

【0008】

（３）上記（１）又は（２）に記載のバイオガスシステムは、前記燃焼機関にメタンガスの濃度が既知である基準ガスを供給する基準ガス供給部（例えば、実施形態での基準ガス供給部１９）を備え、前記処理部は、前記基準ガス供給部から前記燃焼機関に前記基準ガスを供給することによって前記基準データを作成又は較正してもよい。

【発明の効果】

【0009】

上記（１）によれば、流量センサ及び燃焼機関の稼働状態の情報を検出する検出部等の汎用のセンサと基準データとによってバイオガス中のメタンガスの濃度を取得する処理部を備えることによって、バイオガスシステム１０の構成に要する費用が嵩むことを抑制しながらメタンガスの濃度を適正に検知することができる。

【0010】

上記（２）の場合、燃焼機関のみの稼働状態の情報に加えて発電機の発電電力に応じてメタンガスの濃度を検知することによって、検知精度を向上させることができる。

【0011】

上記（３）の場合、基準ガスを供給する基準ガス供給部を備えることによって、例えば燃焼機関の劣化度合い及び不具合の発生有無等を監視することができ、システムの保全及び故障診断等での保守容易性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態でのバイオガスシステムの構成図。

【図2】本発明の実施形態でのバイオガスシステムの基準データの例を示すグラフ図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態に係るバイオガスシステム１０について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態でのバイオガスシステム１０の構成図である。
図１に示すように、実施形態によるバイオガスシステム１０は、例えば、発酵槽１１と、貯留槽１３と、燃焼機関１５と、発電機１７と、基準ガス供給部１９と、第１開閉弁２１ａ及び第２開閉弁２１ｂと、流量センサ２３と、各種センサ２５と、制御装置２７と、を備える。

【0014】

発酵槽１１は、例えば有機性の廃棄物等のバイオマス原料を含む発酵液を微生物の存在下で貯蔵する。発酵槽１１は、バイオマス原料をメタン発酵させることによってメタンガスを主成分とするバイオガスを生成する。発酵槽１１は、例えば、第１ガス配管２９ａによって貯留槽１３に接続されている。発酵槽１１で生成されたバイオガスは貯留槽１３に向かって排出され、バイオマス原料からバイオガスを発生させた後に生じる発酵残渣（例えば、消化液及び残留固形物等）は外部の処理設備等に向かって排出される。
発酵槽１１と貯留槽１３との間には、例えば、バイオガスからケイ素化合物及び硫黄化合物等の不要な物質を除去する精製装置が配置されてもよい。

【0015】

貯留槽１３は、発酵槽１１で生成されたバイオガスを貯留する。貯留槽１３は、例えば、バイオガスを貯蔵するガスバック又はガスホルダー等を備える。発酵槽１１は、例えば、第２ガス配管２９ｂによって燃焼機関１５に接続されている。貯留槽１３は、バイオガスを燃料として燃焼機関１５に供給する。

【0016】

燃焼機関１５は、例えば、ガスエンジン又はガスタービン等の内燃機関を備える。燃焼機関１５は、１つ以上の内燃機関を備える。
発電機１７は、例えば、内燃機関の動力によって回転駆動されることによって発電する回転電機である。発電機１７の数は、内燃機関の数と同一である。各発電機１７の回転軸は、各内燃機関の出力軸に連結されている。

【0017】

基準ガス供給部１９は、所定濃度のメタンガスを含む基準ガスを燃料として燃焼機関１５に供給する。基準ガス供給部１９は、例えば、バイオガスを貯蔵するガスバック又はガスホルダー等を備える。基準ガス供給部１９は、例えば、第３ガス配管２９ｃによって第２ガス配管２９ｂに接続されている。

【0018】

第１開閉弁２１ａ及び第２開閉弁２１ｂの各々は、例えば、電磁弁、電動弁又は空気式弁等であって、制御装置２７によって開閉及び開度等が制御される。なお、第１開閉弁２１ａ及び第２開閉弁２１ｂの各々は、操作者によって操作される手動バルブであってもよい。
第１開閉弁２１ａは、第２ガス配管２９ｂでの貯留槽１３と第３ガス配管２９ｃの合流部との間に配置されている。第２開閉弁２１ｂは、第３ガス配管２９ｃに配置されている。第１開閉弁２１ａ及び第２開閉弁２１ｂは、例えば、互いの開閉状態が異なる（反転する）ように設定される。第１開閉弁２１ａが開及び第２開閉弁２１ｂが閉に設定される状態は、貯留槽１３から燃焼機関１５にバイオガスが供給される状態である。第１開閉弁２１ａが閉及び第２開閉弁２１ｂが開に設定される状態は、基準ガス供給部１９から燃焼機関１５に基準ガスが供給される状態である。

【0019】

流量センサ２３は、第２ガス配管２９ｂでの第３ガス配管２９ｃの合流部と燃焼機関１５との間に配置されている。流量センサ２３は、例えば、貯留槽１３から燃焼機関１５に供給されるバイオガスの流量及び基準ガス供給部１９から燃焼機関１５に供給される基準ガスの流量の各々を検出し、各流量（ガス流量）の検出値の信号を出力する。

【0020】

各種センサ２５は、燃焼機関１５の稼働状態を示す各種情報及び発電機１７の発電電力に関する情報の各々を検出する複数の異なるセンサを備える。複数の異なるセンサは、例えば、燃焼機関１５の出力軸の回転数Ｎ、燃焼機関１５のスロットルバルブの開度ＴＨ、燃焼機関１５の吸入圧力ＰＢ、内燃機関の潤滑油の温度（オイル温度）Ｔ及び発電機１７の発電電力Ｐの各々を検出する複数のセンサである。

【0021】

制御装置２７は、例えば、バイオガスシステム１０の全体を統合的に制御する。制御装置２７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。なお、制御装置２７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路であってもよい。

【0022】

制御装置２７は、例えば、貯留槽１３から燃焼機関１５に供給されるバイオガスの流量（ガス流量）Ｆと、燃焼機関１５の稼働状態を示す各種情報及び発電機１７の発電電力に関する情報と、バイオガス中のメタンガスの濃度（メタン濃度）Ｃとの対応関係を示す基準データを記憶している。基準データは、例えば、基準ガス供給部１９から燃焼機関１５に供給される基準ガスによって実施される試験によって作成及び較正される。例えば、基準データは、適宜の燃焼機関１５及び発電機１７の組み合わせに対して得られるモデルデータを、基準ガスを用いた試験によって得られるデータによって補正して作成されることで、実際のバイオガスシステム１０での燃焼機関１５及び発電機１７の組み合わせの個体差が反映される。例えば、基準データは、適宜のタイミングで繰り返し実施される基準ガスを用いた試験によって得られるデータで較正される。

【0023】

図２は、実施形態でのバイオガスシステム１０の基準データの例を示すグラフ図である。
図２に示すように、基準データは、例えば、互いに関連する６つのマップデータを備える。第１マップデータ（Ａ）は、吸入圧力ＰＢ及びオイル温度Ｔが所定に固定された状態での回転数Ｎ、発電電力Ｐ及びメタン濃度Ｃの対応関係を示す。第１マップデータ（Ａ）では、複数の異なるメタン濃度Ｃ（例えば、３つの濃度Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３）の各々で回転数Ｎの増大に伴い発電電力Ｐは増大傾向に変化する。
第２マップデータ（Ｂ）は、メタン濃度Ｃ及びオイル温度Ｔが所定に固定された状態での回転数Ｎ、発電電力Ｐ及び吸入圧力ＰＢの対応関係を示す。第２マップデータ（Ｂ）では、複数の異なる吸入圧力ＰＢ（例えば、３つの吸入圧力ＰＢ１，ＰＢ２，ＰＢ３）の各々で回転数Ｎの増大に伴い発電電力Ｐは増大傾向に変化する。

【0024】

第３マップデータ（Ｃ）は、吸入圧力ＰＢ及びメタン濃度Ｃが所定に固定された状態でのオイル温度Ｔ、発電電力Ｐ及び回転数Ｎの対応関係を示す。第３マップデータ（Ｃ）では、複数の異なる回転数Ｎ（例えば、３つの回転数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３）の各々でオイル温度Ｔの増大に伴い発電電力Ｐは増大傾向に変化する。
第４マップデータ（Ｄ）は、吸入圧力ＰＢ、オイル温度Ｔ及び回転数Ｎが所定に固定された状態でのガス流量Ｆ、発電電力Ｐ及びメタン濃度Ｃの対応関係を示す。第４マップデータ（Ｄ）では、複数の異なるメタン濃度Ｃ（例えば、３つの濃度Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３）の各々でガス流量Ｆの増大に伴い発電電力Ｐは適宜の極大となるように変化する。

【0025】

第５マップデータ（Ｅ）は、オイル温度Ｔ及び回転数Ｎが所定に固定された状態での吸入圧力ＰＢ、発電電力Ｐ及びメタン濃度Ｃの対応関係を示す。第５マップデータ（Ｅ）では、複数の異なるメタン濃度Ｃ（例えば、３つの濃度Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３）の各々で吸入圧力ＰＢの増大に伴い発電電力Ｐは低下傾向に変化する。
第６マップデータ（Ｆ）は、オイル温度Ｔ及び吸入圧力ＰＢが所定に固定された状態でのメタン濃度Ｃ、発電電力Ｐ及び回転数Ｎの対応関係を示す。第６マップデータ（Ｆ）では、複数の異なる回転数Ｎ（例えば、３つの回転数Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３）の各々でメタン濃度Ｃの増大に伴い発電電力Ｐは増大傾向に変化する。

【0026】

制御装置２７は、流量センサ２３及び各種センサ２５から出力される各検出値の信号に応じて基準データを参照することによって、貯留槽１３から燃焼機関１５に供給されるバイオガス中のメタンガスの濃度を取得する。

【0027】

上述したように、実施形態のバイオガスシステム１０では、流量センサ２３及び各種センサ２５等の汎用のセンサと基準データとによってバイオガス中のメタンガスの濃度を取得する制御装置２７を備えることによって、バイオガスシステム１０の構成に要する費用が嵩むことを抑制しながらメタンガスの濃度を適正に検知することができる。
制御装置２７は、燃焼機関１５の吸入圧力ＰＢ、オイル温度Ｔ及び回転数Ｎ等の情報に加えて発電機１７の発電電力Ｐに応じてメタンガスの濃度を検知することによって、検知精度を向上させることができる。

【0028】

基準ガスを供給する基準ガス供給部１９を備えることによって、例えば燃焼機関１５及び発電機１７の劣化度合い及び不具合の発生有無等を監視することができ、バイオガスシステム１０の保全及び故障診断等での保守容易性を向上させることができる。

【0029】

（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、燃焼機関１５は、内燃機関を備えるとしたが、これに限定されず、ボイラー等を備えてもよい。

【0030】

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0031】

１０…バイオガスシステム、１１…発酵槽、１３…貯留槽、１５…燃焼機関、１７…発電機、１９…基準ガス供給部、２３…流量センサ、２５…各種センサ（検出部）、２７…制御装置（処理部）。

【図1】

【図2】