ホーム > 特許ランキング > ダイハツ工業株式会社
(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】P2024129368
(43)【公開日】2024-09-27
(54)【発明の名称】バイオガス生成装置
(51)【国際特許分類】
B09B 3/65 20220101AFI20240919BHJP
【ＦＩ】
B09B3/65 ZAB
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038526
(22)【出願日】2023-03-13
(71)【出願人】
【識別番号】000002967
【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003812
【氏名又は名称】弁理士法人いくみ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上田 翔
(72)【発明者】
【氏名】倉地 克昌
(72)【発明者】
【氏名】井関 芳和
【テーマコード（参考）】
4D004
【Ｆターム（参考）】
4D004AA02
4D004BA03
4D004CA15
4D004CA18
4D004CB21
4D004DA01
4D004DA06
4D004DA09
4D004DA16
4D004DA20
(57)【要約】
【課題】バイオガスの生成可能量を算出できるバイオガス生成装置を提供すること。
【解決手段】バイオガス生成装置１は、バイオガス生成部２と、バイオガス算出部３とを、備える。バイオガス生成部２は、槽２１と、攪拌部２２とを備える。バイオガス算出部３は、記憶部３１と、演算処理部３２とを、備える。記憶部３１には、第１テーブルと、第２テーブルと、が記憶される。第１テーブルでは、含水原料Ｍから受けるトルクと、含水原料における含水率とが関連付けられる。第２テーブルでは、含水率と、槽２１に収容される含水原料Ｍから生成可能なバイオガスの生成可能量とが、特定条件下において関連付けられる。演算処理部３２は、ステップ（１）と、ステップ（２）と、を実行可能である。ステップ（１）では、第１テーブルに基づいて、トルクから、含水率を算出する。ステップ（２）では、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】バイオガス生成装置１は、バイオガス生成部２と、バイオガス算出部３とを、備える。バイオガス生成部２は、槽２１と、攪拌部２２とを備える。バイオガス算出部３は、記憶部３１と、演算処理部３２とを、備える。記憶部３１には、第１テーブルと、第２テーブルと、が記憶される。第１テーブルでは、含水原料Ｍから受けるトルクと、含水原料における含水率とが関連付けられる。第２テーブルでは、含水率と、槽２１に収容される含水原料Ｍから生成可能なバイオガスの生成可能量とが、特定条件下において関連付けられる。演算処理部３２は、ステップ（１）と、ステップ（２）と、を実行可能である。ステップ（１）では、第１テーブルに基づいて、トルクから、含水率を算出する。ステップ（２）では、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイオ原料および水を含む含水原料からバイオガスを生成可能なバイオガス生成装置であり、
バイオガス生成装置は、バイオガス生成部と、バイオガス算出部とを、備え、
前記バイオガス生成部は、
含水原料を収容する槽と、
前記槽内に配置され、回転可能な攪拌部とを備え、
前記バイオガス算出部は、
記憶部と、
演算処理部とを、備え、
前記記憶部には、
前記攪拌部が前記含水原料を攪拌するときに、前記含水原料から受けるトルクと、前記含水原料における含水率とが関連付けられた第１テーブルと、
前記含水率と、前記槽に収容される前記含水原料から生成可能なバイオガスの生成可能量とが、特定条件下において関連付けられた第２テーブルと、が記憶され、
前記演算処理部は、
前記第１テーブルに基づいて、前記トルクから、前記含水率を算出するステップ（１）と、
前記特定条件および前記第２テーブルに基づいて、前記ステップ（１）で算出された含水率から、前記バイオガスの前記生成可能量を算出するステップ（２）と、
を実行可能である、バイオガス生成装置。
バイオガス生成装置は、バイオガス生成部と、バイオガス算出部とを、備え、
前記バイオガス生成部は、
含水原料を収容する槽と、
前記槽内に配置され、回転可能な攪拌部とを備え、
前記バイオガス算出部は、
記憶部と、
演算処理部とを、備え、
前記記憶部には、
前記攪拌部が前記含水原料を攪拌するときに、前記含水原料から受けるトルクと、前記含水原料における含水率とが関連付けられた第１テーブルと、
前記含水率と、前記槽に収容される前記含水原料から生成可能なバイオガスの生成可能量とが、特定条件下において関連付けられた第２テーブルと、が記憶され、
前記演算処理部は、
前記第１テーブルに基づいて、前記トルクから、前記含水率を算出するステップ（１）と、
前記特定条件および前記第２テーブルに基づいて、前記ステップ（１）で算出された含水率から、前記バイオガスの前記生成可能量を算出するステップ（２）と、
を実行可能である、バイオガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイオガス生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
バイオ原料および水を含む含水原料を混練しながら、バイオ原料からバイオガスを生成するバイオガス生成装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。特許文献１に記載のバイオガス生成装置は、攪拌機と、制御装置と、を備える。攪拌機は、含水原料を攪拌する。検知装置は、バイオ原料の加水分解状況を、攪拌機のトルクを指標として検知して、推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１２９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
バイオガス生成装置では、目的および用途に応じて、バイオガスの生成可能量を算出する必要がある。
【0005】
特許文献１のバイオガス生成装置では、バイオ原料の加水分解状況を推定するだけで、バイオガスの生成可能量を算出しない。
【0006】
本発明は、バイオガスの生成可能量を算出できるバイオガス生成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明［１］は、バイオ原料および水を含む含水原料からバイオガスを生成可能なバイオガス生成装置であり、前記バイオガス生成装置は、バイオガス生成部と、バイオガス算出部とを、備え、と、前記バイオガス生成部は、前記含水原料を収容する槽と、前記槽内に配置され、回転可能な攪拌部とを備え、前記バイオガス算出部は、記憶部と、演算処理部とを、備え、前記記憶部には、前記攪拌部が前記含水原料を攪拌するときに、前記含水原料から受けるトルクと、前記含水原料における含水率とが関連付けられた第１テーブルと、前記含水率と、前記槽に収容される前記含水原料から生成可能なバイオガスの生成可能量とが、特定条件下において関連付けられた第２テーブルと、が記憶され、前記演算処理部は、前記第１テーブルに基づいて、前記トルクから、前記含水率を算出するステップ（１）と、前記特定条件および前記第２テーブルに基づいて、前記ステップ（１）で算出された前記含水率から、前記バイオガスの生成可能量を算出するステップ（２）と、を実行可能である、バイオガス生成装置を含む。
【0008】
このバイオガス生成装置によれば、演算処理部が、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出するステップ（２）を実行することによって、バイオガスの生成可能量を算出できる。
【発明の効果】
【0009】
本発明のバイオガス生成装置は、バイオガスの生成可能量を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】バイオガス生成装置の一実施形態の概略図である。
【図2】第１テーブルのグラフである。
【図3】第２テーブルのグラフである。
【図4】演算処理部におけるフローチャートである。
【図5】バイオガス計画発電システムの概略図である。
【図6】発電部における発電のフローチャートである。
【図7】運転スケジュールの作成のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
【0012】
１．１ バイオガス生成部２
バイオガス生成部２は、槽２１と、攪拌部２２と、センサ２３と、を備える。
バイオガス生成部２は、槽２１と、攪拌部２２と、センサ２３と、を備える。
【0013】
槽２１は、含水原料Ｍを収容する。含水原料Ｍは、バイオ原料と水とを含有する。
【0014】
バイオ原料として、例えば、動物の糞が挙げられ、好ましくは、家畜の糞、より好ましくは、牛の糞が挙げられる。牛としては、例えば、肉牛、および、乳牛が挙げられ、好ましくは、肉牛が挙げられる。含水原料Ｍにおける含水原料の割合は、例えば、１質量％以上、好ましくは、３０質量％以上であり、また、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。
【0015】
含水原料における水の割合は、例えば、４０質量％以上、好ましくは、６０質量％以上であり、また、例えば、９９質量％以下、好ましくは、７０質量％以下である。
【0016】
槽２１としては、例えば、密閉容器が挙げられる。
【0017】
攪拌部２２は、槽２１内に配置される。攪拌部２２は、回転可能である。攪拌部２２は、例えば、回転棒２２１を備える。
【0018】
センサ２３は、槽２１に設けられる。センサ２３としては、例えば、温度センサ２３１、ロードセンサ２３２、および、ｐＨセンサ２３３が挙げられる。温度センサ２３１およびｐＨセンサ２３３のそれぞれは、槽２１内に設けられる。ロードセンサ２３２は、槽２１外に設けられる。ロードセンサ２３２は、ロードセルを含む。
【0019】
バイオガス生成部２では、まず、槽２１に含水原料Ｍが収容される。例えば、バイオ原料と水とがそれぞれ槽２１に投入される。続いて、攪拌部２２は、回転によって含水原料を攪拌する。槽２１は、バイオ原料が特定条件（後述）下に置かれるように、調整される。含水原料Ｍ中のバイオ原料は、特定条件下の経時変化に伴って、加水分解されて、バイオガスを生成する。バイオガスとしては、例えば、メタンが挙げられる。
【0020】
１．２ バイオガス算出部３
バイオガス算出部３は、記憶部３１と、演算処理部３２とを、備える。
バイオガス算出部３は、記憶部３１と、演算処理部３２とを、備える。
【0021】
１．２．１ 記憶部３１
記憶部３１には、第１テーブルと、第２テーブルと、が記憶される。
記憶部３１には、第１テーブルと、第２テーブルと、が記憶される。
【0022】
図２に示すように、第１テーブルは、攪拌部２２が含水原料Ｍを攪拌するときに、含水原料Ｍから受けるトルクと、含水原料における含水率とが関連付けられる。本実施形態では、図２から分かるように、トルクと、含水率とは、反比例の式［０］（グラフ）で関連付けられる。式［０］は、予め測定したデータから作成される。
【0023】
図３に示すように、第２テーブルは、含水原料における含水率と、槽２１に収容される含水原料Ｍから生成可能なバイオガスの生成可能量とが、特定条件下において関連付けられる。特定条件は、含水原料Ｍの温度、含水原料Ｍの量、および／または、含水原料ＭのｐＨを含む。本実施形態では、特定条件は、含水原料Ｍの温度を含む。つまり、図３は、特定の温度条件下における含水原料の含水率と、バイオガスの生成可能量とが関連づけられたテーブルである。図３から分かるように、含水原料の含水率と、バイオガスの生成可能量とは、槽２１内の含水原料Ｍの温度により、関数式が異なる。
【0024】
具体的には、図３の太実線から分かるように、含水率Ｘと、バイオガスの生成可能量Ｙとは、含水原料Ｍの温度３７℃において、Ｙ＝６３．４８２Ｘ２．０１４９の式［１］で関連付けられる。
【0025】
図３の細実線から分かるように、含水率Ｘと、バイオガスの生成可能量Ｙとは、含水原料Ｍの温度４２℃において、Ｙ＝６３．４８２Ｘ２．０１４９－３７．０１３の式［２］で関連付けられる。
【0026】
図３の破線から分かるように、含水率Ｘと、バイオガスの生成可能量Ｙとは、含水原料Ｍの温度３２℃においてＹ＝６３．４８２Ｘ２．０１４９－２４．３５５の式［３］で関連付けられる。
【0027】
１．２．２ 演算処理部３２
図１に示す演算処理部３２は、ステップ（１）と、ステップ（２）と、ステップ（３）と、を実行可能である。図４に示すように、演算処理部３２は、ステップ（１）と、ステップ（２）と、ステップ（３）と、をこの順に実行可能である。
図１に示す演算処理部３２は、ステップ（１）と、ステップ（２）と、ステップ（３）と、を実行可能である。図４に示すように、演算処理部３２は、ステップ（１）と、ステップ（２）と、ステップ（３）と、をこの順に実行可能である。
【0028】
１．２．２．１ ステップ（１）
図４に示すように、ステップ（１）では、演算処理部３２が、第１テーブルに基づいて、トルクから、含水率を算出する（Ｓ１）。具体的には、図２に示す式［０］にトルクＴ１を代入して、含水率Ｈ１を算出する。
図４に示すように、ステップ（１）では、演算処理部３２が、第１テーブルに基づいて、トルクから、含水率を算出する（Ｓ１）。具体的には、図２に示す式［０］にトルクＴ１を代入して、含水率Ｈ１を算出する。
【0029】
１．２．２．２ ステップ（２）
図４に示すように、ステップ（２）では、演算処理部３２が、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出する（Ｓ２）。ステップ（２）では、まず、センサ２３を用いて、特定条件が求められる。特定条件が含水原料Ｍの温度であれば、温度センサ２３１を用いて、含水原料Ｍの温度が求められる。特定条件が含水原料Ｍの量（質量）であれば、ロードセンサ２３２を用いて、槽２１内に投入された含水原料Ｍの量が求められる。特定条件が含水原料ＭのｐＨであれば、ｐＨ２３３を用いて、含水原料ＭのｐＨが求められる。
図４に示すように、ステップ（２）では、演算処理部３２が、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出する（Ｓ２）。ステップ（２）では、まず、センサ２３を用いて、特定条件が求められる。特定条件が含水原料Ｍの温度であれば、温度センサ２３１を用いて、含水原料Ｍの温度が求められる。特定条件が含水原料Ｍの量（質量）であれば、ロードセンサ２３２を用いて、槽２１内に投入された含水原料Ｍの量が求められる。特定条件が含水原料ＭのｐＨであれば、ｐＨ２３３を用いて、含水原料ＭのｐＨが求められる。
【0030】
例えば、特定条件が温度であれば、まず、温度センサ２３１を用いて、含水原料Ｍの温度が求められる。そして、求められた温度に基づいて、関係式［１］から［３］のうちいずれかが選択される。そして、式［１］が選択された場合には、演算処理部３２は、図３に示す式［１］に、含水率Ｈ１を代入して、バイオガス生成可能量Ｖ１を算出する。バイオガス生成可能量Ｖ１は、槽２１に収容された含水原料Ｍから生成できるバイオガスの量である。
【0031】
１．２．２．３ ステップ（３）
図４に示すように、ステップ（３）では、ステップ（２）で算出されたバイオガスの生成可能量Ｖ１から、１日当たりのガス発生量ｖを算出する。ガス発生量ｖは、所定日数（例えば、２０日）における１日当たりのガス発生量である。例えば、２０日で、槽２１の含水原料Ｍからバイオガスを生成させるときには、バイオガスの生成可能量を２０で除して、１日当たりのガスの発生量を算出する。
図４に示すように、ステップ（３）では、ステップ（２）で算出されたバイオガスの生成可能量Ｖ１から、１日当たりのガス発生量ｖを算出する。ガス発生量ｖは、所定日数（例えば、２０日）における１日当たりのガス発生量である。例えば、２０日で、槽２１の含水原料Ｍからバイオガスを生成させるときには、バイオガスの生成可能量を２０で除して、１日当たりのガスの発生量を算出する。
【0032】
これによって、バイオガス生成装置１は、含水原料Ｍからバイオガスを生成する。つまり、バイオガス生成装置１は、バイオ原料および水を含む含水原料Ｍからバイオガスを生成可能である。
【0033】
バイオガス生成装置１の用途は、バイオガスを必要とする用途であれば、限定されない。例えば、バイオガス生成装置１は、バイオガス計画発電システムに備えられる。
【0034】
１．３ バイオガス計画発電システム１０
次に、図５を参照して、バイオガス生成装置１を備えるバイオガス計画発電システム１０を説明する。
次に、図５を参照して、バイオガス生成装置１を備えるバイオガス計画発電システム１０を説明する。
【0035】
バイオガス計画発電システム１０は、バイオガス生成装置１と、ガス収容部２０と、発電部３０と、計画部４０と、を備える。
【0036】
１．３．１ バイオガス生成装置１
バイオガス生成装置１におけるバイオガス算出部３は、算出計画部に３４に、後述する計画部４０とともに備えられる。つまり、算出計画部３４は、バイオガス算出部３と、計画部４０と、を備える。
バイオガス生成装置１におけるバイオガス算出部３は、算出計画部に３４に、後述する計画部４０とともに備えられる。つまり、算出計画部３４は、バイオガス算出部３と、計画部４０と、を備える。
【0037】
１．３．２ ガス収容部２０
ガス収容部２０は、ガスバッグ２０１と、ガス量計測部２０２と、を備える。
ガス収容部２０は、ガスバッグ２０１と、ガス量計測部２０２と、を備える。
【0038】
ガスバッグ２０１は、バイオガス生成部２で生成されたバイオガスを収容する。ガスバッグ２０１は、槽２１と接続される。
【0039】
ガス量計測部２０２は、ガスバッグ２０１に設けられる。ガス量計測部２０２は、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を計測する。ガス量計測部２０２は、ガスバッグ２０１内のバイオガスの内圧に基づいて、バイオガスの量を計測する。ガス量計測部２０２は、上限リミッターおよび下限リミッターを含む。上限リミッター以下のバイオガス量がガスバッグ内２０１内にあれば、ガスバッグ２０１内の破損を抑制できる。下限リミッター以上のバイオガス量がガスバッグ内２０１内にあれば、バイオガスから発電部３０が効率よく発電できる。
【0040】
１．３．３ 発電部３０
発電部３０は、例えば、複数の発電機３１，３２，３３を備える。発電機３１，３２，３３のそれぞれは、バイオガスを用いて発電可能である。発電機３１，３２，３３のそれぞれは、ガスバッグ２０１と接続される。
発電部３０は、例えば、複数の発電機３１，３２，３３を備える。発電機３１，３２，３３のそれぞれは、バイオガスを用いて発電可能である。発電機３１，３２，３３のそれぞれは、ガスバッグ２０１と接続される。
【0041】
１．３．４ 発電部３０における発電
図６を参照して、発電部３０における発電を説明する。なお、この発電は、後述する運転スケジュールに基づかない。
図６を参照して、発電部３０における発電を説明する。なお、この発電は、後述する運転スケジュールに基づかない。
【0042】
まず、ガス量計測部２０２が、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を計測する（Ｓ１１）。
【0043】
そして、バイオガスの量が上限リミッターを上回れば（ＹＥＳ）、発電機３１，３２，３３の運転台数を増加させる（Ｓ１３）。これによって、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を減少させる。
【0044】
他方、バイオガスの量が上限リミッターを上回らないときには（ＮＯ）、再度、ガス量計測部２０２が、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を計測する（Ｓ１１）。
【0045】
次に、バイオガスの量が下限リミッターを下回れば（ＹＥＳ）、発電機３１，３２，３３の運転台数を減少させる（Ｓ１５）。これによって、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を増加させる。その後、再度、ガス量計測部２０２が、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を計測する（Ｓ１１）。
【0046】
他方、バイオガスの量が下限リミッターを下回らないときには（ＮＯ）、再度、ガス量計測部２０２が、ガスバッグ２０１内におけるバイオガスの量を計測する（Ｓ１１）。
【0047】
上記したように、発電部３０は、運転する発電機３１，３２，３３の台数を調整しながら、発電する。
【0048】
【0049】
計画部４０は、１日の発電スケジュールを作成して、発電部３０に運転を指示する。計画部４０は、バイオガス算出部３に接続される。
【0050】
図７に示すように、具体的には、計画部４０は、１日当たりのガス発生量から、１日当たりの発電量を算出し（Ｓ２１）、１日の発電スケジュールを作成する（Ｓ２２）。続いて、現在時刻を把握し（Ｓ２３）、作成した１日の発電スケジュールから、運転する発電機に運転を指示する（Ｓ２４）。すると、発電部３０において、指示された発電機３１，３２，３３が運転を開始する（Ｓ２５）。
【0051】
発電スケジュールの第１例を表１に示す。
【0052】
第１例は、各時間帯（後述）において、バランス良く発電する実施例である。この発電部３０では、必要なガス量の関係から、０時００分から６時００分（第１時間帯）では、運転可能台数が０である。６時００分から１２時００分（第２時間帯）では、運転可能台数が２である。１２時００分から１８時００分（第３時間帯）では、運転可能台数が３である。１８時００分から２４時００分（第４時間帯）では、運転可能台数が１である。第１例では、第２時間帯から第４時間帯のそれぞれにおいて、発電部３０を運転させるように、計画部４０が発電スケジュールを作成する。
【0053】
この発電スケジュールでは、第２時間帯から第４時間帯のいずれの時間帯においても、発電部３０が運転する。
【0054】
但し、第２時間帯では、１台の発電機３１が、前半の３時間（６時００分から９時００分まで）のみ運転し、後半の３時間（９時００分から１２時００分まで）、運転を休止する。第３時間帯では、３台の発電機３１，３２，３３が、前半の３時間（１２時００分から１５時００分まで）のみ運転し、後半の３時間（１５時００分から１８時００分まで）、運転を休止する。第４時間帯では、２台の発電機３１，３２が、前半の３時間（１８時００分から２１時００分まで）のみ運転し、後半の３時間（２１時００分から２４時００分まで）、運転を休止する。
【0055】
発電スケジュールの第２例を表２に示す。
【0056】
第２例は、優先する時間帯において、多くの発電機を運転させる例である。優先する時間帯は、例えば、売電価格に応じて、適宜決定される。
【0057】
第２例では、第３時間帯が、第１位の優先順位であり、第４時間帯が、第２位の優先順位であり、第２時間帯が、第２位の優先順位である。第１時間帯は、運転されない。
【0058】
この発電スケジュールでは、第３時間帯では、３台すべての発電機３１，３２，３３が、６時間運転する。他方、第２時間帯および第４時間帯では、３台すべての発電機３１，３２，３３が休止する。
【0059】
２． 一実施形態の作用効果
バイオガス生成装置１によれば、演算処理部３２が、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出するステップ（２）を実行することによって、バイオガスの生成可能量を算出できる。
バイオガス生成装置１によれば、演算処理部３２が、特定条件および第２テーブルに基づいて、ステップ（１）で算出された含水率から、バイオガスの生成可能量を算出するステップ（２）を実行することによって、バイオガスの生成可能量を算出できる。
【0060】
【表1】
【0061】
【表2】
【符号の説明】
【0062】
１ バイオガス生成装置
２ バイオガス生成部
２１ 槽
２２ 攪拌部
３ バイオガス算出部
３１ 記憶部
３２ 演算処理部
Ｍ 含水原料
２ バイオガス生成部
２１ 槽
２２ 攪拌部
３ バイオガス算出部
３１ 記憶部
３２ 演算処理部
Ｍ 含水原料
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
