特許 7477441 バイオガスエンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-22

(45)【発行日】2024-05-01

(54)【発明の名称】バイオガスエンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02B 43/12 20060101AFI20240423BHJP

   F01M 5/00 20060101ALI20240423BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20240423BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20240423BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20240423BHJP

   F02M 31/16 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

F02B43/12

F01M5/00 D

F01P3/20 G

F02D19/02 A

F02M21/02 Z

F02M31/16 E

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020207534

(22)【出願日】2020-12-15

(65)【公開番号】P2022094576

(43)【公開日】2022-06-27

【審査請求日】2023-11-01

(73)【特許権者】

【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】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(74)【代理人】

【識別番号】100149607

【弁理士】

【氏名又は名称】宇田 新一

(72)【発明者】

【氏名】倉地 克昌

(72)【発明者】

【氏名】上西 真里

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４６６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４５５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－２００１８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ４３／１２

Ｆ０２Ｄ １９／０２

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ０２Ｍ ３１／１６

Ｆ０１Ｐ ３／２０

Ｂ０９Ｂ ３／６０

Ｆ０１Ｍ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンオイルが供給され、バイオガスを燃焼させるバイオガスエンジンと、
有機性廃棄物を発酵させ、バイオガスを発生させるバイオガス発生部と、
前記バイオガスエンジンを冷媒により冷却するための冷媒循環ラインと、
前記バイオガス発生部を熱媒により加熱するための熱媒循環ラインと、
前記冷媒循環ラインおよび前記熱媒循環ラインの間で熱交換する熱交換器と、
前記冷媒循環ラインおよび前記熱媒循環ラインの作動を制御する制御ユニットと
を備え、
前記制御ユニットは、
前記冷媒循環ラインおよび前記熱媒循環ラインを作動させ、前記バイオガスエンジンで発生する熱により、前記有機性廃棄物を加熱する定常運転モードと、
前記冷媒循環ラインおよび／または前記熱媒循環ラインを停止させ、前記バイオガスエンジンで発生する熱により、前記エンジンオイルを加熱する水抜き運転モードと
を切り替え可能としている、バイオガスエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオガスを燃焼させるバイオガスエンジンを備えるバイオガスエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、バイオガスエンジンが注目されている。バイオガスエンジンは、バイオガスとして、有機性廃棄物（例えば、生ごみ、下水、家畜排泄物および食品廃棄物）のメタン発酵によって生じるバイオガスを、燃料として使用するエンジンである。バイオガスは、カーボンニュートラルに対応しているため、バイオガスの使用により、環境負荷を低減できる。

【0003】

より具体的には、バイオガスエンジンでは、エンジンオイルによって潤滑されたピストンが、バイオガスの燃焼に応じてシリンダー内を上下運動する。そして、燃焼室でバイオガスと空気の混合気が圧縮され、燃焼して、エネルギーが取り出される。

【0004】

このようなバイオガスエンジンとしては、例えば、以下のバイオガスエンジンが提案されている。すなわち、バイオガスを生成するガス化炉で生成したバイオガスをバイオガスとし、バイオガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させるバイオガスエンジンであって、ガス化炉から燃焼室へのバイオガス供給経路に、バイオガスの温度を調整するバイオガス冷却手段が備えられ、空気を吸気する吸気経路に、バイオガス冷却手段にて温度が調整されたバイオガスと空気とを混合する混合手段が備えられ、空気の吸気方向において吸気経路の混合手段よりも上流側に、吸気経路から吸入される空気を加熱する加熱手段が備えられている。このようなバイオガスエンジンでは、燃焼前の混合気が加熱されることにより、燃焼室における結露が抑制されている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１４５５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方、上記のバイオガスエンジンにおいて、バイオガスは、メタンガスを主成分とするため、バイオガスが燃焼すると、メタンと空気との反応によって水蒸気が生じる。とりわけ、メタンはガソリンに比べて多くの水蒸気を発生させる。また、バイオガスは、副成分として、水蒸気を含む場合がある。

【0007】

通常、燃焼室において生じる水蒸気は、エンジンの排気管から排出される。しかし、バイオガスエンジンでは、自動車用ガソリンエンジンとは異なり、シリンダーブロックの壁面の温度が比較的低い（例えば、５０℃）ため、水蒸気が排出されず、凝縮する場合がある。そして、凝縮水がエンジンオイルに滴下すると、エンジンオイルの潤滑力が低下するという不具合がある。

【0008】

本発明は、エンジンオイルから水を除去できるバイオガスエンジンシステムである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明［１］は、エンジンオイルが供給され、バイオガスを燃焼させるバイオガスエンジンと、有機性廃棄物を発酵させ、バイオガスを発生させるバイオガス発生部と、前記バイオガスエンジンを冷媒により冷却するための冷媒循環ラインと、前記バイオガス発生部を熱媒により加熱するための熱媒循環ラインと、前記冷媒循環ラインおよび前記熱媒循環ラインの間で熱交換する熱交換器と、前記冷媒循環ラインおよび前記熱媒循環ラインの作動を制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記冷媒循環ラインおよび前記熱媒循環ラインを作動させ、前記バイオガスエンジンで発生する熱により、前記有機性廃棄物を加熱する定常運転モードと、前記冷媒循環ラインおよび／または前記熱媒循環ラインを停止させ、前記バイオガスエンジンで発生する熱により、前記エンジンオイルを加熱する水抜き運転モードとを切り替え可能としている、バイオガスエンジンシステムを、含んでいる。

【発明の効果】

【0010】

本発明のバイオガスエンジンシステムでは、制御ユニットが、冷媒循環ラインおよび熱媒循環ラインを作動させ、バイオガスエンジンで発生する熱により、有機性廃棄物を加温する定常運転モードと、冷媒循環ラインおよび／または熱媒循環ラインを停止させ、バイオガスエンジンで発生する熱により、エンジンオイルを加熱する水抜き運転モードとを切り替え可能としている。

【0011】

そのため、本発明のバイオガスエンジンシステムでは、水抜き運転モードにおいて、バイオガスエンジン内でエンジンオイルを加熱し、エンジンオイルから水を除去できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明のバイオガスエンジンシステムの一実施形態を示す概略図である。

【図2】図２は、本発明のバイオガスエンジンシステムの他の実施形態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

１．バイオガスエンジンシステムの構成
図１において、バイオガスエンジンシステム１は、例えば、発電装置１００（図１破線参照）に接続される動力源である。バイオガスエンジンシステム１は、エンジンオイルが供給され、バイオガスを燃焼させるバイオガスエンジン２と、有機性廃棄物を発酵させ、バイオガスを発生させるバイオガス発生部３と、バイオガスエンジン２を冷媒により冷却するための冷媒循環ライン４と、バイオガス発生部３を熱媒により加熱するための熱媒循環ライン５と、冷媒循環ライン４および熱媒循環ライン５の間で熱交換する熱交換器６と、冷媒循環ライン４および熱媒循環ライン５の作動を制御する制御ユニット７とを備えている。

【0014】

バイオガスエンジン２は、シリンダーブロック１１と、クランクシャフト１０と、ピストン１２と、シリンダヘッド１３と、オイルパン２３と、バイオガス供給部１４と、空気供給部１５と、ガス排出部１６とを備えている。

【0015】

シリンダーブロック１１は、シリンダー部１１ａとクランクケース１１ｂとを備えている。シリンダー部１１ａは、ピストン１２を収容している。クランクケース１１ｂは、シリンダー部１１ａの鉛直方向下方に配置される。クランクケース１１ｂの下方端は、オイルパン３２（後述）に連通している。クランクケース１１ｂは、クランクシャフト１０（後述）を収容している。

【0016】

シリンダーブロック１１の形状は、特に制限されず、気筒数に応じて設計されている。すなわち、バイオガスエンジン２は、単気筒型または多気筒型のバイオガスエンジンである。

【0017】

ピストン１２は、シリンダー部１１ａ内で空気を圧縮するために、設けられている。ピストン１２は、シリンダー部１１ａ内に、摺動可能に収容されている。ピストン１２には、クランクシャフト１０が接続されている。クランクシャフト１０は、クランクケース１１ｂ内に、回転可能に収容されている。

【0018】

シリンダヘッド１３は、シリンダーブロック１１の鉛直方向上側において、シリンダーブロック１１を封止している。ピストン１２とシリンダヘッド１３との間には、燃焼室２０が形成されている。燃焼室２０では、バイオガス供給弁１９（後述）から噴射されたバイオガスと空気とが混合および燃焼可能とされている。

【0019】

また、シリンダヘッド１３は、空気供給部１５（後述）から供給される空気を燃焼室２０に導入するための吸気ポートと、燃焼室２０で生成された排ガスをガス排出部１６（後述）に排出するための排気ポート２２と、吸気ポート２１を開閉可能とする吸気弁２４と、排気ポート２２を開閉可能とする排気弁２５とを備えている。吸気弁２４および排気弁２５は、図示しないが、制御ユニット７（後述）に接続されており、任意に開閉可能とされている。

【0020】

オイルパン２３は、エンジンオイルを貯留するための容器である。オイルパン２３は、クランクケース１１ｂの鉛直方向下端部と連通している。オイルパン２３には、エンジンオイルが貯留されている。エンジンオイルは、公知の方法で、ピストン１２に供給可能とされている。エンジンオイルの供給方法としては、例えば、ドライサンプ方式、ウェットサンプ方式およびセミウェットサンプ方式が挙げられる。また、クランクシャフト１０をエンジンオイルに接触させ、クランクシャフト１０の回転によって、エンジンオイルをバイオガスエンジン２に供給することもできる。エンジンオイルをピストン１２に供給することにより、ピストン１２の昇降運動が可能とされ、例えば、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程が順次実施可能とされる。

【0021】

バイオガス供給部１４は、燃焼室２０にバイオガスを供給するユニットである。バイオガス供給部１４は、バイオガス供給管１８と、バイオガス供給弁１９とを備えている。

【0022】

バイオガス供給管１８は、バイオガスを、バイオガス貯留槽３４（後述）から燃焼室２０に供給するための管である。バイオガス供給管１８の上流側端部は、バイオガス貯留槽３４（後述）に接続されている。また、バイオガス供給管１８の下流側端部は、バイオガス供給弁１９に接続されている。バイオガス供給管１８には、図示しないポンプが介装されている。ポンプの駆動により、バイオガス貯留槽３４（後述）内のバイオガスが、バイオガス供給弁１９に供給される。

【0023】

バイオガス供給弁１９は、バイオガスを燃焼室２０に噴射するための噴射弁である。バイオガス供給弁１９は、燃焼室２０内に臨むように、シリンダー部１１ａに接続されている。また、バイオガス供給弁１９は、図示しないが、制御ユニット７（後述）に接続されており、任意のタイミングで、バイオガスを噴射可能とされている。

【0024】

空気供給部１５は、燃焼室２０に空気を導入するためのユニットである。空気供給部１５は、吸気管３０を備えている。

【0025】

吸気管３０は、バイオガスエンジン２の燃焼室２０へ空気を導入するための管である。吸気管３０の上流側は、外部（外気）に開放されている。吸気管３０の下流側は、シリンダヘッド１３の吸気ポート２１に接続されている。なお、バイオガスエンジン２が複数のシリンダーブロック１１を有する場合、吸気管３０は、下流側が分岐する分岐多岐管として形成され、その分岐末端が、各シリンダヘッド１３の吸気ポート２１に接続される。

【0026】

吸気管３０には、図示しないコンプレッサが介装されていてもよい。コンプレッサ（図示せず）は、空気を外部から吸入するための装置である。コンプレッサ（図示せず）は、図示しないが、制御ユニット７（後述）に接続されており、任意に作動可能とされている。

【0027】

ガス排出部１６は、燃焼室２０において生じる排ガス（バイオガスの燃焼ガス）を、燃焼室２０から排出するユニットである。ガス排出部１６は、排気管３１を備えている。

【0028】

排気管３１は、バイオガスエンジン２の燃焼室２０から排ガスを外部へ排出するための管である。排気管３１の上流側は、シリンダヘッド１３の排気ポート２２に接続されている。排気管３１の下流側は、外部（外気）に開放されている。なお、バイオガスエンジン２が複数のシリンダーブロック１１を有する場合、排気管３１は、上流側が分岐する分岐多岐管として形成され、その分岐末端が、各シリンダヘッド１３の排気ポート２２に接続される。

【0029】

また、バイオガスエンジン２は、図示しない点火プラグを備えている。点火プラグは、バイオガスおよび空気の混合気に点火するための電気部品である。点火プラグとしては、例えば、スパーククラブおよびグロークラブが挙げられる。点火プラグは、燃焼室２０に臨むように設けられている。また、点火プラグは、図示しないが、制御ユニット７に接続されており、任意に作動可能とされている。

【0030】

バイオガスエンジン２は、冷媒（後述）を供給可能な冷媒供給口３５と、冷媒（後述）を排出可能な冷媒排出口３６とを備えている。これにより、バイオガスエンジン２は、冷媒（後述）により冷却可能とされている。

【0031】

バイオガス発生部３は、有機性廃棄物をメタン発酵させ、バイオガスを発生させるために備えられている。より具体的には、バイオガス発生部３は、発酵槽３２と、バイオガス輸送管３３と、バイオガス貯留槽３４とを備えている。

【0032】

発酵槽３２は、有機性廃棄物をメタン発酵させるための槽である。発酵槽３２は、耐熱耐圧容器からなる。発酵槽３２には、有機性廃棄物をメタン発酵可能な微生物が、格納されている。

【0033】

発酵槽３２は、熱媒（後述）を供給可能な熱媒供給口３７と、熱媒（後述）を排出可能な熱媒排出口３８とを備えている。これにより、発酵槽３２は、熱媒（後述）により加熱可能とされている。

【0034】

バイオガス輸送管３３は、バイオガスを発酵槽３２からバイオガス貯留槽３４に輸送するための管である。バイオガス輸送管３３の一方側端部は、発酵槽３２に接続されている。また、バイオガス輸送管３３の他方側端部は、バイオガス貯留槽３４に接続されている。また、図示しないが、バイオガス輸送管３３の流れ方向途中には、ポンプおよび弁が介在されている。そして、ポンプの駆動および弁の開閉により、バイオガスを発酵槽３２からバイオガス貯留槽３４に輸送可能とされている。

【0035】

また、図示しないが、バイオガス輸送管３３の流れ方向途中には、バイオガスを任意の方法で前処理するための処理装置が介在されている。処理装置としては、脱硫装置および脱シロキサン装置が挙げられる。

【0036】

バイオガス貯留槽３４は、バイオガスを貯留する貯留タンクである。バイオガス貯留槽３４は、耐熱耐圧容器からなる。バイオガス貯留槽３４は、バイオガス輸送管３３の他方側端部が接続されている。これにより、発酵槽３２で生成したバイオガスが、バイオガス貯留槽３４に輸送され、貯留される。また、バイオガス貯留槽３４は、バイオガス供給管１８に接続されている。これにより、バイオガス貯留槽３４内のバイオガスが、任意のタイミングで、バイオガスエンジン２の燃焼室２０に供給可能とされている。

【0037】

冷媒循環ライン４は、冷媒循環管４１と、ラジエータ４２と、冷媒循環ポンプ４３とを備えている。

【0038】

冷媒循環管４１は、内部を冷媒が循環する管である。冷媒としては、例えば、水、ＬＬＣ（エチレングリコール水溶液）またはオイルが挙げられる。冷媒循環管４１の一端部は、バイオガスエンジン２の冷媒供給口３５に接続されている。冷媒循環管４１の他端部は、バイオガスエンジン２の冷媒排出口３６に接続されている。

【0039】

ラジエータ４２は、冷媒循環管４１の流れ方向途中に介在されている。これにより、ラジエータ４２は、バイオガスエンジン２との熱交換により温度上昇した比較的高温の冷媒を、熱交換により冷却可能としている。なお、冷却された冷媒は、冷媒循環管４１を循環し、再度、バイオガスエンジン２に供給される。

【0040】

冷媒循環ポンプ４３は、ラジエータ４２よりも下流側、かつ、熱交換器６よりも上流側において、冷媒循環管４１に介在されている。冷媒循環ポンプ４３としては、公知の送液ポンプが挙げられる。送液ポンプとしては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプおよびダイヤフラムポンプが挙げられる。送液ポンプは、バイオガスエンジン２の内部に格納されていてもよい。

【0041】

そして、冷媒循環ライン４は、バイオガスエンジン２を冷却可能としている（図１一点鎖線参照）。より具体的には、冷媒循環ライン４は、比較的低温の冷媒を、バイオガスエンジン２の冷媒供給口３５から供給可能としている（図１細矢印Ｃ１参照）。供給された冷媒は、バイオガスエンジン２と熱交換し、バイオガスエンジン２が冷却される。なお、冷媒は、熱交換により比較的高温になり、冷媒排出口３６から排出され、熱交換器６（後述）に供給される（図１太矢印Ｈ１参照）。

【0042】

熱媒循環ライン５は、熱媒循環管５１と、熱媒循環ポンプ５２とを備えている。

【0043】

熱媒循環管５１は、内部を熱媒が循環する管である。熱媒としては、例えば、水、ＬＬＣ（エチレングリコール水溶液）またはオイルが挙げられる。熱媒循環管５１の一端部は、発酵槽３２の熱媒供給口３７に接続されている。熱媒循環管５１の他端部は、発酵槽３２の熱媒排出口３８に接続されている。

【0044】

熱媒循環ポンプ５２は、熱媒循環管５１に介在されている。熱媒循環ポンプ５２としては、公知の送液ポンプが挙げられる。

【0045】

そして、熱媒循環ライン５は、発酵槽３２を、加熱可能としている。より具体的には、熱媒循環ライン５は、比較的高温の熱媒を、発酵槽３２の熱媒供給口３７から供給可能としている（図１太矢印Ｈ２参照）。供給された熱媒は、発酵槽３２と熱交換し、発酵槽３２が加熱される。なお、熱媒は、熱交換により比較的低温になり、熱媒排出口３８から排出される（図１細矢印Ｃ２参照）。

【0046】

熱交換器６は、公知の熱交換器である。熱交換器６は、冷媒循環ライン４および熱媒循環ライン５の間で熱交換するために、備えられている。より具体的には、熱交換器６は、ラジエータ４２よりも上流側かつ冷媒循環ポンプ４３よりも下流側において、冷媒循環管４１に介在されている。つまり、熱交換器６には、バイオガスエンジン２で熱交換した比較的高温の冷媒が供給可能とされている。また、熱交換器６は、熱媒循環ポンプ５２の下流側、かつ、発酵槽３２の上流側において、熱媒循環管５１に介在されている。つまり、熱交換器６には、発酵槽３２で熱交換した比較的低温の熱媒が供給可能とされている。

【0047】

制御ユニット７は、バイオガスエンジンシステム１における電気的な制御を実行するコントロールユニットである。制御ユニット７は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを備えている。制御ユニット７は、バイオガスエンジン２に電気的に接続されている。これにより、制御ユニット７は、バイオガスエンジン２における点火のタイミングを、任意に制御可能としている。

【0048】

また、制御ユニット７は、冷媒循環ポンプ４３および熱媒循環ポンプ５２に電気的に接続されている（図１太破線参照）。これにより、制御ユニット７は、冷媒循環ポンプ４３および熱媒循環ポンプ５２の作動および停止を、制御可能としている。また、制御ユニット７は、冷媒循環ポンプ４３の制御により、冷媒循環ライン４を循環する冷媒の流量を、任意に制御可能としている。また、制御ユニット７は、熱媒循環ポンプ５２の制御により、熱媒循環ライン５を循環する熱媒の流量を、任意に制御可能としている。

【0049】

そして、制御ユニット７は、詳しくは後述するように、冷媒循環ポンプ４３および熱媒循環ポンプ５２の作動および停止を制御することにより、バイオガスエンジンシステム１の運転モードを、定常運転モード（後述）と水抜き運転モード（後述）とに切り替え可能としている。

【0050】

２．バイオガスエンジンシステムの駆動
バイオガスエンジンシステム１では、バイオガス発生部３において、バイオガスが発生する。より具体的には、発酵槽３２に、有機性廃棄物（例えば、生ごみ、下水、家畜排泄物および食品廃棄物）が投入され、発酵槽３２において、有機性廃棄物がメタン発酵する。その結果、メタンガスを主成分とするバイオガスが生じる。バイオガスは、必要に応じて前処理（脱硫処理および脱シロキサン処理）され、バイオガス輸送管３３を介して、バイオガス貯留槽３４に輸送される。

【0051】

そして、バイオガスが、バイオガスエンジン２に供給されることにより、吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程が順次実施される。

【0052】

より具体的には、バイオガスエンジン２では、吸気弁２４が吸気を開始し、吸気ポート２１が開状態とされることにより、空気が吸気管３０を通過して、燃焼室２０に供給される（吸気行程）。

【0053】

その後、吸気弁２４が作動され、シリンダヘッド１３の吸気ポート２１が閉状態とされ、各シリンダーブロック１１中を昇降運動（上昇）するピストン１２によって、空気が圧縮される（圧縮行程）。

【0054】

そして、ピストン１２の上昇時において、バイオガス貯留槽３４中のバイオガスが、バイオガス供給管１８およびバイオガス供給弁１９を介して、燃焼室２０に供給される。これにより、空気およびバイオガスの混合気が、圧縮される。そして、圧縮された混合気は、所定のタイミング（すなわち、空気圧縮率が所定値に至ったタイミング）で点火プラグ（図示せず）により点火され、爆発する（爆発行程）。

【0055】

その結果、バイオガスが燃焼され、燃焼室２０内に、水蒸気および排ガスが生じる。

【0056】

その後、排気弁２５が作動され、排気ポート２２が開状態とされることにより、燃焼室２０内の水蒸気および排ガスが、排気管３１を通過して、外部に排出される（排気行程）。

【0057】

そして、発電装置１００（図１破線参照）では、上記のバイオガスエンジン２の運動エネルギーが使用され、磁石またはコイルが回転する。これにより、電力が生じる。

【0058】

３．エンジンオイルの脱水
上記のように、燃焼室２０では、バイオガスが燃焼され、燃焼室２０内に、水蒸気および排ガスが生じる。とりわけ、メタンはガソリンに比べて多くの水蒸気を発生させる。また、バイオガスは、副成分として、水蒸気を含む場合がある。

【0059】

通常、燃焼室２０で生じる水蒸気は、排気管３１から排出される。しかし、バイオガスエンジン２では、自動車用ガソリンエンジンとは異なり、燃焼室２０の温度が比較的低い（例えば、５０℃）ため、水蒸気が排出されず、凝縮する場合がある。そして、凝縮水がエンジンオイルに滴下すると、エンジンオイルの潤滑力が低下するという不具合がある。

【0060】

そこで、バイオガスエンジンシステム１では、バイオガスエンジンシステム１の運転モードを、定常運転モード（後述）と水抜き運転モード（後述）とに切り替えて、定常運転モード（後述）で出力を得るとともに、水抜き運転モード（後述）でエンジンオイルを脱水する。

【0061】

より具体的には、バイオガスエンジンシステム１は、通常、定常運転モードで運転される。定常運転モードでは、制御ユニット７は、冷媒循環ライン４および熱媒循環ライン５を作動させるとともに、バイオガスエンジン２を駆動させる。

【0062】

すなわち、制御ユニット７は、まず、バイオガスエンジン２を所定のタイミングで点火させる。点火のタイミングは、通常、バイオガスエンジン２の出力が最大となるタイミングであり、例えば、ピストン１２が上死点に至ったタイミングである。また、制御ユニット７は、冷媒循環ポンプ４３を作動させ、所定の流量の冷媒を、冷媒循環ライン４に循環させる。冷媒の流量は、例えば、２５～５０Ｌ／ｍｉｎである。

【0063】

これにより、駆動中のバイオガスエンジン２の冷媒供給口３５に、比較的低温の冷媒が供給され、バイオガスエンジン２と熱交換する。その結果、バイオガスエンジン２は冷却される。一方、冷媒は温度上昇し、バイオガスエンジン２の冷媒排出口３６から排出され、熱交換器６に供給される。

【0064】

また、保温運転モードでは、制御ユニット７は、熱媒循環ポンプ５２を作動させ、所定の流量の熱媒を、熱媒循環ライン５に循環させる。熱媒の流量は、例えば、３０～１００Ｌ／ｍｉｎである。

【0065】

これにより、比較的高温の熱媒が、発酵槽３２の熱媒供給口３７に供給され、発酵槽３２と熱交換する。その結果、発酵槽３２が加熱され、効率よく有機性廃棄物がメタン発酵される。一方、熱媒は温度低下し、発酵槽３２の熱媒排出口３８から排出され、熱交換器６に供給される。

【0066】

そして、熱交換器６では、バイオガスエンジン２から排出された比較的高温の冷媒と、発酵槽３２から排出された比較的低温の熱媒とが、熱交換する。その結果、比較的高温の冷媒が温度低下し、比較的低温の熱媒が温度上昇する。換言すれば、バイオガスエンジン２において発生した熱エネルギーは、冷媒によって回収され、その後、熱媒に熱移動する。

【0067】

そして、温度上昇した熱媒は、熱媒循環ポンプ５２の駆動により、熱媒循環管５１を還流する。その結果、比較的高温の熱媒が、再度、発酵槽３２に供給される。すなわち、バイオガスエンジン２で発生する熱により、有機性廃棄物が比較的高温（例えば、４０～８０℃）に加熱および保温される。その結果、エネルギー効率よく、バイオガスを発生させることができる。

【0068】

一方、温度低下した冷媒は、冷媒循環ポンプ４３の駆動により、冷媒循環管４１を還流する。その結果、比較的低温の冷媒が、再度、バイオガスエンジン２に供給される。その結果、冷媒によって、再度、バイオガスエンジン２が冷却される。

【0069】

しかし、上記のようにバイオガスエンジンシステム１を定常運転モードで運転すると、バイオガスエンジン２の燃焼室２０の温度が十分に高くないため、燃焼により生じる水蒸気が凝縮し、エンジンオイルに含有される。そこで、制御ユニット７は、所定のタイミングで、バイオガスエンジンシステム１の運転モードを、定常運転モードから水抜き運転モードに切り替える。

【0070】

水抜き運転モードでは、制御ユニット７は、冷媒循環ライン４と熱媒循環ライン５とを停止させる。すなわち、制御ユニット７は、冷媒循環ポンプ４３および熱媒循環ポンプ５２を停止させる。これにより、制御ユニット７は、熱交換器６における冷媒と熱媒との熱交換を停止させる。

【0071】

冷媒と熱媒との熱交換が停止されると、冷媒は、バイオガスエンジン２を冷却できないため、バイオガスエンジン２の内部温度は、バイオガスエンジン２で発生する熱によって上昇し続ける。その結果、バイオガスエンジン２内のエンジンオイルが、バイオガスエンジン２で発生する熱により、加熱される。

【0072】

そして、水を含んだエンジンオイルが加熱されると、バイオガスエンジン２内で水が蒸発し、排気管３１から排出される。すなわち、バイオガスエンジン２において生じる熱エネルギーによって、エンジンオイルが脱水される。

【0073】

制御ユニット７は、上記の水抜き運転モードで、バイオガスエンジンシステム１を所定時間運転した後、所定のタイミングで、バイオガスエンジンシステム１の運転モードを、定常運転モードに切り替える。

【0074】

水抜き運転モードの１回あたりの継続時間は、例えば、１０分以上、好ましくは、３０分以上であり、例えば、１時間以下である。

【0075】

バイオガスエンジンシステム１の運転モードを、通常運転モードから水抜き運転モードに切り替えるタイミングは、特に制限されない。例えば、予め設定された所定間隔で、バイオガスエンジンシステム１を水抜き運転モードで運転することができる。より具体的には、例えば、半日～３日に１度の頻度で、バイオガスエンジンシステム１を水抜き運転モードで運転することができる。

【0076】

また、バイオガスエンジンシステム１を水抜き運転モードで運転する必要の有無を、公知の方法で、判定することもできる。例えば、エンジンオイル内の水含有量を、公知のセンサで検知し、エンジンオイル内の水含有量が所定値以上である場合に、バイオガスエンジンシステム１を水抜き運転モードで運転してもよい。また、例えば、バイオガスエンジンシステム１の外気の湿度を、公知のセンサで検知し、外気の湿度が所定値以上である場合に、バイオガスエンジンシステム１を水抜き運転モードで運転してもよい。

【0077】

４．作用・効果
このようなバイオガスエンジンシステム１は、制御ユニット７が、冷媒循環ライン４および熱媒循環ライン５を作動させ、バイオガスエンジン２で発生する熱により、有機性廃棄物を加温する定常運転モードと、冷媒循環ライン４および熱媒循環ライン５を停止させ、バイオガスエンジン２で発生する熱により、エンジンオイルを加熱する水抜き運転モードとを切り替え可能としている。

【0078】

そのため、上記のバイオガスエンジンシステム１では、水抜き運転モードにおいて、バイオガスエンジン２内でエンジンオイルを加熱し、エンジンオイルから水を除去できる。

【0079】

５．変形例
上記した実施形態では、熱交換器６において、バイオガスエンジン２から排出された比較的高温の冷媒と、発酵槽３２から排出された比較的低温の熱媒とを、熱交換して、バイオガスエンジン２において発生した熱エネルギーを回収しているが、バイオガスエンジンシステム１では、バイオガスエンジン２において発生した熱エネルギーを、排ガスから回収することもできる。

【0080】

図２において、バイオガスエンジンシステム１は、上記の構成に加えて、排熱回収ライン８を備えている。

【0081】

排熱回収ライン８は、排熱回収管８１および排熱交換器８２を備えている。

【0082】

排熱回収管８１は、内部を熱媒が循環する管である。熱媒としては、例えば、水またはオイルが挙げられる。排熱回収管８１の一端部は、熱媒循環管５１の、熱交換器６の下流側かつ発酵槽３２の上流側に、接続されている。排熱回収管８１の他端部は、熱交換器６の上流側かつ発酵槽３２の下流側において、熱媒循環ポンプ５２に接続されている。

【0083】

熱媒循環ポンプ５２は、三方ポンプである。つまり、熱媒循環ポンプ５２は、発酵槽３２から排出された比較的低温の熱媒を、熱媒循環管５１を介して熱交換器６に供給可能とし、さらに、排熱回収管８１を介して排熱交換器８２に供給可能としている。

【0084】

排熱交換器８２は、公知の熱交換器である。排熱交換器８２は、排気管３１および排熱回収管８１の間で熱交換するために、備えられている。より具体的には、排熱交換器８２は、排熱回収管８１に介在されている。つまり、排熱交換器８２には、発酵槽３２で熱交換した比較的低温の熱媒が供給可能とされている。また、排熱交換器８２は、排気管３１に介在されている。つまり、排熱交換器８２には、バイオガスエンジン２で発生した排ガスが供給可能とされている。

【0085】

このようなバイオガスエンジンシステム１を定常運転モードで運転すると、発酵槽３２から排出された比較的低温の熱媒が、熱媒循環ポンプ５２を介して、熱媒循環管５１と排熱回収管８１とに供給される。そして、排熱回収管８１に供給された熱媒は、排熱交換器８２に供給される（図１矢印Ｃ３参照）。一方、バイオガスエンジン２で発生した比較的高温の排ガスが、排気管３１を介して、排熱交換器８２に供給される。これにより、比較的低温の熱媒と、比較的高温の排ガスが、排熱交換器８２において熱交換する。

【0086】

その結果、排ガスは冷却され、外気に排出される。一方、熱媒は温度上昇し、排熱交換器８２から排出される（図１矢印Ｈ３参照）。そして、熱媒は、熱媒循環管５１において、熱交換器６から排出された比較的高温の熱媒と合流し、発酵槽３２に供給される（図１矢印Ｈ２参照）。

【0087】

このような実施形態によれば、バイオガスエンジン２の排ガスの熱エネルギーを回収して、その熱エネルギーによって発酵槽３２を加熱することができるため、エネルギー効率の向上を図ることができる。

【0088】

また、上記した実施形態では、水抜き運転モードにおいて、冷媒循環ポンプ４３を停止させて冷媒循環ライン４を停止するとともに、熱媒循環ポンプ５２を停止させて熱媒循環ライン５を停止させているが、バイオガスエンジン２においてエンジンオイルを加熱できれば、上記の方法に限定されない。例えば、水抜き運転モードでは、冷媒循環ポンプ４３のみを停止させて冷媒循環ライン４のみを停止させてもよい。また、熱媒循環ポンプ５２のみを停止させて熱媒循環ライン５のみを停止させてもよい。

【0089】

加えて、水抜き運転モードでは、点火プラグ（図示せず）による点火タイミングを調整することもできる。より具体的には、バイオガスエンジン２では、バイオガスおよび空気の混合気に点火するタイミングに応じて、バイオガスエンジン２の内部温度および排ガス温度が異なる。例えば、バイオガスに点火するタイミングを、定常運転モードにおけるタイミングよりも遅くすることにより、バイオガスエンジン２の内部温度および排ガス温度を、比較的高温にすることができる。水抜き運転モードにおける点火のタイミングは、例えば、ピストン１２が上死点に至り、所定時間（例えば、クランク角において５～１５°）が経過した後である。これにより、バイオガスエンジン２の温度を上昇させ、より効率よくエンジンオイルを加熱して、脱水することができる。

【符号の説明】

【0090】

１ バイオガスエンジンシステム
２ バイオガスエンジン
３ バイオガス発生部
４ 冷媒循環ライン
５ 熱媒循環ライン
６ 熱交換器
７ 制御ユニット

【図1】

【図2】