(57)【要約】【課題】ブースタ装置などの外部の大きな動力を用いることなくバイオガスを加圧して内燃機関に供給することが可能なガス供給装置を提供する。【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成するメタン発酵槽１２と、前記生成されたバイオガスを貯留するタンク１６（バイオガス貯留用タンク１６ａｔ）と、前記タンクに貯留されたバイオガスを内燃機関（エンジン）１４に供給可能なガス供給手段（燃料バルブ）Ｖｆとを備えるガス供給装置１０において、前記タンクが前記内燃機関からの排気ガスの圧力によって容積を変更可能なタンクからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成するメタン発酵槽と、前記生成されたバイオガスを貯留するタンクと、前記タンクに貯留されたバイオガスを内燃機関に供給可能なガス供給手段とを備えるガス供給装置において、前記タンクが前記内燃機関からの排気ガスの圧力によって容積を変更可能なタンクからなることを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記タンクは内部が弾性材からなる隔壁によって第１の空間と第２の空間に分割されると共に、前記第１の空間に前記バイオガスを貯留し、前記第２の空間に前記排気ガスを貯留することを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段は前記タンクから前記内燃機関へのバイオガス供給路を開閉可能な開閉バルブからなることを特徴とする請求項１または２記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記第１の空間内のバイオガス濃度を検出する濃度検出手段と、前記第１の空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された濃度が所定濃度以上で、かつ前記検出された圧力が所定圧力以上のとき、前記バイオガス供給路を開くように前記開閉バルブの動作を制御する開閉バルブ制御手段とを備えることを特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記第１の空間内の大気を外部へ放出可能な大気放出バルブと、前記検出された濃度が前記所定濃度未満のとき、前記第１の空間内の大気を外部へ放出するように前記大気放出バルブの動作を制御する大気放出バルブ制御手段とを備えることを特徴とする請求項４記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記弾性材はゴムからなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記弾性材は織物からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はガス供給装置に関し、より詳しくはメタン発酵槽で生成されたバイオガスを内燃機関に供給可能なガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、嫌気性排水処理装置により生成されたバイオガスをタービン発電機に供給する装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１記載の技術では生成されたバイオガスをタービン発電機に供給する過程で、バイオガスをブースタ装置やガス圧縮機を用いて加圧することにより、ガスタービン発電機へのバイオガスの供給をよりスムーズなものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ブースタ装置やガス圧縮機を駆動するには大きなエネルギを必要とする。特に小規模なメタン発酵装置ではバイオガスの加圧に大きなエネルギを使うことになるとエネルギ収支やＣＯ２収支を悪化させる要因になる。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、ブースタ装置などの外部の大きな動力を用いることなくバイオガスを加圧して内燃機関に供給することが可能なガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成するメタン発酵槽と、前記生成されたバイオガスを貯留するタンクと、前記タンクに貯留されたバイオガスを内燃機関に供給可能なガス供給手段とを備えるガス供給装置において、前記タンクが前記内燃機関からの排気ガスの圧力によって容積を変更可能なタンクからなる如く構成した。
【０００８】
請求項２に係るガス供給装置にあっては、前記タンクは内部が弾性材からなる隔壁によって第１の空間と第２の空間に分割されると共に、前記第１の空間に前記バイオガスを貯留し、前記第２の空間に前記排気ガスを貯留する如く構成した。
【０００９】
請求項３に係るガス供給装置にあっては、前記ガス供給手段は前記タンクから前記内燃機関へのバイオガス供給路を開閉可能な開閉バルブからなる如く構成した。
【００１０】
請求項４に係るガス供給装置にあっては、前記第１の空間内のバイオガス濃度を検出する濃度検出手段と、前記第１の空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された濃度が所定濃度以上で、かつ前記検出された圧力が所定圧力以上のとき、前記バイオガス供給路を開くように前記開閉バルブの動作を制御する開閉バルブ制御手段とを備える如く構成した。
【００１１】
請求項５に係るガス供給装置にあっては、前記第１の空間内の大気を外部へ放出可能な大気放出バルブと、前記検出された濃度が前記所定濃度未満のとき、前記第１の空間内の大気を外部へ放出するように前記大気放出バルブの動作を制御する大気放出バルブ制御手段とを備える如く構成した。
【００１２】
請求項６に係るガス供給装置にあっては、前記弾性材はゴムからなる如く構成した。
【００１３】
請求項７に係るガス供給装置にあっては、前記弾性材は織物からなる如く構成した。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１にあっては、有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成するメタン発酵槽と、生成されたバイオガスを貯留するタンクと、タンクに貯留されたバイオガスを内燃機関に供給可能なガス供給手段とを備えるガス供給装置において、タンクが内燃機関からの排気ガスの圧力によって容積を変更可能なタンクからなる如く構成、即ち、内燃機関からの排気ガスの圧力でタンクの容積を変更させてタンク内のバイオガスを加圧できるように構成したので、ブースタ装置などの外部の大きな動力を用いることなくバイオガスを加圧して内燃機関に供給することが可能となる。
【００１５】
請求項２に係るガス供給装置にあっては、タンクは内部が弾性材からなる隔壁によって第１の空間と第２の空間に分割されると共に、第１の空間にバイオガスを貯留し、第２の空間に排気ガスを貯留する如く構成したので、上記した効果に加え、簡易な構成で第１の空間の容積を変更させることができる。
【００１６】
請求項３に係るガス供給装置にあっては、ガス供給手段はタンクから内燃機関へのバイオガス供給路を開閉可能な開閉バルブからなる如く構成したので、上記した効果に加え、バイオガス供給路に開閉バルブを設けるだけでバイオガスを内燃機関に供給することができる。
【００１７】
請求項４に係るガス供給装置にあっては、第１の空間内のバイオガス濃度と圧力を検出し、検出された濃度が所定濃度以上で、かつ検出された圧力が所定圧力以上のとき、バイオガス供給路を開くように開閉バルブの動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、内燃機関の駆動に必要な濃度のバイオガスを確実に内燃機関に供給することができる。
【００１８】
請求項５に係るガス供給装置にあっては、第１の空間内の濃度が所定濃度未満のとき、第１の空間内の大気を外部へ放出するように大気放出バルブの動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、第１の空間内のバイオガス濃度をより早く内燃機関が駆動可能な濃度にすることができる。
【００１９】
請求項６に係るガス供給装置にあっては、弾性材はゴムからなる如く構成したので、上記した効果に加え、弾性材をゴムとすることでより簡易な構成で可変容積タンクを実現することができる。
【００２０】
請求項７に係るガス供給装置にあっては、弾性材は織物からなる如く構成したので、上記した効果に加え、弾性材を織物とすることでより簡易な構成で可変容積タンクを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施例に係るガス供給装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示すタンクを説明するための説明図である。
【図３】図１に示すガス供給装置、より具体的にはガス供給装置の制御部の動作を示すフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に即してこの発明に係るガス供給装置を実施するための形態について説明する。
【実施例】
【００２３】
図１はこの発明の実施例に係るガス供給装置を全体的に示す概略図であり、図２は図１に示すタンクを説明するための説明図である。
【００２４】
図１において符号１０はガス供給装置を示す。ガス供給装置１０はメタン発酵槽１２で生成されたバイオガス（メタンガス）をエンジン（バイオガスを燃料とするガスエンジン。内燃機関）１４に供給する装置であり、生ごみ、畜産糞尿、下水汚泥、剪定枝、刈芝などの有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成するメタン発酵槽１２と、メタン発酵槽１２で生成されたバイオガスを貯留するタンク１６と、タンク１６に貯留されたバイオガスをエンジン１４に供給可能な燃料バルブ（開閉バルブ。ガス供給手段）Ｖｆと、燃料バルブＶｆの動作等を制御する制御部１８とを備える。
【００２５】
エンジン１４はコージェネレーション装置などに用いられる発電機（図示せず）駆動用のエンジンであり、ミキサで混合した空気とバイオガスの混合気を燃焼室内で燃焼させてピストンを駆動し、クランクシャフトを回転させる。発電機はエンジン１４のクランクシャフト上端に取り付けられるフライホイール内側のクランクケース上に固定される。
【００２６】
メタン発酵槽１２は例えば円筒形の密閉式タンクからなり、メタン生成菌が繁殖できる環境（温度、ｐＨ等の環境条件）に維持された槽内（メタン発酵槽１２内。以下同じ）で有機物をガス化反応によって分解処理してバイオガスを生成する。槽内の温度はヒータなどの加熱手段（図示せず）により３５℃程度に維持されると共に、有機物は撹拌手段により撹拌されながら所定の時間滞留される。尚、メタン発酵槽１２には槽内の圧力を検出するため圧力センサ３０が設けられる。
【００２７】
タンク１６は内部がゴムや気密性を有する織物などの弾性材からなる隔壁によって第１の空間１６ａと第２の空間１６ｂに分割され、バイオガスは第１の空間１６ａ内に貯留される。具体的にはタンク１６は金属等の硬質材からなる圧力調整用タンク１６ｂｔと、その内部に収容され、弾性材からなる容積可変のバイオガス貯留用タンク１６ａｔとで構成される、いわゆる２重構造のタンクとなっている。尚、バイオガス貯留用タンク１６ａｔの内部空間が第１の空間１６ａに相当し、圧力調整用タンク１６ｂｔ内の空間のうち、第１の空間１６ａを除く空間が第２の空間１６ｂに相当する。
【００２８】
上記の通り、圧力調整用タンク１６ｂｔは硬質材からなるため、その容積がタンク内外の圧力差によって変化することはないが、バイオガス貯留用タンク１６ａｔは弾性材からなるため、図２に示すように（実施例では弾性材からなる袋状のタンク）、タンク内外の圧力差によりその容積が変化する。
【００２９】
タンク１６には第１の空間１６ａ内の大気を外部に放出するためのドレンバルブ（大気放出バルブ）Ｖｄと第２の空間１６ｂ内の大気（ガス）を外部に放出するための排気圧バルブＶｅが設けられる。従って、ドレンバルブＶｄによって第１の空間１６ａ内の圧力やバイオガス濃度を調整することができると共に、排気圧バルブＶｅによって第２の空間１６ｂ内の圧力を調整することができる。
【００３０】
また、タンク１６には第１の空間１６ａ内のバイオガス濃度を検出するための濃度センサ３２、第１の空間１６ａ内の圧力を検出するための圧力センサ３４、および第２の空間１６ｂ内の圧力を検出するための圧力センサ３６が設けられる。
【００３１】
第１の空間１６ａは第１配管２０を介してメタン発酵槽１２に接続されると共に、第１配管２０には第１配管２０を開閉可能な発酵槽バルブ（開閉バブル）Ｖｈと第１の空間１６ａからメタン発酵槽１２へのガスの逆流を防止するための逆止弁Ｖｃ１が設けられる。
【００３２】
また、第１の空間１６ａは第２配管２２を介してエンジン１４の吸気マニホルドに接続される。第２配管２２にも第１配管２０と同様、第２配管２２を開閉可能な燃料バルブＶｆとエンジン１４から第１の空間１６ａへのガスの逆流を防止するための逆止弁Ｖｃ２が設けられる。
【００３３】
第２の空間１６ｂは第３配管２４を介してエンジン１４の排気マニホルドと接続され、第３配管２４には第２の空間１６ｂからエンジン１４へのガスの逆流を防止するための逆止弁Ｖｃ３が設けられる。  
【００３４】
制御部１８は圧力センサ３０，３４，３６や濃度センサ３２の出力値をモニタし、これら出力値に基づいて各バルブＶｈ，Ｖｆ，Ｖｄ，Ｖｅの開閉を制御する。また、制御部１８はマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットの他、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧電源）やインバータ（いずれも図示せず）などを備え、発電機やエンジン１４を制御する。
【００３５】
以上がこの実施例に係るガス供給装置１０の構成であるが、次にガス供給装置１０の動作について説明する。
【００３６】
図３は制御部１８の動作を示すフロー・チャートである。
【００３７】
以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０において発酵槽バルブＶｈ、燃料バルブＶｆ、ドレンバルブＶｄをすべて閉じると共に、エンジン１４を停止させてシステムの初期化を行う。
【００３８】
次いで、Ｓ１２において圧力センサ３０の出力値に基づきメタン発酵槽１２内の圧力Ｐｍを検出し、検出された圧力Ｐｍが所定圧力Ｐ＋Ｐα以上か否か判断する。メタン発酵槽１２においてメタン発酵が進むと槽内の圧力が上昇し、バイオガスは第１配管２０に押し出されて第１の空間１６ａに供給（充填）可能な状態になるが、Ｓ１２はこのような状態になったか否かを判断するための処理である。従って、所定圧力Ｐ＋Ｐαは大気圧Ｐを若干上回る程度の圧力（Ｐ＋Ｐα）として設定される。槽内の圧力Ｐｍが所定圧力Ｐ＋Ｐα以上になるとバイオガスは第１配管２０に押し出され、第１の空間１６ａへの供給が可能となる。
【００３９】
Ｓ１２で否定されるときはＳ１０の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ１４に進み、発酵槽バルブＶｈと排気圧バルブＶｅを開く。発酵槽バルブＶｈを開くことによってバイオガスは第１の空間１６ａに送り出される。
【００４０】
次いで、Ｓ１６に進み、濃度センサ３２の出力値に基づき第１の空間１６ａ内のバイオガス濃度Ｃｍが所定濃度Ｃｅｎｇ以上か否か判断する。所定濃度Ｃｅｎｇはエンジン１４が駆動するのに必要な濃度であり、例えば６０％とされる。
【００４１】
Ｓ１６で否定されるときは第１の空間１６ａ内のバイオガス濃度Ｃｍがエンジン１４を駆動するのに必要な濃度に達していないため、Ｓ１８に進んでドレンバルブＶｄを開いて第１の空間１６ａ内の大気を外部へ放出する。これにより、第１の空間１６ａ内のバイオガス濃度Ｃｍを高めることができる。一方、Ｓ１６で肯定されるときはＳ２０に進んで圧力センサ３４の出力値に基づき第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが所定圧力Ｐ＋Ｐα以上か否か判断する。
【００４２】
Ｓ２０で否定されるときはＳ１０の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ２２に進み、燃料バルブＶｆを開くと共に、エンジン１４を始動させる。また、このときドレンバルブＶｄを閉じる。
【００４３】
Ｓ１６からＳ２２は第１の空間１６ａ内のバイオガス濃度Ｃｍがエンジン１４を始動させるのに必要な濃度Ｃｅｎｇに達しており、かつ第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが所定圧力Ｐ＋Ｐα以上となり、第１の空間１６ａのバイオガスをエンジン１４に供給できる状態になっていることから、燃料バルブＶｆを開いてエンジン１４を始動させる処理である。
【００４４】
次いで、Ｓ２４に進み、第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが所定圧力Ｐ＋Ｐα未満になったか否か判断し、否定されるときはＳ２２の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ２６に進んで排気圧バルブＶｅを閉じる。排気圧バルブＶｅを閉じることにより、エンジン１４からの排気ガスが第２の空間１６ｂに充填され、第２の空間１６ｂ内の圧力が次第に高まる。
【００４５】
第２の空間１６ｂ内の圧力が高まると、流入してくる排気ガスはバイオガス貯留用タンク１６ａｔ（の第１の空間１６ａ）を押圧するようになり、第１の空間１６ａの容積は収縮させられる。
【００４６】
第１の空間１６ａ内のバイオガスがエンジン１４に供給されることによって第１の空間１６ａ内の圧力および容積は減少するが、これと同時にエンジン１４からの排気ガスが第２の空間１６ｂに流入するため、バイオガス貯留用タンク１６ａｔは流入してきた排気ガスに押圧され、第１の空間１６ａ内の圧力は一定に維持される（第１の空間１６ａ内のバイオガスがエンジン１４に供給されても第１の空間１６ａ内の圧力はエンジン１４からの排気ガスの圧力によって一定に維持される）。換言すると、第１の空間１６ａの容積が減少する分、第２の空間１６ｂの容積が膨張して第１の空間１６ａ内の圧力は一定に維持される。
【００４７】
このように、この実施例に係るガス供給装置１０は第１の空間１６ａ内の圧力をエンジン１４の排気ガスの圧力によって制御、別言すれば、第１の空間１６ａ内の圧力が一定となるように、第１の空間１６ａの容積をエンジン１４からの排気ガスの圧力によって制御する。このような制御はブースタ装置などのバイオガスを加圧するための装置を一切必要とせず、大気圧Ｐ、メタン発酵槽１２内の圧力Ｐｍ、タンク１６（バイオガス貯留用タンク１６ａｔ）内の圧力Ｐｔ、エンジン１４の排気圧の差のみを利用して実現することができる。
【００４８】
次いで、Ｓ２８に進み、第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが第２所定圧力Ｐｔａｎｋ以上か否か判断する。Ｓ２８は第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが異常圧力に達したか否かを判断する処理であるから、第２所定圧力Ｐｔａｎｋは例えばバイオガス貯留用タンク１６ａｔの耐圧よりも若干低い値に設定される。
【００４９】
Ｓ２８で肯定されるときは第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが異常圧力となっていることから、Ｓ３０に進んでドレンバルブＶｄを開き、第１の空間１６ａ内のガスを外部へ放出する。一方、Ｓ２８で否定されるときはＳ３２に進み、第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが所定圧力Ｐ＋Ｐα以下か否か判断する。
【００５０】
Ｓ３２で否定されるときはＳ１４の処理に戻る一方、肯定、即ち、排気圧バルブＶｅが閉じている状態で第１の空間１６ａ内の圧力Ｐｔが所定圧力Ｐ＋Ｐα以下になるときはバイオガスが極めて減少した（バイオガスが無くなりつつある）か、または無くなったと判断できることからＳ１０に戻ってエンジン１４を停止させる等、システムを初期化する。
【００５１】
以上の如く、この発明の実施例にあっては、有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成するメタン発酵槽１２と、前記生成されたバイオガスを貯留するタンク１６（バイオガス貯留用タンク１６ａｔ）と、前記タンクに貯留されたバイオガスを内燃機関（エンジン）１４に供給可能なガス供給手段（燃料バルブ）Ｖｆとを備えるガス供給装置１０において、前記タンクが前記内燃機関からの排気ガスの圧力によって容積を変更可能なタンク（可変容積タンク）からなる如く構成、即ち、内燃機関１４からの排気ガスの圧力でタンク１６の第１の空間１６ａの容積を変更させて第１の空間１６ａ内のバイオガスを加圧できるように構成したので、ブースタ装置などの外部の大きな動力を用いることなく、バイオガスを加圧して内燃機関１４に供給することができる。また、ブースタ装置などを用いることなく、可変容積ポンプ（バイオガス貯留用タンク１６ａｔ）と、それを制御する大気圧Ｐ、バイオガス貯留用タンク１６ａｔ内の圧力Ｐｔ、エンジン１４の排気圧等のみでエンジン１４へバイオガスを安定供給できるため、エネルギ効率の向上を図ることができ、特に小規模なメタン発酵システムでは非常に効率のよい稼動が可能となる。さらに、ガス供給装置１０を簡易な構成とすることができるのでコストダウンを図ることもできる。
【００５２】
また、前記タンクは内部が弾性材からなる隔壁によって第１の空間１６ａと第２の空間１６ｂに分割されると共に、前記第１の空間に前記バイオガスを貯留し、前記第２の空間に前記排気ガスを貯留する如く構成したので、簡易な構成で第１の空間１６ａの容積を変更させることができる。
【００５３】
また、前記ガス供給手段は前記タンクから前記内燃機関へのバイオガス供給路（第２配管）２２を開閉可能な開閉バルブ（燃料バルブ）Ｖｆからなる如く構成したので、バイオガス供給路２２に開閉バルブＶｆを設けるだけでバイオガスを内燃機関１４に供給することができる。
【００５４】
また、前記第１の空間内のバイオガス濃度Ｃｍを検出する濃度検出手段（濃度センサ）３２と、前記第１の空間内の圧力を検出する圧力検出手段（圧力センサ）３４と、前記検出された濃度が所定濃度Ｃｅｎｇ以上で、かつ前記検出された圧力が所定圧力Ｐ＋Ｐα以上のとき、前記バイオガス供給路を開くように前記開閉バルブの動作を制御する開閉バルブ制御手段（制御部１８。Ｓ１６，Ｓ２０，Ｓ２２）とを備える如く構成したので、内燃機関１４の駆動に必要な濃度のバイオガスを確実に内燃機関１４に供給することができる。
【００５５】
また、前記第１の空間内の大気を外部へ放出可能な大気放出バルブ（ドレンバルブ）Ｖｄと、前記検出された濃度が前記所定濃度未満のとき、前記第１の空間内の大気を外部へ放出するように前記大気放出バルブの動作を制御する大気放出バルブ制御手段（制御部１８。Ｓ１６，Ｓ１８）とを備える如く構成したので、第１の空間内１６ａのバイオガス濃度Ｃｍをより早く内燃機関１４が駆動可能な濃度にすることができる。
【００５６】
また、前記弾性材はゴムからなる如く構成したので、弾性材をゴムとすることでより簡易な構成で可変容積タンク（バイオガス貯留用タンク１６ａｔ）を実現することができる。
【００５７】
また、前記弾性材は織物からなる如く構成したので、弾性材を織物とすることでより簡易な構成で可変容積タンク（バイオガス貯留用タンク１６ａｔ）を実現することができる。
【００５８】
尚、実施例では、所定濃度Ｃｅｉｎｇの値、メタン発酵槽１２の形状、タンク１６の材質や構成等について具体的に示したが、それらは例示であって必ずしも限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５９】
１０  ガス供給装置、１２  メタン発酵槽、１４  エンジン（内燃機関）、１６  タンク、１６ａ  第１の空間、１６ｂ  第２の空間、１６ａｔ  バイオガス貯留用タンク、１６ｂｔ  圧力調整用タンク、１８  制御部（開閉バルブ制御手段、大気放出バルブ制御手段）、２２  第２配管（バイオガス供給路）、３２  濃度センサ（濃度検出手段）、３４  圧力センサ（圧力検出手段）、Ｖｆ  燃料バルブ（開閉バルブ。ガス供給手段）、Ｖｄ  ドレンバルブ（大気放出バルブ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014223584.tif 000005