(57)【要約】【課題】エネルギーの回収効率の高いバイオガス発生装置を提供する。【解決手段】バイオガス発生装置は、バイオマス原料を含む発酵液からバイオガスを生成するサイフォン式の発酵槽を含み、発酵槽は、原料投入口と、発酵槽の上部に設けられバイオガスを排出する排出口と、原料投入口と排出口の間の位置で天板から底板の手前の第１高さ位置まで延在し、開口部よりも上方の空間が封止され、下部に原料投入口が設けられる第１槽と、底部で第１槽に連通され上部に排出口が設けられる第２槽とに発酵槽を分ける第１隔壁と、第１隔壁の下端に接続され、第１高さ位置よりも低い第２高さ位置まで第２槽側に向かって斜めに伸延する、邪魔板と、第１端及び第２端を有するＵ字管であって中間部で第１隔壁の開口部に挿通され第１端及び第２端が上方に伸延する、Ｕ字管とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料を含む発酵液を微生物の存在下で貯容してバイオガスを生成するサイフォン式の発酵槽を含むバイオガス発生装置であって、
前記発酵槽は、
前記発酵槽の下部に設けられる原料投入口と、
平面視で前記原料投入口から離間した位置において前記発酵槽の上部に設けられ、前記バイオガスを排出する排出口と、
平面視における前記原料投入口と前記排出口との間の位置において、前記発酵槽の内部で前記発酵槽の天板から底板の第１所定距離手前の第１高さ位置まで延在し、貫通孔を有する第１隔壁であって、前記貫通孔よりも上方の空間が封止されるとともに、下部に前記原料投入口が設けられる第１槽と、前記発酵槽の底部で前記第１槽に連通されるとともに、上部に前記排出口が設けられる第２槽とに前記発酵槽の内部空間を分ける第１隔壁と、
前記第１隔壁の前記第１高さ位置の下端に接続され、前記第１高さ位置よりも低い第２高さ位置まで前記第２槽側に向かって斜めに伸延し、前記発酵液に含まれる固形物の前記第２槽側への流出を邪魔する、邪魔板と、
第１端及び第２端を有するＵ字管であって、前記第１端と前記第２端との間の中間部で前記第１隔壁の前記貫通孔に挿通され、前記中間部に対して前記第１端及び前記第２端が上方に伸延する、Ｕ字管と
を有する、バイオガス発生装置。
【請求項２】
前記第１槽の上部に貯留するバイオガスによって前記第１槽内の前記発酵液の液面が押し下げられるとともに、前記第１槽内の発酵液が前記第２槽内に移動して前記第２槽内の発酵液の液面が押し上げられ、
前記第１槽内の前記発酵液の液面が前記Ｕ字管の前記中間部まで押し下げられると、前記Ｕ字管を通じたサイフォン効果により、前記第１槽内の発酵液の液面と、前記第２槽内の発酵液の液面とがつり合うまで、前記第２槽から前記第１槽に発酵液が移動する、請求項１記載のバイオガス発生装置。
【請求項３】
前記サイフォン効果によって前記第２槽から前記第１槽に発酵液が移動する際に、前記第１槽の前記原料投入口に前記バイオマス原料が供給される、請求項２記載のバイオガス発生装置。
【請求項４】
前記発酵槽は、前記第２槽を複数の槽に分ける１又は複数の第２隔壁をさらに有する、請求項１乃至３のいずれか一項記載のバイオガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生ごみ粉砕処理廃液を受け入れる受け入れ部を設けるとともに、前記生ごみ粉砕処理廃液を沈殿分離する固液分離槽を備え、前記固液分離槽で固液分離された液相を外部に排水する排水部を前記固液分離槽に設け、前記固液分離槽にて沈殿分離された沈殿物を受け入れてバイオガス化する嫌気発酵槽を備え、前記固液分離槽から前記嫌気発酵槽に沈殿物を移流させる移流部を設けてなり、前記移流部に、前記固液分離槽と前記嫌気発酵槽との間を前記沈殿物により閉塞して、固形成分の前記嫌気発酵槽から前記固液分離槽への逆流を防止可能にする絞部を設けるとともに、前記沈殿物を前記絞部を介して前記嫌気発酵槽に移流させ、前記嫌気発酵槽の余剰の液相を前記絞部を介して前記固液分離槽に返送可能にする沈殿物移流機構を前記嫌気発酵槽に設け、前記嫌気発酵槽には、生成したバイオガスを外部に取り出すバイオガス取出路を設けた排水処理装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この排水処理装置は、貯留槽に嫌気ガスを供給する撹拌ポンプ、嫌気ガスを返送管に返送するガスリフター用ポンプ、嫌気発酵空間に嫌気ガスを散気する散気装置に嫌気ガスを供給する散気ポンプ、及び、固液分離槽に嫌気ガスを供給する撹拌ポンプを含む。
【０００４】
また、無動力撹拌機構を有するメタン発酵連続運転装置がある。発酵槽を仕切板で４つのチャンバーに分け、第１チャンバーと第２チャンバーとの間の仕切板にＵ字管を挿通し、第１チャンバーの気相部がバイオガスによって液面を押し下げる。第１チャンバーの液面がＵ字管の底部まで達すると、第１チャンバーの気相部に貯留されたバイオガスがＵ字管を通って第２チャンバーに移動し、発酵液が第１チャンバーに引き戻され、第１チャンバーの液面は上昇し、第２〜第４チャンバーの液面は下降する。このときに生じる液流動によって発酵槽内の撹拌が行われる。ただし、原料（模擬生ごみ）は、タイマー制御式のポンプによって、発酵槽の底部の第１チャンバーと第２チャンバーとの境界部に供給される（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０２７８５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】無動力撹拌機構を有する新規低コストメタン発酵リアクターの開発、小林拓朗、宇佐見心、李玉友、水環境学会誌  Journal  of  Japan  Society  on  Water  Environment  Vol．33，No．12，pp．201−208（2010）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１記載の排水処理装置は、再生可能なエネルギーであるバイオマス原料からバイオガスを生成する際に、嫌気発酵槽に気液混相流を形成する散気ポンプを駆動するために相当な電力が必要になるので、エネルギーの回収効率が低くなるという課題がある。
【０００８】
また、非特許文献１記載のメタン発酵連続運転装置は、バイオマス原料を発酵槽に供給するためにポンプを用いているため、エネルギーの回収効率には改善の余地がある。
【０００９】
そこで、エネルギーの回収効率の高いバイオガス発生装置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】
【００１０】
本発明の実施の形態のバイオガス発生装置は、バイオマス原料を含む発酵液を微生物の存在下で貯容してバイオガスを生成するサイフォン式の発酵槽を含むバイオガス発生装置であって、前記発酵槽は、前記発酵槽の下部に設けられる原料投入口と、平面視で前記原料投入口から離間した位置において前記発酵槽の上部に設けられ、前記バイオガスを排出する排出口と、平面視における前記原料投入口と前記排出口との間の位置において、前記発酵槽の内部で前記発酵槽の天板から底板の第１所定距離手前の第１高さ位置まで延在し、貫通孔を有する第１隔壁であって、前記貫通孔よりも上方の空間が封止されるとともに、下部に前記原料投入口が設けられる第１槽と、前記発酵槽の底部で前記第１槽に連通されるとともに、上部に前記排出口が設けられる第２槽とに前記発酵槽の内部空間を分ける第１隔壁と、前記第１隔壁の前記第１高さ位置の下端に接続され、前記第１高さ位置よりも低い第２高さ位置まで前記第２槽側に向かって斜めに伸延し、前記発酵液に含まれる固形物の前記第２槽側への流出を邪魔する、邪魔板と、第１端及び第２端を有するＵ字管であって、前記第１端と前記第２端との間の中間部で前記第１隔壁の前記貫通孔に挿通され、前記中間部に対して前記第１端及び前記第２端が上方に伸延する、Ｕ字管とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
エネルギーの回収効率の高いバイオガス発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バイオガス発生装置１００を示す断面図である。
【図２】図１に示すバイオガス発生装置１００のＡ１−Ａ２矢視断面を示す図である。
【図３】バイオガス発生装置１００がバイオガスを生成する工程を段階的に示す図である。
【図４】バイオガス発生装置１００がバイオガスを生成する工程を段階的に示す図である。
【図５】一般的なメタン発酵システム５００を示す図である。
【図６】電力収支を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のバイオガス発生装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１４】
＜実施の形態＞
図１は、バイオガス発生装置１００を示す断面図である。図２は、図１に示すバイオガス発生装置１００のＡ１−Ａ２矢視断面を示す図である。なお、図１は、図２におけるＢ１−Ｂ２矢視断面に相当する位置における、バイオガス発生装置１００の全体の断面を示す。
【００１５】
図１及び図２では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。ここでは一例として、ＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸正方向が鉛直上方である。平面視とは、Ｚ軸正方向からＸＹ平面を見ることをいう。
【００１６】
バイオガス発生装置１００は、主な構成要素として、処理槽１１０を含む。バイオガス発生装置１００は、処理槽１１０以外に、処理層１１０で生成されるバイオガスを処理する装置や処理層１１０の排水を処理する装置等を含むが、図１では省略する。
【００１７】
処理槽１１０は、底板１１１、側壁１１２、天板１１３、仕切板１１４、隔壁１１５、１１６、１１７、邪魔板１１５Ｘ、Ｕ字管１１８、邪魔板１１９Ａ、仕切板１１９Ｂ、及び仕切ボード１１９Ｃを有する。
【００１８】
底板１１１は、図２に示すように、平面視で矩形状の板状部材であり、処理槽１１０の底部に位置する。底板１１１は、処理槽１１０の底である。
【００１９】
側壁１１２は、側壁１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、及び１１２Ｄを有する(図２参照)。側壁１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、及び１１２Ｄは、底板１１１の四辺に沿ってこの順に平面視で矩形環状に配置されている。このため、図１には、側壁１１１Ａ及び１１１Ｃのみの断面が表れている。
【００２０】
側壁１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、及び１１２Ｄは、それぞれ、矩形状の板状部材であり、処理槽１１０の４つの側面を囲んでいる。側壁１１２Ａには、バイオマス原料を含むスラリーを処理槽１１０に流入させる流入口１１２Ｅが設けられている。流入口１１２Ｅは、Ｚ軸方向において、天板１１３に近い位置に設けられている。
【００２１】
また、側壁１１２Ｃには、液体を排出する排出口１１２Ｆが設けられている。排出口１１２Ｆは、Ｚ軸方向において、天板１１３に近い位置に設けられている。
【００２２】
なお、以下では、側壁１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、及び１１２Ｄを特に区別しない場合には、単に側壁１１２と称す。
【００２３】
天板１１３は、平面視で矩形状の板状部材であり、処理槽１１０の上面に設けられる。ここでは、一例として、天板１１３の平面視での大きさは、底板１１１と等しいこととする。天板１１３には、バイオガスを排出する排出口１１３Ａが設けられている。
【００２４】
底板１１１、側壁１１２、及び天板１１３は、例えば、金属製又は樹脂製であり、互いに固定され、直方体状の内部空間を形成している。底板１１１、側壁１１２、及び天板１１３が金属製の場合は、溶接又はねじ止め等によって固定すればよい。底板１１１、側壁１１２、及び天板１１３が樹脂製の場合は、接着又はねじ止め等によって固定すればよい。また、底板１１１、側壁１１２、及び天板１１３の表面には、必要に応じて塗装又は防腐処理を施せばよい。
【００２５】
仕切板１１４、隔壁１１５、１１６、１１７、邪魔板１１５Ｘ、Ｕ字管１１８、邪魔板１１９Ａ、仕切板１１９Ｂ、及び仕切ボード１１９Ｃは、底板１１１、側壁１１２、及び天板１１３によって構築される内部空間に配設される。仕切板１１４、隔壁１１５、１１６、１１７、邪魔板１１５Ｘ、Ｕ字管１１８、邪魔板１１９Ａ、仕切板１１９Ｂ、及び仕切ボード１１９Ｃは、例えば、金属製又は樹脂製である。
【００２６】
仕切板１１４、隔壁１１５、１１６、１１７、邪魔板１１５Ｘ、Ｕ字管１１８、邪魔板１１９Ａ、仕切板１１９Ｂ、及び仕切ボード１１９Ｃが金属製の場合は、溶接又はねじ止め等によって固定すればよい。仕切板１１４、隔壁１１５、１１６、１１７、邪魔板１１５Ｘ、Ｕ字管１１８、邪魔板１１９Ａ、仕切板１１９Ｂ、及び仕切ボード１１９Ｃが樹脂製の場合は、接着又はねじ止め等によって固定すればよい。また、仕切板１１４、隔壁１１５、１１６、１１７、邪魔板１１５Ｘ、Ｕ字管１１８、邪魔板１１９Ａ、仕切板１１９Ｂ、及び仕切ボード１１９Ｃの表面には、必要に応じて塗装又は防腐処理を施せばよい。
【００２７】
仕切板１１４は、処理槽１１０の内部において、ＹＺ平面と平行に配設される板状部材である。仕切板１１４は、Ｚ軸方向においては、底板１１１から高さｈ１の位置から、天板１１３まで延在している。高さｈ１は、第２高さの一例であり、底板１１１から下端１１４Ａまでの長さは、第２所定距離の一例である。
【００２８】
また、仕切板１１４は、Ｙ軸方向においては、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間に延在している。仕切板１１４の下端１１４Ａは、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間でＹ軸方向にわたって底板１１１から高さｈ１の位置にある。
【００２９】
仕切板１１４の下端１１４Ａ以外の３辺は、側壁１１２Ｂ及び１１２Ｄと、天板１１３とに固定されている。
【００３０】
このような構成の仕切板１１４は、底板１１１から高さｈ１よりも高い位置において、処理槽１１０の内部空間をＸ軸負方向側とＸ軸正方向側とに仕切っている。また、仕切板１１４は、処理槽１１０の内部空間の底部に、高さｈ１のスリット１１４Ｂを構築している。スリット１１４Ｂは、高さがｈ１であり、側壁１１２Ｂと側壁１１２Ｄとの間にわたって設けられている。
【００３１】
ここでは、処理槽１１０のうち、仕切板１１４よりもＸ軸負方向側を前処理槽１２０と称し、仕切板１１４よりもＸ軸正方向側を発酵槽１３０と称す。前処理槽１２０と発酵槽１３０は、Ｚ軸方向においては、底板１１１と天板１１３との間に延在しており、前処理槽１２０と発酵槽１３０とは、仕切板１１４の下に位置するスリット１１４Ｂによって連通されている。
【００３２】
なお、スリット１１４Ｂは、前処理槽１２０の下部に設けられる開口部の一例であるとともに、発酵槽１３０の下部に設けられる原料投入口の一例である。
【００３３】
すなわち、処理槽１１０は、前処理槽１２０と発酵槽１３０とを含む。前処理槽１２０と発酵槽１３０は、仕切板１１４によって仕切られている。このような処理槽１１０は、前処理槽１２０と発酵槽１３０とを一体化したものである。
【００３４】
なお、前処理槽１２０は、調整槽又は固液分離槽として捉えてもよい。また、発酵槽１３０は、嫌気発酵槽として捉えてもよい。
【００３５】
前処理槽１２０は、バイオマス原料を含むスラリーを貯容し、バイオマス原料を沈殿させる前処理を行う槽である。前処理槽１２０の内部には微生物は存在しないため、バイオガスの生成は行われない。
【００３６】
バイオマス原料を含むスラリーは、バイオマス原料を水に混合した液体であり、基質と称す。図１には基質１０として濃いドット模様で示す。基質１０に含まれるバイオマス原料は、前処理槽１２０の下部に沈殿する。図１には沈殿物１１として濃いグレーで示す。基質１０は、前処理槽１２０のスリット１１４Ｂから発酵槽１３０に供給され、発酵槽１３０の内部では発酵液２０になる。図１には発酵液２０を薄いドット模様で示す。発酵液２０には、バイオマス原料を分解する微生物が混合される。
【００３７】
ここで、バイオマス原料とは、例えば、食品廃棄物、下水汚泥、畜産系廃棄物等の有機物であり、嫌気性の条件下で微生物と接触させて微生物が分解処理を行うことにより、バイオガスを発生する原料である。
【００３８】
また、バイオガスとは、発酵槽１３０の内部でバイオマス原料が分解されることによって発生するガスである。ここでは、食品廃棄物を含むバイオマス原料からメタンガスを生成する形態について説明するが、発酵槽１３０で生成されるバイオガスの約５５％〜約６５％がメタンガスであり、残りは二酸化炭素等である。
【００３９】
発酵槽１３０は、嫌気性の条件下で微生物が供給され、スリット１１４Ｂを介して前処理槽１２０から供給される基質１０を利用して、バイオガスを生成する槽である。発酵槽１３０は、サイフォン式の構成を有する。
【００４０】
また、図１には主な構成要素のみを示すため、図示を省略しているが、発酵槽１３０には、温水循環ポンプが接続されている。発酵液２０は、温水循環ポンプによって発酵に適した温度（例えば、３０℃〜６０℃の範囲のある温度、一例として、３５度あるいは５５度）に保持される。
【００４１】
発酵槽１３０の内部において、隔壁１１５、１１６、及び１１７は、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側にかけて、この順に設けられている。
【００４２】
ここでは、発酵槽１３０の内部空間は、３つの隔壁１１５、１１６、及び１１７によって、４つのチャンバー１３１、１３２、１３３、及び１３４に区分けされていることとして説明を行う。４つのチャンバー１３１、１３２、１３３、及び１３４は、互いに連通している。
【００４３】
また、チャンバー１３１の内部の発酵液２０の液面を液面２０Ａとして示す。また、チャンバー１３２〜１３４の内部の発酵液２０の液面は、互いに等しくなるため、液面２０Ｂとして示す。ここでは、一例として、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａは、前処理槽１２０の基質１０の液面１０Ａと等しく、また、発酵液２０の液面２０Ａと液面２０Ｂも等しい場合を示す。
【００４４】
隔壁１１５は、処理槽１１０の内部において、ＹＺ平面と平行に配設される板状部材である。隔壁１１５は、第１隔壁の一例である。
【００４５】
隔壁１１５は、Ｚ軸方向においては、底板１１１から高さｈ２の位置から、天板１１３まで延在している。また、隔壁１１５は、Ｙ軸方向においては、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間に延在している。隔壁１１５の下端１１５Ａは、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間でＹ軸方向にわたって底板１１１から高さｈ２の位置にある。高さｈ２は、第１高さの一例であり、底板１１１から下端１１５Ａまでの距離は、第１所定距離の一例である。
【００４６】
隔壁１１５の下端１１５Ａ以外の３辺は、側壁１１２Ｂ及び１１２Ｄと、天板１１３とに固定されている。下端１１５Ａには、邪魔板１１５Ｘが接続されている。
【００４７】
また、隔壁１１５には、貫通孔１１５Ｂが設けられている。貫通孔１１５Ｂは、板状の隔壁１１５をＸ軸方向（隔壁１１５の厚さ方向）に貫通する開口部である。貫通孔１１５ＢのＹ軸方向における位置は、一例として、隔壁１１５のＹ軸方向における長さの中央である。貫通孔１１５Ｂには、Ｕ字管１１８が挿通されている。
【００４８】
このような構成の隔壁１１５は、底板１１１から高さｈ２よりも高い位置において、発酵槽１３０の内部空間をＸ軸負方向側と、Ｘ軸正方向側とに仕切っている。また、隔壁１１５は、発酵槽１３０の内部空間の底部に、高さｈ２のスリット１１５Ｃを構築している。スリット１１５Ｃは、高さがｈ２であり、側壁１１２Ｂと側壁１１２Ｄとの間にわたって設けられている。
【００４９】
ここでは、発酵槽１３０のうち、隔壁１１５よりもＸ軸負方向側をチャンバー１３１と称し、隔壁１１５よりもＸ軸正方向側で隔壁１１６よりもＸ軸負方向側をチャンバー１３２と称す。チャンバー１３１とチャンバー１３２は、Ｚ軸方向においては、底板１１１と天板１１３との間に延在しており、チャンバー１３１とチャンバー１３２とは、隔壁１１５の下に位置するスリット１１５Ｃによって連通されている。チャンバー１３１は、第１槽の一例であり、チャンバー１３２は、第２槽の一例である。
【００５０】
また、チャンバー１３１のうちの隔壁１１５の下端１１５Ａよりも上側では、Ｕ字管１１８によってチャンバー１３２に連通していること以外は、仕切板１１４と、天板１１３と、隔壁１１５と、発酵液２０の液面２０Ａとによって密封される空間が生じるように構成されている。
【００５１】
邪魔板１１５Ｘは、隔壁１１５の下端１１５Ａに接続されており、チャンバー１３２側に斜め下方に伸延する板状の部材である。邪魔板１１５Ｘは、隔壁１１５と同様に、発酵槽１３０の内部でＹ軸負方向側の端部からＹ軸正方向側の端部まで延在している。邪魔板１１５Ｘは、発酵液２０に含まれる固形物がチャンバー１３１からチャンバー１３２に流出するのを邪魔（抑制）するために設けられている。ここで、固形物とは、基質１０に含まれる沈殿物１１（バイオマス原料等）であり、バイオマス原料以外の異物等も含まれる。
【００５２】
チャンバー１３２で効率的にバイオガスを発生させるためには、沈殿物１１がチャンバー１３１内により多く存在する状況を作り出すことが好ましい。発酵液２０がチャンバー１３１からチャンバー１３２に流動する際に、邪魔板１１５Ｘに沈殿物１１が衝突し、又は邪魔板１１５Ｘによって発酵液２０の流れの勢いが抑えられ、発酵液２０の液体成分よりも重たい沈殿物１１がチャンバー１３２に流れ難くなる状況を作ることで、チャンバー１３１内により多くの沈殿物１１が存在する状況を作り出すことができる。
【００５３】
また、ここでは、説明の便宜上、チャンバー１３１とチャンバー１３２の境界は隔壁１１５であるものとして説明するが、邪魔板１１５Ｘは、隔壁１１５の下端１１５Ａからチャンバー１３２側に斜め下方に伸延しているため、チャンバー１３２の内部であっても、邪魔板１１５Ｘの下の空間内に沈殿物１１を留めることができれば、発生したバイオガスをチャンバー１３１に誘導することができ、効率的にバイオガスをチャンバー１３１の上部の空間に集めることができる。
【００５４】
邪魔板１１５Ｘの下端１１５Ｘ１の底板１１１に対する高さｈ３は、隔壁１１５の下端１１５Ａの高さｈ２よりも低く、発酵槽１３０の各部の寸法等に合わせて最適な値に設定すればよい。なお、邪魔板１１５Ｘの隔壁１１５に対する角度θ１は、３０度から６０度程度であることが好ましく、４５度が最も好ましい。
【００５５】
このような邪魔板１１５Ｘは、隔壁１１５の一部として捉えてもよい。邪魔板１１５Ｘの下端１１５Ｘ１と底板１１１との間には、スリットが構築される。
【００５６】
チャンバー１３１は、スリット１１４Ｂによって前処理槽１２０と連通しており、前処理槽１２０から基質１０が供給される。発酵槽１３０の内部では、チャンバー１３１からチャンバー１３２を経て発酵槽１３０の全体に基質１０が供給され、バイオガスが生成される。
【００５７】
チャンバー１３１で発生するバイオガスは、チャンバー１３１の上側の仕切板１１４と、天板１１３と、隔壁１１５と、発酵液２０の液面２０Ａとによって密封される空間に貯まる。
【００５８】
また、チャンバー１３２は、チャンバー１３１から基質１０が供給されて、バイオガスを生成する。チャンバー１３２で生成されるバイオガスは、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面２０Ｂより上の空間を経て、排出口１１３Ａから排出される。
【００５９】
隔壁１１６は、処理槽１１０の内部において、ＹＺ平面と平行に配設される板状部材である。隔壁１１６は、第２隔壁の一例である。
【００６０】
隔壁１１６は、Ｚ軸方向においては、底板１１１から高さｈ４の位置まで延在している。また、隔壁１１６は、Ｙ軸方向においては、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間に延在している。隔壁１１６の上端１１６Ａは、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間でＹ軸方向にわたって底板１１１から高さｈ４の位置にある。
【００６１】
隔壁１１６の上端１１６Ａ以外の３辺は、側壁１１２Ｂ及び１１２Ｄと、底板１１１とに固定されている。
【００６２】
このような構成の隔壁１１６は、底板１１１から高さｈ４よりも低い位置において、発酵槽１３０の内部空間をＸ軸負方向側と、Ｘ軸正方向側とに仕切っている。
【００６３】
隔壁１１６は、後述するサイフォン効果によって発酵槽１３０の発酵液２０を撹拌する際に、発酵液２０の渦の形成に寄与するため、隔壁１１６の高さを最適化することは非常に有効的である。隔壁１１６の高さｈ４は、Ｕ字管１１８の中間部１１８Ｃよりも低くてもよく、Ｕ字管１１８の中間部１１８Ｃよりも高くてもよいが、Ｕ字管１１８の中間部１１８Ｃの管の中心（管の径方向の中心であり、管の幅の高さ方向の中心）と同じ高さにすることが最も好ましい。
【００６４】
ここでは、発酵槽１３０のうち、隔壁１１６よりもＸ軸負方向側で隔壁１１５よりもＸ軸正方向側をチャンバー１３２と称し、隔壁１１６よりもＸ軸正方向側で隔壁１１７よりもＸ軸負方向側をチャンバー１３３と称す。チャンバー１３２とチャンバー１３３は、Ｚ軸方向においては、底板１１１と天板１１３との間に延在しており、チャンバー１３２とチャンバー１３３とは、隔壁１１６の上の空間によって連通されている。
【００６５】
チャンバー１３３は、チャンバー１３２を介して基質１０が供給されて、バイオガスを生成する。チャンバー１３３で生成されるバイオガスは、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面Ｂより上の空間を経て、排出口１１３Ａから排出される。
【００６６】
隔壁１１７は、処理槽１１０の内部において、ＹＺ平面と平行に配設される板状部材である。隔壁１１７は、第２隔壁の一例である。隔壁１１７は、Ｚ軸方向においては、底板１１１から高さｈ３の位置から、天板１１３から高さｈ５だけ下がった位置まで延在している。
【００６７】
また、隔壁１１７は、Ｙ軸方向においては、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間に延在している。隔壁１１７の下端１１７Ａは、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間でＹ軸方向にわたって底板１１１から高さｈ３の位置にある。隔壁１１７の上端１１７Ｂは、側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまでの間でＹ軸方向にわたって天板１１３から高さｈ５だけ下の位置にある。
【００６８】
隔壁１１７の下端１１７Ａ及び上端１１７Ｂ以外の２辺は、側壁１１２Ｂ及び１１２Ｄとに固定されている。
【００６９】
このような構成の隔壁１１７は、底板１１１から高さｈ３よりも高く、かつ、天板１１３よりも高さｈ５だけ低い位置において、発酵槽１３０の内部空間をＸ軸負方向側と、Ｘ軸正方向側とに仕切っている。
【００７０】
また、隔壁１１７は、発酵槽１３０の内部空間の底部に、高さｈ３のスリット１１７Ｃを構築している。スリット１１７Ｃは、高さがｈ３であり、側壁１１２Ｂと側壁１１２Ｄとの間にわたって設けられている。また、隔壁１１７は、発酵槽１３０の内部空間の上部に、高さｈ５のスリット１１７Ｄを構築している。スリット１１７Ｄは、高さがｈ５であり、側壁１１２Ｂと側壁１１２Ｄとの間にわたって設けられている。
【００７１】
ここでは、発酵槽１３０のうち、隔壁１１７よりもＸ軸負方向側で隔壁１１６よりもＸ軸正方向側をチャンバー１３３と称し、隔壁１１７よりもＸ軸正方向側をチャンバー１３４と称す。チャンバー１３３とチャンバー１３４は、Ｚ軸方向においては、底板１１１と天板１１３との間に延在しており、チャンバー１３３とチャンバー１３４とは、隔壁１１７の上下にそれぞれ位置するスリット１１７Ｃ及び１１７Ｄによって連通されている。
【００７２】
また、チャンバー１３４の側壁１１２Ｃの上部には、発酵液２０を排出するための排出口１１２Ｆが設けられており、チャンバー１３４の内部には、仕切板１１９Ｂと仕切ボード１１９Ｃが設けられている。仕切板１１９Ｂと仕切ボード１１９Ｃは、発酵液２０を排出口１１２Ｆに誘導するために設けられている。
【００７３】
仕切板１１９Ｂは、プレート１１９Ｂ１と１１９Ｂ２を有する。プレート１１９Ｂ１は、上端が天板１１３に固定されており、チャンバー１３４のＸ軸方向における幅の中心において、Ｙ軸方向に側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまで伸延するとともに、Ｚ軸負方向に伸延している。
【００７４】
プレート１１９Ｂ２は、プレート１１９Ｂ１の下端に取り付けられている。プレート１１９Ｂ１は、プレート１１９Ｂ１と同様にＹ軸方向において側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまで伸延しており、ＸＺ平面内において、Ｙ軸負方向側からＹ軸正方向側を見て、Ｚ軸正方向に対して時計回りの方向に１３５度をなすように角度が付けられている。
【００７５】
このようなプレート１１９Ｂ１と１１９Ｂ２によって構築される仕切板１１９Ｂは、下端が発酵液２０に浸かるようにサイズが設定されている。
【００７６】
仕切ボード１１９Ｃは、ＸＺ断面の形状が一例として二等辺直角三角形であり、側壁１１２Ｃに取り付けられている。仕切ボード１１９Ｃが側壁１１２Ｃに取り付けられるＺ軸方向の位置は、発酵液２０に浸かる位置（液面２０Ｂよりも下側）である。
【００７７】
仕切ボード１１９Ｃは、Ｙ軸方向において側壁１１２Ｂから側壁１１２Ｄまで伸延している。仕切ボード１１９Ｃの先端１１９Ｃ１は、ＸＺ断面の二等辺直角三角形の形状の直角な頂点に相当する部分であり、プレート１１９Ｂ２の下端との間に、発酵液２０Ａを排出口１１２Ｆに誘導するスリットを形成している。
【００７８】
チャンバー１３４の内部空間のうち、上述のような仕切板１１９Ｂと仕切ボード１１９Ｃによって囲まれる空間内の発酵液２０の液面は、チャンバー１３４の内部空間のうちの仕切板１１９Ｂと仕切ボード１１９Ｃによって囲まれる空間以外における液面２０Ｂとは異なる場合がある。
【００７９】
チャンバー１３４は、チャンバー１３２、１３３を介して基質１０が供給されて、バイオガスを生成する。チャンバー１３４で生成されるバイオガスは、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面２０Ｂより上の空間を経て、排出口１１３Ａから排出される。
【００８０】
また、チャンバー１３４では、前処理槽１２０から発酵槽１３０に供給される基質１０と同じ量の発酵液２０が排出口１１２Ｆから排出される。
【００８１】
図１に示す状態は、液面２０Ａと液面２０Ｂとのつり合いが取れており、液面２０Ａと液面２０Ｂの高さが等しい状態である。このようにつり合いが取れた状態は、後述するサイフォン効果が生じた後にも生じる。
【００８２】
発酵槽１３０には、液面２０Ａと液面２０Ｂとのつり合いが取れた状態で、隔壁１１６と、後述するＵ字管１１８の中間部１１８Ｃとよりも液面２０Ａ及び２０Ｂが高くなるように、発酵液２０が貯容される。
【００８３】
液面２０Ａと液面２０Ｂとのつり合いが取れた状態から、後述するサイフォン効果が得られる状態になるまでには、液面２０Ａは下がり、液面２０Ｂは上昇する。すなわち、発酵液２０は、隔壁１１６の上端１１６Ａよりも常に高い位置まで発酵槽１３０に入れられているため、チャンバー１３１〜１３４のうち、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面２０Ｂは、互いに等しくなる。
【００８４】
また、チャンバー１３１の内部は、発酵液２０の液面２０Ａよりも上側の空間は密封されており、チャンバー１３１で発生するバイオガスは、発酵液２０の液面２０Ａよりも上側の密封された空間に貯まる。このため、バイオガスの量が増えてチャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａが押し下げられると、チャンバー１３１からスリット１１５Ｃを介してチャンバー１３２〜１３４に発酵液２０が移動する。
【００８５】
これにより、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａと、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面２０Ｂとの差が大きくなる。
【００８６】
Ｕ字管１１８は、端部１１８Ａ及び１１８Ｂと、中間部１１８Ｃとを有するＵ字型の管状部材である。Ｕ字管１１８は、端部１１８Ａから端部１１８Ｂまで、内部で連通しているパイプ状の部材である。
【００８７】
Ｕ字管１１８の中間部１１８Ｃは、隔壁１１５の貫通孔１１５Ｂに挿通されている。中間部１１８Ｃの外周面と、貫通孔１１５Ｂとの間は封止されている。ここで、中間部１１８Ｃの外周面と、貫通孔１１５Ｂとの間を封止するとは、貫通孔１１５Ｂと中間部１１８Ｃとの間を発酵液２０が通ることができないように密封することをいう。
【００８８】
例えば、Ｕ字管１１８が樹脂製の場合は、中間部１１８Ｃの外周面を貫通孔１１５Ｂに接着することによって、中間部１１８Ｃの外周面と貫通孔１１５Ｂを封止すればよい。また、例えば、Ｕ字管１１８が金属製の場合は、中間部１１８Ｃの外周面を貫通孔１１５Ｂに溶接又は接着することによって、中間部１１８Ｃの外周面と貫通孔１１５Ｂを封止すればよい。
【００８９】
Ｕ字管１１８の端部１１８Ａ及び１１８Ｂは、中間部１１８Ｃの両側でＺ軸上方に折り曲げられ、所定の高さの位置まで伸延している。ここでは、一例として、端部１１８Ａ及び１１８Ｂの高さは等しい。
【００９０】
Ｕ字管１１８は、チャンバー１３１とチャンバー１３２との間でサイフォン効果を生じさせるために設けられている。チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａと、チャンバー１３２の発酵液２０の液面２０Ｂとの差がバイオガスの生成に伴ってある程度大きくなると、Ｕ字管１１８を利用したサイフォン効果が得られる。
【００９１】
サイフォン効果が生じると、チャンバー１３２〜１３４からチャンバー１３１に発酵液２０が移動する。このような発酵液２０の移動を利用して、発酵槽１３０の発酵液２０を撹拌するとともに、スリット１１４Ｂを介して前処理槽１２０から発酵槽１３０に基質１０を無動力で供給する。なお、具体的な動作については、図３及び図４を用いて後述する。
【００９２】
Ｕ字管１１８の中間部１１８Ｃの高さは、発酵槽１３０のサイズ（容量）、チャンバー１３１〜１３４のそれぞれのサイズ(容量)、スリット１１５Ｃ及び１１７Ｃのサイズ、及び、隔壁１１６の高さ等を考慮して、サイフォン効果を生じさせる際に最適と考えられるチャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａに合わせておけばよい。
【００９３】
中間部１１８Ｃの高さは、隔壁１１５の貫通孔１１５Ｂの高さによって決まるため、隔壁１１５の貫通孔１１５Ｂの高さは、サイフォン効果を生じさせる際に最適と考えられるチャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａに合わせればよい。
【００９４】
なお、ここでは一例として、端部１１８Ａ及び１１８Ｂの高さが等しい形態について説明するが、端部１１８Ａ及び１１８Ｂの高さは等しくなくてもよい。特に、端部１１８Ｂからチャンバー１３２に噴出される発酵液２０は、チャンバー１３２内の発酵液２０の液面２０Ａ付近に貯まるスカム（発酵液２０に含まれる油分や汚泥等の層）を破壊する効果がある。また、端部１１８Ｂから噴出する発酵液２０が邪魔板１１９Ａにあたって跳ね返れば、より広範囲に発酵液２０を散水することができるため、スカムを破壊する作用が大きくなる。このため、端部１１８Ｂの高さは、中間部１１８Ｃと同じ高さから、端部１１８Ａと同じ高さに設定されればよく、端部１１８Ａと等しい高さが最も好ましい。
【００９５】
邪魔板１１９Ａは、チャンバー１３２の下側から上側に向かって流れる発酵液２０をＸ軸正方向に誘導するとともに、隔壁１１６の上側を通ってチャンバー１３３からチャンバー１３２に流入する発酵液２０をＺ軸負方向側に誘導するために設けられている。邪魔板１１９ＡのＺ軸に対する角度θ２は、例えば、３０度から６０度であることが好ましく、４５度であることが最も好ましい。邪魔板１１９ＡのＺ軸に対する角度θ２は、端部１１８Ｂから噴出する発酵液２０をより広範囲に散水できるようにするために、最適な角度に設定すればよい。
【００９６】
次に、図３及び図４を用いて、バイオガス発生装置１００においてバイオガスが生成される工程について説明する。
【００９７】
図３及び図４は、バイオガス発生装置１００がバイオガスを生成する工程を段階的に示す図である。
【００９８】
バイオガスの生成工程が始まる直前の段階では、図３（Ａ）に示すように、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａは、Ｕ字管１１８の端部１１８Ａの高さと略等しい。図３（Ａ）に示す状態は、図１に示す状態と同一であり、一例として、液面２０Ｂと液面２０Ａの高さは等しく、この状態で、チャンバー１３１の内部の発酵液２０と、チャンバー１３２〜１３４の内部の発酵液２０とのつり合い（バランス）が取れていることとする。
【００９９】
図３（Ａ）に示す状態において、チャンバー１３１〜１３４の発酵液２０がバイオガスを生成し始め、チャンバー１３１の上部にバイオガスが貯留し始める。これにより、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａよりも上の密封される空間に貯留するバイオガスの量は徐々に増加する。また、バイオガスの生成に伴い、チャンバー１３２〜１３４の液面２０Ｂよりも上の空間は、酸素が存在しない嫌気状態となる。チャンバー１３２〜１３４で生成されるバイオガスは、排出口１１３Ａから排出される。
【０１００】
チャンバー１３１の上部においてバイオガスの量が増加すると、図３（Ｂ）に示すように、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａが徐々に押し下げられるとともに、チャンバー１３１の発酵液２０がスリット１１５Ｃを介して、矢印Ｂ１で示すようにチャンバー１３２に移動する。
【０１０１】
また、チャンバー１３２と１３３は、隔壁１１６の上部で連通しており、チャンバー１３３と１３４は、スリット１１７Ｃを介して底部で連通しているため、発酵液２０は、矢印Ｂ２及びＢ３で示すように、チャンバー１３２からチャンバー１３３及び１３４に流れ込む。
【０１０２】
この結果、図３（Ｂ）に示すように、チャンバー１３２、１３３、及び１３４の発酵液２０の液面２０Ｂが押し上げられる。
【０１０３】
以上のようにして、発酵槽１３０の発酵液２０がバイオガスを生成して、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａが押し下げられると、チャンバー１３１から１３４に向かって発酵液２０が移動する。
【０１０４】
発酵槽１３０の内部でバイオガスがさらに生成され、図４（Ａ）に示すように、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０ＡがＵ字管１１８の中間部１１８Ｃの底部まで押し下げられると、Ｕ字管１１８を通じてサイフォン効果が生じる。
【０１０５】
図４（Ａ）には、サイフォン効果が生じる直前の状態を示す。矢印Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で示すように、チャンバー１３１から１３４に向かって、発酵液２０が流れ込んでいる。
【０１０６】
サイフォン効果は、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０ＡがＵ字管１１８の中間部１１８Ｃの底部まで押し下げられたときに生じる。
【０１０７】
サイフォン効果が生じると、図４（Ｂ）に示すように、チャンバー１３１の上部に貯留されているバイオガスは、Ｕ字管１１８を通じてチャンバー１３２に抜けて行く。また、このとき、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０は、矢印Ｄ２及びＤ３で示すようにチャンバー１３１に向かう方向に流れ、矢印Ｄ１で示すようにチャンバー１３２からスリット１１５Ｃを介してチャンバー１３１に戻ってくる。図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態への変化は、数秒程度で完了する。
【０１０８】
このとき、スリット１１５Ｃを介してチャンバー１３２からチャンバー１３１に急激に戻ってくる発酵液２０の水流(矢印Ｄ１)が、スリット１１４Ｂの前（Ｘ軸正方向側）を通り、チャンバー１３１の内部を上昇する。
【０１０９】
このため、スリット１１４Ｂの前（Ｘ軸正方向側の前）の空間の水圧は、他の部分の水圧よりも低くなる。すなわち、負圧が生じたような状態になる。
【０１１０】
従って、前処理槽１２０の底部に沈殿するバイオマス原料を多く含む基質１０が、スリット１１４Ｂを介してチャンバー１３１の内部に流出する。
【０１１１】
また、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態への変化は数秒程度で完了するため、矢印Ｄ１〜Ｄ３で表される水流は、急激に生じる水流であり、図３（Ｂ）と図４（Ａ）の矢印Ｂ１〜Ｂ３と矢印Ｃ１〜Ｃ３で表される水流よりも強い。
【０１１２】
また、チャンバー１３２、１３３、１３４の内部では、破線の矢印Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３で示すように、急激な水流によって渦を巻くような水流も生じる。
【０１１３】
このため、矢印Ｄ１〜Ｄ３で表される水流や、破線の矢印Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３で示す渦を巻くような水流によって、チャンバー１３１〜１３４の発酵液２０は、全体的に撹拌される。これにより、チャンバー１３１〜１３４の発酵液２０の濃度（バイオマス原料の濃度）が均等化される。
【０１１４】
図４（Ｂ）に示す状態から、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａと、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面２０Ｂとがつり合うまで、スリット１１５Ｃを介してチャンバー１３２からチャンバー１３１に発酵液２０が移動し、基質１０がチャンバー１３１の内部に補給されつつ、チャンバー１３１の内部の発酵液２０の液面２０Ａは、上昇する。また、チャンバー１３１〜１３４の発酵液２０は、全体的に撹拌されて、発酵液２０の濃度（バイオマス原料の濃度）が均等化される。
【０１１５】
そして、チャンバー１３１の発酵液２０の液面２０Ａと、チャンバー１３２〜１３４の発酵液２０の液面２０Ｂとがつり合うと、図３（Ａ）に示す状態に戻る。
【０１１６】
そして、図３（Ａ）に示す状態において、チャンバー１３１〜１３４の発酵液２０がバイオガスを生成し、その後、上述したような図３（Ｂ）、図４（Ａ）、及び図４（Ｂ）に示す状態が繰り返される。
【０１１７】
このようにして、バイオガス発生装置１００は、バイオガスを生成し続ける。バイオガスは、排出口１１３Ａからバイオガス発生装置１００の外部に排出される。また、前処理槽１２０の底部に沈殿するバイオマス原料を多く含む基質１０が、スリット１１４Ｂを介してチャンバー１３１の内部に流出すると、前処理槽１２０から発酵槽１３０に供給される基質１０と同じ量の発酵液２０が排出口１１２Ｆから排出され、さらに、図示しない排水設備等に排水される。
【０１１８】
以上のように、バイオガス発生装置１００によれば、サイフォン式の発酵槽１３０のチャンバー１３１の上部に貯まるバイオガスを利用して、無動力で発酵槽１３０の発酵液２０を撹拌できるとともに、無動力で前処理槽１２０から基質１０を発酵槽に供給することができる。
【０１１９】
次に、図５及び図６を用いて、バイオガス発生装置１００のメリットについて説明する。
【０１２０】
図５は、一般的なメタン発酵システム５００を示す図である。ここでは、まず、一般的なメタン発酵システム５００について説明し、その次に、一般的なメタン発酵システム５００にバイオガス発生装置１００を適用した場合のメリットについて説明する。
【０１２１】
メタン発酵システム５００は、一例として、プラントのような施設に設けられ、バイオマス原料を用いて、バイオガスを生成する。
【０１２２】
メタン発酵システム５００は、破砕機５０１、原料投入ポンプ５０２、前処理槽５０３、前処理槽撹拌ポンプ５０４、基質投入ポンプ５０５、発酵槽５０６、発酵槽撹拌ポンプ５０７、温水循環ポンプ５０８、撹拌ブロワ５０９、ガス貯留槽５１０、加圧ファン５１１、及び排水ポンプ５１２を含む。
【０１２３】
破砕機５０１で破砕された食品残渣等のバイオマス原料は、原料投入ポンプ５０２によって前処理槽５０３に供給され、水によって希釈され、バイオマス原料を含むスラリー（基質）が生成される。前処理槽５０３の中のスラリーは、前処理槽撹拌ポンプ５０４によって撹拌される。
【０１２４】
前処理槽５０３の中で沈殿したバイオマス原料は、基質投入ポンプ５０５によって発酵槽５０６に供給される。発酵槽５０６に貯容される発酵液は、発酵槽撹拌ポンプ５０７によって撹拌されるとともに、温水循環ポンプ５０８によって発酵に適した温度（例えば、３０℃〜６０℃の範囲のある温度、一例として、３５度あるいは５５度）に保持され、さらに、撹拌ブロワ５０９によっても撹拌される。
【０１２５】
発酵槽５０６で生成されるバイオガスは、ガス貯留槽５１０に貯められ、加圧ファン５１１によって、一例としてガスエンジンに供給される。また、発酵槽５０６で不要になった発酵液は、排水ポンプ５１２によって排水設備に排出される。
【０１２６】
ガスエンジンによって発生される電力は、回収電力として取り出され、一部はメタン発酵システム５００に必要な電力（消費電力）として消費され、余剰の電力（余剰電力）は、メタン発酵システム５００が設置されるプラント等で利用することができる。
【０１２７】
なお、消費電力は、例えば、メタン発酵システム５００の破砕機５０１、原料投入ポンプ５０２、前処理槽撹拌ポンプ５０４、基質投入ポンプ５０５、発酵槽撹拌ポンプ５０７、温水循環ポンプ５０８、撹拌ブロワ５０９、加圧ファン５１１、及び排水ポンプ５１２の駆動に用いられる電力である。
【０１２８】
また、ガスエンジンによって発生される熱は、回収排熱として取り出され、一部はメタン発酵システム５００に必要な熱（消費熱）として利用され、余剰の熱（余剰熱）は、メタン発酵システム５００が設置されるプラント等で利用することができる。
【０１２９】
なお、消費熱は、例えば、メタン発酵システム５００の温水循環ポンプ５０８で発酵液を温める際に利用される熱である。
【０１３０】
ここで、図５に示すメタン発酵システム５００に、実施の形態のバイオガス発生装置１００を適用すると、次のように消費電力を低減することができる。
【０１３１】
まず、バイオガス発生装置１００は、前処理槽１２０と発酵槽１３０とを一体化するとともにスリット１１４Ｂで連通させて、サイフォン効果によって生じる水流を利用して、スリット１１４Ｂを介して前処理槽１２０から発酵槽１３０に基質１０を供給している。
【０１３２】
これは、図５に示すメタン発酵システム５００では、前処理槽５０３と発酵槽５０６とを一体化させることになる。
【０１３３】
このため、図５に示すメタン発酵システム５００に、実施の形態のバイオガス発生装置１００を適用すれば、基質投入ポンプ５０５が不要になる。
【０１３４】
また、バイオガス発生装置１００は、発酵槽１３０の内部で生じる水流を利用して発酵液２０を撹拌している。これは、図５に示すメタン発酵システム５００では、発酵槽５０６に接続されている発酵槽撹拌ポンプ５０７と撹拌ブロワ５０９の役割に相当する。
【０１３５】
このため、図５に示すメタン発酵システム５００に、実施の形態のバイオガス発生装置１００を適用すれば、発酵槽撹拌ポンプ５０７と撹拌ブロワ５０９が不要になる。
【０１３６】
以上のように、図５に示すメタン発酵システム５００に、実施の形態のバイオガス発生装置１００を適用すると、基質投入ポンプ５０５、発酵槽撹拌ポンプ５０７、及び撹拌ブロワ５０９が不要になる。
【０１３７】
従って、図５に示すようなメタン発酵システム５００にバイオガス発生装置１００を適用すると、消費電力の低減を図ることにより、エネルギーの回収効率を向上させることができる。
【０１３８】
図６は、電力収支を示す図である。横軸は、食品残渣量（ｔ／日）を示す。食品残渣量（ｔ／日）は、図５に示す破砕機５０１に投入される食品残渣の量を一日あたりのトン数で表す。縦軸は、消費電力を回収電力量で除算して得る電力比を百分率（％）で表す。
【０１３９】
また、Ａ（○のマーカー）は、図５に示すメタン発酵システム５００による電力比を示す。図５に示すメタン発酵システム５００は、上述のように、破砕機５０１、原料投入ポンプ５０２、前処理槽撹拌ポンプ５０４、基質投入ポンプ５０５、発酵槽撹拌ポンプ５０７、温水循環ポンプ５０８、撹拌ブロワ５０９、加圧ファン５１１、及び排水ポンプ５１２の稼働に、電力が必要である。
【０１４０】
Ｂ（△のマーカー）は、図５に示すメタン発酵システム５００において、前処理槽５０３と発酵槽５０６を一体化して、前処理槽撹拌ポンプ５０４を省いたシステムによる電力比を示す。すなわち、Ｂのシステムの消費電力は、Ａのシステムの消費電力よりも、前処理槽撹拌ポンプ５０４を省いた分だけ低減されている。
【０１４１】
Ｃ（□のマーカー）は、図５に示すメタン発酵システム５００において、発酵槽５０６をサイフォン式のものにして、発酵槽撹拌ポンプ５０７と撹拌ブロワ５０９を省いたシステムによる電力比を示す。なお、前処理槽５０３と発酵槽５０６は一体化されていない。
【０１４２】
すなわち、Ｃのシステムの消費電力は、Ａのシステムの消費電力よりも、発酵槽撹拌ポンプ５０７と撹拌ブロワ５０９を省いた分だけ低減されている。
【０１４３】
Ｄ（◇のマーカー）は、図５に示すメタン発酵システム５００に、実施の形態のバイオガス発生装置１００を適用することにより、基質投入ポンプ５０５、発酵槽撹拌ポンプ５０７、及び撹拌ブロワ５０９を省いたシステムによる電力比を示す。
【０１４４】
すなわち、Ｄのシステムの消費電力は、Ａのシステムの消費電力よりも、基質投入ポンプ５０５、発酵槽撹拌ポンプ５０７、及び撹拌ブロワ５０９を省いた分だけ低減されている。
【０１４５】
図６に示すように、Ａ〜Ｄのいずれのシステムにおいても、食品残渣量が増大するに連れて、電力比が低下する傾向があることが分かる。これは、食品残渣量が増大することにより、エネルギーの回収効率が改善されるからである。
【０１４６】
しかしながら、ＡとＢのシステムでは、食品残渣量を１（ｔ／日）まで増大させても、電力比は、それぞれ、１３０％と１２６％であり、消費電力が回収電力量を上回っていることが分かる。これでは、バイオマス原料から再生可能エネルギーを得るために、回収可能な再生可能エネルギーよりも多い電力を消費していることになり、電力収支はマイナスである。
【０１４７】
また、ＣとＤのシステムでは、食品残渣量が約０．２５（ｔ／日）以上になると、電力比が約１００％以下になる。
【０１４８】
より具体的には、ＣとＤのシステムでは、食品残渣量が０．３（ｔ／日）の場合に、それぞれ、電力比は７５％と７０％である。また、食品残渣量が０．６（ｔ／日）の場合に、それぞれ、電力比は５７％と５３％である。また、食品残渣量が１（ｔ／日）の場合に、それぞれ、電力比は４８％と４４％である。
【０１４９】
以上より、Ｄのシステムの電力比は、Ｃのシステムよりも約５％程度改善されていることが分かる。
【０１５０】
従って、実施の形態のバイオガス発生装置１００は、サイフォン式の発酵槽１３０のチャンバー１３１の上部に貯まるバイオガスを利用して、無動力で発酵槽１３０の発酵液２０を撹拌するとともに、無動力で前処理槽１２０から基質１０を発酵槽に供給することにより、エネルギーの回収効率（再生効率）を改善することができる。
【０１５１】
従って、実施の形態によれば、エネルギーの回収効率の高いバイオガス発生装置１００を提供することができる。
【０１５２】
また、以上では、前処理槽１２０と発酵槽１３０とを一体化した処理槽１１０を用い、スリット１１４Ｂを介して前処理槽１２０から発酵槽１３０に基質１０が投入される形態について説明した。しかしながら、処理槽１１０は、前処理槽１２０を含まずに、例えば、容器に貯容した基質１０をポンプ等を用いて、発酵槽１３０に基質１０を投入する形態であってもよい。
【０１５３】
また、以上では、前処理槽１２０と発酵槽１３０とを一体化した処理槽１１０の中で、仕切板１１４によって前処理槽１２０と発酵槽１３０が仕切られている形態について説明したが、前処理槽１２０と発酵槽１３０との間は、離れていてもよい。スリット１１４Ｂの代わりに、前処理槽１２０の下部に設けられる開口部と、発酵槽１３０の下部に設けられる原料投入口とを接続する流路を設け、流路の内部にまで沈殿したバイオマス原料が充填されるようにしてもよい。
【０１５４】
また、以上では、スリット１１４Ｂが前処理槽１２０と発酵槽１３０の底板１１１と仕切板１１４の下端１１４Ａとの間に形成される形態について説明したが、スリット１１４Ｂの位置は、底板１１１よりも少し高い位置にあってもよい。
【０１５５】
また、以上では、発酵槽１３０が４つのチャンバー１３１〜１３４を有する形態について説明したが、発酵槽１３０は、チャンバー１３４を有していなくてもよい。この場合は、チャンバー１３３に排出口１１２Ｆを設ければよい。また、発酵槽１３０は、チャンバー１３３及び１３４を有していなくてもよい。この場合は、チャンバー１３２に排出口１１２Ｆを設ければよい。また、発酵槽１３０は、５つ以上のチャンバーを有していてもよい。
【０１５６】
また、バイオガスを排出するための排出口１１３Ａは、Ｘ軸方向において、隔壁１１５と仕切板１１９Ｂとの間であれば、どこに取り付けられていてもよい。
【０１５７】
以上、本発明の例示的な実施の形態のバイオガス発生装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１０  基質
１０Ａ  液面
２０  発酵液
２０Ａ、２０Ｂ  液面
１００  バイオガス発生装置
１１０  処理槽
１１１  底板
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ  側壁
１１２Ｆ  排出口
１１３  天板
１１３Ａ  排出口
１１４  仕切板
１１４Ｂ  スリット
１１５、１１６、１１７  隔壁
１１５Ｂ  貫通孔
１１８  Ｕ字管
１１８Ａ、１１８Ｂ  端部
１１８Ｃ  中間部
１１９Ａ  邪魔板
１１９Ｂ  仕切板
１１９Ｃ  仕切ボード
１２０  前処理槽
１３０  発酵槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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