(57)【要約】【課題】バイオガスを廃棄することなく、安定して運転を行うことができる出力装置を提供する。【解決手段】バイオガスを供給するバイオガス供給手段と、  前記バイオガスを精製し、精製バイオガスとするバイオガス精製手段と、  燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、  前記精製バイオガスと、前記燃料ガスとを混合し、混合ガスを生成する混合手段と、  前記混合ガスを用いて出力を発生させる出力手段と、  前記出力手段からの要求に応じて、前記燃料ガス供給手段が、前記混合手段に供給する前記燃料ガスの量を制御する制御手段とを備えた出力装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガスを供給するバイオガス供給手段と、
前記バイオガスを精製し、精製バイオガスとするバイオガス精製手段と、
燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記精製バイオガスと、前記燃料ガスとを混合し、混合ガスを生成する混合手段と、
前記混合ガスを用いて出力を発生させる出力手段と、
前記出力手段からの要求に応じて、前記燃料ガス供給手段が、前記混合手段に供給する前記燃料ガスの量を制御する制御手段とを備えた出力装置。
【請求項２】
前記出力手段が改質器を含む請求項１に記載の出力装置。
【請求項３】
前記出力手段が内燃機関を含む請求項１に記載の出力装置。
【請求項４】
前記出力手段が発電機を含む請求項１に記載の出力装置。
【請求項５】
前記混合手段と、前記出力手段との間にバッファータンクを有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの利用拡大が期待されており、再生可能エネルギーの一種である、バイオマスから発生するバイオガスを有効活用しようとする取り組みが活発化している。バイオガスは、約６０％のメタンと約４０％の二酸化炭素、その他に硫化水素やシロキサン等の微量不純物を含む。
【０００３】
上述のようにバイオガスにはメタン以外のガスも含まれることから、バイオガスを精製せずに利用するには、バイオガス専用の機器が必要になり、コストや汎用性の点で問題がある。
【０００４】
そこで、近年ではバイオガス精製技術を用いてメタンを分離、精製し、用いることが検討されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、ガス分離膜を備えバイオガスから濃縮メタンガスを分離する分離濃縮手段と、
前記分離濃縮手段に対するバイオガス供給量を調整する流量調整手段と、
前記分離濃縮手段で得られた濃縮メタンガスのメタン濃度を検出する検出手段と、
前記メタン濃度の目標濃度値に対応させて流量調整手段の稼動開始時のバイオガス供給量を設定し、前記目標濃度値と前記検出手段による検出結果とを比較演算し、その演算結果に基づいて前記メタン濃度が目標濃度値となるように流量調整手段をＰＩＤ制御する制御手段と、
前記の稼動開始時のＰＩＤ制御量Ｐ0を基準とする稼動開始後のＰＩＤ制御量Ｐtの変動率をＷとし、下記式（ただし、０≦Ｐt，Ｐ0，Ｗ≦１００％であり、Ｐt＋（Ｐ0×Ｗ）＜１００％とする）によりＰＩＤ制御量Ｐtの変動を制限してバイオガス供給量の上限値Ｌを設定する制限手段と、
Ｌ＝「Ｐt＝１００％の場合のバイオガス供給量」×（Ｐt＋（Ｐ0×Ｗ））
を備えたことを特徴とするバイオガス用の分離濃縮システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バイオガスはバイオマスから生成するため、季節等によって、発酵槽に搬入するまでの間に原料となるバイオマスの発酵の程度に違いが生じ、発酵槽内にバイオマスを搬入後のバイオガスの発生量や、組成が大きく変化する場合があった。また、１日の間でも、時間帯等により発酵槽の周囲の温度等が変化するため、発酵槽からのバイオガスの発生量や組成に大きな変化を生じる場合があった。
【０００８】
このように、季節や、時間帯等により、バイオガスの発生量や、組成に大きな変化が生じると、バイオガスを精製した、メタンリッチのガスである精製バイオガスの供給量にも大きな変動を生じることになる。このため、該精製バイオガスを内燃機関等の各種出力手段に供給し、出力を得る出力装置において、出力手段を安定して動作させることが困難になるという問題があった。
【０００９】
そこで、従来のバイオガスを用いる各種出力装置においては、例えばバイオガスの発生量が最も少なくなる場合を基準として装置を構成し、該基準を超えてバイオガスが生じた場合、該基準を超えた分のバイオガスについては廃棄等がなされていた。すなわち、バイオガスを十分に有効に活用できているとは言えなかった。
【００１０】
そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、バイオガスを廃棄することなく、安定して運転を行うことができる出力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】
【００１１】
本発明の一態様によれば、バイオガスを供給するバイオガス供給手段と、
前記バイオガスを精製し、精製バイオガスとするバイオガス精製手段と、
燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記精製バイオガスと、前記燃料ガスとを混合し、混合ガスを生成する混合手段と、
前記混合ガスを用いて出力を発生させる出力手段と、
前記出力手段からの要求に応じて、前記燃料ガス供給手段が、前記混合手段に供給する前記燃料ガスの量を制御する制御手段とを備えた出力装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、バイオガスを廃棄することなく、安定して運転を行うことができる出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における出力装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【００１５】
本実施形態の出力装置は、バイオガスを供給するバイオガス供給手段と、バイオガスを精製し、精製バイオガスとするバイオガス精製手段と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、を有することができる。
【００１６】
さらに、精製バイオガスと、燃料ガスとを混合し、混合ガスを生成する混合手段と、混合ガスを用いて出力を発生させる出力手段と、出力手段からの要求に応じて、燃料ガス供給手段が、混合手段に供給する燃料ガスの量を制御する制御手段を有することができる。
【００１７】
既述の様に、バイオガスを用いる出力装置では、バイオガスの供給量が季節や、周囲の環境等により変動するため、バイオガスを精製した精製バイオガスの供給量にも大きな変動を生じ、出力手段を安定して運転することが困難であった。そこで、例えば、供給できる最少量のバイオガスを基準として出力装置を構成し、基準を超える過剰分は廃棄する方法等が用いられていたが、季節等によっては廃棄するバイオガスが多量に発生するため、バイオガスを十分に活用できているとはいえなかった。
【００１８】
そこで、本発明の発明者らは鋭意検討を行い、バイオガスを精製した精製バイオガスについて、出力手段の要求量から不足する部分については、燃料ガスを供給することで熱量を補い、バイオガスを廃棄することなく、安定して出力手段を運転することができる出力装置とすることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１９】
本実施形態の出力装置の構成例を、図１を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の出力装置の構成例を模式的に示した図である。
【００２１】
出力装置１０は、バイオガスを供給するバイオガス供給手段１１を有することができる。バイオガス供給手段１１の構成は特に限定されるものではなく、バイオガスを供給できる各種手段を用いることができる。
【００２２】
バイオガス供給手段１１としては特に限定されないが、例えば汚泥や、汚水、ゴミ、生物の排泄物、有機質肥料、生分解性物質等を発酵、嫌気性消化させることによりバイオガスを生成するバイオガス生成手段を用いることができる。バイオガス供給手段としてバイオガス生成手段を用いる場合、バイオガス生成手段は、原料となる汚泥等を発酵、嫌気性消化させ、バイオガスを発生させることができるように構成されていれば足り、その構成は特に限定されない。バイオガス生成手段は、例えば原料を発酵、消化するための発酵タンクや、該タンクに対して原料を搬送、供給するための原料供給手段、タンク内の原料を撹拌する撹拌手段、生成したバイオガスを取出すためのバイオガス排気手段等を備えた構成を有することができる。
【００２３】
また、バイオガス供給手段１１としては、例えば他所で生成したバイオガスを貯蔵したバイオガスタンクを用いることもできる。
【００２４】
バイオガス供給手段１１から供給されたバイオガスは、バイオガス精製手段１２により精製することができる。具体的には例えば、バイオガスからメタンガスを分離、回収し、メタンリッチの精製バイオガスを精製することができる。
【００２５】
メタンリッチの精製バイオガスとしては、例えば原料となるバイオガスよりもメタンの含有量が多ければ良く、例えばメタンの含有量が７０ｖｏｌ％以上であることが好ましく、８０ｖｏｌ％以上であることが好ましい。なお、精製バイオガスのメタンの含有量の上限値についても特に限定されないが、過度に精製する必要はないことから、例えば９９ｖｏｌ％以下とすることができる。
【００２６】
バイオガス精製手段１２の構成は特に限定されるものではなく、バイオガスを精製し、メタンリッチの精製バイオガスとすることができる手段であればよい。バイオガス精製手段１２としては、例えばセラミックスの分離膜を用いた精製手段や、中空糸膜を用いた精製手段、ＰＳＡ法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：圧力変動吸収法）を用いた精製手段、高圧水吸収方式を用いた精製手段等から選択された１種類以上が挙げられる。なお、バイオガス精製手段１２としては１種類の手段に限定されず、２種類以上のバイオガス精製手段を組み合わせて用いることもできる。
【００２７】
ただし、特に設置面積を小さくすることができ、メタンの分離性能に優れていることから、バイオガス精製手段１２としては、中空糸膜を用いた精製手段を好ましく用いることができる。
【００２８】
そして、バイオガス精製手段１２で精製した精製バイオガスは、後述する混合手段１３へと供給される。
【００２９】
一方、出力装置１０は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段１４を有することができる。燃料ガス供給手段１４は混合手段１３に燃料ガスを供給するように構成することができる。
【００３０】
燃料ガス供給手段１４から供給する燃料ガスの種類は特に限定されるものではなく、例えば精製バイオガスの熱量を補えるガスが挙げられる。燃料ガスとしては、例えば都市ガスや、プロパンガス、水素ガス等から選択された１種類以上が挙げられる。ただし、都市ガスは、精製バイオガスと同様にメタンを主成分としていることから、燃料ガスとしては都市ガスを好ましく用いることができる。
【００３１】
混合手段１３では、バイオガス精製手段１２で精製した精製バイオガスと、燃料ガス供給手段１４から供給した燃料ガスとを混合し、混合ガスを生成することができる。
【００３２】
混合手段１３の構成は特に限定されるものではなく、２種のガスを混合できるように構成されていれば足りる。例えばベンチュリーミキサー等を用いることができる。
【００３３】
既述の様に、バイオガス供給手段１１から供給できるバイオガスの量は、季節等に応じて変動する場合があり、それに伴いバイオガス精製手段１２が供給する精製バイオガスの量も変動する場合がある。このため、本実施形態の出力装置１０では、精製バイオガスについて、不足する熱量を燃料ガスにより補充するように構成することができる。従って、例えば精製バイオガスのみにより十分な熱量を確保できる場合には、混合ガス中の燃料ガスの割合は０であってもよい。
【００３４】
燃料ガスの供給量は、燃料ガス供給手段１４と、混合手段１３との間に設けた燃料ガス供給量調整バルブ１７の開度を、例えば出力手段１５からの要求に応じて、制御手段１６により制御し、燃料ガス供給手段１４から混合手段１３への燃料ガスの供給量を制御できる。
【００３５】
例えば出力手段１５が要求する混合ガスの熱量が、出力手段１５の運転状況により変動する場合には、混合ガスの熱量が、該運転状況に応じて出力手段１５から要求される熱量となるように、制御手段１６は、燃料ガス供給量調整バルブ１７の開度を制御できる。
【００３６】
また、出力手段１５が要求する混合ガスの熱量が、出力手段１５の運転状況により変動しない場合には、混合ガスの熱量が、出力手段１５が要求する定格熱量となるように、制御手段１６は、燃料ガス供給量調整バルブ１７の開度を制御できる。
【００３７】
なお、混合ガスの熱量を制御するために、精製バイオガスの供給量や、精製バイオガスの熱量を検知する必要がある場合には、例えばバイオガス精製手段１２と混合手段１３との間の配管Ａ上に流量計や、熱量測定手段等を設けておき、制御手段１６に対して測定値を供給する様に構成することもできる。
【００３８】
本実施形態の出力装置１０では、バイオガス精製手段１２により、バイオガスを精製してから出力手段１５へと供給している。しかし、バイオガス精製手段１２の能力についても経時変化等により変化するため、バイオガス精製手段１２による精製バイオガスの供給量に変化が生じる場合もあった。
【００３９】
そこで、主に精製バイオガスの供給量が、バイオガス精製手段１２の経時変化により変動する場合には、例えば制御手段１６は出力装置１０の稼働時間に応じて、燃料ガス供給量調整バルブ１７の開度を調整するように構成することもできる。この場合も、出力手段１５からの要求に応じて、出力手段１５の要求に応じた熱量となるように燃料ガス供給量調整バルブ１７の開度を制御し、燃料ガス供給手段１４が混合手段１３に供給する燃料ガスの量を制御することになる。
【００４０】
そして、上述の様に混合手段１３で混合した混合ガスは、出力手段１５へと供給し、出力手段１５において、新たな出力、例えば新たなエネルギー媒体や、動力等を出力することができる。
【００４１】
出力手段１５の構成は特に限定されないが、例えば改質器、内燃機関、発電機から選択された１種類以上とすることができる。
【００４２】
出力手段１５が改質器を含む場合、例えば該改質器により、混合ガスから水素ガスを生成することができる。このため、出力手段が改質器の場合、本実施形態の出力装置は、水素出力装置とすることができる。なお、後述のようにさらに燃料電池を組み合わせて電力出力装置とすることもできる。
【００４３】
出力手段１５が内燃機関を含む場合、すなわち例えばエンジンの場合は、該内燃機関により混合ガスから動力を得ることができる。このため、出力手段が内燃機関を含む場合、本実施形態の出力装置は、動力出力装置とすることができる。また、後述のように発電機と組み合わせて電力出力装置とすることもできる。
【００４４】
出力手段１５が発電機を含む場合、該発電機により混合ガスから電気を得ることができる。このため、出力手段が発電機の場合、本実施形態の出力装置は、電力出力装置とすることができる。
【００４５】
なお、発電機の構成として、例えば内燃機関を用いた発電機、もしくは燃料電池を用いた発電機とすることができる。
【００４６】
内燃機関を用いた発電機の場合、出力手段１５は内燃機関、及び発電機を有することができ、発電機は内燃機関からの動力を電力に変換する装置とすることができる。
【００４７】
また、燃料電池を用いた発電機とする場合、発電機として燃料電池を用いることができる。この場合、さらに改質器と組み合わせて改質器で発生させた水素を用い、燃料電池により発電する構成とすることもできる。
【００４８】
本実施形態の出力装置は、他に任意の手段をさらに有することもできる。
【００４９】
例えば混合手段１３に供給する、精製バイオガスの圧力と、燃料ガスの圧力とがバランスが取れていない場合に、ガスの逆流が生じるのを防ぐため、例えばバイオガス精製手段１２と混合手段１３との間の配管Ａ、燃料ガス供給手段１４と、混合手段１３との間の配管Ｂのいずれか、若しくは両方に圧力調整バルブを設けることができる。
【００５０】
また、混合手段１３と、出力手段１５との間の配管Ｃ上にバッファータンク（クッションタンク）を設けることもできる。バッファータンクを設けることで、例えば出力手段１５からの混合ガスの要求量に急激な変化が生じた場合に、特に追従性良く対応することが可能になり、出力手段１５を特に安定して運転できるようになり、好ましい。
【００５１】
出力手段１５は、既述の様に例えば水素や、動力、電力を出力することができる。このため、出力されたエネルギー媒体や、エネルギーについて、利用する設備を該出力手段１５に接続しておくこともできる。
【００５２】
以上に説明した本実施形態の出力装置によれば、バイオガスを精製した精製バイオガスを出力手段に供給する際、不足する熱量を燃料ガスにより補っている。このため、バイオガスについては廃棄することなく、全量を有効に活用することができる。
【００５３】
また、精製バイオガスと、燃料ガスとを混合し、出力手段の要求に応じた熱量を安定して供給することができるため、出力手段を安定して運転することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  出力装置
１１  バイオガス供給手段
１２  バイオガス精製手段
１３  混合手段
１４  燃料ガス供給手段
１５  出力手段
１６  制御手段
【図１】
2018112166.tif 000003