(57)【要約】【課題】耐腐食性に優れ、より製造コストが安価となるメタン発酵装置を提供する。【解決手段】有機性廃棄物が投入され、該有機性廃棄物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽２を有するメタン発酵装置１であって、メタン発酵槽２の筐体をＦＲＰパイプ３Ａから構成した。さらに、ＦＲＰパイプ３Ａの層断面を、少なくとも、黒色のシート層と、このシート層を挟む透明或いは半透明のＦＲＰ層とを有する多層断面構造とした。シート層の材料としては農業用マルチシートが好適である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物が投入され、該有機性廃棄物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽を有するメタン発酵装置であって、
前記メタン発酵槽の筐体をＦＲＰパイプから構成したことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
前記ＦＲＰパイプの層断面を、黒色のシート層と、このシート層を挟む透明或いは半透明のＦＲＰ層とを有する多層断面構造としたことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
【請求項３】
前記シート層を農業用マルチシートから構成したことを特徴とする請求項２に記載のメタン発酵装置。
【請求項４】
前記ＦＲＰパイプの層断面を、透明或いは半透明のＦＲＰ層からなり、槽外側に臨む外層と、黒色のＦＲＰ層からなり、槽内側に臨む内層とを有する多層断面構造としたことを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家畜のふん尿や家庭の生ゴミ等の有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの酪農家では、家畜のふん尿に関してそのまま野積みにしたり、素掘りの溜め池に貯蔵するなどしている。これらは堆肥として利用されることもあるが、その使用量は排出量に比べると少ない場合が多く、大部分のふん尿は野ざらしとして放置されたままというのが実情である。しかし、土壌汚染や臭気の問題など環境保全の観点からすればこのような簡便な処置は好ましいことではない。
【０００３】
一方、近年では、家畜のふん尿や生ゴミ等の有機性廃棄物に関する処理技術として、これらを槽内に投入してメタン発酵させ、発酵後の有機性廃棄物は脱水して水と汚泥に分離処理し、発生したメタンはガス発電機等のエネルギー源として有効利用する、いわゆるバイオガスプラントが注目されている。この技術を用いたものとして、本出願人は、コンパクト化が図れるメタン発酵装置を特許文献１で提案している。
【特許文献１】特開２００５−１９８６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願人は、特許文献１の技術をさらに発展させ、耐腐食性に優れ、より製造コストが安価となるメタン発酵装置を提供することを目的として本発明をなし得たものである。
また、メタンを効率良く発酵させるためには、発酵槽内の温度を高温に維持する必要があり、特許文献１では、熱交換パイプを発酵槽内に設け、循環式太陽熱温水器やボイラで温水を循環させる方式を提案している。
【０００５】
そこで、さらに本発明は、より経済的に発酵槽内の温度を加温し得るメタン発酵装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、有機性廃棄物が投入され、該有機性廃棄物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽を有するメタン発酵装置であって、前記メタン発酵槽の筐体をＦＲＰパイプから構成したことを特徴とするメタン発酵装置とした。
【０００７】
このメタン発酵装置によれば、高強度な筐体で、耐腐食性に優れ、また安価なメタン発酵装置とすることができる。また、メタン発酵槽の内面がＦＲＰ面（樹脂面）として形成されるので、有機性廃棄物がこびり付きにくくなり、清掃が容易となる。
【０００８】
また本発明では、前記ＦＲＰパイプの層断面を、黒色のシート層と、このシート層を挟む透明或いは半透明のＦＲＰ層とを有する多層断面構造としたことを特徴とするメタン発酵装置とした。
【０００９】
このメタン発酵装置によれば、ＦＲＰ層を透明或いは半透明としたことにより、シート層まで日光の紫外線が届き、シート層は黒色であることから、このシート層が紫外線を多量に吸収する。これにより、メタン発酵槽内の密閉空間の温度を効果的に上昇させることができる。また、紫外線はＦＲＰ層ではさほど吸収されずに通過することになるので、ＦＲＰ層での日焼けが起きにくくなり、その分、筐体を構成するＦＲＰ層の劣化を低減させることができる。
【００１０】
また本発明では、前記シート層を農業用マルチシートから構成したことを特徴とするメタン発酵装置とした。
【００１１】
このメタン発酵装置によれば、シート層を安価で入手しやすい農業用マルチシートから構成したので、より経済的なメタン発酵装置とすることができる。
【００１２】
また本発明では、前記ＦＲＰパイプの層断面を、透明或いは半透明のＦＲＰ層からなり、槽外側に臨む外層と、黒色のＦＲＰ層からなり、槽内側に臨む内層とを有する多層断面構造としたことを特徴とするメタン発酵装置とした。
【００１３】
このメタン発酵装置によれば、外層を透明或いは半透明とし、内層を黒色としたので、紫外線は外層を通過し、内層にて多量に吸収される。これにより、メタン発酵槽内の密閉空間の温度を効果的に上昇させることができる。紫外線は外層ではさほど吸収されずに通過することになるので、メタン発酵槽の外表面層の日焼けが起きにくくなり、この外表面層の劣化が防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高強度な筐体で、耐腐食性に優れ、また安価なメタン発酵装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１、図２はそれぞれ本発明に係るメタン発酵装置の外観斜視図、平断面図、図３、図４、図５はそれぞれ図２におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【００１６】
メタン発酵装置１は、有機性廃棄物が投入され、該有機性廃棄物を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽２を有する。メタン発酵槽２に投入される有機性廃棄物としては、例えば家畜のふん尿、家庭で廃棄される生ゴミ等であり、液状体である。
【００１７】
メタン発酵槽２の筐体は、円筒形状のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）パイプ３Ａから構成され、例えばパイプ軸方向を横方向として、図３〜図５に示すようにＦＲＰパイプ３Ａの下半分を地中に埋設して屋外に設置する。ＦＲＰパイプ３Ａの両端開口部は、別部材である円板状の側板３Ｂにより閉塞される。側板３Ｂの材質もＦＲＰである。ＦＲＰパイプ３Ａの大きさは例えば、外径２．５メートル、長さ６メートル程度である。ＦＲＰパイプ３Ａの製造コストやトラックの荷台搬送性などを考慮すると、外径寸法に関しては３メートル以内であることが好ましい。長さについては連結するなどの方法を採ることで１０メートル程度以上に形成することも可能である。
【００１８】
ＦＲＰパイプ３Ａとしては、金型に半硬化状態のＦＲＰシートを巻きつけてパイプ状に成形する、いわゆるシートワインディング製法、ガラスロービングに樹脂を含浸させながら型に巻きつけて成形する、いわゆるフィラメントワインディング製法等で製造したものを用いることができる。
【００１９】
筐体をＦＲＰパイプ３Ａから構成することで、高強度な筐体となり、かつ安価に製作できる。また、樹脂材としたことで、金属材料とした場合に比して耐腐食性に優れることになる。
【００２０】
横置きされたＦＲＰパイプ３Ａの一端側上部には、有機性廃棄物を投入するための投入口が形成されており、通常は蓋４により閉じられている。この方式では、人が蓋４を手動であけて有機性廃棄物を投入するのであるが、このような投入口を設けることなく、例えば別途に有機性廃棄物を一時的に貯留する貯留槽を設け、この貯留槽からポンプにより自動的に有機性廃棄物をメタン発酵槽２内に送り込む方式にしてもよい。
【００２１】
また、ＦＲＰパイプ３Ａの上部には、人がメンテナンス時などに内部に入るための点検口が形成されており、通常は点検蓋５により閉じられている。このように、清掃や点検時に人が内部に入ることを考慮すると、ＦＲＰパイプ３Ａを横置きする態様の場合、ＦＲＰパイプ３Ａの内径寸法は１．８メートル以上であることが好ましい。
【００２２】
ＦＲＰパイプ３Ａの内部において、一端寄りおよび他端寄りにはＦＲＰパイプ３Ａ内の上部空間をパイプ軸方向に３つの空間８Ａ〜８Ｃに仕切る仕切り板６、７が設けられている。仕切り板６、７の下端はＦＲＰパイプ３Ａの底面から距離を隔てている。つまり、３つの空間８Ａ〜８ＣはＦＲＰパイプ３Ａの下部空間にて連通している。仕切り板６、７の材質もＦＲＰである。なお、仕切り板６の空間８Ｂ側の側面には、前記点検口の下方に位置する箇所に昇降用の梯子９が取り付けられている。
【００２３】
前記投入口の下方に空間８Ａが位置しており、投入口から投入された有機性廃棄物は空間８Ａにしばらく滞留した後、仕切り板６の下方から空間８Ｂに移動する。空間８Ｂはメタン発酵の主室となる空間であり、他の空間８Ａ、８Ｃよりも広く形成されている。ＦＲＰパイプ３Ａの他端寄りに位置する空間８Ｃにおいては、メタン発酵後の廃液を排出する排出管１０が側板３Ｂに取り付けられている。排出管１０は図示しない管路を経由して所定の処理装置（廃液槽等）に連結している。ＦＲＰパイプ３Ａ内において、排出管１０はＬ字状に屈曲しており、その先端開口面は上向きとなっている。したがって、この排出管１０の先端開口面のレベルが、ほぼＦＲＰパイプ３Ａ内における有機性廃棄物の液面レベルとなり、発酵後の有機性廃棄物がオーバーフローするかたちで排出管１０の開口面に流入する。
【００２４】
なお、排出管１０から排出される廃液は、脱水処理を施すことにより処理水と汚泥とに分離させることができる。処理水は浄化装置（図示せず）を介して浄化処理水にすることも可能であるが、浄化処理を施すことなく、そのまま液肥として利用することもできる。そして、メタン発酵槽２内で生じたメタンは、例えば槽上部に設けたガス取り出し管１９を介して外部に取り出され、発動機やガス灯、ガス冷蔵庫、ガス給湯器、ガスコンロ等の燃料として有効利用される。特に、畜舎の照明や暖房などに利用することができる。また、後記するボイラ１３の燃料として利用することもできる。ガス取り出し管１９の途中には、例えば硫化水素等を除去する目的でガス濾過器１８が設けられる。
【００２５】
メタン発酵槽２の底部には、ガスをさほど含まない比重の大きい泥状の有機性廃棄物（消化汚泥）が沈澱しやすい。そこで、本実施形態では、ＦＲＰパイプ３の底部に沈澱したこれらの有機性廃棄物を外部に排出するための吸引管１１が設けられている。吸引管１１は例えば空間８Ｂにおいてパイプ軸方向に間隔を空けて複数取り付けられるものであって、吸引口をＦＲＰパイプ３Ａの底面に臨ませたうえで、管体を斜めに延設してＦＲＰパイプ３Ａの周壁を貫通させて排出口側を外部に位置させた構造からなる。図示しない駆動源（エアリフトポンプ等）で管内に負圧をかけることにより、ＦＲＰパイプ３Ａの底部に沈澱した有機性廃棄物が吸引管１１に吸い上げられ、外部に排出される。図では、吸引管１１を３本設けた場合を示しているが、その本数は限られるものではなく、場合によっては１本のみ設けてもよい。吸引した有機性廃棄物は堆肥として利用することができる。
【００２６】
また、メタン発酵槽２の内部には、温水が循環する熱交換管１２が配設されている。熱交換管１２はボイラ１３や太陽熱温水器等に接続しており、ポンプで温水が循環する。符号１７は水を補給するための水タンクである。メタン発酵槽２内で熱交換管１２はＵ字状に形成され、水平状に配設されている。熱交換管１２を介して、循環する温水と有機性廃棄物との間で熱交換がなされ、有機性廃棄物が加温される。熱交換管１２の材質としては、耐腐食性を考慮して、銅管、アルミニウム管、ステンレス管等が適用される。熱交換管１２による加温は、例えば曇りや雨の日など日光量が少ないときにのみ行うようにしてもよい。
【００２７】
ＦＲＰパイプ３Ａとしては、紫外線を吸収するべく黒色の単層からなるＦＲＰパイプとすることもできるが、本実施形態において、ＦＲＰパイプ３Ａは、図６に示すように、黒色のシート層１４と、このシート層１４を挟む透明或いは半透明のＦＲＰ層１５とを有する多層断面構造となっている。シート層１４としては農業用マルチシートが好適である。農業用マルチシートは、保温、保湿の目的で畑に貼られる薄膜のシートであり、厚さは通常、数十ミクロン程度である。シート層１４を構成するにおいては、農業用マルチシート１枚としてもよいし、農業用マルチシートを複数枚重ねた態様としてもよい。なお、農業用マルチシートの材質はポリエチレンや塩化ビニルなどが主流であったが、近年では環境保全の観点から生分解型のものが多く開発されている。ＦＲＰ層１５単層の厚みは例えば数ミリ程度である。
【００２８】
本発明によれば、ＦＲＰ層１５を透明或いは半透明としたことにより、シート層１４まで日光の紫外線が届き、シート層１４は黒色であることから、このシート層１４が紫外線を多量に吸収する。これにより、メタン発酵槽２内の密閉空間の温度を効果的に上昇させることができ、その分、前記熱交換管１２のような加温手段における加温機能の負担を軽減させることができ、場合によっては熱交換管１２のような加温手段を省略することもできる。
【００２９】
また、黒色のシート層１４と、このシート層１４を挟む透明或いは半透明のＦＲＰ層１５とを有する多層断面構造としたことで、ＦＲＰパイプ３Ａを例えば黒色に着色したＦＲＰの単層から構成した場合に比して、日焼けによる筐体の劣化低減の点で有利となる。すなわち、ＦＲＰパイプ３Ａを黒色のＦＲＰ単層から構成した場合には、パイプ表面が直接紫外線を吸収するので、パイプ表面の日焼けの程度が激しくなり、ＦＲＰ層の劣化が進みやすいのに対し、黒色のシート層１４の外側に透明或いは半透明のＦＲＰ層１５を配する構成とすれば、紫外線はＦＲＰ層１５ではさほど吸収されずに通過することになるので、ＦＲＰ層１５での日焼けが起きにくくなり、その分、筐体を構成するＦＲＰ層１５の劣化を低減させることができる。
【００３０】
ＦＲＰ層１５、特にシート層１４よりも外側のＦＲＰ層１５における透明度としては、例えばＪＩＳ−Ｋ７１０５規格における全光線透過率が２０％以上の数値とするのがよい。全光線透過率が２０％未満の場合には透明度がさほどなくなり、紫外線がシート層１４まで届きにくくなるからである。
【００３１】
前記多層断面構造は、パイプ状に形成した内側のＦＲＰ層１５に対して農業用マルチシート等を螺旋状に全体に巻きつけ、その後、外側のＦＲＰ層１５を形成する等の製造工程を採用することで容易に製作が可能である。勿論、場合によっては、農業用マルチシートを平板状のＦＲＰ層で挟んだ後に、全体をパイプ状に加工する製造工程であっても差し支えない。なお、ＦＲＰ層１５とシート層１４との間には、厳密には例えば両者を接着させる接着剤層が介在する場合があるが、本発明ではこの接着剤層の形成については省略したものとしている。
【００３２】
ＦＲＰパイプ３Ａの層構造としては、図７に示すように、透明或いは半透明のＦＲＰ層１５からなり、槽外側に臨む外層と、黒色のＦＲＰ層１６からなり、槽内側に臨む内層とを有する多層断面構造とすることもできる。この場合も、ＦＲＰ層１５の透明度としては、例えばＪＩＳ−Ｋ７１０５規格における全光線透過率が２０％以上の数値とするのがよい。また、外層と内層とを接着させる接着剤層が介在する場合があるが、本発明ではこの接着剤層の形成については省略したものとしている。
【００３３】
これによれば、外層を透明或いは半透明とし、内層を黒色としたので、紫外線は外層を通過し、内層にて多量に吸収される。これにより、メタン発酵槽２内の密閉空間の温度を効果的に上昇させることができる。紫外線は外層ではさほど吸収されずに通過することになるので、メタン発酵槽２の外表面層の日焼けが起きにくくなり、この外表面層の劣化が防止される。また、熱交換管１２のような加温手段における加温機能の負担を軽減させることができ、場合によっては熱交換管１２のような加温手段を省略することもできる。
【００３４】
ただし、この層構成では、透明或いは半透明のＦＲＰと黒色のＦＲＰとの２種類を用意する必要がある。これに対して、黒色のシート層１４と、このシート層１４を挟む透明或いは半透明のＦＲＰ層１５とを有する層構成の場合には、一対のＦＲＰ層１５を同じ仕様のＦＲＰで賄えるので経済的である。シート層１４の介在は安価なシートを使用することでさほどコストアップとならずに済む。
【００３５】
以上、本発明について好適な実施形態を説明した。本発明は、説明した形態に限られることなくその趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。シート層１４としては、黒色のシート形状を有したものであれば、農業用マルチシートに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るメタン発酵装置の外観斜視図である。
【図２】本発明に係るメタン発酵装置の平断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】ＦＲＰパイプの層断面構造図である。
【図７】ＦＲＰパイプの層断面構造図の変形例である。
【符号の説明】
【００３７】
１      メタン発酵装置
２      メタン発酵槽
３Ａ    ＦＲＰパイプ
３Ｂ    側板
１１      吸引管
１２      熱交換管
１４      シート層
１５      ＦＲＰ層
１９      ガス取り出し管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008302305.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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