(57)【要約】【課題】発酵条件を変えながら原料を次々と補給して連続的な嫌気性発酵実験を続けることのできる装置の提供。【構成】本実験装置は、本体２と蓋体３により構成した密閉型の発酵槽１と、発酵槽１の上方から蓋体３を貫通し本体２内の下部まで延長する中空の回転軸４と、本体２内における回転軸４の周囲に設けた攪拌翼５と、発酵槽１の上部に設けたガス排出部６および脱離液排出部７と、回転軸４における中空部８に上方から原料を投入する原料投入部９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】
有機性廃棄物を嫌気性発酵する実験装置において、本体２と蓋体３により構成した密閉型の発酵槽１と、発酵槽１の上方からその蓋体３を貫通し本体２内の下部まで延長する中空の回転軸４と、本体２内における回転軸４の周囲に設けた攪拌翼５と、発酵槽１の上部に設けたガス排出部６および脱離液排出部７と、回転軸４の中空部８に上方から原料を投入する原料投入部９を設けたことを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記蓋体３の下面から本体２内に延長し、前記回転軸４の外周が被蔽される案内管２７を設け、その案内管２７の先端が前記発酵槽１内の液面に達するように構成したことを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記脱離液排出部７に液トラップ１４を設けたことを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記本体２に内部を透視できる窓部１０を設けたことを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記回転軸４に操作ハンドル１１または駆動機構１７を連結したことを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記発酵槽１等を備えた発酵実験装置を共通の架台１８に複数設けたことを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
発酵槽１で生成するガスおよび脱離液に接触する部分が耐食性材料で作られていることを特徴とする嫌気性発酵の実験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性廃棄物を嫌気性発酵する実験装置に関し、特に嫌気性を維持しながら原料投入を行い連続的に嫌気性発酵の実験を行うことができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、家畜の排泄物、敷き藁、青草、野菜屑、生ゴミ、汚泥などの有機物を含有する廃棄物、すなわち有機廃棄物を嫌気性発酵してメタンガスを主成分とする生成ガスを発生させ、生成ガスを脱離した残りの脱離液を液肥原料として利用する技術が知られている。嫌気性発酵は通常密閉式の発酵槽で行われるが、発酵温度から分類すると中温発酵と高温発酵の２方式があり、発酵原料としての有機物もその種類や混合割合が種々存在し、最適な発酵方法を確立するには条件を変えた多くの実験データが必要になる。
【０００３】
従来の嫌気性発酵実験は例えば適当な大きさのドラム缶を発酵槽とした装置で行われている。該装置はドラム缶の蓋に攪拌手段を取り付けるとともにドラム缶の周囲にヒータを装着し、原料である有機性廃棄物をドラム缶内に投入して蓋を閉じ、攪拌しながらヒータで加熱して発酵実験を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような実験装置では原料投入または補給時にドラム缶の蓋を開ける必要があり、その都度嫌気性状態が損なわれるという問題があった。そのため好ましい嫌気性状態で発酵条件を変えながら連続的な実験を行うことが困難であった。また嫌気性発酵に際して副生する硫化水素等の腐食性ガスで装置が腐食するという問題もあった。そこで本発明は連続的な嫌気性発酵実験を効率よく実施できる実験装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明に係る実験装置は、本体と蓋体により構成した密閉型の発酵槽と、発酵槽の上方からその蓋体を貫通し本体内の下部まで延長する中空の回転軸と、本体内における回転軸の周囲に設けた攪拌翼と、発酵槽の上部に設けたガス排出部および脱離液排出部と、回転軸の中空部に上方から原料を投入する原料投入部を設けたことを特徴とする（請求項１）。
【０００６】
上記実験装置において、案内管２７を前記蓋体３の下面から本体２内に延長し、その案内管２７を前記回転軸の外周に被蔽し、その案内管２７の先端を発酵槽１内の液面に達するようにすることができる（請求項２）。
上記実験装置において、前記脱離液排出部に液トラップを設けることができる（請求項３）。
【０００７】
上記いずれかの実験装置において、前記本体に内部を透視できる窓部を設けることができる（請求項４）。
【０００８】
さらに上記いずれかの実験装置において、前記回転軸に操作ハンドルまたは駆動機構を連結することができる（請求項５）。
【０００９】
さらに上記いずれかの実験装置において、前記発酵槽等を備えた発酵実験装置を共通の架台に複数設けることができる（請求項６）。
【００１０】
さらに上記いずれかの実験装置において、発酵槽で生成するガスおよび脱離液に接触する部分を耐食性材料で作ることができる（請求項７）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る実験装置の１例を示す正面図であり、その右半分は断面図として描かれている。図２は図１の上部を省略した右側面図である。
【００１２】
本実験装置は本体２と蓋体３により構成した密閉型の発酵槽１と、発酵槽１の上方からその蓋体３を貫通し本体２内の下部まで延長する中空の回転軸４と、その回転軸４の外周を被蔽し、上端が蓋体下面に固定かれると共に、下端が本体２内の内容物液の内部まで達する長さの案内管２７と、回転軸４の周囲に設けた攪拌翼５およびスカム拡散翼５ａと、蓋体３に設けたガス排出部６および本体２の上部に設けた脱離液排出部７と、回転軸４の中空部８に上方から原料を投入する原料投入部９と、原料投入後に原料投入部の開口を閉塞させるゴム製のプラグ９ａと、本体側壁の両側に設けた２つの窓部１０と、回転軸４に連結した操作ハンドル１１と、加熱部１２と、加熱部１２を制御する制御部１３を備えている。そして脱離液排出部７には液トラップ１４が接続される。なお図示の発酵槽１は１０リットルの内容積を有する。
【００１３】
発酵槽１を構成する本体２は筒状の側壁と底部を有し、ステンレス等の耐食性を有する材料で作られる。本体２の頂部には蓋体３が気密性をもって開閉自在に装着される。すなわち蓋体３の周縁部に形成したフランジ部と本体２の頂部に設けたフランジ部を互いに当接し、Ｏリング等のパッキンを介してボルトまたは専用の連結バンドで互いに連結する。なお蓋体３と本体２の端部はヒンジ機構１５で互いに連結される。そしてこの蓋体３も前記と同様な耐食性材料で作られる。
【００１４】
本体２の周囲に加熱部１２が設けられる。加熱部１２は電気ヒータ式、蒸気加熱式、温水加熱式などのいずれの方式を採用してもよいが、簡便性および操作性の点では電気ヒータ加熱式を採用することが望ましい。
【００１５】
中空の回転軸４はその中間部を蓋体３の中央部に設けたゴムシール軸受（図示せず）に回転自在に支持することにより発酵槽１に装着される。回転軸の上部は本体２の上方に突出し、反対側の下端は原料がスムーズに排出できるように本体２の底面より僅か上方に開口する。
螺旋状の攪拌翼５は回転軸４における本体２内に延長した外周部分に設けられ、回転軸４が正方向に回転したときにこの攪拌翼５で本体２の液を主成分とする収容物を攪拌すると共に、液に上昇流を起こさせる。
【００１６】
スカム拡散翼５ａは回転軸４に設けた前記攪拌翼５の上方から半径方向に突出したブレードにより構成され、発酵に際して副生し液面に浮遊するスカムを細かく切断して液中に分散する。なお回転軸４、攪拌翼５およびスカム拡散翼５ａも前記と同様な耐食性材料で作られる。
ガス排出部６は蓋体３を貫通した管状体により構成され、その先端に設けた管接続口に排出用のホースまたは配管がワンタッチで接続される。
【００１７】
脱離液排出部７は本体２の側壁上部に設けた管接続口により構成され、その管接続口を設ける側壁の高さにより本体２内部の液レベルが定められる。管接続口に接続した液トラップ１４はＵ字型の管状物により構成され、その底部にドレン抜き１４ａが設けられ、その２次側に液排出用のホースまたは配管がワンタッチで接続される。この液トラップ１４はそのＵトラップ効果により液排出系統から外気が発酵槽１の内部に侵入することを防止し、その嫌気性状態を維持するために設けられる。
【００１８】
原料（液状の有機性廃棄物、または固形状の有機性廃棄物と水）を投入する原料投入部９は、回転軸４における中空部８の頂部に設けられる。図示の例では中空部８の頂部半径を拡大加工することにより原料投入部９が形成されている。
原料投入後、本体２内の気密保持と原料から発する臭気の拡散防止の目的で、ゴム製プラグ９ａで原料投入部９を閉塞する。なお、回転軸４の外周には案内管２７が被嵌され、その先端が発酵槽１内部に液面まで達することにより、臭気トラップを形成する。即ち発酵槽１上部の臭気を有する気体が蓋体３と回転軸４との隙間から上方に放出されるのを防止する。
【００１９】
２つの窓部１０は本体２の内容物やその攪拌状態などを外部から監視するために設けられる。窓部１０は本体２の内部を透視できる透明な耐熱ガラスを装着した円形の枠体からなり、その枠体は本体２の側壁に形成した開口部にパッキンを介してボルト１６で液密に装着される。
【００２０】
次に上記実験装置を用いて有機性廃棄物を嫌気性発酵する方法を説明する。先ず図１のように本体２に蓋体３を装着した状態で、原料投入部９から流動性の有機性廃棄物、または細かな固形状の有機性廃棄物と水を所定割合で投入する。なお流動性の有機性廃棄物を投入する場合もそれに水を添加して濃度を調整することもできる。
次に、必要により本体２の内部を窒素ガス等の不活性ガスで置換した後、加熱部１２で本体２の外側から内容物を加熱して所定温度まで徐々に昇温する。なお発酵操作の途中では回転軸４を随時操作ハンドル１１で回転し、本体２の内容物を攪拌する。
【００２１】
本体２の内容物を発酵温度に維持することにより有機性廃棄物の嫌気性発酵が進行する。なお有機性廃棄物中には嫌気性発酵菌が存在していることが多いので、必要な場合のみ嫌気性発酵菌を添加する。
原料の嫌気性発酵によりメタンガスを主要成分とする生成ガスが本体２上部に滞留するので、適宜ガス排出部６から外部に取り出して分析等に供する。また生成ガスを脱離した脱離液は本体２内に滞留する。
【００２２】
次に、所望により新しい原料（有機性廃棄物および水）を原料供給部９から補給することにより更に嫌気性発酵が継続する。原料補給により本体２内に滞留した余分の脱離液は上部の脱離液排出部７から液トラップ１４を経て外部に排出するので、適宜それを分析等に供する。なお本体２の液面に浮遊するスカムはスカム拡散翼５ａの回転により細かく分散して液中に拡散される。このようにして原料を随時補給しながら種々の発酵条件のもとで連続的に嫌気性発酵の実験を行うことができる。
【００２３】
図３〜図６は図１の実験装置の容量を大きくした変形例であり、基本的な構成および作用は同じである。したがって図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
図３は２０リットルの内容積を有する発酵槽１を設けた実験装置であり、図４はその右側面図である。図３の実験装置における本体２は図１の例より縦方向に長くなっており、それに応じて縦方向に長い回転軸４、案内管２７および攪拌翼５が設けられる。なお図３は加熱部１２や制御部１３を省略して描いている。
【００２５】
図５は３０リットルの内容積を有する発酵槽１を設けた実験装置であり、図６は図５の上部を省略した右側面図である。図５の実験装置における本体２は図３の例よりさらに縦方向に長くなっており、それに応じて縦方向により長い回転軸４、案内管２７および攪拌翼５が設けられる。また本体２の側壁に設けた２つの窓部１０の一方も縦方向に長い形状となっている。なお図５も加熱部１２や制御部１３を省略して描いている。
【００２６】
図７は本発明に係る実験装置の他の例を示す正面図であり、その右半分は断面図として描かれている。図８は図７の右側面図である。本実施形態も図１の変形例であるが、回転軸４の上部に操作ハンドル１１の代わりに駆動機構１７を連結した点が図１の例と異なり、そのほかは同様に構成される。したがって図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。なお図７では図１に示す加熱部１２や制御部１３を省略して描いている。
【００２７】
駆動機構１７はモータ等の駆動部１７ａと、駆動部１７ａの出力軸に設けたギア１７ｂと、回転軸４の固定した減速ギア１７ｃを備え、駆動部１７ａの回転がギア１７ｂと減速ギア１７ｃを経て回転軸４に伝達される。駆動部は図示しない操作部またはタイマーを組み込んだ制御部で運転―停止の操作を行うようになっており、所望により回転軸４を連続的または間欠的に運転制御する。
【００２８】
図９は本発明に係る実験装置のさらに他の実施形態を示す正面図、図１０は図９のＡ−Ａ断面図、図１１は図９の右側面図である。本実施形態は図７に示す実験装置と同様な装置を共通の架台１８に複数（この例では４つ）組み込んで設けたものである。
【００２９】
各発酵槽１の加熱部１２は共通の浴槽１９を用いた温水加熱方式で代用される。給水バッファタンク２０から補給水が水位レベル制御機構の付いた自動給水器２１に供給され、その補給水は加熱器２２で加熱され、周囲を保温断熱材１９ａで保温した浴槽１９に供給される。なお浴槽１９を設ける代わりに、図１と同様な加熱部１２を各発酵槽１に個別に設けることもできる。
【００３０】
各発酵槽１の回転軸４は図７と同様な駆動機構１７で運転制御される。また各発酵槽１のガス排出部６には小型の脱硫器２３がそれぞれ連結され、各脱硫器２３で硫化水素ガスを除去した生成ガスが流量検出器２４を経て外部に取り出される。流量検出器２４は生成ガスの流量を連続的に測定し、その測定値を電気信号として表示計２５および制御器２６に伝送する。制御器２６は原料供給制御や種々のデータ解析を行うもので、コンピュータ装置などで構成することができる。なお原料供給制御を行うには、例えば原料投入部９（図示せず）に設けた遠隔制御可能な制御弁を制御器２６で制御する。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る実験装置は、本体と蓋体により構成した密閉型の発酵槽と、発酵槽の上方からその蓋体を貫通し本体内の下部まで延長する中空の回転軸と、本体内における回転軸の周囲に設けた攪拌翼と、発酵槽の上部に設けたガス排出部および脱離液排出部と、回転軸の中空部に上方から原料を投入する原料投入部を設けたことを特徴とする。
【００３２】
上記実験装置によれば、原料投入部は本体下部の液中に連通しているので、発酵槽内部の嫌気性状態を維持した状態で原料補給操作を行うことができる。そのため発酵条件を変えながら原料を次々と補給して連続的に発酵実験を行うことができる。
【００３３】
また、前記脱離液排出部に液トラップを設けることにより、発酵槽と脱離液排出系統との間の気体漏洩を防止でき、それによって発酵槽内部の嫌気性状態をより確実に維持することを可能にする。
さらに、前記本体に内部を透視できる窓部を設けることにより、発酵状態等を外部から監視することができる。
【００３４】
さらに前記発酵槽等を備えた発酵実験装置を共通の架台に複数設けることができ、それによって発酵処理能力もしくは発酵処理容量を任意に選択できると共に、加熱部等を共通化することができる。
さらに発酵槽で生成するガスおよび脱離液に接触する部分を耐食性材料で作ることにより、実験装置の腐食を防止して長寿命化を図りその信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実験装置の１例として１０リットルの内容積を有する発酵槽１を設けた実験装置の正面図。
【図２】図１の上部を省略した右側面図。
【図３】本発明に係る実験装置の１例として２０リットルの内容積を有する発酵槽１を設けた実験装置の正面図。
【図４】図３の上部を省略した右側面図。
【図５】本発明に係る実験装置の１例として３０リットルの内容積を有する発酵槽１を設けた実験装置の正面図。
【図６】図５の上部を省略した右側面図。
【図７】本発明に係る実験装置の他の例を示す正面図。
【図８】図７の右側面図。
【図９】本発明に係る実験装置のさらに他の実施形態を示す正面図。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図。
【図１１】図９の右側面図。
【符号の説明】
１  発酵槽
２  本体
３  蓋体
４  回転軸
５  攪拌翼
５ａ  スカム拡散翼
６  ガス排出部
７  脱離液排出部
８  中空部
９  原料投入部
９ａ  ゴム製プラグ
１０  窓部
１１  操作ハンドル
１２  加熱部
１３  制御部
１４  液トラップ
１４ａ  ドレン抜き
１５  ヒンジ機構
１６  ボルト
１７  駆動機構
１７ａ  駆動部
１７ｂ  ギア
１７ｃ  減速ギア
１８  架台
１９  浴槽
１９ａ  保温断熱材
２０  給水バッファタンク
２１  自動給水器
２２  加熱器
２３  脱硫器
２４  流量検出器
２５  表示計
２６  制御器
２７  案内管
【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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【図７】
2004202458.tif 000009
【図８】
2004202458.tif 000010
【図９】
2004202458.tif 000011
【図１０】
2004202458.tif 000012
【図１１】
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