(57)【要約】【課題】一般の工場や店舗でも使用できる小型の消化ガスプラントを開発し、従前から使用していたガス発電機などを安定的に動作させることなどである。【解決手段】ＬＰＧガスと、消化ガスと、空気とを混合する装置であって、消化ガスの供給が途絶えたときにおけるＬＰＧの混合比を０．５２〜０．６２とし、かつ、空気の混合比を０．４８〜０．３８とし、また、消化ガスが供給されているときにおけるＬＰＧガスの混合比をおおむね変化させずに０．５１〜０．５７とし、かつ、空気と消化ガスとを合わせた混合比を０．４９〜０．４３とする三種混合装置により解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＰＧガスと、消化ガスと、空気とを混合する装置であって、消化ガスの供給が途絶えたときにおけるＬＰＧの混合比を０．５２〜０．６２とし、かつ、空気の混合比を０．４８〜０．３８とし、また、消化ガスが供給されているときにおけるＬＰＧガスの混合比をおおむね変化させずに０．５１〜０．５７とし、かつ、空気と消化ガスとを合わせた混合比を０．４９〜０．４３とする三種混合装置。
【請求項２】
前記ＬＰＧガスをミキサー噴射ノズルから噴射し、前記消化ガスと、空気とをミキサー吸引部より吸引するベンチュリーミキサーを擁した請求項１記載の三種混合装置。
【請求項３】
混合された三種のガスを燃焼し、発電を行うガス発電機を合体させた請求項１記載の三種混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三種混合装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】消化ガス（生ゴミ、畜産廃棄物などから得られ、バイオガスとも称される。）を収集してエネルギーを得るプラントは、消化ガスの供給量が不安定なために、装置を大型化することによって、所定量の消化ガスの供給を確保するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】生ゴミなどから得られる消化ガスを有効活用することは、環境問題への貢献となる。そこで、小規模な工場や店舗でも使用できる小型の消化ガスプラントを開発することにしたが、消化ガスプラントでは、消化ガスの供給量が変動するので、従前から使用していたガス発電機などを安定的に動作させることは難しい。本発明では、消化ガスにＬＰＧガスと空気とを混合するようにしたところ、当該ガス発電機が良好に動作する混合比を定め、消化ガス、ＬＰＧガス、空気との三種混合装置を作るとの課題を掲げた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の課題は、前記特許請求の範囲に記載した手段にて達成される。すなわち、請求項１の発明は、ＬＰＧガスと、消化ガスと、空気とを混合する装置であって、消化ガスの供給が途絶えたときにおけるＬＰＧの混合比を０．５２〜０．６２とし、かつ、空気の混合比を０．４８〜０．３８とし、また、消化ガスが供給されているときにおけるＬＰＧガスの混合比をおおむね変化させずに０．５１〜０．５７とし、かつ、空気と消化ガスとを合わせた混合比を０．４９〜０．４３とする三種混合装置であり、請求項２の発明は、前記ＬＰＧガスをミキサー噴射ノズルから噴射し、前記消化ガスと、空気とをミキサー吸引部より吸引するベンチュリーミキサーを擁した三種混合装置であり、請求項３の発明は、混合された三種のガスを燃焼し、発電を行うガス発電機を合体させた三種混合装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１に、プラント構成の一例を示す。図１において、ＬＰＧ貯槽１０には、約１０１ＭＪの熱量を擁するＬＰＧガスが貯蔵され、小型タンク１１には、最大２１．２ＭＪ〜３０．４６ＭＪの熱量を擁する消化ガスが貯蔵される。エアフィルター１２からは、空気が吸引される。ベンチュリーミキサー１３は、これらのＬＰＧガスと消化ガスと空気との三種のガスを所定の混合比で混合して、混合ガスを放出し、ミキシングタンク１４には、ベンチュリーミキサー１３から放出される混合ガスが貯蔵される。混合ガスは、約６２ＭＪの熱量を擁し、ガス発電機１５にガス燃料を供給する。
【０００６】図２に、ベンチュリーミキサーの構造説明図を示す。当例における混合器は、設備が簡易であることと、大気及び極大気圧に近い消化ガスを混合させることから、ベンチュリーミキサーを採用した。ベンチュリーの能力は、噴射ガスと吸引ガスの種類による絞り部直径（Ｄφ）と、噴射ノズル直径（ｄφ）との比より決定されるが、ここでは、ＬＰＧガスの流速を音速とすることで吸引力を一定とし、混合比の安定化を図っている。図２において、噴射ノズルからは、ＬＰＧガスが噴射し、ベースとなる空気はベンチュリー本体のミキサー吸引部を大気圧力以下として吸引し、ＬＰＧガスとの基本流量を設定する。さらに、ミキサー吸引部に消化ガスラインを接続して消化ガスを吸引し、三種のガスを混合させる。ベンチュリーミキサーの出口圧力は最高８０Ｋｐａまで可能であり、必要出口圧力からＬＰＧガスの供給圧力を決定することにより、その最高値までの任意の圧力に対応できる。
【０００７】ベンチュリーミキサーにより、省エネルギー化が実現された。ベンチュリー型は、ＬＰＧガスをノズルから音速になる圧力で噴射することで、消化ガス及び空気を一定に吸引することができる。ＬＰＧガスの圧力は、ミキサー出口圧力により決定されるが、吸引する消化ガス及び空気の圧力は、噴射するＬＰＧガスの割合が６０％以上でミキサー出口圧力が８０ＫＰａ未満の条件で、大気圧以上で有れば可能であるために昇圧する必要が無い。また、ミキサー出口圧力が８０ＫＰａ以上必要な時は、消化ガス及び空気を昇圧することで対応でき、この場合でも、吸引する被混合ガスの圧力はミキサー出口圧力以下でも可能である。
【０００８】ベンチュリーミキサーにより、多種のガスの混合が容易にできた。本発明では、一台のミキサーでＬＰＧガスの噴射エネルギーにより二種類以上のガスを吸引する。吸引量は、ＬＰＧガスと被混合ガス合計との質量比により決定される。この特長を利用し、試験を重ねた結果、最適な形状のベンチュリーミキサーを開発した。ベンチュリーの形状は、ノズル口径と絞り部分の口径との比で吸引量が決定されると共に、ノズルの位置及びスロート部の寸法で性能が左右される。一般的にベンチュリーミキサーは、吸引ガスは一種類であったが、本発明により、多種のガスの混合の安定化も可能とした。
【０００９】ベンチュリーミキサーにより、混合運転の安定化が実現された。三種ガス混合運転時に、ＬＰＧガスと空気の組成が一定の条件で、消化ガスの組成が１０％前後変化しても、定められた燃焼範囲での混合を可能とすることができた。また、ＬＰＧガス５４％、消化ガス（メタン主成分のバイオガス）２３％、空気２３％のような条件下で、消化ガスが無くなり、二種混合運転状態となった場合でも、定められた燃焼範囲を保つことができた。すなわち、混合運転時に、消化ガスが無くなったときには、空気の吸引量を消化ガスの質量に相当する量だけ増大させ、二種混合ガスでのガスの性状を所望の燃焼範囲内とする。このときの切替えは、ベンチュリーの特性から手を加えることなく自然に切り替わる。その後、消化ガスが復帰したときも、そのまま三種混合運転に移行される。
【００１０】図１に示すように、消化ガスラインにはゼロガバナーを設置し、消化ガスの圧力が一定のしきい値以下になったときにバルブを閉じ、消化ガスの供給を停止する。そのしきい値を、空気の圧力より若干プラス圧力とすることにより、バイオガスの吸引量に対し、ほぼ同等の算量分空気が低下し、バランスする。これにより、四つ目のガスを混合させることなども可能である。
【００１１】ガス混合装置の開発において、その使用目的が、自家用ガス燃焼機器のガスに、生塵発酵の炭化水素を主成分としたガスなどの消化ガスを混合し、多種のガスの混合によって、現存する機器の運転を円滑に行うことより、ベンチュリーミキサーで三種のガスを混合する条件を、以下のように決定した。
【００１２】一般的なガスの燃焼器具機器は、ガス事業法にあわせて作られているので、汎用のガス燃焼器具機器を使用する場合は、ガス事業法に合わせたガスが必要になる。ガス事業法は、ガスの燃焼において良好な燃焼が行われるように、ガスの熱量及び組成の変動幅を許容する燃焼性の燃焼範囲を、ガスグループ別に分類していて、この燃焼性を表す指標は、ガスの熱量と比重の二乗比によるＷＩ（ウオッベ指数：数式１）と、ガスの組成より算出するＭＣＰ（燃焼速度：数式２）による。
【数１】
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【数２】
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【００１３】ガス混合装置の供給ガス機器の対象は、汎用品の大多数を占める天然ガスを主成分とするガスグループとする。消化ガスを混合する場合に、消化ガス組成は条件によって変動するけれども、その変動が生じても、対象ガスグループを満足することが必要になる。また、消化ガスが途絶えた場合においても混合ガスの燃焼性を維持することが要求される。これらの条件を満足するべく混合させるガスの種類を三種類として、切替操作をすることなく連続で混合可能な装置とする。
【００１４】第一のガスグループは、ＭＣＰが３４〜４７、ＷＩが４９．２〜５３．８のガスグループであり、消化ガスが変化した場合も、途絶えた場合においても、この範囲を維持することが要求される。当例では、二通りのＬＰＧガスを用いて、混合比の設定方法を研究した。
【００１５】まず、噴射ノズルから噴射するＬＰＧガスを、プロパン８０％及びブタン２０％とし、吸引する消化ガスは、消化ガス発生器の標準組成を基準値とした。図３に、第一のガスグループの燃焼性の実験結果を示す。図３において、燃焼性○Ａは、その基準値であり、初期の燃焼性を示し、燃焼性○Ｂ、○Ｃ、○Ｄは、その経時的な変化を示し、燃焼性○ａは、消化ガスが途絶えたときの燃焼性を示す。
【００１６】表１に、燃焼性○Ａの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、８０％のＣ３Ｈ８と、１０％のｎＣ４Ｈ１０と、１０％のｉＣ４Ｈ１０とでなり、熱量は、１０７．７９ＭＪである。吸引する消化ガスは、５８％のＣＨ４と、２５．５％のＣＯ２と、９％のＨ２と、６．５％のＮ２などでなり、熱量は、２４．３６ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスを５６．０％とし、吸引する消化ガスを８．７２％とし、空気を３５．２８％としたところ、ＭＣＰ３９．４０，ＷＩ５３．１９の三種混合ガスが得られた。
【表１】
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【００１７】表２に、燃焼性○Ｂの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ａと同じで、熱量は、１０７．７９ＭＪである。吸引する消化ガスは、６７．７％のＣＨ４と、２０．９％のＣＯ２と、４％のＨ２と、６．６％のＮ２などでなり、熱量は、２７．５７ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５５．８７％に、吸引する消化ガスが８．９３％に、空気が３５．２０％になったところ、ＭＣＰ３９．４３，ＷＩ５３．４３の三種混合ガスが得られた。
【表２】
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【００１８】表３に、燃焼性○Ｃの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ａと同じで、熱量は、１０７．７９ＭＪである。吸引する消化ガスは、４９％のＣＨ４と、３０％のＣＯ２と、１０％のＨ２と、７％のＮ２などでなり、熱量は、２１．２２ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５６．３１％に、吸引する消化ガスが８．２１％に、空気が３５．４８％になったところ、ＭＣＰ３９．３７，ＷＩ５３．００の三種混合ガスが得られた。
【表３】
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【００１９】表４に、燃焼性○Ｄの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ａと同じで、熱量は、１０７．７９ＭＪである。吸引する消化ガスは、７５．２％のＣＨ４と、１４．３％のＣＯ２と、３％のＨ２と、６．５％のＮ２などでなり、熱量は、３０．４６ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５５．４６％に、吸引する消化ガスが９．６％に、空気が３４．９４％になったところ、ＭＣＰ３９．５６，ＷＩ５３．６５の三種混合ガスが得られた。
【表４】
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【００２０】表５に、燃焼性○ａの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ａと同じで、熱量は、１０７．７９ＭＪであり、吸引する消化ガスは、途絶えている。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５７．０５％に、吸引する空気が４２．９５％になったところ、ＭＣＰ４０．２３，ＷＩ５１．８３の三種混合ガスが得られた。
【表５】
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【００２１】次に、噴射ノズルから噴射するＬＰＧガスを、プロパン５０％及びブタン５０％とし、吸引する消化ガスは、消化ガス発生器の標準組成を基準値とした。図３において、燃焼性○Ｅは、その基準値であり、初期の燃焼性を示し、燃焼性○Ｆ、○Ｇ、○Ｈは、その経時的な変化を示し、燃焼性○ｂは、消化ガスが途絶えたときの燃焼性を示す。
【００２２】表６に、燃焼性○Ｅの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、５０％のＣ３Ｈ８と、２５％のｎＣ４Ｈ１０と、２５％のｉＣ４Ｈ１０とでなり、熱量は、１１７．４３ＭＪである。吸引する消化ガスは、５８％のＣＨ４と、２５．５％のＣＯ２と、９％のＨ２と、６．５％のＮ２などでなり、熱量は、２４．３６ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスを５１．０％とし、吸引する消化ガスを７．７７％とし、空気を４１．２３％としたところ、ＭＣＰ３８．５４，ＷＩ５１．４６の三種混合ガスが得られた。
【表６】
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【００２３】表７に、燃焼性○Ｆの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｅと同じで、熱量は、１１７．４３ＭＪである。吸引する消化ガスは、６７．７％のＣＨ４と、２０．９％のＣＯ２と、４％のＨ２と、６．６％のＮ２などでなり、熱量は、２７．５７ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５０．８９％に、吸引する消化ガスが７．９６％に、空気が４１．１５％になったところ、ＭＣＰ３８．５７，ＷＩ５１．６７の三種混合ガスが得られた。
【表７】
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【００２４】表８に、燃焼性○Ｇの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｅと同じで、熱量は、１１７．４３ＭＪである。吸引する消化ガスは、４９％のＣＨ４と、３０％のＣＯ２と、１０％のＨ２と、７％のＮ２などでなり、熱量は、２１．２２ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５１．２５％に、吸引する消化ガスが７．３１％に、空気が４１．４４％になったところ、ＭＣＰ３８．５１，ＷＩ５１．２９の三種混合ガスが得られた。
【表８】
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【００２５】表９に、燃焼性○Ｈの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｅと同じで、熱量は、１１７．４３ＭＪである。吸引する消化ガスは、７５．２％のＣＨ４と、１４．３％のＣＯ２と、３％のＨ２と、６．５％のＮ２などでなり、熱量は、３０．４６ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５０．５６％に、吸引する消化ガスが８．５６％に、空気が４０．８８％になったところ、ＭＣＰ３８．６９，ＷＩ５１．８６の三種混合ガスが得られた。
【表９】
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【００２６】表１０に、燃焼性○ｂの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｅと同じで、熱量は、１１７．４３ＭＪであり、吸引する消化ガスは、途絶えている。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５１．８５％に、吸引する空気が４８．１５％になったところ、ＭＣＰ３９．２６，ＷＩ５０．２６の三種混合ガスが得られた。
【表１０】
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【００２７】第二のガスグループは、ＭＣＰが３５〜４７、ＷＩが５２．７〜５７．８のガスグループであり、消化ガスが変化した場合も、途絶えた場合においても、この範囲を維持することが要求される。当例では、二通りのＬＰＧガスを用いて、混合比の設定方法を研究した。噴射ノズルから噴射するＬＰＧガスを、ほぼプロパンとし、吸引する消化ガスは、消化ガス発生器の標準組成を基準値とした。図４に、第二のガスグループの燃焼性の実験結果を示す。図４において、燃焼性○Ｊは、その基準値であり、初期の燃焼性を示し、燃焼性○Ｋ、○Ｌ、○Ｍは、その経時的な変化を示し、燃焼性○ｃは、消化ガスが途絶えたときの燃焼性を示す。
【００２８】表１１に、燃焼性○Ｊの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、９８．８％のＣ３Ｈ８と、少量のｎＣ４Ｈ１０やｉＣ４Ｈ１０などでなり、熱量は、１０１．５７ＭＪである。吸引する消化ガスは、５８％のＣＨ４と、２５．５％のＣＯ２と、９％のＨ２と、６．５％のＮ２などでなり、熱量は、２４．３６ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスを５６．０％とし、吸引する消化ガスを２１．９６％とし、空気を２２．０４％としたところ、ＭＣＰ３８．９３，ＷＩ５４．８７の三種混合ガスが得られた。
【表１１】
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【００２９】表１２に、燃焼性○Ｋの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｊと同じで、熱量は、１０１．５７ＭＪである。吸引する消化ガスは、６７．７％のＣＨ４と、２０．９％のＣＯ２と、４％のＨ２と、６．６％のＮ２などでなり、熱量は、２７．５７ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５５．６７％に、吸引する消化ガスが２２．４１％に、空気が２１．９１％になったところ、ＭＣＰ３８．９８，ＷＩ５５．４９の三種混合ガスが得られた。
【表１２】
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【００３０】表１３に、燃焼性○Ｌの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｊと同じで、熱量は、１０１．５７ＭＪである。吸引する消化ガスは、４９％のＣＨ４と、３０％のＣＯ２と、１０％のＨ２と、７％のＮ２などでなり、熱量は、２１．２２ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５６．７９％に、吸引する消化ガスが２０．８５％に、空気が２２．３６％になったところ、ＭＣＰ３８．８６，ＷＩ５４．３７の三種混合ガスが得られた。
【表１３】
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【００３１】表１４に、燃焼性○Ｍの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｊと同じで、熱量は、１０１．５７ＭＪである。吸引する消化ガスは、７５．２％のＣＨ４と、１４．３％のＣＯ２と、３％のＨ２と、６．５％のＮ２などでなり、熱量は、３０．４６ＭＪである。ノズルから噴射するＬＰＧガスが５４．６６％に、吸引する消化ガスが２３．８２％に、空気が２１．５２％になったところ、ＭＣＰ３９．２８，ＷＩ５６．０６の三種混合ガスが得られた。
【表１４】
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【００３２】表１５に、燃焼性○ｃの詳細データを示す。噴射するＬＰＧガスは、燃焼性○Ｊと同じで、熱量は、１０１．５７ＭＪであり、吸引する消化ガスは、途絶えている。ノズルから噴射するＬＰＧガスが６１．７７％に、吸引する空気が３８．２３％になったところ、ＭＣＰ４０．９５，ＷＩ５３．６４の三種混合ガスが得られた。
【表１５】
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【００３３】以上、ＬＰＧガスを使用して実験を行ったが、ＬＰＧガスに代えて都市ガスを使用することも可能である。当実施の形態の欄外においては、ＬＰＧガスは、都市ガスを含む概念とする。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による三種混合装置によれば、ＬＰＧガスをほぼ一定の混合比で供給し続けることができるので、消化ガスが変動した場合においても、ＷＩやＭＣＰをほぼ一定の範囲に納めることができる。従って、消化ガスを用いたプラントを小型化し、店舗や工場などの施設で、従前から使用していたガス発電機などを安定的に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラント構成の一例を示す図
【図２】ベンチュリーミキサーの構造説明図
【図３】第一のガスグループの燃焼性の実験結果を示す図
【図４】第二のガスグループの燃焼性の実験結果を示す図
【符号の説明】
１０　ＬＰＧ貯槽
１１　小型タンク
１２　エアフィルター
１３　ベンチュリーミキサー
１４　ミキシングタンク
１５　ガス発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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