(57)【要約】【課題】運搬容積効率が良く、かつ攪拌が充分できるメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することである。【解決手段】有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽と、当該箱型メタン発酵槽の中を上下に反復移動する攪拌具と、攪拌具を上下に反復移動させる駆動装置を備えたことを特徴とするメタン発酵装置により、上記課題を達成できた。【選択図】図２
2005246133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽と、当該箱型メタン発酵槽の中を上下に反復移動する攪拌具と、攪拌具を上下に反復移動させる駆動装置を備えたことを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
攪拌具が管内に熱媒体を通すための加熱管と、熱媒体を加熱する加熱装置からなることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵装置。
【請求項３】
加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項２記載のメタン発酵装置。
【請求項４】
加熱管が、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したことを特徴とする請求項２〜３記載のメタン発酵装置。
【請求項５】
箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置からなることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項６】
有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、攪拌具を上下に反復移動させることにより、有機廃棄物と微生物を攪拌することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項７】
有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、加熱管からなる攪拌具により駆動装置で上下に反復移動させて有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、加熱管に熱媒体を通して有機廃棄物と微生物を攪拌することを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項８】
加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項７記載のメタン発酵方法。
【請求項９】
加熱管が、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したことを特徴とする請求項７〜８記載のメタン発酵方法。
【請求項１０】
箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱することを特徴とする請求項６〜９記載のメタン発酵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、畜産廃棄物や生ごみ等の有機廃棄物をメタン発酵させる箱型メタン発酵槽からなるメタン発酵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタン発酵槽内において、メタン発酵による発酵作用により、有機廃棄物を分解してバイオガスを生成するメタン発酵装置の場合には、このバイオガスをコージェネレーション装置の燃料として有効利用を図ることができる。
例えば、有機性廃棄物を処理する方法として、廃棄物を破砕し、破砕物をメタン菌等の嫌気性微生物が浮遊する嫌気性処理槽により、嫌気性微生物の生物学的作用で有機物を生物学的に分解し、メタンを主成分とする消化ガスを生成させ、消化ガスを燃料等に有効活用する嫌気性消化処理方法が開示されている（特開平１１−２８４４５号公報、特開１１−３００３２３号公報参照）。
有機廃棄物の処理方法の一つとしてメタン発酵法が近年注目されると共に普及し始めている。
このメタン発酵法では、廃水や廃棄物に含まれる高分子の有機物をメタンにまで分解する際、１）加水分解菌による低分子化  ２）酸発酵菌による有機酸の生成  ３）メタン細菌によるメタンの生成の３つのステップで同時に進行しており、全体として数十種類もの微生物が働いている。そのため、メタン発酵を効率的に行わせるためには、好適なメタン発酵の環境を付与し続けることが非常に重要である。何故ならば、メタン発酵槽内の有機廃棄物を攪拌して、一定の温度に保持することにより、メタン発酵菌の発酵作用を効果的に促進してバイオガスを効率よく生成することができるからである。
すなわち、メタン発酵槽で、メタン発酵を効率的に行わせるためには、畜産廃棄物や生ごみ等の有機廃棄物と微生物を均等かつ公的な発酵温度になるように充分攪拌することが重要となる。
従来の撹拌技術としては、（１）縦型の円筒型メタン発酵槽を用いて、プロペラで攪拌するタイプのもの（２）横型の円筒型メタン発酵槽の中で、加熱管からなる攪拌具を回転させて攪拌するタイプのものがあった。
従来の撹拌技術としては、箱型メタン発酵槽に、プロペラ羽根等の回転する撹拌具を用いなかった理由は、回転する撹拌具廻りの箱型メタン発酵中心部分は撹拌が十分行なうことが可能であるが、メタン発酵内壁付近部分は、回転する撹拌具が届かない領域が存在し、そこでは、撹拌が不十分となり、メタン発酵が効率的に行なえないからである。回転する撹拌具が届かない領域を回避するために、円筒型メタン発酵槽には、プロペラで攪拌する回転タイプの撹拌具が用いられていた。
しかし、上記円筒型メタン発酵槽は、トレーラー等の運搬車で運搬する場合、箱型メタン発酵槽に比較して、メタン発酵槽の運搬容積効率が落ちることになる。
しかしながら、箱型メタン発酵槽の攪拌方法が未解決であったので、箱型メタン発酵槽そのものが実現されていなかった。
また、箱型メタン発酵槽の加熱方法の実現化技術の課題が未解決であった。
さらに、畜産廃棄物や生ごみ等の有機廃棄物をメタン発酵槽の外に設置された予熱装置で予熱した後に、当該有機廃棄物をメタン発酵槽に投入するものであった。
当該有機廃棄物をメタン発酵槽に投入した後、冬季には予熱装置は外気に晒されて予熱装置の温度は急激に低下する。
そして、再び当該有機廃棄物をメタン発酵槽に投入する際には、外気により冷えて温度が低下した予熱装置を再加熱する必要があり、予熱装置を加熱するに費やしたエネルギーは外気に廃棄されて無駄になるので、メタン発酵装置の予熱効率が悪く、さらに省エネルギー性を向上させる必要が有った。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８４４５号公報
【特許文献２】特開１１−３００３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記から、発明が解決しようとする課題は、運搬容積効率が良く、かつ攪拌が充分できるメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することである。
さらに、発明が解決しようとする課題は、運搬容積効率が良く、かつ加熱が簡便にできるメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することである。
さらに、発明が解決しようとする課題は、当該有機廃棄物の予熱効率を高くし、さらに省エネルギー性を向上させたメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、本願特許請求の範囲、本願明細書において用いる用語の解釈上の疑義を解消すべく、以下用語の説明をすることとする。
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＜用語の説明＞
〇メタン発酵装置とは、メタン発酵により、有機廃棄物を分解してバイオガスを生成するメタン発酵装置をいう。
メタン発酵装置は、用途別に分けて、家庭用メタン発酵装置、業務用メタン発酵装置に分類される。本発明において、家庭用メタン発酵装置を対称にする場合、メタン発酵装置とあるのは、家庭用メタン発酵装置と読み替えるものとする。本発明において、業務用メタン発酵装置を対称にする場合、メタン発酵装置とあるのは、業務用メタン発酵装置と読み替えるものとする。
本発明では、業務用メタン発酵装置について、主として説明するが、本発明のメタン発酵装置が、業務用メタン発酵装置に必ずしも限定されるものではない。
〇有機廃棄物とは、動物の排泄物や食物等の廃棄物をいう。
有機廃棄物とは、固形状の有機廃棄物と液体状の有機廃棄物（有機排水ともいう。）を混合して、破砕機により混合物を破砕したスラリー状の混合物（有機スラリーともいう。）をいう。なお、上記は、例示であって、これに必ずしも限定されるものではない。
○有機廃棄物を投入してとは、例えば、有機廃棄物（破砕機により混合物を破砕したスラリー状の混合物）を有機廃棄物投入管でメタン発酵槽に搬入することである。
必ずしも、上記に限定されるものではなく、固形状の有機廃棄物をメタン発酵槽に開口部から落とし込むことも考えられる。
〇メタン発酵法とは、有機廃棄物をメタン発酵微生物郡に分解させて、メタンを製造することをいう。より具体的には、有機性廃棄物（固形状物と有機排水の混合物）を粉砕・スラリー化した後、このスラリーを発酵槽に投入し、嫌気性下でメタン発酵菌により発酵処理して有機性廃棄物をバイオガスと水とに分解する方法であり、有機性廃棄物を大幅に減量することができると共に、副産物として生成するバイオガスをエネルギーとして回収できるメリットがある。また、嫌気性のため曝気動力が不要であるため省エネルギーな処理法である。
メタン発酵は、複数の異なる微生物群（以下、メタン発酵微生物群ということがある。）による共同作業で有機性基質をバイオガスに変換するものであり、各種の有機性廃水や生ごみ等を材料とすることができる。
メタン発酵菌等の生育に適した所定発酵温度  （低温メタン発酵では３７℃、高温メタン発酵では５５℃がメタン発酵好適温度である。）にメタン発酵槽内で保持する。このように、好適な環境下で、メタン発酵の最大反応速度を得ることができる。
○バイオガスとは，家畜糞尿や生ゴミ等の有機廃棄物をメタン発酵させることにより得られるガスであり，主にメタン（ＣＨ４：約６０％）と二酸化炭素（ＣＯ２：約４０％）からなっている。原料として色々な有機性廃棄物（家畜糞尿，家庭・食品産業からの生ゴミ，食品産業からの有機性残さ，下水汚泥等）が利用できるが，１９９９年１１月家畜排せつ物法が施行（経過措置５年）されたことにより，家畜糞尿の有効活用方法の一つとしても注目されている。
【０００６】
嫌気性発酵によりバイオガスを発生させた発酵済み消化液は，肥料成分が残っているため液肥あるいは堆肥として利用することができる。
〇箱型メタン発酵槽とは、箱型のメタン発酵槽をいう。箱型メタン発酵槽の最大の特徴は、コンテナ輸送のように、箱型メタン発酵槽をトレーラー等に積載して運搬できるので、輸送容量効率が大きいことである。
箱型メタン発酵槽の外寸法は、箱型メタン発酵槽が輸送対象となることより、例えば、２０フィート型、４０フィート型の一般的なコンテナの大きさとしている。
前者は、長さ（外寸法）が１９’−１０”１／２（６，０５８ｍｍ）、幅（外寸法）が８’（２，４３８ｍｍ）、高さ（外寸法）が８’−０６”（２，５９１ｍｍ）の大きさである。
後者は、長さ（外寸法）が４０’（１２，１９２ｍｍ）、幅（外寸法）が８’（２，４３８ｍｍ）、高さ（外寸法）が８’−０６”（２，５９１ｍｍ）の大きさである。
〇円筒型メタン発酵槽とは、円筒型のメタン発酵槽をいう。従来のメタン発酵槽は、円筒型メタン発酵槽であった。全て円筒型メタン発酵槽には、縦型と横型の二種類がある。何れもプロペラ等の攪拌部を回転することによって回転することが特徴である。従来技術として、円筒型メタン発酵槽以外のタイプのメタン発酵槽がなかったのは、攪拌が攪拌具を回転するために円筒型が必要であるという先入観が当業者の頭の中を占めていたのが大きかった。
〇縦型の円筒型メタン発酵槽とは、円筒型メタン発酵槽の長手方向が垂直方向であり、縦に長細くて断面が円筒形のメタン発酵槽である。
〇横型の円筒型メタン発酵槽とは、円筒型メタン発酵槽の長手方向が水平方向であり、横に長細く横たわって断面が円筒形のメタン発酵槽である。
〇輸送容積効率とは、輸送一回当りの容積の割合（ｍ３／回）をいう。箱型メタン発酵槽の輸送容積効率は、円筒型メタン発酵槽の輸送容積効率に比較して大きいので、メタン発酵槽の設備コストを抑えることができる。特に、外国製のメタン発酵槽を輸入する場合には、メタン発酵槽の設備コスト低減効果は大きい。
〇攪拌具とは、有機廃棄物と微生物に直接接して、有機廃棄物と微生物に攪拌力を与える物である。
【０００７】
一般的には、プロペラ羽根、スクリュー羽根等が思い浮かべられようが、本願発明では、そういった回転する羽根等ではなく、上下に反復移動して、有機廃棄物を撹拌すべく、有機廃棄物に、作用して撹拌流を与える構成部分をいう。
〇駆動装置とは、攪拌具を上下に反復移動するための装置をいい、通常は油圧シリンダーの手段を用いて攪拌具を上下に反復移動させている。駆動手段としては、他にモーター等を用いても良い。  
〇加熱管とは、有機廃棄物と微生物をメタン発酵温度に保つべく加熱する管をいう。
【０００８】
本発明では、攪拌具を加熱管で構成し、攪拌と加熱の二つの機能を発揮させる。
○熱媒体とは、加熱管の管内を通すことにより、加熱対象に熱を伝える物質をいう。通常は顕熱の大きな、かつ安価な水が選定される。
〇予熱装置とは、冬季等温度が発酵温度より大幅に低い場合、メタン発酵槽に投入する有機廃棄物を事前にメタン発酵温度近くまで余熱する装置である。有機廃棄物は、メタン発酵温度近くまで余熱した後メタン発酵槽に投入される。
余熱装置には、色々なタイプがあるが、例えば、（１）熱交換型のもの（２）電機ヒーターを用いたもの等がある。
（１）熱交換型のものとしては、前述した加熱管と同様熱媒体を用いた二重管タイプが一般には用いられる。
（２）電気ヒーターを利用した加熱装置（図示しない。）は、加熱装置が加熱槽になっていて、加熱槽の壁に電気ヒーターが埋め込まれているものが例示できる。
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本発明の構成を、以下説明する。
［請求項１］有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽と、当該箱型メタン発酵槽の中を上下に反復移動する攪拌具と、攪拌具を上下に反復移動させる駆動装置を備えたことを特徴とするメタン発酵装置。
【０００９】
本発明の特徴的構成要件は、箱型メタン発酵槽を用いるということである。箱型メタン発酵槽は、コンテナー輸送の場合と同様にトレーラー、船舶等で運搬することができ、輸送容積効率が、円筒型メタン発酵槽に比較して大きいので、メタン発酵槽の設備コストを抑えることができる。特に、外国製のメタン発酵槽を輸入する場合には、メタン発酵槽の設備コスト低減効果は大きい。
【００１０】
従来のメタン発酵槽の撹拌技術は、縦型の円筒型メタン発酵槽ではプロペラを用い、横型の円筒型メタン発酵槽では回転攪拌具を用いる等、いずれの場合も、撹拌技術は、回転具を回転させて攪拌させるものだけであった。これは、回転具を回転させるということから、等業者はメタン発酵槽も円筒型に限るという先入観に捕らわれていて、その分運搬容積効率が悪くなるのは仕方ないという当業者の間にある種の諦めが蔓延していた。
【００１１】
発明者は、運搬容積効率は、箱型メタン発酵槽を採用する方が、箱型メタン発酵槽を採用するより向上することに、他に先駆けて初めて気が付いた。
【００１２】
ただ、技術課題は、箱型メタン発酵槽において、均一に安定的にメタン発酵微生物がメタン発酵する好適な環境を提供する撹拌技術が存在しなかったということである。
【００１３】
発明者は、回転具を回転させて攪拌させるのではなく、攪拌具を上下に反復攪拌することにより、均一かつ安定な攪拌が可能なことに気づき本発明を相当した。
【００１４】
攪拌具を上に移動させる場合には、攪拌具の上方に、及び攪拌具の斜め上方に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って上方に流動する。一方、メタン発酵槽の内壁付近に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って下方に流動する（図４を参照）。
逆に、攪拌具を下に移動させる場合には、攪拌具の下方に、及び攪拌具の斜め下方に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って下方に流動する。一方、メタン発酵槽の内壁付近に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って上方に流動する（図４の場合と逆になる。）。
このように、駆動装置によって、攪拌具を上下に移動することにより、メタン発酵槽の内部に攪拌流が生じ、攪拌流は、攪拌具の上下移動が切り替わるに従って、反転する。
これにより、円筒型メタン発酵槽の攪拌具を回転させる方式に勝るとも劣らない箱型メタン発酵槽の攪拌方法が実現できた。
なお、攪拌具を上下に移動する方法は、時間と撹拌具の垂直方向の位置Ｚは、時間ｔによって、以下の式で表される。
Ｚ＝Ｚ（ｔ）……………（１）
時間と撹拌具の垂直方向の位置Ｚが、正弦関数で表現される場合には、（１）式は、以下のように表される。
Ｚ＝Ｚ（ｔ）＝ＳＩＮ（ｔ）……………（２）
一般には、（２）式で表現されるが、有機廃棄物の撹拌が均一になるように、また良く混ざるように、Ｚ（ｔ）の関数形を決定することも可能である。
場合によれば、上述した撹拌流が、撹拌具の上部の有機廃棄物は、撹拌具と同方向の流れを生ずるが、撹拌具と撹拌具の隙間部の流れは、撹拌具とは逆方向の流れとなるようにして、撹拌をすることも可能である。
［請求項２］攪拌具が管内に熱媒体を通すための加熱管と、熱媒体を加熱する加熱装置からなることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵装置。
【００１５】
本発明の特徴は、攪拌具でもある加熱管の管内に熱媒体を通すことにより、メタン発酵槽内の有機廃棄物と微生物をメタン発酵に好適な温度に暖めるようにしたものである。熱媒体としては、一般的には、安価な水が用いられる。  加熱管は、熱媒体が循環する閉じた循環路を形成していて、加熱装置によって、過熱された熱媒体は、往きの管路を通って、撹拌具でもある加熱管に至る。熱媒体は加熱管を通ることにより、熱が熱媒体から有機廃棄物に伝熱される。熱媒体は、加熱管を通って熱伝達を終えて、還りの管路を通って加熱装置に再び戻ってくる。
【００１６】
これにより、攪拌具は、箱型メタン発酵槽の攪拌と加熱という二つの機能を同時に発揮することができ、攪拌装置と加熱装置がコンパクト化するので、低コスト化が可能となる。
【００１７】
また、攪拌具の上下反復移動により、攪拌具の境界層がせん断力が周期的に働くため、有機廃棄物と微生物に効率的伝熱が行うことができる。
［請求項３］加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項２記載のメタン発酵装置。
【００１８】
本発明は、攪拌具が加熱管で構成され、加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とするものである。
【００１９】
例えば、図３に示すように、加熱管をＵ字管と直管を組合わせて、水平方向にジグザグに配列した場合が例示できる。
【００２０】
本発明のかかる構成により、攪拌具が攪拌手段として、かつ加熱手段として機能することができる。
［請求項４］加熱管が、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したことを特徴とする請求項２、３記載のメタン発酵装置。
【００２１】
本発明は、請求項３記載発明の水平方向にジグザグに配列した加熱管を多段に配列したものである。
【００２２】
本発明のかかる構成により、より確実に攪拌具が攪拌手段として、かつ加熱手段として機能することができる。
［請求項５］箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置からなることを特徴とするメタン発酵装置。
【００２３】
本発明は、予熱装置が、箱型メタン発酵槽の中に設置されたことが特徴である。
【００２４】
従来技術では、予熱装置は、メタン発酵槽の外側に設置され、投入されるべき有機廃棄物を予めメタン発酵温度付近まで予熱した後、メタン発酵槽に投入していた。例えば、冬季の寒い朝等外気温度が低い場合、せっかく暖めた予熱装置は外気温度に冷やされ、熱は無駄に棄てられることになる。
【００２５】
本発明では、予熱装置は、外気とは直接接触せず、メタン発酵槽内の熱で暖められているため、従来技術のように、外気によって冷やされ無駄に熱を棄てることがない。
【００２６】
予熱装置は、有機廃棄物が予熱装置に投入される際には、ヒーター等により有機廃棄物は予熱される。一時的には、投入される有機廃棄物の温度が低いので、予熱装置は温度が低下するが、その影響は、メタン発酵槽の発酵温度にはさ程ではない。
［請求項６］有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、攪拌具を上下に反復移動させることにより、有機廃棄物と微生物を攪拌することを特徴とするメタン発酵方法。
【００２７】
本発明は、物の発明である請求項１記載発明に対応する方法の発明である。
【００２８】
本発明の特徴的構成要件は、攪拌具を上下に反復移動させることにより、有機廃棄物と微生物を攪拌するステップである。
［請求項７］有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、加熱管からなる攪拌具により駆動装置で上下に反復移動させて有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、加熱管に熱媒体を通して有機廃棄物と微生物を攪拌することを特徴とするメタン発酵方法。
【００２９】
本発明は、物の発明である請求項２記載発明に対応する方法の発明である。
【００３０】
本発明の特徴的構成要件は、加熱管からなる攪拌具により駆動装置で上下に反復移動させて有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、加熱管に熱媒体を通して有機廃棄物と微生物を攪拌することステップである。
【００３１】
すなわち、加熱管からなる攪拌具により、箱型メタン発酵槽の攪拌と加熱を同時に行うことが本発明の特徴的構成要件である。
［請求項８］加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項７記載のメタン発酵方法。
【００３２】
本発明は、物の発明である請求項３記載発明に対応する方法の発明である。
［請求項９］加熱管が、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したことを特徴とする請求項７〜８記載のメタン発酵方法。
【００３３】
本発明は、物の発明である請求項４記載発明に対応する方法の発明である。
［請求項１０］箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱することを特徴とする請求項６〜９記載のメタン発酵方法。
【００３４】
本発明は、物の発明である請求項５記載発明に対応する方法の発明である。
【００３５】
本発明の特徴は、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置を用いることであり、特に予熱装置を箱型メタン発酵槽の中に設置することが本発明の特徴的構成要件である。
【００３６】
予熱装置を箱型メタン発酵槽の中に設置することにより、冬季のように外気温度が低い場合であっても、予熱装置が外気に晒されて冷やされて熱を無駄に棄てることがないので、本発明は省エネルギー効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の上記構成により、発明が解決しようとする課題は全て、達成可能となった。
本発明の上記構成により、運搬容積効率が良く、かつ攪拌が充分できるメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することができた。
さらに、本発明の上記構成により、運搬容積効率が良く、かつ加熱が簡便にできるメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することができた。
さらに、本発明の上記構成により、当該有機廃棄物の予熱効率を高くし、さらに省エネルギー性を向上させたメタン発酵槽からなる攪拌装置を実現することができた。
このように、加熱装置と拡販装置を工夫したことにより、箱型メタン発酵槽の内部をメタン発酵適正温度に維持してメタン発酵菌の発酵作用を促進し得たので、バイオガスを効果的に生成することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明のメタン発酵装置においては、輸送容積効率を向上させる観点から、従来には見られなかった箱型メタン発酵槽を採用することとした。箱型メタン発酵槽は、攪拌具を上下に反復移動させる駆動装置を備える特徴的攻勢とした。
攪拌具は、熱媒体を通すための加熱管からなり、加熱管の配置は、水平方向にジグザグになるようにし、かつ垂直方向に多段に配列した構造とした。
さらに、予熱装置は、箱型メタン発酵槽の中に設置したもので、省エネルギー効果を狙った。
【実施例１】
【００３９】
本実施例に用いられるメタン発酵方法のフロー図を説明する（図１を参照）。
【００４０】
固形状の有機廃棄物と液体状の有機廃棄物（有機廃水）が混合された有機廃棄物１は、粉砕器６で微粉砕されて、スラリー状の有機廃棄物１となる。かかるスラリー状の有機廃棄物１は、ポンプにより予熱装置５０に送られる。
【００４１】
スラリー状の有機廃棄物１は予熱装置５０で予熱された後、箱型メタン発酵槽１０に投入される。そこで、好適なメタン発酵環境に維持されてメタン発酵処理がなされた後、箱型メタン発酵槽１０の上部から、バイオガス２が、集められて、ポンプにより創出され、ガスホルダー７に貯蔵される。一方、箱型メタン発酵槽１０の上部からは、消化液が取り出される。
【００４２】
実施例１の詳細を、図２に基づいて、以下説明する。
本実施例に用いられる箱型メタン発酵槽１０は、コンテナの箱のような形態をしたもので横型（長手方向が水平方向で、断面が矩形）である。本実施例の箱型メタン発酵槽１０は、輸送容積効率が円形型のメタン発酵槽に比較して良い。メタン発酵槽をコンテナのような形状に作って輸送容積効率を向上させることを狙ったためである。
本実施例に用いられる箱型メタン発酵槽１０の外形寸法は、２０フィート型であり、長さ（外寸法）が６，０５８ｍｍ、幅（外寸法）が２，４３８ｍｍ、高さ（外寸法）が２，５９１ｍｍの大きさである。
攪拌具１０は、加熱管４１からなり、加熱管４１は、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したものとなっている。加熱管４１の内部には、熱媒体４（本実施例では、水が使用されている。）が充填されて循環するようになっている。
具体的には、図３に示すように攪拌具１０は、Ｕ字管と直管を組合わせて、水平方向にジグザグに配列した加熱管４１を二段組合せたものから構成されている。加熱管４１は、補強具４４により動かないようにしっかりと固定されている。
攪拌具である加熱管４１の入口と出口はフレキシブル配管で接続され、攪拌具１０が上下に反復移動しても加熱装置４２から熱媒体４を加熱管４１に供給することができるようになっている。
攪拌具１０の二箇所で加熱管４１を補強具４４で束ねるようにしてあり、そこに、上部から固定具２１、３２が攪拌具１０を吊るすような構造と成っている。
固定具２２，３２には、攪拌具１０を上下に反復移動する駆動装置２１，３１が２台接続されている。
本実施例に用いた駆動装置２１，３１は油圧式の駆動装置を用いた。駆動装置２１，３１は、攪拌具１０を上下に反復移動させるようにコンピュータ制御されている。コンピュータ制御装置は図示されていない。
【００４３】
箱型メタン発酵槽１０には、箱型メタン発酵槽１０の中の左上部に、予熱装置５０を設置してある。予熱装置５０は、外気とは直接接触しない構造になっている。
【００４４】
予熱装置５０は、熱交換型の予熱装置である。加熱装置で過熱された熱媒体が、予熱装置５０と加熱装置を通る循環路を循環する。予熱装置５０で熱交換によって、熱媒体の熱が有機廃棄物１に伝えられる。
予熱装置５０には、投入される有機廃棄物１を加熱するためのヒーターが内壁に内蔵されている場合もある。
【００４５】
本実施例では、冬季の寒い時期（外気温度５℃）、有機廃棄物１（外気によって冷やされて約１０℃前後になっている。）を先ず、予熱器５０に投入して、メタン発酵温度近くまで予熱した。
【００４６】
次に、有機廃棄物温度３７℃になったことを確認した後、有機廃棄物投入配管Ｌ１を通じて、スラリー状の有機廃棄物１を箱型メタン発酵槽１０内に投入した。
【００４７】
箱型メタン発酵槽１０は、既に有機廃棄物１が投入されており、２台の駆動装置２１、３１により、攪拌具１０を上下に反復移動させて、有機廃棄物１と微生物の攪拌を行っていた。
本実施例に用いた駆動装置２１、３１は油圧式の駆動装置を用いた。駆動装置２１、３１は、攪拌具１０を上下に反復移動させるようにコンピュータ制御されている。コンピュータ制御装置の図示は省略されている。
加熱管４１からなる攪拌具１０により駆動装置２１、３１で上下に反復移動させて有機廃棄物１と微生物を攪拌すると共に、加熱管４１に熱媒体４を通して有機廃棄物１と微生物を加熱してメタン発酵温度３７℃になるよう温度コントロールを行っている。
メタン発酵処理が行われた場合、メタンを主成分とするバイオガス２は、メタン発酵槽１０の上部にあるバイオガス室６０に集められる。バイオガス室６０からバイオガス２は、バイオガス管Ｌ２を通ってガスホルダー７に蓄えられる。
一方、メタン発酵処理が行われた場合、消化液３は、メタン発酵槽１０の下部の消化液取り出し管Ｌ３から取り出される。
このようにして、箱型メタン発酵槽５０であっても、攪拌が円形型のメタン発酵槽並の攪拌が実現できると共に、攪拌具１０を加熱管とする構成によりを好適な温度のメタン発酵環境を維持することが可能となった。
また、予熱装置５０を箱型メタン発酵槽１０の中に設置することにより、省エネルギー効果を発揮することが可能な箱型メタン発酵装置１００を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、メタン発酵処理のフロー図である（実施例１）。
【図２】図２は、メタン発酵装置の図面である（実施例１）。
【図３】図３は、撹拌具の図面である（実施例１）。
【図４】図４は、撹拌具が上昇する際の有機廃棄物の流れを示した図面である。
【符号の説明】
【００４９】
１……有機廃棄物
２……バイオガス
３……消化液
４……熱媒体
１０……箱型メタン発酵槽
５０……予熱装置
４０……攪拌具
２１，３１……駆動装置
２２，３２……固定具
４１……加熱管
４２……加熱装置
４４……補強具
１００……メタン発酵装置
【図１】
2005246133.tif 000003
【図２】
2005246133.tif 000004
【図３】
2005246133.tif 000005
【図４】
2005246133.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月21日(2005.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽と、当該箱型メタン発酵槽の中を上下に反復移動する攪拌具と、攪拌具を上下に反復移動させる駆動装置を備えると共に、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置からなることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
攪拌具が管内に熱媒体を通すための加熱管と、熱媒体を加熱する加熱装置からなることを特徴とする請求項１記載のメタン発酵装置。
【請求項３】
加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項２記載のメタン発酵装置。
【請求項４】
加熱管が、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したことを特徴とする請求項２〜３記載のメタン発酵装置。
【請求項５】
箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置が熱交換型のもの又は電気ヒーターを用いたものであることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項６】
箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱する有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、攪拌具を上下に反復移動させることにより、有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱することを特徴とすることを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項７】
有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、加熱管からなる攪拌具により駆動装置で上下に反復移動させて有機廃棄物と微生物を攪拌し、かつ加熱管に熱媒体を通して有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱することを特徴とすることを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項８】
加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項７記載のメタン発酵方法。
【請求項９】
加熱管が、水平方向にジグザグに、かつ垂直方向に多段に配列したことを特徴とする請求項７〜８記載のメタン発酵方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明では、攪拌具を加熱管で構成し、攪拌と加熱の二つの機能を発揮させる。
○熱媒体とは、加熱管の管内を通すことにより、加熱対象に熱を伝える物質をいう。通常は顕熱の大きな、かつ安価な水が選定される。
〇予熱装置とは、冬季等温度が発酵温度より大幅に低い場合、メタン発酵槽に投入する有機廃棄物を事前にメタン発酵温度近くまで余熱する装置である。有機廃棄物は、メタン発酵温度近くまで余熱した後メタン発酵槽に投入される。
余熱装置には、色々なタイプがあるが、例えば、（１）熱交換型のもの（２）電機ヒーターをもちいたもの等がある。
（１）熱交換型のものとしては、前述した加熱管と同様熱媒体を用いた二重管タイプが一般には用いられる。
（２）電気ヒーターを利用した加熱装置（図示しない。）は、加熱装置が加熱槽になっていて、加熱槽の壁に電気ヒーターが埋め込まれているものが例示できる。
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本発明の構成を、以下説明する。
［請求項１］有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽と、当該箱型メタン発酵槽の中を上下に反復移動する攪拌具と、攪拌具を上下に反復移動させる駆動装置を備えると共に、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置からなることを特徴とするメタン発酵装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
攪拌具を上に移動させる場合には、攪拌具の上方に、及び攪拌具の斜め上方に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って上方に流動する。一方、メタン発酵槽の内壁付近に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って下方に流動する（図４を参照）。
逆に、攪拌具を下に移動させる場合には、攪拌具の下方に、及び攪拌具の斜め下方に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って下方に流動する。一方、メタン発酵槽の内壁付近に有る有機廃棄物と微生物は、攪拌具に伴って上方に流動する（図４の場合と逆になる。）。
このように、駆動装置によって、攪拌具を上下に移動することにより、メタン発酵槽の内部に攪拌流が生じ、攪拌流は、攪拌具の上下移動が切り替わるに従って、反転する。
これにより、円筒型メタン発酵槽の攪拌具を回転させる方式に勝るとも劣らない箱型メタン発酵槽の攪拌方法が実現できた。
なお、攪拌具を上下に移動する方法は、時間と撹拌具の垂直方向の位置Ｚは、時間ｔによって、以下の式で表される。
Ｚ＝Ｚ（ｔ）……………（１）
時間と撹拌具の垂直方向の位置Ｚが、正弦関数で表現される場合には、（１）式は、以下のように表される。
Ｚ＝Ｚ（ｔ）＝ＳＩＮ（ｔ）……………（２）
一般には、（２）式で表現されるが、有機廃棄物の撹拌が均一になるように、また良く混ざるように、Ｚ（ｔ）の関数形を決定することも可能である。
場合によれば、上述した撹拌流が、撹拌具の上部の有機廃棄物は、撹拌具と同方向の流れを生ずるが、撹拌具と撹拌具の隙間部の流れは、撹拌具とは逆方向の流れとなるようにして、撹拌をすることも可能である。
また、本発明は、予熱装置が、箱型メタン発酵槽の中に設置されたことが特徴である。
従来技術では、予熱装置は、メタン発酵槽の外側に設置され、投入されるべき有機廃棄物を予めメタン発酵温度付近まで予熱した後、メタン発酵槽に投入していた。例えば、冬季の寒い朝等外気温度が低い場合、せっかく暖めた予熱装置は外気温度に冷やされ、熱は無駄に棄てられることになる。
本発明では、予熱装置は、外気とは直接接触せず、メタン発酵槽内の熱で暖められているため、従来技術のように、外気によって冷やされ無駄に熱を棄てることがない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明のかかる構成により、より確実に攪拌具が攪拌手段として、かつ加熱手段として機能することができる。
［請求項５］箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置が熱交換型のもの又は電気ヒーターを用いたものであることを特徴とするメタン発酵装置。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
予熱装置は、有機廃棄物が予熱装置に投入される際には、ヒーター等により有機廃棄物は予熱される。一時的には、投入される有機廃棄物の温度が低いので、予熱装置は温度が低下するが、その影響は、メタン発酵槽の発酵温度にはさ程ではない。
［請求項６］箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱する有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、攪拌具を上下に反復移動させることにより、有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱することを特徴とすることを特徴とするメタン発酵方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の特徴的構成要件は、攪拌具を上下に反復移動させることにより、有機廃棄物と微生物を攪拌するステップである。
さらに、本発明の特徴は、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置を用いることであり、特に予熱装置を箱型メタン発酵槽の中に設置することが本発明の特徴的構成要件である。
予熱装置を箱型メタン発酵槽の中に設置することにより、冬季のように外気温度が低い場合であっても、予熱装置が外気に晒されて冷やされて熱を無駄に棄てることがないので、本発明は省エネルギー効果を発揮することができる。
［請求項７］有機廃棄物を投入した後微生物を加えてメタン発酵させる箱型メタン発酵槽の内部において、加熱管からなる攪拌具により駆動装置で上下に反復移動させて有機廃棄物と微生物を攪拌し、かつ加熱管に熱媒体を通して有機廃棄物と微生物を攪拌すると共に、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置により、投入された有機廃棄物を予熱することを特徴とすることを特徴とするメタン発酵方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
すなわち、加熱管からなる攪拌具により、箱型メタン発酵槽の攪拌と加熱を同時に行うことが本発明の特徴的構成要件である。
さらに、本発明の特徴は、箱型メタン発酵槽の中に設置された予熱装置を用いることであり、特に予熱装置を箱型メタン発酵槽の中に設置することが本発明の特徴的構成要件である。
予熱装置を箱型メタン発酵槽の中に設置することにより、冬季のように外気温度が低い場合であっても、予熱装置が外気に晒されて冷やされて熱を無駄に棄てることがないので、本発明は省エネルギー効果を発揮することができる。
［請求項８］加熱管が、水平方向にジグザグに配列したことを特徴とする請求項７記載のメタン発酵方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明は、物の発明である請求項４記載発明に対応する方法の発明である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】