(57)【要約】【課題】構造が簡単であり、経済的で小型化が可能なメタン発酵装置を提供する。【解決手段】有機性廃棄物２が投入され、有機性廃棄物２を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽３と、メタン発酵槽３内の有機性廃棄物２を加温する加温手段４と、を備えたメタン発酵装置１であって、加温手段４は、メタン発酵槽３内に配設され、温水が循環する熱交換パイプ７からなる構成とした。【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と、該メタン発酵槽内の有機性廃棄物を加温する加温手段と、を備えたメタン発酵装置であって、
前記加温手段は、前記メタン発酵槽内に配設され、温水が循環する熱交換パイプからなることを特徴とするメタン発酵装置。
【請求項２】
前記メタン発酵槽内において有機性廃棄物に埋没するように水タンクが形成されると共に、前記熱交換パイプは該水タンク内に配設され、
該水タンク内の水を介して有機性廃棄物を加温する構成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】
前記温水は循環式温水ボイラから供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタン発酵装置。
【請求項４】
前記有機性廃棄物の加温初期時においては汎用燃料により前記循環式温水ボイラを作動させ、前記メタン発酵槽内で所定量のメタンが発生した時点で、燃料を前記メタンに切り替えて前記循環式温水ボイラを作動可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載のメタン発酵装置。
【請求項５】
前記温水は循環式太陽熱温水器から供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２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に関する開発が盛んに進められており、その一例が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１４４７号公報（第２頁及び第３頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
槽内において効率的にメタン発酵させるためには、槽内の温度を適宜な温度（例えば５０℃前後）まで加温させる必要があり、公知となっている各種のバイオガスプラントにおいてもこの加温手段については様々な技術が開示されている。例えば、メタン発酵槽に投入する前に、予め別の加温槽にて有機性廃棄物を加温しておく方法や、前記特許文献１においては、メタン発酵槽全体を囲むように、温水が循環する加温槽を設ける方法が開示されている。しかしながら、このように別途に加温槽を設ける構成やメタン発酵槽を囲むように加温槽を設ける構成は構造が複雑になりやすく、高価なプラントとなり、また装置も大型化するので装置の設置スペースが大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、構造が簡単であり、経済的で小型化が可能な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】
前記課題を解決するため、本発明は、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と、該メタン発酵槽内の有機性廃棄物を加温する加温手段と、を備えたメタン発酵装置であって、前記加温手段は、前記メタン発酵槽内に配設され、温水が循環する熱交換パイプからなることを特徴とするメタン発酵装置とした。
【０００７】
当該メタン発酵装置によれば、有機性廃棄物は、熱媒たる温水から熱交換を受けて加温され、メタン発酵が効率的に行われる。別途に加温槽を設ける必要もなく簡易な構造となるので、経済的な装置となり、またコンパクトな装置となるので設置において省スペース化が図れる。
【０００８】
また、前記メタン発酵槽内において有機性廃棄物に埋没するように水タンクが形成されると共に、前記熱交換パイプは該水タンク内に配設され、該水タンク内の水を介して有機性廃棄物を加温する構成とした。
【０００９】
当該構成によれば、熱交換パイプの腐食を防止でき、メタン発酵装置の長期信頼性が向上する。
【００１０】
また、前記温水は循環式温水ボイラから供給される構成とした。
【００１１】
当該構成によれば、例えば循環式温水ボイラを既に保有している酪農家にとってメタン発酵装置に関する初期投資額が抑えられる。
【００１２】
また、前記有機性廃棄物の加温初期時においては汎用燃料により前記循環式温水ボイラを作動させ、前記メタン発酵槽内で所定量のメタンが発生した時点で、燃料を前記メタンに切り替えて前記循環式温水ボイラを作動可能に構成した。
【００１３】
当該構成によれば、メタンを有効利用でき、メタン発酵装置のランニングコストを抑えることができる。
【００１４】
また、前記温水は循環式太陽熱温水器から供給される構成とした。
【００１５】
当該構成によれば、例えば循環式太陽熱温水器を既に保有している酪農家にとってメタン発酵装置に関する初期投資額が抑えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、別途に加温槽を設ける必要もなく簡易な構造となるので、経済的な装置となり、またコンパクトな装置となるので設置において省スペース化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明に係るメタン発酵装置１の構成フロー図である。メタン発酵装置１は、主な構成として、有機性廃棄物２が投入され、この有機性廃棄物２を発酵させてメタンを発生させるメタン発酵槽３と、メタン発酵槽３内の有機性廃棄物２を加温する加温手段４とを備える。メタン発酵槽３に投入される有機性廃棄物２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る。
【００１８】
有機性廃棄物２は一旦貯留槽５に貯留され、ポンプ等により貯留槽５から適宜量の有機性廃棄物２がメタン発酵槽３に送出される。メタン発酵槽３は、有機性廃棄物２の発酵時に発生するメタン及び廃液（消化液）を槽の外部に排出できるように構成されている。図では廃液が廃液槽６に排出される態様を示しているが、これに限られることなく、例えば、メタン発酵槽３から直接、脱水処理装置（図示せず）に排出する態様としても良い。
【００１９】
このメタン発酵後に得られる廃液は、脱水処理を施すことにより処理水と汚泥とに分離される。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。また、メタンは、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。
【００２０】
さて、本発明は、前記加温手段４を、メタン発酵槽３内に配設され、温水が循環する熱交換パイプ７から構成したことを主な特徴とする。熱交換パイプ７は、後記するようにメタン発酵槽３の外部に設置されるボイラ８や太陽熱温水器９（図３）に接続しており、槽壁や槽の上部等からメタン発酵槽３の内部に挿入するように配管される。熱交換パイプ７は、メタン発酵槽３内の有機性廃棄物２に直接埋没されるように配設しても良いが、その場合、有機性廃棄物２が発酵した際に発生する硫化水素でパイプが腐食しやすい状態になってしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態では、メタン発酵槽３内において有機性廃棄物２に埋没するように水タンク１０を形成し、熱交換パイプ７をこの水タンク１０内に配設して、水タンク１０内の水を介して有機性廃棄物２を加温する構成としてある。つまり、水タンク１０の水を加温することにより、有機性廃棄物２に対して間接的に加温する構成としたものである。水タンク１０は、メタン発酵槽３内において局所的に配設されるものである。
【００２２】
以上により、熱媒たる温水から熱交換を受けて先ず水タンク１０内の水が加温され、この加温された水タンク１０内の水により有機性廃棄物２が加温されてメタン発酵が効率的に行われることになる。また、熱交換パイプ７は水タンク１０内の水に埋没するため、有機性廃棄物２に起因する腐食の影響を受けない。なお、熱交換パイプ７のパイプ材としては、銅管、アルミニウム管、ステンレス管等が適用される。また、循環させる温水の温度は使用環境により適宜に設定される。
【００２３】
従来のように、加温槽を介して有機性廃棄物２を加温する方法に比べると、本発明の熱交換パイプ７はメタン発酵槽３の内部において局所的に配設される構造となることから、加温の立ち上がり時においては有機性廃棄物２全体の温度上昇に若干の遅れが生じる。しかしながら、例えば一軒〜数軒の酪農家における家畜のふん尿処理を対象とする程度に容量の小さいメタン発酵槽３の場合には、この温度上昇の遅れもさほど影響するものではなく、満足のいくメタン発酵がなされるものである。また、例えば熱交換パイプ７を幾重にわたって襞状に屈曲形成するなど、メタン発酵槽３内における配管距離をかせぐことで有機性廃棄物２全体の温度上昇率を高めることができる。
【００２４】
このように、加温手段４としてメタン発酵槽３内に埋没するように配設され、温水が循環する熱交換パイプ７から構成すれば、別途に加温槽を設ける必要もなく簡易な構造となるので、経済的な装置となり、またコンパクトな装置となるので設置において省スペース化が図れる。また、メタン発酵槽３内において有機性廃棄物に埋没するように水タンク１０を形成し、熱交換パイプ７をこの水タンク１０内に配設して、水タンク１０内の水を介して有機性廃棄物を加温する構成とすれば、簡易な構造にて熱交換パイプ７の腐食を防止できる。
【００２５】
そして、温水の供給源として、汎用性に優れた循環式温水ボイラ（ボイラ８）を利用することによって、装置の経済性をさらに高めることができる。循環式温水ボイラとしては、灯油、プロパンガス、都市ガス等の汎用燃料を燃料とするものが各種知られているが、特に都市部から離れた場所に点在する酪農家では、浴槽や台所の給湯用として灯油或いはプロパンガスを燃料とする循環式温水ボイラを既に備えていることも多い。したがって、この場合、前記熱交換パイプ７内を循環させる温水の供給源として既存の循環式温水ボイラを利用できるため、メタン発酵装置１に関する初期投資も低く抑えられる。
【００２６】
また、図２にも示すように、メタンの発生量が少ない有機性廃棄物２の加温初期時においては、灯油やプロパンガス等の汎用燃料によりボイラ８を作動させ、有機性廃棄物２が加温されたことによってメタン発酵槽３内で所定量のメタンが発生した時点で、燃料をこのメタンに切り替えてボイラ８を作動させる構成とすれば、メタン発酵装置１のランニングコストを低減できることとなる。
【００２７】
この切り替えは、例えばメタンの排出配管に設けた圧力計を目視することにより切り替え弁を手動操作する方法であっても良いし、自動制御によるものでも良い。なお、図２ではそれぞれ別体のボイラ８として示しているが、場合によっては汎用燃料とメタンの両方を燃料として作動可能な単体のボイラ８としても良い。
【００２８】
また、温水の供給源としては図３に示すように、循環式太陽熱温水器９を利用することも可能である。したがって、酪農家が浴槽や台所の給湯用として循環式太陽熱温水器９を既に備えている場合には、メタン発酵装置１に関する初期投資が低く抑えられることとなる。
【００２９】
なお、この場合も、メタンの発生量が少ない有機性廃棄物２の加温初期時においては、循環式太陽熱温水器９により温水を供給し、有機性廃棄物２が加温されたことによってメタン発酵槽３内で所定量のメタンが発生した時点で、メタンを燃料としたボイラ８によって温水を供給させる構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るメタン発酵装置の構成フロー図である。
【図２】循環式温水ボイラ周りの構成フロー図である。
【図３】本発明に係るメタン発酵装置の変形例を示す構成フロー図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      メタン発酵装置
２      有機性廃棄物
３      メタン発酵槽
４      加温手段
７      熱交換パイプ
８      ボイラ（循環式温水ボイラ）
９      循環式太陽熱温水器
１０    水タンク
【図１】
2005198618.tif 000003
【図２】
2005198618.tif 000004
【図３】
2005198618.tif 000005