(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガス生成用のバイオガス装置であって、
バイオガス出口（８）とパージガス入口（２４）とを備え、バッチ方式によりバイオガスを生成するために乾燥発酵の原理に基づいて運転される少なくとも一つの発酵槽（２）と、
該バイオガス出口（８）に接続可能なバイオガス経路（１２）と、
該パージガス入口（２４）に二酸化炭素含有排ガスを供給可能な排ガス経路（２６）と、
第一バイオガス／排ガス経路（１４）を介して該バイオガス出口（８）に接続可能な排ガス煙突（２０）と、
第二バイオガス／排ガス経路（１６）を介して該バイオガス出口（８）に接続可能な排ガス燃焼部（２２）と、
該パージガス入口（２４）に接続可能な外気経路（２８）と、
該バイオガス経路（１２）に該バイオガス出口（８）を接続するため、該第一バイオガス／排ガス経路（１４）を介して該排ガス煙突（２０）に該バイオガス出口（８）を接続するためあるいは該第二バイオガス／排ガス経路（１６）を介して該排ガス燃焼部（２２）に該バイオガス出口（８）を接続するため、ならびに、該排ガス経路（２６）に該パージガス入口（２４）を接続するためあるいは該外気経路（２８）に該パージガス入口（２４）を接続するための制御装置（３０）と、
該制御装置（３０）に接続され、前記少なくとも一つの発酵槽（２）から出てくるガス混合物のメタン濃度を検知するための第一測定センサ（３２）と二酸化炭素濃度を検知するための第二測定センサ（３４）とを有する測定装置（３２、３４）と、を備え、
前記制御装置（３０）は、検知されたメタン濃度あるいは検知された二酸化炭素濃度によって、前記バイオガス出口（８）をバイオガス経路（１２）、排ガス煙突（２０）あるいは排ガス燃焼部（２２）に接続しまたはこれらとの接続を切り離す制御を行うとともに前記パージガス入口（２４）を排ガス経路（２６）あるいは外気経路（２８）に接続しまたはこれらとの接続を切り離す制御を行うことを特徴とするバイオガス装置。
【請求項２】
前記測定装置（３２、３４）は、前記バイオガス出口（８）に配置されることを特徴とする請求項１に記載のバイオガス装置。
【請求項３】
複数の発酵槽（２−ｉ）が備えられ、該複数の発酵槽（２−ｉ）のバイオガス出口（８−ｉ）が共通バイオガス経路（１２）に通じており、前記メタン濃度検知用第一測定センサは、前記共通バイオガス経路に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオガス装置。
【請求項４】
前記バイオガス出口（８−ｉ）は、共通バイオガス／排ガス経路（４０）を介して前記排ガス煙突（２０）または前記排ガス燃焼部（２２）に選択的に接続可能であり、前記二酸化炭素濃度検知用第二測定センサは、該共通バイオガス／排ガス経路（４０）に配置されることを特徴とする請求項３に記載のバイオガス装置。
【請求項５】
前記排ガス経路（２６）は、内部燃焼エンジンからの排気ガスを供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバイオガス装置。
【請求項６】
前記バイオガス経路（１２）は、二酸化炭素含有排ガスを生成するバイオガス利用装置に接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のバイオガス装置。
【請求項７】
前記バイオガス利用装置は、コジェネレーションシステム（１８）よりなることを特徴とする請求項６に記載のバイオガス装置。
【請求項８】
前記バイオガス利用装置は、燃料電池よりなることを特徴とする請求項６に記載のバイオガス装置。
【請求項９】
前記バイオガス利用装置は、ガス処理装置（４４）よりなることを特徴とする請求項６に記載のバイオガス装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のバイオガス装置における発酵槽を停止するための方法であって、
ａ）前記バイオガス出口（８）と前記バイオガス経路（１２）との間の接続を保つ工程と、
ｂ）停止される前記発酵槽（２）の前記パージガス入口（２４）に前記排ガス経路（２６）を接続する工程と、
ｃ）前記第一測定センサ（３２）によって検知されるメタン濃度が上側制限値まで下がるまで前記排ガス経路（２６）の排ガスを使って停止される前記発酵槽（２）をパージする工程と、
ｄ）停止される前記発酵槽（２）の前記バイオガス出口（８）から前記バイオガス経路（１２）を切り離す工程と、
ｅ）前記第一バイオガス／排ガス経路（１４）に停止される前記発酵槽（２）の前記バイオガス出口（８）を接続し、前記第一測定センサ（３２）によって検知されるメタン濃度が下側制限値まで下がるまで前記排ガス煙突（２０）に排ガス／バイオガス混合物を供給する工程と、
ｆ）停止される前記発酵槽（２）の前記パージガス入口（２４）から前記排ガス経路（２６）を切り離す工程と、
ｇ）停止される前記発酵槽（２）の前記パージガス入口（２４）に前記外気経路（２８）を接続し、前記第二測定センサ（３４）によって検知される二酸化炭素濃度が第一制限値まで下がるまで停止される前記発酵槽（２）に外気を供給する工程と、
ｈ）停止されている前記発酵槽（２）の投入・排出口（４）を開ける工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記工程ｄ）と前記工程ｅ）との間に
ｄ１）前記第二バイオガス／排ガス経路（１６）に停止される前記発酵槽（２）の前記バイオガス出口（８）を接続し、前記第一測定センサ（３２）によって検知されるメタン濃度が上側制限値と下側制限値の間にある中間制限値まで下がるまで前記排ガス燃焼部（２２）に排ガス／バイオガス混合物を供給する工程と、
ｄ２）前記第二バイオガス／排ガス経路（１６）から停止される前記発酵槽（２）の前記バイオガス出口（８）を切り離す工程と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ｉ）前記パージガス入口（２４）および／または前記バイオガス出口（８）に前記外気経路（２８）を接続する工程と、
ｊ）停止されている前記発酵槽（２）に投入・排出がなされている間、前記パージガス入口（２４）および／または前記バイオガス出口（８）を介して吸い出しを行うことより前記投入・排出口（４）を介して停止されている前記発酵槽（２）に外気を供給する工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記工程ｊ）において、前記パージガス入口（２４）および／または前記バイオガス出口（８）を介して吸い出された外気／バイオガス／排ガス混合物の体積流量は、前記制御装置（３０）によって監視されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれかの請求項に記載のバイオガス装置の発酵槽（２）に生バイオマスを投入した後に前記発酵槽（２）を始動する方法であって、
ａ）投入・排出口（４）を閉じる工程と、
ｂ）前記第一バイオガス／排ガス経路（１４）に前記バイオガス出口（８）を接続する工程と、
ｃ）前記第二測定センサ（３４）によって検知される二酸化炭素濃度が第二制限値に達するまで始動される前記発酵槽（２）の前記パージガス入口（２４）に前記排ガス経路（２６）を接続する工程と、
ｄ）前記パージガス入口（２４）から前記排ガス経路（２６）を切り離す工程と、
ｅ）前記バイオガス出口（８）から前記第一バイオガス／排ガス経路（１４）を切り離す工程と、
ｆ）前記バイオガス出口（８）に前記バイオガス経路（１２）を接続する工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記工程ｆ）は、前記第一または第四測定センサ（３２、５０）によって検知されるメタン濃度が第四制限値を超えたときに行われることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
メタン濃度の第四制限値は、メタン濃度の上側制限値と等しいことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記排ガス経路（２６）は、内部燃焼エンジンの排気ガスパイプに接続されることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記排ガス経路（２６）は、二酸化炭素含有排ガスを生成するバイオガス処理装置の排気ガスパイプに接続されることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記排ガス経路（２６）は、燃料電池の排出管に接続されることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の少なくとも一つの発酵槽を備えるバイオマスからバイオガスを生成するためのバイオガス装置、請求項１０に記載の発酵槽を停止する方法および請求項１４に記載の発酵槽を始動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる「乾燥発酵」は、農業廃棄物、バイオ廃棄物、公共の耕作地に由来する流動性のあるバイオマスを、ポンプでくみ上げ可能な液体基質に変換することなくメタンに転換することを可能にするものであって、５０％までの乾燥物質成分を有するバイオマスを発酵することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
「乾燥」発酵の場合、例えばバイオ廃棄物の液体発酵の場合とは異なり、発酵される原料は液相になるまで撹拌されることはない。その代わり、発酵槽に導入されている発酵基質は、発酵槽の底の浸出液を取り除きその浸出液をバイオマスに再噴霧することにより、常に湿気のある状態に保たれる。この結果、バクテリアにとって最適な生活環境となる。浸出液を再循環する間には、温度を調整することも可能であり、プロセス最適化のために添加剤を加えることも可能である。
【０００４】
また、いわゆるバッチ処理により乾燥発酵の原理を利用して運転されるプレハブガレージ形状のバイオリアクタ（発酵槽）がある（例えば、特許文献２参照）。この発酵槽の場合、発酵原料を入れた後、トラクタショベルを用いて発酵槽に発酵基質が充填される。発酵コンテナはガレージ形状に構成されており、気密ドアにより閉じられる。バイオマスは空気が取り除かれた状態で発酵されるが、発酵プロセスの間は、さらに徹底的な混合がなされることはなく、追加の発酵原料が供給されることもない。発酵原料からにじみ出る浸出液は、排水溝を通じて取り除かれ、タンクに一時的に貯蔵され、発酵基質に湿気を与えるために発酵基質に再噴霧される。この発酵プロセスは、３４℃〜３７℃の中温の温度範囲で行われるが、この中温の温度は床加熱および壁加熱によってもたらされる。
【０００５】
結果として生じたバイオガスは、熱と電力とを同時に生成するコジェネレーションシステムにおいて電気と熱を得るために使用することが可能である。常に十分なバイオガスがコジェネレーションシステムにおいて利用可能となるように、乾燥発酵装置において、複数の発酵コンテナがタイミングをずらして運転される。滞留時間経過後に発酵槽は完全に空にされ、その後再充填される。発酵された基質は、次のたい肥化処理に供給され、従来のたい肥に匹敵する有機肥料となる。
【０００６】
バッチ処理は、各発酵槽が時々停止され、すなわち、バイオガス生成が休止され、発酵されたバイオマスが各発酵槽から取り除かれ、バイオガス生成を再開した状態で発酵槽に生バイオマスが充填されなければならないことを意味する。このプロセスの間は、安全上の理由から各発酵槽に投入・排出がなされている途中に爆発性のあるバイオガス／外気混合物が生成されないようにする必要がある。
【０００７】
このために、爆発の危険性がある場合すなわち外気が発酵槽に入った場合に、バイオガスを使って運転されているコジェネレーションシステムから二酸化炭素を含有する排ガスを運転中の発酵槽に送り込む必要がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開番号第０９３４９９８号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／０６４３９号パンフレット
【特許文献３】欧州特許第１３０１５８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、特許文献３に係るバイオガス装置を元にして、発酵槽から使用済みバイオマスを排出し発酵槽に生バイオマスを投入するプロセスをより安全なものにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題は、請求項１、請求項１０および請求項１４のそれぞれに記載した特徴によって達成される。
【００１１】
請求項１に記載のバイオガス装置が必要な構成要素を備えることによって、発酵槽は安全に停止、排出され、同様に安全に始動されることが可能になる。
【００１２】
請求項１０に記載の方法によれば、停止中や二酸化炭素含有排ガスを使ったパージ中であっても可能な限り長い間バイオガスの生成、利用が保たれることになる。すなわち、停止される発酵槽のバイオガス／排ガス混合物は、混合物の質が所定のレベルに下がるまでずっとバイオガスの消費者に供給される。バイオガス出口のメタン濃度が上側制限値を下回ったときに限り、バイオガスの消費者に通じるバイオガス経路がバイオガス出口から切り離される。この時点ではバイオガス／排ガス混合物には少量のメタンしか含有されておらず、バイオガス／排ガス混合物は排気煙突から排出される。バイオガス／排ガス混合物の排出はメタン濃度が下側制限値に達するまで行われるが、下側制限値に達したときにはバイオガス／排ガス混合物には実質的にメタンが含有されていない。その後、停止される発酵槽は二酸化炭素含有排ガスではなく外気を使ってパージされ、排ガス／バイオガス／外気混合物の二酸化炭素濃度が第一制限値まで下がるまで排ガス／バイオガス／外気混合物が排気煙突から排出される。第一制限値まで下がって初めて、使用済みバイオマスを排出し生バイオマスを再投入するために発酵槽が開けられる。排ガスおよび外気を使って事前にパージ処理が行われることにより、運転者に危険をもたらすことなく発酵槽が開けられて投入・排出が行われることが可能となる。
【００１３】
請求項１１に記載の本発明の一変形例によれば、メタン濃度が上側制限値に達したときに、バイオガス／排ガス混合物は、排気煙突から大気に放出されるのではなく、排ガス燃焼部に送られて排ガス燃焼部で燃焼される。必要に応じて排ガス燃焼部に追加の燃料を供給して常時燃焼が行われるようにしてもよい。バイオガス／排ガス混合物は、バイオガス／排ガス混合物のメタン濃度が上側制限値と下側制限値との間にある中間制限値を下回るまで燃焼される。
【００１４】
請求項１２に記載の本発明の一変形例によれば、開けられた投入・排出口を通じて停止されている発酵槽に投入・排出がなされている間、外気が吸い込まれ、吸い込みによるガス混合物がパージガス入口またはバイオガス出口を介して排気煙突に送られる。なお、発酵槽に所定の外気抜き取り用の接続を設けてもよい。
【００１５】
請求項１３に記載の本発明の好適な変形例によれば、発酵槽に投入・排出がなされている間、外気が継続的に吸い込まれることとなる。
【００１６】
請求項１４および請求項１５に記載した、本発明に係る停止されている発酵槽を（再）始動する方法によれば、始動の際に爆発性のあるバイオガス／外気混合物が生成されることが安全に防がれる。
【００１７】
再始動されている発酵槽はメタン濃度が第四制限値のときにバイオガス経路に接続されるが、請求項１６に記載のとおり、第四メタン濃度制限値は上側制限値と等しい。
【００１８】
停止される発酵槽をパージするための排ガスは、例えば、請求項１７に記載の内部燃焼エンジンによってもたらされる。
【００１９】
請求項１８に記載の本発明の一実施形態によれば、二酸化炭素含有排ガスは、少なくとも一つの発酵槽の下流に接続されるバイオガス処理装置によってもたらされる。
【００２０】
その他の従属請求項は、本発明の好適な変容例に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１〜７は、本発明に係るバイオガス装置の第一実施形態を示しており、バイオガス装置は一つの発酵槽２を備えている。発酵槽２は立方形をしており、略プレハブガレージ形状に構成される。投入・排出口４が立方形の発酵槽２の端面のうちの一つを覆うように備えられ、発酵槽２はトラクタショベルを用いて投入・排出口４を通じてバイオマス６を充填し再び空にすることが可能である。発酵槽２の構成の詳細については特許文献２を参考されたい。
【００２２】
発酵槽２はバイオガス出口８をさらに備えており、バイオガス出口８はバルブ１０を介してバイオガス経路１２、第一バイオガス／排ガス経路１４および第二バイオガス／排ガス経路１６に接続可能となっている。バイオガス経路１２は、バイオガス利用装置であるコジェネレーションシステム１８に通じている。第一バイオガス／排ガス経路１４はバイオ排ガス煙突２０に通じている。第二バイオガス／排ガス経路１６は排ガス燃焼部２２に通じている。また、発酵槽２はパージガス入口２４をさらに備えており、パージガス入口２４はバルブ１０を介して排ガス経路２６または外気経路２８に接続可能となっている。排ガスファン２７は、排ガス経路２６に配置され、発酵槽２に排気ガスを送り込むために使用される。外気ファン２９は、外気経路２８に配置され、大気から外気を取り込むために使用される。二酸化炭素含有排ガスはパージガスとして排ガス経路２６を介して発酵槽２に送られ、外気は外気経路２８を介して発酵槽２に送られる。
【００２３】
バルブ１０は制御装置３０に接続されており、制御装置３０によって開閉される。制御装置３０は第一測定センサ３２にも接続されている。第一測定センサ３２は、バイオガス出口８に配置されており、各ガス混合物のメタン濃度を検知する。制御装置３０は第二測定センサ３４にも接続されている。第二測定センサ３４は、第一測定センサ３２と同様にバイオガス出口８に配置されており、各ガス混合物の二酸化炭素濃度を検知する。制御装置３０は第三測定センサ３６にも接続されている。第三測定センサ３６は、バイオガス出口８に配置されており、バイオガス出口８におけるガス流量を検知する。発酵槽２からのガスの抜き取りは必要に応じてバイオガス出口８に配置されるファン３８によって補助することが可能である。
【００２４】
図１〜７は発酵槽２を停止するプロセスおよび始動するプロセスの様々な段階を示す図であり、これら図面において、使用中の経路および構成要素の位置は実線で示しており、使用していないあるいは停止している経路および構成要素の位置は破線で示している。
【００２５】
図１は、発酵槽２を停止する第一段階を示しており、停止の第一段階において、二酸化炭素含有排ガスは排ガス経路２６およびパージガス入口２４を通じて発酵槽２内に送り込まれる。バイオガス出口８はバイオガス経路１２に接続され、バイオガス／排ガス混合物はコジェネレーションシステム１８に送られる。
【００２６】
バイオガス出口８の第一測定センサ３２によって検知されるメタン濃度が上側制限値を下回ったときにのみ、制御装置３０によってバイオガス経路１２のバルブ１０が閉じられ、第二バイオガス／排ガス経路１６のバルブ１０が開けられる（図２参照）。この発酵槽２を停止する第二段階において、バイオガス／排ガス混合物は排ガス燃焼部２２において燃焼される。この燃焼プロセスは必要に応じて燃料を追加することにより補助することが可能である。
【００２７】
バイオガス出口８の第一測定センサ３２によって検知されるメタン濃度が中間制限値を下回ったときには、制御装置３０によって第二バイオガス／排ガス経路１６のバルブ１０が閉じられ、第一バイオガス／排ガス経路１４のバルブ１０が開けられる（図３参照）。この発酵槽２を停止する第三段階において、バイオガス／排ガス混合物は排ガス煙突２０から大気に放出される。
【００２８】
バイオガス出口８の第一測定センサ３２によって検知されるメタン濃度が下側制限値を下回ったときには、制御装置３０によって排ガス経路２６のバルブ１０が閉じられ、外気経路２８のバルブ１０が開けられる（図４参照）。この発酵槽２を停止する第四段階では、外気は外気経路２８およびパージガス入口２４を通じて発酵槽２内に送り込まれる。排ガス／外気混合物は、バイオガス出口８および第一バイオガス／排ガス経路１４を通じて排ガス煙突２０から大気に放出される。
【００２９】
バイオガス出口８の第二測定センサ３４によって検知される二酸化炭素濃度が第一制限値を下回ったときには、制御装置３０によって外気経路２８のバルブ１０が閉じられ、投入・排出口４が開けられる（図５参照）。同時に、開けられた投入・排出口４を通じて外気を取り込み、排ガス煙突２０から大気に外気を放出するためにファン３８が使用される。これにより、発酵されたバイオマスに依然として含有される残留バイオガスが排出処理中の運転者に危険をもたらすことが防がれる。
【００３０】
生バイオマスが発酵槽２に再投入されると、投入・排出口４が閉じられ、バイオガス出口８と排ガス煙突２０との間の接続が第一バイオガス／排ガス経路１４を通じて保たれ、制御装置３０によって排ガス経路２６のバルブ１０が開けられるため、二酸化炭素を含有する排ガスが発酵槽２内に送り込まれる（図６参照）。このプロセスは、バイオガス出口８の第二測定センサ３４によって検知される二酸化炭素濃度が第二制限値に達するか第二制限値を超えるまで続けられる。
【００３１】
二酸化炭素濃度が第二制限値に達したときには、制御装置３０は、排ガス経路２６および第一バイオガス／排ガス経路１４のバルブ１０を閉じ、バイオガス経路１２のバルブ１０を開ける（図７参照）。そのため、再びバイオガスの生成段階に達し、発酵槽２内で生成されるバイオガスがバイオガス経路１２を通じてコジェネレーションシステム１８に供給される。
【００３２】
上記実施形態では、全ての測定センサ３２、３４、３６がバイオガス出口８に配置されている。一方、第二、第三測定センサ３４、３６はそれぞれ第一、第二バイオガス／排ガス経路１４、１６に配置されてもよい。図８は、本発明の第二実施形態を示す。第二実施形態は、バイオガス出口８に通じる手前で第一、第二バイオガス／排ガス経路１４、１６が結合されて共通バイオガス／排ガス経路４０が形成される点で、図１〜７に示す実施形態とは異なる。二酸化炭素濃度検知用の第二測定センサ３４は共通バイオガス／排ガス経路４０に配置され、第三測定センサ３６は第一バイオガス／排ガス経路１４に配置される。これ以外は、本発明の第二実施形態は第一実施形態と同様であり、運転方法もまた同じである。
【００３３】
図９〜１５は、本発明に係るバイオガス装置の第三実施形態を示す。第三実施形態において三つの発酵槽２−１、２−２、２−３が備えられ、並行運転される。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付す。図９〜１５に示すバイオガス装置において、三つの発酵槽２−ｉはそれぞれパージガス入口２４−１、２４−２、２４−３を備えており、これらパージガス入口はそれぞれバルブ１０によって閉じることが可能である。これら三つのパージガス入口２４−ｉが結合されて共通パージガス入口４２が形成される。排ガス経路２６および外気経路２８は、共通バイオガス／排ガス入口４２に通じており、それぞれバルブ１０によって閉じることが可能である。
【００３４】
三つの発酵槽２−ｉはそれぞれバイオガス出口８−１、８−２、８−３を備えており、これらパージガス出口はそれぞれバルブ１０によって閉じることが可能である。排ガス煙突２０に通じる第一バイオガス／排ガス経路１４と排ガス燃焼部２２に通じる第二バイオガス／排ガス経路１６とが結合されて共通バイオガス／排ガス経路４０が形成され、ファン３８が共通バイオガス／排ガス経路４０に配置される。ファン３８の下流において、共通バイオガス／排ガス経路４０は第一、第二、第三バイオガス／排ガス経路要素４０−１、４０−２、４０−３に分岐する。第一バイオガス／排ガス経路要素４０−１は、バルブ１０と第一発酵槽２−１との間にあって第一バイオガス出口８−１に通じている。第二バイオガス／排ガス経路要素４０−２はバルブ１０と第二発酵槽２−２との間にあって第二バイオガス出口８−２に通じている。第三バイオガス／排ガス経路要素４０−３はバルブ１０と第三発酵槽２−３との間にあって第三バイオガス出口８−３に通じている。三つのバイオガス／排ガス経路要素４０−１、４０−２、４０−３はそれぞれバルブ１０によって閉じることが可能である。三つのバイオガス出口８−１、８−２、８−３は共通バイオガス経路１２に通じており、共通バイオガス経路１２はコジェネレーションシステムすなわち複合熱電力ユニット１８に通じている。コジェネレーションシステム１８からの排気経路４４は第二排ガス煙突４６に通じている。排ガス経路２６は三分岐バルブ４８を介して排気経路４４に接続される。すなわち、コジェネレーションシステム１８で生じる二酸化炭素含有排ガスは、停止しようとしている発酵槽２−ｉをパージするために使用される。三分岐バルブ４８により、発酵槽２−ｉをパージするために排ガス経路２６を介して送られる排ガスの体積流量と第二排ガス煙突４６から大気に放出される排ガス量との調整が可能となっている。
【００３５】
メタン濃度検知用の第一測定センサ３２は共通バイオガス経路１２に配置される。二酸化炭素濃度検知用の第二測定センサ３４、体積流量検知用の第三測定センサ３６およびメタン濃度検知用の第四測定センサ５０は、共通バイオガス／排ガス経路４０内であって、ファン３８に対して流れ方向の下流に配置される。四つの測定センサ３２、３４、３６、５０は制御装置３０に接続され、各バルブ１０が同様に制御装置３０に接続される。これら制御ラインは分かりやすくするために図９〜１５では図示していない。
【００３６】
図９〜１５は、第二発酵槽２−２を停止するプロセスおよび再始動するプロセスを示しており、図１〜７と同様の段階および運転状態を示す。第一、第三発酵槽２−１、２−３におけるバイオガス生成は、第二発酵槽２−２が停止され再始動される間、継続的に行われる。
【００３７】
図９は、発酵槽２−２を停止する第一段階を示しており、第一段階において、コジェネレーションシステム１８からの二酸化炭素含有排ガスは、三分岐バルブ４８、排ガス経路２６、排ガスファン２７および第二パージガス入口２４−２を介して発酵槽２−２内に送り込まれる。第二バイオガス出口８−２は共通バイオガス経路１２に接続されているため、バイオガス／排ガス混合物はコジェネレーションシステム１８に供給される。
【００３８】
共通バイオガス経路１２の第一測定センサ３２によって検知されるメタン濃度が上側制限値を下回ったときに限り、制御装置３０によって第二バイオガス出口８−２のバルブ１０が閉じられ、第二バイオガス／排ガス経路要素４０−２および第二バイオガス／排ガス経路１６のバルブ１０が開けられる（図１０参照）。この第二発酵槽２−２を停止する第二段階において、バイオガス／排ガス混合物は排ガス燃焼部２２で燃焼される。この燃焼プロセスは必要に応じて燃料を追加することにより補助することが可能である。
【００３９】
共通バイオガス／排ガス経路４０の第四測定センサ５０によって検知されるメタン濃度が中間制限値を下回ったときには、制御装置３０によって第二バイオガス／排ガス経路１６のバルブ１０が閉じられ、第一バイオガス／排ガス経路１４のバルブ１０が開けられる（図１１参照）。この発酵槽２−２を停止する第三段階において、バイオガス／排ガス混合物は排ガス煙突２０から大気に放出される。
【００４０】
共通バイオガス／排ガス経路４０の第四測定センサ５０によって検知されるメタン濃度が下側制限値を下回ったときには、制御装置３０によって排ガス経路２６のバルブ１０が閉じられ、三分岐バルブ４８が適宜切り換えられ、外気経路２８のバルブ１０が開けられる（図１２参照）。この発酵槽２−２を停止する第四段階において、外気ファン２９は、外気経路２８およびパージガス入口２４を介して発酵槽２−２に外気を送り込む。排ガス／外気混合物は、第二バイオガス出口８−２、第二バイオガス／排ガス経路要素４０−２、共通バイオガス／排ガス経路４０、第一バイオガス／排ガス経路１４を通じて排ガス煙突２０から大気に放出される。このプロセスは必要に応じてファン３８によって補助することが可能である。
【００４１】
共通バイオガス／排ガス経路４０の第二測定センサ３４によって検知される二酸化炭素濃度が第一制限値を下回ったときには、制御装置３０によって外気経路２８のバルブ１０が閉じられ、外気ファン２９のスイッチが切られる（図１３参照）。また、投入・排出口が開けられる（図９〜１５では図示なし）。同時に、ファン３８によって外気が開けられた投入・排出口から共通バイオガス／排ガス経路４０に吸い込まれ、排ガス煙突２０から大気に放出される。これにより、発酵されたバイオマスに依然として含有される残留バイオガスが排出処理中の運転者に危険をもたらすことが防がれる。投入・排出に使用されるトラクタショベルの排気ガスもまた吸い出される。
【００４２】
生バイオマスが発酵槽２に再投入されると、投入・排出口は閉じられ、第二バイオガス／排ガス経路要素４０−２、共通バイオガス／排ガス経路４０および第一バイオガス／排ガス経路１４を介して第二バイオガス出口８−２と排ガス煙突２０との間の接続は保たれ、制御装置３０は排ガス経路２６のバルブ１０を開けコジェネレーションシステム１８の排気経路４４の三分岐バルブ４８を切り換えるため、二酸化炭素含有排ガスが発酵槽２−２に送り込まれる（図１４参照）。このプロセスは、共通バイオガス／排ガス経路４０の第二測定センサ３４によって検知される二酸化炭素濃度が第二制限値に達するか第二制限値を超えるまで継続される。
【００４３】
二酸化炭素濃度が第二制限値に達したときには、制御装置３０は排ガス経路２６のバルブ１０を閉じ、三分岐バルブ４８を切り換え、第二バイオガス／排ガス経路要素４０−２のバルブ１０を閉じ、第二バイオガス出口８−２のバルブ１０を開ける（図１５参照）。つまり、第二発酵槽２−２は再びバイオガス生成の段階に達しており、第二発酵槽２−２で生成されたバイオガスはバイオガス経路１２を介してコジェネレーションシステム１８に供給される。バイオガス出口８−２は、第四測定センサ５０によって検知されるメタン濃度が第四制限値に達して初めて共通バイオガス経路１２に接続される。なお、この第四制限値は上側制限値と等しい。
【００４４】
排ガス経路２６のバルブ１０は、その機能を三分岐バルブ４８に持たせることも可能であるため、省略してもよい。
【００４５】
バイオガス経路１２は、コジェネレーションシステム１８に直接接続するのではなく、ガス性状を改善するためにまずガス処理装置（図示せず）に接続してもよい。バイオガスは、性状が向上された後にコジェネレーションシステム１８に供給される。ガス処理装置からの排気ガス（排ガス）は、排ガス経路２６に送られてもよい。
【００４６】
以下に各制限値の数値例を示す。
メタン濃度：  上側制限値  ３０％〜５０％
中間制限値  １０％〜２０％
下側制限値  ０％〜３％
第四制限値  ３０％〜５０％
二酸化炭素濃度：  第一制限値  ０．５％〜２％
第二制限値  ５％〜１５％
【００４７】
排ガス経路２６における排ガス体積流量は、１５０〜１０００ｍ３／ｈであり、発酵槽の大きさと使用できる排ガスの量に応じる。外気経路２８の外気体積流量は、１０００〜５０００ｍ３／ｈである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおける運転状態を示す概略図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る発酵槽の概略図である。
【図９】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１０】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１１】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１２】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１３】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１４】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１５】本発明の第三実施形態に係るバイオガス装置の発酵槽を停止するプロセスおよび（再）始動するプロセスにおけるバイオガス装置の運転状態を示す概略図であって、バイオガス装置には三つの発酵槽が備えられている。
【符号の説明】
【００４９】
２    発酵槽
４    投入・排出口
６    バイオマス
８    バイオガス出口
１０  バルブ
１２  バイオガス経路
１４  第一バイオガス／排ガス経路
１６  第二バイオガス／排ガス経路
１８  コジェネレーションシステム、複合熱電力ユニット
２０  排ガス煙突
２２  排ガス燃焼部
２４  パージガス入口
２６  排ガス経路
２７  排ガスファン
２８  外気経路
２９  外気ファン
３０  制御装置
３２  第一測定センサ（メタン濃度）
３４  第二測定センサ（二酸化炭素濃度）
３６  第三測定センサ（体積流量）
３８  ファン
４０  共通バイオガス／排ガス経路
４０−１  第一バイオガス／排ガス経路要素
４０−２  第二バイオガス／排ガス経路要素
４０−３  第三バイオガス／排ガス経路要素
４２  共通パージガス入口
４４  排気経路
４６  第二排ガス煙突
４８  三分岐バルブ
５０  第四測定センサ（メタン濃度）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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