【手続補正書】
【提出日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスをメタン化するためのバイオリアクタであって、
フラップドア（１４）により気密式に封止可能な、バイオマスを収容する発酵タンク（２；２００）と、
タンク壁面に備えられるパネル状暖房装置（２０）と、
バイオガス排出ポート（１８）と、
浸出液排出装置（２２）とを有しているバイオリアクタにおいて、
前記発酵タンク（２；２００）が、一種の鉄筋コンクリート製プレハブガレージのように構成され、
前記パネル状暖房装置（２０）が、前記発酵タンク（２；２００）の底板（４）に配置されていることを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオリアクタにおいて、前記フラップドア（１４）の周縁部領域に流体、特に空気により膨張できるようになっている、全周にわたって延びるシールホース（１３０）が備えられることを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のバイオリアクタにおいて、前記フラップドア（１４）が、同フラップドア（１４）が閉じた状態にあるときに位置する平面において、前記発酵タンク（２；２００）の内寸よりも小さい外寸を有しており、これにより前記タンク壁面（４，６，８，１０；２０８）が同フラップドア（１４）を越えて突出することを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオリアクタにおいて、前記フラップドア（１４）が油圧装置（１６）により作動可能であることを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のバイオリアクタにおいて、前記発酵タンク（２；２００）が、四つの側壁（６，８，１２，１４）と、前記底板（４）と、天板（１０；２０４）とを有する立方体または直方体であり、また前記フラップドア（１４）が、前記発酵タンク（２；２００）の一つの壁面、望ましくは直立した一つの側壁を形成することを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項６】
請求項５に記載のバイオリアクタにおいて、前記発酵タンク（２００）の前記天板が、複数のリフトシリンダ（２０２）、望ましくは差動シリンダにより、上昇および下降可能な蓋（２０４）として構成されることを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一項に記載のバイオリアクタにおいて、前記発酵タンクが円筒形状を有しており、また前記フラップドアが、円筒の一方の端面を覆い隠す円形の蓋の形状を有していることを特徴とするバイオリアクタ。
【請求項８】
熱エネルギ、電気エネルギ、または機械的エネルギを発生するバイオガスプラントであって、
バイオマスからバイオガスを発生する、請求項１から７のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバイオリアクタ（２；２００）と、
熱エネルギ、電気エネルギ、または機械的エネルギを発生するバイオガス消費装置（３０）と、
少なくとも一つの前記バイオリアクタ（２，２００）からバイオガスを前記バイオガス消費装置（３０）に送るためのバイオガス経路（３２）とを有するバイオガスプラント。
【請求項９】
請求項８に記載のバイオガスプラントにおいて、
前記バイオガス経路（３２）に配置される、バイオガス流量を調節する弁機構（３４）と、
少なくとも一つの前記バイオリアクタ（２−ｉ）内の圧力と周囲圧力との差圧を検出する差圧検出機構（４４）と、
前記差圧検出機構（４４）で検出される差圧が所定の制御範囲内に位置するように、バイオガスの消費量を制御するバイオガス消費制御装置（４６）とを有することを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１０】
請求項９に記載のバイオガスプラントにおいて、前記差圧の制御範囲が正値であることを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１１】
請求項８から１０の少なくともいずれか一項に記載のバイオガスプラントにおいて、
少なくとも一つの前記バイオリアクタ（２−ｉ）内の酸素分圧を検出する分圧測定装置（５０）と、
前記バイオガス消費装置（３０）から前記少なくとも一つのバイオリアクタ（２−ｉ）に排出ガスを供給する排出ガス掃気経路（５４）と、
前記排出ガス掃気経路（５４）を各バイオリアクタ（２−ｉ）に接続するとともに、各バイオリアクタ（２−ｉ）をその周囲に連通する、各バイオリアクタ（２−ｉ）用の弁機構（５８−ｉ，６０−ｉ）と、
各バイオリアクタ（２−ｉ）内の酸素分圧がある所定の値を上回ると、前記弁機構（５８−ｉ，６０−ｉ）を作動させて、各バイオリアクタ（２−ｉ）を溢れさす制御装置（５２）とを有することを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバイオガスプラントにおいて、前記各バイオリアクタ（２−ｉ）用の前記弁機構（５８−ｉ，６０−ｉ）が、前記排出ガス掃気経路（５４）内に設けられた遮断弁（５８−ｉ）と、前記周囲に連通するための掃気弁（６０−ｉ）とから成る一対のバルブであることを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか一項に記載のバイオガスプラントにおいて、
浸出液排出装置（２２）と、
前記浸出液排出装置（２２）により集められる浸出液を少なくとも一つの前記バイオリアクタ（２−ｉ）に還流する浸出液戻し管（２８，７４）と、
前記浸出液排出装置（２２）により集められる浸出液の有意な各種パラメータを検出する測定装置（７２）と、
前記測定装置（７２）により検出される前記各種パラメータに応じて、前記浸出液戻し管（７４）に各種添加剤を供給する混入装置（７０）とを有することを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１４】
請求項１３に記載のバイオガスプラントにおいて、前記浸出液測定装置（７２）が浸出液のｐＨ値を測定し、浸出液のｐＨ値が所定値を下回ると、前記混入装置（７０）がアルカリ性溶液、特に消石灰または石灰乳を供給するように構成されることを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のバイオガスプラントにおいて、前記混入装置（７０）が、前記各バイオリアクタ（２−ｉ）内の活性バクテリア用の栄養分、特に乳糖を供給するように構成されることを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１６】
請求項８から１５のいずれか一項に記載のバイオガスプラントにおいて、複数のバイオガス消費装置（３０）が設けられることを特徴とするバイオガスプラント。
【請求項１７】
請求項８から１６のいずれか一項に記載のバイオガスプラントの制御方法であって、
ａ）各バイオリアクタ（２−ｉ）内の圧力と周囲圧力との差圧を監視する工程と、
ｂ）前記監視される差圧が、ある所定の圧力範囲内に留まるように、前記バイオガス消費装置（３０）により消費されるバイオガス量を制御する工程とを有する方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記バイオガス消費装置（３０）により消費されるバイオガス量の制御を、前記バイオガス経路（３２）のバイオガス流量を変えることにより行うことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１１から１６のいずれか一項に記載のバイオガスプラントの制御方法であって、
ａ）前記各バイオガスリアクタ（２−ｉ）内の酸素分圧を個別に監視する工程と、
ｂ）酸素分圧がある所定の閾値を上回るときに、前記バイオガス経路（３２）から前記各バイオリアクタ（２−ｉ）を遮断する工程と、
ｃ）前記各バイオリアクタ（２−ｉ）を、前記バイオガス消費装置（３０）からの排出ガスで溢れさす工程と、
ｄ）前記各バイオリアクタ（２−ｉ）を開放する工程とを有する方法。
【請求項２０】
請求項１３から１６に記載のバイオガスプラントの制御方法であって、
ａ）前記バイオリアクタ（２−ｉ）から排出される浸出液の有意な各種パラメータを監視する工程と、
ｂ）前記検出される有意な各種パラメータに応じて、各種添加剤を混入する工程と、
ｃ）前記バイオリアクタ（２−ｉ）に、混合物を浸出液として還流する工程とを有する方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、ある所定のｐＨ値を上回る場合、前記バイオリアクタ（２−ｉ）内に還流する前に、前記浸出液に消石灰または石灰乳を添加することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載の方法において、前記バイオリアクタ（２−ｉ）内に還流する前に、前記浸出液に各種栄養分を、特に乳糖および／またはメタン生成菌の形で添加することを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
請求項１によるバイオリアクタは、非常に簡単な構造を有している。充分大型に構成される気密式に封止可能なフラップドアにより、バイオマスのタンク内への装填が容易になると同時に、メタン化の後には余ったバイオマスを再び簡単に取り出すことができる。メタン化に必要な温度は、タンク壁面に備えられるパネル状の加熱装置によりもたらされる。これ以外にも、加熱装置の制御を通じて、ガス化プロセスに影響を与えることができる。浸出液排出装置により排出される浸出液は、必要に応じて精製した後に、再び発酵タンクに送られる。
また、請求項１によるバイオリアクタでは、発酵タンクが一種の鉄筋コンクリート製プレハブガレージのように構成されている。この「プレハブガレージ」の開口側は、フラップドアにより気密式に封止される。これにより、極めて低コストの構造が得られる。さらに、請求項１によるバイオリアクタでは、暖かいガスが上昇することから、加熱装置が一種のフロアヒータのように発酵タンクの底板に組み込まれており、これにより発酵タンク内のバイオマスの均一な加熱が達成される。これに加えて、またはその代わりに、加熱装置はそれ以外のタンク壁面に組み込まれてもかまわない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項８では、本発明によるバイオリアクタが、バイオガスプラントに装備される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項９では、特にバイオリアクタ内で発生されるバイオガスの中間貯蔵を不要とする、本発明によるバイオリアクタがバイオガスプラントに装備される。これは請求項１７の制御方法により実現される。たとえばブロックタイプの火力発電所や燃焼ボイラや燃料電池などのバイオガス消費装置が、様々な負荷領域で稼動されることによって、その時々に発生するバイオガスだけが消費されるようになる。したがって、発生したバイオガスの中間貯蔵装置が不要となる。バイオリアクタからバイオガス消費装置へのバイオガスの供給は、差圧検出機構とバイオガス消費制御装置とにより、それぞれのバイオガスリアクタ内の圧力と周囲圧力との差圧が、ある一定の圧力範囲内になるように制御される。バイオリアクタ内のガス圧と周囲圧力間の差圧が上昇すると、より多くのバイオガスがバイオガス消費装置に供給されるため、バイオガス消費装置は、より高出力で熱エネルギ、電気エネルギ、または機械的エネルギを発生する。差圧が低下すると、バイオガス消費装置へのバイオガス供給が絞られ、これに伴いバイオガス消費装置は低出力で稼動される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項１１によるバイオガスプラントも同様に、一段と優れた安全性を特徴としている。これは請求項１９の制御方法により達成される。バイオガスリアクタに漏れが生じると、バイオリアクタ内に、簡単に着火する爆発性の、バイオガスと酸素の混合物が生成される。このため火花放電、たばこ、または静電気により、重大な爆発を来たす場合がある。請求項１３によるバイオガスプラントでは、それぞれのバイオリアクタ内の酸素分圧が計測ないしは連続監視されるようになっている。それぞれのバイオリアクタ内の酸素分圧が一定値を上回れば、漏れが発生し、酸素が侵入したと想定される。この危険な状態を防止するために、酸素分圧がある閾値を上回ると、そのバイオリアクタが、バイオガス経路から遮断されるようになっている。これと同時に、バイオガス消費装置から、排出ガス、すなわち実質的にＣＯ2が排出ガス掃気経路を通して、酸素分圧が一段と高くなっているバイオリアクタ内に導入されるとともに、このバイオリアクタの掃気弁が開かれることによって、このバイオリアクタ内に存在するガスがバイオリアクタから逃れられるようになり、最終的にはほぼ二酸化炭素だけがバイオリアクタ内に残っているようになる。漏れが想定されるそれぞれのバイオリアクタに二酸化炭素ないしは排出ガスが溢れることによって、爆発の危険性なくしてバイオリアクタを開放し、引き続いてこれを修復することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項１３によるバイオガスプラントは、高い作動信頼性を特徴としている。これは、それぞれのバイオリアクタから流出する浸出液に、その時々の組成に応じて各種添加剤を、その添加剤が還流してしまう前に添加することによって達成される。これにより、バイオリアクタ内のガス化反応にプラスの影響を与えることができる。たとえば流出した浸出液のｐＨ値を還流の前に検出して、ｐＨ値が低過ぎる場合は、アルカリ性溶液、特に消石灰または石灰乳を適切量だけ添加してやればよい（請求項１４）。これ以外にも浸出液の、たとえば組成や固形物含有率などの有意な各種パラメータの測定を通じて、バイオリアクタ内の発酵プロセスに関し何らかの推論を引き出すことができる。発酵プロセスに関与するバクテリアのための栄養分として、各種添加剤、たとえば乳糖を混合することによって発酵プロセスにプラスの影響を与え、バイオガスの歩留まりを向上することができる（請求項１５、および１９から２２）。