(57)【要約】      （修正有）【課題】発生した熱を蓄熱体に蓄え、輸送可能な蓄熱装置への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物を処理して発生するバイオガスを燃料とし生成された蒸気や、バイオガス発電に伴う排ガスなどを利用することで、バイオガスの一層の有効利用を図る蓄熱装置への蓄熱方法及び蓄熱システムを提供すること。【解決手段】固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物を嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料とするバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給することにより、前記蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法である。【選択図】図２
2007064614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項２】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項３】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項４】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項５】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることによるバイオガスの発生に伴う炭化物をさらに燃焼炉で燃焼させることにより発生する燃焼排ガスと前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項６】
前記熱交換媒体が、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく、前記蓄熱体と比重差によって分離して混合しないものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項７】
前記蓄熱体がエリスリトールであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項８】
前記蓄熱体に蓄熱させる場合、前記貯蔵容器に供給する熱交換媒体の温度が１２０〜１８０℃の範囲にあることを特徴とする請求項７記載の蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項９】
前記蓄熱体が糖アルコール類であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置への蓄熱方法。
【請求項１０】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項１１】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項１２】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と、前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項１３】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項１４】
固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることによるバイオガスの発生に伴う炭化物をさらに燃焼炉で燃焼させることにより発生する燃焼排ガスと前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項１５】
前記熱交換媒体が、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく、前記蓄熱体と比重差によって分離して混合しないものであることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項１６】
前記蓄熱体がエリスリトールであることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項１７】
前記蓄熱体に蓄熱させる場合、前記貯蔵容器に供給する熱交換媒体の温度が１２０〜１８０℃の範囲にあることを特徴とする請求項１６記載の蓄熱システム。
【請求項１８】
前記蓄熱体が糖アルコール類であることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発生した熱を蓄熱体に蓄え、トラックなどで離れた場所に熱を輸送可能な蓄熱装置に対して、有機性廃棄物を嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料とし生成された蒸気や、バイオガス発電に伴う排気ガスなどを利用して蓄熱を行うようにした、蓄熱装置への蓄熱方法及び蓄熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱源で発生する熱を一時的に蓄熱する蓄熱装置として、特許文献１（特開昭５８−１０４４９４号公報）に提案されたものが知られている。特許文献１の蓄熱装置は、蓄熱容器に、熱を蓄熱する蓄熱材と、蓄熱材よりも比重が小さく、蓄熱材と分離する熱媒体を収容している。蓄熱材は、融解することによって潜熱を蓄熱し、凝固することによって潜熱を放出するものである。蓄熱容器では、比重の相違から上部に熱媒体、下部に蓄熱材と互いに分離される。そして、熱源（例えば太陽熱、工場廃液、夜間電力など）で熱が供給された熱媒体を蓄熱容器の底部から供給すると、蓄熱材よりも比重が小さいため、蓄熱容器の上部に移動する。そして、かかる移動中に蓄熱材と直接接触することで、熱媒体に供給された熱が蓄熱材に伝わり、蓄熱されるようになる。
【０００３】
また、蓄熱された熱を利用する場合は、熱供給されていない熱媒体を蓄熱容器の底部から供給すると、蓄熱材よりも比重が小さいため、蓄熱容器の上部に移動する。そして、かかる移動中に蓄熱材と直接接触することで、蓄熱材に蓄熱されている熱が熱媒体に伝わり、熱媒体に熱が供給されるようになる。そして、かかる熱媒体を熱取出器に供給し、熱取出器において熱を回収することで、例えば、暖房機器のような外部機器において熱を利用することができるようになる。
【０００４】
ところで、近年、環境負荷の増大により、廃棄物のリサイクルやエネルギー回収などを推進する資源循環型社会システムへの転換が求められている。このため、生ごみなどの食品廃棄物、家畜糞尿、有機性廃水、下水汚泥、木質系廃棄物などの有機性廃棄物を処理してバイオガスを発生させて、バイオガス発電やバイオガス熱利用の導入が進められている。
【０００５】
しかしながら、バイオガス熱利用においては、食品廃棄物処理施設、下水処理施設などの有機性廃棄物処理施設の周辺にある病院、学校、農業用温室などの需要施設へ熱供給する場合、需要施設まで配管などを敷設しなければならず、需要施設へ熱供給は、ごく一部の処理施設に限定されている。その結果、バイオガスの発生を行う有機性廃棄物処理施設では、その発生熱の一部が余剰として捨てられており、バイオガスの一層の有効利用を図ることが望まれている。
【特許文献１】特開昭５８−１０４４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、発生した熱を蓄熱体に蓄え、トラックなどで離れた場所に熱を輸送可能な蓄熱装置への蓄熱のための熱源として、食品廃棄物、下水汚泥、木質系廃棄物などの有機性廃棄物を処理して発生するバイオガスを燃料とし生成された蒸気や、バイオガスを燃料として発電するバイオガス発電に伴う排ガスなどの排熱保有媒体を利用することで、バイオガスの一層の有効利用を図ることができるようにした、蓄熱装置への蓄熱方法及び蓄熱システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
請求項１の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法である。
【００１０】
請求項３の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法である。
【００１１】
請求項４の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法である。
【００１２】
請求項５の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱するに際し、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることによるバイオガスの発生に伴う炭化物をさらに燃焼炉で燃焼させることにより発生する燃焼排ガスと前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、前記貯蔵容器において前記熱供給された熱交換媒体と蓄熱体との間で熱交換することにより該蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱装置への蓄熱方法である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置への蓄熱方法において、前記熱交換媒体が、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく、前記蓄熱体と比重差によって分離して混合しないものであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置への蓄熱方法において、前記蓄熱体がエリスリトールであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７記載の蓄熱装置への蓄熱方法において、前記蓄熱体に蓄熱させる場合、前記貯蔵容器に供給する熱交換媒体の温度が１２０〜１８０℃の範囲にあることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置への蓄熱方法において、前記蓄熱体が糖アルコール類であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システムである。
【００１８】
請求項１１の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システムである。
【００１９】
請求項１２の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電に伴う排熱保有媒体と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システムである。
【００２０】
請求項１３の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気と前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システムである。
【００２１】
請求項１４の発明は、固体と液体との状態変化を利用して蓄熱する蓄熱体と前記蓄熱体と熱交換して前記状態変化を生じさせる熱交換媒体とを収容する貯蔵容器を有して、輸送可能な蓄熱装置と、有機性廃棄物処理施設に設置され、前記蓄熱装置の前記蓄熱体に蓄熱する際に、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることによるバイオガスの発生に伴う炭化物をさらに燃焼炉で燃焼させることにより発生する燃焼排ガスと前記貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することで該熱交換媒体に熱供給し、この熱供給された熱交換媒体を前記貯蔵容器に供給する熱交換器と、を備えたことを特徴とする蓄熱システムである。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の蓄熱システムにおいて、前記熱交換媒体が、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく、前記蓄熱体と比重差によって分離して混合しないものであることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１６の発明は、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の蓄熱システムにおいて、前記蓄熱体がエリスリトールであることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１７の発明は、請求項１６記載の蓄熱システムにおいて、前記蓄熱体に蓄熱させる場合、前記貯蔵容器に供給する熱交換媒体の温度が１２０〜１８０℃の範囲にあることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１８の発明は、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の蓄熱システムにおいて、前記蓄熱体が糖アルコール類であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の蓄熱装置への蓄熱方法、又は蓄熱システムは、発生した熱を蓄熱体に蓄え、トラックなどで離れた場所に熱を輸送可能な蓄熱装置への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させること、あるいはガス化炉でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として発電するバイオガス発電に伴う排ガスなどの排熱保有媒体を利用するようにしている。また、本発明の蓄熱装置への蓄熱方法、又は蓄熱システムは、発生した熱を蓄熱体に蓄え、トラックなどで離れた場所に熱を輸送可能な蓄熱装置への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させること、あるいはガス化炉でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気を利用するようにしている。また、本発明の蓄熱装置への蓄熱方法、又は蓄熱システムは、発生した熱を蓄熱体に蓄え、トラックなどで離れた場所に熱を輸送可能な蓄熱装置への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物をガス化炉内でガス化させることによるバイオガスの発生に伴う炭化物をさらに燃焼炉で燃焼させることにより発生する燃焼排ガスを利用するようにしている。
【００２７】
したがって、本発明の蓄熱装置への蓄熱方法、又は蓄熱システムによれば、有機性廃棄物処理施設においてエネルギー回収のために、発生熱の一部が余剰として捨てられることのないようバイオガスの一層の有効利用を図ることができるとともに、熱供給配管を敷設することなくトラックなどで移動可能な蓄熱装置による熱輸送により、食品廃棄物処理施設、下水処理施設、木質系廃棄物処理施設（バイオマス活用施設）などの前記有機性廃棄物処理施設でのバイオガスを燃料として発生する熱を、これら施設の周辺にある病院、学校、農業用温室などの需要施設で活用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２９】
図１は本発明による方法を実施する蓄熱システムを備えた食品廃棄物処理施設の構成を示すフロー図、図２は本発明に係る蓄熱装置を用いる熱輸送システムの全体概略図、図３は本発明に係る蓄熱装置の一構成例を示す概略図である。
【００３０】
図１に示すように、この食品廃棄物処理施設１００では、まず、パン、和菓子、豆腐などの生ごみ（食品廃棄物）は、袋に収容された状態で生ごみ破袋分別装置１０１に送られ、この生ごみ破袋分別装置１０１によって袋が取り除かれるともに、破袋された袋から取り出されて細かく破砕されてから、原料槽１０２を経て嫌気性発酵槽としてのメタン発酵槽１０３に投入される。
【００３１】
メタン発酵槽１０３に投入された生ごみは、加温装置によって発酵に最適な温度に調整され、この実施形態では湿式高温発酵（約５５℃）にてバイオガスを発生させる。メタン発酵槽１０３からのバイオガスは、脱硫塔１０６で硫化水素が除去された後、ガスホルダー１０７に蓄えられる。ガスホルダー１０７には、メタン約６０％、二酸化炭素約４０％の混合ガスであるバイオガスが蓄えられる。
【００３２】
一方、メタン発酵槽１０３からの消化液は、排水処理設備１０４にて浄化されてから、処理水として放流される。そして、この排水処理設備１０４で発生する余剰汚泥は、汚泥可溶化槽１０５に導かれ、汚泥可溶化槽１０５において６０〜７０℃で活性化する好熱菌で可溶化される。この汚泥可溶化槽１０５からの可溶化液（可溶化された汚泥）の一部をメタン発酵槽１０３に戻すことにより、メタン発酵槽１０３でのバイオガス発生量を増加させることができるとともに、排水処理設備１０４で発生する汚泥量を大幅に減らすことができる。
【００３３】
さて、前記ガスホルダー１０７からのバイオガスは、ボイラー１０８に燃料として供給される。このボイラー１０８で生成された蒸気は、蒸気ヘッダー１０９を経て食品廃棄物処理施設１００内で使用される。
【００３４】
また、ガスホルダー１０７からのバイオガスは、発電機１１１を駆動するためのガスエンジン１１０に燃料として供給される。発電機１１１による電力は、この食品廃棄物処理施設１００内で使用される。なお、余剰電力については売電される。そして、ガスエンジン１１０の排ガスが排熱回収ボイラー１１２に導かれ、排熱回収ボイラー１１２でつくられた温水は、温水ヘッダー１１３を経て送られて、メタン発酵槽１０３及び汚泥可溶化槽１０５にて加温用として利用される。
【００３５】
そして、１は後述の蓄熱体及び熱交換媒体を収容する貯蔵容器を有して輸送可能な蓄熱装置であり、１０Ａ１は蓄熱装置１への蓄熱のために備えられた熱交換器である。熱交換器１０Ａ１は、前記ボイラー１０８の蒸気ヘッダー１０９からの蒸気と、蓄熱装置１から取り込む熱交換媒体との間で熱交換することにより、熱交換媒体に熱供給するためのものである。蓄熱装置１と熱交換器１０Ａ１は、蓄熱システムを構成している。
【００３６】
図２に示すように、蓄熱装置１は、トラックなどの輸送機４００により、前記食品廃棄物処理施設１００、あるいは後述する下水処理施設２００や木質系廃棄物処理施設３００と、地元地域の需要施設（熱需要施設）５００との間を輸送されるようになっている。需要施設５００は、農業・水産業施設（ガラス温室（冷房・暖房）、水産養殖用水槽（暖房））や、給湯・冷暖房向け地元大型施設（病院、学校、温水プールなど）等であり、食品廃棄物処理施設１００からトラックなどで輸送されてきた蓄熱装置１に蓄えられた熱が、需要施設側の熱交換器を介して需要施設５００内の冷暖房装置や給湯器などの温調設備に用いられる。
【００３７】
蓄熱装置１は、図３に示すように、油３（熱交換媒体）とエリスリトール４（蓄熱体）とが収容された貯蔵容器２と、供給管５と、排出管６とを備えている。貯蔵容器２に収容された油３とエリスリトール４とは互いに混合せず、油３がエリスリトール４よりも比重が小さいため、貯蔵容器２内では、上層に油３、下層にエリスリトール４が互いに分離して収容されるようになっている。
【００３８】
油３は、食品廃棄物処理施設１００側の熱交換器（この場合、図１における符号１０Ａ１）において熱を取り込み、エリスリトール４との直接接触により熱交換してエリスリトール４に蓄熱したり、需要施設５００側の熱交換器においてエリスリトール４に蓄熱されている熱を他の機器に利用するために回収（放熱）したりする際に用いる熱交換媒体である。油３は、例えば、不燃性の機械油であり、貯蔵容器２の下層部分に水平に配設されている供給管５からエリスリトール４内に排出されると、比重がエリスリトール４よりも小さいため、上層の油３まで上昇し、油３に取り込まれるようになっている。この上昇中に、エリスリトール４との直接接触により、油３とエリスリトール４との間で熱交換が行われるようになっている。
【００３９】
エリスリトール４は、油３と直接接触することで、油３と熱交換する。具体的には、エリスリトール４の融点は約１１９℃であり、平時（室温状態）では固体となっている。そして、熱交換器１０Ａ１からの油３から直接接触により熱が伝導されることにより、固体から液体に状態変化し、液体状態のときに蓄熱されるようになっている。エリスリトール４は、人工甘味量として普及しており、融解潜熱が大きく、融点が前記のように約１１９℃と高いため、安全性が高い蓄熱体として好適に用いることができるものである。
【００４０】
供給管５は、油３が流通する配管であり、貯蔵容器２における収容されたエリスリトール４が位置する下層部分に水平に貫設されている。また、供給管５は、図示しない排出孔が設けられており、かかる排出孔から供給管５の油３がエリスリトール４内に排出されるようになっている。なお、この排出孔は、供給管５の鉛直下方向に開口するように設けられている。これにより、エリスリトール４は油３よりも比重が大きいため、排出孔から排出される油３を押しのけて、エリスリトール４が供給管５内に浸入することがなく、供給管５の内部でエリスリトール４が固まって詰まるなどを防止することができるようになっている。また、供給管５は接続口５ａを有しており、接続口５ａは、熱交換器１０Ａ１の接続管１１と着脱可能に接続されている。
【００４１】
排出管６は、油３が流通する配管であり、貯蔵容器２における収容された油３が位置する上層部分に水平に貫設されている。そして、供給管５と同様、排出管６の接続口６ａが、熱交換器１０Ａ１の接続管１２と着脱可能に接続されている。これにより、ポンプ７が作動することで、油３が供給管５及び排出管６を流通し、貯蔵容器２と熱交換器１０Ａ１との間を循環するようになっている。
【００４２】
なお、蓄熱体としてエリスリトール４を用いる場合、エリスリトール４に供給する油３（熱交換媒体）の温度が１２０〜１８０℃の範囲にあることがよい。油３の温度が１２０℃よりも低いと、エリスリトール４の加熱・融解時間が長くなり、一方、１８０℃を超えると、エリスリトール４に熱供給した後でもエリスリトール４の融解温度域以上の高温状態にあり、エリスリトール４の融解から凝固への状態変化に支障をきたすおそれがあり、いずれの場合も短時間で効率のよい蓄熱輸送を行えなくなる。
【００４３】
次に、蓄熱装置１への蓄熱方法について説明する。バイオガスが燃料として供給される前記ボイラー１０８の蒸気ヘッダー１０９からの蒸気が、熱交換器１０Ａ１に取り込まれる一方、貯蔵容器２内の油３が排出管６を介してこの熱交換器１０Ａ１に取り込まれる。そして、熱交換器１０Ａ１内において、蒸気ヘッダー１０９からの蒸気の熱が貯蔵容器２からの油３に互いの配管の壁を介して間接的に伝導され、油３は１２０〜１８０℃の範囲に加熱される。この熱供給された油３が供給管５を介して貯蔵容器２に戻される。また、熱が取り除かれた蒸気は、配管を介して排気される。
【００４４】
熱交換器１０Ａ１からの油３が供給管５の排出孔から排出されて、直接接触によりエリスリトール４に熱が伝導されることにより、エリスリトール４は、徐々に固体から液体へと状態変化していく。エリスリトール４が液体状態となると、油３の比重がエリスリトール４よりも小さいため、上層の油３まで上昇して取り込まれる。油３は上昇しながらエリスリトール４に熱を伝導している。このようにして、エリスリトール４に蓄熱することができる。
【００４５】
この蓄熱された蓄熱装置１は、トラックなどの輸送機４００により、食品廃棄物処理施設１００から地元地域の需要施設５００へ輸送される。需要施設５００側においては、蓄熱されて液体状態となっているエリスリトール４から熱を取り出すことが可能である。蓄熱装置１の供給管５と排出管６とが需要施設５００側の熱交換器に着脱可能に接続され、さらに、この熱交換器には、気体又は液体を取り込む配管と、加熱された気体又は液体を需要施設５００の温調設備に供給する配管とが接続されている。
【００４６】
そして、需要施設５００側の熱交換器は、蓄熱されているエリスリトール４内に供給管５から油３を排出する。排出された油３は、上昇しながら直接接触によりエリスリトール４から熱が伝導される。これにより、上層の油３に熱が供給され、排出管６から需要施設５００側の熱交換器に取り込まれる。一方で、この熱交換器には気体又は水などの液体が取り込まれる。そして、熱を帯びた油３から気体又は液体に熱が伝導される。この熱伝導された気体又は液体は、配管を通り需要施設５００の温調設備に供給される。このようにして、エリスリトール４に蓄えられている熱を取り出すことができる。
【００４７】
エリスリトール４の融点は約１１９℃であるので、高い温度域での熱源としての利用が可能であり、需要施設５００で輸送した熱を暖房／給湯用として使用するだけでなく、吸収式冷凍機の熱源として利用できることにより冷房用にも使用することができる。
【００４８】
このように、蓄熱装置１への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物である生ごみなどの食品廃棄物をメタン発酵槽１０３内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガスを燃料として生成された蒸気を利用するようにしている。したがって、発生熱の一部が余剰として捨てられることのないようバイオガスの一層の有効利用を図ることができるとともに、トラックなどで移動可能な蓄熱装置１による熱輸送により、食品廃棄物処理施設１００でのバイオガスを燃料として発生する熱を、その周辺にある病院、学校、農業用温室などの需要施設５００で活用することが可能で、環境負荷の増大に対応するための資源循環型社会システムの構築に寄与することができる。
【００４９】
なお、図１に示す実施形態では、食品廃棄物処理施設１００において、蓄熱装置１への蓄熱のための熱源として、バイオガスを燃料とするボイラー１０８で生成される蒸気を利用する例について説明したが、バイオガスを燃料として発電するバイオガス発電に伴う排熱保有媒体を利用するようにしてもよい。
【００５０】
すなわち、図１に想像線で示すように、ガスエンジン１１０からバイオガス発電に伴う排熱保有媒体としての排ガスを熱交換器１０Ａ２に導くようにし、この排ガスと蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。この場合、蓄熱装置１と熱交換器１０Ａ２は、蓄熱システムを構成している。また、図１に想像線で示すように、ガスエンジン１１０の排ガスが供給される前記排熱回収ボイラー１１２にて生成されるバイオガス発電に伴う排熱保有媒体としての蒸気を、蒸気ヘッダー１１４を経て熱交換器１０Ａ３に導くようにし、この蒸気と蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。この場合、蓄熱装置１と熱交換器１０Ａ３は、蓄熱システムを構成している。
【００５１】
図４は本発明による方法を実施する蓄熱システムを備えた下水処理施設の構成を示すフロー図である。
【００５２】
図４に示すように、この下水処理施設２００では、流入汚水（流入下水）は、図示しない沈殿池と調整池を経て最初沈殿池２０１に送られ、最初沈殿池２０１では沈殿しやすい浮遊物が生汚泥として底に沈殿する。次いで、生物反応槽２０２では、最初沈殿池２０１からの汚水に活性汚泥を加え、空気を吹き込み、微生物の働きで汚れが分解される（標準活性汚泥法）。次の最終沈殿池２０３では、活性汚泥が底に沈み、清浄な上澄み水が処理水として放流水路へ放流される。
【００５３】
一方、最初沈殿池２０１から抜き出された生汚泥と最終沈殿池２０３から抜き出された余剰汚泥は、高濃度濃縮機２０４によって固形分濃度約１５％程度に濃縮された後、汚泥可溶化装置２０５に送られる。汚泥可溶化装置２０５では、蒸気を用いて高温・高圧（例えば、１６５℃，０．６ＭＰａＧ）の状態下で汚泥内の細胞壁を破壊し、汚泥を可溶化状態にする。この可溶化汚泥が嫌気性発酵槽としての消化槽２０６に供給され、消化槽２０６において湿式中温発酵（約３９℃）にて可溶化汚泥を分解してバイオガス（消化ガス）を発生させる。そして、消化槽２０６からの消化汚泥は、脱水機２０７によって脱水される。この脱水汚泥は、トラックにて処理場へ搬出される。
【００５４】
ここで、汚泥可溶化装置２０５にて蒸気を用いて可溶化状態にした可溶化汚泥を消化槽２０６に供給するようにしているので、消化槽２０６での生物分解性が高まり、可溶化処理しない場合に比べてバイオガス発生量が増えるとともに、汚泥中の有機物量が減少し、固形物量が減少する。また、この消化槽２０６での固形物量低減、脱水機２０７での汚泥含水率低減により、可溶化処理しない場合に比べて脱水汚泥量を半減することが可能である。
【００５５】
さて、消化槽２０６からのバイオガスは、脱硫塔２０８で硫化水素が除去された後、ガスホルダー２０９に蓄えられる。そして、ガスホルダー２０９からのバイオガスは、ボイラー２１０に燃料として供給される。このボイラー２１０でつくられた蒸気は、蒸気ヘッダー２１１を経て送られて消化槽２０６の加温用に使用されるとともに、汚泥可溶化装置２０５に供給されて、汚泥を可溶化状態にするのに用いられるようになっている。
【００５６】
また、ガスホルダー２０９からのバイオガスは、発電機２１３を駆動するためのガスエンジン２１２に燃料として供給される。発電機２１３による電力は、この下水処理施設２００内で使用される。そして、ガスエンジン２１２の排ガスが排熱回収ボイラー２１４に導かれ、排熱回収ボイラー２１４でつくられた温水は、温水ヘッダー２１５を経て施設２００内で利用される。
【００５７】
また、ガスエンジン２１２からの排ガスが熱交換器１０Ｂ２に導かれて、熱交換器１０Ｂ２においてこの排ガスと蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱される。蓄熱装置１と熱交換器１０Ｂ２は、蓄熱システムを構成している。
【００５８】
このように、蓄熱装置１への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物である下水汚泥を消化槽２０６内で嫌気性発酵させることにより発生するバイオガス（消化ガス）を燃料として発電を行うバイオガス発電での排ガスを利用するようにしている。したがって、発生熱の一部が余剰として捨てられることのないようバイオガスの一層の有効利用を図ることができるとともに、トラックなどで移動可能な蓄熱装置１による熱輸送により、下水処理施設２００でのバイオガスを燃料として発生する熱を、その周辺にある病院、学校、農業用温室などの需要施設５００で活用することが可能で、環境負荷の増大に対応するための資源循環型社会システムの構築に寄与することができる。
【００５９】
なお、図４に示す実施形態では、下水処理施設２００において、蓄熱装置１への蓄熱のための熱源として、バイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電での排ガスを利用する例について説明したが、次のようにしてもよい。
【００６０】
すなわち、図４に想像線で示すように、ガスエンジン２１２の排ガスが供給される前記排熱回収ボイラー２１４にて生成されるバイオガス発電に伴う排熱保有媒体としての蒸気を、蒸気ヘッダー２１６を経て熱交換器１０Ｂ３に導くようにし、この蒸気と蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。この場合、蓄熱装置１と熱交換器１０Ｂ３は、蓄熱システムを構成している。また、図４に想像線で示すように、バイオガスを燃料とするボイラー２１０で生成される蒸気を、蒸気ヘッダー２１１を経て熱交換器１０Ｂ１に導くようにし、この蒸気と蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。この場合、蓄熱装置１と熱交換器１０Ｂ１は、蓄熱システムを構成している。
【００６１】
図５は本発明による方法を実施する蓄熱システムを備えた木質系廃棄物処理施設の構成を示すフロー図である。
【００６２】
図５に示すように、この木質系廃棄物処理施設３００において、廃木材、間伐材、製材工場からの木材チップなどの木質系廃棄物は、廃棄物受入供給設備３０１にてガス化されやすい性状に調整されてから、ガス化炉３０２に供給される。ガス化炉３０２は、気泡流動層炉、循環流動層炉、キルン炉、固定床炉などのいずれかで構成されており、例えば、気泡流動層炉や循環流動層炉では、空気、酸素、水蒸気、又はこれらの混合気体により、炉内温度が４００〜１０００℃で木質系廃棄物をガス化してバイオガスを発生させる。キルン炉の場合は、低酸素雰囲気下の炉内温度が４００〜１０００℃で木質系廃棄物をガス化してバイオガスを発生させる。
【００６３】
ここで、ガス化炉３０２では、ガス化の条件により、残存炭化物が発生する。そこで、この残存炭化物については、燃焼炉３０３で燃焼処理するようにしている。
【００６４】
さて、ガス化炉３０２からのバイオガスは、脱硫塔３０４で硫化水素が除去された後、ガスホルダー３０５に蓄えられる。そして、ガスホルダー３０５からのバイオガスは、ボイラー３０６に燃料として供給される。このボイラー３０６でつくられた蒸気は、木質系廃棄物処理設備３００内で使用される。
【００６５】
また、ガスホルダー３０５からのバイオガスは、発電機３０９を駆動するためのガスエンジン３０８に燃料として供給される。発電機３０９による電力は、この木質系廃棄物処理施設３００内で使用される。なお、余剰電力については売電される。そして、ガスエンジン３０８の排ガスが排熱回収ボイラー３１０に導かれ、排熱回収ボイラー３１０でつくられた温水は、施設３００内で利用される。
【００６６】
また、ガスエンジン３０８からの排ガスが熱交換器１０Ｃ２に導かれて、熱交換器１０Ｃ２においてこの排ガスと蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱される。蓄熱装置１と熱交換器１０Ｃ２は、蓄熱システムを構成している。
【００６７】
このように、蓄熱装置１への蓄熱のための熱源として、有機性廃棄物である木質系廃棄物をガス化炉３０２内でガス化させることにより発生するバイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電での排ガスを利用するようにしている。したがって、発生熱の一部が余剰として捨てられることのないようバイオガスの一層の有効利用を図ることができるとともに、トラックなどで移動可能な蓄熱装置１による熱輸送により、木質系廃棄物処理施設３００でのバイオガスを燃料として発生する熱を、その周辺にある病院、学校、農業用温室などの需要施設５００で活用することが可能で、環境負荷の増大に対応するための資源循環型社会システムの構築に寄与することができる。
【００６８】
なお、図５に示す実施形態では、木質系廃棄物処理設備施設３００において、蓄熱装置１への蓄熱のための熱源として、バイオガスを燃料として発電を行うバイオガス発電での排ガスを利用する例について説明したが、次のようにしてもよい。
【００６９】
すなわち、図５に想像線で示すように、ガスエンジン３０８の排ガスが供給される排熱回収ボイラー３１０にて生成されるバイオガス発電に伴う排熱保有媒体としての蒸気を、蒸気ヘッダー３１２を経て熱交換器１０Ｃ３に導くようにし、この蒸気と蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。この場合、蓄熱装置１と熱交換器１０Ｃ３は、蓄熱システムを構成している。また、図５に想像線で示すように、バイオガスを燃料とするボイラー３０６で生成される蒸気を、蒸気ヘッダー３０７を経て熱交換器１０Ｃ１に導くようにし、この蒸気と蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。この場合、蓄熱装置１と熱交換器１０Ｃ１は、蓄熱システムを構成している。
【００７０】
また、図５に想像線で示すように、燃焼炉３０４からの燃焼排ガスを熱交換器１０Ｃ４に導くようにし、この燃焼排ガスと蓄熱装置１からの油３との間で熱交換することにより、蓄熱装置１のエリスリトール４に蓄熱するようにしてもよい。このようにすれば、従来は未利用であった燃焼炉３０４の燃焼排ガスの持つ熱量を有効利用することが可能となる。蓄熱装置１と熱交換器１０Ｃ４は、蓄熱システムを構成している。
【００７１】
なお、本発明は、蓄熱体として、前記の実施形態において用いたエリスリトールの他、糖アルコール類であるところの、キシリトール（Ｃ５Ｈ１２Ｏ５）、Ｄ−マンニトール（Ｃ６Ｈ１４Ｏ６）又はガラクチトール（Ｃ６Ｈ１４Ｏ６）を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明による方法を実施する蓄熱システムを備えた食品廃棄物処理施設の構成を示すフロー図である。
【図２】本発明に係る蓄熱装置を用いる熱輸送システムの全体概略図である。
【図３】本発明に係る蓄熱装置の一構成例を示す概略図である。
【図４】本発明による方法を実施する蓄熱システムを備えた下水処理施設の構成を示すフロー図である。
【図５】本発明による方法を実施する蓄熱システムを備えた木質系廃棄物処理施設の構成を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…蓄熱装置
２…貯蔵容器
３…油
４…エリスリトール
５…供給管
６…排出管
７…ポンプ
１０Ａ１〜１０Ａ３，１０Ｂ１〜１０Ｂ３，１０Ｃ１〜１０Ｃ４…熱交換器
１００…食品廃棄物処理施設
１０１…生ごみ破袋分別装置
１０３…メタン発酵槽
１０４…排水処理設備
１０５…汚泥可溶化槽
１０６，２０８，３０４…脱硫塔
１０７，２０９，３０５…ガスホルダー
１０８，２１０，３０６…ボイラー
１１０，２１３，３０８…ガスエンジン
１１１，２１４，３０９…発電機
１１２，２１５，３１０…排熱回収ボイラー
２００…下水処理施設
２０１…最初沈殿池
２０２…生物反応槽
２０３…最終沈殿池
２０４…高濃度濃縮機
２０５…汚泥可溶化装置
２０６…消化槽
３００…木質系廃棄物処理施設
３０２…ガス化炉
３０３…燃焼炉
４００…輸送機（トラック）
５００…需要施設
【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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