(57)【要約】【課題】  生成効率が高く、操作性や整備性に優れた簡易なメタンガスの回収装置を提供する。【解決手段】  水を加えた有機系廃棄物が導入される供給部１２ｃが設けられ、内部が気密状態に保持可能な構造を有するとともに、上部に気密状態を解除可能な開閉弁を介して排気管２４が接続され、かつ底部に廃棄物の移送管２３が接続された溶解槽２と、底部と下部側壁とが一体化された有底筒状の下部本体３１および天井部３３ａと筒状の上部側壁３３ｂとが一体化されて下方に開口する上部本体３３を有し、上部側壁が下部側壁内に対向配置された状態で上部本体が下部本体に対して上下方向に移動自在に設けられ、かつ下部本体に有機系廃棄物を供給する移送管２３が接続された発酵槽３と、この発酵槽内に配設された上記生成したメタンガスを排出するガス管４とにより概略構成した。移送管を、下流側に向けて漸次下方に向けて傾斜して配管した。【選択図】  図２
2007000834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加えた家畜糞尿、生ゴミ等の微生物の混在する有機系廃棄物が導入される供給部が設けられ、内部が気密状態に保持可能な構造を有するとともに、上部に上記気密状態を解除可能な開閉弁を介して排気管が接続され、かつ底部に上記有機系廃棄物を移送する移送管が接続されてなる、上記有機系廃棄物を微生物により溶解させることにより炭酸ガスや水素等の気体を発生させる溶解槽と、
底部と下部側壁とが一体化された有底筒状の下部本体および天井部と筒状の上部側壁とが一体化されて下方に開口する上部本体を有し、上記上部側壁が下部側壁内に対向配置された状態で上記上部本体が下部本体に対して上下方向に移動自在に設けられ、かつ上記下部本体に上記移送管の他端部が接続されてなる、上記有機系廃棄物の嫌気的発酵によりメタンガスを生成する発酵槽と、
この発酵槽内に配設されて上記生成したメタンガスを排出するガス管とを備えており、
かつ、
上記移送管は、下流側に向けて漸次下方に向けて傾斜して配管されていることを特徴とするメタンガスの回収装置。
【請求項２】
前記発酵槽の上部本体は、上部側壁の外面に内部に貯留されたメタンガス量を計測するための目盛りが付されていることを特徴とする請求項１に記載のメタンガスの回収装置。
【請求項３】
前記発酵槽は、並列的に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタンガスの回収装置。
【請求項４】
前記溶解槽は、上記供給部に有機系廃棄物に水を添加して混合液として供給する添加槽が上流側に接続して設けられており、かつ、
上記添加槽は、上記供給部の溶解槽内の圧力より高くなるように圧力ヘッドとなる位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメタンガスの回収装置。
【請求項５】
前記ガス管には、上記メタンガス中に含まれる硫化水素を吸着除去する脱硫装置と、脱硫装置の後段に、硫化水素が接触することにより腐食する部材を内在させた表示器とが介装されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメタンガスの回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家畜糞尿、生ゴミ等の有機系廃棄物を原材料として、嫌気的発酵によりメタンガス等のバイオガスを発生させて、このバイオガスからメタンガスを回収するためのメタンガスの回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、メタンガスは、家畜糞尿を嫌気的発酵させることによりバイオガスとともに発生するため、環境に優しい等の利点から発電システムに利用されている。また、電気やガスといったライフラインが行き渡らない国においても貴重な電力源として使用することが可能であり、多量に存在する家畜糞尿を有効活用することができる。
この発電システムとしては、例えば特許文献１に示すように、家畜糞尿等を希釈水により希釈する希釈手段と、この希釈手段により希釈された家畜糞尿等をポンプにより汲み上げて嫌気的発酵処理して、メタンガス等のバイオガスを生成させる発酵槽とを備えたものが知られている。
【０００３】
しかしながら、上記発電システムにおいては、操作やメンテナンスの複雑な装置を利用することが困難であり、例えば、上述のポンプに希釈された家畜糞尿等が詰まった場合には直ちに発電システムを利用することができなくなるという問題がある。このため、操作性や整備性にすぐれた簡易な装置を提供することが必要となる。
さらには、メタンガスが唯一の電力源ともなりうるため、生成効率の高い装置を提供することが望まれている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３１７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、生成効率が高く、かつ、操作性や整備性に優れた簡易なメタンガスの回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の請求項１に記載の発明は、水を加えた家畜糞尿、生ゴミ等の微生物の混在する有機系廃棄物が導入される供給部が設けられ、内部が気密状態に保持可能な構造を有するとともに、上部に上記気密状態を解除可能な開閉弁を介して排気管が接続され、かつ底部に上記有機系廃棄物を移送する移送管が接続されてなる、上記有機系廃棄物を微生物により溶解させることにより炭酸ガスや水素等の気体を発生させる溶解槽と、底部と下部側壁とが一体化された有底筒状の下部本体および天井部と筒状の上部側壁とが一体化されて下方に開口する上部本体を有し、上記上部側壁が下部側壁内に対向配置された状態で上記上部本体が下部本体に対して上下方向に移動自在に設けられ、かつ上記下部本体に上記移送管の他端部が接続されてなる、上記有機系廃棄物の嫌気的発酵によりメタンガスを生成する発酵槽と、この発酵槽内に配設されて上記生成したメタンガスを排出するガス管とを備えており、かつ、上記移送管は、下流側に向けて漸次下方に向けて傾斜して配管されていることを特徴とするメタンガスの回収装置である。
【０００７】
上述の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメタンガスの回収装置において、前記発酵槽の上部本体の上部側壁外面に内部に貯留されたメタンガス量を計測するための目盛りが付されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上述の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のメタンガスの回収装置において、前記発酵槽が、並列的に複数設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
上述の請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメタンガスの回収装置において、前記溶解槽が、上記供給部に有機系廃棄物に水を添加して混合液として供給する添加槽が上流側に接続して設けられており、かつ、上記添加槽が、上記供給部の溶解槽内の圧力より高くなるように圧力ヘッドとなる位置に設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
上述の請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメタンガスの回収装置において、前記ガス管には、上記メタンガス中に含まれる硫化水素を吸着除去する脱硫装置と、脱硫装置の後段に、硫化水素が接触することにより腐食する部材を内在させた表示器とが介装されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
上述の請求項１に記載の発明によれば、供給部から水を加えた家畜糞尿、生ゴミ等の有機系廃棄物を導入して、上記有機系廃棄物を微生物により溶解させることにより発生する炭酸ガスや水素等の気体が、開閉弁を開口することにより排気管から一部排出されて、移送管を通じて発酵槽内に供給されないため、これらの気体により発酵槽内のメタン菌が死滅することを防止できる。
【００１２】
また、有機系廃棄物は、溶解槽内が上記気体の残部によって加圧されることにより、漸次下方に向けて傾斜して配管された移送管を通じて発酵槽内に供給される。さらに、発酵槽内に供給された有機系廃棄物の嫌気的発酵によりメタンガスが生成されても、下部本体に対して上部本体が上方に移動して加圧状態にならないため、確実に溶解槽から発酵槽へと供給される。その結果、ポンプ等を不要とする簡易な装置によって有機系廃棄物を溶解槽から発酵槽へと供給することができ、メタンガスを回収することができる。
このメタンガスは、発酵槽に備えられたガス管の他端部にそのまま接続、又は他端部に接続されたボンベに詰めて搬送することにより家庭等の各供給先に提供することができる。
【００１３】
上述の請求項２に記載の発明によれば、上部側壁外面に付された目盛りによって、内部に貯留されたメタンガス量を計測することができ、この計測により正常に嫌気的発酵が行われていることを容易に確認することができ、整備性に優れている。
【００１４】
上述の請求項３に記載の発明によれば、発酵槽が並列的に複数設けられているため、溶解させた有機系廃棄物を１槽の発酵槽に供給して嫌気的発酵によりメタンガスを主成分とするバイオガスを生成させている間に、有機系廃棄物をその他の発酵槽に供給してバイオガスを生成させることにより、長時間かかる嫌気的発酵を効率的に行うことができる。また、上部側壁外部に目盛りが付されている場合には、嫌気的発酵が終了して上部本体が降下している発酵槽を容易に把握・確認して、溶解した有機系廃棄物を供給することができ、より操作性が向上する。延いては、複数の発酵槽に溶解した有機系廃棄物を効率的に供給することにより、メタンの生成効率を向上させることができる。
【００１５】
上述の請求項４に記載の発明によれば、前記溶解槽の上流側に、有機系廃棄物に水を添加して混合液として供給する添加槽が、上記供給部の溶解槽内の圧力より高くなるように圧力ヘッドとなる位置に設けられているため、溶解槽に有機系廃棄物を供給することが可能になるとともに、有機系廃棄物と併せてメタン菌を死滅させる空気等が供給されることを防止することができる。
【００１６】
上述の請求項５に記載の発明によれば、上記ガス管には、脱硫装置が介装されているため、上記メタンガス中に含まれる硫化水素を吸着除去することができる。また、この脱硫装置の後段に、硫化水素が接触することにより腐食する鉄粉等の部材を内在させた表示器が介装されているため、脱硫装置の交換時期を目視にて把握することが可能であり、整備を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るメタンガスの回収装置の一実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態におけるメタンガスの回収装置は、上流側から下流側に向けて、家畜糞尿、生ゴミ等の微生物の混在する有機系廃棄物に水分を添加して混合液とする添加槽１と、この混合液中の固形分である有機系廃棄物を微生物により溶解させることにより炭酸ガス及び水素等の気体を発生させる溶解槽２と、溶解させた有機系廃棄物の嫌気的発酵によりメタンガスを主成分とするバイオガスを発生させる複数の発酵槽３と、このバイオガスを回収するガス管４とが接続されて概略構成されている。
【００１９】
この添加槽１は、蓋部１１が開閉自在な箱体からなり、地面上に組まれた基台１０上に載置されている。そして、底部に排出管１２の上流端１２ａが接続されており、側部１４の対向する両面に粉砕刃１３ａを備えた回転軸１３が装通されている。また、この回転軸１３の両端部にハンドル１３ｂが取り付けられている。
【００２０】
この排出管１２は、開閉弁１２ｂを介装して漸次下方へ向けて配設されており、上流側が基台１０の骨組みの隙間に介装されて、下流側が地中に埋設されている。そして、下流端１２ｃ（供給部）が溶解槽２の下部に接続されており、添加槽１が下流端１２ｃの溶解槽２内の圧力より高くなるように圧力ヘッドとなる位置に配設されるべく、高低差を設けて配管されている。
【００２１】
この溶解槽２は、地中に掘られた円柱状の凹部２１ａの底中央部に移送管２３の供給口２３ａ用の窪み２１ｂが連続して形成されて、コンクリートで周縁部が象られた穴２１と、この凹部２１ａの底周縁部に沿って垂直に配設された筒状の上部側壁２２ｂと上部側壁２２ｂの上端部に周縁部が配設された天井部２２ａとが一体化されて、内部に略円柱状の空洞を具備する上部本体２２とから概略構成されている。このコンクリートは、地中に有機系廃棄物や発生した気体等が浸透するのを防止するものである。
【００２２】
また、溶解槽２は、上部側壁２２ｂの内壁下部に一端部が配設され、この一端部から空洞の直径線上に水平に延在して、他端部が対向する上部側壁２２ｂの内壁下部に配設された棒状部材２７ａと、この棒状部材２７ａの中央部に回転可能に立設して、蓋体２２を装通して上端部が蓋体上方に配設された垂直な軸部２７ｂと、この軸部２７ｂに固設された略切頭円錐体の攪拌翼２７ｃと、軸部２７ｂの上端部に接続されたハンドル２７ｄとから構成される攪拌器２７が設けられている。この攪拌翼２７ｃの下部には、外周上方に向けて突出した突出部２７ｃ’が形成されており、この突出部２７’によって混合液を上方に掻き上げるようになっている。
また、蓋体２２の天井部２２ａに、コックが介装された排気管２４と、圧力計２５と、温度計２６とが装通されて設けられている。
【００２３】
この穴２１の底部には、中央部に複数（図１では２本）の移送管２３が接続されている。
この移送管２３は、各々供給口２３ａが穴２１の底部より上方に配設されており、蓋体２２内の空洞上部に供給口を配設したガス供給管２８が接合されている。このガス供給管２８の接合部より下流側に開閉弁２３ｂが介装されて、下流側に向けて下方へ傾斜するように配設されている。
また、この開閉弁２３ｂが地表面に設けられるように溶解槽２と後述の発酵槽３との間には、穴部２０が設けられている。
【００２４】
上記発酵槽３は、複数（図１では２槽）設けられており、各々移送管２３の下流端に接続されている。また、発酵槽３は、地中に掘られた円柱状の凹部３１ａの底中央部に移送管２３の排出口２３ｃ用の窪み３１ｂが連続して形成されて、コンクリートで周縁部が象られた穴３１（下部本体）に対して、この凹部３１ａの側壁（下部側壁）に沿って凹部３１ａの底周縁部に垂直に立設された筒状の側部３３ｂ（上部側壁）と側部３３ｂの上端部に周縁部が配設された天井部３３ａとが一体化されて、内部に略円柱状の空洞を具備する蓋体３３（上部本体）が上下方向に移動可能に設けられている。
【００２５】
そして、穴３１内には、有機系廃棄物を発酵させるための複数の多孔質体（例えば蹴鞠）９が設けられており、穴３１の下方の地中内には、ヒータ３９が埋設されている。
【００２６】
さらに、発酵槽３には、攪拌機３７が設けられており、この攪拌機３７は、両端部が回転方向に折れ曲がった二本の棒状体が上下方向に向けて互いに中央部で交差され、この交差部が軸部３７ｂに取り付けられてなる攪拌翼３７ｃが三組設けられている点を除き、攪拌器２７と同様にして構成されている。
【００２７】
この蓋体３３は、側部３３ｂの外壁に内部の気体量を計測するための目盛りが付されており、穴３１の周囲の地表面に等間隔に配設された４基のガイドローラ３２のローラ部３２ａが側部３３ｂに当接して、内部のメタンガス等の気体量に応じて上下移動可能になっている。また、蓋体３３の天井部３３ａに、各々圧力計３４と温度計３６とが装通されて設けられており、開閉弁３５が介装されたガス管４の上流端が接続されて設けられている。
【００２８】
上記ヒータ３９は、太陽光及びエンジンの排熱により加温された温水が循環供給されて、発酵槽３内の混合液が５０℃〜５５℃の範囲内に保たれるように下方から加熱するようになっている。
さらに、穴３１には、上記窪み３１ｂに各々廃液管３８の供給口３８ａが配設されている。
【００２９】
この廃液管３８は、開閉弁３８ｂが介装されており、下流側に向けて下方へ傾斜するように配設されている。この開閉弁３８ｂが地表面に設けられるように発酵槽３と後述の廃液槽８の間には、穴部３０が設けられている。
【００３０】
この廃液槽８は、地中に掘られ、コンクリートで外周部８１ａが象られた円柱状の凹部８１からなり、廃液管３８の排出口３８ｃが配設されている。
【００３１】
上記蓋体３３の天井部３３ａに接続されたガス管４は、上流側から下流側に向けて脱硫装置５及びインジケータ６（表示器）、加圧装置（図示を略す）が介装されており、下流端にボンベ７が接続されている。
この脱硫装置５は、内部に一般的な脱硫剤が充填されて、この脱硫剤によって硫化水素が吸着除去されるようになっている。
また、インジケータ６は、透明容器内に鉄粉が充填されている。
【００３２】
次に、上述のメタンガス回収装置の作用を説明する。
まず、溶解槽２の排気管２４のコックを開口し、開閉弁１２ｂを閉じた状態にして、添加槽１に所定量の水分を供給して、この水分中に有機系廃棄物を添加する。
このように開閉弁１２ｂを設置した添加槽１に先に水分を供給することにより、空の添加槽１に目分量にて有機形廃棄物の種類により所望の水分量を容易に供給可能にするとともに、排気管１２中に固形分である有機系廃棄物が詰まることを防止する。
次いで、ハンドル１３ｂを回転させて、回転軸１３とともに粉砕刃１３ａを回転させることにより有機系廃棄物が粉砕されて、水分とともに攪拌されることにより流動性のある混合液となる。
【００３３】
次いで、添加槽１に設けられた飛散防止用の蓋部１１を閉じた後、開閉弁１２ｂを開くと、混合液が排出管１２を介して溶解槽２に供給される。
その後、開閉弁１２ｂを閉じ、添加槽１内に水分を満たすように供給して、この水分中に添加槽１内に付着した有機系廃棄物を溶解させた後、再度開閉弁１２ｂを開く。すると、水分が溶解槽２に供給されて、混合液中の有機系廃棄物と水分との体積比が１：９〜１：１０となる。
【００３４】
次に、ハンドル２７ｄを回転させて、攪拌翼２７ｃを３〜４回転させることにより混合液中の有機系廃棄物を微生物により溶解させる。この際、溶解槽２は、地中に掘られた穴２１により構成されているため恒温に保たれている。このため、供給された有機系廃棄物から炭酸ガスや水素ガス等の気体が発生して、排気管２４から一部放出されるとともに、残部の気体により溶解槽２内の圧力が上昇する。この排気管２４からの気体の放出が終了した際、排気管２４のコックを閉じて、圧力計２５により計測される溶解槽２内の圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ2 以上になった後に、開閉弁２３ｂを開口する。
【００３５】
すると、溶解された有機系廃棄物が発酵槽３に供給される。この際、移送管２３の供給口２３ａが穴２１の底部より上方に配設されているため、この有機系廃棄物とともに小石や金属片等の不純物が供給されることを防止する。また、移送管２３は、下方へ傾斜して、混合液が発酵槽３に供給されるようになっており、さらには、蓋体２２内の空洞上部に供給口を配設したガス供給管２８が接合されているため、加圧状態になった溶解槽２内で充満している炭酸ガス及び水素ガスの一部が供給されることにより混合液が発酵槽３に押し出されて、洗浄される。
また、発酵槽３は、地中に掘られた穴３１により構成されているため恒温に保たれており、特に、外気温が低い場合には、ヒータ３９に温水が供給されて、混合液が５０℃〜５５℃に保たれるようになっている。
【００３６】
次いで、開閉弁３５を開口するとともに、ハンドル３７ｄをゆっくり２〜４回転させる。すると、混合液が攪拌翼３７ｃによって攪拌され、嫌気的発酵によりメタンガス等のバイオガスが発生して、発酵槽３の蓋体３３が除々上昇するとともに、ガス管４にバイオガスが供給される。また、ヒータ３９に温水を供給する場合には、さらにハンドル３７ｄを２時間に１〜２回程ゆっくり回転させ、急激な温度変化によりメタン菌が死滅することを防止する。
【００３７】
すると、ガス管４に供給されたバイオガスは、脱硫装置５に供給されて、吸着剤により硫化水素が除去されて、メタンガスのみがインジケータ６に供給されて、加圧装置（図示を略す）を介してボンベ７に貯留される。また、脱硫装置５により硫化水素が除去されなくなった場合には、インジケータ６内の鉄分が腐食されるため、脱硫装置５の吸着剤を交換する必要がある。
【００３８】
他方、これと併行して、上述と同様に、その他の発酵槽３に接続された移送管２３の開閉弁２３ｂを開口して、溶解された有機系廃棄物を次の発酵槽３に供給することにより、長時間かかる嫌気的発酵を効率的に行う。
【００３９】
次いで、圧力計２５により計測される溶解槽２内の圧力が０ｋｇ／ｃｍ2 となったら、開閉弁２３ｂを閉じる。その後、発酵槽３内にてバイオガスが発生しなくなり、蓋体３３が降下してせり上がり量０ｃｍになった際、開閉弁３８ｂを開口して、溶解槽２内の圧力により、混合液が、下流側に向けて下方へ傾斜するように設けられた廃液管３８を介して廃液槽８へ排出される。
これにより廃液槽８に蓄積された混合液中の水分を取り出して、上述の添加槽１に供給してもよい。
【００４０】
なお、本発明の排水処理設備は、上述の実施の形態に限られない。例えば、発酵槽３は、１槽であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】メタンガスの回収装置の一実施形態を示した正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの縦断面説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・添加槽
２・・・溶解槽
３・・・発酵槽
４・・・ガス管
１２ｃ・・排出管の下流端（供給部）
３１・・・穴（下部本体）
３１ａ・・・凹部の側壁（下部側壁）
３３・・・蓋体（上部本体）
３３ａ・・・天井部
３３ｂ・・・側部（上部側壁）
【図１】
2007000834.tif 000003
【図２】
2007000834.tif 000004