(57)【要約】【課題】使用済みバイオマスのたい肥化後を簡略化することにより従来のバイオガス装置をより一層発展させること。【解決手段】バイオガスおよびたい肥を生成するための複合装置であり、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運転される発酵槽２と、バイオガス出口８に切り換え可能に接続された、バイオガス経路１２、排ガス煙突２０、および、排ガス燃焼部２２と、パージガス入口２４に切り換え可能に接続された、二酸化炭素含有排ガスを供給可能な排ガス経路２６および外気を供給可能な外気経路２８と、これらの切り換え接続を行なう制御手段３０と、制御手段３０に接続された、発酵槽２から出るガス混合物のメタン濃度を検知する第一測定センサ３２および二酸化炭素濃度を検知する第二測定センサ３４とを有する測定手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガスおよびたい肥を生成するための複合装置であって、
バイオガス出口（８）と少なくとも１つのパージガス入口（２４、２５）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、
少なくとも１つの該パージガス入口（２４、２５）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、
少なくとも１つの該パージガス入口（２４、２５）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、２５）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、２５）を接続するための制御手段（３０）と、
該制御手段（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）とを有する測定手段（３２、３４）と、を備えることを特徴とする複合装置。
【請求項２】
前記測定手段（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に記載の複合装置。
【請求項３】
複数の発酵槽（２−ｉ）が備えられ、各バイオガス出口（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に記載の複合装置。
【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に記載の複合装置。
【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複合装置。
【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手段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複合装置。
【請求項７】
前記バイオガス利用手段は、ブロックタイプの火力発電ステーション（１８）よりなることを特徴とする請求項５に記載の複合装置。
【請求項８】
前記バイオガス利用手段は、燃料電池よりなることを特徴とする請求項５に記載の複合装置。
【請求項９】
前記バイオガス利用手段は、ガス処理手段よりなることを特徴とする請求項５に記載の複合装置。
【請求項１０】
第１のパージガス入り口（２４）は、バイオマス（６）の上方領域で前記発酵槽（２）に通ずることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の複合装置。
【請求項１１】
前記発酵曹（２）は、底板を有し、第２のパージガス入り口（２５）に接続されるパージガス通路（５２）が、該発酵槽の底板に設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の複合装置。
【請求項１２】
前記パージガス通路（５２）は、バイオガス生成途中でバイオマスからしみ出る浸潤液を排出するために適用されることを特徴とする請求項１１に記載の複合装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の複合装置における発酵槽をバイオガス生成とたい肥化間で切り替え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）切り替えられる前記発酵槽（２）の少なくとも１つの前記パージガス入口（２４、２５）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）の排ガスを使って切り替えられる前記発酵槽（２）をパージする工程と、
ｄ）切り替えられる前記発酵槽（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）に切り替えられる前記発酵槽（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）切り替えられる前記発酵槽（２）の前記パージガス入口（２４、２５）から前記排ガス経路（２６）を切り離す工程と、
ｇ）切り替えられる前記発酵槽（２）の前記パージガス入口（２４、２５）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切り替えられる前記発酵槽（２）に外気を供給する工程と、
ｈ）前記発酵槽（２）の内部で使用済みバイオマスをたい肥化する工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
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、切り替えられる前記発酵槽（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、切り替えられる前記発酵槽（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１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記外気経路（２８）を介して供給される外気は、予熱することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
たい肥化プロセスは、外気供給量により制御されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記発酵槽（２）から排出されるガス混合物は、濾過されることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１３のいずれかの請求項に記載の生バイオマスが投入された発酵槽（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、２５）に前記排ガス経路（２６）を接続し、始動される前記発酵槽（２）に排ガスを供給する工程と、
ｄ）前記パージガス入口（２４、２５）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１９】
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１８に記載の方法。
【請求項２０】
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１９に記載の方法。
【請求項２１】
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１３から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
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手段の排出管（４４）に接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
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１３から２０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、乾燥発酵の原理を利用した少なくとも一つの発酵槽を備えるている、請求項１に記載のバイオマスからバイオガスとたい肥を生成するための複合装置、および請求項１３に記載のバイオガス生成装置およびたい肥化装置としての発酵槽を切り替える方法に関する。
【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、例えば有機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、ブロックタイプの火力発電ステーション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ブロックタイプの火力発電ステーション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、次のたい肥化に供給され、従来のたい肥に匹敵する有機肥料となる。
【０００６】
このような乾燥発酵の原理を利用したバイオガス生成用発酵槽は以前から公知である（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。また、バイオガス発生装置で使用された、または発酵されたバイオマスからたい肥が生成されることも公知である（例えば、特許文献５参照）。                                                                                                
【０００７】
バッチ処理は、発酵槽内にあるバイオマスが好気性に切り替えられた後、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、発酵槽に生バイオマスが充填され、バイオガス生成を再開しなければならないことを意味する。この処理には難点があり、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。
【０００８】
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ブロックタイプの火力発電ステーション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６参照）。排ガスを送り込んだ後、危険がなくなると、発酵槽から発酵されたバイオマスは取り除かれ、たい肥化装置に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】独国実用新案出願公開番号第２０３１９８４７号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開番号第１６８１２７４号明細書
【特許文献５】独国特許第３４３８０５７号明細書
【特許文献６】欧州特許第１３０１５８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、使用済みバイオマスのたい肥化後を簡略化するという方法で、特許文献６に係るバイオガス装置をより一層発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は、請求項１および請求項１３に記載した特徴によって達成される。
【００１２】
使用済みバイオマスは、嫌気性の発酵から好気性のたい肥化へ切り替えることによって発酵槽内でたい肥化できるため、もはや使用済みバイオマスを別個のコンポスターに移し換えしなくても良い。請求項１に記載の複合装置は、発酵槽を安全に始動するために必要な構成の他、安全に切り替え、停止および排出するために必要な構成を有している。本発明の発酵槽は、使用済みバイオマスを排出して生バイオマスを発酵槽に再投入することが必要となる前に、嫌気性の発酵と好気性のたい肥化からなる全発酵プロセスが、その内部で展開できるように構成されている。
【００１３】
請求項１０に記載の本発明の一変形例によれば、第１のパージガス入り口は、バイオマスの上方領域で発酵槽に通じる。
【００１４】
請求項１１に記載の本発明の一変形例によれば、底板を有する発酵槽は、第２のパージガス入り口に接続されていて、その底板内にはパージガス通路が備えられている。
【００１５】
請求項１２に記載の本発明の一変形例によれば、パージガス通路は、バイオガス生成途中でバイオマスからしみ出る浸潤液を排出するために作られたものである。
【００１６】
請求項１３に記載の規定によれば、二酸化炭素含有排ガスを使ったパージによる発酵プロセスの終了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。例えば、発酵槽に入っている発酵されたバイオマスをたい肥化するために、発酵槽を切り替える以前であれば、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。この後、少量のメタンしか含有していないバイオガス／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、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、発酵槽はたい肥化のために切り替えられる。たい肥化プロセスの終了後、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ることができる。発酵に続くたい肥化の結果、危険をもたらすことなく投入・排出のために発酵槽を開けることが可能となる。
【００１７】
請求項１４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。
【００１８】
請求項１５および請求項１６に記載の本発明の一変形例によれば、たい肥化プロセスは、外気経路から供給される外気の量と温度、あるいは量または温度を調整して、最適なプロセス媒体を得ることにより制御される。
【００１９】
請求項１７に記載の本発明の一変形例によれば、発酵槽からしみ出たガス混合物は濾過される。濾過の結果、消費者に弊害となる可能性のある物質、例えば、バルブ詰まりを起こすような物質が、最大限可能な範囲で取り除かれる。
【００２０】
請求項１８および請求項１９に記載の本発明の一変形例によれば、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。
【００２１】
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２０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。
【００２２】
発酵槽をパージするための排ガスは、例えば、請求項２１に記載の内部燃焼エンジンによってもたらされる。
【００２３】
請求項２２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手段によってもたらされる。
【００２４】
その他の従属請求項は、本発明の好適な変容例に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１−７】本発明の第一実施形態に係る複合装置の発酵槽での発酵プロセスを終了させるプロセス、および発酵槽を（再）始動するプロセスにおける様々な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９−１５】複合装置の発酵槽での発酵プロセスを終了させるプロセス、および発酵槽を（再）始動するプロセスにおける複合装置の様々な運転状態を示す概略図であって、複合装置には三つの発酵槽が備えられている。
【図１６】発酵槽の底板から排ガスと外気がそれぞれ供給される図であって、本発明の第三実施形態の図１に相当する。
【図１７】図１６の実施形態に係る発酵槽の底板の平面図１７（ａ）、図１７（ａ）をＢ線に沿って切った垂直断面図１７（ｂ）、図１７（ａ）をＣ線に沿って切った垂直断面図１７（ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１〜７は、本発明に係る複合装置の第一実施形態を示しており、複合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。
【００２７】
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、バイオガス利用手段であるブロックタイプの火力発電ステーション１８に通じている。第一バイオガス／排ガス経路１４はバイオガス／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。
【００２８】
バルブ１０は制御手段３０に接続されており、制御手段３０によって開閉される。制御手段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。制御手段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。制御手段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。
【００２９】
図１〜７は、発酵槽２の内部で発酵プロセスが終了するプロセスおよび発酵槽２を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それぞれ破線で示している。本願発明によると、発酵槽を開け排出・再投入して再始動する前に、発酵プロセスをたい肥化へ適切に切り替えることにより、発酵プロセス後すぐに発酵されたバイオマスの好気性への転換が同じ発酵槽で行われる。  
【００３０】
図１は、発酵槽２内での発酵プロセス終了の第一段階を示しており、発酵プロセスの終了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に接続されたままであり、バイオガス／排ガス混合物はブロックタイプの火力発電ステーション１８に送られ続ける。
【００３１】
第二段階では、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、制御手段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内での発酵プロセス終了の第二段階において、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。
【００３２】
第三段階では、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、制御手段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内での発酵プロセス終了の第三段階において、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。
【００３３】
第四段階では、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、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内での発酵プロセス終了の第四段階では、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続ける。
【００３４】
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、閉じられたままの発酵槽の中にある発酵されたバイオマスをたい肥化できるように、発酵槽は好気性プロセスの運用に切り替えられる。たい肥化が終盤になると、制御手段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）。
【００３５】
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、制御手段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。
【００３６】
二酸化炭素濃度が第二制限値に達したときには、制御手段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を通じてブロックタイプの火力発電ステーション１８に供給される。
【００３７】
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。本願発明の第二実施形態によれば、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。
【００３８】
図９〜１５は、本発明に係る複合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（以下、まとめて２−ｉと言う）。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付す。図９〜１５に示す複合装置において、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。
【００３９】
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はブロックタイプの火力発電ステーション１８に通じている。ブロックタイプの火力発電ステーション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。ブロックタイプの火力発電ステーション１８で生じる二酸化炭素含有排ガスは、例えば、発酵プロセスを終了後たい肥化プロセスへ切り替え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。
【００４０】
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は制御手段３０に接続され、各バルブ１０が同様に制御手段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。
【００４１】
図９〜１５は、第二発酵槽２−２内での発酵プロセスの終了、およびたい肥化プロセス後に第二発酵槽２−２を再始動するプロセスを示している。たい肥化プロセスは、第二発酵槽２−２を切り替えることにより、発酵プロセスに続いて直ちに開始される。図９〜１５は、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、それぞれ、第二発酵槽２−２内で発酵プロセスが終了し、肥化プロセス後第二発酵槽２−２が再始動される間、継続的に行われる。
【００４２】
図９は、発酵槽２−２内での発酵プロセス終了の第一段階を示しており、第一段階において、ブロックタイプの火力発電ステーション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／排ガス混合物はガス処理手段に供給され続ける。
【００４３】
第二段階においては、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、制御手段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内での発酵プロセス終了の第二段階において、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。
【００４４】
第三段階では、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、制御手段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内での発酵プロセス終了の第三段階において、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。
【００４５】
第四段階では、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、制御手段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内での発酵プロセス終了の第四段階において、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続ける。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。
【００４６】
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、発酵槽２−２はたい肥化を開始するために切り替えられ、外気経路２８のバルブ１０が制御手段３０によって閉じられる。たい肥化が終了すると、発酵槽２−２を開け、使用済みバイオマスを排出して生バイオマスを投入することができる。
【００４７】
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、制御手段３０は、二酸化炭素含有排ガスを発酵槽２−２に送り込むため、排ガス経路２６のバルブ１０を開けブロックタイプの火力発電ステーション１８の排気経路４４の三分岐バルブ４８を切り換える（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。
【００４８】
二酸化炭素濃度が第二制限値に達したときには、制御手段３０は排ガス経路２６のバルブ１０を閉じ、三分岐バルブ４８を切り替え、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ガス処理装置４４のバイオガス経路１２を介してブロックタイプの火力発電ステーション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。
【００４９】
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。
【００５０】
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％
【００５１】
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。
【００５２】
図１６は、第四実施形態に係る複合装置の図１に相当する概略図である。図１６は、排ガスまたは外気であるパージガスが、様々な運転状態で、バイオマス６の上方領域にある第一パージガス入り口２４からだけでなく、発酵槽２の底板部分にある第二パージガス入り口２５からも供給される点において、図１〜７に係る第一実施形態とは異なる。パージガスが第二パージガス入り口２５からも供給されることにより、バイオマス６内部のバイオガスも安全に“パージされる”という効果がある。その上、発酵槽に投入および排出する間、メタンスリップがさらに低減される。
【００５３】
図１７は、図１６における実施形態に係る発酵槽２の底板平面図である。液体とガスを透過させる格子５４で保護されているパージガス通路５２は、長手方向に伸びるように発酵槽２の底板に設けられている。平行している複数のパージガス通路５２は、一箇所または複数箇所で、直行通路５６と相互接続している。直行通路５６は、パージガス通路５２の長手方向に直行する方向に伸びており、第二パージガス入り口２５は、この直行通路２６に通じている。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）をＢ線に沿って切った垂直断面図であり、直行通路５６とパージガス通路５２が示されている。図１７（ｃ）は、図１７（ａ）をＣ線に沿って切った垂直断面図であり、パージガス通路５２が示されている。
【００５４】
図８および図９〜１５に係る本願発明の実施形態においては、発酵槽２の底に設けられたパージガス通路５２からパージガスを供給してもよい。また、様々な実施形態において投入・排出口は発酵槽２の左側に設けられているが、投入・排出口は反対側に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
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  ブロックタイプの火力発電ステーション
２０  排ガス煙突
２２  排ガス燃焼部
２４  パージガス入口
２５  第２のパージガス入り口
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  制御手段
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）
５２  パージガス通路
５４  保護格子
５６  直交通路
【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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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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