(57)【要約】  メタン転換装置は反応チャンバと、メタンの存在を検出するためのセンサーと、センサーが所定のしきい値を超えるメタンの存在を検出したときに外部ガスを反応チャンバ内へ指向するための送風手段と、メタンを酸化するように構成された転換手段と、装置を動物に位置決めする位置決め手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン転換装置であって、
メタンを酸化するように構成された転換手段を備える反応チャンバと、
メタン保持部品と、
メタンを前記メタン保持部品から前記反応チャンバ内へ放出させるための手段と、
前記メタン転換装置外のガス中のメタンの存在を検出するように構成されたセンサーと、
前記センサーが所定のしきい値を超えたメタンの存在を検出したときに前記装置の外部から前記メタン保持部品にガスを運ぶように構成された送風手段と、
前記装置を動物に位置決めするための位置決め手段と、
を備えることを特徴とするメタン転換装置。
【請求項２】
前記メタン保持部品が、メタンを可逆的に吸収するように構成された多孔体を収容するチャンバを備えている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記多孔体がゼオライト鉱物によって提供される、
請求項２に記載の装置
【請求項４】
二酸化炭素フィルタが前記送風手段と前記メタン保持部品との間に設けられ、
前記二酸化炭素フィルタが、前記メタン保持部品への二酸化炭素の移動を抑制するように構成されている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
メタンを前記メタン保持部品から前記反応チャンバ内へ放出させるための前記手段が加熱要素を有している、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
メタン転換装置であって、
反応チャンバと、
前記メタン転換装置外のガス中のメタンの存在を検出するように構成されたセンサーと、
前記センサーが所定のしきい値を超えるメタンの存在を検出したときに前記装置の外部から前記反応チャンバに向けてガスを運ぶ送風手段と、
メタンを酸化させるように構成された転換手段と、
前記装置を動物に位置決めするための位置決め手段と、
を備えることを特徴とするメタン転換装置。
【請求項７】
前記センサーが１００ｐｐｍを超えるメタンの存在を検出したときに前記反応チャンバに向けてガスを運ぶように構成された前記送風手段を備えている、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のメタン転換装置。
【請求項８】
前記反応チャンバが２００ｍｌ未満の容量を持つ、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のメタン転換装置。
【請求項９】
前記転換手段が加熱要素を有している、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のメタン転換装置。
【請求項１０】
前記転換手段に含まれる前記加熱要素が金属線である、
請求項９に記載のメタン転換装置。
【請求項１１】
前記転換手段に含まれる前記加熱要素が金属抵抗加熱要素である、
請求項９または請求項１０に記載のメタン転換装置。
【請求項１２】
前記金属抵抗加熱要素がニッケルを主成分とする、
請求項１１に記載のメタン転換装置。
【請求項１３】
前記金属加熱要素がニクロム線である、
請求項１２に記載のメタン転換装置。
【請求項１４】
前記転換手段に含まれる前記加熱要素が反応チャンバ内に配置されている、
請求項９ないし１３のいずれか１項に記載のメタン転換装置。
【請求項１５】
前記装置が、前記反応チャンバ内へのメタン以外の１または２種類以上の気体種の流入を抑制するように構成されたろ過手段を備えている、
請求項６に記載のメタン転換装置。
【請求項１６】
前記装置が、メタンが前記反応チャンバへ流入する前にメタンを捕捉するように構成された捕捉手段を備えている、
請求項６に記載のメタン転換装置。
【請求項１７】
前記転換手段が付加的に触媒を有し、前記触媒が前記反応チャンバ内に配置されている、
請求項９ないし１３のいずれか１項に記載のメタン転換装置。
【請求項１８】
前記触媒がパラジウムを含んでいる、
請求項１７に記載のメタン転換装置。
【請求項１９】
前記装置を動物へ位置決めするための手段がノーズリングを有している、
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のメタン転換装置。
【請求項２０】
動物から他の化学種中に放出されたメタンを転換する方法であって、
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のメタン転換装置を提供する工程と前記装置を動物に位置決めする工程とを有している、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメタンガスを酸化させるためのガス処理装置、詳細には、家畜からのメタンガスを酸化させるためのガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタンは強力な温室効果ガスとして知られ、二酸化炭素より相当高い地球温暖化させる可能性を有している。家畜はメタンガスの大きな発生源として知られ、メタンガスはげっぷや鼓脹を介して放出され、家畜生産者の二酸化炭素排出量に基づいた税金が課される場合があるように、家畜生産者への直接的な経済的影響を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの理由から、家畜からのメタン放出量を削減することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、その最も一般方法として、本発明は、家畜のような動物からの放出ガスのメタン含有量を削減する装置を提供することができる。これは、動物に身に着けさせることができ、かつ、動物の放出ガスを、放出物質中に存在するメタンを酸化するための転換手段が内部に設けられている反応チャンバ中へ引き込むように構成された装置を提供することにより達成される。酸化プロセスの主要生産物は、典型的には二酸化炭素と水であり、地球温暖化させる可能性はメタンより低いと考えられている。
【０００５】
第１形態では、本発明はメタン転換装置を提供するものであって、
反応チャンバと、
メタンの存在を検出するためのセンサーと、
センサーが所定のしきい値を超えるメタンの存在を検出したときに外部ガスを反応チャンバ内へ指向するための送風手段と、
メタンを酸化するように構成された転換手段と、
動物に装置を位置決めするための位置決め手段と、
を備えるメタン転換装置を提供する。
【０００６】
典型的には、送風手段は、センサーが１００ｐｐｍ、場合により１５０ｐｐｍを超えるメタンの存在を検出したときに外部ガスを反応チャンバ内へ指向するように構成されている。送風手段は例えば軸流ファンによって提供される。送風手段は、センサーによって検出されたメタンが大気中に分散する前に、装置によって捕捉されることを可能にするのを助ける。
【０００７】
メタンを検出すためのセンサーの存在は、所定レベルのメタンが検出されたときのみ装置を作動させることを可能にしている。これは、装置を動かすのに求められる、あらゆる電源（例えば、バッテリー）の効率的な使用を可能にしている。
【０００８】
一般的に、反応チャンバは２００ｍｌ未満、場合により１５０ｍｌ未満の容量を有する。反応チャンバは装置の排気口によって提供される。
【０００９】
典型的には、転換手段は例えば金属線のような加熱要素を有する。所定のケースでは、金属線はコイル状の構造を有する。
【００１０】
加熱要素は金属抵抗加熱要素が好ましい。金属抵抗加熱要素は、典型的には、ニッケル−クロム合金、ニッケル−鉄合金、鉄−クロム−アルミニウム合金、ステンレス鋼、タングステン合金、または銅−ニッケル合金を有すグループから選択された合金を有している。加熱要素は主成分としてニッケルを有しているものが好ましい。例えば、加熱要素はニクロム線により提供される。
【００１１】
所定の実施形態では、加熱要素は反応チャンバ内に配置される。
【００１２】
これらの実施形態では、装置は反応チャンバ内へのメタン以外の１または２種類以上の気体種の流入を抑制するように構成されたろ過手段を備える（一部、必ずしも全てではない外部ガスが送風手段により反応チャンバ内へ指向される）。これは、反応チャンバ内のメタン濃度がメタンの爆発下限値を超えるレベル（温度と圧力によるが、略４空気量％）まで増加させるのを助け、加熱要素を通過するときにメタンを酸化させることができる。ろ過手段は炭、活性炭素、または水酸化カリウムのような強力な官能基の１つまたは２つ以上を備えている。これらのろ過手段は主に二酸化炭素の移動を抑制させるが、他の気体種の移動を抑制する他のろ過手段を設けてもよい。
【００１３】
他の実施形態では、装置は、メタンが反応チャンバに流入する前、例えばメタンの吸収によって、メタンを捕らえるように構成された捕捉手段を備えている。このような捕捉手段は、典型的には窒素と酸素の反応チャンバ内への移動を可能にしている。したがって、全てではないが一部の外部ガスが、送風手段により反応チャンバ内へと指向される。
【００１４】
このような捕捉手段はゼオライトのような多孔体によって提供される。捕捉手段の存在は、メタンが反応チャンバへ流入する前にメタンの濃度を増加させることを可能にする。メタンは、捕捉手段を加熱するように構成された更なる加熱要素の働きによって捕捉手段から放出される。所定の実施形態では、二酸化炭素フィルタが、メタンを捕らえるための捕捉手段の能力が増大するために、捕捉手段に到達する二酸化炭素の量を制限するように、送風手段と捕捉手段との間に設けられる。
【００１５】
ゼオライトは、メタンがゼオライトにより速い速度それ故により高い粒子圧で衝突したときにメタンをより効率的に捕らえると考えられている。これは装置に送風手段を設けることの更なる潜在的利点を表している。
【００１６】
他の実施形態では、転換手段は更に触媒を有しており、触媒は反応チャンバ内に配置されている。典型的には、触媒はパラジウム、銅、またはシリカの１つまたは２つ以上を有している。
【００１７】
これらの実施形態では、触媒は、二酸化炭素と水へのメタンの転換を促進させるように構成されている。触媒は典型的には、例えば金属線のような加熱要素と熱接触している。
【００１８】
加熱要素は金属抵抗加熱要素が好ましい。金属抵抗加熱要素は典型的には、ニッケル−クロム合金、ニッケル−鉄合金、鉄−クロム−アルミニウム合金、ステンレス鋼、タングステン合金、または銅−ニッケル合金を有すグループから選択された合金を有している。加熱要素はニッケルを主成分として有しているものが好ましい。例えば、加熱要素はニクロム線により提供される。
【００１９】
典型的には、装置を動物に位置決めする手段は、（動物の呼気中に放出されたメタンを転換させるために）装置を動物の鼻に取り付けられるように構成されている。したがって、動物に装置を位置決めする手段は、動物、例えば牛への取付用に構成されたノーズリングを備えている。他の実施形態では、装置を位置決めする手法は、クリップ、例えば隔壁の間のような、動物の身体部分で位置を保持できるように構成された２つの対向した弾力のあるアームを備えている。
【００２０】
典型的には動物からのメタン呼気の大部分を代表しているため、動物（例えば牛）の口から吐き出されたメタンを捕捉することが可能なように装置を位置決めすることが、有利である。
【００２１】
他の実施形態では、装置は動物の尻尾に取り付けられる、例えばクリップで留めるように構成され、装置が鼓脹を通じて放出されたガスを処理することを可能にしている。
【００２２】
本発明の第１形態による装置は、牛のような動物のメタン呼気に関するデータを得る手段を提供することができ、農場経営者のみならず、製薬会社と、栄養／飼料企業と、政府機関とにとっても重要となる。
【００２３】
第２の形態では、本発明はメタン転換装置を提供するものであって、
メタンを酸化するように構成された転換手段を備える反応チャンバと、
メタン保持部品と、
メタン保持部品から反応チャンバ内へとメタンを放出させる手段と、
メタン転換装置の外部ガス内のメタンの存在を検出するように構成されたセンサーと、
センサーが所定のしきい値を超えるメタンの存在を検出したときに装置の外部からメタン保持部品内へとガスを運ぶように構成された送風手段と、
装置を動物に位置決めするための位置決め手段と、
を備えるメタン転換装置を提供する。
【００２４】
典型的には、メタン保持部品はメタンを可逆的に吸収するように構成された多孔体を収容するチャンバを備えている。一般的に、多孔体はゼオライト鉱物によって提供される。
【００２５】
一般に、二酸化炭素フィルタは送風手段とメタン保持部品との間に設けられ、二酸化炭素フィルタはメタン保持部品への二酸化炭素の移動を抑制するように構成されている。
【００２６】
メタン保持部品から反応チャンバ内へメタンを放出させる手段は、加熱要素を備えているのが好ましい。
【００２７】
反応チャンバと、センサーと、送風手段と、転換手段と、位置決め手段とは、本発明の第１形態による装置のあらゆる同等物に対応することができる。
【００２８】
本発明は、次の図面を引用した例示によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１形態によるメタン転換装置の第１実施形態の正面図である。
【図２】図１の装置の背面図である。
【図３】図１の装置の断面図である。
【図４】本発明の第１形態によるメタン転換装置の第２実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１から図３を参照すると、メタン転換装置１０は、反応チャンバ１４とバッテリー格納部１６とが内部に設けられたハウジング１２を有する。ハウジングは、更に、転換装置の前面に配置されたメタンセンサー１８と、メタンセンサー１８に隣接し燃焼装置の前面に配置された送風手段２０とを有する。送風手段２０は、デバイスの外部から反応チャンバ１４に向けてガスを運ぶように構成された軸流ファンによって提供される。
【００３１】
排気口２２は、転換装置１０の背面側に設けられ、反応チャンバ１４から装置１０の外部に向けてガス流が流通するように構成されている。
【００３２】
パラジウム含有触媒床が、反応チャンバ１４内に配置されている。触媒床はニクロム線加熱要素２４と熱接触している。
【００３３】
対向アーム２８ａ、２８ｂは、それらの間の牛の隔壁を保持するように構成されている。引張り棒２９が、対向アーム２８ａ、２８ｂを共に引き寄せている。
【００３４】
作動中は、対向アーム２８ａ、２８ｂは、牛の隔壁の両側に位置決めされ、引張り棒２９は、対向アーム２８ａ、２８ｂがそれらの間で隔壁をしっかりと保持できるように、結締されている。転換装置１０は、装置の前面が牛の口に面するように配向されている。センサー１８が、メタン濃度が例えば２００ｐｐｍより高くなったと検出したときには、送風手段２０は、牛から反応チャンバ１４へ呼気ガスを指向するよう作動させられる。反応チャンバ１４内の触媒は、ニクロム線加熱要素２４によって例えば６００から７００度の温度まで加熱される。触媒上を通過するメタンガスは酸化され、主に水蒸気と二酸化炭素を形成し、これらは排気口２２を介して装置から排出される。
【００３５】
したがって、装置を通るガス流は矢印Ａ−Ａによって示される進路に沿う。
【００３６】
燃焼装置の別の実施形態を図４に示すが、これは触媒の代わりに、フィルタ３０が送風手段２０と排気口３２との間に設けられていることを除いて図１から図３の実施形態と同一の特徴を有している。フィルタ３０は、排気口３２から搬送されたガス内のメタンの濃度を増加させるために、牛の呼気内にも存在する二酸化炭素のようなガスを吸収する。
【００３７】
この実施形態では、反応チャンバは排気口３２内に設けられている。反応チャンバはニクロム線加熱要素３４を有している。
【００３８】
燃焼装置のこの別の実施形態の他の特徴は、図１から図３の実施形態と同一であり、同様の数字によって示されている。
【００３９】
作動中は、対向アーム２８ａ、２８ｂは、牛の隔壁の両側に位置決めされ、引張り棒２９は、対向アーム２８ａ、２８ｂがそれらの間で隔壁をしっかりと保持できるように、結締されている。燃焼装置１０’は、装置の前面が牛の口に面するように配向されている。センサー１８が、メタン濃度が例えば２００ｐｐｍより高くなったと検出したときには、送風手段２０が作動し、呼気ガスを牛からフィルタ３０を通って、排気口３２内へ指向する。
【００４０】
フィルタ３０は、温度と圧力によるが、略４空気量％のメタンの爆発下限値を超えるレベルまでメタン濃度を増加させるように、ガス流から二酸化炭素を抽出する。ガス流は排気口３２に入ると、７００から８００度の温度まで加熱されているニクロム線加熱要素３４を通過する。加熱要素３４が、ガス流内のメタンを酸化させ、主に二酸化炭素および水蒸気を形成し、これらは次いで装置から排気口３２を介して排出される。
【００４１】
したがって、装置を通るガス流は矢印Ｂ−Ｂで示される進路に沿う。
【００４２】
図４の実施形態の変形例によれば、フィルタ３０は、メタンと二酸化炭素が捕捉されるように構成されたゼオライト粒子を含有するチャンバによって提供され、一方、窒素と酸素が反応チャンバ内を通過できるようにする。ゼオライト粒子が、飽和点（ゼオライト粒子が二酸化炭素またはメタンをこれ以上吸収できない状態）に達すると、フィルタ加熱要素（図示せず）が作動させられる。これにより、捕捉されたメタンが比較的高濃度で反応チャンバ内に開放され、加熱されたニクロム線３４を通過するにしたがって、酸化物となる。この配置は、反応チャンバ３２内のメタン濃度がメタンの爆発下限値を超えることを確実にするのを助けている。
【００４３】
この変形例のさらなる変形例として、更なるフィルタ（図示せず）が送風手段２０とゼオライト含有チャンバ３０との間に設けられ、そのフィルタが、ゼオライト含有チャンバ３０に到達する二酸化炭素の量を制限するように構成され、ゼオライト粒子のメタン捕捉能力が増える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2020527458.tif 000007
2020527458.tif 000008