JP2024049765A - ガスホルダ及びバイオガス発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】バイオガスを安定供給することのできるガスホルダ及びバイオガス発電システムを提供する。
【解決手段】ガスホルダ（７）は、バイオガス発生槽（５）とバイオガス発電装置（８）との間に配置され、バイオガス発電装置に送り込むバイオガスを貯留する。ガスホルダ（７）は、変位可能な仕切り材（７０）によって第１の空間（７１）と、第２の空間（７２）とに仕切られている。第１の空間には、バイオガス発生槽から送り込まれるバイオガスを導入するバイオガス導入路（７３）と、貯留したバイオガスをバイオガス発電装置へ送り出すバイオガス送出路（７４）とが接続されており、第２の空間には、バイオガス発電装置で発生した排ガスが送り込まれる排ガス導入路（７５）と、貯留した排ガスを排出する排ガス排出路（７６）とが接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオガス発電システムに関し、特に、バイオガス発生槽で発生したバイオガスを貯留するホルダに関する。

ガスを貯留するホルダとして、有水式、メンブレン式、バルーン式のガスホルダが知られている。一般に、有水式ガスホルダに比して、メンブレン式、バルーン式のガスホルダは製造コストが安価であり、建屋内に設置し易い。

特開２０１２－６７８１７号公報（特許文献１）にはガスホルダ内の圧力を一定に保つことのできるメンブレン式のガスホルダが開示されている。図３に示すように、メンブレン式ガスホルダ７００は、ホルダの形状を保つための外袋７０２と、その内側でガスを貯留する変形可能な内袋７０１と、外袋７０２に空気を供給し、外袋７０２の外径を一定形状に保持するブロワ９００とを備える。内袋７０１は、ガス導入路７０３を介して送り込まれるガスを貯留し、ガス送出路７０４を介して発電装置等の外部部材へガスを供給する。外袋７０２は、ブロワ空気導入路７０５を介して送り込まれる空気を貯留し、ブロワ空気排出路７０６を介して貯留した空気を排出する。

特開２０１２－６７８１７号公報

特許文献１に開示されるような一般的なメンブレン式ガスホルダ７００では、製造コストが安価である反面、常にブロワ９００で空気を供給する必要があり、運用コストが高価であるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、製造コストおよび運用コストの双方が安価なガスホルダおよびそれを備えるバイオガス発電システムを提供することである。

本発明のある局面に従うガスホルダは、バイオガス発生槽とバイオガス発電装置との間に配置され、バイオガス発電装置に送り込むバイオガスを貯留する。ホルダは、変位可能な仕切り材によって第１の空間と、第２の空間とに仕切られており、第１の空間には、バイオガス発生槽から送り込まれるバイオガスを導入するバイオガス導入路と、貯留したバイオガスをバイオガス発電装置へ送り出すバイオガス送出路とが接続されており、第２の空間には、バイオガス発電装置で発生した排ガスが送り込まれる排ガス導入路と、貯留した排ガスを排出する排ガス排出路とが接続されている。

好ましくは、バイオガス送出路と、排ガス導入路と、排ガス排出路とには、それぞれ、逆止弁が配置されている。

本発明のある局面に従うバイオガス発電システムは、有機物を発酵させてバイオガスを発生させるバイオガス発生槽と、バイオガス発生槽で発生したバイオガスを利用して発電するバイオガス発電装置と、変位可能な仕切り材によって第１の空間と、第２の空間とに仕切られているガスホルダと、バイオガス発生槽で発生したバイオガスを第１の空間に送り込むバイオガス導入路と、第１の空間に貯留したバイオガスをバイオガス発電装置へ送り出すバイオガス送出路と、バイオガス発電装置で発生した排ガスを第２の空間に送り込む排ガス導入路と、第２の空間に貯留した排ガスを排出する排ガス排出路とを備える。

好ましくは、バイオガス送出路と、排ガス導入路と、排ガス排出路とには、それぞれ、逆止弁が配置されている。

好ましくは、排ガス導入路内を流れる排ガスを冷却する冷却手段をさらに備える。

好ましくは、集合住宅のディスポーザから供給される排水の固形分と液分とを分離する固液分離槽と、固液分離槽で分離した固形分をバイオガス発生槽へ送り込む固形分供給路とをさらに備える。

本発明によれば、安定したバイオガス発電を可能にしつつ、製造コストおよび運用コストが安価なガスホルダ及びバイオガス発電システムを提供することができる。

本実施の形態に係るバイオガス発電システムの概要を示す説明図である。 本実施の形態に係るガスホルダの動作を示す説明図である。 一般的なメンブレン式ガスホルダを示す説明図である。 一般的なメンブレン式ガスホルダの動作を示す説明図である。

本実施の形態に係るバイオガス発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（バイオガス発電システムについて）
はじめに、図１を参照して、本実施の形態に係るバイオガス発電システム１（以下の説明において、単に「システム」ともいう）の構成について説明する。

本実施の形態に係るシステム１は、各戸２０にディスポーザ２１を有する集合住宅２に備えられる。システム１は、ディスポーザ２１から供給される排水を貯留するクッションタンク３と、排水を固形分と液分とに分離する固液分離槽４と、固形分（有機物）を発酵させてバイオガスを発生させるバイオガス発生槽５と、バイオガス発生槽５の消化液および固液分離槽４の液分を排水可能にするための処理を行う排水処理槽６と、発生したバイオガスを貯留するガスホルダ７と、バイオガスを利用して発電するバイオガス発電装置８とを備える。発電により得られた電気は、たとえば集合住宅２の共用部２２などの電力源として用いられる。

集合住宅２のディスポーザ２１は、典型的にはキッチンの流し台に設けられ、調理時に発生する野菜かすなどの有機物（食品系廃棄物）を粉砕する。粉砕された有機物は、ディスポーザ排水として各住戸２０から排出される。各住戸２０から排出されたディスポーザ排水は、ディスポーザ２１に接続されたディスポーザ排水供給路２３を介して、クッションタンク３に集積される。

クッションタンク３は、ディスポーザ排水供給路２３より送り込まれるディスポーザ排水、すなわち有機物を貯留する。集合住宅２は、時間帯によって有機物の発生にばらつきが生じ易い。そこで、クッションタンク３に一旦貯留することで、時間帯によらないで後述するバイオガス発生槽５へ安定して有機物を供給することができる。なお、本実施の形態では、クッションタンク３に貯留された有機物は、有機物供給路３１を介して固液分離槽４へ送られることとしたが、バイオガス発生槽５へ直接送りこむこととしてもよい。

ディスポーザ排水は、有機物を含む固形分に比して液分が非常に多い。そこで、固液分離槽４は、クッションタンク３より有機物供給路３１を介して供給されるディスポーザ排水を、固形分と液分とに分離する。分離された固形分は、固形分供給路４１を介してバイオガス発生槽５に供給される。分離された液分は、液分排水路４２を介して排水処理槽６へ送り出される。これにより、バイオガス発生槽５で利用する有機物を効率よく集めて供給することができる。

バイオガス発生槽５は、固形分供給路４１を介して供給される有機物を発酵させてバイオガス発電装置８で利用するガスを生成するための槽である。バイオガス発生槽５は、典型的には１以上のメタン生成菌を含む発酵液が貯留されているメタン発酵槽５である。バイオガス発生槽５内部は、使用する菌の活動に好適な温度域（３０～４２℃）に維持される。本実施の形態では、メタン生成菌が嫌気発酵によりメタンガスを発生させるものとして説明する。発生したメタンガスは、バイオガス発生槽５の上方領域に設けられたバイオガス導入路７３を介してガスホルダ７に送り出される。

排水処理槽６は、固液分離槽４から液分排水路４２を介して送り込まれる液分と、バイオガス発生槽５から消化液排水路５１を介して送り込まれる消化液（メタン発酵後の液分）とを貯留して、排水処理を行う。処理された水は、下水として外部へ排水される。

ガスホルダ７は、変位可能な仕切り材７０によって第１の空間７１と、第２の空間７２とに仕切られている。

仕切り材７０は、ガスホルダ７内のガス圧に応じて変位可能に構成され、たとえば樹脂製の膜体である。すなわち、第１の空間７１と第２の空間７２との間でガスが混ざらない構成であればよい。

第１の空間７１は、メタンガスを貯留する空間であり、バイオガス発生槽５で発生したメタンガスが送り込まれるバイオガス導入路７３と、貯留したメタンガスをバイオガス発電装置８へ送り出すバイオガス送出路７４とを備える。本実施の形態では、バイオガス送出路７４には逆止弁Ｖ_１が設けられている。逆止弁Ｖ_１は、所定ガス圧以上の圧力がかかることで開くため、第１の空間７１内のガス圧が所定値以下であれば閉じたままである。なお、必須でないが、バイオガス導入路７３に逆止弁を設けることとしてもよい。

第２の空間７２は、第１の空間７１に貯留されるメタンガスの量に応じて、バイオガス発電装置８で発生した排ガスを貯留する空間であり、バイオガス発電装置８で発生した排ガスが送り込まれる排ガス導入路７５と、貯留した排ガスを排気する排ガス排出路７６とを備える。本実施の形態では、排ガス導入路７５と、排ガス排出路７６とには、それぞれ、逆止弁V_２、V_３が配置されている。これにより、第２の空間７２内のガス圧が所定値以上になるまでは、排ガスを第２の空間７２内に留め、ガスホルダ７を一定形状に保つことができる。

バイオガス発電装置８で発生する排ガスは、メタンガスが燃焼することにより生じるものであるため、比較的高温である。そこで、排ガス導入路７５は、図１に一点鎖線で示す領域に、管内を流れる排ガスを冷却する冷却手段８０をさらに備えることができる。冷却手段８０は、冷媒のような外部部材を利用してもよいし、排ガス導入路７５と排ガス排出路７６とで互いに熱交換するような構成としてもよい。これにより、高温の排ガスがガスホルダ７内に流入することで生じ得る不具合を防ぐことができる。

バイオガス発電装置８は、バイオガス送出路７４より供給されるメタンガスを燃焼することで発電する。メタンガスを燃焼することにより、下式に示すように、発電時に用いられるメタンガスと等モルの二酸化炭素（排ガス）が発生する。
式： ＣＨ_４＋２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
すなわち、本実施の形態のガスホルダ７は、バイオガス発電装置８に供給したメタンガスと等モルの二酸化炭素（排ガス）をバイオガス発電装置８から受け取ることで、メタンガス量が少ない場合であってもその形状を一定に保つことができる。なお、排ガスの余剰分は、逆止弁V_３を開くことで排ガス排出路７６を介して排出される。

（ガスホルダ７の動作について）
図２を参照して、本実施の形態に係るガスホルダ７の動作について説明する。図２は、本実施の形態に係るガスホルダの動作を示す説明図である。

はじめに、ガスホルダ７の第１の空間７１に、バイオガス発生槽５で生成されたメタンガスが貯留される（ＳＴＥＰ１）。なお、バイオガス送出路７４に設けられた逆止弁Ｖ_１は、所定ガス圧を超えるまで開かない。

第１の空間７１が所定ガス圧を超えたことに応じて、逆止弁Ｖ_１が開き、バイオガス発電装置８にメタンガスが供給される（ＳＴＥＰ２）。この際、本実施の形態では、仕切り材７０が変位することで第１の空間７１の方が第２の空間７２よりも体積が大きくなる。

バイオガス発電装置８でメタンガスが燃焼されると、燃焼に用いられたメタンガスと等量の二酸化炭素（排ガス）が生成され、第２の空間７２に送り込まれる（ＳＴＥＰ３）。この際、本実施の形態では、仕切り材７０が変位することで第２の空間７２の方が第１の空間７１よりも体積が大きくなる。

第２の空間７２に供給された排ガスは、排ガス排出路７６を介して外部へ排気される（ＳＴＥＰ４）。この際、排気量は、第１の空間７１に供給されるメタンガス量と等量である。したがって、本実施の形態のガスホルダ７の形状は、ＳＴＥＰ１～ＳＴＥＰ４を通じて略同じ形状に保たれる。

なお、本実施の形態に係るシステム１の初期状態においては、少なくとも第２の空間７２に、空気が充填されることでその形状を維持している。

図４に示すように、従来のガスホルダ７００は、ＳＴＥＰ１０～４０を通して、常にブロワ９００は一定の稼働量で駆動している。このように、内袋７０１に貯留されるガス量に関わらず、常にブロワ９００で一定量の空気を送り込み、必要量だけ外袋７０２に貯留（不要分は排気）される仕様のため、運用コスト（特に、電気代などのランニングコスト）が高価となってしまう。これに対し本実施の形態に係るガスホルダ７は、第１の空間７１にメタンガスを貯留し、第２の空間７２に排ガスを貯留してガスホルダ７の形状を維持するために他の装置を稼働させる必要がなく、運用コストを安価に抑えることができる。

なお、本実施の形態に係るバイオガス発電システム１は、典型的には集合住宅に備えられるが、複数の調理スペースを備える建物であればよく、たとえば、商業施設、宿泊施設などにも採用することができる。この場合であっても、施設内で供給される食品系廃棄物を利用した発電を行い、発電された電気を施設内の設備で利用することができ、エコフレンドリーな建物を提供することができる。

また、本実施の形態に係るバイオガス発電システム１は、バイオガスとしてメタンガスを利用するシステムを例に挙げて説明したが、発電装置に利用できる可燃性ガスであれば、メタンに限定されない。

また、本実施の形態に係るバイオガス発電システム１は、建物に複数備えられることとしてもよい。これにより、必要に応じて発電量を調整することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ バイオガス発電システム、２ 集合住宅、３ クッションタンク、４ 固液分離槽、５ バイオガス発生槽、６ 排水処理槽、７ ガスホルダ、８ バイオガス発電装置、７０ 仕切り材、７１ 第１の空間、７２ 第２の空間、７３ バイオガス導入路、７４ バイオガス送出路、７５ 排ガス導入路、７６ 排ガス排出路。

Claims (6)

1. バイオガス発生槽とバイオガス発電装置との間に配置され、前記バイオガス発電装置に送り込むバイオガスを貯留するホルダであって、
   前記ホルダは、変位可能な仕切り材によって第１の空間と、第２の空間とに仕切られており、
   前記第１の空間には、前記バイオガス発生槽から送り込まれるバイオガスを導入するバイオガス導入路と、貯留したバイオガスを前記バイオガス発電装置へ送り出すバイオガス送出路とが接続されており、
   前記第２の空間には、前記バイオガス発電装置で発生した排ガスが送り込まれる排ガス導入路と、貯留した排ガスを排出する排ガス排出路とが接続されている、ガスホルダ。
2. 前記バイオガス送出路と、前記排ガス導入路と、前記排ガス排出路とには、それぞれ、逆止弁が配置されている、請求項１に記載のガスホルダ。
3. 有機物を発酵させてバイオガスを発生させるバイオガス発生槽と、
   前記バイオガス発生槽で発生したバイオガスを利用して発電するバイオガス発電装置と、
   変位可能な仕切り材によって第１の空間と、第２の空間とに仕切られているガスホルダと、
   前記バイオガス発生槽で発生したバイオガスを前記第１の空間に送り込むバイオガス導入路と、
   前記第１の空間に貯留したバイオガスを前記バイオガス発電装置へ送り出すバイオガス送出路と、
   前記バイオガス発電装置で発生した排ガスを前記第２の空間に送り込む排ガス導入路と、
   前記第２の空間に貯留した排ガスを排出する排ガス排出路とを備える、バイオガス発電システム。
4. 前記バイオガス送出路と、前記排ガス導入路と、前記排ガス排出路とには、それぞれ、逆止弁が配置されている、請求項３に記載のバイオガス発電システム。
5. 前記排ガス導入路内を流れる排ガスを冷却する冷却手段をさらに備える、請求項３に記載のバイオガス発電システム。
6. 集合住宅のディスポーザから供給される排水の固形分と液分とを分離する固液分離槽と、
   前記固液分離槽で分離した固形分を前記バイオガス発生槽へ送り込む固形分供給路とをさらに備える、請求項３に記載のバイオガス発電システム。
   
   

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