オフガス燃焼装置及び制御方法
【課題】バイオガスからメタンを分離する装置のオフガスにメタンが含有されている場合に、係るオフガス中のメタンを確実に燃焼することが出来て、オフガス中のメタンを燃焼する際に補助燃料や特別な機器を必要としないオフガス燃焼装置の提供。
【解決手段】メタン分離装置（１）のオフガスを燃焼するバーナ（４）と、バーナ（４）及びその下流側を包囲して燃焼排ガスライン（Ｌｇ）を構成する中空円筒形状の燃焼筒（２）と、バーナへ供給される燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン（ＬＡ）とを備え、該燃焼用空気ライン（ＬＡ）は燃焼筒（２）内部に形成された予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を有している。
【解決手段】メタン分離装置（１）のオフガスを燃焼するバーナ（４）と、バーナ（４）及びその下流側を包囲して燃焼排ガスライン（Ｌｇ）を構成する中空円筒形状の燃焼筒（２）と、バーナへ供給される燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン（ＬＡ）とを備え、該燃焼用空気ライン（ＬＡ）は燃焼筒（２）内部に形成された予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスからメタン（ＣＨ４）を分離する装置から排出されるオフガスに含有されるメタンを確実に燃焼する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスから生成したバイオガスは、メタン以外の成分（例えば、ＣＯ２）を含有している。バイオガスの有効利用を図るためには、バイオガスからメタン以外の成分を分離して、バイオガス中のメタン濃度を高める必要がある。本明細書では、嫌気性発酵プロセス等から発生するメタンリッチなバイオガスからメタン以外の成分を分離して、高純度のメタンを精製する技術について、「バイオガスからメタンを分離する」と表現する場合がある。
そして、バイオガスからメタンを分離するための技術として、例えば、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式による分離技術や、膜分離法に係る分離技術が存在する。
【０００３】
図７は、ＰＳＡ方式による分離技術の概要を示している。
図７において、メタン分離装置１００内に充填された図示しない吸着材により、ラインＬＢを経由してメタン分離装置１００に投入されたバイオガス中のメタン以外の成分（例えば、ＣＯ２）を吸着して除去し、以って、メタン濃度を高めている。
【０００４】
ＰＳＡ方式によって、バイオガスからＰＳＡ法を用いて高濃度メタンを精製する際に、図７のメタン分離装置１００内の吸着材を再生する必要がある。そして、吸着剤の再生に際しては、メタン分離装置１００から、メタンを含有する低圧のオフガスが発生する。
ここで、昨今の地球温暖化問題を考慮すると、また安全性の観点から、排ガスをそのまま大気に放出することはできない。
【０００５】
従来技術では、オフガスに含有されるメタンを大気中に放出しないようにするために、余剰燃焼塔２００を用いてメタンを燃焼して除去していた。ところが、ラインＬＯを介して余剰燃焼塔２００に投入されるオフガス中のメタンの濃度が不安定であり且つメタン濃度が低いため（１０〜２５％）、そのままでは当該オフガスを燃焼することが出来ない。
そのため、従来技術では、余剰燃焼塔２００にラインＬＧを介して都市ガス等の補助燃料を追加投入して、メタン濃度を燃焼可能なレベルまで上昇した後に、燃焼している。しかし、都市ガス等の補助燃料を供給しつつ、メタンを含有するオフガスを燃焼することは、ランニングコストの上昇を招いていた。
図７における符号３００は、高濃度のメタンを貯蔵するメタン貯蔵タンクを、符号ＬＭは、メタン分離装置１００とメタン貯蔵タンクとを連通するラインを示している。
【０００６】
その他の従来技術として、例えば、バイオガスの処理利用システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）は、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ及び蒸気等の不純物の低減が目的であり、オフガス中に含有されているメタンの燃焼に関する上述した問題を解決するものではない。
【０００７】
また、メタン濃度やメタン貯蔵量の増加を図るために、脱硫装置と、メタン濃縮装置と、メタン吸蔵剤を充填したガスホルダとを備えた消化ガス貯蔵設備が提案されている（特許文献２参照）。
さらに、バイオガスの供給量や成分に応じて補助燃料ガスと空気を混合し、燃料ガスとして利用する技術も提案されている（特許文献３参照）。
しかし、これ等の従来技術（特許文献２、特許文献３）は、何れもバイオガスからメタンを分離する装置からのオフガスに含有されるメタンの処理については開示しておらず、オフガス中に含有されているメタンの燃焼に関する上述した問題を解決することは出来ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３６８４９号公報
【特許文献２】特開２００１−９４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２２６８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、バイオガスからメタンを分離する装置のオフガスにメタンが含有されている場合に、係るオフガス中のメタンを確実に燃焼することが出来て、しかも、係るオフガス中のメタンを燃焼する際に補助燃料や特別な機器を必要としないオフガス燃焼装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のオフガス燃焼装置（１０１、１０２）は、バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置（１：例えば、ＰＳＡにおける吸着材が充填された塔）のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置（１）のオフガスが流れてバーナに連通するオフガスライン（Ｌ５）と、該オフガスライン（Ｌ５）により供給されるオフガスを燃焼するバーナ（４）と、バーナ（４）及びその下流側を包囲して燃焼排ガスライン（Ｌｇ）を構成する（例えば中空円筒形状の）燃焼筒（２）と、オフガスの流れが生成する負圧により吸引されてバーナへ供給される燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン（ＬＡ）とを備え、該燃焼用空気ライン（ＬＡ）は燃焼筒（２）内部に形成された予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を有していることを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
本発明のオフガス燃焼装置（１０１、１０２）において、予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）は、燃焼筒（２）内部に設けられた環状空間（ＬＡ２〜ＬＡ４）により構成されており、該環状空間（ＬＡ２〜ＬＡ４）を半径方向内方の領域（ＬＡ４）と半径方向外方の領域（ＬＡ２）とに区分する仕切り部材（７、７１）と、該環状空間の半径方向内方壁面（５ｏ）に設けられたらせん状ガイド（９）とを有しているのが好ましい（請求項２）。
ここで、らせん状ガイド（９）の燃焼筒軸方向ピッチと、内筒（５）外壁（内筒５の半径方向外方の壁面）と仕切り部材（７、７１）内壁（仕切り部材７、７１の半径方向内方の壁面）との間隔（δ）は、次の２つの条件を満たす様に設定されるのが好ましい。
（１） 燃焼用空気が前記予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を流れるのに要する時間が、燃焼用空気が所定温度まで予熱されるのに十分な時間である。
（２） 燃焼用空気流速を５ｍ／ｓ以下とすることで圧力損失を無視できるレベルに保持し、燃焼用空気が前記予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を流れて、前記バーナ（４）に供給可能である。
【００１２】
また本発明のオフガス燃焼装置（１０１、１０２）は、メタン分離装置（１）をバイパスしてバーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給するバイオガスライン（Ｌ３）を備えており、オフガスライン（Ｌ５）及びバイオガスライン（Ｌ３）には各々に開閉弁（ＶＯ、ＶＢ）が介装されており、バーナ（４）に供給される燃焼用空気の温度を計測する温度計測装置（温度センサＳｔ）と、制御装置（１０）とを備えており、該制御装置（１０）は、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値よりも低い場合には、オフガスライン（Ｌ５）に介装された開閉弁（ＶＯ）を閉鎖してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を開放し、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値以上である場合には、オフガスライン（Ｌ５、Ｌ６）に介装された開閉弁（ＶＯ）を開放してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を閉鎖する機能を有しているのが好ましい（請求項３）。
【００１３】
さらに本発明のオフガス燃焼装置（１０１）は、燃焼用空気ライン（ＬＡ）に合流してバーナ（４）に空気（調整用空気）を供給する第２の空気ライン（調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２）を設けており、該第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）には流量調整弁（Ｖａ１、Ｖａ２）が介装されているのが好ましい（請求項４）。
この場合、バーナ（４）の燃焼排ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかが包含されている場合には、バーナ（４）が不完全燃焼を起こしていると判断して、流量調整弁（Ｖａ１、Ｖａ２）の弁開度を増加して、第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）を介してバーナ（４）に供給される空気量（調整用空気量）を増加するのが好ましい。
【００１４】
本発明のオフガス燃焼装置（請求項１〜４の何れか１項のオフガス燃焼装置）において、複数のバーナが設けられていても良いし（１０２：いわゆる「マルチバーナ」）、あるいは、単一のバーナが設けられていても良い（１０１：いわゆる「シングルバーナ」）。
【００１５】
上述した本発明のオフガス燃焼装置（請求項３、４の何れかのオフガス燃焼装置）の制御方法は、温度計測装置（Ｓｔ）によりバーナ（４）に供給される燃焼用空気の温度（Ｔｃ）を計測する工程（Ｓ３）と、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値よりも低い場合（ステップＳ４がＮＯ）にオフガスライン（Ｌ５）に介装された開閉弁（ＶＯ）を閉鎖してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を開放する工程（Ｓ６）と、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値以上である場合（ステップＳ４がＹＥＳ）には、オフガスライン（Ｌ５）に介装された開閉弁（ＶＯ）を開放してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を閉鎖する工程（Ｓ５）を有することを特徴としている（請求項５）。
【００１６】
また、上述した本発明のオフガス燃焼装置（１０１：請求項４のオフガス燃焼装置）の制御方法は、バーナ（４）の燃焼排ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかが包含されているか否かを検出する検出工程（Ｓ１１）と、該検出工程（Ｓ１１）でバーナ（４）の燃焼排ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかが包含されている場合（Ｓ１１がＹＥＳ）には、バーナ（４）が不完全燃焼を起こしていると判断して、流量調整弁（Ｖａ１、Ｖａ２）の弁開度を増加して、第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）を介してバーナ（４）に供給される空気量（調整用空気量）を増加する工程（Ｓ１２）を有しているのが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１７】
上述する構成を具備する本発明によれば、燃焼用空気が燃焼筒（２）内部に形成された予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を流れる際にオフガスに含有されるメタン（ＣＨ４）が、バーナ（４）で燃焼された燃焼排ガスと熱交換を行なうので、燃焼用空気は予熱されて昇温する。そのため、高温の燃焼用空気がバーナ（４）に供給されるので、オフガスのメタン濃度が１０％〜２５％程度と薄くても、バーナ（４）で確実に燃焼することが出来る。
その結果、オフガスに含有されるメタンは、燃焼されて確実に除去されることになり、温暖化係数が二酸化炭素（ＣＯ２）の２０〜３０倍のメタンが大気に放散されてしまうことが防止され、地球温暖化に悪影響を与えてしまう恐れが無い。
ここで本発明によれば、従来技術のように、オフガスに含有されるメタン燃焼のために都市ガス等の燃料を別途消費する必要は無い。そのため、エネルギの消費が抑制される。
【００１８】
本発明において、燃焼用空気はオフガスの流れにより生じた負圧により吸引されるので、別途、ポンプやブロワを設ける必要がない。また、燃焼用空気の予熱は、上述した様にオフガス燃焼の際に生じる熱により行われるので、燃焼用空気予熱のための加熱手段を別途設ける必要も無い。
そのため、本発明によれば特別な機器を別途設けることなく、コストを抑制しつつ、メタン濃度が１０％〜２５％程度のオフガスを確実に燃焼することが出来る。
【００１９】
ここで、例えば始動時や、オフガスのメタン濃度が急激に低下し、あるいは、オフガス圧力が急激に降下した場合等、バーナ（４）の燃焼排ガスにより燃焼用空気を予熱することが困難な場合が存在する。
これに対して、本発明では、メタン分離装置（１：ＰＳＡ）をバイパスしてバーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給するバイオガスライン（Ｌ３）を備え、オフガスライン（Ｌ５）及びバイオガスライン（Ｌ３）には各々に開閉弁（ＶＯ、ＶＢ）を介装して、適宜開閉制御するように構成すれば（請求項３、５）、バーナ（４）の燃焼排ガスで燃焼用空気を予熱することが困難な場合（例えば始動時や、オフガスのメタン濃度が急激に低下したり、オフガス圧力が急激に降下した場合等）でも、バーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給することにより、対処できる。すなわち、未精製ガスのメタン濃度は約６０％であるため、バーナ（４）で確実に燃焼されるのである。
【００２０】
バーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給して燃焼すれば、高温の燃焼排ガスを生じるので、係る高温の燃焼排ガスによって、燃焼用空気を予熱することが可能になる。そして、高温の燃焼排ガスによって、燃焼用空気を予熱することが可能になれば、未精製ガスをバーナ（４）へ供給するのを遮断して、バーナ（４）にはオフガスを供給すれば良い。
これにより、始動時、その他のバーナ（４）の燃焼排ガスで燃焼用空気を予熱することが困難な場合においても、バーナ（４）における燃焼を確実に行い、オフガスの燃焼を可能にしている。
【００２１】
さらに本発明において、燃焼用空気ライン（ＬＡ）に合流してバーナ（４）に空気（調整用空気）を供給する第２の空気ライン（調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２）を設ければ（請求項４、請求項６）、燃焼用空気の不足によりバーナ（４）が不完全燃焼を起こした場合（例えば、燃焼排ガスに一酸化炭素、メタン、ススの何れかが包含されている場合）には、第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）を介してバーナ（４）に供給される空気量（調整用空気量）を増加して、バーナ（４）が完全燃焼するようにせしめることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図２】図１に対して、制御系等を加えた全体構成図である。
【図３】第１実施形態の燃焼装置の起動時のオフガスの切換制御方法を説明するフローチャートである。
【図４】第１実施形態の燃焼装置の調整用空気の流量制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図６】図３のＸ-Ｘ断面矢視図である。
【図７】従来技術におけるメタン含有オフガスの燃焼除去を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図４を参照して第１実施形態を説明する。
図１において、全体を符号１０１で示すオフガス燃焼装置は、図示の例では、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式によるメタン分離装置１と、中空円筒形状の燃焼筒２を有している。
【００２４】
燃焼筒２は、基台３上に配置されたバーナ４、内筒５、外筒６、仕切り部材７を有している。仕切り部材７は、円筒状の仕切り７１と円筒状の仕切り７１の一端に固設したフランジ７２とで構成されている。
バーナ４は、内筒５の中心に配置されている。このため、内筒５の内部空間は、排ガスを排出する排ガスラインＬｇを構成している。
内筒５と外筒６は同心に配置されており、内筒５と外筒６とによって環状の空間５６が形成されている。内筒５と外筒６は上端部で環状の蓋５６Ｔに接続しており、以って、環状の空間５６の上端は蓋５６Ｔによって閉塞されている。
【００２５】
内筒５、外筒６の下端の一部は切欠きが形成され、図１では、内筒５の切欠きＬＡ５の上縁部は、外筒６の切欠きＬＡ１の上縁部よりも、図１において上方に位置している。
切欠きＬＡ５、ＬＡ１については、燃料用空気供給ライン（以下、第１の空気供給ラインと言う）ＬＡに関連して後述する。
【００２６】
仕切り部材７の円筒状の仕切り７１の直径は、内筒５の外径よりも大きく、外筒６の内径よりも小さい数値に設定されている。仕切り部材７は、内筒５、外筒６と同心に配置され、フランジ７２により基台３の上面に据え付けられている。
図１において、仕切り部材７の仕切り７１の高さ寸法は、内筒５及び外筒６の高さ寸法よりも小さい。
【００２７】
燃焼筒２は、第１の空気供給ラインＬＡを有している。第１の空気供給ラインＬＡは、上記切欠きＬＡ１、ＬＡ５と、環状の隙間ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４によって構成されている。
環状の隙間ＬＡ２は、外筒６と仕切り７１によって形成されている。
環状の隙間ＬＡ３は、外筒６の上方領域と、内筒５の上方領域とによって形成されている。
環状の隙間ＬＡ４は、仕切り７１と内筒５によって形成されている。
空気供給ラインＬＡの領域において、領域ＬＡ２〜ＬＡ４は、バーナ４に供給される空気が、バーナ４の燃焼排ガスによって予熱される予熱用流路を構成している。
【００２８】
内筒５の外周５ｏ側には、らせん状のガイド９が形成されている。
らせん状のガイド９を設けることにより、予熱用流路を構成する領域ＬＡ３、ＬＡ４を流れる空気がらせん状の流路を流れ、以って、バーナ４に供給される空気が予熱される時間を長くすると同時に、均一に空気を流入させている。
【００２９】
ここで、らせん状ガイド（９）の燃焼筒軸方向ピッチと、内筒５の半径方向外方壁面（内筒５外壁）と仕切り部材７（７１）の半径方向内方の壁面（仕切り部材７、７１内壁）との間隔δは、次の２つの条件を満たす様に設定されている。
（１） 燃焼用空気が予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４を流れるのに要する時間が、燃焼用空気が所定温度まで予熱されるのに十分な時間である。
（２） 燃焼用空気流速を５ｍ／ｓ以下とすることで圧力損失を無視できるレベルに保持し、燃焼用空気が予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４を流れて、バーナ４へ確実に供給される。
なお、図１において矢印ＦＡは燃焼用空気の流れを示している。
【００３０】
外筒６の外周側には、断熱材８が被覆されている。
内筒５における切欠きＬＡ５の近傍には、バーナ４に供給される空気の温度を計測するための温度センサＳｔが取付けられている。
また、内筒５の内壁部５ｉには、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）のいずれかを検出する排ガス状態監視センサＳｇが取付けられている。ここで、排ガス状態監視センサＳｇは、バーナ４の燃焼排ガス中に、一酸化炭素、メタン、ススの何れかが含有されているか否かを検出し、以って、バーナ４が不完全燃焼をしているか否かを判断するために設けられている。
【００３１】
燃焼筒２には、バーナ４の燃焼状態を観察するための覗き孔２１または火炎を検知する検知器が、図１では２箇所に設けられている。
覗き孔２１は、断熱材８、外筒６、内筒５を貫通している。２箇所の覗き孔２１の内の一方は、バーナ４と同程度の高さ位置であり、他方は、バーナ稼動時の火炎の先端近傍の高さ位置である。
【００３２】
図１において、メタン分離装置１には、図示しないバイオガス供給源からのバイオガス供給ラインＬ１が連通している。バイオガス供給ラインＬ１は、分岐点Ｂにおいて、バイパスライン（バイオガスライン）Ｌ３が分岐している。
ここで、バイオガス供給ラインＬ１を流過するバイオガス（未精製ガス：未処理のガス）の組成は、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）が４０％で、メタン（ＣＨ４）が６０％である。
【００３３】
メタン分離装置１で二酸化炭素が吸着されて高純度となったメタンガスは、ラインＬ４を介して、図示しないメタン貯留タンクに搬送される。ここで、メタン分離装置１で分離された高純度のメタンガスは、その組成は、例えば、ＣＨ４が９８％、ＣＯ２が２％である。
メタン分離装置１は、オフガスラインＬ５を介してバーナ４と連通しており、メタン分離装置１のオフガスはオフガスラインＬ５を介してバーナ４に供給される。バイパスラインＬ３は、合流点ＧでオフガスラインＬ５と合流する。
オフガスラインＬ５には開閉弁ＶＯが介装され、バイパスラインＬ３には開閉弁ＶＢが介装されている。
開閉弁ＶＯ、ＶＢの開閉制御については、図２、図３を参照して後述する。
【００３４】
オフガスラインＬ５を流れるオフガスの組成は、ＣＨ４が１０〜２５％で、ＣＯ２が９０〜７５％である。
ここで、メタン濃度が１０〜２５％のオフガスは、メタン濃度が低すぎるため常温では燃焼しない。後述するように、図示の実施形態では予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４でバーナ４に供給する空気を予熱して昇温せしめ、昇温した空気をバーナ４に供給して燃焼温度を昇温することにより、オフガス中のメタン濃度が低くても（１０〜２５％）、当該オフガスを燃焼可能ならしめている。
【００３５】
ここで、バーナ４に供給されるオフガス中のメタン（ＣＨ４）の濃度が想定値よりも高い、あるいはオフガスの圧力が高いと言った事態も想定される。そのような場合には、バーナ４に供給される空気量が不足して、不完全燃焼を生じてしまう可能性がある。
燃焼用空気の不足による不完全燃焼を防止するためには、第１の空気供給ラインＬＡを経由して供給される燃焼用空気に加えて、調整用の空気ラインを介して調整用空気を供給することが必要となる。
そのため、第１実施形態では、燃焼筒２を据付ける基台３におけるバーナ４の周縁部（図１では２箇所）に、調整用空気ライン（第２の空気供給ライン）Ｌａ１、Ｌａ２を設けている。
図１における符号ＦＣは、調整用空気の流れを示している。
【００３６】
調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２には、それぞれ調整弁Ｖａ１、Ｖａ２が介装されている。
上述した様に、内筒５の内壁５ｉには排ガス状態センサＳｇが取り付けられており、センサＳｇは、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかを検出する。
なお、調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の開度制御の詳細については、図２、図４を参照して後述する。
【００３７】
図２は、図１に制御系の構成を付加した状態を示している。
図２において、全体を符号１０１で示すオフガス燃焼装置は、制御装置であるコントロールユニット１０を備えている。
コントロールユニット１０は、入力信号ラインＬｉ１によって温度センサＳｔと接続しており、入力信号ラインＬｉ２によって排ガス状態センサＳｇと接続している。
また、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬｏ１によって開閉弁ＶＯと接続しており、制御信号ラインＬｏ２によって開閉弁ＶＢと接続されている。
さらに、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬｏ３によって調整弁Ｖａ１と接続しており、制御信号ラインＬｏ４によって調整弁Ｖａ２と接続している。
【００３８】
次に図３のフローチャートに基づいて、図２で示すオフガス燃焼装置１０１における開閉弁ＶＯ、ＶＢの開閉制御について説明する。
図３のステップＳ１では、バーナ４の燃焼が開始されるまで（始動時まで）待機している（ステップＳ１がＮＯのループ）。始動時となったなら（ステップＳ１がＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。
【００３９】
上述した様に、始動時は燃焼排ガスにより燃焼用空気を十分に予熱することが困難であるので、オフガスを供給してもバーナ４では燃焼しないので、メタン濃度が高いバイオガスをバーナ４へ供給する。そのため、ステップＳ２では、コントロールユニット１０は、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを開放する旨の制御信号を、制御信号ラインＬＯ２を介して開閉弁ＶＢへ送信する。そして、さらにオフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを閉鎖する旨の制御信号を、制御信号ラインＬＯ1を介して開閉弁ＶＯへ送信する。そしてステップＳ３に進む。
ここで、オフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを閉鎖した後に、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを開放した場合には、バーナ４が燃料切れで失火する恐れがある。そのため、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを開放した後に、オフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを閉鎖する。
【００４０】
ステップＳ３ではバーナ４に供給する空気温度Ｔｃを計測し、ステップＳ４では、計測した空気温度Ｔｃがしきい値以上であるか否かを判断する。バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値以上であれば（ステップＳ４がＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、空気温度Ｔｃがしきい値未満であれば（ステップＳ４がＮＯ）、ステップＳ６に進む。
なお、「しきい値」については、バーナ４やメタン分離装置１の仕様、メタン分離装置１の吸着剤の再生条件、その他の運転条件により、ケース・バイ・ケースで設定される。
【００４１】
ステップＳ５では、バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値以上となり、予熱用流路ＬＡ４を流れる空気がバーナ４の排ガスによって十分予熱される状態となっているので、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬＯ１によって開閉弁ＶＯに制御信号を送り、オフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを開放する。その後、制御信号ラインＬＯ２によって開閉弁ＶＢに制御信号を送り、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを閉鎖する。そしてステップＳ７に進む。
【００４２】
ステップＳ６では、バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値より低温であり、予熱用流路ＬＡ４を流れる空気がバーナ４の排ガスによって十分予熱される状態ではないと判断される。ここで、バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値より低温の状態は、始動時のみならず、オフガスのメタン濃度が急激に低下した場合や、オフガス圧力が急激に降下した場合等も該当する。
ステップＳ６において、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬＯ２によってバイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢに制御信号を送り、開閉弁ＶＢを開放する。その後、コントロールユニット１０は、さらに制御信号ラインＬＯ１によってオフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯに制御信号を送り、開閉弁ＶＯを閉鎖する。そして、ステップＳ７に進む。
【００４３】
ステップＳ７では、コントロールユニット１０は、オフガス燃焼装置１０１が停止であるか否かを判断する。オフガス燃焼装置１０１が停止であれば（バーナＯＦＦ：ステップＳ７がＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。一方、オフガス燃焼装置１０１を停止しないのであれば（ステップＳ７がＮＯ）、ステップＳ３に戻る。
ステップＳ８では、コントロールユニット１０は、開閉弁ＶＯ、ＶＢを閉鎖して、制御を終了する。
【００４４】
次に主として図４を参照して、オフガス燃焼装置１０１における調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の開度制御、すなわち調整用空気供給量の制御について説明する。
図４のステップＳ１１では、排ガス状態監視センサＳｇによって、排ガス中に一酸化炭素、メタン、ススの何れかが含有されているか否かを計測する。ステップＳ１１で、排ガス中に一酸化炭素、メタン、ススの何れかが含有されていることが検出された場合には、燃焼装置１０１が不完全燃焼をしていると判断して（ステップＳ１１がＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１１で、排ガス中に一酸化炭素、メタン、ススの何れも検出されない場合には、燃焼装置１０１は不完全燃焼をしていないと判断して（ステップＳ１１がＮＯ）、ステップＳ１３に進む。
【００４５】
ステップＳ１２では、制御信号ラインＬＯ３、ＬＯ４を介して調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の弁開度を増加し、調整用空気供給量を増加する制御を行ない、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１３では、制御信号ラインＬＯ３、ＬＯ４を介して調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の弁開度を減少し、調整用空気供給量を減少する制御を行ない、ステップＳ１４に進む。
なお、ステップＳ１３において、調整弁Ｖａ１、Ｖａ２が全閉（弁開度＝０）の場合には、調整弁Ｖａ１、Ｖａ２が全閉の状態を維持する。
【００４６】
ステップＳ１４では、バーナ４が停止しているか否かを判断する。バーナ４が停止していれば（ステップＳ１４がＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。
バーナ４が稼動していれば（ステップＳ１４がＮＯ）、ステップＳ１１まで戻る。
なお、図４で示す制御は、図示しないオペレータによるマニュアル操作であっても良いし、いわゆる自動制御であっても良い。
【００４７】
図１〜図４の第１実施形態によれば、燃焼用空気が予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４を流れる際に、バーナ４の燃焼排ガスと熱交換を行ない、予熱されて昇温する。そして、高温の燃焼用空気がバーナ４に供給されるので、オフガスのメタン濃度が１０％〜２５％程度と薄くても、バーナ４は燃焼可能となる。
その結果、オフガスに含有されるメタンは、オフガス燃焼装置１０１によって確実に燃焼し、温暖化係数が二酸化炭素（ＣＯ２）の２０〜３０倍のメタンが大気へ放散されてしまうことが未然に防止され、地球温暖化に悪影響を与えてしまう恐れが無い。
また、オフガスに含有されるメタンを燃焼するため、都市ガス等の燃料を別途消費する必要が無い。特別な機器を別途設置する必要も無い。
【００４８】
第１実施形態に係るオフガス燃焼装置１０１は、燃焼筒２において、オフガスの流れにより生じた負圧により燃焼用空気が吸引されるので、別途、ポンプやブロワを設ける必要がない。すなわち、第１実施形態によれば、オフガスに含有されるメタンを燃焼するため、特別な機器を別途設置する必要も無い。
【００４９】
また、第１実施形態に係るオフガス燃焼装置１０１では、オフガスラインＬ５及びバイパスラインＬ３の各々に開閉弁ＶＯ、ＶＢが介装され、適宜開閉制御されるので、例えば始動時のように、バーナ４の燃焼排ガスにより燃焼用空気を予熱することが困難な場合は、バーナ４にはオフガスは供給せずに、未精製ガス（バイオガス）を供給するように構成されている。
未精製ガスのメタン濃度は約６０％であるため、バイオガスはバーナ４で確実に燃焼され、高温の燃焼排ガスを生じる。その結果、燃焼用空気を予熱することが可能となる。
そして予熱が十分に行われれば、未精製ガスのバーナ４への供給を遮断して、バーナ４にオフガスを供給すればよい。
このように、どのような状況においても、バーナ４における燃焼を確実に行い、オフガスの燃焼を可能にしている。
【００５０】
さらに第１実施形態に係るオフガス燃焼装置１０１は、燃焼用空気ラインＬＡに合流してバーナ４に調整用空気を供給する第２の空気ライン（調整用空気ライン）Ｌａ１、Ｌａ２を設けているので、燃焼用空気の不足によりバーナ４が不完全燃焼を起こした場合には、調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２を介してバーナ４に供給される空気量を増加して、バーナ４が完全燃焼するようにすることが可能になる。
【００５１】
次に、図５、図６を参照して第２実施形態を説明する。
図１〜図４の第１実施形態はバーナが１個（いわゆる「シングルバーナタイプ」）であるのに対して、図５、図６の第２実施形態は、８個のバーナを備えた（いわゆる「マルチバーナタイプ」）燃焼装置である。
図５において、第２実施形態に係るオフガス燃焼装置は、全体を符号１０２で示している。
【００５２】
図５において、オフガス燃焼装置１０２は、８個のバーナ（４−１〜４−８：図６参照）を有する燃焼部２０と、以下に述べる配管類及び各種の弁を収容したフレーム１１とを備えている。
フレーム１１の下端の４隅には、キャスター（車輪）１２が取付けられ、オフガス燃焼装置１０２を移動可能としている。
フレーム１１の最下方には、メタン分離装置１からのオフガスが流れるオフガスラインＬ５のオフガス取合ＩＯと、未処理のガス（未精製ガス、バイオガス）が流れるバイパスラインＬ３のバイオガス取合ＩＢとが設けられている。
【００５３】
オフガス取合ＩＯはオフガスラインＬ５０と接続されており、オフガスラインＬ５０はフレーム１１の最下方に配置されている。
バイオガス取合ＩＢはバイオガスラインＬ３０と接続されており、オフガスラインＬ３０はフレーム１１の最下方に配置されている。
オフガスラインＬ５０とバイオガスラインＬ３０とは、合流管Ｇで合流しており、合流管ＧはラインＬ６０と接続され、ラインＬ６０は分岐管Ｂ２に接続されている。
分岐管Ｂ２は２本のラインＬ６Ａ、Ｌ６Ｂに分岐しており、ラインＬ６Ａには別の分岐管Ｂ３が介装され、分岐管Ｂ３においてラインＬ６ＡとラインＬ６１に分岐している。
ラインＬ６Ａは分配管Ｒ６Ａに接続し、ラインＬ６Ｂは分配管Ｒ６Ｂに接続している。
【００５４】
燃焼部２０における８個のバーナの配置は、図６（図５のＸ-Ｘ断面矢視図）で示されている。
図６において、８個のバーナ（４−１〜４−８）は図示しないピッチ円上に等間隔で配置されている。
バーナ４−１は、前記ラインＬ６１が接続されている。
バーナ４−２〜４−５は、図６では２点鎖線で囲って示すグループＢＡにおけるバーナであり、分配管Ｒ６Ａと接続されている。
バーナ４−６〜４−８は、図６では２点鎖線で囲って示すグループＢＣにおけるバーナであり、分配管Ｒ６Ｂと接続されている。
【００５５】
図５、図６において、符号５０は第１の筒状体を示し、符号６０は第２の筒状体を示している。そして、第１の筒状体５０と第２の筒状体６０で挟まれた円環状の領域が、複数のバーナの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスラインＬｇを構成している。
符号ＬＡ２〜ＬＡ４は、第１の空気供給ラインＬＡを構成する環状隙間を示しており、バーナに供給される燃焼用空気は、環状空間ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４を流れてバーナに供給される。
【００５６】
図５、図６において、符号５５は第１の筒状体５０における半径方向外方の筒状部材を示しており、符号７５は第１の筒状体５０における仕切り部材を示している。
同様に、符号５８は第２の筒状体６０における半径方向内方の筒状部材を示しており、符号７８は第１の筒状体５０における半径方向外方の筒状部材を示している。
第２の筒状体６０内にも仕切り部材７７が設けられている。
【００５７】
流路ＬＣ２、ＬＣ４は連続しており、第１の筒状体５０における燃焼用空気の流路を構成しているが、流路ＬＣ２は仕切り７５により流路ＬＣ４と仕切られている。
図５において、第１の筒状体５０では、バーナに供給される燃焼用空気は、流路ＬＣ２を上方に向かって流れ、その後、流路ＬＣ４を下方に向かって流れる間に、燃焼排ガスラインＬｇを流れる燃焼排ガスと熱交換を行なう。
また、流路ＬＡ２〜ＬＡ４も連続しており、第２の筒状体６０における燃焼用空気の流路を構成している。第２の筒状体６０において、バーナに供給される燃焼用空気は、流路ＬＡ２を上方に向かって流れ、流路ＬＡ４を下方に向かって流れる間に、燃焼排ガスラインＬｇを流れる燃焼排ガスと熱交換を行なう。
【００５８】
図５では明確には図示されていないが、第１の筒状体５０における流路ＬＣ４と、第２の筒状体６０における流路ＬＡ４には、らせん状に配置されたガイド部材（図１におけるガイド部材９に相当）が設けられている。
第１の筒状体５０における流路ＬＣ４と、第２の筒状体６０における流路ＬＡ４とを流れる燃焼用空気が燃焼排ガスラインＬｇを流れる燃焼排ガスと熱交換を行なう時間を長くして、燃焼用空気を十分に昇温するためである。
なお、当該らせん状に配置されたガイド部材を、第２の筒状体６０における流路ＬＡ４にのみ設けても良い。
【００５９】
各バーナの点火順序は、最初にバーナ４−１が点火され、その後、グループＢＡ、グループＢＣが同時に、或いは何れかのグループが先に点火される。
複数のバーナの配置や点火順序については、従来技術と同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、図５における符号「Ｌ６Ｎ」のＮは、Ｎ番目の分岐管であることを示している。
【００６０】
図５において、比較的太い実線の矢印ＦＯは、オフガスの流れを示し、比較的太い破線の矢印ＦＢは、未処理のバイオガスの流れを示す。
また、燃焼部２０における比較的太い点線の矢印ＦＡは、供給空気（燃焼用空気）の流れを示す。
第１実施形態と同様に、ラインＬ６０以降にはオフガス（矢印ＦＯ）が流れているが、始動時等、第１の空気供給ラインＬＡを流れる空気の温度がしきい値よりも低温である場合には、未処理のバイオガス（矢印ＦＢ）が流れる。
【００６１】
図示は省略しているが、図５、図６の第２実施形態におけるオフガス燃焼装置１０２も、第１実施形態と同様に、第２の空気供給ライン（調整用空気を供給するライン）を備えている。
図５において、コントロールユニットや各種センサ類、及びコントロールユニットと各種センサ類及び各種の弁を接続する信号ラインは、図示を省略している。
【００６２】
第２実施形態のオフガス燃焼装置１０２は、燃焼除去するオフガスの量が多い場合に適している。
図５、図６の第２実施形態は、上記した構成及び作用効果を除いて、図１〜図４の第１実施形態と同様である。
【００６３】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・メタン分離装置
２・・・燃焼筒
３・・・基台
４・・・バーナ
５・・・内筒
６・・・外筒
７・・・仕切り部材
８・・・断熱材
９・・・ガイド部材
１０・・・制御手段／コントロールユニット
１１・・・フレーム
１２・・・キャスター
２０・・・燃焼部
Ｌ１・・・バイオガス供給ライン
Ｌ３・・・バイパスライン／バイオガスライン
Ｌ５・・・オフガスライン
ＬＡ・・・第１の空気供給ライン
Ｌｇ・・・排ガスライン
Ｓｔ・・・温度センサ
Ｓｇ・・・排ガス状体監視センサ
ＶＢ・・・開閉弁
ＶＯ・・・開閉弁
Ｖａ１、Ｖａ２・・・調整弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスからメタン（ＣＨ４）を分離する装置から排出されるオフガスに含有されるメタンを確実に燃焼する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスから生成したバイオガスは、メタン以外の成分（例えば、ＣＯ２）を含有している。バイオガスの有効利用を図るためには、バイオガスからメタン以外の成分を分離して、バイオガス中のメタン濃度を高める必要がある。本明細書では、嫌気性発酵プロセス等から発生するメタンリッチなバイオガスからメタン以外の成分を分離して、高純度のメタンを精製する技術について、「バイオガスからメタンを分離する」と表現する場合がある。
そして、バイオガスからメタンを分離するための技術として、例えば、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式による分離技術や、膜分離法に係る分離技術が存在する。
【０００３】
図７は、ＰＳＡ方式による分離技術の概要を示している。
図７において、メタン分離装置１００内に充填された図示しない吸着材により、ラインＬＢを経由してメタン分離装置１００に投入されたバイオガス中のメタン以外の成分（例えば、ＣＯ２）を吸着して除去し、以って、メタン濃度を高めている。
【０００４】
ＰＳＡ方式によって、バイオガスからＰＳＡ法を用いて高濃度メタンを精製する際に、図７のメタン分離装置１００内の吸着材を再生する必要がある。そして、吸着剤の再生に際しては、メタン分離装置１００から、メタンを含有する低圧のオフガスが発生する。
ここで、昨今の地球温暖化問題を考慮すると、また安全性の観点から、排ガスをそのまま大気に放出することはできない。
【０００５】
従来技術では、オフガスに含有されるメタンを大気中に放出しないようにするために、余剰燃焼塔２００を用いてメタンを燃焼して除去していた。ところが、ラインＬＯを介して余剰燃焼塔２００に投入されるオフガス中のメタンの濃度が不安定であり且つメタン濃度が低いため（１０〜２５％）、そのままでは当該オフガスを燃焼することが出来ない。
そのため、従来技術では、余剰燃焼塔２００にラインＬＧを介して都市ガス等の補助燃料を追加投入して、メタン濃度を燃焼可能なレベルまで上昇した後に、燃焼している。しかし、都市ガス等の補助燃料を供給しつつ、メタンを含有するオフガスを燃焼することは、ランニングコストの上昇を招いていた。
図７における符号３００は、高濃度のメタンを貯蔵するメタン貯蔵タンクを、符号ＬＭは、メタン分離装置１００とメタン貯蔵タンクとを連通するラインを示している。
【０００６】
その他の従来技術として、例えば、バイオガスの処理利用システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）は、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ及び蒸気等の不純物の低減が目的であり、オフガス中に含有されているメタンの燃焼に関する上述した問題を解決するものではない。
【０００７】
また、メタン濃度やメタン貯蔵量の増加を図るために、脱硫装置と、メタン濃縮装置と、メタン吸蔵剤を充填したガスホルダとを備えた消化ガス貯蔵設備が提案されている（特許文献２参照）。
さらに、バイオガスの供給量や成分に応じて補助燃料ガスと空気を混合し、燃料ガスとして利用する技術も提案されている（特許文献３参照）。
しかし、これ等の従来技術（特許文献２、特許文献３）は、何れもバイオガスからメタンを分離する装置からのオフガスに含有されるメタンの処理については開示しておらず、オフガス中に含有されているメタンの燃焼に関する上述した問題を解決することは出来ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３６８４９号公報
【特許文献２】特開２００１−９４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２２６８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、バイオガスからメタンを分離する装置のオフガスにメタンが含有されている場合に、係るオフガス中のメタンを確実に燃焼することが出来て、しかも、係るオフガス中のメタンを燃焼する際に補助燃料や特別な機器を必要としないオフガス燃焼装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のオフガス燃焼装置（１０１、１０２）は、バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置（１：例えば、ＰＳＡにおける吸着材が充填された塔）のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置（１）のオフガスが流れてバーナに連通するオフガスライン（Ｌ５）と、該オフガスライン（Ｌ５）により供給されるオフガスを燃焼するバーナ（４）と、バーナ（４）及びその下流側を包囲して燃焼排ガスライン（Ｌｇ）を構成する（例えば中空円筒形状の）燃焼筒（２）と、オフガスの流れが生成する負圧により吸引されてバーナへ供給される燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン（ＬＡ）とを備え、該燃焼用空気ライン（ＬＡ）は燃焼筒（２）内部に形成された予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を有していることを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
本発明のオフガス燃焼装置（１０１、１０２）において、予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）は、燃焼筒（２）内部に設けられた環状空間（ＬＡ２〜ＬＡ４）により構成されており、該環状空間（ＬＡ２〜ＬＡ４）を半径方向内方の領域（ＬＡ４）と半径方向外方の領域（ＬＡ２）とに区分する仕切り部材（７、７１）と、該環状空間の半径方向内方壁面（５ｏ）に設けられたらせん状ガイド（９）とを有しているのが好ましい（請求項２）。
ここで、らせん状ガイド（９）の燃焼筒軸方向ピッチと、内筒（５）外壁（内筒５の半径方向外方の壁面）と仕切り部材（７、７１）内壁（仕切り部材７、７１の半径方向内方の壁面）との間隔（δ）は、次の２つの条件を満たす様に設定されるのが好ましい。
（１） 燃焼用空気が前記予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を流れるのに要する時間が、燃焼用空気が所定温度まで予熱されるのに十分な時間である。
（２） 燃焼用空気流速を５ｍ／ｓ以下とすることで圧力損失を無視できるレベルに保持し、燃焼用空気が前記予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を流れて、前記バーナ（４）に供給可能である。
【００１２】
また本発明のオフガス燃焼装置（１０１、１０２）は、メタン分離装置（１）をバイパスしてバーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給するバイオガスライン（Ｌ３）を備えており、オフガスライン（Ｌ５）及びバイオガスライン（Ｌ３）には各々に開閉弁（ＶＯ、ＶＢ）が介装されており、バーナ（４）に供給される燃焼用空気の温度を計測する温度計測装置（温度センサＳｔ）と、制御装置（１０）とを備えており、該制御装置（１０）は、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値よりも低い場合には、オフガスライン（Ｌ５）に介装された開閉弁（ＶＯ）を閉鎖してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を開放し、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値以上である場合には、オフガスライン（Ｌ５、Ｌ６）に介装された開閉弁（ＶＯ）を開放してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を閉鎖する機能を有しているのが好ましい（請求項３）。
【００１３】
さらに本発明のオフガス燃焼装置（１０１）は、燃焼用空気ライン（ＬＡ）に合流してバーナ（４）に空気（調整用空気）を供給する第２の空気ライン（調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２）を設けており、該第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）には流量調整弁（Ｖａ１、Ｖａ２）が介装されているのが好ましい（請求項４）。
この場合、バーナ（４）の燃焼排ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかが包含されている場合には、バーナ（４）が不完全燃焼を起こしていると判断して、流量調整弁（Ｖａ１、Ｖａ２）の弁開度を増加して、第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）を介してバーナ（４）に供給される空気量（調整用空気量）を増加するのが好ましい。
【００１４】
本発明のオフガス燃焼装置（請求項１〜４の何れか１項のオフガス燃焼装置）において、複数のバーナが設けられていても良いし（１０２：いわゆる「マルチバーナ」）、あるいは、単一のバーナが設けられていても良い（１０１：いわゆる「シングルバーナ」）。
【００１５】
上述した本発明のオフガス燃焼装置（請求項３、４の何れかのオフガス燃焼装置）の制御方法は、温度計測装置（Ｓｔ）によりバーナ（４）に供給される燃焼用空気の温度（Ｔｃ）を計測する工程（Ｓ３）と、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値よりも低い場合（ステップＳ４がＮＯ）にオフガスライン（Ｌ５）に介装された開閉弁（ＶＯ）を閉鎖してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を開放する工程（Ｓ６）と、温度計測装置（Ｓｔ）により計測された温度（Ｔｃ）がしきい値以上である場合（ステップＳ４がＹＥＳ）には、オフガスライン（Ｌ５）に介装された開閉弁（ＶＯ）を開放してバイオガスライン（Ｌ３）に介装した開閉弁（ＶＢ）を閉鎖する工程（Ｓ５）を有することを特徴としている（請求項５）。
【００１６】
また、上述した本発明のオフガス燃焼装置（１０１：請求項４のオフガス燃焼装置）の制御方法は、バーナ（４）の燃焼排ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかが包含されているか否かを検出する検出工程（Ｓ１１）と、該検出工程（Ｓ１１）でバーナ（４）の燃焼排ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかが包含されている場合（Ｓ１１がＹＥＳ）には、バーナ（４）が不完全燃焼を起こしていると判断して、流量調整弁（Ｖａ１、Ｖａ２）の弁開度を増加して、第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）を介してバーナ（４）に供給される空気量（調整用空気量）を増加する工程（Ｓ１２）を有しているのが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１７】
上述する構成を具備する本発明によれば、燃焼用空気が燃焼筒（２）内部に形成された予熱用流路（ＬＡ２〜ＬＡ４）を流れる際にオフガスに含有されるメタン（ＣＨ４）が、バーナ（４）で燃焼された燃焼排ガスと熱交換を行なうので、燃焼用空気は予熱されて昇温する。そのため、高温の燃焼用空気がバーナ（４）に供給されるので、オフガスのメタン濃度が１０％〜２５％程度と薄くても、バーナ（４）で確実に燃焼することが出来る。
その結果、オフガスに含有されるメタンは、燃焼されて確実に除去されることになり、温暖化係数が二酸化炭素（ＣＯ２）の２０〜３０倍のメタンが大気に放散されてしまうことが防止され、地球温暖化に悪影響を与えてしまう恐れが無い。
ここで本発明によれば、従来技術のように、オフガスに含有されるメタン燃焼のために都市ガス等の燃料を別途消費する必要は無い。そのため、エネルギの消費が抑制される。
【００１８】
本発明において、燃焼用空気はオフガスの流れにより生じた負圧により吸引されるので、別途、ポンプやブロワを設ける必要がない。また、燃焼用空気の予熱は、上述した様にオフガス燃焼の際に生じる熱により行われるので、燃焼用空気予熱のための加熱手段を別途設ける必要も無い。
そのため、本発明によれば特別な機器を別途設けることなく、コストを抑制しつつ、メタン濃度が１０％〜２５％程度のオフガスを確実に燃焼することが出来る。
【００１９】
ここで、例えば始動時や、オフガスのメタン濃度が急激に低下し、あるいは、オフガス圧力が急激に降下した場合等、バーナ（４）の燃焼排ガスにより燃焼用空気を予熱することが困難な場合が存在する。
これに対して、本発明では、メタン分離装置（１：ＰＳＡ）をバイパスしてバーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給するバイオガスライン（Ｌ３）を備え、オフガスライン（Ｌ５）及びバイオガスライン（Ｌ３）には各々に開閉弁（ＶＯ、ＶＢ）を介装して、適宜開閉制御するように構成すれば（請求項３、５）、バーナ（４）の燃焼排ガスで燃焼用空気を予熱することが困難な場合（例えば始動時や、オフガスのメタン濃度が急激に低下したり、オフガス圧力が急激に降下した場合等）でも、バーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給することにより、対処できる。すなわち、未精製ガスのメタン濃度は約６０％であるため、バーナ（４）で確実に燃焼されるのである。
【００２０】
バーナ（４）に未精製ガス（バイオガス）を供給して燃焼すれば、高温の燃焼排ガスを生じるので、係る高温の燃焼排ガスによって、燃焼用空気を予熱することが可能になる。そして、高温の燃焼排ガスによって、燃焼用空気を予熱することが可能になれば、未精製ガスをバーナ（４）へ供給するのを遮断して、バーナ（４）にはオフガスを供給すれば良い。
これにより、始動時、その他のバーナ（４）の燃焼排ガスで燃焼用空気を予熱することが困難な場合においても、バーナ（４）における燃焼を確実に行い、オフガスの燃焼を可能にしている。
【００２１】
さらに本発明において、燃焼用空気ライン（ＬＡ）に合流してバーナ（４）に空気（調整用空気）を供給する第２の空気ライン（調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２）を設ければ（請求項４、請求項６）、燃焼用空気の不足によりバーナ（４）が不完全燃焼を起こした場合（例えば、燃焼排ガスに一酸化炭素、メタン、ススの何れかが包含されている場合）には、第２の空気ライン（Ｌａ１、Ｌａ２）を介してバーナ（４）に供給される空気量（調整用空気量）を増加して、バーナ（４）が完全燃焼するようにせしめることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図２】図１に対して、制御系等を加えた全体構成図である。
【図３】第１実施形態の燃焼装置の起動時のオフガスの切換制御方法を説明するフローチャートである。
【図４】第１実施形態の燃焼装置の調整用空気の流量制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図６】図３のＸ-Ｘ断面矢視図である。
【図７】従来技術におけるメタン含有オフガスの燃焼除去を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図４を参照して第１実施形態を説明する。
図１において、全体を符号１０１で示すオフガス燃焼装置は、図示の例では、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式によるメタン分離装置１と、中空円筒形状の燃焼筒２を有している。
【００２４】
燃焼筒２は、基台３上に配置されたバーナ４、内筒５、外筒６、仕切り部材７を有している。仕切り部材７は、円筒状の仕切り７１と円筒状の仕切り７１の一端に固設したフランジ７２とで構成されている。
バーナ４は、内筒５の中心に配置されている。このため、内筒５の内部空間は、排ガスを排出する排ガスラインＬｇを構成している。
内筒５と外筒６は同心に配置されており、内筒５と外筒６とによって環状の空間５６が形成されている。内筒５と外筒６は上端部で環状の蓋５６Ｔに接続しており、以って、環状の空間５６の上端は蓋５６Ｔによって閉塞されている。
【００２５】
内筒５、外筒６の下端の一部は切欠きが形成され、図１では、内筒５の切欠きＬＡ５の上縁部は、外筒６の切欠きＬＡ１の上縁部よりも、図１において上方に位置している。
切欠きＬＡ５、ＬＡ１については、燃料用空気供給ライン（以下、第１の空気供給ラインと言う）ＬＡに関連して後述する。
【００２６】
仕切り部材７の円筒状の仕切り７１の直径は、内筒５の外径よりも大きく、外筒６の内径よりも小さい数値に設定されている。仕切り部材７は、内筒５、外筒６と同心に配置され、フランジ７２により基台３の上面に据え付けられている。
図１において、仕切り部材７の仕切り７１の高さ寸法は、内筒５及び外筒６の高さ寸法よりも小さい。
【００２７】
燃焼筒２は、第１の空気供給ラインＬＡを有している。第１の空気供給ラインＬＡは、上記切欠きＬＡ１、ＬＡ５と、環状の隙間ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４によって構成されている。
環状の隙間ＬＡ２は、外筒６と仕切り７１によって形成されている。
環状の隙間ＬＡ３は、外筒６の上方領域と、内筒５の上方領域とによって形成されている。
環状の隙間ＬＡ４は、仕切り７１と内筒５によって形成されている。
空気供給ラインＬＡの領域において、領域ＬＡ２〜ＬＡ４は、バーナ４に供給される空気が、バーナ４の燃焼排ガスによって予熱される予熱用流路を構成している。
【００２８】
内筒５の外周５ｏ側には、らせん状のガイド９が形成されている。
らせん状のガイド９を設けることにより、予熱用流路を構成する領域ＬＡ３、ＬＡ４を流れる空気がらせん状の流路を流れ、以って、バーナ４に供給される空気が予熱される時間を長くすると同時に、均一に空気を流入させている。
【００２９】
ここで、らせん状ガイド（９）の燃焼筒軸方向ピッチと、内筒５の半径方向外方壁面（内筒５外壁）と仕切り部材７（７１）の半径方向内方の壁面（仕切り部材７、７１内壁）との間隔δは、次の２つの条件を満たす様に設定されている。
（１） 燃焼用空気が予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４を流れるのに要する時間が、燃焼用空気が所定温度まで予熱されるのに十分な時間である。
（２） 燃焼用空気流速を５ｍ／ｓ以下とすることで圧力損失を無視できるレベルに保持し、燃焼用空気が予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４を流れて、バーナ４へ確実に供給される。
なお、図１において矢印ＦＡは燃焼用空気の流れを示している。
【００３０】
外筒６の外周側には、断熱材８が被覆されている。
内筒５における切欠きＬＡ５の近傍には、バーナ４に供給される空気の温度を計測するための温度センサＳｔが取付けられている。
また、内筒５の内壁部５ｉには、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）のいずれかを検出する排ガス状態監視センサＳｇが取付けられている。ここで、排ガス状態監視センサＳｇは、バーナ４の燃焼排ガス中に、一酸化炭素、メタン、ススの何れかが含有されているか否かを検出し、以って、バーナ４が不完全燃焼をしているか否かを判断するために設けられている。
【００３１】
燃焼筒２には、バーナ４の燃焼状態を観察するための覗き孔２１または火炎を検知する検知器が、図１では２箇所に設けられている。
覗き孔２１は、断熱材８、外筒６、内筒５を貫通している。２箇所の覗き孔２１の内の一方は、バーナ４と同程度の高さ位置であり、他方は、バーナ稼動時の火炎の先端近傍の高さ位置である。
【００３２】
図１において、メタン分離装置１には、図示しないバイオガス供給源からのバイオガス供給ラインＬ１が連通している。バイオガス供給ラインＬ１は、分岐点Ｂにおいて、バイパスライン（バイオガスライン）Ｌ３が分岐している。
ここで、バイオガス供給ラインＬ１を流過するバイオガス（未精製ガス：未処理のガス）の組成は、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）が４０％で、メタン（ＣＨ４）が６０％である。
【００３３】
メタン分離装置１で二酸化炭素が吸着されて高純度となったメタンガスは、ラインＬ４を介して、図示しないメタン貯留タンクに搬送される。ここで、メタン分離装置１で分離された高純度のメタンガスは、その組成は、例えば、ＣＨ４が９８％、ＣＯ２が２％である。
メタン分離装置１は、オフガスラインＬ５を介してバーナ４と連通しており、メタン分離装置１のオフガスはオフガスラインＬ５を介してバーナ４に供給される。バイパスラインＬ３は、合流点ＧでオフガスラインＬ５と合流する。
オフガスラインＬ５には開閉弁ＶＯが介装され、バイパスラインＬ３には開閉弁ＶＢが介装されている。
開閉弁ＶＯ、ＶＢの開閉制御については、図２、図３を参照して後述する。
【００３４】
オフガスラインＬ５を流れるオフガスの組成は、ＣＨ４が１０〜２５％で、ＣＯ２が９０〜７５％である。
ここで、メタン濃度が１０〜２５％のオフガスは、メタン濃度が低すぎるため常温では燃焼しない。後述するように、図示の実施形態では予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４でバーナ４に供給する空気を予熱して昇温せしめ、昇温した空気をバーナ４に供給して燃焼温度を昇温することにより、オフガス中のメタン濃度が低くても（１０〜２５％）、当該オフガスを燃焼可能ならしめている。
【００３５】
ここで、バーナ４に供給されるオフガス中のメタン（ＣＨ４）の濃度が想定値よりも高い、あるいはオフガスの圧力が高いと言った事態も想定される。そのような場合には、バーナ４に供給される空気量が不足して、不完全燃焼を生じてしまう可能性がある。
燃焼用空気の不足による不完全燃焼を防止するためには、第１の空気供給ラインＬＡを経由して供給される燃焼用空気に加えて、調整用の空気ラインを介して調整用空気を供給することが必要となる。
そのため、第１実施形態では、燃焼筒２を据付ける基台３におけるバーナ４の周縁部（図１では２箇所）に、調整用空気ライン（第２の空気供給ライン）Ｌａ１、Ｌａ２を設けている。
図１における符号ＦＣは、調整用空気の流れを示している。
【００３６】
調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２には、それぞれ調整弁Ｖａ１、Ｖａ２が介装されている。
上述した様に、内筒５の内壁５ｉには排ガス状態センサＳｇが取り付けられており、センサＳｇは、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、スス（Ｃ）の何れかを検出する。
なお、調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の開度制御の詳細については、図２、図４を参照して後述する。
【００３７】
図２は、図１に制御系の構成を付加した状態を示している。
図２において、全体を符号１０１で示すオフガス燃焼装置は、制御装置であるコントロールユニット１０を備えている。
コントロールユニット１０は、入力信号ラインＬｉ１によって温度センサＳｔと接続しており、入力信号ラインＬｉ２によって排ガス状態センサＳｇと接続している。
また、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬｏ１によって開閉弁ＶＯと接続しており、制御信号ラインＬｏ２によって開閉弁ＶＢと接続されている。
さらに、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬｏ３によって調整弁Ｖａ１と接続しており、制御信号ラインＬｏ４によって調整弁Ｖａ２と接続している。
【００３８】
次に図３のフローチャートに基づいて、図２で示すオフガス燃焼装置１０１における開閉弁ＶＯ、ＶＢの開閉制御について説明する。
図３のステップＳ１では、バーナ４の燃焼が開始されるまで（始動時まで）待機している（ステップＳ１がＮＯのループ）。始動時となったなら（ステップＳ１がＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。
【００３９】
上述した様に、始動時は燃焼排ガスにより燃焼用空気を十分に予熱することが困難であるので、オフガスを供給してもバーナ４では燃焼しないので、メタン濃度が高いバイオガスをバーナ４へ供給する。そのため、ステップＳ２では、コントロールユニット１０は、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを開放する旨の制御信号を、制御信号ラインＬＯ２を介して開閉弁ＶＢへ送信する。そして、さらにオフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを閉鎖する旨の制御信号を、制御信号ラインＬＯ1を介して開閉弁ＶＯへ送信する。そしてステップＳ３に進む。
ここで、オフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを閉鎖した後に、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを開放した場合には、バーナ４が燃料切れで失火する恐れがある。そのため、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを開放した後に、オフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを閉鎖する。
【００４０】
ステップＳ３ではバーナ４に供給する空気温度Ｔｃを計測し、ステップＳ４では、計測した空気温度Ｔｃがしきい値以上であるか否かを判断する。バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値以上であれば（ステップＳ４がＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、空気温度Ｔｃがしきい値未満であれば（ステップＳ４がＮＯ）、ステップＳ６に進む。
なお、「しきい値」については、バーナ４やメタン分離装置１の仕様、メタン分離装置１の吸着剤の再生条件、その他の運転条件により、ケース・バイ・ケースで設定される。
【００４１】
ステップＳ５では、バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値以上となり、予熱用流路ＬＡ４を流れる空気がバーナ４の排ガスによって十分予熱される状態となっているので、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬＯ１によって開閉弁ＶＯに制御信号を送り、オフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯを開放する。その後、制御信号ラインＬＯ２によって開閉弁ＶＢに制御信号を送り、バイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢを閉鎖する。そしてステップＳ７に進む。
【００４２】
ステップＳ６では、バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値より低温であり、予熱用流路ＬＡ４を流れる空気がバーナ４の排ガスによって十分予熱される状態ではないと判断される。ここで、バーナ４に供給する空気温度Ｔｃがしきい値より低温の状態は、始動時のみならず、オフガスのメタン濃度が急激に低下した場合や、オフガス圧力が急激に降下した場合等も該当する。
ステップＳ６において、コントロールユニット１０は、制御信号ラインＬＯ２によってバイパスラインＬ３の開閉弁ＶＢに制御信号を送り、開閉弁ＶＢを開放する。その後、コントロールユニット１０は、さらに制御信号ラインＬＯ１によってオフガスラインＬ５の開閉弁ＶＯに制御信号を送り、開閉弁ＶＯを閉鎖する。そして、ステップＳ７に進む。
【００４３】
ステップＳ７では、コントロールユニット１０は、オフガス燃焼装置１０１が停止であるか否かを判断する。オフガス燃焼装置１０１が停止であれば（バーナＯＦＦ：ステップＳ７がＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。一方、オフガス燃焼装置１０１を停止しないのであれば（ステップＳ７がＮＯ）、ステップＳ３に戻る。
ステップＳ８では、コントロールユニット１０は、開閉弁ＶＯ、ＶＢを閉鎖して、制御を終了する。
【００４４】
次に主として図４を参照して、オフガス燃焼装置１０１における調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の開度制御、すなわち調整用空気供給量の制御について説明する。
図４のステップＳ１１では、排ガス状態監視センサＳｇによって、排ガス中に一酸化炭素、メタン、ススの何れかが含有されているか否かを計測する。ステップＳ１１で、排ガス中に一酸化炭素、メタン、ススの何れかが含有されていることが検出された場合には、燃焼装置１０１が不完全燃焼をしていると判断して（ステップＳ１１がＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１１で、排ガス中に一酸化炭素、メタン、ススの何れも検出されない場合には、燃焼装置１０１は不完全燃焼をしていないと判断して（ステップＳ１１がＮＯ）、ステップＳ１３に進む。
【００４５】
ステップＳ１２では、制御信号ラインＬＯ３、ＬＯ４を介して調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の弁開度を増加し、調整用空気供給量を増加する制御を行ない、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１３では、制御信号ラインＬＯ３、ＬＯ４を介して調整弁Ｖａ１、Ｖａ２の弁開度を減少し、調整用空気供給量を減少する制御を行ない、ステップＳ１４に進む。
なお、ステップＳ１３において、調整弁Ｖａ１、Ｖａ２が全閉（弁開度＝０）の場合には、調整弁Ｖａ１、Ｖａ２が全閉の状態を維持する。
【００４６】
ステップＳ１４では、バーナ４が停止しているか否かを判断する。バーナ４が停止していれば（ステップＳ１４がＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。
バーナ４が稼動していれば（ステップＳ１４がＮＯ）、ステップＳ１１まで戻る。
なお、図４で示す制御は、図示しないオペレータによるマニュアル操作であっても良いし、いわゆる自動制御であっても良い。
【００４７】
図１〜図４の第１実施形態によれば、燃焼用空気が予熱用流路ＬＡ２〜ＬＡ４を流れる際に、バーナ４の燃焼排ガスと熱交換を行ない、予熱されて昇温する。そして、高温の燃焼用空気がバーナ４に供給されるので、オフガスのメタン濃度が１０％〜２５％程度と薄くても、バーナ４は燃焼可能となる。
その結果、オフガスに含有されるメタンは、オフガス燃焼装置１０１によって確実に燃焼し、温暖化係数が二酸化炭素（ＣＯ２）の２０〜３０倍のメタンが大気へ放散されてしまうことが未然に防止され、地球温暖化に悪影響を与えてしまう恐れが無い。
また、オフガスに含有されるメタンを燃焼するため、都市ガス等の燃料を別途消費する必要が無い。特別な機器を別途設置する必要も無い。
【００４８】
第１実施形態に係るオフガス燃焼装置１０１は、燃焼筒２において、オフガスの流れにより生じた負圧により燃焼用空気が吸引されるので、別途、ポンプやブロワを設ける必要がない。すなわち、第１実施形態によれば、オフガスに含有されるメタンを燃焼するため、特別な機器を別途設置する必要も無い。
【００４９】
また、第１実施形態に係るオフガス燃焼装置１０１では、オフガスラインＬ５及びバイパスラインＬ３の各々に開閉弁ＶＯ、ＶＢが介装され、適宜開閉制御されるので、例えば始動時のように、バーナ４の燃焼排ガスにより燃焼用空気を予熱することが困難な場合は、バーナ４にはオフガスは供給せずに、未精製ガス（バイオガス）を供給するように構成されている。
未精製ガスのメタン濃度は約６０％であるため、バイオガスはバーナ４で確実に燃焼され、高温の燃焼排ガスを生じる。その結果、燃焼用空気を予熱することが可能となる。
そして予熱が十分に行われれば、未精製ガスのバーナ４への供給を遮断して、バーナ４にオフガスを供給すればよい。
このように、どのような状況においても、バーナ４における燃焼を確実に行い、オフガスの燃焼を可能にしている。
【００５０】
さらに第１実施形態に係るオフガス燃焼装置１０１は、燃焼用空気ラインＬＡに合流してバーナ４に調整用空気を供給する第２の空気ライン（調整用空気ライン）Ｌａ１、Ｌａ２を設けているので、燃焼用空気の不足によりバーナ４が不完全燃焼を起こした場合には、調整用空気ラインＬａ１、Ｌａ２を介してバーナ４に供給される空気量を増加して、バーナ４が完全燃焼するようにすることが可能になる。
【００５１】
次に、図５、図６を参照して第２実施形態を説明する。
図１〜図４の第１実施形態はバーナが１個（いわゆる「シングルバーナタイプ」）であるのに対して、図５、図６の第２実施形態は、８個のバーナを備えた（いわゆる「マルチバーナタイプ」）燃焼装置である。
図５において、第２実施形態に係るオフガス燃焼装置は、全体を符号１０２で示している。
【００５２】
図５において、オフガス燃焼装置１０２は、８個のバーナ（４−１〜４−８：図６参照）を有する燃焼部２０と、以下に述べる配管類及び各種の弁を収容したフレーム１１とを備えている。
フレーム１１の下端の４隅には、キャスター（車輪）１２が取付けられ、オフガス燃焼装置１０２を移動可能としている。
フレーム１１の最下方には、メタン分離装置１からのオフガスが流れるオフガスラインＬ５のオフガス取合ＩＯと、未処理のガス（未精製ガス、バイオガス）が流れるバイパスラインＬ３のバイオガス取合ＩＢとが設けられている。
【００５３】
オフガス取合ＩＯはオフガスラインＬ５０と接続されており、オフガスラインＬ５０はフレーム１１の最下方に配置されている。
バイオガス取合ＩＢはバイオガスラインＬ３０と接続されており、オフガスラインＬ３０はフレーム１１の最下方に配置されている。
オフガスラインＬ５０とバイオガスラインＬ３０とは、合流管Ｇで合流しており、合流管ＧはラインＬ６０と接続され、ラインＬ６０は分岐管Ｂ２に接続されている。
分岐管Ｂ２は２本のラインＬ６Ａ、Ｌ６Ｂに分岐しており、ラインＬ６Ａには別の分岐管Ｂ３が介装され、分岐管Ｂ３においてラインＬ６ＡとラインＬ６１に分岐している。
ラインＬ６Ａは分配管Ｒ６Ａに接続し、ラインＬ６Ｂは分配管Ｒ６Ｂに接続している。
【００５４】
燃焼部２０における８個のバーナの配置は、図６（図５のＸ-Ｘ断面矢視図）で示されている。
図６において、８個のバーナ（４−１〜４−８）は図示しないピッチ円上に等間隔で配置されている。
バーナ４−１は、前記ラインＬ６１が接続されている。
バーナ４−２〜４−５は、図６では２点鎖線で囲って示すグループＢＡにおけるバーナであり、分配管Ｒ６Ａと接続されている。
バーナ４−６〜４−８は、図６では２点鎖線で囲って示すグループＢＣにおけるバーナであり、分配管Ｒ６Ｂと接続されている。
【００５５】
図５、図６において、符号５０は第１の筒状体を示し、符号６０は第２の筒状体を示している。そして、第１の筒状体５０と第２の筒状体６０で挟まれた円環状の領域が、複数のバーナの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスラインＬｇを構成している。
符号ＬＡ２〜ＬＡ４は、第１の空気供給ラインＬＡを構成する環状隙間を示しており、バーナに供給される燃焼用空気は、環状空間ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４を流れてバーナに供給される。
【００５６】
図５、図６において、符号５５は第１の筒状体５０における半径方向外方の筒状部材を示しており、符号７５は第１の筒状体５０における仕切り部材を示している。
同様に、符号５８は第２の筒状体６０における半径方向内方の筒状部材を示しており、符号７８は第１の筒状体５０における半径方向外方の筒状部材を示している。
第２の筒状体６０内にも仕切り部材７７が設けられている。
【００５７】
流路ＬＣ２、ＬＣ４は連続しており、第１の筒状体５０における燃焼用空気の流路を構成しているが、流路ＬＣ２は仕切り７５により流路ＬＣ４と仕切られている。
図５において、第１の筒状体５０では、バーナに供給される燃焼用空気は、流路ＬＣ２を上方に向かって流れ、その後、流路ＬＣ４を下方に向かって流れる間に、燃焼排ガスラインＬｇを流れる燃焼排ガスと熱交換を行なう。
また、流路ＬＡ２〜ＬＡ４も連続しており、第２の筒状体６０における燃焼用空気の流路を構成している。第２の筒状体６０において、バーナに供給される燃焼用空気は、流路ＬＡ２を上方に向かって流れ、流路ＬＡ４を下方に向かって流れる間に、燃焼排ガスラインＬｇを流れる燃焼排ガスと熱交換を行なう。
【００５８】
図５では明確には図示されていないが、第１の筒状体５０における流路ＬＣ４と、第２の筒状体６０における流路ＬＡ４には、らせん状に配置されたガイド部材（図１におけるガイド部材９に相当）が設けられている。
第１の筒状体５０における流路ＬＣ４と、第２の筒状体６０における流路ＬＡ４とを流れる燃焼用空気が燃焼排ガスラインＬｇを流れる燃焼排ガスと熱交換を行なう時間を長くして、燃焼用空気を十分に昇温するためである。
なお、当該らせん状に配置されたガイド部材を、第２の筒状体６０における流路ＬＡ４にのみ設けても良い。
【００５９】
各バーナの点火順序は、最初にバーナ４−１が点火され、その後、グループＢＡ、グループＢＣが同時に、或いは何れかのグループが先に点火される。
複数のバーナの配置や点火順序については、従来技術と同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、図５における符号「Ｌ６Ｎ」のＮは、Ｎ番目の分岐管であることを示している。
【００６０】
図５において、比較的太い実線の矢印ＦＯは、オフガスの流れを示し、比較的太い破線の矢印ＦＢは、未処理のバイオガスの流れを示す。
また、燃焼部２０における比較的太い点線の矢印ＦＡは、供給空気（燃焼用空気）の流れを示す。
第１実施形態と同様に、ラインＬ６０以降にはオフガス（矢印ＦＯ）が流れているが、始動時等、第１の空気供給ラインＬＡを流れる空気の温度がしきい値よりも低温である場合には、未処理のバイオガス（矢印ＦＢ）が流れる。
【００６１】
図示は省略しているが、図５、図６の第２実施形態におけるオフガス燃焼装置１０２も、第１実施形態と同様に、第２の空気供給ライン（調整用空気を供給するライン）を備えている。
図５において、コントロールユニットや各種センサ類、及びコントロールユニットと各種センサ類及び各種の弁を接続する信号ラインは、図示を省略している。
【００６２】
第２実施形態のオフガス燃焼装置１０２は、燃焼除去するオフガスの量が多い場合に適している。
図５、図６の第２実施形態は、上記した構成及び作用効果を除いて、図１〜図４の第１実施形態と同様である。
【００６３】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・メタン分離装置
２・・・燃焼筒
３・・・基台
４・・・バーナ
５・・・内筒
６・・・外筒
７・・・仕切り部材
８・・・断熱材
９・・・ガイド部材
１０・・・制御手段／コントロールユニット
１１・・・フレーム
１２・・・キャスター
２０・・・燃焼部
Ｌ１・・・バイオガス供給ライン
Ｌ３・・・バイパスライン／バイオガスライン
Ｌ５・・・オフガスライン
ＬＡ・・・第１の空気供給ライン
Ｌｇ・・・排ガスライン
Ｓｔ・・・温度センサ
Ｓｇ・・・排ガス状体監視センサ
ＶＢ・・・開閉弁
ＶＯ・・・開閉弁
Ｖａ１、Ｖａ２・・・調整弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置のオフガスが流れてバーナに連通するオフガスラインと、該オフガスラインにより供給されるオフガスを燃焼するバーナと、バーナ及びその下流側を包囲して燃焼排ガスラインを構成する燃焼筒と、オフガスの流れが生成する負圧により吸引されてバーナへ供給される燃焼用空気が流れる燃焼用空気ラインとを備え、該燃焼用空気ラインは燃焼筒内部に形成された予熱用流路を有していることを特徴とするオフガス燃焼装置。
【請求項２】
前記予熱用流路は、燃焼筒内部に設けられた環状空間により構成されており、該環状空間を半径方向内方の領域と半径方向外方の領域とに区分する仕切り部材と、該環状空間の半径方向内方壁面に設けられたらせん状ガイドとを有している請求項１記載のオフガス燃焼装置。
【請求項３】
メタン分離装置をバイパスしてバーナに未精製ガスを供給するバイオガスラインを備えており、オフガスライン及びバイオガスラインには各々に開閉弁が介装されており、バーナに供給される燃焼用空気の温度を計測する温度計測装置と、制御装置とを備えており、該制御装置は、温度計測装置により計測された温度がしきい値よりも低い場合には、オフガスラインに介装された開閉弁を閉鎖してバイオガスラインに介装した開閉弁を開放し、温度計測装置により計測された温度がしきい値以上である場合には、オフガスラインに介装された開閉弁を開放してバイオガスラインに介装した開閉弁を閉鎖する機能を有しているオフガス燃焼装置。
【請求項４】
燃焼用空気ラインに合流してバーナに空気を供給する第２の空気ラインを設けており、該第２の空気ラインには流量調整弁が介装されている請求項３記載のオフガス燃焼装置。
【請求項５】
請求項３、４の何れかのオフガス燃焼装置の制御方法において、温度計測装置によりバーナに供給される燃焼用空気の温度を計測する工程と、温度計測装置により計測された温度がしきい値よりも低い場合にオフガスラインに介装された開閉弁を閉鎖してバイオガスラインに介装した開閉弁を開放する工程と、温度計測装置により計測された温度がしきい値以上である場合には、オフガスラインに介装された開閉弁を開放してバイオガスラインに介装した開閉弁を閉鎖する工程を有することを特徴とするオフガス燃焼装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４のオフガス燃焼装置の制御方法において、バーナの燃焼排ガスに一酸化炭素）、メタン、ススの何れかが包含されているか否かを検出する検出工程と、該検出工程でバーナの燃焼排ガスに一酸化炭素、メタン、ススの何れかが包含されている場合には、バーナが不完全燃焼を起こしていると判断して、流量調整弁の弁開度を増加して、第２の空気ラインを介してバーナに供給される空気量を増加する工程を有していることを特徴とするオフガス燃焼装置の制御方法。
【請求項１】
バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置のオフガスが流れてバーナに連通するオフガスラインと、該オフガスラインにより供給されるオフガスを燃焼するバーナと、バーナ及びその下流側を包囲して燃焼排ガスラインを構成する燃焼筒と、オフガスの流れが生成する負圧により吸引されてバーナへ供給される燃焼用空気が流れる燃焼用空気ラインとを備え、該燃焼用空気ラインは燃焼筒内部に形成された予熱用流路を有していることを特徴とするオフガス燃焼装置。
【請求項２】
前記予熱用流路は、燃焼筒内部に設けられた環状空間により構成されており、該環状空間を半径方向内方の領域と半径方向外方の領域とに区分する仕切り部材と、該環状空間の半径方向内方壁面に設けられたらせん状ガイドとを有している請求項１記載のオフガス燃焼装置。
【請求項３】
メタン分離装置をバイパスしてバーナに未精製ガスを供給するバイオガスラインを備えており、オフガスライン及びバイオガスラインには各々に開閉弁が介装されており、バーナに供給される燃焼用空気の温度を計測する温度計測装置と、制御装置とを備えており、該制御装置は、温度計測装置により計測された温度がしきい値よりも低い場合には、オフガスラインに介装された開閉弁を閉鎖してバイオガスラインに介装した開閉弁を開放し、温度計測装置により計測された温度がしきい値以上である場合には、オフガスラインに介装された開閉弁を開放してバイオガスラインに介装した開閉弁を閉鎖する機能を有しているオフガス燃焼装置。
【請求項４】
燃焼用空気ラインに合流してバーナに空気を供給する第２の空気ラインを設けており、該第２の空気ラインには流量調整弁が介装されている請求項３記載のオフガス燃焼装置。
【請求項５】
請求項３、４の何れかのオフガス燃焼装置の制御方法において、温度計測装置によりバーナに供給される燃焼用空気の温度を計測する工程と、温度計測装置により計測された温度がしきい値よりも低い場合にオフガスラインに介装された開閉弁を閉鎖してバイオガスラインに介装した開閉弁を開放する工程と、温度計測装置により計測された温度がしきい値以上である場合には、オフガスラインに介装された開閉弁を開放してバイオガスラインに介装した開閉弁を閉鎖する工程を有することを特徴とするオフガス燃焼装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４のオフガス燃焼装置の制御方法において、バーナの燃焼排ガスに一酸化炭素）、メタン、ススの何れかが包含されているか否かを検出する検出工程と、該検出工程でバーナの燃焼排ガスに一酸化炭素、メタン、ススの何れかが包含されている場合には、バーナが不完全燃焼を起こしていると判断して、流量調整弁の弁開度を増加して、第２の空気ラインを介してバーナに供給される空気量を増加する工程を有していることを特徴とするオフガス燃焼装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２３０２９９（Ｐ２０１０−２３０２９９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１５７２（Ｐ２００９−８１５７２）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（５９１１９６４２９）タカミツ工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（５９１１９６４２９）タカミツ工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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