KR100761752B1

KR100761752B1 - 열병합 분뇨 발효처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR100761752B1
Application number: KR1020060087231A
Authority: KR
Inventors: 박청동
Original assignee: 박청동
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2007-10-04

Abstract

본 발명은 인분 및 가축분뇨를 가열하여 발효처리시간을 단축시켜서 유기질비료를 얻을 수 있도록 하는 열병합 분뇨 발효처리장치 및 방법에 관한 것으로, 인분이나 가축분뇨를 투입시키기 위한 투입구와, 발효처리된 분뇨를 배출구를 구비하고 있는 발효처리탱크에 있어서,

상기 발효처리탱크의 외주에 권회되어 보일러에서 가열된 온수를 순환시키게 되는 온수순환라인과;

상기 발효처리탱크의 내부 중심에 길이방향으로 회전가능하게 설치되며, 그 일단은 발효처리탱크의 일측으로 돌출되어 동력원인 모터로부터 감속된 출력을 전달받아 회전하게 되는 회전축과;

상기 회전축에 연결된 상태로 설치되어 회전축과 함께 회전하면서 발효처리탱크의 내면을 긁어주면서 그에 저장된 분뇨를 혼합시키는 복수의 스크레이퍼;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 발명이다.

분뇨발효처리장치 및 방법, 발효처리탱크, 온수순환라인, 회전축, 스크레이퍼, 모터, 발효가스생성단계, 기수분리단계, 메탄가스저장단계, 메탄가스저장단계, 메탄가스 연료화단계, 보일러 온수공급 단계

Description

열병합 분뇨 발효처리장치 및 방법{Feces and urine disposal device and method}

도 1은 본 발명의 분뇨 발효처리장치의 전체 구성을 나타내기 위한 측면도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명의 분뇨 발효처리공정도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 발효처리탱크 11 : 투입구

12 : 배출구 13 : 가스배출구

2 : 회전축 3 : 모터

4 : 스크레이퍼 5 : 스프링

6 : 온수순환라인 7 : 압력게이지

본 발명은 인분 및 가축분뇨를 가열하여 발효처리시간을 단축시켜서 유기질비료를 얻을 수 있도록 하는 열병합 분뇨 발효처리장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인분이나 가축분뇨의 발효처리방법은 분뇨저장조와 발효처리조를 이용하여 자연발효시키는 방법으로 처리하도록 되어 있는바, 이는 분뇨의 발효처리시간이 많이 걸리고 발효가 균일하게 이루어지지 않게 되는 문제가 있으며, 또한 처리조를 다수 설치하여야 하므로 처리조 설치면적이 커야 하고 또 그에 따른 부대시설이 많이 들게 되는데 비례하여 처리용량이 작다는 것이 문제점으로 지적되고 있었다.

따라서 본 발명은 인분 및 가축분뇨의 발효처리시간을 단축시킬 수 있을 뿐 아니라 균일하게 발효시킬 수 있으며, 또한 분뇨의 저장 및 발효처리장치를 하나의 발효처리탱크에서 연속해서 발효처리할 수 있도록 하였으며, 또한 발효처리탱크에서 발생된 가스(메탄가스 CH₄)를 이용하여 발효처리탱크를 가열하는 보일러의 연료로 사용할 수 있도록 하므로서 저 비용으로 분뇨를 발효처리할 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

인분이나 가축분뇨를 투입시키기 위한 투입구와, 발효처리된 분뇨를 배출구를 구비하고 있는 발효처리탱크에 있어서,

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스크레이퍼는 회전축에 방사상으로 형성된 복수의 지지대 각각의 끝단에 회전가능하게 부착되어 있으며, 또한 상기 스크레이퍼의 일단은 상기한 각 지지대의 도중에 일단이 고정 연결된 스프링의 타단에 탄력적으로 연결되어 있어 그 타단(자유단)은 상기한 스프링의 탄력에 의하여 발효처리탱크의 내면에 탄력으로 접촉하면서 회전작동하여 분뇨를 교반하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 인분 및 가축분뇨를 발효처리탱크에 저장하여 발효처리하는 것에 있어서,

상기 발효처리탱크의 외주에 감겨져 있는 온수순환라인으로 보일러에서 가열된 온수를 공급 순환시켜서 발효처리탱크에 저장된 분뇨를 온수로 가열 발효시켜서 분뇨에서 메탄가스를 생성시키는 발효가스생성단계;

상기 발효가스생성단계에서 생성되어 배출되는 발효가스를 수냉식으로 냉각시켜서 발효가스에 포함되어 있는 수증기는 응축시켜 배출시키고 메탄가스만을 추출하게 되는 기수분리단계;

상기 기수분리단계에서 추출된 메탄가스를 공급받아 저장하게 되는 메탄가스저장단계;

상기 메탄가스저장단계에 저장된 메탄가스와 별도의 LPG탱크에 저장된 LPG를 백분율(%)을 기준하여 메탄가스 60∼80%, LPG 20∼40%의 비율로 혼합하여 보일러의 연료로 공급하게 되는 메탄가스 연료화단계;

상기 메탄가스 연료화단계에서 메탄가스와 LPG가 혼합된 혼합가스를 보일러의 연료로 공급하여 보일러를 가동시키도록 하며, 보일러에서 가열된 온수를 상기 발효가스생성단계의 온수순환라인으로 공급 순환시켜서 발효처리탱크에 저장된 분뇨를 온수로 가열 발효시킬 수 있도록 하는 보일러온수공급단계;

로 이루어져 있으며, 상기의 각 단계는 순차적이고 반복적으로 이루어지도록 하는 수단으로 분뇨 발효시 생성되는 메탄가스에 LPG를 혼합시킨 혼합가스를 연료하는 보일러에서 가열되어 공급 순환되는 온수에 의한 열병합으로 가열 발효시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발효가스생성단계에서 발효처리탱크 내부에서 가열 발효되어 생성되는 발효가스는 50∼80 Kg/cm²의 압력범위에 이르렀을 때 다음 단계인 기수분리단계로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 따라서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 분뇨 발효처리장치의 전체 구성을 나타내기 위한 측면도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 발명의 분뇨 발효처리공정도를 도시한 것이다.

상기 도면에서 부호 1은 발효처리탱크를 나타내는 것으로, 상기 발효처리탱크(1)는 원통형 구조로 형성되어 있으며(도 2 참조), 길이방향을 기준하여 일측 상,하부에는 분뇨를 투입시키기 위한 투입구(11)와 발효된 분뇨를 배출시키기 위한 배출구(12)가 형성되어 있다.

상기한 투입구(11)와 배출구(12) 각각은 개폐가능하도록 뚜껑이 설치되어 있으며, 또한 상기한 투입구(11)와 배출구(12) 각각의 뚜껑은 경첩 등에 의해 열고 닫기가 용이하도록 부착되어 있다.

상기 발효처리탱크(1)의 내부 중심에는 길이방향을 향해 회전가능하도록 회전축(2)이 설치되어 있으며, 상기 회전축(2)의 일단은 투입구(11)와 배출구(12)의 반대측으로 돌출되어 동력원인 모터(3)로부터 회전동력을 전달받아 회전하도록 구성되어 있다.

상기 모터(3)는 감속장치(도시 없음)에 의해 회전축(2)을 저속(대략 5∼20rpm)으로 회전시키도록 구성되는 것이며, 또한 상기 모터(3)의 출력을 회전축(2)에 전달하기 위한 동력전달구조(31)는 회전축과 모터의 출력축 각각 설치되는 두개의 기어를 맞물리는 방식으로 직결시키거나 또는 상기의 양측 축에 체인기어 또는 풀리를 축착시키고 체인이나 벨트로 연결시키는 방식으로 동력을 전달시키는 구조로 구성된다.

상기 발효처리탱크(1) 내부에 설치된 회전축(2)의 양단에는 복수의 지지대(21)가 방사상으로 고정 설치되어 있으며, 상기한 각 지지대(21) 끝단에는 상기 발효처리탱크(1)의 내면을 긁어주면서 저장된 분뇨의 발효를 촉진시킬 수 있도록 분뇨를 교반하는 복수의 스크레이퍼(4)가 각각 하나씩 설치되어 있다.

상기 각 스크레이퍼(4)는 도 2의 도시와 같이 각 지지대(21)의 끝단에 회전가능하게 부착되어 있으며, 또한 상기 스크레이퍼(4)들 각각의 일단은 지지대(21)의 도중에 일단이 연결된 스프링(5)의 타단이 연결되어 있고, 그 타단 즉, 자유단은 스프링(5)의 인장력에 의해 항시 발효처리탱크(1)의 내면에 탄력적으로 밀착되어 회전작동하도록 되어 있다.

그리고 상기 발효처리탱크(1)의 외주에는 보일러(도시 생략)로부터 가열된 온수가 순환하게 되는 온수순환라인(6)이 나선상으로 감겨져 있는데, 상기 온수순환라인(6)의 유입측(61)은 보일러의 온수를 공급하는 공급구에 연결되며, 배출측(62)은 보일러의 회수구에 연결되어 발효처리탱크(1)를 순환한 온수가 보일러로 회수되어 재가열되도록 하므로서 보일러의 열효율을 높일 수 있도록 하였다.

따라서 발효처리탱크(1) 외주에 감겨있는 온수순환라인(6)으로 순환되는 온수는 보일러에서 가열되어 온수순환라인(6)으로 공급 순환되어 발효처리탱크(1)를 가열시킨 후 다시 보일러로 회수되어 가열되어 다시 순환 공급되는 과정을 반복하게 된다.

또한 상기 발효처리탱크(1)의 상부 일측에는 그 내부에서 가열되어 발효되는 분뇨에서 생성되는 발효가스를 배출시키기 위한 가스배출구(13)가 형성되어 있으며, 상기한 가스배출구(13)를 통해 배출되는 발효가스는 후술하는 바와 같이 기수분리단계로 보내져 분뇨에 함유되어 있는 수분의 증발로 생성되는 수증기는 냉각작용에 의해 응축되어 배출되고, 분뇨의 가열 발효시 생성되는 메탄가스만 추출되어 보일러의 연료로 활용하게 된다.

상기 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨는 동력원인 모터(3)로부터 회전동력을 전달받아 회전하게 되는 복수의 스크레이퍼(4)의 회전작동에 의해 계속적으로 교반되므로서 온수순환라인(6)으로 순환하는 열풍에 의해 고르게 가열되어 발효가 촉진되어 분뇨의 발효시간을 단축시킬 수 있게 된다.

다음, 상기와 같이 구성된 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨를 가열 발효시킬 때 생성되는 발효가스에서 메탄가스만을 추출하고, 그 추출된 메탄가스를 보일러의 연료로 사용하여 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨를 열병합방식으로 발효처리하는 공정을 단계별로 설명하기로 한다.

< 발효가스생성 단계 >

이 공정은, 상기 발효처리탱크(1) 외주에 감겨져 있는 온수순환라인(6)으로 보일러에서 가열된 온수를 공급 순환시키므로서 그에 저장된 분뇨를 가열 발효시키는 단계이다.

상기 단계에서는 발효처리탱크(1) 내부에 설치되어 모터(3)로부터 회전동력으로 전달받아 회전하게 되는 회전축(2)은 5∼20rpm의 저속으로 회전하게 되며, 상기 회전축(2)의 양단에서 방사상으로 형성된 각 지지대(21) 끝단에 부착된 복수의 스크레이퍼(4)들의 자유단이 발효처리탱크(1)의 내면에 접촉하는 상태로 회전하여 그 탱크의 내면을 긁어주면서 분뇨를 교반하게 되는데, 상기한 각 스크레이퍼(4)들이 회전하게 될 때 분뇨로 부터 저항을 받게 되지만 각 스크레이퍼(4)들은 도 2의 도시와 같이 스프링(5)의 탄력에 의해 그 자유단이 발효처리탱크(1)의 내면에 대하 여 경사진 상태를 유지하면서 그 내면을 긁어주면서 회전하게 되므로서 분뇨가 발효처리탱크(1) 내면에 고착되지 않고 고르게 교반되는 것이며, 이와 같이 교반되는 분뇨는 발효처리탱크(1) 외주에 감겨져 있는 온수순환라인(6)을 순환하는 열풍에 의해 가열 발효가 균일하게 이루어지게 되는 것이다.

또한 상기와 같이 온수에 의해 가열 발효되는 분뇨에서는 메탄가스와 수증기가 혼합된 발효가스가 생성되는데, 이와 같이 발효처리탱크(1) 내부에서 생성되는 발효가스는 설정된 압력에 도달하게 될 때까지 발효처리탱크(1)에 저장되고 있다가 설정 압력 이상이 될 때에만 배출되도록 구성되어 있다. 예를 들어, 상기 발효처리탱크(1)의 배출구(13) 또는 그 연결라인에는 발효처리탱크(1) 내부압력이 설정된 50∼80Kg/cm²의 압력에 이르게 되면 자동으로 개방작동되고 설정된 압력 이하가 되면 폐쇄작동되는 압력밸브(도시 없음)가 장설되어 있으며, 또한 상기의 압력밸브가 개폐작동의 여부는 압력게이지(7)에 의하여 확인할 수 있도록 되어 있다.

따라서 발효처리단계에서는 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨를 회전축(2)과 함께 회전하는 스크레이퍼(4)로 교반하여 고르게 가열 발효시키므로서 생성되는 발효가스의 압력이 50∼80Kg/cm²에 이르게 되면 발효가스를 자동으로 배출시키는 작동을 반복하게 된다.

< 기수분리단계 >

이 공정은, 전 단계인 발효가스생성 단계에서 배출되는 발효가스에 포함되어 있는 메탄가스와 수증기를 분리하여 수증기는 응축시켜 배출시키는 한편, 가연성의 메탄가스만을 추출하는 단계이다.

상기 단계에서는 전 단계에서 배출되는 발효가스를 저장하는 냉각탱크의 내부 또는 외부에 설치된 냉수순환라인(도시 없음)으로 냉수를 순환시키는 이른바 수냉식으로 발효가스를 냉각시켜서 수증기는 냉각응축시켜 외부로 배출시키고, 수증기가 제거된 메탄가스만을 추출하여 다음 단계의 메탄가스저장단계로 보내게 된다.

또한, 상기와 같이 수냉식으로 발효가스에 포함되어 있는 수증기를 냉각응축시켜서 제거하고 메탄가스만을 추출하는 공정은 1회 이상 실시하여 수증기가 완전히 제거된 메탄가스성분만을 다음 단계로 보내는 것이다.

< 메탄가스 연료화단계 >

이 공정은, 기수분리단계에서 수증기는 응축 제거된 메탄가스를 공급받아 보일러의 연료로 사용토록 하는 단계이다.

상기 단계에서는 전 단계에서 추출 공급되는 메탄가스와 기존의 가스연료인 LPG를 적정비율로 혼합하여 보일러의 연료로 사용할 수 있는 혼합가스를 만들게 되는데, 이때의 혼합가스는 메탄가스 60∼80%, LPG 20∼40%의 비율로 혼합된다.

< 보일러 열풍공급 단계 >

이 공정은, 전 단계에서 메탄가스와 LPG를 적정비율로 혼합된 혼합가스를 보일러의 연료로 사용토록 하는 단계이며, 이와 같이 메탄가스와 LPG가 혼합된 혼합가스를 보일러의 연료로 사용하게 되면 메탄가스는 완전 연소되므로서, 분뇨 발효시 생성된 메탄가스로 인한 대기오염을 방지할 수 있고, 또한 보일러의 연료비를 절감시킬 수 있게 된다.

그리고 상기 단계에서 보일러 가동시 가열된 온수는 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨의 발효를 촉진시키는 열원으로 사용하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 발효가스생성단계에서부터 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨를 가열 발효시켜서 발효가스를 생성하고, 생성된 발효가스에서 수증기는 응축시켜 제거하고 메탄가스만을 추출하며, 추출된 메탄가스를 LPG가스와 적정비율로 혼합하여 보일러의 연료로 사용토록 하므로서 보일러에서 가열된 온수를 발효처리탱크(1)이 권회되어 있는 온수순환라인(6)으로 공급 순환시키는 보일러 온수공급단계까지의 공정이 연속적이고 반복적으로 이루어지도록 구성된 것이다.

한편, 상기 발효가스생성단계에서는 발효처리탱크(1)에 저장된 분뇨에서 발효가스가 발생되지 않을 때까지 반복해서 가열 발효시키는 작동을 진행하게 되며, 발효처리탱크(1)에서 발효가스가 발생되지 않게 되면 발효처리탱크(1)에 존재하게 되는 분뇨찌꺼기는 완전 건조된 유기질비료화로 생산되는 것이며, 이와 같이 발효처리탱크에 투입된 분뇨가 완전히 건조된 유기질비료화되었을 때에는 배출구(12)의 뚜껑을 열고 건조된 유기질비료화를 인출하게 되는데, 이때에는 모터(3)를 가동시켜서 회전축(2)상에 설치된 스크레이퍼(4)가 회전하면서 유기질비료를 배출구(12)측으로 이동시켜 배출시키도록 하므로서 탱크안에 있는 유기질비료을 용이하게 인출할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 발효처리탱크에 저장된 분뇨에서 생성되는 메탄가스를 LPG와 적정비율로 혼합하여 연료화하여 보일러의 연료로 사용토록 하므로서 연료비를 줄일 수 있으며, 발효처리탱크에 투입 저장된 분뇨를 보일러에서 공급되는 온수로 가열하여 발효처리토록 하므로서 발효처리시간을 단축시킬 수 있고, 분뇨를 균일하게 발효시킬 수 있도록 하는 효과를 제공하며, 또한 분뇨를 완전히 발효 건조시켜서 유기질비료를 얻을 수 있도록 하므로서 축산농가에서 사육하고 있는 가축의 배설물을 가열 발효처리하므로서 환경을 오염시키지 않고 유기질비료를 생산할 수 있도록 하는 커다란 장점을 제공한다.

Claims

인분이나 가축분뇨를 투입시키기 위한 투입구와, 발효처리된 분뇨를 배출구 및 가스배출구를 구비하고 있는 발효처리탱크에 있어서,

상기 발효처리탱크의 외주에 권회되어 보일러에서 가열된 온수를 순환시키게 되는 온수순환라인과;

상기 발효처리탱크의 내부 중심에 길이방향으로 회전가능하게 설치되며, 그 일단은 발효처리탱크의 일측으로 돌출되어 동력원인 모터로부터 감속된 출력을 전달받아 회전하게 되는 회전축과;

상기 회전축에 연결된 상태로 설치되어 회전축과 함께 회전하면서 발효처리탱크의 내면을 긁어주면서 그에 저장된 분뇨를 혼합시키는 복수의 스크레이퍼;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 분뇨 발효처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스크레이퍼는 회전축에 방사상으로 형성된 복수의 지지대 각각의 끝단에 회전가능하게 부착되어 있으며, 또한 상기 스크레이퍼의 일단은 상기한 각 지지대의 도중에 일단이 고정 연결된 스프링의 타단에 탄력적으로 연결되어 있어 그 타단(자유단)은 상기한 스프링의 탄력에 의하여 발효처리탱크의 내면에 탄력으로 접촉하면서 회전작동하여 분뇨를 교반하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 분뇨 발효처리장치.
인분 및 가축분뇨를 발효처리탱크에 저장하여 발효처리하는 것에 있어서,

상기 발효처리탱크의 외주에 감겨져 있는 온수순환라인으로 보일러에서 가열된 온수를 공급 순환시켜서 발효처리탱크에 저장된 분뇨를 온수로 가열 발효시켜서 분뇨에서 메탄가스를 생성시키는 발효가스생성단계;

상기 발효가스생성단계에서 생성되어 배출되는 발효가스를 수냉식으로 냉각시켜서 발효가스에 포함되어 있는 수증기는 응축시켜 배출시키고 메탄가스만을 추출하게 되는 기수분리단계;

상기 기수분리단계에서 추출된 메탄가스를 공급받아 저장하게 되는 메탄가스저장단계;

상기 메탄가스저장단계에 저장된 메탄가스와 별도의 LPG탱크에 저장된 LPG를 백분율(%)을 기준하여 메탄가스 60∼80%, LPG 20∼40%의 비율로 혼합하여 보일러의 연료로 공급하게 되는 메탄가스 연료화단계;

상기 메탄가스 연료화단계에서 메탄가스와 LPG가 혼합된 혼합가스를 보일러의 연료로 공급하여 보일러를 가동시키도록 하며, 보일러에서 가열된 온수를 상기 발효가스생성단계의 온수순환라인으로 공급 순환시켜서 발효처리탱크에 저장된 분뇨를 온수로 가열 발효시킬 수 있도록 하는 보일러온수공급단계;

의 공정으로 이루어져 있으며, 상기의 각 단계는 순차적이고 연속 반복적으로 이루어지도록 하는 수단으로 분뇨의 가열 발효시 생성되는 메탄가스에 LPG를 적정비율로 혼합하여 얻은 혼합가스를 보일러의 연료로 공급하여 보일러에서 가열되 어 공급 순환되는 온수로 분뇨를 가열 발효시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 분뇨 발효처리방법.
제 3 항에 있어서,

상기 발효가스생성단계에서 발효처리탱크 내부에서 가열 발효되어 생성되는 발효가스는 50∼80 Kg/cm²의 압력범위에 이르렀을 때 다음 단계인 기수분리단계로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 분뇨 발효처리방법.