KR100827946B1

KR100827946B1 - 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치

Info

Publication number: KR100827946B1
Application number: KR1020080003434A
Authority: KR
Inventors: 김응교
Original assignee: 디에스케이엔지니어링(주); (주)청명; 김응교
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2008-05-08

Abstract

포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치가 제공된다. 밀폐 원통형 셀 구조는 지하에 설치되는 원형 바닥판, 상기 원형 바닥판의 상부에 위치하는 제1 중공형 원통체, 유기성 폐기물을 가수분해 처리하여 저분자 유기물로 분해하는 가수 분해조, 상기 제1 중공형 원통체와 동심원을 이루면서 상기 제1 중공형 원통체의 외측에 위치하는 제2 중공형 원통체, 상기 가수 분해조로부터의 상기 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제1 바이오 가스로 분해하는 제1 발효조, 상기 제1 및 제2 중공형 원통체와 동심원을 이루면서 상기 제2 중공형 원통체 및 상기 제2 중공형 원통체의 외측에 위치하는 제3 중공형 원통체, 상기 제1 발효조에 남은 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제2 바이오 가스로 분해하는 제2 발효조, 지면과 동일 선상에 위치하며 상기 가수 분해조, 상기 제1 발효조, 및 상기 제2 발효조를 덮는 덮개를 구비한다. 가스 저장소는 지상에 위치하고 제1 발효조 및 제2 발효조와 각각 연결되어 제1 및 제2 바이오 가스를 순차적으로 저장한다. 제어부는 밀폐 원통형 셀 구조 및 가스 저장소의 동작을 제어한다.

바이오 가스, 플랜트 장치, 발효

Description

포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치{Bio gas plant apparatus with pot-in-pot structure}

본 발명은 바이오 가스 플랜트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 남은 음식물, 축산 분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물, 식품 가공 공장, 어육류 가공 공장, 도축장 부산물 등의 발효 과정에서 발생되는 바이오 가스를 이용하여 에너지를 회수하는 바이오 가스 플랜트 장치에 관한 것이다.

최근 들어 지구 온난화로 지구 환경 문제가 대두됨에 따라 바이오 매스 발전에 관한 관심이 고조되고 있는 실정이다. 특히 교토 의정서 발효와 더불어 OECD 가입국은 의무적으로 이산화탄소(CO₂) 절감 대책에 대한 비율을 의무적으로 부가하고 있다. 따라서 이러한 환경 정책과 더불어 바이오 매스를 이용한 대체 에너지 발전 시설이 증가되고 있는 추세이며, 고 유가 시대의 대체 에너지로 괄목한 성정을 가져 오리라 전망된다. 또한 이러한 자연 친화적인 대체 에너지 개발을 위해서는 무엇보다 바이오 매스 직접 연소, 가스화 등의 열화학적 변화 및 메탄 발효 등의 생물 화학적 변환에 의하여 수증기, 가스 등으로 변환되어 발전에 이용된다. 여기서, 바이오 매스란 식물, 동물, 미생물 등을 에너지 원으로 이용하는 생물체의 전 중량으로 단위 면적당 에너지 량을 의미한다. 바이오 매스는 직접 연소, 가스화 등의 열화화적 변환 및 메탄 발효 등의 생물화학적 변환에 의하여 수증기, 가스 등으로 변환되어 발전에 이용된다. 전자는 주로 목재, 볏집 등의 건조 바이오 매스인 반면 후자는 축산 폐기물, 생 쓰레기, 오니 등의 습윤 바이오 매스에 사용된다. 발전 방식으로서는 수증기 터빈 발전, 가스 터빈 발전, 가스 엔진 발전 등이 있다. 여기에서 무엇보다 증요한 것은 바이오 매스를 이용한 메탄 발효제를 효과적으로 숙성, 발효할 수 있는 보관 저장 시설물이다.

종래의 바이오 가스 플랜트 장치에서는 각각의 발효조 원통체 상부는 상호 고정되어 있지 않고 목재 지붕 구조물만이 양 단부 원통 셀에 고정되어 있어서 구조적으로 취약하다. 또한 발효조 위에 목재 지붕 구조물 위에 가스를 포집하는 포집 천정이 위치하고 있어 지진 또는 폭풍으로 인하여 발효조가 파손될 경우 모든 가스가 누출될 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오 가스 생성 수단을 3개의 밀폐 원통형 셀 구조로 일체화시키고 PIP의 각 원통체의 상단을 고정함으로써 구조적으로 안정성을 확보할 수 있는 친환경적 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치는 지하에 설치되는 원형 바닥판, 상기 원형 바닥판의 상부에 위치하는 제1 중공형 원통체, 상기 원형 바닥판의 상부, 상기 제1 중공형 원통체 내부에 형성되어 유기성 폐기물을 가수분해 처리하여 저분자 유기물로 분해하는 가수 분해조, 상기 제1 중공형 원통체와 동심원을 이루면서 상기 제1 중공형 원통체의 외측에 위치하는 제2 중공형 원통체, 상기 원형 바닥판의 상부, 상기 제1 중공형 원통체 및 상기 제2 중공형 원통체 사이에 형성되어 상기 가수 분해조로부터의 상기 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제1 바이오 가스로 분해하는 제1 발효조, 상기 제1 및 제2 중공형 원통체와 동심원을 이루면서 상기 제2 중공형 원통체 및 상기 제2 중공형 원통체의 외측에 위치하는 제3 중공형 원통체, 상기 원형 바닥판의 상부, 상기 제2 중공형 원통체와 상기 제3 중공형 원통체 사이에 형성되어 상기 제1 발효조에 남은 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제2 바이오 가스로 분해하는 제2 발효조, 지면과 동일 선상에 위치하며 상기 가수 분해조, 상기 제1 발효조, 및 상기 제2 발효조를 덮고 상기 가수 분해조, 상기 제1 발효조, 상기 제2 발효조와 대응하는 위치에 유기성 폐기물 투입구, 제1 바이오 가스 배출구, 및 제2 바이오 가스 배출구이 각각 형성되어 있는 덮개를 구비하는 밀폐 원통형 셀 구조; 및 지상에 위치하고 상기 제1 발효조 및 상기 제2 발효조와 각각 이송관으로 연결되어 상기 제1 발효조 및 상기 제2 발효조로부터의 상기 제1 및 제2 바이오 가스를 순차적으로 저장하는 가스 저장소; 및 상기 밀폐 원통형 셀 구조 및 상기 가스 저장소의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 중공형 원통체의 상부에는 상기 저분자 유기물을 외측으로 배출하기 위한 적어도 하나의 제1 개구가 형성되고, 상기 제2 중공형 원통체의 상부에는 남은 저분자 유기물을 외측으로 배출하기 위한 적어도 하나의 제2 개구가 형성된다. 더욱 바람직하게는 상기 제1 발효조는 상기 제1 발효조의 내부에 설치되어 상기 저분자 유기물을 교반하는 제1 교반기를 포함하고, 상기 제2 발효조는 상기 제2 발효조의 내부에 설치되어 상기 저분자 유기물을 교반하는 제2 교반기를 포함한다.

가장 바람직하게는, 상기 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치는 상기 유기성 폐기물을 파쇄하여 상기 밀폐 원통형 셀 구조의 가수 분해조에 투입하는 투입 장치, 및 상기 이송관에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 및 제2 발효조의 압력을 증가시켜 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 상기 가스 저장소로 공급하는 가압기, 상기 가스 저장소와 연결관에 의해 연결되어 상기 탱크로부터의 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 탈황하기 위한 탈황 장치, 및 상기 가스 저장소에 저장된 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 복합 발전기를 더 포함한다.

본 발명에 따른 환경 오염원으로 인식되고 있는 남은 음식물 처리 및 축산 분뇨의 문제를 해결할 수 있는 환경 친화적인 플랜트 시설로서, 바이오 가스 생성 수단으로 3개의 원통형 셀을 밀폐하고 일체화시키고, PIP의 각 원통체의 상단을 고정함으로써 유기성 폐기물의 압력, 지진력, 토압, 수압, 저장물의 원심력 등의 하중 조건에 대하여 구조적으로 안정성을 확보할 수 있다. 따라서 각각의 발효조가 밀폐되어 있어 가스 누출을 최소화할 수 있다. 또한, 부지 활용을 극대화하며, 작업 동선의 편리성, 운반의 신속성, 시설물 유지 관리가 용이한 효과가 있다.

이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치의 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치의 평면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치는 투입 장치(100), 밀폐 원통형 셀 구조(200), 가스 저장소(300), 제어부(400), 가ㅇ 압기(500), 탈황 장치(600), 및 복합 발전기(700)를 포함한다.

투입 장치(100)는 공급용 트럭(10)에 의해 공급된 음식물 쓰레기, 축산 분료, 또는 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물을 파쇄하여 상기 밀폐 원통형 셀 구조(200)의 가수 분해조(220)에 투입한다.

밀폐 원통형 셀 구조(200)는 원형 바닥판(210), 제1 중공형 원통체(222), 가수 분해조(220), 제2 중공형 원통체(232), 제1 발효조(230), 제3 중공형 원통체(242), 제2 발효조(240), 및 덮개(250)를 포함한다.

원형 바닥판(210)은 지하에 설치된다. 상기 제1 중공형 원통체(222)는 상기 원형 바닥판(210)의 상부에 위치한다.

가수 분해조(220)는 상기 원형 바닥판(210)의 상부, 상기 제1 중공형 원통체(222) 내부에 형성되고, 상기 제어부(400)에 의해 제어되어 유기성 폐기물을 가수분해 처리하여 저분자 유기물로 분해한다. 상기 제1 중공형 원통체(222)의 상부에 상기 저분자 유기물을 외측, 즉 제1 발효조(230)로 배출하기 위한 적어도 하나의 제1 개구(224)가 형성되어 있다. 제2 중공형 원통체(232)는 상기 제1 중공형 원통체(222)와 동심원을 이루면서 상기 제1 중공형 원통체(222)의 외측에 위치한다.

제1 발효조(230)는 상기 원형 바닥판(210)의 상부, 상기 제1 중공형 원통체(222)와 제2 중공형 원통체(232) 사이에 형성되며, 상기 제어부(400)에 의해 제어되어 상기 가수 분해조(220)로부터의 상기 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제1 바이오 가스로 분해한다. 상기 제2 중공형 원통체(232)의 상부에는 남은 저분자 유기물을 외측으로 배출하기 위한 적어도 하나의 제2 개구(234)가 형성되어 있다. 상기 제1 발효조(230)는 상기 제1 발효조(230)의 내부에 설치되어 상기 저분자 유기물을 교반하는 제1 교반기(236)를 포함한다. 제3 중공형 원통체(242)는 상기 제1 및 제2 중공형 원통체(222 및 232)와 동심원을 이루면서 상기 제2 중공형 원통체(232)의 외측에 위치한다.

제2 발효조(240)는 상기 원형 바닥판(210)의 상부, 상기 제2 중공형 원통체(232)와 상기 제3 중공형 원통체(242) 사이에 형성되며, 상기 제어부(400)에 의해 제어되어 상기 제1 발효조(230)에 남은 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제2 바이오 가스로 분해한다. 상기 제2 발효조(240)는 상기 제2 발효조(240)의 내부에 설치되어 상기 저분자 유기물을 교반하는 제2 교반기(246)를 포함한다.

덮개(250)는 지면(20)에 위치하며 상기 가수분해조(220), 상기 제1 발효조(230), 및 상기 제2 발효조(240)를 덮고 상기 가수 분해조(220), 상기 제1 발효조(230), 상기 제2 발효조(240)와 대응하는 위치에 유기성 폐기물 투입구(252), 제1 바이오 가스 배출구(254), 및 제2 바이오 가스 배출구(256)이 각각 형성되어 있다.

가스 저장소(300)는 지상에 위치하고 상기 제1 발효조(230) 및 상기 제2 발효조(240)와 각각 이송관(310)으로 연결되어 상기 제1 발효조(230) 및 상기 제2 발효조(240)로부터의 상기 제1 및 제2 바이오 가스를 선택적으로 저장한다.

제어부(400)는 상기 투입 장치(100), 상기 밀폐 원통형 셀 구조(200), 및 상기 가스 저장소(300), 가압기(500), 복합 발전기(700), 및 펌프(800)의 동작을 제 어한다.

가압기(500)는 상기 이송관(310)에 설치되어 상기 제어부(400)의 제어에 따라 상기 제1 및 제2 발효조(230 및 240)의 압력을 증가시켜 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 상기 가스 저장소(300)로 공급한다.

탈황 장치(600)는 상기 탱크(300)와 연결관(610)에 의해 연결되어 상기 가스 저장소(300)로부터의 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 탈황한다.

복합 발전기실에 설치된 복합 발전기(700)는 상기 탈황 장치(600)로부터의 상기 탈황된 바이오 가스를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.

펌프(800)는 상기 가스 분해조(220)의 저분자 유기물을 상기 제1 발효조(230)로 공급하고, 상기 제1 발효조(230)에 남은 저분자 유기물을 상기 제2 발효조(240)로 공급하는 역할을 한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

본 발명에 따른 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치는 바이오 매스를 이용하여 매탄 가스와 같은 바이오 가스를 제조하고 이를 이용하여 전기 에너지를 발생하는데 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치의 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치의 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 트럭 20: 지면

100: 투입 장치 200: 밀폐 원통형 셀 구조

210: 원형 바닥판 220: 가수 분해조

222: 제1 중공형 원통체 224: 제1 개구

230: 제1 발효조 232: 제2 중공형 원통체

234: 제2 개구 236: 제1 교반기

240: 제2 발효조 242: 제3 중공형 원통체

246: 제2 교반기 250: 덮개

252: 유기성 폐기물 투입구 254: 제1 바이오 가스 배출구

256: 제2 바이오 가스 배출구 300: 가스 저장소

310: 이송관 400: 제어부

500: 펌프 600: 탈황 장치

700: 복합 발전기 800: 펌프

Claims

지하에 설치되는 원형 바닥판, 상기 원형 바닥판의 상부에 위치하는 제1 중공형 원통체, 상기 원형 바닥판의 상부, 상기 제1 중공형 원통체 내부에 형성되어 유기성 폐기물을 가수분해 처리하여 저분자 유기물로 분해하는 가수 분해조, 상기 제1 중공형 원통체와 동심원을 이루면서 상기 제1 중공형 원통체의 외측에 위치하는 제2 중공형 원통체, 상기 원형 바닥판의 상부, 상기 제1 중공형 원통체 및 상기 제2 중공형 원통체 사이에 형성되어 상기 가수 분해조로부터의 상기 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제1 바이오 가스로 분해하는 제1 발효조, 상기 제1 및 제2 중공형 원통체와 동심원을 이루면서 상기 제2 중공형 원통체 및 상기 제2 중공형 원통체의 외측에 위치하는 제3 중공형 원통체, 상기 원형 바닥판의 상부, 상기 제2 중공형 원통체와 상기 제3 중공형 원통체 사이에 형성되어 상기 제1 발효조에 남은 저분자 유기물을 교반하면서 혐기 조건 하에서 혐기성 세균의 작용에 의하여 발효시킴으로써 제2 바이오 가스로 분해하는 제2 발효조, 지면과 동일 선상에 위치하며 상기 가수 분해조, 상기 제1 발효조, 및 상기 제2 발효조를 덮고 상기 가수 분해조, 상기 제1 발효조, 상기 제2 발효조와 대응하는 위치에 유기성 폐기물 투입구, 제1 바이오 가스 배출구, 및 제2 바이오 가스 배출구이 각각 형성되어 있는 덮개를 구비하는 밀폐 원통형 셀 구조; 및

지상에 위치하고 상기 제1 발효조 및 상기 제2 발효조와 각각 이송관으로 연결되어 상기 제1 발효조 및 상기 제2 발효조로부터의 상기 제1 및 제2 바이오 가스를 순차적으로 저장하는 가스 저장소; 및

상기 밀폐 원통형 셀 구조 및 상기 가스 저장소의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제1 중공형 원통체의 상부에는 상기 저분자 유기물을 외측으로 배출하기 위한 적어도 하나의 제1 개구가 형성되고, 상기 제2 중공형 원통체의 상부에는 남은 저분자 유기물을 외측으로 배출하기 위한 적어도 하나의 제2 개구가 형성되는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제1 발효조는 상기 제1 발효조의 내부에 설치되어 상기 저분자 유기물을 교반하는 제1 교반기를 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제2 발효조는 상기 제2 발효조의 내부에 설치되어 상기 저분자 유기물을 교반하는 제2 교반기를 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 유기성 폐기물을 파쇄하여 상기 밀폐 원통형 셀 구조의 가수 분해조에 투입하는 투입 장치를 더 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 이송관에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 또는 제2 발효조의 압력을 증가시켜 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 상기 가스 저장소로 공급하는 가압기를 더 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 가스 저장소와 연결관에 의해 연결되어 상기 가스 저장소로부터의 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 탈황하기 위한 탈황 장치를 더 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.
제1 항에 있어서, 상기 가스 저장소에 저장된 상기 제1 또는 제2 바이오 가스를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 복합 발전기를 더 포함하는 포트 인 포트 구조의 바이오 가스 플랜트 장치.