KR101223414B1 - 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조 및 그 제조방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조에 있어서, 상기 발효조는 본체의 내부를 가열하는 가열기가 구비되되, 상기 가열기는 상기 본체의 외부에 구비되며, 상기 가열기는 상기 본체의 측면과 바닥면에 매설된 가열배관인 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효기에 관한 것이다.
이에, 본 발명은 발효조를 가열하는 발효조 가열기가 구비됨에 따라 전처리공정을 생략하여도 발효효율이 증대되고, 발효조의 외측에 가열배관이 설치되므로 가축분뇨에 의해 발생하는 슬러지로 열효율이 떨어지는 것이 방지되는 효과가 있다.

Description

가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조 및 그 제조방법. { Fermentation reactor of Bio gas assemble apparatus and the assemble method using anaerobic digestion of livestock excretions }

본 발명은 바이오가스 제조장치의 발효조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가축분뇨가 발효되면서 발생하는 바이오가스를 제조할 때 가축분뇨의 발효 효율을 증대시키도록 발효조의 온도를 상승시키는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

고농도의 유기물 함량을 갖는 가축분뇨의 처리를 위하여 다양한 방법이 활용되고 있으며, 그 중에서도 수처리 단위 조작에 의해 혐기성 처리 후 발생된 유기물을 처리하는 액상부식법과 장기 폭기에 의한 호기성 발효 방식으로 처리하는 방법이 널리 사용되어 왔다. 여기서, 가축분뇨의 혐기성 처리는 발효 과정에서 바이오 가스가 생성되는데, 이렇게 생성된 바이오 가스는 에너지원으로의 활용이 가능할 뿐만 아니라 발효 후 남은 발효액은 비료로 활용 가능하기 때문에 현재 유럽의 낙농 국가에서는 혐기성 처리를 통한 가축분뇨의 처리방법이 널리 이용되고 있다.

이와 관련하여 유럽 낙농 국가에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 가축의 분뇨가 저장된 가축 분뇨저장조(110)에서 유입되는 가축분뇨를 일정시간 동안 체류시켜 혐기성 발효가 진행되어 바이오가스가 발생되도록 발효조(120)를 설치하고, 발효조(120)에서 발생되는 바이오가스는 가스포집조(150)에 포집한 다음 열병합 발전기(200) 등의 에너지원으로 사용할 수 있도록 한 장치를 개시한 바 있다.

상기와 같은 장치는 발효조(120)에 투입되는 가축분뇨를 고형과 액상형을 분리하는 전처리 과정을 거친 후 투입하는 것이 일반적이지만, 이와 같은 방식은 가축분뇨를 상별로 즉, 액상, 기상, 고상의 가축분뇨를 분리하는 전처리 과정을 더 실시해야 하므로 전처리 과정을 거치지 않은 가축분뇨가 바로 발효조(120)에 투입되는 방법이 요구된다.

이에, 발효조(120)에는 혐기소화의 효율을 높이기 위해 발효조(120)의 온도를 상승시켜야 하는데, 보일러에서 생산된 고온의 수증기를 발효조(120)의 내부에 직접 공급하는 방식이 될 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 발효조(120)의 내부에 직접 고온의 수증기를 공급하므로 발효효율은 좋으나 공급되는 수증기의 부피만큼 발효조(120)의 크기가 커야하는 문제점이 있다.

또한, 발효조(120)의 내부에 관형의 가열배관이 설치되는 방식은 사용이 거듭될수록 관 주변에 가축분뇨에 의한 슬러지가 붙어서 점차로 열전도율을 저하시키므로 자주 청소를 하는 등 유지관리비가 증대되는 문제점이 있다.

또한, 관주변의 슬러지 때문에 발효조(120)의 고장시 보수가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시키고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가축분뇨의 상분리 즉, 액상형과 고형의 가축분뇨를 분리하는 전처리 공정이 실시되지 않을 때 액상형과 고형의 가축분뇨가 동시에 발효되도록 발효조를 가열하도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 발효조의 바닥면과 측면을 가열하도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 가열된 발효조의 열손실을 방지하도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 발효조의 상측에서 열손실이 발생하는 것을 방지하도록 함에 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위해 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조에 있어서, 상기 발효조는 본체의 내부를 가열하는 발효조 가열기가 구비되되, 상기 발효조 가열기는 상기 본체의 외부에 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 발효조 가열기는 상기 본체의 측면과 바닥면에 매설된 가열배관인 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 측면에 설치되는 가열배관은 상기 본체에 유입되는 가축분뇨의 수위 만큼만 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 측면에는 보온재가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 상측에는 상기 본체를 개폐하는 발효기 커버가 구비되고, 상기 발효기 커버의 내면에는 보온재가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 보온재는 우레아 폼인 것을 특징으로 한다.

상기 우레아 폼은 상기 본체에 유입되는 가축분뇨의 수위와 가깝게 발포된 것을 특징으로 한다.

가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효기의 제조방법에 있어서, 바닥면에 상기 발효기 본체의 면적만큼 가열배관을 매설하는 단계와, 상기 본체의 측면을 형성하되 상기 발효기의 측면을 감싸도록 가열배관을 매설하는 단계와, 상기 본체의 외면에 보온재를 설치하는 단계 및 상기 본체의 상측을 커버하는 발효기 커버의 내면에 보온재를 더 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 측면에 매설되는 가열배관은 상기 본체에 수용되는 가축분뇨의 수위만큼 매설된 것을 특징으로 한다.

상기 발효기 커버의 내면에 설치되는 보온재는 우레아 폼인 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 발효조를 가열하는 발효조 가열기가 구비됨에 따라 전처리공정을 생략하여도 발효효율이 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발효조의 외측에 가열배관이 설치되므로 가축분뇨에 의해 발생하는 슬러지로 열효율이 떨어지는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발효조의 바닥면과 측면에 가열배관이 설치되므로 발효조의 온도상승에 따른 발효효율이 증대되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 발효조의 내부 상측과 측면에 보온재가 구비되므로 가열된 발효조의 열손실이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발효조의 내부 상면의 보온재가 우레아 폼이므로 요소수지로 부터 손쉽게 설치할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가축분뇨 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 바이오가스 제조장치의 발효조의 본체와 커버를 분리도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 바이오가스 제조장치의 발효조의 바닥면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효기의 제조방법을 도시한 순서도.
도 5는 일반적은 바이오가스 제조장치를 개략적으로 도시한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가축분뇨 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오가스 제조장치의 발효조의 본체와 커버를 분리도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 바이오가스 제조장치의 발효조의 바닥면을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 바이오가스 제조장치의 발효조(10)는 내부에 가축분뇨를 수용하는 본체(11)와 본체(11)의 상측을 커버하는 커버(13) 그리고, 본체(11)를 가열하는 가열기(20)를 포함하여 이루어진다.

본체(11)는 시멘트로 타설된 것으로서, 가축분뇨를 발효시키기기 위한 적정 온도로서 그 내부온도가 35~37℃가 유지되도록 외측에 가열기(20)가 구비된다.

가열기(20)는 본체(11)의 온도를 상승시켜 본체(11)에 수용된 가축분뇨가 발효되는 것을 돕기 위한 가열배관으로서, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(11)의 측면과 바닥면에 설치된다. 여기서, 가열배관의 내부에는 온수이거나 증기가 유입되어 본체(11)의 내부를 가열하도록 한다.

또한, 가열배관은 본체(11)의 측면배관(21)과 바닥면배관(23)로서, 시멘트가 타설될 때 매립되어 설치되며 특히, 측면배관(21)은 본체(11)의 측면에 외감되되, 본체(11)의 내부에 수용되는 가축분뇨의 수위만큼만 설치되는 것이 바람직하다. 다시 설명하면, 가축분뇨가 가열되면 그 부피가 증대될 수 있으므로 발효될 가축분뇨는 본체(11)의 내부에 가득 채워지는 것이 아니라 일부만 수용되기 때문이다.

그리고, 본체(11)의 측면에는 본체(11)의 외면을 감싸도록 측면 보온재(40)가 더 설치되어 가열된 본체(11)에서 온도 손실이 일어나는 것을 방지하도록 한다.

한편, 본체(11)의 상측은 본체(11)와 일체로 형성되는 커버(13)에 의해 커버되는데 커버(13)에는 다수의 홀(15)이 형성되어 본체(11)의 내부에서 가축분뇨가 발효될 때 발생되는 매탄가스가 빠져나갈 수 있도록 한다. 그리고, 커버(13)의 내측에는 상면 보온재(50)가 더 설치된다. 이때, 상면 보온재(50)는 요소수지가 발포된 우레아 폼인 것이 바람직하다.

여기서, 우레아 폼은 발포된 보온재이므로 발포과정에서 다수의 발포공들이 형성되므로 본체(11)에서 내부에서 발생된 매탄가스는 우레아 폼의 발포공들을 통과하여 커버(13)의 홀(15)을 통해 본체(11)의 외측으로 배출될 수 있다.

또한, 본체(11)의 내부 중심부에는 본체(11)의 상측에 형성된 커버(13)를 지지하도록 바닥면과 커버(13)의 후면을 연결하도록 지지부재(17)가 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 가열배관은 본체(11)에 수용되는 가축분뇨의 수위만큼 설치되고, 가축분뇨가 인입된 본체(11)는 가열기에 의해 가열될 때, 본체(11)의 측면에 설치된 측면 보온재(40)와 커버(13)의 상면 보온재(50)가 측면과 상면을 통한 열손실을 방지한다.

여기서, 상면 보온재(50)는 발포 우레아폼이므로 발포된 보온재의 사이사이에 다수의 발포공들이 형성된다.

또한, 커버(13)의 상측에는 본체(11)의 내부에서 발생된 매탄가스가 일정량이 본체(11)에 수용되고, 일정량이 지나면 배출될 수 있도록 가스 유지부(30)가 구비된다.

가스유지부(30)는 커버(13)의 홀(15)을 커버할 수 있도록 설치되는 제1가스커버(31)와 제2가스커버(33)로 이루어지며, 제2가스커버(33)의 내측에는 제2가스 커버(33)가 돔 형상을 유지할 수 있도록 돔형상의 커버구조물(35)이 설치된다. 여기서, 제1,2가스커버(31,33)는 유연성을 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 커버(13)의 홀(15)을 통해 매탄가스가 본체(11) 외측으로 배출되면 제1가스커버(31)가 부풀어 올라 작은 돔형상을 이루고, 더 많은 매탄가스가 배출되면 커버구조물(35)로 돔형상을 유지하는 제2가스커버(33)의 내측으로 배출되도록 한다.

이에, 본체(11)의 내부에서 매탄가스가 발생하면 본체(11)의 내부온도와 압력을 일정하게 유지하기 위하여 제1,2가스커버(33)를 통해 매탄가스가 외부로 배출되지 않도록 유지하다가, 매탄가스의 양이 기준량을 벗어나면 도시되지 않은 배관을 통해 배출될 수 있도록 하여 본체(11)의 압력을 항상 일저하게 유지하도록 한다.

따라서, 다시 참조하는 도 6의 분뇨저장조(11)에서 발효조(10)의 본체(11) 내부로 이송된 가축분뇨는 가열기(20)에 의해 측면과 바닥면이 가열되어 발효가 가속화되면서 혐기성 발효가 진행되어 바이오가스가 발생되고, 발생된 바이오 가스는 커버(13)의 내면 보온재(50) 사이 사이에 형성된 발포공 사이에 위치된다.

이러한 발효조(10)에서 발생된 바이오 가스는 가스포집조(150)에 포집되어 에너지원으로 사용된다.

도 4는 본 발명에 따른 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조의 제조방법을 도시한 순서도이다.

이하에서는 도 4를 참조하여 상술한 바와 같은 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효기의 제조방법을 상세하게 설명한다.

먼저, 발효조(10)가 제조될 위치의 바닥면에 바닥면 배관(23)이 매립되게 시멘트를 타설하여 본체(11)의 바닥면을 형성한다. (S60)

다음, 거푸집을 이용하여 본체(11)의 측면을 타설하되 본체(11)의 측면에 측면배관(21)이 매립되게 본체(11)의 측면을 형성한다. 이때, 본체(11)의 측면배관(21)은 본체(11)에 수용될 가축분뇨의 수위와 동일한 높이로 형성한다.(S61)

다음, 본체(11)의 열손실을 방지하도록 본체(11)의 외면을 감싸도록 측면 보온재(40)를 설치한다. (S62)

다음, 본체(11)의 상측을 커버하는 커버(13)의 내면에 우레아폼을 발포하여 상면 보온재(50)를 형성한다. 이때, 우레아 폼은 본체(11)의 측면에 설치된 측면배관(21)이 설치된 위치와 대응되는 높이로 형성한다. (S63)

10 : 발효기 11 : 본체
13 : 커버 17 : 지지부재
20 : 가열기 30 : 가스유지부
31 : 제1가스커버 33 : 제2가스커버
40 : 측면 보온재 50 : 상면 보온재

Claims (10)

1. 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조에 있어서,
   내부에 가축분뇨를 수용하는 본체(11),
   상기 본체(11)의 상측을 커버하는 커버(13),
   상기 본체(11)의 내부온도가 35~37℃로 유지되도록 상기 본체(11)의 외부에 구비된 가열기(20),
   상기 커버(13)의 상측에 마련되고, 상기 본체(11)의 내부에서 발생한 메탄가스의 일정량이 상기 본체(11)에 수용되고, 일정량이 지나면 배출하는 가스 유지부(30)를 포함하고,
   상기 메탄가스는 상기 커버(13)의 홀(15)을 통해 상기 가스 유지부(30)로 배출되는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가열기(20)는 상기본체(11)의 측면에 매설된 측면배관(21),
   상기 본체(11)의 바닥면에 매설된 바닥면 배관(23)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 본체(11)의 측면에 설치되는 가열배관은 상기 본체(11)에 유입되는 가축분뇨의 수위만큼만 설치된 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 본체(11)의 측면에는 측면 보온재(40)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 본체(11)의 상측에는 상기 본체(11)를 커버하되, 다수의 홀(15)이 형성된 커버(13)가 구비되고, 상기 커버(13)의 내면에는 내면 보온재(50)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 내면 보온재(50)는 우레아 폼인 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 우레아 폼은 상기 본체에 유입되는 가축분뇨의 수위와 가깝게 발포된 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조.
8. 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효기의 제조방법에 있어서,
   바닥면에 상기 발효기 본체(11)의 면적만큼 가열배관을 여러 갈래로 분할하여 매설하는 단계,
   상기 본체(11)의 측면을 형성하되 상기 발효기(10)의 측면을 감싸도록 가열배관을 여러 갈래로 분할하여 매설하는 단계,
   상기 본체(11)의 외면에 측면 보온재(40)를 설치하는 단계,
   상기 본체(11)의 상측을 커버하는 커버(13)의 내면에 내면 보온재(50)를 더 설치하는 단계,
   상기 커버(13)의 상측에 마련되고, 상기 본체(11)의 내부에서 발생한 메탄가스의 일정량이 상기 본체(11)에 수용되고, 일정량이 지나면 배출하는 가스 유지부(30)를 설치하는 단계를 포함하고,
   상기 메탄가스는 상기 커버(13)의 홀(15)을 통해 상기 가스 유지부(30)로 배출되는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 본체(11)의 측면에 매설되는 가열배관은 상기 본체(11)에 수용되는 가축분뇨의 수위만큼 매설된 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조의 제조방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 커버(13)의 내면에 설치되는 내면 보온재(50)는 우레아 폼인 것을 특징으로 하는 가축분뇨 혐기소화를 이용한 바이오가스 제조장치의 발효조의 제조방법.

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