KR101389335B1 - 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축분뇨와 유기질 비료퇴비와 톱밥 등에 수분조절제를 혼합하여 발효조에 넣고 발효조에서 발효되는 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치에 관한 것이다. 본 발명은 가축분뇨, 축산폐수, 잔반 등과 같은 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지에 왕겨, 톱밥, 목분, 등과 같은 수분조절제를 혼합한 베이지 혼합물층을 섞바꾸어 적층하되,각층 사이 사이에 적량의 미생물과 소량의 당박을 얇게 살포한 단박층을 적층되게 발효조에 적층하여, 상기 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층과 당박층 내의 수분조절제의 수분함량이 30~60％ 정도로 유지시켜 유기질 비료퇴비의 발효시 발생되는 발열에너지로 상기한 발효조 내에 배설한 코일형상을 지닌 코일형 파이프를 따라 순환하는 물로 열교환에 의해 고온으로 가열되고 가열시켜 온수를 온수통에 저장하여 온수통내에 배설된 난방순환배관과 연결된 코일형 파이프를 따라 흐르는 난방수를 열교환하도록 하고 온수통에 저장된 온수는 급탕순환배관(도면에는 미도시)과 연결하여 주방이나 욕실의 온수로 공급할 수 있는 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치를 제공한다.

Description

유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치{ORGANIC WASTE FERMENTATIVELY-PROCESSING DEVICE}

본 발명은 가축분뇨와 유기질 비료퇴비와 톱밥 등에 수분조절제를 혼합하여 발효조에 넣고 발효조 내에서 발효되는 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 가축분뇨, 축산폐수, 잔반. 등과 같은 유기질 비료퇴비와, 버섯베이지에 왕겨, 톱밥, 목분, 등과 같은 수분조절제를 혼합한 베이지 혼합물과,적량의 미생물과 소량의 당박을 발효조 내에 섞바꾸어 적층하여 상기 유기질 비료퇴비와 베이지 혼합물과 딩박 혼합물중 수분조절제의 수분함량이 30~60％ 정도로 유지시켜 유기질 비료퇴비의 발효시 발생되는 발열에너지로 상기한 발효조 내측에 배설한 이중으로 권회된 코일 형파이프 내에 충진된 물이 코일형 파이프를 따라 순환하는 유체가 열교환에 의해 고온으로 가열되고, 가열된 온수를 온수통에 저장하여 온수통 내에 배설된 난방순환배관과 연결된 코일형 파이프를 따라 흐르는 난방수가 열교환 되어지게 하고, 온수통에 저장된 온수는 급탕순환배관과 연결하여 주방이나 욕실의 온수로 공급하여 사용할 수 있게 한 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치에 관한 것이다.

종래에는 유기질 비료퇴비는 주로 가축분뇨, 축산폐수나 음식물쓰레기나 동물성 잔재물 등 유기질 비료퇴비를 발효시켜 퇴비화하는 공정에서 발생되는 열을 재활용하지 못하고 대부분 대기중으로 그대로 배출되었고, 유기물 발효에 의한 열에너지를 난방에너지로 전환시키는 장치가 개발된 사례는 찾아보기 어렵다.

간혹 가축분뇨를 염기성 소화로 처리할 때 발생되는 메탄가스를 연료로 사용한 사례가 일부 있었으나, 메탄가스를 에너지로 사용하기 위해서는 액화처리공정의 어려움, 저장공간의 확보와 과다한 설비비용, 부지 확보의 어려움, 가스 사고에 따른 안전성 확보, 다른 에너지원에 비해 높은 제조 원가인 점 등 다양한 원인으로 실제로 실용화단계까지는 이르지 못하고 실험적 연구수준에 머물러 있다.

본 발명의 목적은 발효조 내에 가축분뇨, 축산폐수, 잔반 등을 혼합한 유기질 비료퇴비층(이하"유기질 비료퇴비층"이라 함) 버섯 베이지에 왕겨, 톱밥, 목분 등과 같은 수분조절제를 혼합한 버섯 베이지 혼합물층(이하"버섯 베이지 혼합물층"이라 함)을 섞바꾸어 다수개층 적층 하되, 상기한 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층의 각층 사이에 미생물과 소량의 당박을 얇게 살포한 당박층(이하"당박층"이라 함)을 적층하여 상기 수분조절제와 당박과 미생물이 효과적으로 발효되도록 하여 발효조의 내부온도를 항시 70~90℃로 유지되도록 함으로써 상기 발효조 내에 이중으로 배설된 내에 충진된 물이 상기 코일형 파이프를 따라 순환하는 발효조 내에서 발열된 열에너지로 가열시킴으로써 이를 온수와 난방수로 활용할 수 있는 유기물 발효에너지를 이용한 온수 및 난방장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 발표조 내에서 유기질 비료퇴비와 버섯 베이지 혼합물의 발효시 발생되는 암모니아 가스 나 각종 악취와 침출되는 침출수를 액제비료로 자원화 할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명은 가축분뇨, 축산폐수, 잔반 등을 혼합한 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지에 왕겨, 톱밥, 목분등 수분조절제를 혼합한 버섯 베이지 혼합물층을 섞바꾸어 다수개층을 적층하되, 상기 유기질 비료퇴비층 과 버섯 베이지 혼합물층의 각층 사이에 미생물과 소량의 당박을 얇게 살포한 당박층을 적층하여 여기에 적량의 수분과 산소를 공급함으로써 효과적으로 발효를 촉진시켜서 발생되는 70~90℃의 고열을 얻어서 상기 발효조 내에 배설된 구리 또는 스테인레스 스틸제 코일형 파이프 내의 물을 순환시켜서 온수공급 겸 난방장치를 제공하는 것입니다.

본 발명의 목적에 따른 구현수단은, 개폐가능하게 뚜껑(2)이 결합 되어 있고, 상기 뚜껑(2)의 하부까지 유기질 비료퇴비층(12a,12b,12c,12d)과, 버섯 베이지에 왕겨,톱밥, 목분과 같은 수분조절제를 혼합한 버섯 베이지 혼합물층(11a,11b,11c,11d)들이 섞바뀌어 차례로 적층되고, 상기 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)과 버섯 베이지 혼합물층(11a,11b,11c,11d) 사이에 미생물과 함께 소량의 당박을 얇게 살포한 당박층(11e)이, 발효조(1) 내에 살수하기 위한 수분공급기(5)와, 산소를 공급하는 산소 공급기(13)와, 침출수를 저장하는 액체비료 저장고(14)을 포함하는 발효조(1)와;

내부에 난방순환배관(참조번호 미표기)과 연결되는 코일형 파이프(26)가 배설되고, 난방수공급관(25), 직수 공급용 직수공급관(31)을 결합된 온수통(21)과;

상기 발효조(1) 일측에 온수배출관(30)을 배설하여 온수통(21)과 연결되어 상기 발효조(1)내에서 가열된 물이 상기 온수통(21)에 저장된다.

상기 발효조(1)의 내외측벽은 보온 및 단열재(9)로 보호되는 바람직하다.

상기 발효조(1)는 상측에 악취제거통(4)이 더 마련될 수 있다.

또한 상기 온수통(21)에는 수온이 일정온도 이하로 내려가면 물을 가열시킬 수 있는 전기히터(28)가 더 마련될 수 있다. 가열수단으로는 전기히터 외에 유류용 보일러나 가스보일러 등이 이용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 발효조 내에 가축분뇨, 축산폐수, 잔반 등을 혼합한 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지에 왕겨, 톱밥, 목분등 수분조절제를 혼합한 버섯 베이지 혼합물층을 섞바꾸어 다수개의 층 적층한 각층 사이에 미생물과 당박을 소량 살포한 당박층을 적층함으로써, 상기한 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층 내부에서 미생물이 활성화됨으로써 지속적으로 발효가 촉진되어 70~90℃의 고열이 발생되어 가열된 물을 온수공급 및 난방장치로 사용할 수 있는 효과가 있고, 상기 발효조 상면에 악취 제거통을 장착하고, 또한 상기 발효조 내에 수분살포기를 내장하며, 상기 발효조의 저부에 산소공급기 장착하여, 악취를 제거하고 충분한 수분을 살포하고, 상기 산소공급기로 산소를 충분히 공급함으로써 상기 발효조 내의 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층에서 발효가 지속적으로 촉진되면서 발생하는 70~90℃의 고열을 온수공급 및 난방을 열로 이용할 수 있는 효과가 있다.

따라서 상기한 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층 내부에 매립된 코일형 파이프를 따라 순환되는 물이 발효열에 의해 가열되고, 가열된 온수는 온수통으로 이송되어 저장되므로 온수통에 저장된 수온에 의해 온수통에 배설된 코일형 난방수공급관을 따라 흐르는 난방수를 가열하여 난방순환배관을 따라 난방수를 실내로 공급하여 난방을 구현하고, 또한 온수통에 저장된 온수는 온수공급관을 통해 욕실이나 주방의 온수를 사용할 수 있다.

아울러, 상기 발효조 상면에 장착된 악취 제거통에 의해 악취를 제거할 수 있고, 발효조의 하부에 마련된 액체비료 저장고에 저장된 침출수는 액체비료로 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 온수통에 수온을 감지하는 센서를 설치하여 수온이 일정온도 이하로 하강할 때 전기히터 등 가열수단이 작동하여 온수통에 물을 일정한 온도까지 가열할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 난방 및 온수공급장치를 예시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 난방 및 온수공급장치의 단면도,
도 3은 본 발명에서 가축분뇨 등 유기성 비료퇴비와 톱밥 등 수분조절제 층을 도시한 종단면도,
도 4a는 본 발명의 산소공급기의 분해사시도,
도 4b는 본 발명의 산소공급기의 A부분 확대도,
도 5는 본 발명에 온수통내에 설치되는 히터의 일 예를 예시한 사시도이다.

이하 본 발명에 따른 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 참조번호 1은 발효조이고, 21은 온수통이다. 상기 발효조(1)에는 그 상부에 개폐가능한 뚜껑(2)이 결합되어 있다.

상기 뚜껑(2)에는 상면 일측에 역삼각형 형상의 퇴비투입구(3)와 뚜껑개폐구(3a)와 통기공(4a)과 배출관(4b)을 구비하는 직육면체형상의 악취제거통(4)이 설치되어 있다.

상기한 악취제거통(4)과 상기 퇴비투입구(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 연결관(6)으로 연결되어 있다.

상기 발효조(1)에는 도 2에 도시된 바와 같이 온수통(21)과 연결되어 물이 발효조(1)내에 배설된 코일형파이프(10)와 온수통(21)사이를 순환시키기 위한 온수배출관(30)과 온수유입관(34)이 마련되어 있고, 상기 발효조(1)의 하반부 일측에 직사각형의 하부개폐구(35)를 설치되있으며, 상기 발효조(1) 하단부에는 산소공급기(13)와 원반형 액체비료저장고(14)가 설치되어 있다.

가정용 발효조(1)의 경우 직경 2~2.5m, 높이는 3~3.5m가 되는 원통형으로 형성된다.

온수통(21)은 그 상면에 상기 온수통(21)과 연결된 연결관(22)이 결합된 직육면체형상의 오버플로우탱크(23)가 설치되어 온수통(21)의 수위가 과도하게 상승할 경우 오버수는 오버플로우탱크(23)로 배출된다.

상기 온수통(21)의 일측에는 온수공급관(24), 난방수공급관(25), 회수된 물의 유입관(27)가 설치되어 있고, 타측에는 상기한 발효조(1) 내에 배설된 코일형 파이프(10)와 연통된 온수배출관(30) 및 온수유입관(34)과 각각 연통되게 설치되어 있으며, 상기 온수관(21)의 하부 일측에는 직수를 공급하는 직수공급관(31)과 회수된 물 유입관(27)이 연결되어 있다. 미 설명부호 9는 우레탄 또는 스치로폼재로 만든 단열재이다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 발효조(1) 내측에는 이중으로 코일형 파이프(10)가 이중으로 배설되어 있는데, 코일형 파이프(10)는 내부식성이고 열전도성이 우수한 구리 혹은 스테인레스스틸재로 제조되어 있다.

상기 코일형 파이프(10)는 이중 코일형태로 50~90회 권회 되어 있다.

상기 코일형 파이프(10)의 일단은 온수통(21)관 연결된 온수배출관(30)과 연결되어 있고, 타단은 역시 온수통(21)과 연결된 온수유입관(34)과 연결되어 있다.

도 2 및 도 4a, 4b에 도시된 바와 같이 상기 발효조(1)의 하단부에 다수개의 구멍(13b)이 천공되고 산소공급관(13a)이 형성된 산소공급기(13)를 통해 모터(도면에는 미도시)에서 이송되는 산소를 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층 내부로 공급하게 되고, 상기 뚜껑(2) 내측에 살수공(5a)이 형성된 수분공급기(5)가 배설되어 수분부족시 살수하게 된다.

한편, 상기 온수통(21)내에는 상기 발효조(1)내에 배설된 코일형 파이프(10)와 같은 형태로 직경이 보다 작은 코일형파이프(26)가 50~90회 권회 배설되어 있다. 상기 코일형 파이프(26)의 일단은 난방수공급관(25)에, 타단은 직수공급관(31)에 각각 연결되어 있다.

또한, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 발효조(1)내에 가축분뇨, 축산폐수, 잔반 등 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)과 버섯 베이지에 왕겨, 톱밥, 목분 등으로 이루어진 수분조절제를 혼합한 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)을 적층 하되, 상기 발효조(1) 내의 저부에서 부터 차례로 수분조절제인 왕겨, 톱밥 또는 목분 35~45 중량％에 버섯 베이지 55~65 중량％를 고르게 혼합한 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c(11d)을 30㎝ ~ 40㎝ 두께로 형성하고 그 표면에 미생물과 소량의 당박을 얇게 살포한 당박층(11e)에 가축분뇨, 축산폐수, 잔반등의 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)을 30㎝ ~ 40㎝ 두께로 적층하고, 상기한 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)을 섞바뀌어 8~10층을 중첩되게 적층 하되, 각 층 사이에는 전술한 바와 같이 적량의 미생물과 소량의 당박을얇게 살포한 당박층을 적층하여 구성된다.

본 발명은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 발효조(1) 내에 저부에서 부터 차례로 상기 축산분뇨 등 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)과 상기 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)을 섞바뀌어 8~10층을 적층하는 이유는, 통기성이 양호하고 수분조절기능을 갖는 상기 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)을 상기 축산분뇨 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d) 사이에 적층 함으로써 활발하게 발효가 지속적으로 유지되도록 하기 위한 것이고, 상기 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)을 구성함에 있어서, 톱밥 또는 왕겨나 목분을 35~45중량 ％로 하고, 버섯 베이지는 55~65중량 ％로 한 것은 통기성을 양호하게 하고, 수분조절이 장기간 지속하게 하기 위한 것이다.

또한, 톱밥 또는 왕겨나 목분이 35중량％ 이하이고, 버섯 베이지가 55중량％ 이하인 경우, 통기성이 불량하고 수분조절기간이 단축되는 것을 방지하기 위한 것으로, 수십 회의 실험을 통해 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)을 톱밥 또는 왕겨나 목분 35~45중량％에 버섯 베이지 55~65중량 ％가 가장 적합한 것을 알게 되었다.

또한, 축산분뇨 등의 유기질 비료 퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)의 두께를 30㎝ 이하로 할 경우(이때 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)은 30㎝~40㎝로 고정하였음) 발효는 원활하게 되나, 발효유지 기간이 단축되었고, 반대로 축산분뇨 등의 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)의 두께를 40㎝ 이상으로 할 경우 통기성이 저하되어, 발효기간은 연장되나, 발효열이 60~80℃ 정도로 낮게 되는 단점이 있었으므로 위의 예시와 같이 축산분뇨 등의 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)의 두께는 30㎝~40㎝가 가장 바람직하다는 것도 알게 되었다.

또한, 본 발명에서 상기 발효조(1) 내에 충진된 가축분뇨 등 유기성 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)과 버섯 베이지 혼합물층 (11a)(11b)(11c)(11d)을 섞바꾸어 8~10층을 적층하여 발효시킨다고 하더라도, 시간이 경과 함에 따라 발효가 활발하지 못하게 되어 발효시 발생하는 열이 낮아지므로 상기 발효조(1) 내에 수시로 수분 공급기(5)의 살수공(5a)으로 적량의 수분을 살포해 주고, 또한 상기 발효조(1)의 저부에 설치된 산소 공급기(13)로 산소를 수시로 공급하여 발효기간을 최대한 연장시키도록 한 것이다.

본 발명의 실시예를 설명하면, 상기 발효조(1) 내측에 50~90회 권회된 이중 코일 구조의 코일형 파이프(10)의 일단은 상기 온수통(21)과 연통된 온수배출관(30)에, 타단은 역시 상기 온수통(21)과 연통된 온수유입관(34)과 연결한다.

상기 온수통(21)내측에 코일형 파이프(26)를 내외 측에 이중으로 다수회 권회하여 상기 코일형 파이프(26)의 일측은 난방수공급관(25)에 타단은 직수공급관(31)에 연통되게 체결한다.

상기 발효조(1) 내부에 적층된 가축분뇨 등 유기질 비료퇴비층(12a)(12b)(12c)(12d)과 버섯 베이지 혼합물층(11a)(11b)(11c)(11d)에서 분해 발효되는 열은 70~90℃의 열이 상기 코일형 파이프(10)를 따라 순환하는 물이 가열되면서 온수배출관(30)을 통해 상기 온수통(21)에 저장된다.

상기 온수통(21)내에 배설된 코일형 파이프(26)내에 물은 직수공급관(31)을 통하여 충진되고 동시에 상기온수통(21)내에 충진된 고온의 물로 가열되어 난방수공급관(25)를 통하여 난방수 순환배관(도면에는 미도시)을 따라 이동하고, 상기 온수통(21)의 물이 온수 공급관(24)을 통하여 급탕공급배관(도면에는 미도시)을 따라 욕실이나 주방용 온수로 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 초기 또는 상기 온수통(21)의 열이 40℃ 이하로 될 경우에는 센서(33)가 이를 감지하여 상기 온수통(21) 내측 저부에 부착된 전기히터(28)가 자동적으로 상기 온수통(21) 내의 물을 가열할 수 있는 가열 보조장치를 더 갖추고 있다.

동절기 혹한에는 상기 발효조(1)내에서 발생하는 발열에너지 이용시 온수 및 난방에 70%정도 유효하게 이용될 수 있으므로 나머지 30%는 전기히터(28) 또는 보일러로 난방열을 보충하도록 구성된 것이다.

한편, 상기 발효조(1) 내에서 발생하는 뜨거운 가스는 연결관(6)에 의해 악취제거통(4)속에 채워진 물속으로 배출되면서 암모니아 가스 등이 물에 용해되어 악취를 제거할 수 있으며, 악취 제거통(4) 속에 채워진 물은 암모니아가스 등이 축적되어 있어 이를 농업용으로 활용할 수 있다.

상기 발효조(1) 내에 충진된 가축분뇨 등 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층은 봄가을에는 4~5개월, 여름에는 2~3개월, 겨울에는 5~6개월에 한 번씩 교체하게 되는데, 이때 하부 개.폐구(35)를 열고 가축분뇨 등 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층을 교체할 수 있다.

그리고 발효조(1)의 하단부에 마련된 액비저장고(14)에 축적되는 액비는 수시로 꺼내서 농업용 액체비료로 사용하게 된다.

1: 발효조 2: 뚜껑 3: 퇴비등투입구
3a: 뚜껑개폐구 4: 악취제거통 4a: 통기공
4b: 배출관 5: 수 분공급기
5a: 살수공 6: 연결관 7: 물
9: 단열제 10: 코일형 파이프
11a, 11b, 11c, 11d: 톱밥, 왕겨 또는 목분과 버섯베이지로 구성된 버섯베이지 혼합물층
11e: 당박
12a, 12b, 12c, 12d : 가축분뇨, 축산폐수, 잔반 등 유기질 비료퇴비층.
13: 산소공급기 13a: 산소공급관
13b: 구멍 14: 액비저장고
21: 온수통 22: 연결관
23: 오버플로우탱크 24: 온수공급관
25: 난방수공급관 26: 코일형 파이프
27: 회수되는 물 유입관 28: 전기히터 28a: 전기히터봉
29: 브라켓 30: 온수배출관
31: 직수공급관 32, 33: 센서
34: 온수유입관 35: 하부개폐구

Claims (2)

1. 발효조와 발효조 내에 장설 되는 파이프와 파이프로 연통 되는 온수통으로 구성되는 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치에 있어서,
   발효조 내에 가축분뇨, 축산폐수, 잔반등 유기질 비료퇴비층과, 버섯 베이지에 톱밥,왕겨, 목분과 같은 수분조절제를 혼합한 버섯 베이지 혼합물층을 섞바꾸어 차례로 적층 하되, 상기 유기질 비료퇴비층과 버섯 베이지 혼합물층 사이에 미생물과 소량의 당박을 얇게 살포한 당박층을 적층한 것과; 상기 발효조의 상부에 개폐가능한 뚜껑이 결합 되고 상기 뚜껑에는 상면 일즉에 역삼각형 형상의 퇴비투입구와 살수용 수분 공급기와 상기 발효조 하단부에 설치된 산소 공급기와 침출수를 저장하는 액체비료 저장고와, 온수통의 하부에 가열수단으로 전기히터를 장착하여 구성된 것을 특징으로 하는 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치.
2. 제1항에 있어서,
   발효조 내에 상기 버섯 베이지 혼합물층은 톱밥 , 왕겨나 목분 중 어느 한가지 35~45 중량％에 대하여 버섯 베이지 55~65 중량％의 수분조절제를 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기물 발효에 의한 발열에너지를 이용한 온수 및 난방장치.

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