KR101408175B1 - 융복합 축산시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 융복합 축산시스템에 관한 것으로, 이를 위해 지중에 형성된 가축필드(21)로 태양광이 입사될 수 있도록 지상에 설치되는 차광가능한 반구형의 채광막(20);과, 상기 채광막(20)의 둘레에 배치되어 내부로는 식물이 재배될 수 있도록 하고, 지붕(11)에는 입사되는 태양광에 의해 전력을 생산할 수 있도록 솔라셀모듈(12)이 설치되는 온실(10);과, 가축을 사육할 수 있도록 상기 온실(10)의 하부영역인 지중에 형성되고, 가축이 가축필드(21)를 이용하고 더불어 태양광이 입사될 수 있도록 상기 가축필드(21)와 연설되는 축사(30);와, 상기 축사(30)의 하부영역인 지중에 형성되고 상기 축사(30)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 액비화하고, 메탄발효시 생성된 바이오가스는 포집하는 분뇨처리부(60);와, 지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 승온된 공기가 일정한 온도로 축사에 공급될 수 있도록 유입구(42)는 지상에 노출되고 유출구(43)는 지중을 거쳐 축사(30)의 바닥면으로 노출되는 환기부(40);와, 지상의 빗물을 집수하여 축사(30) 내부의 청소수 및 관리수와, 온실(10) 내 식물에 수분공급에 사용할 수 있도록 상기 축사(30)의 둘레에 설치되는 우수집수조(90); 및 상기 가축필드(21)의 하부영역인 지중에 형성되어 분뇨처리부(60)에서 발생된 바이오가스로 전기와 열을 생산하는 열병합발전기(80);를 포함한다.

Description

융복합 축산시스템{A CONVERGED SYSTEM FOR LIVESTOCK PRODUCTION}
본 발명은 융복합 축산시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광이 내부로 입사될 수 있는 반구형의 채광막 둘레에는 식물을 재배할 수 있는 온실을 설치하고, 지중의 지하 1층에는 반구형의 채광막을 통해 태양광을 입사되는 가축필드와 가축을 사육할 수 있는 축사를 구축하며, 더불어 지중의 지하 2층에는 분뇨처리부와 열병합발전기를 설치하여 축사에서 발생된 가축분뇨를 수거 후 발효시켜 생성되는 바이오가스를 열병합(자가)발전기의 에너지원으로 사용할 수 있도록 구성된 융복합 축산시스템에 관한 것이다.
일반적으로 최근 가축분뇨와 같은 유기성폐기물을 혐기 소화시켜 메탄 등이 함유된 바이오가스를 생산하고 이를 열병합 발전 등에 이용하는 기술이 개발되고 있다.
이와 같이, 유기성폐기물로부터 바이오가스를 생산, 이용하는 방법은 바이오가스를 에너지원으로 사용할 수 있다는 점 이외에 혐기소화여액을 농경지로 환원하여 액비(액체비료)로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 온실가스 저감 등 환경오염 부하를 감소시킬 수 있다는 점에서 각광을 받고 있다.
특히, 혐기처리방식은 가스 포집으로 악취를 제거해야 하나 완벽한 악취제거를 하지 못하는 문제점이 있었다. 하지만 메탄가스를 생산할 수 있어, 이를 에너지화(온수/전기)하여 축사에 설치할 경우, 외부 에너지를 사용할 필요가 없는 에너지중립화를 이룰 수 있다.
하지만 이러한 혐기처리방식은 축사에서 나오는 가축분뇨를 별도로 수거하기 위한 시설이 필요하여 시설비가 많이 들고, 또한 지상에 설치하기 때문에, 특히 우리나라의 경우 토지확보에 어려움이 있으며, 겨울철 저온과 바람에 의한 대류에 따른 열손실로 보조열의 공급이 클 수 있으므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 가축분뇨 중 가장 처리에 애로사항이 많은 것이 바로 가축분뇨이다. 이유는 바로 악취로 인한 민원문제이다. 현재 1차적으로 시급한 사항이 바로 악취의 제거라고 말한다. 국가적으로 시행하고자 하는 액비화를 위한 공동자원화시설 또한 악취로 인한 민원문제가 가장 큰 걸림돌이 되는 것으로 알고 있다. 악취 저감을 위해 많은 미생물 제제(製劑)가 시판되고 있으나 지속적인 소요비용으로 인하여 농가에서는 꺼리고 있는 실정이다.
근래에 가축분뇨의 악취를 제거할 수 있는 "바실러스 균주를 이용한 자가 발열 호기 공법에 의한 가축분뇨 액비화 방법: 등록번호10-1164987"이 등록된 바 있다.
하지만 이러한 종래의 기술은 가축분뇨를 액비화할 때 발생되는 바이오가스를 처리하지 않아 최근 각광받고 있는 바이오가스를 회수하지 못하는 문제점이 있었다.
또한 종래의 기술은 지상에 설치되기 때문에 악취를 저감한다 하더라도, 토지 사용이 과다하게 발생되는 문제점이 발생된다.
또한 종래의 기술은 축사의 가축분뇨를 바로 처리 않고, 수거하여 이송·처리하므로, 가축분뇨를 처리비용이 과다한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 지상과 지중에 동심원 구조로 다층 설치되어 토지 사용량을 획기적으로 줄이고, 또한 태양광과 지중열을 이용하여 지중의 축사와 가축필드의 온도를 일정하게 유지시키는 한편, 축사에서 발생된 가축분뇨는 분뇨처리부를 통해 발효시켜 퇴비단의 발효에 사용하거나 온실 내 식물의 양분으로 사용할 수 있도록 하고, 더불어 축사 내 악취는 필터링 처리하거나 지중의 토양으로 자연 정화처리할 수 있도록 구성되는 융복합 축산시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2목적은, 태양광이 내부로 입사될 수 있는 반구형의 채광막 둘레에는 식물을 재배할 수 있는 온실을 설치하고, 지중의 지하 1층에는 반구형의 채광막을 통해 태양광을 입사되는 가축필드와 가축을 사육할 수 있는 축사를 구축하여 가축을 생육될 수 있도록 하며, 더불어 지중의 지하 2층에는 분뇨처리부와 열병합발전기를 설치하여 축사에서 발생된 가축분뇨를 수거 후 발효시켜 생성되는 바이오가스를 열병합(자가)발전기의 에너지원으로 사용할 수 있도록 구성된 융복합 축산시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1발명은, 융복합 축산시스템에 관한 것으로, 이를 위해 지중에 형성된 가축필드(21)로 태양광이 입사될 수 있도록 지상에 설치되는 차광가능한 반구형의 채광막(20);과, 상기 채광막(20)의 둘레에 배치되어 내부로는 식물이 재배될 수 있도록 하고, 지붕(11)에는 입사되는 태양광에 의해 전력을 생산할 수 있도록 솔라셀모듈(12)이 설치되는 온실(10);과, 가축을 사육할 수 있도록 상기 온실(10)의 하부영역인 지중에 형성되고, 가축이 가축필드(21)를 이용하고 더불어 태양광이 입사될 수 있도록 상기 가축필드(21)와 연설(連設)되는 축사(30);와, 상기 축사(30)의 하부영역인 지중에 형성되고 상기 축사(30)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 액비화하고, 메탄발효시 생성된 바이오가스는 포집하는 분뇨처리부(60);와, 지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 승온된 공기가 일정한 온도로 축사에 공급될 수 있도록 유입구(42)는 지상에 노출되고 유출구(43)는 지중을 거쳐 축사(30)의 바닥면으로 노출되는 환기부(40);와, 지상의 빗물을 집수하여 축사(30) 내부의 청소수 및 관리수와, 온실(10) 내 식물에 수분공급에 사용할 수 있도록 상기 축사(30)의 둘레에 설치되는 우수집수조(90); 및 상기 가축필드(21)의 하부영역인 지중에 형성되어 분뇨처리부(60)에서 발생된 바이오가스로 전기와 열을 생산하는 열병합발전기(80);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 우수(雨水)집수조(90)는 온실(10)의 지붕(11) 처마 및 채광막(20)의 둘레에 설치되는 수로관(91)에 연결되어 빗물이 저장되는 것이 바람직하다.
제 3발명은, 제 1발명에서, 상기 온실(10)은 채광막(20)의 둘레에 동심원 상의 도너츠 형태로 배치되고, 상기 지붕(11)은 투명소재의 비닐막으로 구성되되 삼각 형태로 이루어져 온실(10)의 상부 내측과 외측에 각각 동심원 형태로 2개가 형성되며, 상기 각 지붕(11)의 양쪽 경사면(111)에는 상기 솔라셀모듈(12)이 지그재그 형태로 반분되어 배치되어 태양의 위치에 상관없이 태양광이 솔라셀모듈(12)에 항시적으로 입사될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
제 4발명은, 제 1발명에서, 상기 분뇨처리부(60)는 축사(30)에서 발생된 가축분뇨를 공급받아 협잡물을 제거하는 협잡물제거조(61)와, 상기 협잡물제거조(61)에 저장된 가축분뇨를 공급받아 교반하여 가수분해시키는 산생성조(62)와, 상기 산생성조(62)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화여액화하는 메탄생성조(63)와, 상기 메탄생성조(63)의 혐기소화액여액을 공급받아 침전시켜 상등액은 축사(30)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전혐기소화여액은 퇴비단의 발효에 사용되거나 온실(10) 내 식물의 양분으로 사용되는 여액조(64)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 5발명은, 제 4발명에서, 상기 협잡물제거조(61)와, 산생성조(62)와, 메탄생성조(63)와, 여액조(64)는 각각 독립적으로 밀폐된 구조이며, 산생성조(62)와 메탄생성조(63)와 여액조의 내부 천정에는 단일 포집관(70)이 연설되어 바이오가스를 포집할 수 있도록 구성되고, 포집된 바이오가스는 열병합발전기(80)와 연결되는 가스저장탱크(81)에 저장되는 것이 바람직하다.
제 6발명은, 제 1발명에서, 상기 축사(30)의 천정에는 축사(30) 내의 악취를 포집할 수 있는 덕트(31)가 더 형성되고, 상기 덕트(31)는 우수집수조(90)의 외각에 매설되는 필터정화부(50)와 연결되어 악취를 제거할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
제 7발명은, 제 6발명에서, 상기 필터정화부(50)는 덕트(31)와 연결되는 챔버(51)와, 상기 챔버(51)로 유입된 악취가 후방으로 확산될 수 있도록 다수의 통공(531)이 형성된 확산판(53)과, 상기 확산판(53)의 후방에 일정간격을 두고 형성되는 다수의 바이오필터(52)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 8발명은, 제 7발명에서, 상기 필터정화부(50)는 배기팬(54)이 더 결합되어 풍압에 의해 정화된 악취를 지면의 토양으로 강제배출하여 토양에 의해 정화된 악취를 재차 정화한 후 배출될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 융복합 축산시스템에 따르면, 지상과 지중에 동심원 구조로 다층 설치되어 토지확보의 어려움이 없고, 지상의 공간을 온실과 같은 쾌적한 시설물로 활용할 수 있어 새로운 부가가치의 창출이 가능한 이점이 있다.
또한 가축분뇨를 혐기발효시켜 생성되는 바이오가스를 에너지원으로 하여 열병합발전기를 가동하여 온수 및 전력을 생산하고, 더불어 솔라셀모듈을 통해 전력을 생산할 수 있어 에너지중립화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한 가축분뇨를 혐기발효시켜 발생된 혐기소화여액은 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 온실 내 식물의 양분으로 사용할 수 있어 별도의 부가적인 생산효과를 기대할 수 있다.
또한 지중열을 이용하여 축사의 온도를 계절에 상관없이 일정 온도로 하고, 더불어 외부공기를 지열에 의해 일정 온습도의 상태로 축사 내부로 유입시켜 쾌적한 온습도를 갖게 할 수 있어 별도의 냉난방시설과, 환기시설이 필요치 않은 효과가 있다.
또한 축사 내 악취는 완벽히 정화시켜 무취 축산시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 지상의 빗물을 집수하여 축사 내부의 청소수 및 관리수와, 온실 내 식물에 수분공급에 사용할 수 있어 별도의 상수도시설 사용을 억제하여 시설 운영비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 가축필드와 축사로 태양광의 입사될 수 있도록 하여 자연 채광(採光)이 가능하기 때문에 낮시간 동안은 별도의 조명이 필요치 않으며, 또한 가축이 자연상태의 가축필드에 뛰어 놀 수 있도록 하여 생육 생장을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 단면구성도,
도 2는 도 1의 온실 및 지붕과, 채광막을 나타내는 평면도,
도 3은 도 1의 우수집수조와, 온실과, 가축필드를 나타내는 평면도,
도 4는 도 1의 분뇨처리부와, 열병합발전소를 나타내는 평면도,
도 5는 도 1의 환기부를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 채광상태를 나타내는 작동도,
도 7은 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 빗물저장 및 악취제거를 나타내는 작동도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 분뇨처리를 나타내는 작동도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 융복합 축산시스템에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 단면구성도이고, 도 2는 도 1의 온실 및 지붕과, 채광막을 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 1의 우수집수조와, 온실과, 가축필드를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 1의 분뇨처리부와, 열병합발전소를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 1의 환기부를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 태양광이 내부로 입사될 수 있는 반구형의 채광막 둘레에는 식물을 재배할 수 있는 온실을 설치하고, 지중의 지하 1층에는 반구형의 채광막을 통해 태양광을 입사되는 가축필드와 가축을 사육할 수 있는 축사를 구축하며, 더불어 지중의 지하 2층에는 분뇨처리부와 열병합발전기를 설치하여 축사에서 발생된 가축분뇨를 수거 후 발효시켜 생성되는 바이오가스를 열병합(자가)발전기의 에너지원으로 사용할 수 있도록 구성된 융복합 축산시스템(100)에 관한 것이다.
이러한 융복합 축산시스템(100)은 지상과 지중에 동심원 구조로 다층 설치되어 토지 사용량을 획기적으로 줄이고, 또한 태양광과 지중열을 이용하여 지중의 축사와 가축필드의 온도를 일정하게 유지시키는 한편, 축사에서 발생된 가축분뇨는 분뇨처리부를 통해 발효시켜 퇴비단의 발효에 사용하거나 온실 내 식물의 양분으로 사용할 수 있도록 하고, 더불어 축사 내 악취는 필터링 처리하거나 지중의 토양으로 자연 정화처리할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 융복합 축산시스템(100)은 크게 7개 부분으로 구성되는데, 이는 채광막(20)과, 온실(10)과, 가축필드(21)와, 축사(30)와, 악취필터부(50)와, 분뇨처리부(60)와, 열병합발전기(80)로 구성된다.
상기 채광막(20)은 지중에 형성된 가축필드(21)로 태양광이 입사될 수 있도록 차광가능한 반구형(돔)의 비닐로 구성된다.
이러한 채광막(20)은 가축필드(21) 내 악취는 외부로 유출되는 것을 방지하면서, 태양광으로 하여금 가축필드(21)와 축사(30)의 온도를 승온시키고, 더불어 입사되는 태양광을 통해 인공적인 조명의 사용을 최소화할 수 있도록 구성된다. 또한 상기 채광막(20)는 상단에 선택적으로 비닐을 권취할 수 있는 권취수단(미도시)을 탑재하여 채광막(20)의 비닐이 오픈 되게 구성될 수 있음은 물론이다.
아울러 상기 온실(10)은 채광막(20)의 둘레에 배치되어 내부로는 식물이 재배되고, 지붕(11)에는 입사되는 태양광에 의해 전력을 생산할 수 있도록 솔라셀모듈(12)이 설치되는 구조이다.
상기 온실(10)은 채광막(20)의 둘레에 동심원 상의 도너츠 형태로 배치되고, 지붕(11)은 투명소재의 비닐막으로 구성되어 온실(10)의 내부로 태양광이 입사될 수 있도록 구성된다.
이 때 상기 지붕(11)은 상기 온실(10)의 상부 내측과 외측에 각각 동심원 형태로 2개가 형성된다. 이러한 구조의 각 지붕(11)의 양쪽 경사면(111)에는 상기 솔라셀모듈(12)이 지그재그 형태로 반분되어 배치되어 태양의 위치에 상관없이 태양광이 솔라셀모듈(12)에 항시적으로 입사될 수 있도록 하여 전력 생산효율을 증대시킬 수 있도록 구성된다.
아울러 가축필드(21)는 지중에 설치되되, 천정으로는 채광막이 노출될 수 있도록 하여 태양광이 입사될 수 있도록 구성된다.
그리고 상기 축사(30)는 가축필드(21)의 둘레에 동심원 상의 도너츠 형태로 배치되어 가축필드(21)와 연결 설치되는 구조이다.
이러한 가축필드(21)와 축사(30)는 태양광의 일부가 축사(30)의 내부로 입사될 수 있도록 하여 자연 채광(採光)이 가능하도록 구성된다. 때문에 낮시간 동안은 별도의 조명이 필요치 않으며, 또한 가축이 자연상태의 가축필드에 뛰어 놀 수 있도록 가축의 본성을 촉진함으로써 건강한 생육 생장을 도모할 수 있도록 구성된다.
또한 상기 축사(30)는 지중에 설치되기 때문에 지열에 의해 겨울철의 온도 저하와, 여름철 온도 상승을 방지할 수 있다.
또한 상기 축사(30)는 가축에서 배출되는 가축분뇨를 별도로 집수할 수 있도록 다공판(311)이 결합되는 구조이다. 여기서 상기 다공판(311)은 가축에서 배출되는 가축분뇨를 다공판(311)의 하부로 집수할 수 있도록 한 것으로, 상기 다공판(311)의 하부 즉, 축사(30)의 바닥면은 일방향으로 경사지게 형성하여 자중에 의해 가축분뇨를 분뇨처리부(60)로 유도 배출할 수 있도록 구성된다.
아울러 상기 환기부(40)는 지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 승온된 공기가 일정한 온도로 축사(30)에 공급될 수 있도록 유입구(42)는 지상에 노출되고 유출구(43)는 지중을 거쳐 축사(30)의 바닥면으로 노출되는 구조이다.
또한 상기 축사(30)의 천정에는 축사(30) 내의 악취를 포집할 수 있는 덕트(31)가 더 형성되고, 상기 덕트(31)는 우수집수조(90)의 외각에 매설되는 필터정화부(50)를 통해 정화되어 지면의 토양으로 배출될 수 있도록 구성된다.
이 때 필터정화부(50)에는 배기를 위한 배기팬(54)이 구비되는데, 이러한 배기팬(54)을 통해 축사(30)의 내 악취를 풍압에 의해 필터정화부(50)로 송풍되도록 하고, 이는 결과적으로 환기부(40)를 통해 외부 공기가 유입될 수 있도록 구성된다.
여기서 상기 환기부(40)는 지하 수십m를 경유하여 축사(30)에 연결되는 것으로 유입되는 외부공기가 지열에 의해 일정 온도로 유지될 수 있도록 구성되며, 지하의 토사가 내부로 노출되어 열교환될 수 있도록 사각 프레임(41)을 골격으로 하여 메쉬망(M)을 연결한 구조이다. 이 때 다른 일례로 상기 환기부(40)를 관체로 구성하고 상기 관체에 외주면에 다수의 통공을 형성한 구조도 가능하다.
아울러 필터정화부(50)는 축사(30) 내의 덕트(31)와 연결되는 챔버(51)와, 상기 챔버로 유입된 악취가 후방으로 확산될 수 있도록 다수의 통공(531)이 형성된 확산판(53)과, 상기 확산판의 후방에 일정간격을 두고 형성되는 다수의 바이오필터(52)로 구성된다.
여기서 상기 바이오필터(52)는 미생물의 서식 및 원하는 양의 수분을 함유할 수 있도록 일정한 공극률를 갖는 기공으로 되어 있는 다공성 스폰지형태를 갖는 것으로 미생물들이 무기 악취를 제거할 수 있도록 구성된다.
이러한 상기 바이오필터(52)에 사용되는 미생물의 구체적 양태로는 산성 미생물로 황화계 악취물질을 정화할 수 있는 티오바실러스(Thiobacillus) 속(屬)을 사용할 수 있으며 염기성 미생물로는 질소계 악취물질을 정화할 수 있는 나이트로박터(Nitrobacter) 속 또는 나이트로소모나스(Nitrosomonas) 속을 각각 또는 함께 사용할 수 있고; 중성 미생물로는 유기계 악취물질을 정화할 수 있는 슈도모나스(Pseudomonas) 속 또는 황화계 악취물질을 정화할 수 있는 바실러스 속을 각각 또는 함께 사용할 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니하고 낙하되는 물에 악취를 통과시켜 악취를 제거하는 워터스크린으로도 구성할 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 확산판(53)은 악취를 확산시켜 바이오필터(52)의 병목현상을 방지하여 악취의 필터링을 보다 빠르게 하고 악취의 제거를 보다 효율적으로 제거할 수 있도록 한다.
이 때 상기 확산판(53)에 형성된 통공(531)의 크기와 개수는 일정한 한정이 없으나, 다만 악취의 압력 강하가 발생되어 악취가 바이오필터(52)를 통해 배출되지 않는 것을 방지하지 않는 크기와 개수가 선행되어야 한다.
한편 상기 필터정화부(50)는 배기팬(54)의 풍압에 의해 정화된 악취를 지면의 토양으로 강제배출하여 토양에 의해 정화된 악취를 재차 정화한 후 배출될 수 있도록 구성되어 악취성분이 없는 무취의 효과를 이룰 수 있게 된다.
아울러 상기 축사(30)의 둘레에 설치되어 지상의 빗물을 집수하여 축사(30) 내부의 청소수 및 관리수와, 온실(10) 내 식물에 수분공급에 사용할 수 있도록 하는 것이 우수집수조(90)이다.
이러한 우수집수조(90)는 온실(10)의 지붕(11) 처마 및 채광막(20)의 둘레에 설치되는 수로관(91)에 연결되어 빗물을 저장할 수 있도록 구성된다.
상기 우수집수조(90)는 별도의 상수도시설 사용을 억제하여 시설 운영비를 절감할 수 있다.
한편 상기 분뇨처리부(60)는 상기 축사(30)의 하부영역인 지중에 형성되고 상기 축사(30)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화 여액하고, 이를 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 액비화한다. 또한 메탄발효시 생성된 바이오가스는 별도로 포집할 수 있도록 구성된다.
이러한 분뇨처리부(60)는 축사(30)에서 발생된 가축분뇨를 공급받아 협잡물을 제거하는 협잡물제거조(61)와, 상기 협잡물제거조(61)에 저장된 가축분뇨를 공급받아 교반하여 가수분해시키는 산생성조(62)와, 상기 산생성조(62)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 공급받아 교반하여 메탄발효시켜 혐기소화여액화하는 메탄생성조(63)와, 상기 메탄생성조(63)의 혐기소화액여액을 공급받아 침전시켜 상등액은 축사(30)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전혐기소화여액은 식물의 액비/퇴비로 공급되는 여액조(64)로 구성된다.
상기 협잡물제거조(61)는 축사(30)에서 발생된 가축분뇨를 자중에 의해 공급받아 일시저장하여 밀폐된 공간에서 미생물에 의해 슬러리 상태로 혐기 분해시켜 협잡물을 제거하는 기능을 한다.
그리고 상기 산생성조(62)는 상기 협잡물제거조(61)에서 협잡물이 제거된 가축분뇨를 펌프를 통해 공급받아 가수분해시켜 산발효시키는 기능을 한다.
아울러 상기 메탄생성조(63)는 산생성조(62)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 펌프로 공급받아 수중 교반하여 혐기소화시켜 혐기여액화하는 기능을 한다.
그리고 상기 여액조(64)는 상기 메탄생성조(63)의 혐기소화액여액을 펌프로 공급받은 다음 침전시켜 상등액은 축사(30)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전혐기소화여액은 외부로 배출하여 액비/퇴비생산에 활용하거나 식물의 양분으로 사용된다.
여기서 산생성조(62) 및 메탄생성조(63)와 여액조의 천정에는 바이오가스를 포집할 수 있도록 단일 포집관(70)이 연설되어 바이오가스를 포집할 수 있도록 구성된다.
이 때 산생성조(62) 및 메탄생성조(63)는 지중에 매설되는 구조이기 때문에 별도의 에너지원 없이 온도변화를 최소화하여 보온의 효과를 극대화할 수 있으며, 이외에 온도를 승온시켜 혐기성 미생물에 의한 혐기소화가 촉진될 수 있도록 온수파이프(H/P) 또는 히팅코일을 더 설치하여 구성될 수 있음은 물론이다.
아울러 분뇨처리부(60)에서 포집된 바이오가스는 열병합발전기(80)와 연결되는 가스저장탱크(81)에 저장되며, 상기 가스저장탱크(81)에 저장된 바이오가스를 열병합발전기(80)의 에너지원으로 사용하여 본 발명의 축사시스템이 외부 에너지를 사용할 필요가 없는 에너지중립화를 이룰 수 있는 구조를 마련할 수 있다.
한편 전술된 열병합발전기(80)는 분뇨처리부(60)의 동일수평 선상에 설치되며, 다만 상기 가축필드(21)의 하부영역인 지중에 형성되어 본 발명의 융복합 축산시스템의 용적율을 크게 높일 수 있는 구조이다.
이하에서는 본 발명의 융복합 축산시스템의 채광 및 태양발전에 대해 간단히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 채광상태를 나타내는 작동도이다.
먼저 상기 솔라셀모듈(12)은 온실(10)의 각 지붕(11) 경사면(111)에 지그재그 형태로 반분되어 배치되기 때문에 태양의 위치에 상관없이 태양광이 솔라셀모듈(12)에 항시적으로 입사될 수 있도록 하여 전력 생산효율을 증대시킬 수 있도록 구성된다.(도 2참조)
또한 상기 온실(10) 역시 솔라셀모듈(12)이 설치되지 않은 투명한 비닐막을 통해 태양광을 입사시켜 내부에 식물을 용이하게 재배할 수 있도록 구성된다.
아울러 가축필드(21)의 천정으로는 "돔" 형상의 채광막(20)이 노출되는 구조로 낮시간 동안 태양광이 입사될 수 있도록 하여 자연 채광(採光)이 가능하도록 구성된다. 따라서 낮시간 동안은 별도의 조명이 필요치 않은 장점이 있다.
또한 축사(30)는 가축필드(21)와 연설되기 때문에 낮시간 동안 자연 채광이 가능하고, 더불어 가축이 자연상태의 가축필드(21)에 뛰어 놀 수 있도록 하여 생육을 도모할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 융복합 축산시스템의 공기순환과 악취제거 및 빗물 집수에 대해 간단히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 빗물저장 및 악취제거를 나타내는 작동도이다.
도 7과 같이, 지상의 외부공기는 환기부(40)를 통해 지중 내부로 유도되여 지열에 의해 승온된 상태로 축사(30)에 공급된다. 때문에 상기 축사(30) 내는 쾌적한 환경을 유지하게 된다.
이 때 축사(30) 내의 악취는 천정에 설치된 덕트(31)를 통해 포집되며, 포집된 악취는 필터정화부(50)를 통해 정화된다.
그리고 연속적으로 필터정화부(50)에 설치되는 배기팬(54)의 풍압에 의해 정화된 악취를 지면의 토양으로 강제배출하여 토양에 의해 정화된 악취를 재차 정화되어 결과적으로 지상으로 배출되는 공기는 악취성분이 없는 무취의 효과를 이룰 수 있게 된다.
아울러 우천시 빗물은 온실(10)의 지붕(11) 처마 및 채광막(20)의 둘레에 설치되는 수로관(91)을 통해 우수집수조(90)로 저장된다.
우수집수조(90)로 저장된 빗물은 축사(30) 내부의 청소수 및 관리수와, 온실(10) 내 식물에 수분공급에 사용되며, 별도의 상수도시설 사용을 억제하여 시설 운영비를 절감할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 융복합 축산시스템의 분뇨처리에 관해 간단히 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 융복합 축산시스템의 분뇨처리를 나타내는 작동도이다.
도 8 및 도 9와 같이, 축사(30)의 가축분뇨는 다공판(311)을 통해 바닥면으로 낙하되고, 낙하된 가축분뇨는 일방향으로 경사진 바닥면에 의해 분뇨처리부(60)의 협잡물제거조(61)로 유입된다.
그리고 가축분뇨는 산생성조(62)와, 메탄생성조(63)와 여액조(64)를 거치면서 혐기소화여액화되어 액비 또는 퇴비단의 발효에 사용되거나 온실(10) 내 식물의 양분으로 사용된다. 그리고 여액조(64)의 상등액은 펌핑되어 축사의 세척수로 재활용된다.
여기서 분뇨처리부(60)는 지중에 매설되기 때문에 온도변화가 거의 없고 지열에 의해 보온의 상태가 유지됨으로 작은 에너지로 가축분뇨의 메탄발효와 함께 가수분해를 촉진시킬 수 있다.
아울러 분뇨처리부에서 발생되는 바이오가스는 포집관(70)을 통해 포집되고, 포집된 바이오가스는 가스저장탱크(81)에 저장되고, 저장된 바이오가스는 열병합발전기(80)의 에너지원으로 사용되어 결과적으로 본 발명의 융복합 축산시스템이 외부 에너지를 사용할 필요가 없는 에너지중립화를 이룰 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
10: 온실 11: 지붕 111: 경사면
12: 솔라셀모듈
20: 채광막 21: 가축필드
30: 축사 31: 덕트 311: 다공판
40: 환기부 41: 프레임 42: 유입구
43: 유출구
50: 필터정화부 51: 챔버 52: 바이오필터
53: 확산판 531: 통공
54: 배기팬
60: 분뇨처리부 61: 협잡물제거조 62: 산생성조
63: 메탄생성조 64: 여액조
70: 포집관
80: 열병합발전기 81: 가스저장탱크
90: 우수집수조 91: 수로관
H/P: 온수파이프 M: 메쉬망
100: 융복합 축산시스템

Claims (8)

  1. 지중에 형성된 가축필드(21)로 태양광이 입사될 수 있도록 지상에 설치되는 차광가능한 반구형의 채광막(20);
    상기 채광막(20)의 둘레에 배치되어 내부로는 식물이 재배될 수 있도록 하고, 지붕(11)에는 입사되는 태양광에 의해 전력을 생산할 수 있도록 솔라셀모듈(12)이 설치되는 온실(10);
    가축을 사육할 수 있도록 상기 온실(10)의 하부영역인 지중에 형성되고, 가축이 가축필드(21)를 이용하고 더불어 태양광이 입사될 수 있도록 상기 가축필드(21)와 연설되는 축사(30);
    상기 축사(30)의 하부영역인 지중에 형성되고 상기 축사(30)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 액비화하고, 메탄발효시 생성된 바이오가스는 포집하는 분뇨처리부(60);
    지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 승온된 공기가 일정한 온도로 축사에 공급될 수 있도록 유입구(42)는 지상에 노출되고 유출구(43)는 지중을 거쳐 축사(30)의 바닥면으로 노출되는 환기부(40);
    지상의 빗물을 집수하여 축사(30) 내부의 청소수 및 관리수와, 온실(10) 내 식물에 수분공급에 사용할 수 있도록 상기 축사(30)의 둘레에 설치되는 우수집수조(90); 및
    상기 가축필드(21)의 하부영역인 지중에 형성되어 분뇨처리부(60)에서 발생된 바이오가스로 전기와 열을 생산하는 열병합발전기(80);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 우수집수조(90)는 온실(10)의 지붕(11) 처마 및 채광막(20)의 둘레에 설치되는 수로관(91)에 연결되어 빗물이 저장되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온실(10)은 채광막(20)의 둘레에 동심원 상의 도너츠 형태로 배치되고, 상기 지붕(11)은 투명소재의 비닐막으로 구성되되 삼각 형태로 이루어져 온실(10)의 상부 내측과 외측에 각각 동심원 형태로 2개가 형성되며, 상기 각 지붕(11)의 양쪽 경사면(111)에는 상기 솔라셀모듈(12)이 지그재그 형태로 반분되어 배치되어 태양의 위치에 상관없이 태양광이 솔라셀모듈(12)에 항시적으로 입사될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분뇨처리부(60)는 축사(30)에서 발생된 가축분뇨를 공급받아 협잡물을 제거하는 협잡물제거조(61)와, 상기 협잡물제거조(61)에 저장된 가축분뇨를 공급받아 교반하여 가수분해시키는 산생성조(62)와, 상기 산생성조(62)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화여액화하는 메탄생성조(63)와, 상기 메탄생성조(63)의 혐기소화액여액을 공급받아 침전시켜 상등액은 축사(30)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전혐기소화여액은 퇴비단의 발효에 사용되거나 온실(10) 내 식물의 양분으로 사용되는 여액조(64)로 구성되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 협잡물제거조(61)와, 산생성조(62)와, 메탄생성조(63)와, 여액조(64)는 각각 독립적으로 밀폐된 구조이며, 산생성조(62)와 메탄생성조(63)와 여액조의 내부 천정에는 단일 포집관(70)이 연설되어 바이오가스를 포집할 수 있도록 구성되고, 포집된 바이오가스는 열병합발전기(80)와 연결되는 가스저장탱크(81)에 저장되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 축사(30)의 천정에는 축사(30) 내의 악취를 포집할 수 있는 덕트(31)가 더 형성되고, 상기 덕트(31)는 우수집수조(90)의 외각에 매설되는 필터정화부(50)와 연결되어 악취를 제거할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 필터정화부(50)는 덕트(31)와 연결되는 챔버(51)와, 상기 챔버(51)로 유입된 악취가 후방으로 확산될 수 있도록 다수의 통공(531)이 형성된 확산판(53)과, 상기 확산판(53)의 후방에 일정간격을 두고 형성되는 다수의 바이오필터(52)로 구성되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 필터정화부(50)는 배기팬(54)이 더 결합되어 풍압에 의해 정화된 악취를 지면의 토양으로 강제배출하여 토양에 의해 정화된 악취를 재차 정화한 후 배출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 융복합 축산시스템.
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