KR101417832B1 - 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것으로, 특히 반구형의 상반부 케이싱과 하반부 케이싱이 서로 결합되어 구형을 이루고 있어서 지상에 노출되게 설치시 태양열 흡수 효율이 뛰어나기 때문에 급격한 온도변화 없이 적정온도를 유지하는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상반부 케이싱에는 흡광 집열층이 구비되어 있고, 하반부 케이싱에는 보온층이 구비되어 있어서, 온도가 낮은 겨울철에도 메탄가스 발생 온도를 적절하게 유지할 수 있는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전체적인 형상이 단순한 구형이어서 그 크기를 줄일 수 있음은 물론 제작도 용이하고, 사용상의 편리함으로 인하여 가축 사육장이나 농가와 같은 소규모의 영세 사용자에게도 널리 보급할 수 있는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.

Description

구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치{Spherical tank for generating methane gas and apparatus for generating methane gas having the same}

본 발명은 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반구형의 상반부 케이싱과 하반부 케이싱이 서로 결합되어 구형을 이루고 있어서 지상에 노출되게 설치시 태양열 흡수 효율이 뛰어나기 때문에 급격한 온도변화 없이 적정온도를 유지하는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상반부 케이싱에는 흡광 집열층이 구비되어 있고, 하반부 케이싱에는 보온층이 구비되어 있어서, 온도가 낮은 겨울철에도 메탄가스 발생 온도를 적절하게 유지할 수 있는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 전체적인 형상이 단순한 구형이어서 그 크기를 줄일 수 있음은 물론 제작도 용이하고, 사용상의 편리함으로 인하여 가축 사육장이나 농가와 같은 소규모의 영세 사용자에게도 널리 보급할 수 있는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 메탄가스(methane gas)는 각종 균이나 미생물에 의해 유기 물질이 혐기성 소화되는 과정에 생성되는 것으로, 가연성 기체이기 때문에 최근에는 청정 재생 에너지원으로 사용되고 있다.

한편, 가축분뇨 및 농업 부산물 등을 비롯한 유기 물질을 이용하여 메탄가스를 생성시 필요한 최적의 온도는 약 15℃ 내지 60℃로서 그 온도 이내의 범위에서는 온도가 높을수록 메탄가스 생산량도 높아지지만, 15℃미만이거나 60℃초과인 경우에는 메탄균 등이 정상적으로 생장할 수 없어서 메탄가스가 생산되지 않는다.

그러나, 한국등록특허 제922536호 및 한국등록특허 제945786호 등과 같은 종래의 메탄가스 발생조는 대부분 지하에 웅덩이를 파고 그 밑면과 벽면에 콘크리트를 친 후 양생 및 방수처리를 한 것이다. 따라서, 지하에 메탄가스 발생조를 건조하려면 시공기간이 길고 사용수명 및 품질보증이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 계절의 변화나 낮과 밤의 일교차 등에 따라 주변 온도가 반복적으로 변화하면 콘크리트 메탄가스 발생조 역시 얼었다 녹는 과정을 반복한다. 따라서, 콘크리트 메탄가스 발생조의 팽창과 수축이 반복되어 누수나 누기 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

특히, 지하에 매설된 콘크리트 메탄가스 발생조는 보온 효과가 나쁘고 태양열 에너지를 축적하여 이를 재활용하지 못하므로, 겨울철에 온도가 급격히 떨어지면 메탄균 등이 정상적으로 생장하지 않기 때문에 메탄가스의 생성이 이루어지지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 반구형의 상반부 케이싱과 하반부 케이싱이 서로 결합되어 구형을 이루고 있어서 지상에 노출되게 설치시 태양열 흡수 효율이 뛰어나기 때문에 급격한 온도변화 없이 적정온도를 유지하는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상반부 케이싱에는 흡광 집열층이 구비되어 있고, 하반부 케이싱에는 보온층이 구비되어 있어서, 온도가 낮은 겨울철에도 메탄가스 발생 온도를 적절하게 유지할 수 있는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 전체적인 형상이 단순한 구형이어서 그 크기를 줄일 수 있음은 물론 제작도 용이하고, 사용상의 편리함으로 인하여 가축 사육장이나 농가와 같은 소규모의 영세 사용자에게도 널리 보급할 수 있는 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치를 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 구형 메탄가스 발생탱크는 속이 빈 반구 형상으로 이루어져 있으며, 지상에 설치되어 태양열에 노출되는 상반부 케이싱과; 속이 빈 반구 형상으로 이루어져 있으며, 상기 상반부 케이싱과 결합하여 밀페된 구 형상을 이루는 하반부 케이싱과; 상기 상반부 케이싱 또는 하반부 케이싱에 연결되어 있으며, 유기성 폐기물을 투입하는 물료 투입구와; 상기 하반부 케이싱 또는 상반부 케이싱에 연결되어 있으며, 상기 유기성 폐기물이 혐기성 소화된 후 남은 잔여물을 배출하는 잔여물 출구; 및 상기 상반부 케이싱 또는 하반부 케이싱에 연결되어 있으며, 상기 유기성 폐기물이 혐기성 소화가 이루어지면서 발생한 메탄가스를 외부로 송출하는 가스 송출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 상반부 케이싱은 상반부 몸체 및 상기 상반부 몸체의 표면에 도포되어 태양열을 흡수하는 흡광 집열층을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하반부 케이싱은 내측 하반부 몸체와, 상기 내측 하반부 몸체의 표면에 도포되어 보온체의 역할을 하는 보온층 및 상기 보온층의 표면에 도포된 외측 하반부 몸체를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상반부 몸체와, 내측 하반부 몸체 및 외측 하반부 몸체는 각각 혼합재층과 섬유포(fabrics)를 서로 번갈아가면서 적층시킨 복수의 층 구조로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합재층은 몸체 형성 혼합재를 도포한 후 고화시켜 형성된 것으로, 상기 몸체 형성 혼합재는 물에 염화마그네슘을 용해시킨 용액에 요소수지와 산화마그네슘을 혼합한 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 메탄가스 발생장치는 이상과 같은 구성으로 이루어진 구형 메탄가스 발생탱크; 및 상기 지상 설치용 구형 메탄가스 발생탱크 내부로 태양열에 의해 가열된 공기를 순환시키는 태양열 공기 가열기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명은 반구형의 상반부 케이싱과 하반부 케이싱이 서로 결합되어 구형을 이루고 있어서 지상에 노출되게 설치시 태양열 흡수 효율이 뛰어나다. 따라서, 급격한 온도변화 없이 적정온도를 유지하고 특히 온도가 급격히 낮아지는 것을 방지하므로 메탄균에 의한 혐기성 소화가 잘 일어나게 한다.

또한, 본 발명은 상반부 케이싱에는 흡광 집열층이 구비되어 있고, 하반부 케이싱에는 보온층이 구비되어 있다. 따라서, 상반부 케이싱을 통해서는 태양열을 잘 흡수하고, 지면에서 올라오는 냉기는 유효하게 차단하므로 온도가 낮은 겨울철에도 메탄가스 발생 온도를 적절하게 유지할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 전체적인 형상이 단순한 구형이어서 그 크기를 줄일 수 있음은 물론 제작도 용이하고, 사용상의 편리함으로 인하여 가축 사육장이나 농가와 같은 소규모의 영세 사용자에게도 널리 보급할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구형 메탄가스 발생탱크의 상반부 케이싱을 나타낸 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 구형 메탄가스 발생탱크의 하반부 케이싱을 나타낸 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구형 메탄그스 발생탱크의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구형 메탄가스 발생탱크 및 그를 포함한 메탄가스 발생장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 메탄가스 발생장치는 내부에 가축분뇨나 농업 부산물과 같은 각종의 유기 물질을 수용한 상태에서 메탄균 같은 각종 균이나 미생물에 의해 혐기성 소화가 진행되고 그에 따라 메탄가스를 발생시키는 구형(spherical) 메탄가스 발생탱크(110, 120)를 포함한다.

또한, 흡열한 태양열로 공기를 가열한 후 이상과 같은 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부를 순환시킴에 따라 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부의 온도가 저하되는 것을 방지하도록 보조하는 태양열 공기 가열기(160)를 포함한다.

따라서, 자체에 급격한 온도변화를 방지하고 적정온도 유지 기능을 갖는 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120)에 태양열 공기 가열기(160)로 가열 공기를 순환시키면, 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부에 수용된 유기 물질이 최적의 온도에서 혐기성 소화되면서 메탄가스를 발생시킨다.

이와 같은 본 발명의 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120)에서 생성된 메탄가스는 안전밸브(171)를 통해 메탄가스 조절기(172)로 공급되고, 메탄가스 조절기(172)를 통해 분배된 메탄가스는 가스렌지(173)나 그 외 다양한 부하(174)에 공급함으로써 메탄가스를 청정 재생 에너지로 사용한다.

이를 위해, 상기 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120)는 속이 빈 반구 형상으로 이루어져 있는 상반부 케이싱(110)과, 속이 빈 반구 형상으로 이루어져 있으며 상기 상반부 케이싱(110)과 결합하여 밀페된 구 형상을 이루는 하반부 케이싱(120)을 포함한다.

또한, 일 예로 상반부 케이싱(110)에 연결되어 있으며, 유기성 폐기물을 투입하는 물료 투입구(130)와, 잔여물이 배출되는 잔여물 출구(140) 및 유기성 폐기물이 혐기성 소화가 이루어지면서 발생한 메탄가스를 외부로 송출하는 가스 송출부(150)를 포함한다. 가스 송출부(150)에는 가스 송출관(P)이 연결되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상반부 케이싱(110)은 상반부 몸체(111) 및 상기 상반부 몸체(111)의 외측 표면에 도포되어 태양열을 흡수하는 흡광 집열층(112)을 포함하며, 그 하부 테두리를 따라서는 하반부 케이싱(120)과 서로 마주보도록 겹친 상태에서 결합하는데 사용되는 상반부 플렌지(110b)가 형성되어 있다.

상반부 몸체(111)는 혼합재층(111a)과 섬유포(fabrics)(111b)를 서로 번갈아가면서 적층시킨 복수의 층 구조로 이루어져 있다. 예컨대, 내측부터 시작하여 외측으로 제1혼합재층->제1섬유포->제2혼합재층->제2섬유포->제3혼합재층->제3섬유포->제4혼합재층->제4섬유포->제5혼합재층->제5섬유포->제6혼합재층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있다.

나아가 상반부 몸체(111)의 최외측면을 구성하는 제6혼합재층(111a)의 외측 표면에는 흑색 산화철과 같이 태양빛을 흡광하여 집열하는 특성이 뛰어난 흡광 집열층(112)이 적층되어 있다. 반구 형상의 상반부 몸체(111) 표면에 흡광 집열층(112)을 도포하면 전방위를 통해 태양빛을 매우 잘 흡광할 수 있어서 효율이 높다.

이때, 상기 섬유포(111b)는 무알칼리성, 경알칼리성 또는 중알칼리성의 특성을 갖는 유리 섬유포(111b)가 사용되는 것이 바람직하다. 물론, 몸체를 구성할 수만 있으면 그 외 다양한 합성 섬유재질의 섬유포(미도시)도 사용될 수 있다.

혼합재층(111a)은 '몸체 형성 혼합재'를 도포한 후 고화(즉, 양생)시킴으로써 형성되는 것으로, 몸체 형성 혼합재는 물에 염화마그네슘을 용해시킨 용액에 요소수지와 산화마그네슘을 혼합한 것이 바람직하다.

산화마그네슘은 입도 200 메쉬 정도의 분말이 사용되는데, 물에 잘 녹고 상기 염화마그네슘 용액과 혼합되면 쉽게 겔(gel)화 된다. 또한, 무취, 무독성이면서도 공기중의 이산화탄소나 수증기와 반응하면 탄산마그네슘이 발생되면서 더욱 단단하게 변하는 성질을 갖는다.

염화마그네슘은 백색 편상 결정체로서 물에 잘 녹는 특성이 있어서, 이상과 같이 물에 용해된 후 산화마그네슘과 반응함으로써, 상기 산화마그네슘이 쉽게 겔화 되도록 돕는다.

요소수지는 교질 액체로서 물에 잘 녹고, 화학 성질이 안정적이며, 자체에 일정한 접합(접착) 특성이 있어서 응고 후 제품의 강도, 방수성, 내산성, 내알칼리성을 효과적으로 높인다.

따라서, 이상과 같이 염화마그네슘, 물, 요소수지 및 산화마그네슘으로 이루어진 혼합재층(111a)에 섬유포(111b)를 부착하고, 나아가 이들이 서로 번갈아가며 적층된 구조를 갖게 하면 상반부 몸체(111)도 강도, 방수성, 내산성, 내알칼리성이 월등이 높은 특성을 가지게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하반부 케이싱(120)은 내측 하반부 몸체(121)와, 상기 내측 하반부 몸체(121)의 표면에 도포되어 보온체의 역할을 하는 보온층(122) 및 상기 보온층(122)의 표면에 도포된 외측 하반부 몸체(123)를 포함한다. 상부 테두리를 따라서는 상반부 케이싱(110)의 상반부 플렌지(110b)와 결합되는 하반부 플렌지(120a)가 형성되어 있다.

내측 하반부 몸체(121)는 혼합재층(121a)과 섬유포(121b)를 서로 번갈아가면서 적층시킨 복수의 층 구조로 이루어져 있다. 예컨대, 내측부터 시작하여 외측으로 제1혼합재층->제1섬유포->제2혼합재층->제2섬유포->제3혼합재층->제3섬유포->제4혼합재층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있다.

또한, 내측 하반부 몸체(121)의 최외측면을 구성하는 상기 제4혼합재층(111a)의 외측 표면에는 암면이나 플라스틱 혹은 스티로폴 등과 같이 보온성이 뛰어난 재질의 보온층(122)이 적층되어 있다.

또한, 보온층(122)의 외측 표면에도 혼합재층(123a)과 섬유포(123b)이 번갈아가며 적층된 외측 하반부 몸체(123)가 있다. 예컨대, 외측 하반부 몸체(123)는 제5혼합재층->제4섬유포->제6혼합재층->제5섬유포->제7혼합재층->제6섬유포->제8혼합재층->제7섬유포->제8혼합재층이 순차적으로 적층되어 3개층의 섬유포(111b)가 외측에 추가된다.

이때, 위에서 상반부 케이싱(110)을 통해 설명한 바와 마찬가지로 섬유포(121b, 123b)는 유리 섬유포(121b, 123b)를 사용하고, 혼합재층(121a, 123a)을 구성하는 '몸체 형성 혼합재'는 물에 염화마그네슘을 용해시킨 용액에 요소수지와 산화마그네슘이 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 염화마그네슘, 물, 요소수지 및 산화마그네슘으로 이루어진 혼합재층(111a)과 섬유포(111b)를 서로 번갈아가며 적층된 구조를 갖게 하면 내외측 하반부 몸체(121, 123)도 강도, 방수성, 내산성, 내알칼리성이 월등이 높은 특성을 갖는다.

또한, 지면과 가까운 곳에 배치되는 하반부 케이싱(120) 중 외측 하반부 몸체(123)와 내측 하반부 몸체(121) 사이에는 보온층(122)이 삽입되어 있어서, 특히 겨울철 등 지면이 복사 냉각된 경우에도 지면에서 올라오는 냉기에 의해 당해 탱크(110, 120) 내부의 온도가 저하되는 것을 방지한다.

다만, 하반부 케이싱(120)의 하부에는 편평하게 성형된 바닥면(120b)이 구비되어 있는 것이 바람직한데, 본 발명의 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120)는 지상에 노출되도록 설치됨으로써 태양열을 흡열하고 사용 편리성을 높이는 것이므로, 지면 위에 놓일 경우 좌우로 흔들리는 것을 방지하려면 편평한 바닥면(120b)을 구비해야 할 것이다.

물론, 본 발명의 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 중 일부분이 지하에 매립될 수는 있지만, 최소한 상반부 케이싱(110)은 지상에 노출되도록 함으로써 태양열을 충분히 흡열할 수 있어야 하므로, 이러한 경우에도 하반부 케이싱(120)의 일부만 매립되도록 해야할 것이다.

도 1에서 상반부 케이싱(110)에 연결 설치된 물료 투입구(130)는 가축분뇨나 농업 부산물 등과 같은 각종의 유기 물질(즉, 유기 폐기물)을 투입하는 곳으로, 유기 물질 쌓여 혐기성 소화되고 있는 상태에서 추가로 유기 물질을 투입할 수 있으려면 바람직하게는 상반부 케이싱(110)에 설치되어야 한다. 하지만 경우에 따라서는 하반부 케이싱(120)에 설치될 수도 있다.

하반부 케이싱(120)에 연결 설치된 잔여물 출구(140)는 상기 유기 물질이 혐기성 소화된 후 남은 잔여물이 배출되는 배출구로써, 바닥에 쌓인 잔여물을 편리하게 배출하려면 바람직하게는 하반부 케이싱(120)에 설치되어야 한다. 하지만 상반부 케이싱(110)에 설치될 수도 있다. 이와 같이 잔여물 출구(140)를 통해 배출된 잔여물은 양질의 유기 액비로서 농가 등에 제공된다.

상반부 케이싱(110)의 천정부에 설치된 가스 송출부(150)는 유기 물질이 혐기성 소화가 이루어지면서 발생한 메탄가스를 외부로 송출하는 곳으로, 가스 송출관(P) 및 안전밸브(171) 등을 통해 가스렌지(173)나 그 외 각종 부하(174)에 연결된다. 부하에는 메탄가스를 저장하는 저장통(미도시) 등도 포함된다.

한편, 본 발명에 따른 메탄가스 발생장치는 이상과 같은 구성으로 이루어진 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 및 지상에 설치된 상기 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부로 태양열에 의해 가열된 공기를 순환시키는 태양열 공기 가열기(160)를 포함한다.

태양열 공기 가열기(160)는 공지된 바와 같이 태양열을 흡열하고 이를 통해 공기를 가열하는 것으로, 일 예로 지지대에 설치된 흡열판(161)과, 흡열판(161) 내부에 설치된 가열관(미도시)과, 흡열판(161)의 외부 일측에 설치된 온풍 배출구(162) 및 흡열판(161)의 외부 타측에 설치된 공기 회수구(163)를 포함한다. 가열관의 양단은 각각 온풍 배출구(162) 및 공기 회수구(163)에 연결되어 있다.

또한, 공기가 순환됨에 따라 열교환이 가능한 공기순환 열교환관(164)을 포함하는데, 공기순환 열교환관(164)의 일단은 상기 온풍 배출구(162)에 연결되어 있고 타단은 공기 회수구(163)에 연결되어 있으며, 그 일부는 본 발명의 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부를 순환하도록 배치되어 있다.

따라서, 흡열판(161) 내부에 배치된 가열관을 통과하는 과정에서 가열된 온풍은 온풍 배출구(162)를 통해 공기순환 열교환관(164)으로 공급되고, 공기순환 열교환관(164)을 따라 유동하는 온풍은 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부의 온도를 높인 후 공기 회수구(163)로 회수된다.

공기 회수구(163)를 통해 회수된 저온의 공기는 흡열판(161) 내부에 구비된 가열관을 통과하면서 다시 가열되어 온풍으로 되고, 온풍은 상술한 바와 같은 순환 싸이클을 형성하므로, 겨울철에도 본 발명의 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부의 온도가 과도하게 내려가는 것을 방지할 뿐만 아니라, 메탄가스가 발생하는 최적의 온도를 유지하게 한다.

이상과 같이 본 발명은 흡광 집열층(112)을 포함함과 동시에 반구형으로 이루어진 상반부 케이싱(110)을 통해 태양열을 최대로 흡수하고, 보온층(122)을 포함한 하반부 케이싱(120)을 통해 지표면의 냉기가 침투되는 것을 방지하며, 태양열 공기 가열기(160)에서 공급되는 온풍으로 추가적인 가열을 한다.

따라서, 본 발명은 가축분뇨 및 농업 부산물 등을 비롯한 유기 물질을 이용하여 메탄가스를 생성시, 계절과 상관없이 최적의 온도인 약 15℃ 내지 60℃를 유지함에 따라 항상 메탄균이 정상적으로 생장하고 메탄가스가 원활하게 생산되게 한다.

나아가 약 15℃ 내지 60℃ 이내라면 그 온도 범위 내에서는 온도가 높을수록 메탄가스 생산량도 높아지는데, 본 발명은 태양열 공기 가열기(160)를 이용하여 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부의 온도를 상기 온도 범위 내에서 최대한 높일 수 있으므로 메탄가스 발생 수율(수득률)도 더욱 높인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구형 메탄가스 발생탱크의 제작방법에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 구형 메탄그스 발생탱크의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 원재료를 준비(S110)한다. 원재료는 각각 상반부 케이싱(110)과 하반부 케이싱(120)의 일 구성인 혼합재층(111a, 121a, 131a)을 형성하는 염화마그네슘(함량 45%, 순도를 의미하는 것으로 제품 포장에 표기되어 있음), 물, 요소수지 및 산화마그네슘(함량 85%)을 포함한다.

또한, 상반부 케이싱(110)의 흡광 집열층(112) 재료인 흑색 산화철과, 하반부 케이싱(120)의 보온층(122) 재료인 암면이나 플라스틱 혹은 스티로폴도 준비하며, 상반부 케이싱(110)과 하반부 케이싱(120)에 대응하는 형상의 성형틀인 상반부 몰드 및 하반부 몰드도 준비한다.

다음, 원재료가 준비되면 물에 염화마그네슘을 용해시킨 용액에 요소수지와 산화마그네슘을 혼합한 '몸체 형성 혼합재'를 제조(S120)한다. 이러한 몸체 형성 혼합재는 상반부 몰드 및 하반부 몰드에 각각 도포한 후 고화(즉, 양생)시키면 혼합재층(111a, 121a, 131a)으로 된다.

몸체 형성 혼합재의 제조(S120)를 위해 염화마그네슘과 물이 1:1의 비율이 되도록 물에 염화마그네슘을 용해시킨다. 이때, 작업 당시(제조 장소)의 기온이 15℃ 이하인 경우에는 보메 비중계를 이용하여 측정한 밀도가 29 내지 30[보메도]이고, 기온이 16℃ 내지 25℃인 경우에는 밀도가 26 내지 28[보메도]이며, 기온이 26℃ 이상인 경우에는 밀도가 23 내지 25[보메도]가 되도록 한다.

다음, 상기 물에 염화마그네슘을 용해시킨 용액의 무게 100% 대비 5%의 요소수지에 산화마그네슘 투입하여 서로 고르게 혼합시켜 치약 또는 연고와 같은 점도를 갖도록 한다. 산화마그네슘의 투입량을 육안으로 확인하며 적당히 조절하면 요소수지와 혼합시 치약 또는 연고와 같은 상태가 되어 작업성을 향상시킨다. 이는 너무 되거나 묽으면 작업성이 현저히 떨어지기 때문이다.

다음, 몸체 형성 혼합재가 준비되면 먼저 상반부 케이싱(110)을 제조하기 위한 과정으로서 상반부 몰드를 작업 테이블 위에 올려놓고 그 표면에 이형재를 도포(S131)한다.

상반부 몰드는 상반부 케이싱(110)과 동일한 형상을 갖는 것으로 반구형상으로 이루어져 있고, 이형재는 상반부 케이싱(110)의 제조 후 상반부 몰드로부터 쉽게 이탈(즉, 이형)되게 하는 것으로 엔진오일이나 그리스를 비롯한 다양한 타입의 이형재가 사용된다.

작업을 위해 상반부 몰드를 작업 테이블 위에 올려 놓을 때 상반부 몰드는 그 둥근 부분이 위쪽을 바라보도록 엎어진 상태가 되므로, 이형재는 상반부 몰드의 외측 표면에 도포된다.

다음, 상반부 몰드의 표면에 이형재를 바른 후 이형재 위에 몸체 형성 혼합재를 도포(S132)한다. 몸체 형성 혼합재는 산화마그네슘이 염화마그네슘 용액과 혼합되면서 겔(gel)화되어 있어서 이형재 위에 쉽게 도포된다. 몸체 형성 혼합재의 도포시 브러쉬나 스크레이퍼 등과 같은 공구를 사용하여 표면에 고르게 펴서 바른다.

다음, 몸체 형성 혼합재 위에 섬유포(111b)의 예로서 유리 섬유포(111b) 한 층(한 장 또는 겹쳐진 여러 장 가능)을 펼쳐 부착(S133)한다. 몸체 형성 혼합재는 요소수지를 포함하는데, 요소수지는 자체에 일정한 접합(접착) 특성이 있어서 유리 섬유포(111b)가 잘 부착된다.

이러한 요소수지의 접합 특성은 응고 후 제품의 강도, 방수성, 내산성, 내알칼리성을 효과적으로 높이는 기능도 한다.

다음, 상기 유리 섬유포(111b) 위에 다시 몸체 형성 혼합재를 도포하고, 몸체 형성 혼합재에 또 다른 유리 섬유포(111b)를 부착하는 과정을 반복함으로써 몸체 형성 혼합재와 유리 섬유포(111b)가 번갈아가며 적층되게 하고, 설계된 복수층까지 이러한 과정을 반복(S134)한다.

예컨대, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 내측부터 시작하여 외측으로 제1혼합재층->제1섬유포->제2혼합재층->제2섬유포->제3혼합재층->제3섬유포->제4혼합재층->제4섬유포->제5혼합재층->제5섬유포->제6혼합재층이 순차적으로 적층되게 한다.

물론, 도 2에서는 섬유포(111b)가 5개층(n=5)을 포함하도록 하였으나, 필요에 따라서는 5개층 미만이나 6개층 이상의 층으로 섬유포(111b)가 적층되도록 설계 변경할 수 있음은 자명하다.

다음, 설계된 복수층까지 제조가 완료되면 최외각의 몸체 형성 혼합재의 표면에 흡광 집열층(112)을 도포(S135)한다. 흡광 집열층(112)은 흑색 산화철과 같이 태양빛을 흡광하여 집열하는 특성이 뛰어난 재료를 사용하며 약 2~3mm 정도의 두께로 도포한다.

이와 같이 상반부 케이싱(110)의 최외각 표면에 흡광 집열층(112)을 도포하면, 태양빛을 잘 흡수하여 집열하고, 집열된 열은 밀폐된 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부로 전달되어 겨울철에도 메탄가스 발생 적정온도가 유지되게 한다.

특히 본 발명의 상반부 케이싱(110)은 반구 형상으로 이루어져 있기 때문에 전방위를 통해 태양빛을 잘 흡수한다. 따라서, 태양의 고도나 사용하는 장소의 위도와 무관하게 높을 효율을 갖게 한다.

다음, 최외각의 흡광 집열층(112)까지 도포를 마치면, 상반부 몰드를 제거(S136)하고, 상반부 케이싱(110)을 1주일간 양생(S137)한다. 양생시 표면이 편평한 작업 테이블 위에 올려놓고 보관함으로써 상반부 플렌지(110b)가 휘어져 변형되는 것을 방지하고, 그에 따라 하반부 플렌지(120a)와 접합시 누설이 발생하지 않게 한다.

이상과 같이, 상기 몸체 형성 혼합재가 양생되면 혼합재층(111a)이 되고, 혼합재층(111a)과 섬유포(111b)는 상반부 몸체(111)를 형성하며, 상반부 몸체(111) 표면에 흡광 집열층(112)이 도포되어 본 발명의 상반부 케이싱(110)을 제작 완료한다.

한편, 하반부 케이싱(120)을 제작하기 위해 상술한 바와 같이 몸체 형성 혼합재가 준비(S110, S120)되면 하반부 몰드를 작업 테이블 위에 올려놓고 그 표면에 이형재를 도포(S141)한다.

하반부 몰드는 하반부 케이싱(120)와 동일하게 반구 형상으로 이루어져 있으며, 둥근 부분이 위쪽을 바라보도록 작업 테이블 위에 엎어놓은 상태에서 이형재를 하반부 몰드의 외측 표면에 도포한다.

다음, 하반부 몰드의 표면에 이형재를 바른 후 브러쉬나 스크레이퍼 등과 같은 공구를 사용하여 이형재 위에 몸체 형성 혼합재를 고르게 도포(S142)한다. 몸체 형성 혼합재는 산화마그네슘이 염화마그네슘 용액과 혼합되면서 겔화 되어 있어서 이형재 위에 쉽게 도포된다.

다음, 몸체 형성 혼합재 위에 섬유포(121b)의 예로서 유리 섬유포(121b) 한 층(한 장 또는 겹쳐진 여러 장도 가능)을 펼쳐 부착(S143)한다. 몸체 형성 혼합재는 요소수지를 포함하는데, 요소수지는 자체에 일정한 접합(접착) 특성이 있어서 유리 섬유포(111b)가 잘 부착된다.

이러한 요소수지의 접합 특성은 응고 후 제품의 강도, 방수성, 내산성, 내알칼리성을 효과적으로 높이는 기능도 한다.

다음, 상기 유리 섬유포(121b) 위에 다시 몸체 형성 혼합재를 도포하고, 몸체 형성 혼합재에 또 다른 유리 섬유포(121b)를 부착하는 과정을 반복함으로써 몸체 형성 혼합재와 유리 섬유포(121b)가 번갈아가며 적층되게 하고, 설계된 복수층까지 이러한 과정을 반복(S144)한다.

예컨대, 도 3를 참조하여 설명한 바와 같이 내측부터 시작하여 외측으로 제1혼합재층->제1섬유포->제2혼합재층->제2섬유포->제3혼합재층->제3섬유포->제4혼합재층이 순차적으로 적층된다.

물론, 도 3에서는 섬유포(121b)가 3개층(n=3)을 포함하도록 하였으나, 필요에 따라서는 3개층 미만이나 4개층 이상의 층으로 섬유포(121b)가 적층되도록 설계 변경할 수 있음은 자명하다.

다음, 설계된 복수층(n=3)까지 제조가 완료되면 최외각의 몸체 형성 혼합재(즉, 제4혼합재층)의 표면에 보온층(122)을 도포(혹은, 부착)(S145)한다. 보온층(122)은 암면이나 플라스틱 혹은 스티로폴 등과 같이 보온성이 뛰어난 재질로 이루어져 있어서 겨울철에 지면으로부터 올라오는 냉기가 침투하는 것을 방지하고 보온성을 유지시킨다.

다음, 보온층(122)이 도포된 이후 그 위에 또 다시 몸체 형성 혼합재를 도포하고, 몸체 형성 혼합재 위에 유리 섬유포(123b)를 번갈아가며 적층되게 하고, 설계된 복수층까지 이러한 과정을 다시 한번 반복(S144)한다.

예컨대, 도 3과 같이 일 예로 제5혼합재층->제4섬유포->제6혼합재층->제5섬유포->제7혼합재층->제6섬유포->제8혼합재층->제7섬유포->제8혼합재층이 순차적으로 적층되어 4개층(n=4)의 섬유포(123b)가 외측에 추가된다.

다음, 최외각의 제8혼합재층까지 도포를 마치면, 하반부 몰드를 제거(S146)하고, 하반부 케이싱(120)을 1주일간 양생(S147)한다. 양생시 표면이 편평한 작업 테이블 위에 올려놓고 보관함으로써 하반부 플렌지(120a)가 휘어져 변형되는 것을 방지하고, 그에 따라 상반부 플렌지(110b)와 접합시 누설이 발생하지 않게 한다.

이상과 같이, 몸체 형성 혼합재가 양생되면 혼합재층(121a, 123a)이 되고, 내측의 혼합재층(121a)과 섬유포(121b)는 내측 하반부 몸체(121)(즉, 제1혼합재층 내지 제4혼합재층 + 제1섬유포 내지 제3섬유포)를 구성한다.

외측의 혼합재층(123a)과 섬유포(123b)는 외측 하반부 몸체(123)(즉, 제5혼합재층 내지 제8혼합재층 + 제4섬유포 내지 제7섬유포)를 형성하며, 내측 하반부 몸체(121)와 외측 하반부 몸체(123) 사이에는 보온층(122)이 삽입된 구조를 갖게 된다.

다음, 이상과 같이 상반부 케이싱(110)과 하반부 케이싱(120)의 제조를 완료하면, 상반부 케이싱(110)과 하반부 케이싱(120)을 서로 대면하게 배치하여, 상반부 케이싱(110)의 상반부 플렌지(110b)와 하반부 케이싱(120)의 하반부가 서로 접합하도록 배치하고, 상반부 플렌지(110b)와 하반부 플렌지(120a)를 서로 볼트 체결하거나 접착재로 결합(S150)시켜 마감한다.

한편, 일 예로 상반부 케이싱(110)에는 물료 투입구(130)와 가스 송출부(150)가 연결 설치되고, 하반부 케이싱(120)에는 잔여물 출구(140)가 연결 설치되므로, 상반부 케이싱(110)과 하반부 케이싱(120)에는 각각 설치공이 관통 형성되어 있어야 한다.

이에, 상반부 케이싱(110)과 하반부 케이싱(120)을 제작 완료 후 추가로 설치공을 뚫은 후 물료 투입구(130)와, 가스 송출부(150) 및 하반부 케이싱(120)을 설치하거나, 혹은 설치공이 형성된 상반부 몰드와 하반부 몰드를 사용하여 처음부터 설치공을 갖는 형상으로 제작하고 물료 투입구(130)와, 가스 송출부(150) 및 하반부 케이싱(120)를 설치한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110: 상반부 케이싱 111: 상반부 몸체
112: 흡광 집열층 111a: 혼합재층
111b: 섬유포 120: 하반부 케이싱
121: 내측 하반부 몸체 121a: 혼합재층
121b: 섬유포 122: 보온층
123: 외측 하반부 몸체 123a: 혼합재층
123b: 섬유포 130: 물료 투입구
140: 잔여물 출구 150: 가스 송출부
160: 태양열 공기 가열기 171: 안전밸브
172: 메탄가스 조절기 173: 가스렌지
174: 기타 부하 P: 가스 송출관

Claims (6)

1. 속이 빈 반구 형상으로 이루어져 있으며, 지상에 설치되어 태양열에 노출되는 상반부 케이싱(110)과;
   속이 빈 반구 형상으로 이루어져 있으며, 상기 상반부 케이싱(110)과 결합하여 밀페된 구 형상을 이루는 하반부 케이싱(120)과;
   상기 상반부 케이싱(110) 또는 하반부 케이싱(120)에 연결되어 있으며, 유기성 폐기물을 투입하는 물료 투입구(130)와;
   상기 하반부 케이싱(120) 또는 상반부 케이싱(110)에 연결되어 있으며, 상기 유기성 폐기물이 혐기성 소화된 후 남은 잔여물을 배출하는 잔여물 출구(140); 및
   상기 상반부 케이싱(110) 또는 하반부 케이싱(120)에 연결되어 있으며, 상기 유기성 폐기물이 혐기성 소화가 이루어지면서 발생한 메탄가스를 외부로 송출하는 가스 송출부(150);를 포함하되,
   상기 상반부 케이싱(110)은 상반부 몸체(111) 및 상기 상반부 몸체(111)의 표면에 도포되어 태양열을 흡수하는 흡광 집열층(112)을 포함하고,
   상기 하반부 케이싱(120)은 내측 하반부 몸체(121)와, 상기 내측 하반부 몸체(121)의 표면에 도포되어 보온체의 역할을 하는 보온층(122) 및 상기 보온층(122)의 표면에 도포된 외측 하반부 몸체(123)를 포함하고,
   상기 상반부 몸체(111)와, 내측 하반부 몸체(121) 및 외측 하반부 몸체(123)는 각각 혼합재층(111a, 121a, 123a)과 섬유포(fabrics)(111b, 121b, 123b)를 서로 번갈아가면서 적층시킨 복수의 층 구조로 이루어져 있으며,
   상기 혼합재층(111a, 121a, 123a)은 몸체 형성 혼합재를 도포한 후 고화시켜 형성된 것으로, 상기 몸체 형성 혼합재는 물에 염화마그네슘을 용해시킨 용액에 요소수지와 산화마그네슘을 혼합한 것임을 특징으로 하는 구형 메탄가스 발생탱크.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 상기 제1항과 같은 구성으로 이루어진 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120); 및
   상기 지상 설치용 구형 메탄가스 발생탱크(110, 120) 내부로 태양열에 의해 가열된 공기를 순환시키는 태양열 공기 가열기(160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가스 발생장치.
   

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