KR101907172B1 - 바이오 가스용 제습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오 가스용 제습장치에 관한 것으로서, 발효조 등에서 생성된 바이오 가스를 전기 에너지로 변환하기 적합한 온도로 변환 시킨 다음 발전기에 공급할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치는, 지중에 매설되어 발효조에서 생성된 바이오 가스를 지중의 온도를 이용하여 제습 시킨 다음 발전기로 이송시키는 이송관, 상기 이송관과 연결되고, 내부에 저장된 냉각물질을 통해 상기 이송관을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.

Description

바이오 가스용 제습장치{AIR DRYER}

본 발명은 바이오 가스용 제습장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발효조 등에서 생성된 바이오 가스를 제습시켜 전기로 발전시키기에 적합한 온도 만들 수 있는 바이오 가스용 제습장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기성 폐기물의 재활용 기술 발달에 따라, 음식물 쓰레기(음식물 쓰레기 고형분 및 발생폐수), 가축분뇨, 유기성 슬러지 등과 같은 유기성 폐기물을 이용하여 바이오 가스를 생산하는 기술이 발전되어 왔다.

바이오 가스는 유기성 폐기물을 혐기성 조건하에서 혐기성 미생물에 의해 발생하게 된다. 이런 바이오 가스는 주로 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)가 6:4의 비율로 발생하여 가스엔진, 가스터빈 등과 같은 발전설비에 연료로 공급되어 전기를 생산하거나 보일러에 연료로 공급되어 스팀을 생산하여 소화조 가온이나 건조기의 에너지원으로 사용하고 있다.

등록특허공보 제10-1407559호(2014.06.09.)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 발효조 등에서 생성된 바이오 가스를 전기 에너지로 변환하기에 적합한 온도로 변환 시킨 다음 발전기에 공급할 수 있는 바이오 가스용 제습장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치는, 지중에 매설되어 발효조에서 생성된 바이오 가스를 지중의 온도를 이용하여 제습 시킨 다음 발전기로 이송시키는 이송관,

상기 이송관과 연결되고, 내부에 저장된 냉각물질을 통해 상기 이송관을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.

그리고, 상기 이송관은,

지중에 매설되는 메인관, 상기 메인관에 서로 일정간격 이격되도록 연결되는 제1가지관 및 제2가지관을 포함한다.

또한, 상기 냉각부는,

내부에 상기 냉각물질과 제1가지관 및 제2가지관이 수용되는 수용공간이 형성되고, 일측과 타측에는 냉각물질유입구와 냉각물질배출구가 각각 형성된 하우징, 상기 하우징의 내부공간에 수용되어 상기 냉각물질에 담수되고, 상기 제1가지관 및 제2가지관을 연결하여 상기 이송관 내의 바이오 가스가 냉각물질과 열교환 되도록 하는 연결관을 포함한다.

그리고, 상기 메인관과 제1가지관 및 제2가지관에는 밸브가 각각 설치되고,

상기 이송관의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 시, 상기 메인관의 밸브는 잠기도록 하고, 제1가지관 및 제2가지관의 밸브는 개방되도록 하여 상기 바이오 가스가 냉각물질과 열교환 될 수 있도록 하는 제어부를 더 포함한다.

또한, 상기 냉각물질의 온도를 저하시키는 부가 냉각부를 더 포함하며,

상기 부가 냉각부는,

상기 하우징의 내부에 수용되고 냉기를 공급하는 냉기 공급부, 상기 하우징의 외면에 설치되는 단열부를 포함한다.

본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치는, 발효조 등에서 생성된 바이오 가스를 지중의 온도를 통해 제습하여 전기 에너지로 발전시키기에 적합한 온도로 변환 시킬 수 있고, 냉각부를 통해 온도가 높은 여름철에도 바이오 가스를 효율적으로 제습할 수 있으며, 냉각부의 온도 조절에 따라 바이오 가스의 제습시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치를 도시한 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치의 일 실시예를 도시한 계통도.
도 3은 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치에 적용된 제어부와 온도감지센서 및 수위감지센서의 연결상태를 도시한 블록도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치를 도시한 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치의 일 실시예를 도시한 계통도이며, 도 3은 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치에 적용된 제어부와 온도감지센서 및 수위감지센서의 연결상태를 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치(1)는 발효조(80)에서 발효 처리된 처리물, 즉 에너지로 사용하기 위한 바이오 가스를 발전기(90)로 이송시킴에 있어, 상기 바이오 가스를 전기로 발전하기에 적합한 온도로 변환시켜 발전기(90)까지 도달할 수 있도록 하기 위한 것으로, 이송관(10), 냉각부(20)를 포함한다.

상기 이송관(10)은 상기 발효조(80) 내에 투입된 처리물이 발효됨으로 인해 생성된 바이오 가스를 발전기(90)로 이송시키기 위한 구성이다.

이때, 상기 처리물은 돼지나, 소 등의 가축분뇨일 수 있으며, 상기 발효조(80)를 통해 분뇨를 발효시키는 방법은 주지된 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

계속해서, 상기 이송관(10)은 메인관(11)과 제1가지관(12) 및 제2가지관(13)을 포함할 수 있다.

상기 메인관(11)은 일측이 상기 발효조(80)와 연결되고, 타측은 상기 발전기(90)와 연결된다.

따라서, 상기 발효조(80) 내에서 생성된 바이오 가스는 상기 이송관(10)을 통해 발전기(90)로 이송된다.

이때, 상기 메인관(11)은 전체가 지중에 매설되거나 또는 발효조(80) 및 발전기(90)와 연결된 부분을 제외한 일부분이 지중에 매설될 수 있다.

그리고, 상기 발효조(80)에서 생성된 바이오 가스는 약 40℃ 내지 50℃의 온도를 유지하고, 상기 메인관(11)은 약 10℃ 내지 15℃의 온도를 유지하는 깊이에 매설될 수 있다.

따라서, 상기 발효조(80)에서 생성된 바이오 가스는 상기 메인관(11)을 통해 이송될 시 지중의 온도와 열교환되어, 온도가 저하되고 습기가 제거된 상태로 발전기(90)에 이송된다.

상기 제1가지관(12)과 제2가지관(13)은 상기 바이오 가스가 상기 냉각부(20)를 선택적으로 거쳐 갈 수 있도록 하는 구성으로, 상기 메인관(11)에 서로 일정간격 이격되도록 연결되며, 후술되는 하우징(21)의 수용공간(21a)에 수용된다.

상기 냉각부(20)는 상기 이송관(10)에 의해 이송되는 바이오 가스의 온도를 더욱 저하시키고, 제습율을 보다 향상시키기 위한 구성이다.

상기 냉각부(20)는 하우징(21), 상기 제1가지관(12) 및 제2가지관(13)과 연결되어 바이오 가스의 이송경로를 변경시켜 냉각물질과 열교환 될 수 있도록 하는 연결관(22)을 포함할 수 있다.

상기 하우징(21)은 발효조(80)와 발전기(90)의 사이에 배치될 수 있으며, 상기 이송관(10)과 함께 지중에 매설된다.

상기 하우징(21)은 지중에 매설되기 때문에 쉽게 부식되거나 녹슬지 않는 알루미늄, 구리, 스테인레스강(SUS)과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.

상기 하우징(21)은 상면이 개구되고, 내부에 상기 냉각물질(23)이 일정 수위로 충진될 수 있는 수용공간(21a)이 형성된 원형 박스 또는 다각형 박스 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 하우징(21)의 상면은 덮개(215)에 의해 개폐된다. 상기 덮개(215)는 경첩(미도시)을 통해 상기 하우징(21)에 상,하 방향으로 회동가능하게 결합될 수 있다.

상기 덮개(215)에는 상기 제1가지관(12) 및 제2가지관(13)이 각각 관통할 수 있는 2개의 관통홀이 형성된다.

그리고, 상기 하우징(21)의 수용공간(21a)으로 토사 등의 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 하우징(21)과 덮개(215)의 사이에는 고무 재질 등으로 형성되는 패킹(미도시)이 개재될 수 있다.

상기 패킹은 상기 하우징(21)의 상면 가장자리 또는 덮개(215)의 저면 가장자리를 따라 설치될 수 있다.

상기 냉각물질(23)은 하천의 물, 강물, 수돗물 등 다양한 것들이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 냉각물질(23)의 온도는 약 1℃ 내지 10℃ 정도의 것이 사용될 수 있다.

이러한 냉각물질(23)은 하우징(21)의 수용공간(21a)에서 바이오 가스가 발전기(90)로 이송되기 전에 전기에너지로 변환하기 적정한 온도로 저하시키고 습기를 제거한다.

그리고, 상기 하우징(21)의 일측 하부에는 냉각물질유입구(211)가 형성되고, 타측 상부에는 냉각물질배출구(212)가 각각 형성되고, 상기 냉각물질유입구(211)와 냉각물질배출구(212)에는 유입관(70a) 및 배출관(70b)이 각각 설치된다.

따라서, 상기 유입관(70a) 및 배출관(70b)에 펌프를 각각 연결하여 하우징(21)의 수용공간(21a)에 냉각물질(23)을 용이하게 공급하거나 또는 외부로 배출할 수 있다.

그리고, 상기 하우징(21)의 수용공간(21a)에는 상기 냉각물질(23)의 온도를 실시간으로 센싱하기 위한 온도감지센서(50a)가 설치될 수 있다.

상기 온도감지센서(50a)는 냉각물질(23)의 온도를 실시간으로 센싱하여 제어부(40)에 전송하고, 상기 제어부(40)는 상기 온도감지센서(50a)로부터 전송된 냉각물질(23)의 온도를 지상에 위치된 사용자 단말기(미도시)에 실시간으로 전송한다.

이때, 상기 제어부(40)는 냉각물질(23)이 바이오 가스와 열교환됨으로 인해 기 설정된 온도보다 상승될 경우, 상기 배출관(70b)에 연결된 펌프를 작동시켜 상기 하우징(21) 내의 냉각물질(23)을 지상에 마련된 수집탱크(미도시) 또는 강이나 하천으로 배출되도록 한다.

그리고, 상기 제어부(40)는 하우징(21) 내에서 열교환 된 냉각물질(23)이 모두 배출될 시기에 맞춰 배출관(70b)에 연결된 펌프의 작동은 정지시키고, 유입관(70a)에 연결된 펌프는 작동시켜 1℃ 내지 10℃의 온도를 유지하는 새로운 냉각물질(23)이 하우징(21)의 수용공간(21a)에 공급되도록 한다.

부가적으로, 상기 하우징(21)의 내부에는 새로운 냉각물질(23)의 공급시기를 결정하기 위한 수위감지센서(60)가 설치될 수 있다.

상기 수위감지센서(60)는 냉각물질(23)의 약 80% 내지 90% 정도가 배출될 경우, 이를 센싱하여 제어부(40)에 전송하고, 상기 제어부(40)는 상기 수위감지센서(60)로부터 전송된 신호에 의해 상기 배출관(70b)에 연결된 펌프는 정지시키며, 상기 유입관(70a)에 연결된 펌프는 작동시키도록 설정될 수 있다.

상기 연결관(22)은 이송관(10)을 통해 이송되는 바이오 가스가 냉각물질(23)을 거쳐 발전기(90)로 이송될 수 있도록 하는 것으로, 상기 하우징(21)의 수용공간(21a)에 수용되어 상기 냉각물질(23)에 담수된다.

그리고, 상기 연결관(22)의 일측은 상기 제1가지관(12)에 연결되고, 타측은 상기 제2가지관(13)에 연결된다.

즉, 상기 제1가지관(12)과 제2가지관(13)이 연결관(22)을 통해 연결됨으로, 상기 발효조(80)에서 배출된 바이오 가스는 상기 메인관(11)과 제1가지관(12)과 연결관(22) 및 제2가지관(13)을 순차적으로 통과한 다음 다시 메인관(11)을 통해 발전기(90)에 공급되는 것이다.

그리고, 바이오 가스는 제1가지관(12)과 연결관(22)을 통과하는 과정에서 냉각물질(23)과 열교환되어 온도가 저하되고, 바이오 가스에 포함된 습기는 제거된다.

이때, 상기 연결관(22)은 상기 바이오 가스의 이송경로를 증가시켜 냉각물질(23)과 충분한 시간을 갖고 열교환 될 수 있도록 다수개의 수평부와 수직부가 서로 직각 방향으로 연속되게 연결된 형상으로 형성될 수 있다.

도면에 도시되지는 않았으나, 상기 연결관(22)은 바이오 가스의 이송경로를 증가시킬 수 있도록 파형 형상 또는 지그재그 형상으로 형성될 수도 있다.

부가적으로, 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치(1)는 바이오 가스의 온도에 따라 바이오 가스의 이송 경로를 선택적으로 제어하기 위한 온도감지센서(50b)와 제1밸브(V1)와 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 더 포함할 수 있다.

상기 온도감지센서(50b)는 상기 제어부(40)와 전기적으로 연결되고, 상기 메인관(11)의 내면 또는 외면에 설치되어, 상기 메인관(11) 내의 바이오 가스의 온도 또는 메인관(11)의 온도를 감지한 다음 제어부(40)에 전송한다.

상기 제1밸브(V1)는 상기 메인관(11)에 설치되고, 상기 제2밸브(V2)는 제1가지관(12)에 설치되며, 상기 제3밸브(V3)는 제2가지관(13)에 설치된다.

그리고, 상기 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3)는 모두 투웨이(two way) 자동밸브 또는 전자밸브로 적용될 수 있으며, 상기 제어부(40)에 의해 작동이 제어된다.

이때, 상기 온도감지센서(50b)는 메인관(11) 내의 바이오 가스가 상기 제1가지관(12)이 위치된 부분까지 이송되기 전에 바이오 가스의 이송 경로를 결정할 수 있도록 상기 제1가지관(12)과 약 1M 내지 2M 정도 이격된 거리에 위치될 수 있다.

상기 제어부(40)는 기 설정된 온도와 상기 온도감지센서(50b)로부터 전달되는 온도를 비교하여 상기 메인관(11) 또는 바이오 가스의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 제1밸브(V1)가 잠기도록 하고 제2밸브(V2)와 제3밸브(V3)가 개방되도록 하여 메인관(11) 내의 바이오 가스가 제1가지관(12)과 연결관(22)과 제2가지관(13)을 통과하도록 하여 냉각물질(23)과 동일한 온도로 열교환되도록 한다.

그리고, 이와 같이 열교환 된 바이오 가스는 제2가지관(13)과 메인관(11)을 통과하여 발전기(90)에 이송된다.

이와 반대로 상기 제어부(40)는 기 설정된 온도와 상기 온도감지센서(50b)로부터 전달되는 온도를 비교하여 메인관(11) 또는 바이오 가스의 온도가 기 설정된 온도와 동일하거나 낮을 경우에는 제1밸브(V1)는 개방되도록 하고, 제2밸브(V2)와 제3밸브(V3)는 잠기도록 하여 바이오 가스가 메인관(11)을 통해서만 발전부에 공급되도록 한다.

다음으로, 도 2를 참고하여 본 발명에 따른 바이오 가스용 제습장치의 일 실시예를 설명한다.

본 실시예에서는 부가 냉각부(30)를 더 적용하므로서, 바이오 가스와 열교환하여 온도가 상승된 냉각물질(23)의 온도를 저하시켜 새로운 냉각물질(23)로 교체하여야 하는 불편함을 해소할 수 있도록 한 다는 점에서 특징이 있다.

상기 하우징(21)을 구성하는 바닥(214)과 측벽(213)의 내부는 구획벽에 의해 제1공간(21b)과 제2공간(21c)으로 분할된다.

이때, 상기 제1공간(21b)은 하우징(21)의 외벽(21d)과 구획벽(216)의 사이에 형성되고, 상기 제2공간(21c)은 하우징(21)의 내벽(21e)과 구획벽(216)의 사이에 형성된다.

그리고, 상기 제1공간(21b)에는 냉기를 공급하는 냉기 공급부(31)가 수용된다.

상기 냉기 공급부(31)는 일정한 길이를 갖는 관 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 구획벽(216)의 외면을 감싼다.

상기 냉기 공급부(31)는 지상에 위치되거나 지중에 매설된 냉동모터(미도시)로부터 냉기나 냉매를 공급받는다.

그리고, 상기 냉기 공급부(31)에서 발생되는 냉기는 냉각물질(23)에 전도되어, 냉각물질(23)의 온도가 저하된다.

이때, 상기 냉기나 냉매의 온도는 관리자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.

상기 단열부(32)는 공지의 단열재로 형성되며, 접착제 또는 다수개의 결속끈을 통해 상기 하우징(21)의 외면 전체를 감싸는 형태로 설치된다.

이러한 단열부(32)는 상기 냉기 공급부(31)에서 발생되는 냉기 또는 냉각물질(23)의 냉기가 토사로 전도되는 것을 억제시켜 하우징(21) 및 바이오 가스를 냉각시키기 위한 냉각물질(23)의 온도가 불필요하게 상승되는 것을 방지한다.

더욱이, 상기 제2공간(21c)은 일종의 공기층을 형성하게 됨으로, 냉기 공급부(31)에서 발생되는 냉기가 상기 냉각물질(23)로 보다 오랜 시간 동안 전달될 수 있도록 한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 바이오 가스용 제습장치 10 : 이송관
11 : 메인관 12 : 제1가지관
13 : 제2가지관 20 : 냉각부
21 : 하우징 21a : 수용공간
21b : 제1공간 21c : 제2공간
211 : 냉각물질유입구 212 : 냉각물질배출구
213 : 측벽 214 : 바닥
215 : 덮개 22 : 연결관
23 : 냉각물질 30 : 부가 냉각부
31 : 냉기 공급부 32 : 단열부
40 : 제어부 50a,50b : 온도감지센서
60 : 수위감지센서 70a : 유입관
70b : 배출관 80 : 발효조
90 : 발전기

Claims (5)

1. 지중에 매설되어 발효조에서 생성된 바이오 가스를 지중의 온도를 이용하여 제습 시킨 다음 발전기로 이송시키는 이송관,
   상기 이송관과 연결되고, 내부에 저장된 냉각물질을 통해 상기 이송관을 냉각시키는 냉각부,
   상기 냉각물질의 온도를 저하시키는 부가 냉각부를 포함하며,
   상기 이송관은,
   지중에 매설되는 메인관,
   상기 메인관에 서로 일정간격 이격되도록 연결되는 제1가지관 및 제2가지관을 포함하며,
   상기 냉각부는,
   지중에 매설되고, 내부에 상기 냉각물질과 제1가지관 및 제2가지관이 수용되는 수용공간이 형성되고, 일측과 타측에는 냉각물질유입구와 냉각물질배출구가 각각 형성된 하우징,
   상기 하우징의 내부공간에 수용되어 상기 냉각물질에 담수되고, 상기 제1가지관 및 제2가지관을 연결하여 상기 이송관 내의 바이오 가스가 냉각물질과 열교환 되도록 하는 연결관을 포함하고,
   상기 메인관과 제1가지관 및 제2가지관에는 밸브가 각각 설치되며,
   상기 메인관의 내면 또는 외면에 설치되어 메인관 내의 바이오 가스의 온도 또는 메인관의 온도를 감지하는 온도감지센서를 포함하며
   상기 이송관의 온도가 기 설정된 온도와 동일하거나 낮을 경우 메인관의 밸브는 개방되도록 하고, 제1가지관 및 제2가지관의 밸브는 잠기도록 하여 상기 바이오 가스가 메인관을 통해 발전부에 공급되도록 하거나, 또는 상기 이송관의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 시, 상기 메인관의 밸브는 잠기도록 하고, 제1가지관 및 제2가지관의 밸브는 개방되도록 하여 상기 바이오 가스가 냉각물질과 열교환 될 수 있도록 하는 제어부를 포함하며,
   상기 부가 냉각부는,
   상기 하우징의 내부에 수용되고 냉기를 공급하는 냉기 공급부,
   상기 하우징의 외면에 설치되는 단열부를 포함하는 바이오 가스용 제습장치.
   
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