KR102487763B1 - 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 진공과 증발에 의한 건조 기술을 통해 적은 에너지로도 건조가 가능하며 건조를 위한 열원을 자체 생산하여 공급함으로써 비용을 절감하고 환경을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치는, 분뇨가 저장되는 분뇨저장부(10)와; 상기 분뇨저장부에서 공급받는 분뇨를 가열하는 예열부(20)와; 상기 예열부를 통과한 분뇨를 건조시키는 건조부(30)와; 고온의 열을 생산하여 상기 예열부와 건조부 중 하나 이상에 공급하는 히트펌프(40)와; 상기 건조부를 진공으로 조성하는 진공부(60)와; 상기 진공부를 통해 배출되는 기체에 포함된 수증기를 회수하여 응축수로 응축하는 응축부(70)와; 상기 건조부를 통과한 분뇨를 펠렛 형태로 성형하는 펠렛 성형부(50)와; 상기 펠렛 성형부를 통해 성형된 펠렛 또는 다른 연료를 연소시켜 열원을 생산하고 상기 열원을 상기 분뇨 저장부와 예열부와 건조부 중 하나 이상에 공급하는 보일러(80)를 포함한다.

Description

저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 및 방법{Low-pressure heated evaporative type excrements treatment unit and Methods}

본 발명은 분뇨 처리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공과 증발에 의한 건조 기술을 통해 적은 에너지로도 건조가 가능하며 건조를 위한 열원을 자체 생산하여 공급하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

소나 돼지, 닭, 오리 등 가축을 대단위로 사육하는 과정에서 발생되는 각 개체별 개략적인 분뇨의 발생량은 아래 표와 같다.

구분	한우	돼지	닭
분뇨 발생량(kg/두,수)	14.6 kg	4.2kg	0.12 kg

분뇨는 유기물의 농도가 높아 처리기술이 복잡하고 그에 따른 처리비용이 과다한 점 등으로 인하여 일부는 그대로 방출하거나 안전하게 처리하지 못한 상태에서 배출되고 있어 매우 심각한 환경오염을 가중시키고 있다. 더욱이 소단위 농가 등에서는 분뇨처리를 위한 과중한 비용으로 상당한 어려움을 겪고 있는 실정이다.

분뇨는 돼지 중 육성돈(106.7kg)을 기준으로 할 때 수분함량이 74.2% 이며 뇨 중 수분함량은 97.6%이며 대부분의 양이 수분인 것으로 확인되고 있다.

이렇게 발생되는 분뇨는 사육장에서 퇴비나 액비화 하거나 전량 처리가 어려울 경우 외부로 반출하여 처리하고 있다.

그러나, 자체 처리과정에서 환경관리가 어렵거나 외주 처리시 고액의 처리비용이 소요되어 축산 농가에 경영상 어려움이 발생될 수밖에 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제로 일부 가축의 분뇨를 고형화하여 연료로 사용되도록 하는 다양한 기술과 선행특허들이 있었으나 실용화, 상용화 되지 못한 상태에 있다.

가장 큰 어려움은 분뇨의 80~90% 를 차지하는 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 증발수단이 없어 건조과정에서 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 건조장치 구성에 넓은 장소가 필요하다는데 있다.

결국, 축사 부근 개활지에서 건조시켜 함수율20% 내외에서 이차 펠렛 가공을 시도하거나 분리된 오줌은 별도의 저장탱크에 저장한 후 고액의 처리비를 부담하면서 외부반출 처리를 시행하고 있다.

따라서, 축산 농가에서 매일 생산되는 분뇨를 생산 당일 즉시적으로 처리하여 고형 연료화가 가능한 펠렛 가공이 가능하도록 함으로써 분뇨처리가 효율적이고 경제적으로 이루어질 수 있도록 함은 물론 축사 주변의 악취발생 환경을 개선하도록 하는 기술개발의 필요성이 높았다.

본 발명의 배경기술을 확인할 수 있는 특허문헌으로 예를 들어 등록특허 제10-1703490호는 가축분뇨 및 유기성 슬러지를 저장 및 공급하는 슬러지저장조; 톱밥 또는 왕겨를 투입하는 톱밥호퍼; 상기 슬러지저장조 및 톱밥호퍼에서 각각 투입된 재료를 교반하면서 혼합시키는 제1혼합기; 상기 제1혼합기로부터 이송된 재료를 발효시키는 제1발효기; 상기 제1발효기에서 발효된 재료를 건조시키는 건조기; 상기 건조기에서 건조된 재료로 고형연료를 성형하는 성형기를 포함하여 구성되고, 상기 시스템에서 퇴비화 생산설비는, 가축분뇨를 저장 및 공급하는 가축분뇨저장조; 톱밥 또는 왕겨를 투입하는 톱밥호퍼; 상기 가축분뇨저장조 및 톱밥호퍼에서 각각 투입된 재료를 교반하면서 혼합시키는 제2혼합기; 상기 제2혼합기로부터 이송된 재료를 발효시키는 제2발효기; 상기 제2발효기에서 발효된 재료를 2차로 발효시키는 부숙조(腐熟槽); 상기 부숙조에서 발효된 퇴비에서 이물질을 제거하고 퇴비를 선별하는 퇴비선별기를 포함하여 구성되며, 상기 제1 및 제2발효기에서 발생한 수증기와 가스를 포집하고 제1송풍기로 흡입하여 세정응축기로 송풍하고, 세정응축기에서 발생한 열을 응축수배관을 통해 상기 건조기의 바닥을 데워주면서 순환되게 하여 고형연료 재료를 건조시키며, 세정응축기에 흡입되는 수증기 및 가스에 포함된 유기물과 암모니아가스가 용해되어 생성된 액비(液肥)를 상기 부숙조에서 발효되고 있는 퇴비에 살포하도록 구성된 것이다.

등록특허 제10-1703490호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진공과 증발에 의한 건조 기술을 통해 적은 에너지로도 건조가 가능하며 건조를 위한 열원을 자체 생산하여 공급하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치는, 분뇨가 저장되는 분뇨저장부와; 상기 분뇨저장부에서 공급받는 분뇨를 가열하는 예열부와; 상기 예열부를 통과한 분뇨를 건조시키는 건조부와; 상기 예열부와 건조부 중 하나 이상에 열을 공급하는 히트펌프와; 상기 건조부를 진공으로 조성하는 진공부와; 상기 건조부를 통과한 분뇨를 펠렛 형태로 성형하는 펠렛 성형부와; 상기 펠렛 성형부를 통해 성형된 펠렛을 이송하는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

분뇨 건조와 펠렛 성형을 위한 열원과 전기를 자체적으로 생산하고 시설도 컴팩트화 하여 축사 내에서 처리가 가능하므로 축사 주변 환경을 개선하고, 별도 설비의 구축을 위한 투자 비용과 환경오염처리 비용을 절감할 수 있다.

그리고, 분뇨로부터 생산한 펠렛의 바이오메스 사용으로 온실가스배출 저감 효과가 있다.

또한, 분뇨 처리와 펠렛 성형 과정에서 발생하는 응축수를 재활용하여 농가의 상수도 또는 지하수 사용량을 줄일 수 있으므로 농가 경영에 도움을 주고 상수도 또는 지하수 생산에 따른 온실가스발생을 줄이는 효과가 있다.

또한, 지열을 이용하여 분뇨 처리 비용 절감과 온실가스 감축에 기여한다.

본 발명은 습기를 함유한 음식물 쓰레기 등 유기물의 건조가 가능하고, 펠릿의 발효를 통해 메탄가스를 생산함으로써 농촌 가연성 연료공급에도 일조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치에 적용된 보일러와 관련 구성의 상세도.
도 3은 본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치에 적용된 발전기와 관련 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치에 적용된 히트펌프가 지열과 다른 열원을 이용하는 예를 도시한 계통도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치는, 분뇨가 저장되는 분뇨 저장부(10), 분뇨를 예열하는 예열부(20), 분뇨를 건조하는 건조부(30), 예열부(20)와 건조부(30) 중에서 하나 이상에 열을 공급하는 히트펌프(40), 건조부(30)를 통해 건조된 분뇨를 펠렛 형태로 가공하는 펠렛 성형부(50), 건조부(30) 또는 펠렛 성형부(50)를 진공분위기로 조성하는 진공부(60)로 이루어지며, 여기에 응축부(70), 보일러(80), 스팀터빈 발전기(90)가 더 포함된다.

분뇨 저장부(10)는 내부에 분뇨가 저장되는 모든 형태(예를 들어 분뇨 저장탱크)가 가능하고, 분뇨를 투입하고 저장된 분뇨를 예열부(20)에 공급하도록 이송기(11)와 함께 구성된다.

이송기(11)는 분뇨 저장부(10)에 저장된 분뇨를 이송하는 모든 방식이 가능하다.

예열부(20)는 분뇨 저장부(10)에 저장된 분뇨를 바로 건조할 때 분뇨의 높은 함수율로 인한 건조효율의 저하를 막기 위한 것이며, 분뇨 저장부(10)에 저장된 분뇨를 이송하는 이송기(11)를 통해 분뇨를 공급받고 열을 이용하여 분뇨를 예열한다.

예열부(20)는 예열 열원(21)으로 히트펌프(40)에서 생산한 열을 단독 사용, 보일러(80)에서 생산한 열을 단독 사용, 상기 2가지 열을 혼용하고, 예열 온도를 바람직하게 60~75℃로 한다.

예열부(20)는 분뇨 저장부(10) 내부에 구성할 수도 있고 분뇨 저장부(10) 외부에 별도로 시설되어 시간당 일정한 분뇨의 분량이 일정한 속도로 이동하면서 예열될 수 있도록 하되 예열부(20)에 공급되는 열량의 크기와 이송되는 분뇨의 량에 따라 이송 속도를 조정할 수 있도록 한다.

예열부(20)는 예열된 분뇨를 건조부(30)에 공급하는 공급부의 구성을 포함하고, 상기 공급부는 예를 들어 펌프와 공급관 및 분사노즐(22)을 포함하는 구성이다.

건조부(30)는 진공이 깨지지 않도록 외부와 차단된 밀폐 공간에서 예열부(20)를 통해 예열된 분뇨를 이송하면서 고온의 열로 건조시키도록 구성되며, 건조 챔버(31), 건조 챔버(31) 안에 설치되며 분사노즐(21)을 통해 공급받는 분뇨를 이송하는 건조 이송기(32), 건조 이송기(32)를 통해 이송되는 분뇨에 고온의 열을 가하여 건조시키는 건조 열원(33)을 포함한다.

건조 챔버(31)는 내부가 밀폐공간을 갖도록 구성되며, 건조 이송기(32)가 내부와 외부에 걸쳐 설치되지 않고 내부에만 설치되는 것이 바람직하고, 분뇨의 공급과 배출을 위하여 외부와 통하는 부분에서는 진공을 깨지 않도록 구성되며, 내부의 건조열이 외부로 방출되지 않도록 단열층을 포함한다.

건조 챔버(31)는 진공부(60)와 연결되도록 구성된다.

다른 한편, 건조부(30)는 둥근 원형 또는 사가형의 건조판 형태로 설치될 수도 있으며 상기 건조판에 공급되는 분뇨가 가열된 건조판 상부에 공급되고 펼쳐지도록 함으로써 건조가 용이하도록 할 수 있다. 상기 건조판에는 회전되거나 전후진 슬라이딩하는 밀대를 설치하여 건조되는 분뇨를 호퍼쪽으로 밀어 보내는 기능을 하도록 한다.

건조 이송기(32)는 그물망이나 고무판으로 제작된 건조 컨베이어 또는 원통형의 건조 롤러로 구성되며 밀폐된 건조 챔버(31) 안에서 구동하여 분뇨를 이송 내지 섞어 건조 열원(33)의 열과 분뇨의 접촉면적을 넓게 한다.

건조 열원(33)은 히트펌프(40)에서 생산한 열을 단독 사용, 보일러(80)에서 생산한 열을 단독 사용, 상기 2가지 열을 혼용하여 건조열을 공급한다.

물론, 예열부(20)의 가열은 높은 열효율(COP)을 구할 수 있도록 터보히트펌프를 사용하거나 일반 후레온계통의 히트펌프를 사용하여 60℃ 내외로 가열되도록 하고 건조부(30)에 공급되는 열원은 CO2가스를 냉매로 사용하는 히트펌프를 사용함으로써 70℃ 이상까지 분뇨의 온도를 상승시켜 진공상태에서 활발한 수분증발이 이루어지도록 한다.

건조부(30)는 건조 이송기(32)를 통해 배출되는 분뇨를 후속 공정으로 공급하기 위하여 건조 이송기(32)의 출구쪽에 건조 호퍼(34)가 포함될 수 있다.

히트펌프(40)는 지열을 열원으로 하여 고온의 열매체를 생산하고 이 열매체의 열을 예열부(20) 및/또는 건조부(30)에 공급하는 것이며, 개방형과 밀폐형 모두가 가능하고, 예를 들어 지열공(41)을 굴착하여 양수펌프(42)와 지열 순환관(43)을 설치하며 지열 순환관(43)을 통해 양수되는 지하수의 열을 회수하여 고온의 열을 생산하는 것이다. 히트펌프(40)을 통과한 지하수는 지열공(41)에 복귀하도록 배관이 구성된다.

히트펌프(40)은 전술한 바와 같이 이산화탄소를 냉매로 사용하는 히트펌프를 이용할 경우 최대 70℃ 내외의 열을 생산하고 이 열을 예열 열원(21)과 건조 열원(33)에 공급하도록 구성되며, 예를 들어 열매체가 직접 예열 열원(21)과 건조 열원(33)을 순환하도록 순환관이 연결되는 구성된다.

도 4에서 보이는 것처럼, 히트펌프(40)는 지열만을 이용하는 것으로 한정되지 아니하고 별도의 발열장치(44)의 열을 이용하여 구동하는 것도 가능하다.

발열장치(44)는 지열에서 공급받는 온도와 동일, 유사한 온도의 열을 발열하는 것이며, 발열원은 공기열원, 전기, 가스 등도 가능하지만, 본 발명에서는 보일러(80)인 것도 가능하다. 또한, 보일러(80)에서 발생하는 폐열을 이용하거나 예열부(20)의 잔열을 이용하게 할 수 있다.

발열장치(44)는 열순환관(45)을 통해 히트펌프(40)의 열교환기와 연결된다.

열순환관(45)과 지열 순환관(43)은 각각 밸브를 통해 개폐 가능하게 구성된다.

펠렛 성형부(50)는 성형 챔버(51), 초퍼 성형기(52), 펠렛 컨베이어(53), 펠렛 호퍼(54)를 포함한다.

성형 챔버(51)는 외부와 밀폐된 공간에서 펠렛을 성형할 수 있도록 하는 밀폐형으로 구성된다.

초퍼 성형기(52)는 건조 호퍼(34)에서 공급되는 분뇨를 펠렛 형태로 성형하는 것으로 초퍼 성형기(52)는 내부에는 절단칼날이 회전되도록 구성됨과 아울러 전면에 다수개의 홀이 구성되는 기성품이고, 모노펌프 또는 스크류 이송장치에 의해 이송되는 분뇨를 상기 절단칼날에 의해 펠렛 가공에 적합한 크기로 절단하고 상기 홀을 통해 펠렛 형태로 압출 성형한다.

상기 홀의 직경에 따라 펠렛의 직경은 결정되며, 한편, 연소과정에서 공기 소통을 원활하게 하기 위해 펠렛의 중앙부에 외부와 통하는 구멍을 구성하는 것도 가능하다.

펠렛 컨베이어(53)는 초퍼 성형기(52)에 의해 성형된 펠렛을 이송하여 펠렛 호퍼(54)에 공급하는 것이며, 초퍼 성형기(52)에 의해 성형된 펠렛을 정체없이 균일하게 이송함으로써 펠렛 성형부(50) 등의 가동중지를 막을 수 있다.

이상의 공정을 통해 제조된 펠렛(분뇨 펠렛)은 펠렛 컨베이어(53)를 따라 포장기(55)로 이송된다.

포장기(55)는 펠렛을 마대에 담아 포장하는 것 등 다양한 제품이 가능하다.

생산된 포장 펠렛은 별도 장소로 운반되어 발전용 또는 난방용 보일러 연료로 공급되어 지거나 발효를 위한 탱크에 물과 함께 투입되어 숙성시킨 후 숙성퇴비로 사용되거나 메탄가스 생산을 위한 바이오연료로 활용될 수 있다.

진공부(60)는 낮은 건조 온도로 분뇨를 건조하는 분위기를 조성하기 위한 것이고, 또한, 포화수증기압을 이용하여 낮은 온도에서도 수분의 끓음현상을 유발시켜 활발한 증발이 이루어지는 것을 이용한 진공 건조를 위한 것이다.

진공부(60)의 구동장치는 통상의 진공펌프이거나 링부로와 형태를 사용하며 다량의 수증기를 건조부(30)로부터 흡입하여 건조챔버(31) 내부가 일정한 진공도가 형성될 수 있는 형태와 용량을 갖추면 사용이 가능하다.

대기압 아래에서는 물을 끓이기 위해서 100℃ 이상으로 가열을 해야 하며 이 경우 가장 활발한 증발이 이루어진다. 그러나 축산분뇨의 온도를 이처럼 높은 온도까지 올리기 위해서는 많은 에너지를 사용하여야 하는 문제점이 있어 비경제적이라 할 수 있고, 따라서 낮은 온도에서 축산분뇨에 포함된 수분을 끓여 활발한 수분 증발이 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 포화수증기압을 낮추도록 할 필요가 있다.

이산화탄소 히트펌프를 사용할 경우 축산분뇨의 온도는 70℃ 내외로 상승시킬 수 있게 되며 이때의 증기압은 0.3077atm 정도이다.

즉, 진공부(60)는 건조 챔버(31) 내부를 히트펌프(40)에서 생산하는 열매체의 온도로 분뇨를 건조할 수 있는 압력조건으로 조성함으로써 통상적인 온도보다 낮은 온도에서 건조가 이루어지도록 하는 것이고, 그 구성은 건조 챔버(31) 안에 설치되는 후드(61), 후드(61)와 연결되는 진공펌프(62)로 구성된다. 여기서, 펠렛의 연소를 통해 얻어 진 발열량을 이용할 경우 더욱 높아진 온도에서 증발을 유도할 수 있게 됨은 당연하다.

후드(61)는 건조 챔버(31) 안의 기체를 흡입하는 부분이고, 진공펌프(62)는 건조 챔버(31) 안의 기체를 강제로 흡입하여 진공분위기로 조성한다.

진공부(60)는 펠렛 성형부(50)도 진공으로 조성할 수 있도록 성형 챔버(51) 안에 설치되는 후드(63)를 포함한다. 후드(63)는 진공펌프(62)와 진공관으로 연결된다.

진공부(60)는 건조부(30)와 펠렛 성형부(50)에 선택적으로 연결되어 동시 진공과 단독 진공이 가능하고, 이를 위하여 진공펌프(62)는 건조부(30)와 펠렛 성형부(50)의 후드(61,63)와 진공관을 통해 병렬로 연결되며 상기 진공관은 각각 밸브를 통해 개폐된다.

응축부(70)는 진공부(60)를 통해 건조부(30)와 펠렛 성형부(50)에서 배기하는 과정에서 얻은 수증기를 응축하는 것이며, 진공펌프(62)의 토출구와 연결되며 냉매의 순환을 통해 수증기를 응축하는 냉각기(71) 및 냉각기(71)에 의해 냉각된 응축수를 저장하는 응축수 탱크(72)로 구성된다.

냉각기(71)의 냉각 열원은 별도의 냉각을 거친 열원도 가능하지만, 본 발명에서는 히트펌프(40)의 저온측 열교환기의 냉각열을 냉각 열원으로 사용하는 것이 가능하다.

냉각기(71)의 토출측에는 제습기가 포함될 수 있다.

응축수 탱크(72)에 저장되는 응축수는 악취 등이 잔류되어 있을 수 있음으로 활성탄 여과조와 살균장치를 거쳐 저장조로 이동되도록 구성될 수 있다.

상기 살균장치는 자외선 살균기나 염소투입 살균장치를 적용할 수 있다.

정수 처리된 응축수는 가축들에게 재공급되거나 축사 청소 등 관리 용도로 사용되도록 한다.

냉각기(71)를 통과한 기체의 정화를 위하여 집진기(73)와 탈취기(74)가 포함될 수 있다.

집진기(73)와 탈취기(74)는 냉각기(71)에서부터 직렬로 연결되어 분진 제거 후 탈취된 청정의 기체를 배출한다.

도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 보일러(80)는 연료와 연소공기를 이용하여 고온의 열을 발생하는 것으로, 연료는 바람직하게 본 발명을 통해 생산한 펠렛을 기본으로 하고 여기에 기름이나 가스를 사용하고, 펠렛의 생산 이전에 스타트를 하는 경우는 기름이나 가스를 사용한다. 이를 위하여 펠렛 호퍼(54)와 보일러(80)는 펠렛공급기(81)를 통해 연결된다. 펠렛 공급기(81)는 스크류식 등이 가능하다.

연소공기는 바람직하게 진공펌프(62)를 통해 배기되는 공기를 사용하고, 진공펌프(62)와 보일러(80)는 덕트(82)로 연결되며, 덕트(82)는 댐퍼(83)를 통해 개도가 조절된다.

덕트 또는 진공배기배관을 통해 공급받아 이용되도록 한다.

즉, 진공펌프(62) - 보일러(80)의 급기구 - 냉각기(71)에 의한 흐름을 형성하며, 이 때, 보일러(80)에서 펠렛의 연소와 함께 활발한 증발이 이루어지고 악취 또한 연소되어 감소되는 효과를 갖게 되며 결국 분진 필터(73)와 탈취기(74)의 부담을 덜어주는 효과가 있다.

물론, 진공펌프(62) - 냉각기(71) - 보일러(80)의 급기구에 의한 흐름을 형성하여 진공펌프(62)에서 토출되는 공기가 냉각기(71)를 통과한 후 보일러(80)에 급기되는 것도 가능하며, 이 경우 불필요한 수증기 2차 증발을 위해 펠렛 발열량의 소모를 감소시킬 수 있다.

보일러(80)는 고온의 열을 본 발명 안에서 사용하고 물론 외부에 공급하는 것도 포함되며, 고온의 열을 분뇨 저장부(10), 예열부(20), 건조부(30) 등에 선택적으로 공급하도록 구성된다.

예를 들어, 보일러(80)와 분뇨 저장부(10) 사이에는 고온 순환관(84)이 배관된다.

고온 순환관(84)은 고온의 열매체가 분뇨 저장부(10) 안에 저장된 분뇨를 통과하도록 배관된다.

또한, 고온의 열을 예열부(20)에 공급하도록 구성되는 경우, 고온 순환관(84)에서 분기하여 예열부(20)에 연결되도록 고온 순환관(85)을 배관할 수 있다.

고온 순환관(84,85)들은 선택적으로 사용할 수 있도록 밸브를 통해 개폐되는 것이 바람직하다.

도 3에서 보이는 것처럼, 스팀 터빈 발전기(90)는 스팀을 이용하여 스팀 터빈을 회전시키고 이 회전력으로 전기를 생산하는 것이며, 보일러(80)와 스팀관(86)으로 연결된다.

생산된 전기는 본 발명의 분뇨 처리 장치(히트펌프, 진공펌프, 컨베이어 등)에 공급되거나 전력회사에 판매되며, 이 과정에서 인버터와 에너지 저장장치(ESS)가 적절하게 사용된다.

본 발명에 의한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 방법은 다음과 같다.

1. 가동 개시.

히트펌프(40)를 가동하여 예열부(20)의 예열 열원(21)에 열을 공급하고, 건조부(30)의 건조 열원(33)에 열을 공급하여 예열부(20)와 건조부(30)의 가동을 준비하고 컨베이어 등도 전원을 인가하여 가동한다.

2. 분뇨 저장.

축사에서 분뇨를 분뇨 저장부(10)에 투입하여 저장한다.

3. 예열.

분뇨 저장부(10)에 저장된 분뇨를 예열부(20)에 공급하고, 예열 열원(21)의 열을 이용하여 분뇨를 예열한다.

본 공정을 통해 수분이 건조되지는 않지만 수분의 증발 활성화가 이루어지게 되어 후속의 건조 공정 시 건조 효율을 높이게 된다.

4. 건조.

예열부(20)를 통과한 분뇨는 건조부(30)의 건조 챔버(31) 안에 건조 이송기(32)에 공급된다.

건조 이송기(32)는 건조 챔버(31) 안에서 분뇨를 이송하고 이 과정에서 건조 챔버(31)의 내부가 건조 열원(33)에 의해 건조온도를 유지하기 때문에 분뇨에 포함된 수분이 건조된다. 특히, 건조 챔버(31)가 진공부(60)를 통해 진공으로 조성되어 100℃ 이하의 온도에서 건조가 이루어진다.

진공부(60)의 진공 펌프(62)를 통해 건조 챔버(31)의 외부로 배기되는 기체는 응축부(70)의 냉각기(71)를 통과하고, 이 때, 수분이 응축수로 응축되어 응축수 탱크(72)에 저장되며, 기체는 집진기(73)를 거치면서 분진이 제거되고 탈취기(74)를 통과하여 탈취된 후 대기 중으로 배출된다.

5. 펠렛 성형.

건조물은 건조 챔버(31)에서 펠렛 성형부(50)의 초퍼 성형기(52)에 공급되어 펠렛으로 성형된다.

6. 보일러 가동.

상기의 공정을 통해 성형한 펠렛을 보일러(80)에 공급한다. 보일러(80)는 펠렛과 연소공기를 이용하여 고온의 연소열을 발생하고 이 연소열을 예열부(20)나 건조부(30)에 공급한다.

7. 발전.

보일러(80)에서 발생한 스팀을 스팀 터빈 발전기(90)에 공급하여 스팀 터빈의 회전으로 전기를 생산하고, 생산된 전기를 본 발명 안의 장비에 공급하여 전력으로 사용하거나 전력회사에 판매한다.

10 : 분뇨 저장부,
20 : 예열부, 21 : 예열 열원
22 : 분사노즐,
30 : 건조부, 31 : 건조 챔버
32 : 건조 이송기, 33 : 건조 열원
40 : 히트펌프, 41 : 지열공
42 : 양수펌프, 43 : 지열 순환관
44 : 발열장치, 45 : 열순환관
50 : 펠렛 성형부, 51 : 성형 챔버
52 : 초퍼 성형기, 53 : 펠렛 컨베이어
54 : 펠렛 호퍼,
60 : 진공부, 61,63 : 후드
62 : 진공 펌프,
70 : 응축부, 71 : 냉각기
72 : 응축수 탱크,
80 : 보일러, 81 : 펠렛 공급기
82 : 덕트, 83 : 댐퍼
84,85 : 고온 순환관,
90 : 스팀 터빈 발전기,

Claims (7)

1. 분뇨가 저장되는 분뇨저장부(10)와;
   상기 분뇨저장부에서 공급받는 분뇨를 가열하는 예열부(20)와;
   상기 예열부를 통과한 분뇨를 상기 예열부의 예열온도보다 높은 온도의 열로 건조시키는 건조부(30)와;
   지열의 열을 회수하여 고온의 열을 생산하고 고온의 열을 상기 예열부와 건조부에 공급하는 히트펌프(40)와;
   상기 건조부를 진공으로 조성하는 진공부(60)와;
   상기 진공부를 통해 배출되는 기체에 포함된 수증기를 회수하여 응축수로 응축하는 응축부(70)와;
   상기 건조부를 통과한 분뇨를 펠렛 형태로 성형하는 펠렛 성형부(50)를 포함하고,
   상기 히트펌프는 터보히트펌프나 일반 후레온계통의 히트펌프로서 상기 예열부에 60℃ 내외의 열을 공급하고, CO2가스를 냉매로 사용하는 히트펌프로서 상기 건조부에 상기 예열부보다 높은 온도인 70℃ 이상의 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치.
2. 분뇨가 저장되는 분뇨저장부(10)와;
   상기 분뇨저장부에서 공급받는 분뇨를 가열하는 예열부(20)와;
   상기 예열부를 통과한 분뇨를 상기 예열부의 예열온도보다 높은 온도의 열로 건조시키는 건조부(30)와;
   지열의 열을 회수하여 고온의 열을 생산하고 고온의 열을 상기 예열부와 건조부에 공급하는 히트펌프(40)와;
   상기 건조부를 진공으로 조성하는 진공부(60)와;
   상기 진공부를 통해 배출되는 기체에 포함된 수증기를 회수하여 응축수로 응축하는 응축부(70)와;
   상기 건조부를 통과한 분뇨를 펠렛 형태로 성형하는 펠렛 성형부(50)와;
   상기 펠렛 성형부를 통해 성형된 펠렛 또는 다른 연료를 연소시켜 열원을 생산하고 상기 열원을 상기 분뇨 저장부와 예열부와 건조부 중 하나 이상에 공급하는 보일러(80)를 포함하고,
   상기 히트펌프는 터보히트펌프나 일반 후레온계통의 히트펌프로서 상기 예열부에 60℃ 내외의 열을 공급하고, CO2가스를 냉매로 사용하는 히트펌프로서 상기 건조부에 상기 예열부보다 높은 온도인 70℃ 이상의 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 보일러는 상기 진공부의 진공펌프를 통해 배기되는 공기를 연소공기로 공급하는 것을 특징으로 하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 보일러에서 발생되는 스팀을 이용하여 전기를 생산하는 스팀 터빈 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치.
5. 삭제
6. 청구항 1의 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치를 이용한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 방법으로서,
   상기 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치의 가동을 개시하는 제1단계와;
   상기 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치의 분뇨 저장부에 저장된 분뇨를 예열하는 제2단계와;
   상기 제2단계를 거쳐 예열된 분뇨를 진공 조건에서 건조시키는 제3단계와;
   상기 제3단계를 통해 건조된 건조물을 펠렛으로 성형하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 방법.
7. 청구항 2의 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치를 이용한 저압 가열 증발식 분뇨 처리 방법으로서,
   상기 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치의 가동을 개시하는 제1단계와;
   상기 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치의 분뇨 저장부에 저장된 분뇨를 예열하는 제2단계와;
   상기 제2단계를 거쳐 예열된 분뇨를 진공 조건에서 건조시키는 제3단계와;
   상기 제3단계를 통해 건조된 건조물을 펠렛으로 성형하는 제4단계와;
   상기 제4단계에서 성형된 펠렛을 보일러에 공급하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 가열 증발식 분뇨 처리 장치 방법.
   

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