KR20100058336A

KR20100058336A - 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치

Info

Publication number: KR20100058336A
Application number: KR1020080117099A
Authority: KR
Inventors: 박찬춘
Original assignee: 박찬춘
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-06-03

Abstract

본 발명은 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.

이는 특히, 내측에 상향류를 형성하는 이송스크류가 구비되면서 히팅유니트가 구비되는 내부수조와 상기 내부수조에서 오버플로워되는 혼합분뇨를 저장하는 외부수조의 이중구조로서 이루어진다.

이에 따라서, 발열시간을 신속하게 하여 메탄가스의 발생효율을 상승시킬 수 있도록 하는 것이다.

이송스크류, 내부수조, 외부수조, 히팅유니트

Description

분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치{a methane gas production apparatus using organic waste and excreta}

본 발명은 내측에 상향류를 형성하는 이송스크류가 구비되면서 히팅유니트가 구비되는 내부수조와 상기 내부수조에서 상승되어 공급되는 혼합분뇨를 저장하는 외부수조의 이중구조로서 혐기성 반응을 위한 발열시간을 신속하게 하여 메탄가스의 발생효율을 상승시킬 수 있도록 하 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화장실등에서 발생되는 분뇨나 가축 사육에 의한 축산 분뇨처리에 많은 애로를 겪고 있다.

상기와 같은 분뇨는, 식물성 재료를 혼합하여 퇴비를 제조하거나 또는 해양투기와 미생물을 이용한 발효공정등을 통하여 처리하여 왔으나 해양투기는 환경오염 때문에 2006년 하반기부터 법적으로 금하고 있어서 축산농가의 어려움이 더욱 가중되고 있었다.

그리고, 상기와 같이 화장실에서 배출되는 분료 및 축산분뇨에는 질소인칼리 와 유기물질이 있는데, 혐기대사 작용으로 메탄가스(CH₄), 이산화탄소(CO₂), 암모니아, 황화수소 등이 발생하게 되며, 이러한 메탄가스는 연료로도 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 메탄가스 생성방법은 일반적인 탱크에 축산분뇨를 대량으로 저장한 후에 메탄가스를 포집하기 때문에 축산분뇨의 표면부와 그 표면부에 인접한 부분에서만 메탄가스가 생성되어 포집되고, 축산분뇨의 내부에서는 혐기대사가 원활하게 이루어지지 않아서 메탄가스가 발생하지 않게 되어, 메탄가스의 포집량이 크지 않은 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같이 발생된 메탄가스에는 소량의 이산화탄소, 암모니아, 황화수소 및 수분이 함유되어 있는데, 특히 수분은 메탄가스의 연소를 방해하는 성분으로서 발전을 위한 터어빈을 구동시킬 때에 큰 문제점을 야기시킬 수 있는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 제688897호에 전기 발전을 위한 메탄가스 생성장치가 개시되어 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 층별로 이격되어 설치되는 다수의 분리판(31)들을 구비하며, 메탄가스를 생성하는 가스생성탱크(100);

상기 가스생성탱크(100)에 축산분뇨를 공급할 수 있도록, 분뇨저장조의 내부에 설치되어 축산분뇨를 펌핑하는 수중펌프(15)와, 상기 수중펌프(15)의 작동시간을 제어하기 위한 타이머, 및 상기 다수의 분리판(31)들의 일측 사이사이에 각각 개별적으로 설치되는 다수의 분배관(21)들을 구비하는 분뇨분배장치(140);

상기 가스생성탱크(100)를 지나면서 대사활동을 통해 메탄가스를 생성하고 대사활동이 완료된 슬러지 및 원수를 수집하며, 상기 다수의 분리판(31)들 타측 사이사이에 각각 개별적으로 설치되는 다수의 수집부(41)들을 구비하는 분뇨수집장치(150); 및

상기 가스생성탱크(100) 상부에 설치되어 메탄가스로부터 수분을 제거하기 위한 수분제거장치(50);를 포함하는 구성으로 이루어 진다.

그리고, 상기와 같은 메탄가스 생성장치는, 축사(110)에서 공급되는 분뇨가 원수배수관(125)을 갖는 분료저장통(120)에 공급되어 수중펌프(15)로서 공급될 때 분료공급라인(10)을 통하여 각각의 분배관(21)에 공급되어 반응한 후 분료수집라인(40)을 통하여 수집탱크(130)에 포집토록 되고, 상기 가스생성탱크(100)는 경사진 상단부(105)와 바닥부(103)를 구비하며, 상기 가스생성탱크의 상부에 형성되는 가스배출라인(60)을 통하여 생성된 가스가 배출토록 된다.

그러나, 상기와 같은 메탄가스 생성장치는, 분뇨를 층별로 구획하여 설치되는 분리판(31)에 흘려보내도록 하는 구성으로 이루어져 메탄가스의 생성후 배출이 원활하게 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 상기 분리판(31)의 상부에 분뇨를 분리토록 하는 구성으로 동일용량의 분뇨를 처리할 경우 분리판(31)의 면적이 증가하게 되어 가스생성탱크(100)의 부피가 증가되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 신속한 발열과 충분한 발열을 통하여 메탄가스의 발생효율을 상승시킬 수 있도록 하고, 스크레이퍼의 회전에 따른 에너지 소비를 최소화 할 수 있도록 하며, 최소 면적의 탱크를 통하여 메탄가스의 생성이 가능하도록 하고, 메탄가스내에 포함되는 수증기의 량을 최소화 할 수 있도록 하며, 간단한 구성으로 메탄가스 생성장치의 설치가 가능하도록 하는 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 내측에 상향류를 형성하는 이송스크류가 구비되면서 히팅유니트가 구비되는 내부수조와 상기 내부수조에서 오버플로워되는 혼합분뇨를 저장하는 외부수조의 이중구조로서 이루어진 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 내부수조의 저면에 일방향으로의 유체흐름을 형성토록 첵밸브판이 구비되고, 상기 히팅유니트는 내부수조 또는 이송스크류, 외부수조중 어느 한 곳이상에서 열매가 이송되도록 설치되는 히팅코일로서 이루어 진 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치를 제공한다.

더하여, 본 발명은, 외부수조에 형성되는 배출구에 제1필터유니트를 개재하여 필터유니트가 구비되고, 상기 필터유니트를 통과하는 배관은 분배기가 연결되는 보일러에 결합되는 구성으로 이루어 진 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 신속한 발열과 충분한 발열을 통하여 메탄가스의 발생효율을 상승시키고, 스크레이퍼의 회전에 따른 에너지 소비를 최소화 하며, 최소 면적의 탱크를 통하여 메탄가스의 생성이 가능하고, 메탄가스내에 포함되는 수증기의 량을 최소화 하며, 간단한 구성으로 메탄가스 생성장치의 설치가 가능한 효과가 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 메탄가스 생성장치를 도시한 사시도이고, 도3a,b는 각각 본 발명에 따른 메탄가스 생성장치를 도시한 단면도이며, 도4는 본 발명에 따른 메탄가스 생성장치의 전체 흐름도이다.

본 발명은, 하부를 향하여 축소되는 직경을 갖는 외부수조(300)의 내측에 상향류를 형성하도록 이송스크류(510)가 구비되면서 히팅유니트(530)가 구비되는 내부수조(500)가 구비된다.

이때, 상기 히티유니트(530)는, 외부수조와 이송스크류등에 설치되어도 좋다.

그리고, 상기 외부수조(300)는, 상부에 상기 이송스크류(510)를 구동하는 구 동모터(513)가 연결된다.

더하여, 상기 외부수조(300)는, 상부에 가스배출관(310)가 연결되어 배출되는 가스를 제1필터유니트(610)에 공급토록 하고, 상기 제1필터유니트(610)의 일측에 제2필터유니트(630)가 구비된다.

또한, 상기 제2필터유니트(630)를 통과한 메탄가스에 의해 구동되는 보일러(650)가 더 설치되고, 상기 보일러(650)에서 공급되는 온수를 내부수조(500)등에 공급토록 분배기(670)가 설치된다.

그리고, 상기 내부수조(500)의 저면에는 일방향으로의 유체흐름을 형성토록 첵밸브판(550)이 더 구비될 수 있으고, 상기 히팅유니트(530)는 내부수조, 외부수조 또는 이송스크류중 어느 한 곳이상에서 열매가 이송되도록 설치되는 히팅코일(533)로서 이루어 진다.

이때, 상기 히팅코일(533)은 외부수조와 내부수조 및 이송스크류의 내외면에 밀착되거나 내장되는 구성으로 내부수조와 외부수조 및 이송스크류에 접촉되는 분뇨등에 열을 전달하게 된다.

더하여, 상기 제1필터유니트(610)는, 축소후 확대되는 팽창관(611)과 반사판(613) 및 분리관(615)으로 이루어 진다.

또한, 상기 제2필터유니트(630)는, 황토나 제오라이트등으로 이루어진 다공성 입자가 다층으로 적층된 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도4에서 도시한 바와같이, 본 발명은 투입구(I)를 개방하여 볏집, 왕겨,밀감외피,대두콩껍질,배추,양파등의 농업폐기물, 우분뇨,돈분뇨,계분,분뇨,하수오니,잔반등의 폐기물, 기타 톱밥, 미역등을 투입한다.

그리고, 상기 외부수조(300)의 내측에는 혐기성 조건하에서 메탄생성을 촉진하기 위한 메탄균, 가수분해균, 탈질세균, 황환원세균, 공생초산생성균 등이 투입된다.

이때, 상기 메탄균을 통하여 acetic acid, methanol, CO₂, formic acid를 기질로 메탄가스 생성하고, 가수분해균을 통하여 고분자 화합물을 저분자 화합물로 분해하며, 탈질세균을 통하여 질소화합물에서 N₂, NH₄ ⁺, N₂O 생성하고, 황환원세균을 통하여 환산염을 지질로 H₂S생성하며, 공생초산균생성균을 통하여 저급지방산등 C₃이상의 화합물을 이용하여 Acetic acid 생성한다.

계속하여, 상기 폐기물이 투입된 외부수조(300)의 투입구(I)를 닫아 혐기성조건을 만족시키도록 한다.

그리고, 상기 외부수조(300)에 폐기물을 투입할 때에는 구동모터(513)를 회전시켜 이송스크류(510)를 회전시키게 되고, 상기 이송스크류(510)의 회전시 외부수조(300)에 저장되는 폐기술이 히팅유니트(530)가 구비되는 내부수조(500)를 통과하면서 가열되어 일정한 온도조건을 형성하게 된다.

이때, 상기 내부수조(500)는 그 내경측 및 이송스크류(510)가 히팅유니트(530)에 의해 발열토록 되므로써 최소의 량의 폐기물을 내부수조의 상부로 연속하여 이송시킬 때 신속한 열전달이 가능토록 된다.

이상과 같은 이송스크류(510)의 반복적인 이송 동작을 통하여 외부수조(300)에 충진되는 폐기물 전체를 최소의 에너지 소비에 의해 일정한 온도를 유지시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 내부수조의 내측에서 최소의 크기를 갖는 이송스크류(510)를 통하여 폐기물 전체를 교반시킬 수 있어 적은 동력을 구동모터로서 폐기물 전체의 교반이 가능토록 된다.

이때, 상기 히팅유니트(530)에 공급되는 열매는 폐기물에 의해 발생되는 매탄가스를 열원으로 하여 구동되는 보일러(650)에서 공급된다.

이상과 같은 조건하에서 수분및 불필요 가스가 포함된 메탄가스가 발생되면 먼저 상기 메탄가스를 가스배출관(310)을 통하여 제1필터유니트(610)에 공급하여 수증기를 분리포집토록 한다.

이때, 상기 제1필터유니트(610)는, 축소후 확대되는 팽창관(611)을 통하여 미립자의 수분을 액화되거나 반사판(613)에 충돌되면서 충돌에너지에 의해 액화되어 분리토록 되고, 기체상태의 가스만이 분리관(615)을 통하여 포집되어 배출토록 된다.

또한, 상기 반사판(613)에는 수산화2철이 침전되는 침전시트(613a)를 통하여 황화수소가스의 흡수토록 한다.

그리고, 상기 제1필터유니트(610)에 의해 수증기와 기타 불순물이 1차 포집된 메탄가스는 황토나 제오라이트등의 다공성 입자가 다층으로 적층된 제2필터유니트(630)를 통과하면서 불순물이 제거된다.

또한, 상기 제2필터유니트(630)를 통과한 메탄가스는 보일러(650)에 공급되어 열원으로 사용되며, 상기 보일러(650)는 온수를 내부수조(500)등에 공급하기 위한 분배기(670)가 연결되어 혐기성조건하에서 일정한 반응조건을 조성하기 위한 외부 또는 내부수조의 가열 열원으로 사용된다.

한편, 상기 내부수조(500)는 이송스크류(510)을 정회전 및 역회전시켜 외부수조에서 내부수조로 향하거나 외부수조에서 내부수조로 향하는 분료의 흐름을 조절할 수 있으나 그 저면에 첵밸브판(550)을 설치하면 내부수조에서 외부수조로만 향하는 분뇨의 흐름만을 형성토록 하게 된다.

이상과 같은 구성을 통하여 분뇨등이 포함되는 유기성 폐기물을 최소의 동력으로 교반하면서 신속하게 가열하도록 하여 메탄가스 생성을 위한 에너지의 소비를 최소화 하는 것이다.

도1은 종래의 메탄가스 생성장치를 도시한 단면도이다.

도2는 본 발명에 따른 메탄가스 생성장치를 도시한 사시도이다.

도3a,b는 각각 본 발명에 따른 메탄가스 생성장치를 도시한 단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 메탄가스 생성장치의 전체 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

300...외부수조 500...내부수조

510...이송스크류 530...히팅유니트

610...제1필터유니트 630...제2필터유니트

650...보일러

Claims

투입구(I)및 가스배출관(310)을 갖는 밀폐구조의 외부수조(300) 내측으로

상승류를 형성하여 분뇨가 오버플로워 되도록 이송스크류(510)가 구비되면서 히팅유니트(530)가 구비되는 내부수조(500)가 구비되어 분뇨의 교반과 가열이 동시에 이루어 지도록 하는 구성으로 이루어진 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치
제1항에 있어서, 상기 외부수조(300)는, 상부에 이송스크류(510)를 구동하는 구동모터(513)가 연결되며, 가스배출관(310)에 연결되어 배출되는 가스를 제1필터유니트(610) 또는 제2필터유니트(630)에 통과시키도록 하는 것을 특징으로 하는 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치
제2항에 있어서, 상기 제2필터유니트(630)는, 그 일측에 메탄가스에 의해 구동되면서 분배기(760)를 갖는 보일러(650)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치
제2항에 있어서, 상기 제1필터유니트(610)는, 축소후 확대되는 팽창관(611)과 반사판(613) 및 분리관(615)으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치
제1항에 있어서, 상기 내부수조(500)는, 저면에 일방향으로의 유체흐름을 형성토록 첵밸브판(550)이 구비되는 것을 특징으로 하는 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치
제2항에 있어서, 상기 제2필터유니트(630)은, 황토나 제오라이트로 이루어진 다공성 입자가 다층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 분뇨와 동/식물성 폐기물을 이용한 메탄가스 발생장치