KR20120055076A - 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치에 관한 것으로, 축산 폐수를 포함하는 축산 폐기물(10)을 공급받아 저장함과 동시에 혐기성 발효를 진행시키는 혐기성 소화조(110);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상부에 설치되는 외부 가스저장조 보호시설(120);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상부의 상기 외부 가스저장조 보호시설(120) 안쪽에 설치되며, 그 하부에는 상기 혐기성 소화조(110)의 내벽에 간격(132)을 두고 연접하도록 하여 상기 혐기성 소화조(110)에 저장된 축산 폐기물(10)의 수면 아래로 잠기도록 하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 바이오 가스(20)와 외기가 서로 밀폐되도록 하는 수봉 밀폐부(131)가 형성되어 있는 내부 가스 저장조(130);와, 상기 내부 가스 저장조(130)에 발효되어 저장된 바이오 가스(20)가 배출되는 바이오 가스 배출관(133);과, 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 축산 폐기물(10)을 교반하는 교반 장치(140);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상단에 설치되어 상기 혐기성 소화조(110)에서 발효되어 처리된 처리수(30)를 배출하는 처리수 배출 장치 (160); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치(100)에 관한 것이다.
본 발명에 의하는 경우, 기존의 가축 분뇨 저장소에 저비용으로 간단한 장치를 추가하는 것만으로도, 축산 폐기물 저장조, 가스 저장소 및 발효조 등을 별도로 설치할 필요 없이 하나로 통합된 일체형 바이오 가스 장치를 제공하는 것이 가능하여 설치 장소의 제약이나 시공상의 불편함 및 비용 증가의 문제를 해결할 수 있는 것은 물론, 복잡한 시공의 필요 없이 수봉 밀폐 방식을 통하여 외기와 바이오 가스 발생부 사이를 효과적으로 밀봉하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 축산농가의 안정적인 가축분뇨처리뿐만 아니라, 가축분뇨를 이용하여 자원화하는 것이 가능하며, 처리 부산물인 메탄가스의 이용은 신재생에너지로서 자원적인 측면에서도 이바지할 수 있어 온실가스 저감기술 개발, 에너지 효율 개선, 신.재생에너지 기술개발에 이바지할 수 있다.

Description

일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치{Bio-Gas facilities}
본 발명은 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치에 관한 것으로, 축산 폐수를 포함하는 축산 폐기물(10)을 공급받아 저장함과 동시에 혐기성 발효를 진행시키는 혐기성 소화조(110);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상부에 설치되는 외부 가스저장조 보호시설(120);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상부의 상기 외부 가스저장조 보호시설(120) 안쪽에 설치되며, 그 하부에는 상기 혐기성 소화조(110)의 내벽에 간격(132)을 두고 연접하도록 하여 상기 혐기성 소화조(110)에 저장된 축산 폐기물(10)의 수면 아래로 잠기도록 하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 바이오 가스(20)와 외기가 서로 밀폐되도록 하는 수봉 밀폐부(131)가 형성되어 있는 내부 가스 저장조(130);와, 상기 내부 가스 저장조(130)에 발효되어 저장된 바이오 가스(20)가 배출되는 바이오 가스 배출관(133);과, 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 축산 폐기물(10)을 교반하는 교반 장치(140);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상단에 설치되어 상기 혐기성 소화조(110)에서 발효되어 처리된 처리수(30)를 배출하는 처리수 배출 장치 (160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치(100)에 관한 것이다.
일반적으로, 축산 농가 등에서 발생하는 축산폐수를 포함하는 축산 폐기물의 처리를 위해서는, 축산 폐기물을 저장하는 축산 폐기물 저장조, 가스 저장소 및 발효조 등을 별도로 설치하는 분리형 바이오 가스 장치가 주로 사용되어 왔다. 특히, 20212년 이후부터는 축산 폐수 등의 해양 투기가 금지되고 기온 변화 협약 등의 국제적 흐름에 대처하기 위해서도 이러한 축산 폐기물의 바이오 가스처리장치가 근래 들어 각광받고 있다.
그러나 이러한 분리형 바이오 가스 발생 장치는 주로 대규모 축산 폐기물 처리에 적합한 시설로 개발되어 왔기에, 대규모 축산업체 등에서 설치하여 운용하는 데 있어서는 비교적 접합할 수 있었으나, 일반적으로 사육 두수가 몇 백두 이하인 중/소규모 축산 농가에서 설치하여 운영하기에는 그 설치 면적이 크고 설치 비용 및 운용 비용이 막대하다는 문제점이 있었다.
또한, 축산 폐기물 저장조나 발효조는 악취를 포함하며 가연성인 바이오 가스가 외기로 누출되는 것을 방지하여야 한다는 그 특성상 밀폐 구조가 요구되는데, 이러한 밀폐 구조의 축산 폐기물 저장조나 발효조를 제작하기 위해서는 그 구성이 복잡하고 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있었다. 또한, 상기한 바와 같은 밀폐식 구조의 축산 폐기물 저장조나 발효조온도 내부의 온도나 압력의 변화를 어느 정도 일정하게 유지하기 위해서는 부수적으로 비교적 복잡한 시설이 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 기존 발명의 문제점을 해결하여, 기존의 가축 분뇨 저장소에 저비용으로 간단한 장치를 추가하는 것만으로도 축산 폐기물 저장조, 가스 저장소 및 발효조 등을 별도로 설치할 필요 없이 하나로 통합된 일체형 바이오 가스 장치를 제공하는 것이 가능하여 설치 장소의 제약이나 시공상의 불편함 및 비용 증가의 문제를 해결할 수 있는 것은 물론, 복잡한 시공의 필요 없이 수봉 밀폐 방식을 통하여 외기와 바이오 가스 발생부 사이를 효과적으로 밀봉하는 것이 가능하도록 하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 축산농가의 안정적인 가축분뇨처리뿐만 아니라, 가축분뇨를 이용하여 자원화하는 것이 가능하며, 처리 부산물인 메탄가스의 이용은 신재생에너지로서 자원적인 측면에서도 이바지할 수 있어 온실가스 저감기술 개발, 에너지 효율 개선, 신.재생에너지 기술개발에 이바지할 수 있도록 하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치는, 축산 폐수를 포함하는 축산 폐기물(10)을 공급받아 저장함과 동시에 혐기성 발효를 진행시키는 혐기성 소화조(110);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상부에 설치되는 외부 가스저장조 보호시설(120);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상부의 상기 외부 가스저장조 보호시설(120) 안쪽에 설치되며, 그 하부에는 상기 혐기성 소화조(110)의 내벽에 간격(132)을 두고 연접하도록 하여 상기 혐기성 소화조(110)에 저장된 축산 폐기물(10)의 수면 아래로 잠기도록 하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 바이오 가스(20)와 외기가 서로 밀폐되도록 하는 수봉 밀폐부(131)가 형성되어 있는 내부 가스 저장조(130);와, 상기 내부 가스 저장조(130)에 발효되어 저장된 바이오 가스(20)가 배출되는 바이오 가스 배출관(133);과, 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 축산 폐기물(10)을 교반하는 교반 장치(140);와, 상기 혐기성 소화조(110)의 상단에 설치되어 상기 혐기성 소화조(110)에서 발효되어 처리된 처리수(30)를 배출하는 처리수 배출 장치 (160); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혐기성 소화조(110) 내부에 설치되는 열 교환기(150);와, 상기 바이오 가스 배출관(133)으로부터 공급되는 상기 바이오 가스(20)를 연료로 이용하여 작동하는 보일러(152) 및 상기 보일러(152)에서 공급되는 온수를 상기 열 교환기(150)로 공급하는 가온 장치(151); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 교반 장치(140)는, 상기 바이오 가스 배출관(133)으로부터 공급되어 가스 교반용 밸브(141)를 통하여 공급되는 상기 바이오 가스(20)를 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 상기 축산 폐기물(10)로 공급하여 교반하는 기체 교반 방식을 더 수행하도록 하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 가스 저장소(130)에 연결되어 상기 내부 가스 저장소(130)에 내부의 압력을 측정하는 가스 저장소 용량계(135)와, 상기 혐기성 소화조(110)로 공급되는 상기 축산 폐기물(20)의 순간유량,적산유량,일일유량을 측정하여 기록할 수 있는 유입유량계(137)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하는 경우, 기존의 가축 분뇨 저장소에 저비용으로 간단한 장치를 추가하는 것만으로도, 축산 폐기물 저장조, 가스 저장소 및 발효조 등을 별도로 설치할 필요 없이 하나로 통합된 일체형 바이오 가스 장치를 제공하는 것이 가능하여 설치 장소의 제약이나 시공상의 불편함 및 비용 증가의 문제를 해결할 수 있는 것은 물론, 복잡한 시공의 필요 없이 수봉 밀폐 방식을 통하여 외기와 바이오 가스 발생부 사이를 효과적으로 밀봉하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 축산농가의 안정적인 가축분뇨처리뿐만 아니라, 가축분뇨를 이용하여 자원화하는 것이 가능하며, 처리 부산물인 메탄가스의 이용은 신재생에너지로서 자원적인 측면에서도 이바지할 수 있어 온실가스 저감기술 개발, 에너지 효율 개선, 신.재생에너지 기술개발에 이바지할 수 있다.
도 1: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치의 구성을 나타내는 블록 다이어그램
도 2: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 3: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치의 수봉 밀폐부의 작동을 나타내는 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 축산폐기물 바이오가스 장치를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 크게, 혐기성 소화조(110), 외부 가스저장조 보호시설(120), 내부 가스 저장조(130), 교반 장치(140) 및 처리수 배출 장치 (160)를 포함하여 구성된다.
먼저, 혐기성 소화조(110)에 관하여 설명한다. 상기 혐기성 소화조(110)는 축산 폐수를 포함하는 축산 폐기물(10)을 공급받아 저장함과 동시에 혐기성 발효를 진행시키는 기능을 가진다.
다음으로, 외부 가스저장조 보호시설(120)에 관하여 설명한다. 상기 외부 가스저장조 보호시설(120)은 도 2에 도시한 것과 같이 상기 혐기성 소화조(110)의 상부에 설치되어 후술할 내부 가스 저장조(130)를 보호함과 동시에 추가적으로 상기 혐기성 소화조(110)를 밀폐하는 기능을 가진다.
다음으로, 내부 가스 저장조(130)에 관하여 설명한다. 상기 내부 가스 저장조(130)는 도 2에 도시한 것과 같이 상기 혐기성 소화조(110)의 상부의 상기 외부 가스저장조 보호시설(120) 안쪽에 설치되어, 상기 혐기성 소화조(110)에서 발생한 바이오 가스(20)를 포집하여 저장하는 기능을 가진다. 상기 내부 가스 저장조(130)의 하부에는 도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이 상기 혐기성 소화조(110)의 내벽에 간격(132)을 두고 연접하도록 하여 상기 혐기성 소화조(110)에 저장된 축산 폐기물(10)의 수면 아래로 잠기도록 하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 바이오 가스(20)와 외기가 서로 밀폐되도록 하는 수봉 밀폐부(131)가 형성되어 있다. 따라서, 별도의 복잡한 구성을 가지는 밀폐구조의 장치를 설치할 필요 없이도, 상기 축산 폐기물(10)의 수면에 의해 상기 내부 가스 저장조(130)의 내부는 외기와 차단되어, 악취 및 가연성을 가지는 상기 바이오가스(20)의 외부로의 누출을 방지할 수 있다. 또한, 상기 내부 가스 저장조(130)는 내부에 포집되어 저장된 상기 바이오 가스(20)의 압력에 의해 지지되며 상기 축산 폐기물(10)의 수면에 떠 있게 되므로, 상기 축산 폐기물(10)의 수면이 작동 범위에서 상/하로 변동되더라도, 함께 상/하로 이동하며 밀폐상태를 유지할 수 있다. 한편, 상기 내부 가스 저장조(130)는 내부의 상기 바이오가스(20)의 압력에 의하여 자연적으로 그 구조가 형성되고 지지되는 멤브레인(membrane) 구조를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 내부 가스 저장조(130)에는 도 2에 도시한 것과 같이 상기 내부 가스 저장조(130)에 발효되어 저장된 바이오 가스(20)가 배출되는 바이오 가스 배출관(133)이 연결되어, 발생할 바이오 가스를 후술할 보일러(152)의 연료로 사용하거나 기체 교반 방식의 교반장치(140)를 작동시키는 것은 물론, 다른 외부 장치의 연료로 사용하거나 판매될 수도 있다.
한편, 상기 혐기성 소화조(110) 내지 상기 내부 가스 저장조(130)를 포함하는 구성은, 기존에 축산 농가 등에서 사용하고 있던 축산 폐기물 저장조를 그대로 사용하면서, 상부에 상기 외부 가스저장조 보호시설(120) 및 상기 내부 가스 저장조(130)를 설치하도록 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 혐기성 소화조(110) 내부에는 도 2에 도시한 것과 같이 열 교환기(150)가 설치되며, 상기 바이오 가스 배출관(133)으로부터 공급되는 상기 바이오 가스(20)를 연료로 이용하여 작동하는 보일러(152) 및 상기 보일러(152)에서 공급되는 온수를 상기 열 교환기(150)로 공급하는 가온 장치(151)를 더 포함하여 구성되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 가온 장치(151)를 통하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 상기 축산 폐기물(10)은 일정한 온도를 유지하며 효율적으로 발효되는 것이 가능하다. 이 경우 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 상기 축산 폐기물(10)의 온도는 혐기성 발효에 관여하는 세균이나 박테리아의 특성에 따라 다양한 온도 범위 중에서 선택되는 것이 가능하며, 일반적으로 35℃~40℃의 온도범위에서 진행되는 중온 발효를 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 교반장치(140)에 관하여 설명한다. 상기 교반 장치(140)는 도 2에 도시한 것과 같이, 상기 혐기성 소화조(110) 내부에 설치되어 상기 축산 폐기물(10)을 교반하여 발효 효율을 높이는 기능을 가진다. 상기 교반장치(140)는 기계적 교반 방식을 사용하는 것도 물론 가능하나, 별도의 동력이나 전원의 공급이 필요하지 않도록 상기 바이오 가스 배출관(133)으로부터 공급되어 가스 교반용 밸브(141)를 통하여 공급되는 상기 바이오 가스(20)를 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 상기 축산 폐기물(10)로 공급하여 교반하는 기체 교반 방식을 더 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 내부 가스 저장소(130)에는 도 2에 도시한 것과 같이, 상기 내부 가스 저장소(130)와 연결되어 상기 내부 가스 저장소(130)에 내부의 압력을 측정하는 가스 저장소 용량계(135)가 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2에 도시한 것과 같이 상기 혐기성 소화조(110)로 공급되는 상기 축산 폐기물(20)의 순간유량,적산유량,일일유량을 측정하여 기록할 수 있는 유입유량계(137)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 처리수 배출 장치 (160)에 관하여 설명한다. 상기 처리수 배출 장치 (160)는 도 2에 도시한 것과 같이 상기 혐기성 소화조(110)의 상단에 설치되어 상기 혐기성 소화조(110)에서 발효되어 처리된 처리수(30)를 배출하는 기능을 가진다. 이러한 상기 처리수 배출 장치 (160)에 의하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 상기 축산 폐기물(10)은 일정한 수위를 유지하는 것이 가능하다. 한편, 발효가 완료되어 상기 처리수 배출 장치 (160)를 통하여 배출된 상기 축산 폐기물(10)의 처리수(30)는 액체비료 등으로 이용하는 것이 바람직하다.
도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치
110: 혐기성 소화조
120: 외부 가스저장조 보호시설
130: 내부 가스 저장조
131: 수봉 밀폐부 135: 가스 저장소 용량계
137: 유입유량계
140: 교반 장치 141: 가스 교반용 밸브
150: 열교환기 151: 가온 장치
152: 보일러 153: 가온 펌프
160: 처리수 배출장치

Claims (3)

  1. 축산 폐수를 포함하는 축산 폐기물(10)을 공급받아 저장함과 동시에 혐기성 발효를 진행시키는 혐기성 소화조(110);
    상기 혐기성 소화조(110)의 상부에 설치되는 외부 가스저장조 보호시설(120);
    상기 혐기성 소화조(110)의 상부의 상기 외부 가스저장조 보호시설(120) 안쪽에 설치되어 발생한 바이오 가스(20)를 포집하여 저장하며, 그 하부에는 상기 혐기성 소화조(110)의 내벽에 간격(132)을 두고 연접하도록 하여 상기 혐기성 소화조(110)에 저장된 축산 폐기물(10)의 수면 아래로 잠기도록 하여 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 바이오 가스(20)와 외기가 서로 밀폐되도록 하는 수봉 밀폐부(131)가 형성되어 있는 내부 가스 저장조(130);
    상기 내부 가스 저장조(130)에 발효되어 저장된 바이오 가스(20)가 배출되는 바이오 가스 배출관(133);
    상기 혐기성 소화조(110) 내부의 축산 폐기물(10)을 교반하는 교반 장치(140);
    상기 혐기성 소화조(110)의 상단에 설치되어 상기 혐기성 소화조(110)에서 발효되어 처리된 처리수(30)를 배출하는 처리수 배출 장치 (160); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치(100).

  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혐기성 소화조(110) 내부에 설치되는 열 교환기(150);
    상기 바이오 가스 배출관(133)으로부터 공급되는 상기 바이오 가스(20)를 연료로 이용하여 작동하는 보일러(152) 및 상기 보일러(152)에서 공급되는 온수를 상기 열 교환기(150)로 공급하는 가온 장치(151); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치(100).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 교반 장치(140)는, 상기 바이오 가스 배출관(133)으로부터 공급되어 가스 교반용 밸브(141)를 통하여 공급되는 상기 바이오 가스(20)를 상기 혐기성 소화조(110) 내부의 상기 축산 폐기물(10)로 공급하여 교반하는 기체 교반 방식을 더 수행하도록 하는 것을 포함하며,
    상기 내부 가스 저장소(130)에 연결되어 상기 내부 가스 저장소(130)에 내부의 압력을 측정하는 가스 저장소 용량계(135);
    상기 혐기성 소화조(110)로 공급되는 상기 축산 폐기물(20)의 순간유량,적산유량,일일유량을 측정하여 기록할 수 있는 유입유량계(137);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 혐기성 소화 바이오가스 장치(100).
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