KR20130053830A - Fermentation keg or fermentation room - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양열과 폐열을 이용한 혐기성 수소발효 또는 혐기성 메탄발효를 하는 것으로 보다 상세하게는 사람의 배설물, 음식물쓰레기, 동물의 분뇨, 낙엽, 기타의 유기물을 발효 숙성시켜 수소가스, 메탄가스 등의 에너지원을 얻는 것으로 태양열 집열관과 열교환기 방열파이프 내부에 충진된 열매체를 순환시켜 태양열에 의한 온수를 열교환기에서 방열하여 축열탱크에 저장하고 비오는 날이나 야간 동절기에는 사용 후 버리는 폐수열과 지열 공기 열원을 이용하여 히터 펌프의 증발 열교환기에 열을 흡수하여 축열탱크 내부 응축기 방열기 열을 방열하여 축열탱크의 온수를 혐기성 수소발효 또는 혐기성 메탄발효를 시키는데 사용하는 것으로 화석에너지를 사용하지 않고 신생에너지 및 재생에너지를 이용하여 발효시키는 것이다.The present invention is anaerobic hydrogen fermentation or anaerobic methane fermentation using solar heat and waste heat, and more specifically, human waste, food waste, animal manure, deciduous leaves, and other organic substances by fermentation and aging to produce energy such as hydrogen gas and methane gas. By circulating the heat medium filled inside the solar heat collecting tube and heat exchanger heat dissipation pipe, heat is dissipated from the heat exchanger and stored in the heat storage tank, and the waste water heat and geothermal air heat sources that are discarded after use on rainy days or winter nights. It absorbs heat into the evaporative heat exchanger of the heater pump and dissipates heat from the condenser radiator inside the heat storage tank to use the hot water of the heat storage tank for anaerobic hydrogen fermentation or anaerobic methane fermentation. Fermentation by use.
본 발명은 태양열, 기타의 인위적 가열을 하지 않는 열을 이용하는 여러 가지 방법이 있을 수 있으며, 어떤 경우에든 본 발명의 혐기성 수소발효 또는 혐기성 메탄발효를 일으켜 가스를 생산할 수 있기만 하면 본 발명에 해당된다 할 것이다. 혐기성 메탄발효는 그 발효 및 숙성에 있어서 15일에서 90일 동안을 내용물이 30℃∼70℃가 되도록 가열해 주어야 한다.The present invention may have various methods using solar heat and other heat without artificial heating, and in any case, the gas may be produced as long as the gas can be produced by producing anaerobic hydrogen fermentation or anaerobic methane fermentation. will be. Anaerobic methane fermentation should be heated in the fermentation and fermentation for 15 to 90 days so that the content is 30 ℃ to 70 ℃.
이는 에너지가 너무 많이 들어 발생되는 가스보다 들어가는 연료비가 더 많이 들어 배보다 배꼽이 더 크다.This is because the belly button is bigger than the stomach because it costs more fuel to enter than the gas generated due to too much energy.
혐기성 수소발효는 8일 정도만 내용물이 30℃∼70℃가 되도록 가열하면 되지만 발효과정에서 부산물로 생성되는 유기산은 다시 메탄 발효시켜야 함으로, 또한 8일 동안 가열하는 연료비도 만만찮다. 이 때문에 음식물등 유용한 자원을 쓰지 못하고 먼 바다에 버려 왔다. 이에 본인이 음식물쓰레기를 동물의 사료로 쓰는 것을 특허 출원함으로서 음식물쓰레기를 사료로 쓰게 되었다. 그러나 사람의 배설물, 동물의 분뇨, 낙엽, 기타의 유기물들은 처리할데도 마땅치 않다. 그래서 착안한 것이 "태양에너지, 지열, 주변의 온도, 내용물이 숙성하여 미생물이 활동하기 좋은 상태가 되는 것, 폐기되는 열, 기타의 인위적 가열을 하지 않는 것"이며 이에 대하여 사람의 똥, 오줌을 이용하는 방법(10-2008-0063822 10-2008-0100451 ) 및 음식물쓰레기를 이용하는 방법(10-2008-0063821, 10-2008-0100452)이라는 제목으로 특허 출원한 바 있다.Anaerobic hydrogen fermentation only needs to be heated so that the contents are 30 ° C. to 70 ° C. only for about 8 days, but organic acids generated as by-products during fermentation must be fermented again with methane, and fuel costs for heating for 8 days are also significant. Because of this, they could not use food and other useful resources and threw them away from the sea. He has now applied for a patent on the use of food waste as animal feed. But human waste, animal manure, fallen leaves, and other organic matter are not suitable for disposal. So the idea is "solar energy, geothermal heat, ambient temperature, the contents are mature, and the microorganisms are in good working condition, the heat that is discarded, and other artificial heating is not done." Patents have been filed under the heading Method (10-2008-0063822 10-2008-0100451) and Method of using food waste (10-2008-0063821, 10-2008-0100452).
상기와 같이 출원한 것에 대한 일례로서 태양에너지, 폐수열, 지열, 공기열원 등을 이용함으로서 시설할 때 이외에는 비용이 별로 들지 않는 방법을 찾은 것이다.As an example of the filing as described above, by using solar energy, wastewater heat, geothermal heat, air heat source, etc., a method that does not cost very much except when installed is found.
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사람의 배설물, 음식물쓰레기, 동물의 분뇨, 낙엽 기타의 유기물을 가연성 연료를 사용하지 않고 처리할 수 있어 경제적으로 에너지 절약을 할 수 있으며, 이제까지 먼 바다에 버려왔던 유기성 폐기물들을 친환경적으로 처리할 뿐아니라 막대한 가스에너지를 생산함으로서 국민 경제에 엄청난 이익을 줄 뿐만아니라 사람이 먹다버린 음식물, 먹고 싼 똥까지도 모두 에너지로 쓰게 됨으로 사람이 실제적으로도 가치를 가지게 되어 인간을 존엄하게 한다.Human waste, food waste, animal manure, leaves and other organic materials can be processed without the use of flammable fuels, resulting in economical energy savings, as well as environmentally friendly disposal of organic wastes that have been discarded in the far seas. By producing enormous gas energy, it not only brings enormous profits to the national economy, but also the foods that humans have eaten and the cheap shit that they eat are used as energy.
도면 1은 본 발명의 태양열과 폐열을 이용한 혐기성 발효시스템의 전체 구성도이다.
도면 2는 본 발명의 발효통 또는 발효방의 사시 투시도이다.1 is an overall configuration of the anaerobic fermentation system using the solar heat and waste heat of the present invention.
2 is a perspective view of the fermentation keg or fermentation room of the present invention.
본 발명에 이용되는 태양에너지, 폐열등을 이용하는 것의 일례를 설명하면,An example of using solar energy, waste heat and the like used in the present invention will be described.
태양열을 흡수하는 진공관 집열기(10) 20개를 병열로 조립하여 한 개의 유니트(unit)한 집열기에 열매체를 순환시키는 순환펌프(Pa), 집열된 열을 냉수에 방열하는 열교환기(20), 열교환기 온수를 축열탱크로 이송하는 열교환기 온수 순환펌프(Pb), 열교환기 열을 축열하는 축열탱크(30), 비오는 날이나 야간 동절기에는 사용 후 버리는 폐수열과 지열, 공기열원을 이용한 히터펌프(40) 축열탱크 내부 응축기 방열기(33), 팽창밸브(41), 저온 냉매순환을 원활하게 조정하는 자동밸브(42), 가압센스(43), 증발열교환기(44), 증발관(45) 폐수열 방열관(46), 공기열 및 지열 흡수팬(47), 열매체(48), 발효통, 또는 발효방(36), 발효용 방열파이프(37), 발효용 열교환파이프(38), 발효통(방) 온수 순환펌프(Pc), 냉수수조탱크(Ba), 열교환기 열매체 보충탱크(Bb), 증발기 열매체 보충탱크(Bc), 폐수열 저장탱크(Bd), 발효용 보충수탱크(Be), 밸브(Va, Vb), 온도감지센스(Ca, Cb, Cc)에 의한 상기의 시스템을 자동제어하는 자동장치(50)에 의하여 무인으로 가동할 수 있도록 설치됨을 특징으로 한다.A circulating pump (Pa) for assembling 20 vacuum tube collectors (10) absorbing solar heat in parallel and circulating a heat medium in one unit collector, a heat exchanger (20) for radiating the collected heat to cold water, and heat exchange Heat exchanger hot water circulating pump (Pb) to transfer the hot water to the heat storage tank, heat storage tank (30) to heat storage heat exchanger heat, waste water heat and geothermal heat, air heat source using the waste heat (40) ) Heat storage tank heat condenser radiator (33), expansion valve (41), automatic valve (42), pressure sense (43), evaporative heat exchanger (44), evaporation pipe (45) to smoothly control low temperature refrigerant circulation (46), air heat and geothermal absorption fan (47), heat medium (48), fermentation vessel or fermentation chamber (36), heat dissipation pipe (37) for fermentation, heat exchange pipe (38) for fermentation, fermentation vessel (room) hot water circulation pump (Pc), cold water tank (Ba), heat exchanger heat medium supplement tank (Bb), evaporator heat medium supplement tank (Bc) By the
또한 태양열을 흡수하는 진공관 집열기(10) 20개를 병렬로 조립하여 한 개의 유니트(unit)로 한다.In addition, 20
상기 시스템에 있어서 태양열 진공관 집열기(10), 내부 진공관 유리(14), 외벽에 Copper Metal Layer(13)을 하여 가열층을 하고, 중간에 aluminium metal powder coding(12)을 하여 반사 방지층을 하고, 외면에 carbon metal powder coding(11)을 하여 빛을 흡수하는 검은색의 내부구성물을 둘러 싼 형태로 이루어져 있어서 320℃ 이상의 고온의 온실효과를 일으킨다. 빛이 집열관(10) 속으로 들어오면, 이것은 carbon 내부에 부딪혀 적외선으로 바뀌는데, 적외선을 투명 층을 통과하지 못하므로 내부는 점점 고온으로 뜨거워진다. 이렇게 뜨거워진 내부에는 열을 흡수했다가 금속 동파이프(15)에 원동으로 전달하는 열매체를 가열하여 열교환기(20)와 연속적으로 순환하여 냉수를 온수로 온도를 올리는 구조와 태양열 진공관(10)과 금속 동파이프관(15)은 분리 조립구조로 우박 외부파손 등에 유리진공관이 파손이 되어도 시스템 가동은 정상적으로 되고, 가동중에도 진공관 집열기를 간단하게 교체할 수 있다.In the above system, the solar
상기 처리과정에 있어서 열교환기(20), 내부 방열관(21), 내부에 충진된 열매체는 열매체 순환펌프(Pa)가 가동되면서 열교환기 배출구(22)로 배출되어 진공관 집열기(10), 동파이프 내부관(16), 흡입구(17)로 1kgf/㎠ 압력으로 상부에서 하부로 들어가 진공관 집열기(10), 동파이프 외부관(15), 하부에서 열매체가 회전(U turn)하여 상부로 올라오면서 집열관 내부의 열을 흡수한 열매체가 금속 동파이프 외부관(15), 온수배출구(18)로 나와서 열교환기(20), 흡입구(24)로 들어가 열교환기(20), 내부방열관(21)을 과열하여 열교환기(20) 내부의 냉수의 온도를 올린다.In the treatment process, the
또한 연속 가동에 있어서 열매체가 증발하면 증발한 양만큼 열매체 보충탱크(Bb)에서 열매체 순환펌프(Pa) 흡입구로 들어가 자동으로 보충된다.In the continuous operation, when the heat medium evaporates, the heat medium is automatically replenished by entering the heat medium circulation pump Pa inlet from the heat medium supplement tank Bb by the evaporated amount.
급탕의 주된 용수는 지하수로 평균온도가 18℃정도로 용출되고 이는 바로 냉수수조 탱크(Ba)에 저장되어 냉수수조탱크(Ba)의 냉수는 열교환기(20)의 주입구(23)로 공급한다.The main water of the hot water is ground water, and the average temperature is about 18 ° C., which is immediately stored in the cold water tank tank Ba to supply the cold water of the cold water tank tank Ba to the
냉수 공급량은 축열탱크(30)의 배출구(Da)로 온수 사용량만큼 냉수가 자동으로 부총된다.Cold water supply is automatically discharged cold water by the amount of hot water to the outlet (Da) of the heat storage tank (30).
상기 처리과정에 있어서 열교환기(20) 내부의 온수는 열교환기 온수 순환펌프(Pb)가 온도감지센서(Ca)에 감지되어 자동장치(50)에 의하여 가동되고, 온수는 열교환기(20)의 온수 순환배출구(25)로 배출되어 축열탱크(30) 주입구(31)로 들어가 축열탱크(30) 아래의 물은 축열탱크 배출구(32)로 배출되어 열교환기(20) 흡입구(26)로 들어가 연속적으로 가동하고, 열교환기(20)의 내부온도가 내려가면 온도감지센서(Ca)에 감지되어 자동장치(50)에 의하여 자동으로 정지한다.In the treatment process, the hot water inside the
상기 동작은 온도감지센서(Ca)의 온도 변화에 따라 자동으로 작동한다. 본 발명의 시스템에 있어서 발효는 발효통 또는 발효방(36) 내부 온도감지센서(Cc)에 감지되어 자동장치(50)에 의하여 발효통(방) 온수순환펌프(Pc)의 작동에 의하여 발효통 또는 발효방(36)의 바닥 발효용 방열파이프(37)로 순환하고, 발효통 또는 발효방(36)의 온도를 올리어 축열탱크(30), 발효통(방) 배출구(35)로 들어가 축열탱크(30) 내부의 열매체와 열교환하고 연속적으로 가동된다.The operation is automatically operated according to the temperature change of the temperature sensor Ca. In the system of the present invention, the fermentation vessel or fermentation chamber is sensed by the temperature sensor (Cc) inside the
상기 처리과정에서 발효를 연속적으로 가동하는 과정에서 발효용 물이 증발하면 증발된 양만큼 발효용 보충수 탱크(Be)에서 보충수가 공급된다.When the fermentation water is evaporated in the process of continuously operating the fermentation in the treatment process, supplementary water is supplied from the fermentation supplemental water tank Be by the amount of evaporated water.
상기 처리과정에서 비오는 날이나 동절기에 축열탱크(30) 내부 온수온도가 부족하면 축열 탱크내부에 설치된 온도감지센서(Cb)가 감지되어 자동장치(50)에 의해 히터펌프(40), 압축기(Mc)가 작동되고, 고온 고압의 기체 냉매가 응축기 방열기(33)로 압축하여 응축기 방열기(33)를 과열하여 방열하고 열교환기 탱크(30) 외부로 토출되면서 저온 고압의 액체 냉매로 팽창밸브(41)로 토출되어 저온 저압의 액체냉매로 히터펌프(40), 증발 열교환기(44)로 토출되어 저온 저압의 기체 냉매로 히터펌프 압축기(Mc)로 들어가 연속적으로 순환 가동되면서 열교환기 탱크(30)내의 물의 온도를 올린다.When the hot water temperature inside the
일반적으로 히터 펌프의 구성은 압축기, 증발기, 응축기, 팽창밸브로 구성하여 순환하는 냉매에 의해 목적물을 냉각 또는 냉동 및 가열시킬 수 있도록 구성되어 있는 것으로 실외측 열교환기로 유입되는 냉매는 액체상태이므로 액체상태의 냉매가 기체상태로 증발하는데 필요한 열은 외부의 공기로부터 취해진다.In general, the heater pump is composed of a compressor, an evaporator, a condenser, and an expansion valve to cool or freeze and heat a target object by a circulating refrigerant. The refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger is in a liquid state. The heat required for evaporation of the refrigerant in gaseous state is taken from the outside air.
이론상으로는 히터펌프는 사계절 모두 사용할 수 있다고 말할 수 있으나 동절기에 실외온도가 -15℃ 이하로 내려가면 사실상 사용이 어렵다.Theoretically, it can be said that the heater pump can be used in all four seasons, but when the outdoor temperature falls below -15 ℃ in winter, it is practically difficult to use.
왜냐하면 저압축 압력이 비정상적으로 낮아져 압축기의 효율이 급격히 저하되어 결국 히터펌프는 원활하게 작동하지 못하는 문제가 있었다.Because the low compression pressure is abnormally lowered, the efficiency of the compressor is sharply lowered and eventually the heater pump did not operate smoothly.
상기의 문제점을 보안하여 겨울철에도 히터 펌프의 작동을 원만하게 하기 위하여 팽창밸브(41)에서 토출되는 고압 저온의 액체냉매의 히터펌프 증발열교환기(44) 전단에서 가압센서(43)에 감지받아 자동장치(50)에 의하여 히터펌프(40)의 T관에 부착된 자동밸브(42)를 열어서 저온 고압의 기체 냉매를 히터펌프 압축기에(Mc) 주입하고 대기 온도가 상승하면 가압센스(43)가 작동하여 자동장치(50)에 의해 자동밸브(42)가 정지한다.The automatic device is detected by the
또한 히터펌프의 열효율을 높이기 위하여 상기와 같은 자동장치에 있어서 히터펌프 증발용 열교환기(44) 내부에 열매체(48)를 충진한다.In addition, in order to increase the thermal efficiency of the heater pump, the
열매체와 열교환을 효율적으로 하기 위한 온수사용 후 폐수의 폐열을 이용하기 위하여 폐수열탱크(Pd)가 설치되고, 폐수가 폐수열 방열관(46) 상부에서 하부로 내려가 폐수 배출 조절밸브(Vb)를 통과하여 폐수가 폐수배출구(Dr)로 보내진다.Waste water heat tank (Pd) is installed to use the waste heat of the waste water after the use of hot water for efficient heat exchange with the heat medium, and the waste water descends from the upper part of the waste water heat radiating pipe (46) and passes through the waste water discharge control valve (Vb). Wastewater is sent to the wastewater outlet Dr.
또는 폐수열 발생이 없을 때에는 공기열 및 지열을 이용한 팬(47)을 가동하여 히터펌프(40)의 가동 효율을 상승시키는 구조로 한다.Alternatively, when there is no wastewater heat generation, the
상긷와 같은 시스템에 있어서 히터펌프 증발용 열교환기 내부에 열매체가 충진되고 열매체에 폐수열과 공기열, 지열을 연속적으로 순환하여 가동하고 가압센스에 의한 자동밸브가 온도편차에 의해 자동으로 작동함으로 겨울철에 외기온도가 -15℃ 이하로 내려가도 히터 펌프 압축기(Mc)에 로드가 걸리지 않고 원활하게 작동함으로 히터 펌프 열효율을 상승할 수 있다.In the same system as above, the heat medium is filled inside the heat exchanger for evaporating the heater pump, and the heat medium is continuously operated by circulating waste water heat, air heat, and geothermal heat. Even when the temperature is lowered below -15 ° C, the heater pump compressor Mc may operate smoothly without being loaded, thereby increasing the heater pump thermal efficiency.
본 발명의 발효통 또는 발효방에 대해 설명하면,Referring to the fermentation barrel or fermentation room of the present invention,
발효통 또는 발효방(36)의 입구(63)로 사람의 배설물, 음식물쓰레기, 동물의 분뇨, 낙엽, 기타의 유기물을 넣고 혐기성 수소발효균을 투입하고 뚜껑(64)을 닫으면 발효통 또는 발효방(36)의 하부의 발효용 방열파이프(37)에 의해 발효통 또는 발효방(36)의 내부 전체가 덥혀져 발효가 일어나게 되며 먼저 수소가스가 발생한 다음 나중에 메탄가스가 발생하게 된다.Fermentation container or fermentation room (36) by placing human waste, food waste, animal manure, deciduous leaves, and other organic matter into the fermentation container or fermentation room (36), and adding anaerobic hydrogen fermentation bacteria and closing the lid (64). The entire fermentation vessel or
발효통 또는 발효방(36)의 외체 또는 벽면 및 뚜껑에는 단열재가 포함되어 있어 이것 자체가 축열의 기능을 갖고 있어 조금씩만 계속 덥혀 주어도 내부에 높은 온도를 유지할 수 있으며, 발생하는 가스는 가스포집통(60)에 모이게 된다.The outer body or the wall and the lid of the fermentation vessel or
10 : 진공관 집열기 20 : 열교환기
30 : 축열 탱크 33 : 응축기 방열기
36 : 발효통 또는 발효방 37 : 발효용 방열파이프
38 : 발효용 열교환파이프 40 : 히터펌프
41 : 팽창밸브 42 : 자동밸브
43 : 가압센스 44 : 증발 열교환기
45 : 증발관 46 : 폐수열 방열관
47 : 공기열 및 지열 흡수팬 48 : 열매체
50 : 자동장치
Ba : 냉수수조탱크 Bb : 열교환기 열매체 보충탱크
Bc : 증발기 열매체 탱크 Bd : 폐수열 저장탱크
Be : 발효용 보충수 탱크 Pa : 열교환기 열매체 순환펌프
Pb : 열교환기 온수 순환펌프 Pc : 발효통(방) 온수 순환펌프
Va, Vb : 밸브 Ca, Cb, Cc : 온도감지센스
Dr : 폐수 배출구
60 : 가스포집통 61 : 가스배출구 62 : 가스차단밸브
63 : 사람의 배설물, 음식물쓰레기, 동물의 분뇨, 낙엽, 기타의 유기물을 집어 넣는 입구
64 : 뚜껑 65 : 손잡이10: vacuum tube collector 20: heat exchanger
30: heat storage tank 33: condenser radiator
36: fermentation vessel or fermentation room 37: heat radiation pipe for fermentation
38: heat exchange pipe for fermentation 40: heater pump
41: expansion valve 42: automatic valve
43: pressure sense 44: evaporation heat exchanger
45: evaporation tube 46: wastewater heat radiating tube
47: air heat and geothermal absorption fan 48: heat medium
50: Automatic device
Ba: Cold water tank Bb: Heat exchanger heat medium supplement tank
Bc: Evaporator heat medium tank Bd: Wastewater heat storage tank
Be: Supplementary water tank for fermentation Pa: Heat exchanger heat medium circulation pump
Pb: Heat exchanger hot water circulation pump Pc: Fermentation vessel (room) hot water circulation pump
Va, Vb: Valve Ca, Cb, Cc: Temperature sensing sense
Dr: wastewater outlet
60 gas collecting container 61 gas outlet 62 gas shutoff valve
63: entrance for human waste, food waste, animal manure, leaves and other organic matter
64: lid 65: handle
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