KR920001261B1

KR920001261B1 - 메탄 발효조

Info

Publication number: KR920001261B1
Application number: KR1019840004764A
Authority: KR
Inventors: 쇼소 사사끼; 요시아끼 아라이
Original assignee: 가부시기가이샤 메이덴샤; 이노구마 도기히사
Priority date: 1983-08-10
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1992-02-08
Also published as: JPH0510160B2; GB2144767A; KR850001895A; GB2144767B; JPS6038093A; GB8419807D0

Abstract

내용 없음.

Description

메탄 발효조

제1도는 종래의 원통형 수직 메탄 발효조를 사용하는 메탄 발효 시스템의 개략 설명도.

제2도는 종래의 원통형 수평 메탄 발효조의 개략 설명도.

제3도는 본 발명의 메탄 발효조의 일부 생략 평면도.

제4도는 제3도의 IV-IV선 단면도.

제5도는 제4도의 V-V선 단면도.

본 발명은 메탄 발효 시스템의 일부를 구성하는 메탄 발효조에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 원통형 수직 및 수평의 메탄 발효조의 결점을 극복하고 가온 및 교반 효과를 향상시켜서 발효 효율을 향상시킨 원통형 수평 메탄 발효조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가온장치 및 교반장치의 보수점검이 용이한 메탄 발효조를 제공하는 것이다.

이들의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메탄 발효조는 원통형 수평의 탱크와, 탱크의 상단에 설치된 적어도 1개의 삽입구와 이 삽입구의 에지에 설치된 지지용 플랜지와 지지용 플랜지에 스페이서에 의해 고착되고 탱크의 내측 아랫쪽에 연설된 지지틀 및 지지틀에 고착된 가온기 및 교반기를 포함하는 가온, 교반 유닛트로 성립된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 가온, 교반 유닛트는 탱크에 고정 및 분리가 자유스러우므로 탱크의 용적, 발효액의 특정 및 한냉지역 또는 온난지역 등의 기상 조건등의 여러 가지의 조건에 맞도록 그의 수를 자유로이 조절할 수가 있다.

또 메탄 발효조의 수송 및 보수 점검이 종래보다도 용이하게 된다.

또 탱크의 최대 용적은 예를들어 50㎥의 메탄 발효조로서 유닛트화되기 쉽게 때문에 이 메탄 발효조는 메탄 발효 시스템의 규모의 확대에 따라서 증설하는 것도 용이하다.

최근 특정 지역의 에너지 창출 및 환경을 오염시키는 공해의 방지 대책의 일환으로서 농축산 폐기물에 의한 메탄의 이용이 실용화되어 크고 작은 여러 가지의 메탄 발효 시스템의 개발이 이루어지고 있다.

현재의 기술 수준에서는 10,000마리 이상의 양돈을 수용하는 대기업규모의 시설에 있어서 메탄 발효 시스템은 하수 처리장치의 하수처리 시스템과 유사하기 때문에 시스템 설비비가 높아진다.

이와 같은 대규모의 메탄 발효 시스템을 설치할 수 있는 잠재적 수용가는 극히 적다.

한편, 500 내지 5,000마리의 양돈을 수용하는 중소기업 규모의 양돈 시설에 있어서 중소규모의 메탄 발효 시스템을 설치할 수 있는 잠재적 수용가는 많으나, 이와 같은 중소기업규모의 잠재적 수용가는 메탄 발효 시스템의 설비비로서 투자가능한 자금량이 비교적 적다.

또 일반적으로 메탄 발효 시스템의 모든 코스트에서 점하는 메탄 발효조 자체의 가격 및 시공비의 비율은 극히 크므로 상술한 중소기업 규모의 잠재적 수용가에 있어서는 메탄 발효조 자체의 코스트에 의해 중소규모의 메탄 발효 시스템의 도입 여부가 결정되고 있다.

제1도는 원통형 수지 메탄 발효조를 사용하는 종래의 중소규모의 메탄 발효 시스템의 일예를 도시하고 있다.

이 메탄 발효 시스템을 이하에서 개략적으로 설명한다.

돈사(1)에서 폐기물 저장소(2)에 분뇨(3)이 배출되고 상기의 배출된 분뇨가 펌프(4)에 의해 원통형 수직의 메탄 발효조(5)내에 퍼올려지게 된다.

분뇨가 모이는 메탄 발효조(5)내에는 수직방향으로 뻗어 있는 가열 코일(6)이 그 중앙에 설치되고, 이 가열 코일(6)에서 약간 떨어져 있는 위치에 하부에서 흡입하여 상부로 토출하는 수중형의 교반펌프(7)이 설치되어 있다.

이 교반펌프(7)은 전동기(도시하지 않음)를 내장하고 있으며, 이 전동기의 케이블(8)이 메탄 발효조(5)의 외부로 뻗어 있다.

상기 메탄 발효조(5)내에서 생성된 소화 메탄 개스는, 탈수 장치(9) 및 탈황장치(desulfurizer)(10)을 거쳐서 개스홀더(11)에 공급된다. 이 개스홀더(11)내에 저장된 소화 메탄개스중 그 일부는 보일러(12)의 연료로 사용되고 보일러(12)에서 생성된 온수는 가열 코일(6)의 방향으로 송급된다.

상술한 메탄 발효조(5)에는 이하의 제결점이 존재한다.

1) 가격면에서 내벽 및 외벽이 파이버(fiber) 프라스틱 판으로 만들어지고 이들 벽의 사이에 단열재가 위치하는 이중벽 구조의 원통형 탱크가 이용되지만, 이 탱크는 그 내부용적이 커짐에 따라서 수송이 곤란하여지고 또 높이가 높아지므로 설치후 지진 및 태풍에 의해 쉽게 파괴된다.

예를들면 양돈수가 500마리 규모의 메탄 발효 시스템에 있어서, 메탄 발효조(5)의 내부용적은 탱크 외경이 2280mm 및 탱크높이가 5921mm일 때 20㎥가 한계치이다.

한편 메탄 발효조(5)는, 그 탱크의 높이를 작게 하면, 탱크의 외경이 크게 되어 수송이 곤란하게 된다.

2) 탱크의 높이가 높아지면 메탄 발효조(5)내의 발효액의 액압이 커지기 때문에, 메탄 발효조(5)의 바닥부의 내압을 확보하는 것이 곤란하게 된다.

3) 탱크 높이가 높아지면, 폐기물 펌프(4) 교반펌프(7)의 양정(揚程)이 커지므로 펌프(4) 및 (7)의 에너지 효율이 악화된다.

4) 탱크의 높이가 높아지면, 피뢰침과 같은 낙뢰 대책이 필요하게 된다.

5) 가열 코일(6) 및 교반펌프(7)의 보수가 곤란하여진다.

6) 발효효율이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 메탄발효조(5)내에서 같은 높이에 위치하는 분뇨등의 폐기물을 균일하게 가열하기 위하여 가열 코일(6)을 원형의 다중 구조로 하지 않으면 안된다.

제2도는 종래 기술의 원통형 수평 탱크 발효조의 전형예를 도시하고 있다.

이 메탄발효조(5)는 탱크(15a)의 바닥부(15b)에 탱크(15a)에 길이 방향으로 일정 간격을 두고 일체적으로 고정된 수중형 교반 펌프(16)가 3개 설치되어 있다.

이들 교반펌프(16)은 상술한 교반펌프(7)와 동일형의 것이다.

바닥부(15b) 약간 윗쪽에 탱크(15a)의 길이 방향으로 가열코일(17)이 연설되고, 코일의 칸딧(17a)는 탱크(15a)의 일단부(15c)를 관통하여 외부로 뻗어 있다.

이 가열코일(17)은 교반펌프(16)과 마찬가지로 탱크(15a)와 일체적으로 고정되어 있다.

상술한 원통형 수평 메탄발효조(5)에는 이하의 결점이 존재한다.

1) 교반펌프(16) 및 가열코일(17)은 탱크(15a)와 일체적으로 설치되어 있어 보수점검이 곤란하기 때문에 그 보수점검을 행할 때에는 탱크(15a)의 내용물을 비우지 않으면 안된다.

2) 메탄발효조(15)는 보통 트럭에 의한 수송을 가능하게 하고, 또한 내부용적을 가능한 한 크게 하기 위하여 탱크 외경이 2.8m 이하 및 탱크의 전장이 10m 이하가 되도록 형성되어 있으나 내용물을 메탄발효조(15)의 전장에 걸쳐서 균일하게 가온하고 교반하는 것이 곤란하다.

이하, 제3도 내지 제5도에 근거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

거의 원통형이며, 수평의 메탄 발효조의 탱크(20)는 복수개의 고정부(21)에 의해 기초면(22)에 고정되어 있다. 탱크(20)의 모든벽은 파이버 프라스틱으로 구성된 내벽 및 외벽으로 구성되고, 이들의 벽간에 발포 폴리스치렌 또는 발포폴리우레탄 등의 단열재가 채워진 이중벽 구조를 가진다(단, 도시하지 않음). 탱크(20)의 외경 및 전장은 메탄발효 시스템의 규모에 따라서 적당히 선정되어 있다.

특히 탱크(20) 외경은 대형 트레일러 등의 특수운반차가 아닌 바닥이 낮은 대형 트럭으로 상기 탱크(20)을 수송하는 것을 고려할 때 2.8m이하인 것이 바람직하다.

상기 탱크(20)의 상단에는 이 탱크(20)의 길이 방향으로 일정 간격을 두고 복수개의 삽입구(23)이 윗쪽으로 약간 돌출되게 설치되어 있다.

각 삽입구(23)은 그 횡단면이 사각형이며, 그 상단에는 삽입구(23)의 엣지와 일체적으로 결합된 지지용 플랜지(24)가 형성되어 있다.

가온, 교반유닛(25)은 각 삽입구(23)에서 탱크(20)의 바닥부 근처까지 뻗어 있으며 지지용 플랜지(24)에 의해 지지되어 있다.

가온, 교반 유닛트(25)는 주로 상하 방향으로 연설된 복수개의 봉재(棒材)(26)과 이들 봉재(26)의 하단에 고착된 1개의 바닥판(27)으로 구성된 지지틀(28), 바닥(27)의 중앙부에 고착되고 교반기로서의 수중형 교반펌프(29), 지지틀(28)내에서 교반펌프(29)로부터 윗쪽으로 연설되어 있는 토출용 칸딧(30), 교반펌프(29)와 토출용 칸딧(30)을 결합시키고 봉재(26)에 내접하면서 나선형으로 윗쪽으로 뻗어 있는 가온 장치인 가열코일(31)와, 삽입구(23)의 지지용 플랜지(24)에 배치되고 예를들면 볼트, 너트에 의해 조이거나 풀 수 있게 고착되는 스페이서(32)로 구성된 한개 이상의 가온 교반 유닛트(25)가 탱크(20)의 용적 및 필요한 가온, 교반 능력에 따라서 설치된다.

이하, 상술한 가온 교반 유닛트(25)의 복수개의 부재에 대하여 상세히 설명한다.

상기 교반펌프(29)의 하단부에는 발효액 순환용 흡입구(33)이 설치되고, 이 흡입구(33)은 지지틀(28)의 바닥판(27)의 바닥면에 개구되어 있다.

상기 토출용 칸딧(30)의 상단에는 제3도 및 제5도에 도시된 바와 같이 십자형으로 교차하고, 4개의 개구단부를 가진 토출관(34)이 설치되고, 이 개구단부는 발효액(35)의 액면보다도 윗쪽에 위치하며, 그중의 3개가 순환 효율의 향상을 위하여 가열코일(31)의 내측에 위치하고 1개의 개구단부(34a)가 가열코일(31)의 외측에 위치한다.

이 개구단부(34a)는 봉재(26)에 고착되어 있다.

상기 스페이서(32)는 탱크(20)의 이중벽과 동일구조의 이중벽으로 되어있고, 상자의 형상을 지니며, 제4도 및 제5도에 도시되어 있는 바와 같이 일조의 대향된 2면에 각각 케이블단자(36)와 온수 유입관 입구(37) 및 온수 배출된 출구(38)를 지니고, 다른 일조의 대향하고 있는 2면에 각각 한 개의 개스방출관 출구(39)를 가지고 있다.

상기 케이블(40)은 교반펌프(29)중의 전동모터(도시하지 않음)와 케이블 단자(36)에 접속되어 있다.

온수 유입관입구(37)과 온수 배출관 출구(38)은 가열코일(31)에 접속되어 있다.

개스 방출관 입구(39)는 메탄발효 시스템의 다른 부분을 구성하는 개스 정제 저장장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다.

상기 스페이서(32)의 상면에는 사각형의 덮개(41)이 배치되어 있다.

덮개(41)의 중앙에 밸브(41a)를 가진 발효개스 검사관(41b)가 탱크(20)의 내부와 연통되도록 배설되어 있다.

이 발효개스 검사관(41B)는 탱크(20)내에서 메탄발효가 정상적으로 이루어지는 동안 탱크(20)내의 개스를 샘플링 하기 위한 것이다.

상기탱크(20)의 일단부(제4도중 좌단부)에는 그 상부에 발효원액 투입관 입구(42)가 설치되고, 하부에는 드레인(43)이 설치된다. 탱크(20)의 타단부(제4도중 우단부)에는 그 상부에 발효폐액 배출관 출구(44) 및 액면 표시기(45)가 설치되고 하부에는 드레인(43)이 설치되어 있다.

이하 상술한 본 발명의 메탄발효조의 작용을 설명한다.

메탄 발효조의 외부에 존재하는 발효 원액은 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 펌프(4)에 의해 발효원액 투입관(42)을 거쳐 탱크(20)내에 투입된다.

투입된 발효원액은 그 특성에 따라 메탄 발효되고, 그후 폐액은 발효 폐액 배출구(44)로 배출된다.

즉 메탄 발효조는 매일 발효원액의 투입량에 비등한 량의 발효폐액이 배출되어 탱크(20)내의 발효액(35)의 액면은 정적으로 일정하게 유지되고 있다.

투입된 발효원액는 가온교반유닛트(25)에 의해 충분히 가온과 교반됨으로써 탱크(20)내의 발효액(35)에 내재하는 메탄균에 의해 혐기성 환경내에서 발효가 촉진된다.

발효액(35)는 그 액면보다 윗쪽의 공간에 메탄 개스를 방출하면서, 발효 원액 투입관 입구(42)의 측면에 대향하는 발효폐액 배출관(44)의 측면으로 서서히 유동하면서 이동한다.

상술한 메탄개스는 개스 방출관 배출구(39)를 거쳐서 개스 정제 저장장치 쪽으로 보내진다.

상기 메탄 발효조내에 있어서 탱크(20)의 바닥부근의 발효액(35)는 발효액 순환용 흡입구(33)에서 교반펌프(29)에 의해 토출용 칸딧(30)의 내부에 퍼올려지고 토출관(34)에서 토출하여 가열코일(31)의 내외측에 산포된다.

가열코일(31)의 외측에 산포된 발효액(35)는 가열코일(31)의 외측으로 하강하면서 화살표로 표시된 바와 같이 발효액 순환용 흡입구(33)에 도달되지만 가열코일(31)의 내측에 산포된 발효액(35)는 지지틀(28)의 바닥판(27)이 위치하고 있기 때문에 가열코일(31)을 그 내측에서 외측으로 하강하면서 가온되어 재차 발효액 순환용 흡입구(33)에 도달하게 된다.

이와 같이 하여 교반과 가온은 효율적으로 계속 반복된다.

상기 가온교반유닛(25)는 그 스페이서(32)의 부분에서 지지용 플랜지(24)에 결합, 고착되어 있으므로 탱크(20)에서 간단하게 분리할 수가 있어 메탄발효조의 수송에 편리함과 동시에 메탄발효조의 가동중에 분리하는 경우에도 덮개(41)의 지지용 플랜지(24)에 밀봉상태로 결합되어 있으므로 탱크(20)내의 혐기성 환경은 손상되지 않는다.

농축산 폐기물을 발효액으로 이용하는 본 발명의 메탄발효조는 발효효율을 향상시키고 보수점검을 용이하게 하는 것이다.

상기 메탄발효조는 원통형의 수평한 탱크(20)의 상단에 설치된 삽입구(23)과 이에 설치된 지지용 플랜지(24)와 여기에 결합, 고착되는 스페이서(32)와 상기 스페이서에 고착되고, 탱크(20) 내측의 아래쪽에 연설된 지지틀(28) 및 가열코일(31) 및 교반기(29)를 가진 교반유닛트(25)로 구성된다.

Claims

원통형의 수평한 탱크(20), 상기 탱크의 상단에 설치된 적어도 1개의 삽입구(23), 상기 삽입구(23)의 엣지에 설치된 지지용 플랜지(24), 지지용 플랜지(24)에 결합되어 고착된 스페이서(32)에 고착되고, 탱크(20)내측의 아래쪽에 연설된 지지틀(28) 및 상기 지지틀(28)에 고착된 가열코일(31) 및 교반 펌프(29)로 구성된 가온, 교반 유닛(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄발효조.
제1항에 있어서, 지지틀(28)에 고착된 가열코일(31)은 상기 코일의 온수유입관 입구(37) 및 온수 배출관 출구(38)이 스페이서(32)에 배치됨과 동시에 상기 교반펌프(29)는 전동모터를 내장하는 수중형 교반펌프로서 이 교반펌프(29)에 의해 퍼올려진 발효액의 토출용 칸딧(30)과 이 토출용 칸딧(30)에 접속한 토출관(34)를 포함하고, 전동모터에 접속된 케이블의 케이블 단자(36)이 스페이서(32)에 배치된 것을 특징으로 하는 메탄발효조.
제2항에 있어서, 지지틀(28)은 탱크(20)의 바닥부 근처에 위치하는 바닥판(27)과 이 바닥판(27)에 설치되고 상단이 스페이서(32)에 고착된 복수개의 봉재(26)으로 구성되고, 상기 교반펌프(29)는 발효액 순환용 흡입구(33)이 지지틀(28)의 바닥판(27)의 바닥면에서 개구되도록 상기 바닥판(27)에 고착되고, 토출관(34)는 발효액의 액면 윗쪽에서 가열코일(31)보다 내측 및 외측으로 각각 개구되는 것을 특징으로 하는 메탄발효조.