KR100717718B1 - 유기질비료 제조용 발효물질 교반 이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 비료화 하는데 사용되는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발효방법을 이용한 비료화 과정에서 원료인 축분, 음식물 쓰레기 등의 유기물질을 교반하고, 이송하는데 사용되는 장치이다.

본 발명품인 유기질비료 제조용 발효물질 교반 이송장치는, 메인프레임(10), 주행장치(20), 에스컬레이터(30), 컨베이어(40), 유압장치(50), 그리고 제어장치(60)를 포함하여 구성된다. 본 교반 이송장치를 발효조의 에스컬레이터와 컨베이어를 이용하여, 발효물질은 분쇄하고, 교반하고, 후방으로 점진적으로 이송시켜 발효가 원활하게 일어나게 한다.

본 장치는 기존장치의 단점을 개선 보완하여, 기존의 장치에 비하여 1/2의 노동력, 작업시간, 에너지, 공정횟수의 투입으로도 생산능률은 200%이상 증가시킬 수 있다.

유기질비료, 축분, 발효, 교반, 이송

Description

유기질비료 제조용 발효물질 교반 이송장치{Mixing and Transporting Device for Producing Fermented Fertilizer Using Organic Waste}

도 1은 종래의 교반 이송장치와, 그 운용을 보인 도면이다.

도 2는 본 발명품의 측면도이다.

도 3은 본 발명품의 정면도이다.

※주요 구성품 번호

10 : 메인프레임, 20 : 주행장치, 30 : 에스컬레이터, 40 : 컨베이어,

50 : 유압장치, 60 : 제어장치

본 발명은 유기성 폐기물을 비료화 하는데 사용되는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발효방법을 이용한 비료화 과정에서 원료인 축분, 음식물 쓰레기 등의 유기물질을 교반하고, 이송하는데 사용되는 장치이다.

최근 인구가 급속히 증가하면서, 음식물 쓰레기, 축분 등의 유기성 폐기물이 다량으로 발생하고 있고, 이들은 수질오염, 토양오염, 대기오염 등 환경오염의 주요 원인으로 대두되고 있다. 뿐만 아니라, 이들 유기성 폐기물을 방치할 경우, 유 해성 침출수가 발생하고, 심한 악취가 발생하고, 파리, 모기 등의 해충이 서식하여 환경을 크게 해칠 수 있다. 따라서 음식물 쓰레기, 축분, 인분 슬러지 등의 유기성 폐기물을 효과적으로 처리하고, 나아가서 이들을 자원화하는 것에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 지금까지 개발된 유기성 폐기물의 처리 방법으로는 이를 생물학적으로 발효시켜 퇴비화하는 방법이 큰 비중을 차지하고 있는데, 이와 같은 방법으로 제조된 퇴비를 통상 유기질 비료(이하, 본 명세서에는 이와 같이 표현한다.)라고 한다.

유기질 비료를 생산하기 위해서는 원료인 축분 등을 수시로 교반을 하여 원료에 산소를 공급하여, 호기성 미생물이 잘 서식하게 하여야 하고, 충분한 발효기간(통상 7 내지 10일) 동안 발효가 진행되도록 하여야 하고, 원료의 투입과 발효가 종료된 유기질 비료의 취출이 용이하여야 한다.

상기와 같은 목적의 유기질 비료를 생산하는 시설로는, 도 1에 도시한 바와 같은 시설이 있다. 이 시설은 일정 길이가 있는 발효조와, 원료를 교반시키면서 점진적으로 투입구에서 취출구로 이송시키는 교반 이송기로 구성되어 있다. 발효조는 통상 60미터 이상의 길이를 가지고, 하부에 공기의 유통을 좋게 하는 통기구가 설치되어 있으며, 상부에는 교반 이송장치가 왕복하는 레일이 설치된다. 투입구 쪽에서 원료인 유기성 폐기물을 계속 투입하고, 교반 이송장치를 이용하여 이를 1일 2-3회, 1회에 2 내지 3미터가량 순차적으로 취출구 쪽으로 보내어, 원료의 교반과 이송을 반복하면서 취출구 쪽으로 점진적으로 이송을 시킨다.

교반 이송장치는 일정 경사를 가진 벨트에 버킷(Bucket)이 부착된 형태의 에 스컬레이터를 가진 교반 이송기를 사용하는데, 이 교반 이송기는 에스컬레이터가 회전하면서 상기 발효조의 상부에 설치된 레일을 따라 취출구 쪽에서 투입구 쪽으로 전진한다. 에스컬레이터가 회전을 하면, 원료가 벨트에 부착된 이송 버킷(Bucket)에 실려 경사를 따라 올라가고, 그 정점에서 버킷에서 쏟아져서 아래로 낙하하여 다시 발효조로 떨어진다. 이 과정에서 원료인 유기성 폐기물은 분쇄 및 교반이 되고, 경사진 에스컬레이터의 수평면상의 투상 길이인 이송거리(이하 이와 같이 칭함.)만큼 투입구에서 취출구 쪽으로 이송이 된다. 이 교반 이송기가 취출구 쪽에서 시작하여 투입구까지 완전히 한번 진행하면, 원료는 1회 교반이 이루어지면서, 그 이송거리만큼 순차적으로 투입구에서 취출구로 이송이 된다.

통상 사용되는 발효 처리장치의 경우, 발효조의 총 길이가 60미터이고, 이송거리가 3미터이고, 하루에 2회 교반, 이송하는 구조로 설계된다. 이 경우 1일 6미터씩, 10일이면 원료가 투입구에서 취출구로 완전히 이송되고, 그 과정에서 원료는 발효가 완성되어 유기질 비료가 된다.

상기 교반 이송장치에서 에스컬레이터의 벨트 길이를 길게 하면 이송거리를 늘릴 수 있고 그만큼 원료의 처리능력을 증대시킬 수 있다. 그러나 에스컬레이터의 벨트를 길게 할 경우, 장치가 대형화되고, 제작이 난해하고, 그만큼 설비의 제작비용이 증가되고, 동력이 많이 소요되어 문제가 된다. 그리고, 이러한 발효시설은 우수가 유입되지 않도록 지붕을 가져야 하는데, 교반 이송기가 대형화될 경우 건물의 지붕이 높아야 하므로 건물 축조비용이 증가한다.

또한 처리능력을 높이기 위하여 1일 2회 이상 너무 자주 원료를 교반하게 되면, 발효가 지속적으로 진행되지 못하여 원료의 발효가 충분히 일어나지 못하여 생산되는 비료의 품질이 나빠지고, 교반 작업을 할 때마다 다량의 먼지와 유독성 가스가 방출되어 작업자의 건강을 해치고, 그 자체로 또 다른 공해의 요소가 된다. 그리고, 1일 수회 작업을 하여야 하므로, 인건비와 동력비 등 설비의 운용비용이 많이 소요된다.

이러한 목적의 또 다른 설비로는, 등록특허 10-0421785가 있는데, 이 설비는 회전식 교반기와 스크루 방식의 수직 이송장치, 분쇄장치, 그리고 별도의 수평 이송장치를 구비한 교반 이송장치인데, 그 구조가 아주 복잡하고, 그에 따라 제작비가 많이 소요되어 문제가 된다.

상기한 바와 같이 종래의 유기질 비료 생산설비에 사용되는 교반 이송기는 1회 작업시 이송 거리가 제한되어 있어서 처리 능력에 제한이 있고, 처리량을 늘리려면 1일 2회 이상 다수회의 작업을 하여야 하므로, 공해물질의 배출이 많고, 운용비용이 많이 소요되고, 최종 생산품인 비료의 질도 저하된다. 만약 이송거리를 길게 하려면, 에스컬레이터가 아주 길어야 하고, 그에 따라 설비가 아주 대형화되어 문제가 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 설비의 크기를 소형으로 유지하면서도, 1회 교반시 이송거리를 충분히 길게 할 수 있는 교반 이송장치가 필요하다. 또한, 이러한 장치는 구조가 간단하여 고장의 염려가 적고, 제작원가가 저렴하여야 하고, 운용비용이 저렴하여야 한다. 특히 본 장치는 금속의 산화와 부식을 촉진하는 암모니아 등의 유해 가스가 다량 발생하는 환경에서 사용되므로, 부식에 의한 고장의 염려가 적어야 한다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 실현한 유기질 비료 제조용 발효물질 교반 이송장치에 관한 것이다.

본 발명품인 유기질 비료 제조용 발효물질 교반 이송장치는 도 2의 측면도와 도 3의 정면도에 도시한 바와 같이, 메인프레임(10), 주행장치(20), 에스컬레이터(30), 컨베이어(40), 유압장치(50), 그리고 제어장치(60)를 포함하여 구성된다.

메인프레임(10)은 전후의 가로부재(11)의 양단에 세로부재(12)가 고정되어 있어 전체적으로 큰 사각 프레임 형상을 하고 있다. 이 메인프레임의 가로 부재에는 전방 양 측면에 2개, 후방 양 측면에 2개씩의 주행장치가 부착되고, 세로부재에는 하기 에스컬레이터(30)와 컨베이어(40)가 설치되고, 그 상면에 하기 유압장치(50)와 제어장치가 설치된다. 이 메인프레임은 주행장치에 의하여 발효조 측면에 설치된 레일을 따라 발효조의 비료 취출구에서 원료 투입구 쪽으로 주행한다.

주행장치(20)는 상기 메인프레임(10)의 전방에 설치된 2개의 바퀴(21), 후방에 설치된 2개의 바퀴(22), 상기 전방 또는 후방 바퀴 중 어느 한쪽을 구동하는 모터(23), 모터의 동력을 바퀴에 전달하는 전동장치(24) 등으로 구성된다. 바퀴의 구동은 전, 후 바퀴 어느 것을 하여도 상관이 없으나, 본 장치의 후미에는 컨베이어 벨트가 부착되므로, 공간이 충분한 전방바퀴를 구동하는 것이 좋다. 바퀴(21, 22)는 본 장치의 운용지역이 부식이 잘 일어나는 환경임을 감안하여 금속제 또는 금속에 마찰력을 증대시키기 위한 라이닝을 한 바퀴를 사용하는 것이 좋다.

모터(23)는 메인프레임의 상면에 고정되는 것으로서, 주행장치를 주행시키는데 충분한 출력을 가진 전기모터를 사용하고, 이 모터의 축과 상기 바퀴의 축은 전동장치(24)로 연결된다.

전동장치(24)는 모터 축과 바퀴 축을 연결하는 장치로서, V벨트, 체인, 기어 등 어떤 형태의 전동장치도 가능하지만, 본 장치의 운용지역이 부식이 잘 일어나는 환경임을 감안하여 부식의 염려가 있는 V벨트는 피하는 것이 좋다. 전동장치에는 적절한 형태의 감속기를 함께 사용할 수 있다.

모터(23)와 전동장치(24)는 구동 바퀴 각각을 구동하도록 두 세트를 사용할 수 있으나, 구동바퀴 두 개를 하나의 긴 축에 설치하고, 한 세트로 전체를 구동할 수도 있다.

에스컬레이터(30)는 프레임(31), 궤도(32), 버킷(33), 구동모터(34), 전동장치(35) 등을 포함하여 구성되고, 프레임(10)의 상단이 상기 메인 프레임에 회전가능하도록 축(36)으로 고정된다. 이 에스컬레이트는 유압장치(50)의 유압액추에이터(51)에 의하여, 정상 작업 중에는 그 하단이 발효조의 하단에 닿도록 메인프레임(10)과 일정각도(45도가 적당)를 유지하고, 한번의 교반, 이송작업이 종료되고 장치 전체를 작업 시작점인 비료 취출구 쪽으로 복귀시킬 때는 메인프레임(10)과 수평을 유지한다.

프레임(31)은 사각틀 형상으로 제작되고, 그 상단에 구동모터(34)를 고정하고, 에스컬레이트(30) 조립체 전체를 메인프레임에 고정할 수 있게 하는 브래킷이 부착되어 있다. 그리고, 프레임의 하단에는 하기 궤도를 감고 회전할 수 있는 아이들러(38)가 좌우에 부착되고, 프레임의 상단에는 궤도를 감아 돌릴 수 있는 구동륜(37)이 부착된다.

궤도(32)는 중장비의 궤도와 유사한 구조로서, 상기 프레임(31)의 상, 하단의 구동륜(37) 및 아이들러(38)에 감겨 돌아갈 수 있게 가요성이 있도록 긴 판의 가로 변을 핀으로 서로 연결하여 제작한다.

버킷(33)은 상기 궤도의 면에 수평으로 부착되어 있는 것으로서, 작업대상인 발효물질(축분, 음식물 쓰레기 등)을 퍼 담아 에스컬레이트 경사면을 따라 퍼올리는 기능을 한다. 버킷의 끝 부분에는 도 3에 도시된 바와 같이, 뾰죽한 돌출부를 형성하여 발효물질에 지푸라기 등의 이물질이 있더라도 잘 퍼담아지게 하는 것이 좋다.

모터(34)는 프레임(31)의 상단에 고정되는 것으로서, 상기 궤도를 감아 돌리는데 충분한 출력을 가진 전기모터를 사용하고, 이 모터의 축과 상기 프레임(31)의 구동륜(37)의 축은 전동장치(35)로 연결된다.

전동장치(35)는 모터 축과 구동륜(37)의 축을 연결하는 장치로서, V벨트, 체인, 기어 등 어떤 형태의 전동장치도 가능하지만, 본 장치의 운용지역이 부식이 잘 일어나는 환경임을 감안하여 부식의 염려가 있는 V벨트는 피하는 것이 좋다. 전동장치에는 적절한 형태의 감속기를 함께 사용할 수 있다.

모터(34)와 전동장치(35)는 좌우 구동륜(37)을 각각 구동하도록 두 세트를 사용할 수 있으나, 구동륜(37) 두 개를 하나의 긴 축에 설치하고, 한 세트로 전체를 구동할 수도 있다.

컨베이어(40)는 프레임(41), 벨트(42), 구동모터(43), 전동장치(44) 등을 포함하여 구성되고, 프레임의 전단이 상기 메인프레임(10)에 회전가능하도록 축(45)으로 고정된다. 이 컨베이어는 유압장치의 유압액추에이터(52)에 의하여, 정상 작업 중에는 수평을 유지하고, 작업 후 복귀 또는 보관 중에는 수직에 가깝게 세워 둘 수가 있다.

프레임(41)은 사각틀 형상으로 제작되고, 그 후단에 구동모터(43)를 고정할 수 있게 하는 브래킷과 컨베이어의 벨트(42)를 감아 돌리는 구동축(47)이 부착되어 있다. 그리고, 그 전단에는 컨베이어 조립체 전체를 메인프레임(10)에 회전가능하도록 고정하는 축(45)이 있고, 하기 벨트(42)가 감겨 돌아가는 아이들러축(46)이 부착된다.

벨트(42)는 폭이 넓은 전동벨트와 같은 형상으로서, 일정 폭을 가지고, 가요성이 있고 내구성이 있는 재료로 제작하고, 상기 프레임(41)의 전, 후단의 구동축(47) 및 아이들러축(46)에 감겨 돌아간다.

모터(43)는 프레임(31)의 후단의 브래킷에 고정되는 것으로서, 상기 벨트를 감아 돌리는데 충분한 출력을 가진 전기모터를 사용하고, 이 모터의 축과 상기 프레임(41)의 구동축은 전동장치(44)로 연결된다.

전동장치(44)는 모터 축과 상기 프레임(41)의 구동축(47)을 연결하는 장치로서, V벨트, 체인, 기어 등 어떤 형태의 전동장치도 가능하지만, 본 장치의 운용지역이 부식이 잘 일어나는 환경임을 감안하여 부식의 염려가 있는 V벨트는 피하는 것이 좋다. 전동장치에는 적절한 형태의 감속기를 함께 사용할 수 있다.

유압장치(50)는 상기 에스컬레이터(30)와 컨베이어(40)를 접고 펴는 기능을 하는 장치로서, 에스컬레이트의 상단 브래킷과 메인프레임(10) 사이에 좌우로 설치되는 두 개의 유압액추에이터(51), 컨베이어의 측면 중간부위와 메인프레임(10)의 후미 사이에 좌우로 설치되는 두 개의 유압액추에이터(52), 상기 유압액추에이터에 유압유를 공급하고 제어하는 유압장치유닛(53)으로 구성된다.

제어장치(60)는 주행장치(20), 에스컬레이터(30)의 구동모타, 그리고 컨베이어(40)의 구동모터를 구동하는 전기를 공급하고 제어하는 장치로서, 제어반형태로 제작된다.

상기 컨베이어는 사용 공간만 충분하다면 반드시 세워야할 필요가 없으므로, 제작원가의 절감을 위하여, 유압장치를 생략하여 고정식으로 할 수도 있다.

상기 유압장치와 제어장치는 해당분야의 보통기술자가 극히 용이하게 설계, 제작, 그리고 조정할 수 있을 정도로 보편화된 기술이다.

본 교반 이송장치의 작동은 다음과 같다.

본 교반 이송장치를 발효조의 비료 취출구 쪽에 두고, 유압장치(40)를 이용하여 에스컬레이터(20)는 작업위치인 45도 경사를 유지하고 컨베이어(30)는 수평을 유지한다. 이 상태에서 에스컬레이터(20)와 컨베이어(30)의 구동모터를 구동하면 에스컬레이터가 발효물질을 경사를 따라 위로 퍼올린다. 에스컬레이터의 버킷이 그 상단 정점에서 회전을 하면 발효물질은 아래로 쏟아져서 컨베이어의 전단에 낙하한 다. 컨베이어 벨트가 회전을 하면서 그 위에 떨어진 발효물질을 장치의 후단으로 이송시키고, 후단에서 아래로 낙하하여 다시 발효조의 바닥으로 떨어진다. 이 과정에서 발효물질은 분쇄되고, 교반되고, 에스컬레이터의 전단에서 컨베이어의 후단 거리만큼 후방으로 이송된다. 에스컬레이터는 계속 전진하면서 전방의 발효물질을 연속적으로 퍼 올리고, 발효물질을 교반, 이송시킨다.

본 교반 이송장치가 상기 작업을 하면서 발효조의 끝단인 원료투입구에 이르면, 주행을 중단하고, 유압장치를 이용하여 에스컬레이트(20)를 수평으로 올린 후 장치를 다시 작업 시작점인 비료 취출구 쪽으로 복귀시켜 다음 작업에 대비한다.

본 발명인 교반 이송장치를 기존의 장치와 교반 능력과 이송거리를 비교하면, 기존의 것(교반 발효라인 규격 : 폭 10m×높이 1.8m×길이 70m, 길이 방향 3.3m 간격으로 분할 1회에 3라인의 교반작업용)은, 1회 교반 시 비료의 이동거리가 2.5m, 1회 교반 시 비료의 양은 폭 10m×높이 1.5m×1회 교반 시 이동거리 2.5m = 37.5㎥, 1일 교반작업 횟수는 2회 - 3회, 1라인 교반 소요시간 : 60분 (1회 3라인 = 60분 ×3라인 = 180분소요), 소모 전력은 30HP (22.5KW)이다.

이와 같이 1회 3라인의 작업을 1일 2-3회 작업을 하게 되면, 그로 인해 에너지의 과다 소요되고, 인건비가 상승하고, 유해물질 (가스, 분진, 유해증기) 발생으로 작업이 아주 난해하여 3D업종의 난점인 직무기피요인을 가져와 경영에 많은 장애 요인으로 작용하고 있다.

반면, 본 개발 장치는 기존의 단점을 70% 이상 개선 보완할 수 있는 기계 장치인 바, 기존의 장치와 동일 규모의 장치에 수평이송용 컨베이어를 추가 장착함으로써, 교반된 물질을 1회에 5-7m 까지 이송, 1일 1회 작업으로 할 수 있다. 발효시킬 원료 및 발효조 내의 발효된 유기질 퇴비비료를 단 1회에 기존의 장비 2-3회의 효과로 작업 능률, 에너지 절약, 인건비 절약은 물론 충분한 발효 조건 (발효에 필요한 시간)을 부여하여, 발효제품의 품질을 향상시켜준다. 이와 같은 기계장치에 의한 공정과 작업 방법으로 작업을 하면, 1/2의 노동력, 작업시간, 에너지, 공정횟수의 투입으로도 기존의 생산능률을 200%이상 증가시킬 수 있다.

그리도, 본 교반 이송장치는 버킷의 끝단을 뾰족하게 처리하여, 발효물질에 지푸라기 등 여타 이물질이 섞여 있더라도 원활한 작업이 이루어진다.

본 교반 이송장치는 에너지 및 인력난이 가중되고 있고, 생산현장의 직무기피 요인을 해소할 수 있는 환경 친화적 생산 시스템으로서 뛰어난 경제성과 편리한 작업조건을 부여하게 된다.

Claims (3)

1. 상면에 하기 구성품들을 탑재하고, 하기 주행장치(20)를 장착하여 전후로 이동할 수 있는 메인프레임(10);

   상기 메인프레임(10)의 전방 측면과 후방 측면에 각각 두 개씩 부착되는 바퀴(21, 22), 상기 전방 또는 후방 중 어느 한쪽의 바퀴를 구동하는 모터(23), 그리고 상기 모터(23)의 동력을 구동바퀴의 축에 전달하는 전동장치(24)로 구성되는 주행장치(20);

   상기 메인프레임(10)에 상단이 회전가능하도록 고정되는 것으로서, 하단에는 아이들러(38)가 부착되고 상단에는 하기 궤도를 감아 돌리는 구동륜(37)이 부착된 사각 형상의 프레임(31), 상기 프레임의 구동륜과 아이들러를 감싸고 돌아가는 궤도(32), 상기 궤도의 면에 부착되어 발효물질을 퍼 올리는 버킷(33), 상기 프레임의 상단에 부착되어 구동륜(37)을 구동하는 모터(34), 그리고 상기 모터(34)의 동력을 상기 구동륜(37)의 축에 전달하는 전동장치(35)로 구성된 에스컬레이터(30);

   상기 에스컬레이터(30)의 뒤쪽 메인프레임(10)에 부착되는 것으로서, 그 전단에는 아이들러축(46)이 부착되고 후단에는 하기 궤도를 감아 돌리는 구동축(47)이 부착된 사각 형상의 프레임(41), 상기 프레임(41)의 구동축과 아이들러축을 감싸고 돌아가는 벨트(42), 상기 프레임(41)의 전단에 부착되어 구동축(47)을 구동하는 모터(43), 그리고 상기 모터(43)의 동력을 상기 구동축(47)에 전달하는 전동장치(44)로 구성된 컨베이어(40);

   상기 에스컬레이터(30)의 하부를 메인프레임(10)과 수평을 이루도록 들어 올려주는 것으로서, 상기 메인프레임(10)에 일단이 회전가능하도록 고정되고 상기 에스컬레이터의 프레임(31) 상단의 브래킷에 타단이 회전가능 하도록 양 측면에 고정되는 두 개의 유압액추에이터(51), 그리고 상기 유압액추에이터의 작동에 필요한 유압유를 공급하는 것으로서 유압펌프, 레귤레이터, 밸브, 그리고 유압호스등으로 구성되는 유압장치유닛(53)을 포함하여 구성되는 유압장치(50);

   그리고 상기 주행장치, 에스컬레이터, 그리고 컨베이어의 구동모터에 전기를 공급하고, 모터의 작동을 제어하는 제어장치(50);

   를 포함하여 구성되는 교반 이송장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유압장치(50)는,

   상기 메인프레임(10)에 일단이 회전가능하도록 고정되고 상기 컨베이어(40)의 프레임(41)에 타단이 회전가능 하도록 메인프레임(10)의 양 측면에 고정되는 두 개의 유압액추에이터(52)를 더 구비한 유압장치로서, 상기 컨베이어(40)가 세워질 수 있는 것을 특징으로 하는 교반 이송장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에스컬레이터(30)는,

   버킷(33)의 선단에 뾰족한 돌출부가 다수 개가 형성된, 에스컬레이터인 것을 특징으로 하는 교반 이송장치.

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