KR100776311B1 - 음식물 쓰레기 처리장치 - Google Patents
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Abstract
음식물 쓰레기 처리장치가 개시된다. 투입구와 배출구가 형성되어 음식물 쓰레기를 수용하는 처리조와, 처리조에 열을 가하는 가열장치와, 처리조에서 발생하는 배출가스에 포함된 수증기를 응축시켜 응축수를 생성시키는 주응축장치를 포함하되, 가열장치는, 제1 펠티어 소자(peltier element)와; 제1 펠티어 소자에 전원을 인가하는 전원공급부와; 제1 펠티어 소자의 일면에 결합되며, 처리조의 외면에 인접하도록 형성되는 제1 히트싱크; 및 제1 펠티어 소자의 타면에 결합되는 제1 냉각싱크를 포함하며, 주응축장치는, 복수의 파이프; 및 복수의 파이프에 형성되는 복수의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치는 가열 및 응축의 효율을 높일 수 있고, 그 구조가 간단하여 제작비를 절감시킬 수 있다.
음식물 쓰레기, 가열, 응축, 펠티어
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치의 구성을 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주응축장치의 구성을 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조응축장치의 구성 및 결합상태를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조응축장치의 구성 및 결합상태를 나타내는 개념도.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반기의 구성을 나타내는 사시도.
도 7b는 교반기의 작동을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교반기의 구성을 나타내는 사시도.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 음식물 쓰레기 처리장치의 처리조를 도시한 단면도.
도 9b는 도 9a에 도시된 처리조를 도시한 사시도.
도 9c는 도 9a에 도시된 배출구덮개의 구조를 설명하기 위한 부분 단면도.
도 9d는 도 9a에 도시된 커팅부재의 작동을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기 처리장치의 제어방법을 설명하기 위한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 처리조 117: 배출구
120: 교반기 121: 샤프트
122: 교반아암 123: 교반날개
130: 주응축장치 140: 제1 보조응축장치
142: 제2 펠티어 소자 144: 제2 히트싱크
146: 제2 냉각싱크 150: 제2 보조응축장치
152: 제3 펠티어 소자 154: 제3 히트싱크
156: 제3 냉각싱크 160: 응축수탱크
170: 제어부 180: 수분센서
190: 가열장치 192: 제1 펠티어 소자
194: 제1 히트싱크 196: 제1 냉각싱크
본 발명은 음식물 쓰레기 처리장치에 관한 것이다.
일반적인 가정에서 배출되는 생활쓰레기의 30% 가량이 음식물 쓰레기이며, 음식물 쓰레기는 우리나라의 경우 평균 75% 정도의 수분을 포함하고 있다. 근래에 음식물 쓰레기와 생활쓰레기를 분리하여 별도로 처리하고 있으나, 수분이 제거되지 않은 음식물 쓰레기는 큰 부피 및 중량에 의해 수송에 많은 비용과 노력을 요하며, 기온이 낮은 장소나 겨울철 이외에는 배출된 음식물 쓰레기가 단시간에 변질되어 악취가 발생하고 세균이 번식할 우려가 높다는 등의 문제가 있다. 또한, 음식물 쓰레기를 재활용하지 못하고 폐기하게 됨으로써 자원이 낭비되는 문제도 있다.
이러한 문제를 해결하고자 음식물 쓰레기를 처리하기 위한 다양한 시도가 있었다. 종래의 음식물 쓰레기 처리방식은 발효방식, 액상사료화방식, 건조방식 등이 있는데, 발효방식은 음식물 쓰레기가 발효되는 과정에서 악취가 발생될 뿐만 아니라 미생물이나 발효제의 양생에 고도의 기술이 필요하다는 문제가 있었고, 음식물 쓰레기를 고온으로 끓여 사료화 하는 방식인 액상사료화방식은 처리 후에 미생물이 번식하거나 운반이 용이하지 않다는 문제가 있었으며, 건조방식은 투입되는 음식물 쓰레기의 종류 및 함수율에 따라 원하는 정도로 건조가 되지 않거나 지나치게 가열되어 음식물 쓰레기가 연소되며 악취 및 분진이 발생되고 음식물 쓰레기를 재활용 할 수 없게 되는 등의 문제가 있었다. 특히, 종래의 건조방식 음식물 쓰레기 처리 장치는 건조처리 중인 음식물 쓰레기에 포함된 수분량을 배기가스의 이송경로에 설치된 습도감지수단을 이용하여 판단함으로써, 실제 음식물 쓰레기의 건조처리 상태와 일치되지 않는 문제가 있었다.
또한, 종래의 음식물 쓰레기 가열 건조 장치에 있어서 응축장치는 대형의 방열기(Condenser)의 내부로 가열장치 내부의 뜨거운 수증기를 외부의 장치를 이용하여 이동시켜 냉각시키고 응축시키도록 하였다. 이렇게 하려다 보니 방열기 자체의 규모가 대형화되어야 하고, 수증기를 뽑아내기 위하여 펌프를 가동해야 하는 복잡한 구조를 가질 수 밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 펠티어 소자(peltier element)를 사용한 가열 및 응축을 수행케 함으로써 가열 및 응축의 효율을 높일 수 있고, 그 구조가 간단하여 제작비를 절감시킬 수 있는 음식물 쓰레기 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 투입구를 통해 음식물 쓰레기를 처리조의 내부에 수용하고, 처리조에 결합되는 가열장치에 의해 처리조에 열을 가하여 음식물 쓰레기를 처리하며, 배출구를 통해 처리된 음식물 쓰레기를 배출할 수 있는 장치로서, 가열장치는 제1 펠티어 소자(peltier element)와 제1 펠티어 소자에 전원을 인가하는 전원공급부와 제1 펠티어 소자의 일면에 결합되며 처리조의 외면에 인접하 도록 형성되는 제1 히트싱크와 제1 펠티어 소자의 타면에 결합되는 제1 냉각싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치는 처리조를 관통하여 회전 가능하게 설치되는 교반기, 가열장치의 내부에 설치된 온도센서, 처리조의 배출가스에 포함된 수증기를 응축시켜 응축수를 생성시키는 주응축장치, 응축수를 저장하는 응축수탱크와, 응축수탱크에 저장된 응축수의 수위를 감지하는 저수위센서, 고수위센서, 응축수탱크에 형성된 배수구에 설치되는 배수밸브와, 음식물 쓰레기에 포함된 수분량을 감지하는 수분센서, 수분센서로부터 음식물 쓰레기의 전기저항 값에 대응하는 신호를 출력하여 가열장치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
한편, 투입구에 근접하는 사물을 감지하는 제1 근접센서 또는 배출구에 근접하는 사물을 감지하는 제2 근접센서를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 제1 근접센서 또는 제2 근접센서로부터 투입구 또는 배출구에 근접하는 사물의 유무에 대응하여 출력된 신호를 입력 받아, 신호에 상응하여 교반기 또는 가열장치의 작동을 제어하는 기능을 추가로 수행할 수도 있다.
주응축장치는 복수의 파이프와, 각각의 파이프의 축방향에 수직인 방향으로 연장되어 형성된 복수의 방열핀을 포함하여 이루어질 수 있고, 주응축장치는 처리조의 상부에 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치는, 대기 중의 공기를 냉각시켜 냉매를 생성하고 상기 냉매를 상기 주응축장치에 공급하는 제1 보조응축 장치를 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 제1 보조응축장치는, 제2 펠티어 소자(peltier element)와, 제2 펠티어 소자에 전원을 공급하는 전원공급장치와, 제2 펠티어 소자의 일면에 형성되는 제2 히트싱크와, 제2 펠티어 소자의 타면에 형성되는 제2 냉각싱크를 포함하여 이루어질 수도 있다.
제2 냉각싱크는 상기 주응축장치와 연통되어 형성될 수 있고, 제2 냉각싱크와 주응축장치 사이에 송풍팬이 개재될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치는, 주응축장치의 일측에 인접하여 형성되어, 배출가스로부터 열을 빼앗는 제2 보조응축장치를 더 포함하여 이루어질 수 있고, 제2 보조응축장치는, 제3 펠티어 소자(peltier element)와, 제3 펠티어 소자에 전원을 공급하는 전원공급장치와, 제3 펠티어 소자의 일면에 형성되는 제3 히트싱크와, 제3 펠티어 소자의 타면에 형성되는 제3 냉각싱크를 포함하여 이루어질 수도 있으며, 제3 냉각싱크는 주응축장치의 일측에 인접하여 형성될 수도 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위을 포함한 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
보다 구체적인 설명에 앞서, 펠티어 소자(peltier element) 및 펠티어 효과(peltier effect)에 대해 설명하도록 한다.
펠티어 소자는 일종의 히트 펌핑(heat pumping) 현상을 이용한 것이다. n형 반도체 및 p형 반도체로 이루어진 열전회로에 직류전류를 가해주면, 전류방향과 반 대방향으로 전도전자가 이동하고, 이때에 금속전극과 반도체의 접점에서 주위로부터 열에너지를 흡수한 전자가 금속전극으로부터 반도체 내부로 이동하므로, "-"로 대전된 접점에서는 흡열이 일어나고, "+"로 대전된 접점에서는 발열이 일어난다. 이를 펠티어(peltier) 효과라 칭한다.
이하, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 처리조(110), 투입구(111), 투입구덮개(112), 개폐감지수단(113), 제1 근접센서(114), 배기구(115), 급기구(116), 교반기(120), 샤프트(121), 교반아암(122), 교반날개(123), 구동장치(127), 가열장치(190), 제1 펠티어 소자(192)(peltier element), 제1 히트싱크(194), 제1 냉각싱크(196), 온도센서(184), 주응축장치(130), 보조응축장치(140), 응축수탱크(160), 배수밸브(162), 고수위센서(164), 저수위센서(166), 제어부(186), 수분센서(183), 탐촉자(181), 절연수단(182), 접지단자(185)가 도시되어 있다.
처리조(110)에는 음식물 쓰레기가 투입되는 투입구(111)와 건조처리가 완료된 음식물 쓰레기가 배출되는 배출구(117)가 형성되어, 투입된 음식물 쓰레기의 건조처리가 완료될 때까지 음식물 쓰레기를 수용하는 수단이다. 처리조(110)의 외면 하부에는 이하에서 설명할 가열장치(190)가 형성될 수 있다.
가열장치(190)는 처리조 내부에 열을 전달하여 가열하는 수단으로서, 처리조(110)의 외면 하부에 형성될 수 있으며, 제1 펠티어 소자(192)(peltier element), 제1 히트싱크(194), 제1 냉각싱크(196), 전원공급장치(미도시), 온도센서(184)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 펠티어 소자에 전원공급장치를 통해 전류를 공급하면, 펠티어 소자의 일면은 발열을 하고 일면은 흡열을 하게 된다. 이를 이용하여, 발열면에 제1 히트싱크(194)를 형성하고, 흡열측에 제1 냉각싱크(196)를 형성하면, 대기중의 에너지가 제1 냉각싱크(196)를 통하여 흡수되고, 흡수된 에너지는 제1 히트싱크(194)를 통하여 발산할 수 있게 된다. 이때, 제1 히트싱크(194)를 처리조(110)의 외면 하부에 인접하여 형성하면, 제1 히트싱크(194)를 통해 발산되는 열 에너지가 처리조(110)에 전달될 수 있어, 처리조 내부가 가열될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 상술한 구성 및 구조의 가열장치를 제시하였으나, 설계상의 필요에 따라 그 구성 및 구조를 변경할 수 있음은 물론이다.
가열장치(190)에는 제어부(186)와 전기적으로 연결된 온도센서(184)를 설치하여, 제1 히트싱크(194)의 온도를 감지하도록 할 수 있다. 온도센서(184)는 필요에 따라 다른 위치에 설치할 수 있으며, 특히 음식물 쓰레기에 직접 접할 수 있도록 처리조(110)의 내면에 복수의 온도센서를 설치하는 것도 가능하다.
교반기(120)는 처리조(110)를 관통하여 회전 가능하게 설치되는 샤프트(121), 샤프트(121)의 외주면에 샤프트(121)의 축방향에 직각으로 소정간격을 두고 결합되는 복수의 교반아암(122) 및 교반아암(122)의 단부에 각각 결합되는 교반날개(123)로 이루어질 수 있다. 샤프트(121)에는 풀리(도시되지 않음) 및 체인(도시되지 않음) 등의 동력전달수단을 장착하여 구동장치(127)에 의해 회전될 수 있으며, 샤프트(121)의 양단은 베어링(도시되지 않음)에 의해 지지되어 쉽게 회전되도록 할 수도 있다.
구동장치(127)는 제어부(186)에 의해 제어될 수 있다. 교반기(120)의 형상 및 구조에 대해서는 아래에서 별도로 상세히 설명하기로 한다.
투입구(111)에는 투입구덮개(112)가 개폐 가능하게 설치되고, 투입구덮개(112)의 개폐 상태를 감지하는 개폐감지수단(113)이 설치될 수 있다. 개폐감지수단에 의해 투입구덮개가 열려있는 것이 감지되면, 개폐감지수단(113)은 신호를 출력하여 제어부(186)에 전달할 수 있고, 제어부(186)는 전달받은 신호에 상응하여 교반기 및 가열장치의 작동을 제어할 수 있다.
나아가, 투입구덮개(112)의 소정의 위치에는 제1 근접센서(114)가 형성될 수 있다. 제1 근접센서(114)는 투입구로의 사물의 접근 여부를 감지할 수 있고, 사물이 접근하는 것이 감지되면, 이에 상응하는 신호를 출력하여 제어부에 전달할 수 있으며, 제어부는 전달받은 신호에 상응하여 교반기 및 가열장치의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들면, 작동중인 음식물 쓰레기 처리장치의 투입구에 사용자가 소정 거리 이내로 접근하게 되면, 제1 근접센서는 사용자의 접근을 감지하여 신호를 출 력하고, 제어부는 음식물 쓰레기 처리장치의 작동을 멈추도록 하여 사용자의 안전을 보호할 수 있게 된다. 이 외에도, 필요에 따라 사용자의 안전을 보장하기 위한 다양한 방법으로 음식물 쓰레기 처리장치의 작동을 제어할 수 있음은 물론이다.
또한, 배출구(117)에도 개폐할 수 있는 배출구덮개(118)가 개폐 가능하도록 설치될 수 있으며, 배출구덮개(118)의 소정의 위치에 제2 근접센서(119)가 형성될 수 있다. 제2 근접센서(119)는 배출구로의 사물의 접근 여부를 감지할 수 있고, 사물이 접근하는 것이 감지되면, 이에 상응하는 신호를 출력하여 제어부에 전달할 수 있으며 제어부는 전달받은 신호에 상응하여 교반기 및 가열장치의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 상술한 제1 근접센서의 경우와 마찬가지로, 작동중인 음식물 쓰레기 처리장치의 배출구에 사용자가 소정 거리 이내로 접근하게 되면, 제2 근접센서는 사용자의 접근을 감지하여 신호를 출력하고, 제어부는 음식물 쓰레기 처리장치의 작동을 멈추도록 하여 사용자의 안전을 보호할 수 있게 된다. 이 외에도, 필요에 따라 사용자의 안전을 보장하기 위한 다양한 방법으로 음식물 쓰레기 처리장치의 작동을 제어할 수 있음은 물론이다
상술한 개폐감지수단(113), 제1 근접센서(114) 및 제2 근접센서(119)를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치가 안전하게 작동할 수 있도록 함과 동시에 사용자의 안전 또한 보장할 수 있게 된다.
처리조(110)에 투입된 음식물 쓰레기를 교반기(120)로 교반하며 가열장치(190)로 가열하면 음식물 쓰레기에 포함된 수분이 수증기의 형태로 증발된다. 음식물 쓰레기를 건조하기 위해서는 처리조(110)내의 공기에 포함된 수증기를 제거해 야 하므로, 처리조(110)에는 내부의 공기를 배출시키는 배기구(115)가 형성될 수 있다. 배기구(115)를 통하여 배출되는 배기가스는 파이프 등의 수단에 의해 주응축장치(130)로 전달될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 다른 주응축장치의 구성을 나타내는 정면도이다. 도 4를 참조하면, 파이프(131), 방열핀(132), 제2 입구(135), 제2 출구(136) 및 챔버(137)가 도시되어 있다.
주응축장치(130)는 배기구를 통해 공급되는 배기가스를 제1 입구(미도시)를 통하여 공급받아 챔버(137)에 수용하고, 배기가스에 포함된 수분을 응축하여 응축수(161)로 변화시키는 수단이다. 주응축장치는 파이프(131), 방열핀(132), 제1 입구(미도시), 제1 출구(미도시), 제2 입구(135), 제2 출구(136), 챔버(137)를 포함하여 이루어질 수 있다.
챔버(137)는 처리조(110)의 배기구(115)를 통해 공급되는 배기가스를 제1 입구를 통하여 공급받아 수용하는 수단이다. 제1 입구(131)를 통해 챔버에 공급된 배기가스는 챔버(137) 내에서 파이프를 따라 흐르는 냉매와 챔버의 일면에 인접하여 형성된 제2 보조응축장치에 의해 효율적으로 냉각되어 응축될 수 있다. 배기가스에 포함된 열에너지가, 파이프를 따라 흐르는 냉매와, 제2 보조응축장치의 냉각싱크에 전달됨으로써 배기가스가 냉각될 수 있기 때문이다.
파이프(131)는, 추후 설명할 제1 보조응축장치에서 생성되는, 냉매를 통과시키며 배기가스에 포함된 열에너지를 흡수하는 수단으로서, 챔버의 내부에 복수로 형성될 수 있다. 제2 입구(135)를 통해 공급된 냉매는 복수의 파이프(131)를 따라 흐를 수 있으며, 흐르는 과정에서 파이프의 표면을 통해 챔버 내부의 배기가스로부터 열에너지를 흡수하여 배기가스를 냉각시킬 수 있다. 배기가스 냉각에 사용된 냉매는 제2 출구를 통하여 대기중으로 다시 배출될 수 있다. 한편, 냉각의 효율을 높이기 위해 파이프는 열전도성이 좋은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금 가운데 어느 하나를 포함하여 복수로 이루어질 수 있다. 파이프(131)에는 응축효율을 보다 높이기 위해 이하에서 설명할 방열핀(132)이 형성될 수 있다.
방열핀(132)은 각각의 파이프의 축방향에 수직인 방향으로 연장되어 형성될 수 있으며, 챔버 내의 배기가스로부터 열을 전달 받아, 파이프 내부의 냉매에 전달함으로써 냉각의 효율을 높일 수 있다. 방열핀(132)이 대기와 접촉하는 면이 넓을수록 방열효율이 좋아져 궁극적으로 응축효율을 높일 수 있으므로, 방열핀(132)은 그 표면적이 넓을수록 좋다. 그러나, 설계상의 제약조건을 고려하여야 하므로, 방열핀(132)의 개수 및 그 크기는 설계상의 필요에 따라 다양하게 변경하는 것이 바람직하다.
한편, 주응축장치(130)는 처리조(110)의 상부에 형성될 수 있다. 주응축장치에 공급되는 배기가스는 처리조 내부에서 가열되어 고온의 상태이므로, 상승하려는 성질을 가지게 된다. 이러한 성질을 이용하여, 주응축장치(130)를 처리조(110)의 상부에 형성함으로써 주응축장치(130)에 배기가스를 공급하는데 소요되는 에너지를 최소화할 수 있는 효과를 나타낼 수 있기 때문이다. 그러나, 설계상의 필요에 따라 주응축장치의 형성 위치를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 보조응축장치(140)의 구성 및 결합 상태를 나타내는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 제2 펠티어 소자(142)(peltier element), 제2 히트싱크(144), 제2 냉각싱크(146), 주응축장치(130), 송풍팬(148)이 도시되어 있다.
제1 보조응축장치(140)는 배기구를 통해 배출되는 배기가스를 주응축장치(130)에서 효율적으로 냉각시키기 위한 냉매를 만들어 내는 수단으로서, 제2 펠티어 소자(142)(peltier element), 제2 히트싱크(144), 제2 냉각싱크(146), 전원공급장치(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 펠티어 소자에 전원공급장치를 통해 전류를 공급하면, 펠티어 소자의 일면은 발열을 하고 일면은 흡열을 하게 된다. 이러한 성질을 이용하여, 흡열면에 제2 냉각싱크(146)를 형성하고, 발열면에 제2 히트싱크(144)를 형성한 다음, 제2 냉각싱크에 유입되어 냉각된 대기중의 공기, 즉 냉매가 주응축장치로 흐를 수 있도록 형성하면, 효율적인 응축이 이루어질 수 있게 된다.
이때, 제2 냉각싱크와 주응축장치 사이에는 송풍팬(148)이 개재될 수 있다. 제2 냉각싱크에서 생성된 냉매가 빠른 시간 내에 주응축장치에 공급될 수 있도록 함으로써, 주응축장치에 이르는 과정에서 냉매의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있게 되고, 이로써 전체적인 응축효율을 높일 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 보조응축장치(150)의 구성 및 결합상태를 나타내는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 제3 펠티어 소자(152)(peltier element), 제3 히트싱크(154), 제3 냉각싱크(156), 주응축장치(130), 제2 송풍팬(157)이 도시되어 있다.
제2 보조응축장치(150)는 주응축장치(130)의 일 측면에 인접하여 형성되어, 주응축장치에서 수행되는 배기가스의 응축효율을 높이는 수단이다. 즉, 제2 보조응축장치(150)의 제3 냉각싱크(156)를 주응축장치(130)의 일 면에 인접하도록 형성하고, 제3 히트싱크(154)에는 제2 송풍팬(157)을 추가로 형성하여 방열을 하면, 제3 냉각싱크(156)의 표면온도가 주응축장치(130)로 유입되는 배기가스의 온도보다 낮게 되어 배기가스의 냉각이 효율적으로 이루어질 수 있게 되므로, 결과적으로 배기가스의 응축을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
상술한 제1 보조응축장치(140)와 제2 보조응축장치(150)는 주응축장치(130)에서 수행되는 배기가스 응축의 효율을 높이기 위한 수단으로서, 각각 상술한 구성뿐만 아니라, 설계상의 필요에 따라 다양한 구성 및 구조로 변경될 수 있음은 물론이다.
주응축장치(130)에 배기가스가 공급되면, 주응축장치(130)는 배기가스에 포함된 수분을 응축하여 응축수(161)로 변화시킬 수 있으며, 응축수(161)는 응축수탱크(160)에 저장될 수 있다.
주응축장치(130)에서 수분이 제거된 배기가스는 제1 출구(미도시)를 거쳐 다시 처리조(110)로 보내지는데, 처리조(110)에는 급기구(116)가 형성되어, 이 급기구(116)을 통하여 배기가스가 처리조(110)내부로 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이 주응축장치(130)에 의해 수분이 제거되어 건조해진 배기가스를 다시 처리조(110)로 공급함으로써 음식물 쓰레기의 건조가 촉진되고, 처리조(110) 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 어느 정도 방지할 수 있으므로 열효율 이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 배기가스에 포함된 악취가 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 효과 또한 얻을 수 있다.
음식물 쓰레기에서 증발되는 수증기 형태의 수분을 효과적으로 배기구(115)를 통하여 배출시킬 수 있도록 배기구(115)는 처리조(110)의 상단부에 형성되는 것이 바람직하고, 수분이 포함된 배기가스와 수분이 제거된 배기가스가 혼합되어 배기구(115)로 배출되는 것을 방지하기 위하여 급기구(116)는 배기구(115)와 최대한 멀리 떨어지도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 수분이 제거된 배기가스가 교반기(120)에 의해 교반되고 있는 음식물 쓰레기에 최대한 많이 접촉될 수 있는 위치에 급기구(116)를 형성하면 음식물 쓰레기의 건조가 촉진되는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 응축수탱크(160)에는 배수밸브(162), 고수위센서(164) 및 저수위센서(166)가 설치될 수 있다. 배수밸브(162)는 응축수탱크(160)에 형성된 배수관에 설치되어 배수관을 개폐하도록 설치되고, 고수위센서(164)와 저수위센서(166)는 응축수탱크(160) 내부의 응축수(161)의 고수위와 저수위를 감지할 수 있게 설치될 수 있다. 고수위 및 저수위는 사용자가 임의로 선택할 수 있고, 배수밸브(162)는 제어부(186)에 의해 제어되며, 고수위센서(164) 및 저수위센서(166)는 제어부(186)로 신호를 출력할 수 있다.
주응축장치(130)에서 생성되는 응축수(161)가 응축수탱크(160)에 누적되다가 응축수(161)의 수위가 고수위센서(164)에 의해 감지되면 고수위센서(164)는 제어부(186)로 신호를 출력하고, 제어부(186)는 이 신호를 수신하여 배수밸브(162)를 개방하여 응축수탱크(160) 내부의 응축수(161)를 외부로 배출할 수 있다. 응축수(161)의 배출로 응축수탱크(160)의 응축수(161) 수위가 하강하여 저수위센서(166)에 이르면, 저수위센서(166)는 이를 감지하여 제어부(186)로 신호를 출력하고, 제어부(186)는 이 신호를 수신하여 배수밸브(162)를 닫음으로써 응축수(161)의 배출을 정지시킬 수 있다. 처리조(110) 내부의 음식물 쓰레기가 건조되는 동안 응축수(161)가 계속 생성되므로, 배수밸브(162)의 개폐가 반복되게 되는데, 제어부(186)에서는 배수밸브(162)의 개폐간격이 계속 측정 및 비교될 수 있다.
응축수탱크(160)에서 외부로 배출되는 응축수(161)에는 음식물 쓰레기의 건조과정에서 발생되는 악취 및 오염물질이 포함될 수 있기 때문에, 정화장치(도시되지 않음)를 부가하여 응축수(161)가 정화된 후에 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
처리조(110)에는 하나 이상의 수분센서(183)가 설치될 수 있다. 수분센서(183)는 처리조(110)에 삽입되는 탐촉자(181), 처리조(110)와 탐촉자(181) 사이에 개재되는 절연수단(182) 및 처리조(110)와 전기적으로 연결되는 접지단자(185)로 구성되는데, 탐촉자(181) 및 접지단자(185)는 제어부(186)에 전기적으로 연결된다.
수분센서(183)는 탐촉자(181)와 접지단자(185) 사이의 전기저항 값을 측정하여 처리조(110) 내부의 음식물 쓰레기의 건조상태를 감지할 수 있다. 처리조(110) 내부의 음식물 쓰레기가 탐촉자(181) 및 처리조(110)의 내면에 접촉되면 탐촉자(181), 음식물 쓰레기, 처리조(110) 및 접지단자(185)가 전기회로를 형성하게 되 고, 따라서 음식물 쓰레기의 전기저항 값을 측정할 수 있게 된다. 통상적인 음식물 쓰레기에는 염분이 포함되어 있으므로, 수분에 포함된 나트륨 이온, 염소 이온 등에 의해 전류가 흐를 수 있다. 특별한 경우로, 음식물 쓰레기 속의 수분에 이온 성분이 전혀 없어서 전류가 흐를 수 없는 경우에는, 소금이나 염화칼슘과 같이 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 전해질을 첨가하면 문제를 해결할 수 있다.
음식물 쓰레기가 건조됨에 따라 수분센서(183)에 의해 제어부(186)에서 측정되는 전기저항 값은 점차 증가되며, 음식물 쓰레기가 완전히 건조되면 전기저항 값은 무한대에 이르게 된다. 상술한 바와 같이, 음식물 쓰레기의 전기저항 값을 측정할 수 있기 위해서는 처리조(110) 및 탐촉자(181)의 재질이 도체이어야 하고, 절연수단(182)의 재질은 전기적 절연체여야 한다. 특히, 탐촉자(181)와 절연수단(182)은, 수분이 많고 산성 및 알칼리성을 갖거나 다소 단단하고 날카로운 성질의 알갱이가 혼합된 음식물 쓰레기와 장시간 접하게 되고, 또한 음식물 쓰레기는 가열되며 교반되기 때문에, 내열성, 내수성, 내부식성, 내피로성을 갖는 견고한 재질이 사용되어야 한다.
처리조(110) 내에서 음식물 쓰레기는 교반날개(123)에 의해 계속 분산 및 혼합되므로, 수분센서(183)의 탐촉자(181)에 일시적으로 접촉되지 않을 수 있다. 따라서, 수분센서(183)는 복수로 설치되는 것이 바람직하며, 특히 교반날개(123)에 의해 음식물 쓰레기가 항상 처리조(110)의 내면에 접하게 되는 곳에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 음식물 쓰레기에 포함된 수분의 양이 처리조(110) 내에 있는 음식물 쓰레기의 특정 부위 마다 다를 수 있으므로, 수분센서(183)는 다양한 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
복수의 수분센서(183)를 설치하는 경우, 특정 수분센서(183)에는 수분이 많은 음식물 쓰레기가 순간적으로 접촉되고, 다른 수분센서(183)에는 건조된 음식물 쓰레기가 접촉될 수 있다. 이런 경우에는 순간적으로 전기저항 값이 크게 변화되는데, 제어부(186)는 소정 시간 간격마다 전기저항 값의 변화를 감지함으로써 일시적인 전기저항 값의 변화는 의미 없는 데이터로 분류하도록 하여 제어부(186)의 동작에 영향을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 처리조 내부의 음식물 쓰레기의 건조상태를 파악하기 위한 수단으로는 상술한 수분센서를 이용한 전기저항을 측정하는 장치 및 그 방법뿐만 아니라, 설계상의 필요에 따라 다양한 공지의 방법 및 수단이 이용될 수 있음은 물론이다.
처리조(110)의 외면에는 단열재(도시되지 않음)를 부착하여, 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 차단하여 열효율을 향상시키고, 사용자가 처리조(110)에 접촉하여 화상을 입는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 처리조(110)는 수분이 많고 산도가 높은 음식물 쓰레기를 장시간 접하게 되며, 특히 처리조(110)의 내면은 가열된 음식물 쓰레기와 마찰되므로 내부식성, 내열성, 내마멸성이 높은 재질이 사용되는 것이 바람직하며, 처리조(110)의 내면과 음식물 쓰레기 사이의 마찰력을 줄이고 음식물 쓰레기가 처리조(110)에 눌어붙지 않도록 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 불소수지를 코팅하는 것도 가능하다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 교반기를 도 시한 사시도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 교반날개의 작동을 설명하기 위한 부분 단면도이다. 도 7a, 도 7b를 참조하면, 음식물 쓰레기(10), 처리조(110), 교반기(120), 샤프트(121), 교반아암(122), 교반날개(123), 배출가이드(124), 배출날개(125)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 음식물 쓰레기 처리장치의 교반기는 7a와 도 7b에 도시된 바와 같이, 교반아암(122)의 단부에 교반날개(123)를 결합시키되, 교반기(120)가 정회전 할 경우에 교반날개(123)의 전면이 음식물 쓰레기(10)를 균일하게 가압할 수 있도록 설치하여 음식물 쓰레기(10)의 특정 부위에 압력이 집중되지 않게 하고, 교반날개(123)의 단부와 처리조(110)의 내면 사이에 소정의 간격(S)를 형성할 수 있다.
교반기(120)는 샤프트(121), 교반아암(122), 교반날개(123), 배출가이드(124) 및 배출날개(125)로 구성될 수 있다. 샤프트(121)의 외주면에 샤프트(121) 축방향과 수직으로 복수의 교반아암(122)이 결합되는데, 복수의 교반아암(122)은 샤프트(121)의 길이방향을 따라 소정 간격만큼 이격되는 동시에 소정 각도만큼 회전되는 위치에 결합되고, 각각의 교반아암(122)의 단부에는 사각평판 형상의 교반날개(123)가 결합된다. 교반아암(122)의 수, 인접한 교반아암(122) 사이의 회전된 각도 및 교반날개(123)의 형상 및 면적 등은 필요에 따라 임의로 변경할 수 있다.
교반기(120)가 역회전 할 때에 음식물 쓰레기(10)와 접하게 되는 교반날개(123)의 표면에는 배출가이드(124)가 형성되고, 복수의 교반아암(122) 중 어느 하나의 단부에는 배출날개(125)가 형성된다. 배출날개(125)는 교반기(120)가 역회 전 할 때에 음식물 쓰레기를 배출구(도시되지 않음)를 통하여 처리조 밖으로 삽으로 떠내듯 밀어내도록 교반아암(122)과 소정 각도만큼 경사지게 결합되며, 배출가이드(124)는 교반기가 역회전하면 음식물 쓰레기를 배출날개(125) 방향으로 모으는 역할을 한다. 따라서, 배출가이드(124)는 배출날개(125)를 향하여 경사지게 형성된다.
상술한 바와 같은 구조 및 형상을 갖는 교반기(120)의 교반날개(123)는 샤프트(121)가 회전함에 따라 음식물 쓰레기(10)를 처리조(110)의 내면에 고루 흩어지게 하는데, 이때 전분이 많거나 점착성이 강한 음식물 쓰레기(10)를 가압하지 않게 되므로, 음식물 쓰레기(10)의 덩어리가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소정의 간격(S)에 의해 작고 단단한 물체가 처리조(110)의 내면과 교반날개(123)의 사이에 끼어들게 되더라도, 교반날개(123)가 회전됨에 따라 상기 물체를 이동시켜 음식물 쓰레기(10)의 상부로 이동시킬 수 있게 된다.
한편, 도 8을 본 발명의 다른 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 교반기(120')를 나타내는 사시도이다. 도 8을 참조하면, 샤프트(121'), 교반아암(122'), 교반날개(123'), 배출날개(125')가 도시되어 있다.
샤프트(121')의 소정의 위치에 샤프트(121') 축방향과 수직으로 샤프트를 관통하는 복수의 교반아암(122')이 형성될 수 있고, 복수의 교반아암(122')은 샤프트(121')의 길이방향을 따라 소정 간격만큼 이격되는 동시에 소정의 각도를 이루며 결합될 수 있다. 각각의 교반아암(122')의 양단부에는 교반날개(123')가 형성될 수 있으며, 샤프트의 외주면의 소정의 위치에는 샤프트 축방향과 수직으로 배출아 암(122a') 및 배출날개(125')가 형성될 수 있다.
교반아암(122')과 교반날개(123')를 제외한 다른 구성요소는 상술한 실시예의 그것과 동일 또는 유사하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
교반아암(122')은 샤프트를 관통하여 형성되며, 양단부에는 교반날개가 형성될 수 있다. 한편, 교반아암(122')은 샤프트를 중심으로 양 측의 길이가 서로 다르도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 긴 측은 처리조의 가장자리 부분에 위치하는 음식물 쓰레기를 중심으로 교반을 수행할 수 있도록 하고, 짧은 측은 처리조의 안쪽 부분에 위치하는 음식물 쓰레기를 중심으로 교반을 수행할 수 있도록 함으로써, 교반의 효율을 높일 수 있게 된다. 샤프트를 중심으로 하는 교반아암의 양 측의 길이는 처리조의 크기 등과 같은 설계상의 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있고, 양측의 길이를 동일하게 형성할 수 있음 역시 당연하다.
또한, 인접한 교반아암(122')의 단부에 형성된 교반날개(123')는 서로 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있으며, 동일한 교반아암(122')의 양단부에 형성된 교반날개는 서로 수직이 되도록 형성될 수 있다. 이를 통하여, 교반시, 처리조 내부에서 음식물 쓰레기의 이동량을 증가시킬 수 있게 되며, 결국 교반의 효율이 증대되는 효과를 나타낼 수 있게 된다. 도 8에 나타낸 실시예에서는 교반날개(123')의 각도는 120도 또는 240도인 것을 제시하였으나, 이는 처리조(110)의 크기, 교반아암(122')의 수 등에 따라 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 교반아암의 수, 인접한 교반아암 사이의 회전된 각도 및 교반날개의 형상 및 면적 역시 필요에 따라 임의로 변경할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 실시예에서는 상술한 구조의 교반기를 제시하였으나, 설계상의 필요에 따라 교반기의 구조 및 결합 또한 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 음식물 쓰레기 처리장치의 처리조를 도시한 단면도이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 처리조를 도시한 사시도이다. 도 9b, 도 9c 및 도 9d를 참조하여 설명함에 있어, 도 9a는 계속 참조하기로 한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 처리조(110), 배출구덮개(118), 교반기(120), 커팅부재(187) 및 상부커버(188)가 도시되어 있다.
처리조(110) 내의 양측 상부에는 상부 커버(195)가 설치된다. 상부커버(188)는 원호 형상을 갖는 평판 부재로, 교반기(120)가 음식물 쓰레기를 교반하는 과정에서 처리조(110)의 상부로 음식물 쓰레기의 일부 튀어올라 부착되는 것을 방지한다. 그리고, 음식물 쓰레기의 건조처리가 완료된 후, 교반기(120)를 역회전 시켜 처리 완료된 음식물 쓰레기를 배출구(117) 부근으로 모으는 과정에서, 처리조(110)의 전체에 퍼져있는 음식물 쓰레기가 처리조(110)의 양단부로 이동되어 배출구(117)로 배출되지 않는 것을 방지할 수 있다.
도 9c는 도 9a에 도시된 배출구덮개의 구조를 설명하기 위한 부분 단면도이다. 도 9c를 참조하면, 처리조(110), 배출구(117), 패킹(108a), 패킹홀도(108b), 배출구덮개(118) 및 돌출부(107a)가 도시되어 있다.
음식물 쓰레기를 처리하는 과정 중, 교반기(120)에 의해 교반되는 음식물 쓰레기가 배출구(117)를 통하여 밀려나오지 않도록 배출구(117)에 배출구덮개(118)가 설치된다. 음식물 쓰레기에는 수분이 많이 포함되어 있기 때문에 배출구덮개(118)와 처리조(110) 사이에 수밀성이 요구되므로, 패킹부(108)를 형성하게 된다. 패킹부(108)는 패킹(108a)와 패킹홀더(108b)로 구성되고, 패킹홀더(108b)에는 패킹(108a)이 일부 수용되는 패킹홈(108c)이 형성되어, 배출구덮개(118)와 패킹부(108)가 결합되면 음식물 쓰레기에 포함된 수분이 처리조(110) 외부로 흘러나오지 않도록 한다. 따라서, 패킹홈(108c)의 깊이는 배출구덮개(118)와 패킹부(108)가 결합될 때에 패킹(108a)이 다소 가압되도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 종래의 음식물 쓰레기 처리장치의 경우에는 처리조(110)에 돌출 형성된 패킹부(108)와 배출구덮개(118)가 형성하는 공간에 처리 중인 음식물 쓰레기가 부착되어 건조처리 되지 않고 있다가, 음식물 쓰레기의 처리가 완료되어 배출구덮개(118)를 열면 처리조(110) 밖으로 흘러나오는 문제가 있었다. 따라서, 본 발명에서는 배출구덮개(118)의 중간 부분에 돌출부(107a)를 형성하여 패킹부(108)와 배출구덮개(118)가 형성하는 공간을 돌출부(107a)가 채우도록 함으로써, 음식물 쓰레기가 배출구덮개(118)에 부착되는 것을 방지하고, 음식물 쓰레기가 부착되더라도 그 양을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 음식물 쓰레기(10)의 처리상태를 육안으로 확인할 수 있도록 배출구덮개(118) 및 돌출부(107a)를 내열 유리 등의 투명재질로 제작하는 것도 가능하다.
도 9d는 도 9a에 도시된 커팅부재의 작동을 설명하기 위한 부분 단면도이다. 도 9d를 참조하면, 처리조(110), 교반기(120), 교반날개(123) 및 커팅부재(187)가 도시되어 있다.
처리조(110) 내면 일측에는 커팅부재(187)가 설치된다. 우리나라에서 배출되는 음식물 쓰레기(10)에는 김치 및 나물과 같이 길이가 긴 섬유질이 많이 포함되는데, 이러한 섬유질이 다량 포함된 음식물 쓰레기(10)를 그대로 건조 처리할 경우에는 처리 완료된 음식물 쓰레기(10)의 입자가 커져서 재활용에 불편을 초래할 수 있다. 따라서, 처리조(110) 내면에 커팅부재(187)가 교반날개(123)의 단부에 접촉되지는 않되, 교반날개(123)의 단부와 커팅부재(187)와의 간격을 협소하게 설치하여 음식물 쓰레기(10)에 포함된 섬유질이 절단되도록 한다. 커팅부재(187)는 처리조(110) 내면에 돌출된 레일 형태로 설치하는 것도 가능하고, 필요에 따라 부분적으로 설치하는 것도 가능하다. 또한, 커팅부재(187)의 위치도 필요에 따라 선택하여 설치할 수 있되, 절단효과를 높이기 위하여 교반날개(123)가 음식물 쓰레기(10)에 의한 압력을 적게 받는 위치, 즉 교반아암(122)의 각도가 수평인 위치의 부근에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 교반아암(122)의 단부에 탄성부재(도시되지 않음)를 부착하여 교반날개(123)를 탄지하게 하되, 탄성부재(도시되지 않음)의 탄성도를 조절함으로써, 교반날개(123)와 커팅부재(187) 사이의 섬유질은 절단되나 동물의 뼈와 같은 매우 단단한 물질은 그대로 통과되도록 하는 것도 가능하다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기 처리장치의 제어방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 10을 참조하여 설명함에 있어, 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소의 동작에 관한 설명이 필요한 경우에는 그 도면번호를 인용하기로 한다.
그래프 (A)는 온도센서(184)에 의해 감지된 온도와 음식물 쓰레기 처리장치(100)의 작동시간의 관계에 관한 온도-시간 그래프이다. 그래프(B)는 고수위센서(164)의 감지에 응축수(161)가 배출된 시점과 음식물 쓰레기 처리장치(100)의 작동시간의 관계에 관한 배출시점-시간 그래프이다. 그래프(C)는 수분센서(183)에 의해 감지된 음식물 쓰레기의 전기저항 값과 음식물 쓰레기 처리장치(100)의 작동시간의 관계에 관한 전기저항 값-시간 그래프이다. 그래프(D)는 음식물 쓰레기에 포함된 실제 수분량과 음식물 쓰레기 처리장치(100)의 작동시간의 관계에 관한 수분량-시간 그래프이다.
사용자가 투입구(111)를 통하여 건조처리 할 음식물 쓰레기가 처리조(110)로 투입하고, 제어부(186)를 조작하여 음식물 쓰레기 처리장치(100)를 작동시키면, 제어부(186)는 가열장치(190)와 구동장치(127)를 작동시켜 음식물 쓰레기가 가열 및 교반되도록 한다.
음식물 쓰레기가 처리되기 시작하는 시점에는 온도센서(184)에 의해 감지되는 온도가 그래프(A)의 하한온도(TL) 이하이고, 수분센서(183)에 의해 감지되는 전기저항 값은 초기값(Ri) 이하이며, 음식물 쓰레기에 포함된 실제 수분량도 초기값(Hi)을 갖는다.
음식물 쓰레기가 소정 온도에 도달되면 음식물 쓰레기에 포함되었던 수분이 증발되기 시작한다. 온도센서(184)에 의해 제어부(186)에서 소정 온도가 감지되면, 제어부(186)는 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)를 작동시켜 처리조(110) 내의 배출가스를 주응축장치(130)로 이송하고, 배출가스 에 포함된 수분을 응축하여 응축수(161)를 생성하며, 주응축장치(130)에 의해 수분이 제거된 배출가스가 급기구(116)를 통하여 다시 처리조(110)로 이송될 수 있다. 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)가 작동되기 시작한 시점이 그래프(B)에 t0로 표시되어 있다.
한편, 그래프(A)에서는 소정 온도를 하한온도(TL)로 표현하였으나, 하한온도(TL)는 필요에 따라 다르게 설정할 수 있고, 소정 온도 또한 음식물 쓰레기의 함수율이나 주성분에 따라 다르게 설정할 수 있다. 또한, 소정 온도를 설정하지 않고, 가열장치(190) 및 교반기(120)가 작동되기 시작한 시점에서 소정 시간 경과 후에 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)가 작동되기 시작하도록 하는 것도 가능하다. 이때, 소정 온도 및 소정 시간은 실험치에 근거하여 산출할 수 있다.
주응축장치(130)에서 생성되는 응축수(161)는 응축수탱크(160)에 보관되고, 응축수(161)가 누적되는 양이 증가하여 응축수(161)의 수위가 고수위센서(164)에 이르면 고수위센서(164)가 제어부(186)로 신호를 출력한다. 고수위센서(164)의 신호를 수신한 제어부(186)는 배수밸브(162)을 열어 응축수(161)를 배출시키고, 응축수(161)의 수위가 낮아져서 저수위센서(166)에 이르면 저수위센서(166)의 신호를 수신한 제어부(186)가 배수밸브(162)를 닫아 응축수(161)의 배출을 중지시킨다. 음식물 쓰레기를 가열하는 동안 배수밸브(162)의 개폐에 의한 응축수(161)의 배출이 반복되며, 제어부(186)는 그래프(B)의 t0로부터 배수밸브(162)를 여는 각 시점을 파악하여 저장하고, 각 시점의 간격, 예를 들어, t0로부터 t1, t1으로부터 t2와 같 은 시간 간격을 비교한다.
가열장치(190)가 작동됨에 따라 처리조(110) 내의 음식물 쓰레기의 온도가 계속 상승되는데, 온도센서(184)에 의해 상한온도(TH)가 감지되면, 제어부(186)는 가열장치(190)의 작동을 중지시키되 교반기(120)는 계속 작동되도록 한다. 상한온도(TH)는 실험에 근거하여 얻을 수 있는 온도로, 음식물 쓰레기가 연소되지 않는 범위에서 가장 높은 온도로 설정하거나, 음식물 쓰레기의 수분이 가장 효율적으로 증발되는 온도로 설정하는 것이 바람직하다.
제어부(186)는 그래프(B)에 표현된 바와 같은 각 시간 간격을 측정하고 그 평균값과 가장 최근에 측정된 간격을 비교하다가, 가장 최근에 측정된 시간 간격이 시간 간격의 평균값의 소정 배수, 즉, 설정간격 값을 넘는 시점(그래프(B)의 t6)에 이를 때까지 가열장치(190)를 간헐적으로 작동시켜 그래프(A)에 표현된 것처럼 상한온도(TH)를 유지시킨다. 이때, 수분센서(183)에 의해 제어부(186)에서 감지되는 전기저항 값이 그래프(C)의 설정저항 값(Rf)에 이르면 가열장치(190)의 작동을 중지시키고, 설정저항 값(Rf) 보다 작은 값이면 상술한 바와 같이 상한온도(TH)를 계속 유지시킨다.
상술한 소정 배수는 실험에 근거하면 약 2배이다. 이때 음식물 쓰레기에 포함된 수분은 95% 가량 증발된 상태이다. 수분이 95% 가량 증발되었을 경우 계속 가열하면 음식물 쓰레기가 연소되어 악취 및 분진이 발생되므로, 가열장치(190)의 작동을 중지시키고, 처리조 내부의 잔열을 이용하여 온도를 하강시키며 가열함으로써 음식물 쓰레기가 연소되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상술한 배수밸브(162)가 작동된 시점의 간격이 소정 배수, 즉 그래프(B)에서 t6로 표현된 시점에 이르면, 제어부(186)는 가열장치(190)의 작동을 중지시키고, 교반기(120), 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)는 계속 작동시킨다. 가열장치(190)의 작동이 중지되었으나, 처리조 내부에는 잔열이 남아있으므로, 처리조(110) 내의 음식물 쓰레기는 처리조 내부로부터 계속 열을 전달 받되, 온도는 상한온도(TH) 이하로 하강한다. 그러나, 음식물 쓰레기의 온도는 수분이 증발되는 온도(여기서는 하한온도(TL)) 이상이므로 수분이 계속 증발되고, 이 수분은 배출가스에 포함되어 주응축장치(130)에 의해 제거된다.
처리조(110)내의 음식물 쓰레기의 온도가 계속 하강되는 동안, 수분센서(183)에 의해 제어부(186)에서 감지되는 전기저항 값이 그래프(C)의 설정저항 값(Rf)에 이르면(그래프(C)의 굵은 실선으로 표현된 전기저항 값의 변화), 제어부(186)는 교반기(120), 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)의 작동을 중지시킨다(그래프(A)의 ta). 이때, 함수율이 높거나 응집된 덩어리가 많은 음식물 쓰레기를 건조처리 하는 경우에는, 온도센서(184)에 의해 제어부(186)에서 감지되는 온도가 그래프(A)에 표현된 하한온도(TL)에 이르렀으나, 수분센서(183)에 의해 제어부(186)에서 감지되는 전기저항 값은 그래프(C)에 표현된 설정저항 값(Rf)에 이르지 못하는 경우가 있는데, 이 경우 제어부(186)는 음식물 쓰레기에 남은 수분을 증발시키기 위하여 가열장치(190)를 간헐적으로 작동시켜 그래프(A)에 표현된 하한온도(TL)를 유지시키고, 주응축장치(130)도 작동시킬 수 있다. 하한온도(TL)를 유지하는 동안 전기저항 값이 설정저항 값(Rf)에 이른 것(그 래프(C)의 굵은 점선으로 표현된 전기저항 값의 변화)이 수분센서(183)에 의해 감지되면(그래프(A)의 tb), 제어부(186)는 교반기(120), 가열장치(190), 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)의 작동을 중지시킨다.
음식물 쓰레기에 포함된 수분이 모두 증발되면, 음식물 쓰레기를 통하여 전류가 흐를 수 없게 된다. 따라서, 그래프(C)에 표현된 설정저항 값(Rf)은 수분센서(183)에 의해 제어부(186)에서 감지되는 전기저항 값이 전기적으로 절연된 상태에 가까운 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 전기적으로 절연된 상태는, 통상적인 전기저항 측정장비로 측정했을 때에 전기저항이 매우 커서 '전기저항 값이 무한대'라고 칭해지는 상태를 말한다.
제어부(186)는 전기저항 값에 근거하여 처리조(110) 내의 음식물 쓰레기에 포함된 수분이 모두 증발된 것으로 판단될 경우, 소정의 대기시간이 경과된 후 교반기(120)를 역회전시켜 처리조(110)에 형성된 배출구(도시되지 않음)로 건조처리가 완료된 음식물 쓰레기가 배출되도록 할 수 있다. 상기 소정의 대기시간은 실험치에 의하면 약 30분에서 1시간 가량의 시간으로, 건조된 음식물 쓰레기의 온도가 사람의 손으로 만질 수 있는 온도까지 하강하는데 소요되는 시간이다.
한편, 음식물 쓰레기를 투입구(111)로 투입하는 과정 또는 음식물 쓰레기 처리장치(100)가 작동되는 도중 음식물 쓰레기를 더 투입하는 등의 경우, 작동되는 교반기(120)에 의해 사용자가 부상을 입거나 음식물 쓰레기가 투입구(111) 밖으로 나오는 문제가 발생될 수 있다. 그리고, 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140) 및 제2 보조응축장치(150)가 작동되는 동안 투입구덮개(112)가 열려 처리조(110) 내부로 외부의 공기가 유입되거나, 급기구(116)를 통하여 이송되는 수분이 제거된 배기가스가 처리조(110) 외부로 유출되면 열효율이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 투입구덮개(112)의 개폐를 감지하는 개폐감지수단(113)에 의해 투입구덮개(112)의 열림이 감지되면, 제어부(186)는 즉시 교반기(120)의 작동을 일시 중지시킨다.
그런데, 상술한 경우 중 음식물 쓰레기 처리장치(110)가 작동되는 도중에 음식물 쓰레기를 더 투입하기 위해 투입구덮개(112)를 여는 경우에는 교반기(120)의 작동은 일시 중지되었으나, 가열장치(190) 및 주응축장치(130), 제1 보조응축장치(140), 제2 보조응축장치(150)는 계속 작동 중에 있으므로, 이 상태가 장시간 유지되면 음식물 쓰레기가 연소되거나 에너지가 손실되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 일시 중지상태에 대한 소정시간을 설정하고, 개폐감지수단(113)에 의해 투입구덮개(112)가 상기 소정시간 이상 열려있는 것으로 감지되면, 제어부(186)에서 사용자가 인식할 수 있도록 경고신호를 발하게 할 수도 있다. 경고신호를 발한 후에도 투입구덮개(112)의 닫힘이 감지되지 않으면 제어부(186)가 가열장치(190) 및 주응축장치(130)의 작동도 중지하도록 하여 음식물 쓰레기가 연소되거나 에너지가 손실되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 상기 경고신호는 점멸램프나 부저 등을 이용할 수도 있고, 제어부(186)에 음성 및 화상출력장치를 부가하여, "투입구덮개를 닫아 주십시오."와 같은 음성신호 또는 문자신호가 표시되도록 하는 것도 가능하다.
그런데, 상술한 본 발명의 실시예에서는 온도센서(184)가 제1 히트싱크의 온 도를 측정하므로 음식물 쓰레기의 실제 온도와는 차이가 발생할 수 있다. 특히 상한온도(TH)에 이르러 가열장치(190)의 작동이 중지된 후에도, 처리조 내부에 남은 잔열에 의해 제1 히트싱크의 온도가 상한온도(TH) 보다 다소 상승하였다가 하강하기 시작할 수 있고, 따라서 처리조(110) 내의 음식물 쓰레기의 온도도 다소 상승한 후에 하강하는 경우가 발생될 수 있으며, 반대로 제1 히트싱크의 온도가 하한온도(TL)에 이르러 가열장치(190)를 작동시킨 후에도 제1 히트싱크의 온도가 하한온도(TL) 보다 다소 하강하였다가 상승될 수 있다.
이러한 온도의 차이는 실험을 통하여 보정할 수 있으며, 또한 다수의 실험을 통하여 도 10의 그래프(A)와 같은 온도-시간 그래프를 작성하고 분석하면 가열시간과 온도변화의 상관관계에 대한 경향성을 구할 수 있으므로, 상한온도(TH) 및 하한온도(TL)에 도달되기 전에 가열장치(190)의 작동을 미리 중지시키고, 가열장치(190)의 잠열에 의해 다소 상승되는 온도가 상한온도(TH) 및 하한온도(TL) 내에 유지되도록 하는 일명 예측제어가 가능하다. 이러한 예측제어를 통하여 음식물 쓰레기 처리장치(100)의 온도를 제어하는 것도 가능하다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 청구범위 내에 존재한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음식물 쓰레기 처리장치는 가열 및 응축의 효율을 높일 수 있고, 그 구조가 간단하여 제작비를 절감시킬 수 있다.
Claims (14)
- 투입구와 배출구가 형성되어 음식물 쓰레기를 수용하는 처리조와, 상기 처리조에 열을 가하는 가열장치와, 상기 처리조에서 발생하는 배출가스에 포함된 수증기를 응축시켜 응축수를 생성시키는 주응축장치를 포함하되,상기 가열장치는, 제1 펠티어 소자(peltier element)와; 상기 제1 펠티어 소자에 전원을 인가하는 전원공급부와; 상기 제1 펠티어 소자의 일면에 결합되며, 상기 처리조의 외면에 인접하도록 형성되는 제1 히트싱크; 및 상기 제1 펠티어 소자의 타면에 결합되는 제1 냉각싱크를 포함하며,상기 주응축장치는, 복수의 파이프; 및 상기 복수의 파이프에 형성되는 복수의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 처리조를 관통하여 회전 가능하게 설치되는 교반기와;상기 가열장치의 내부에 설치된 온도센서와;상기 응축수를 저장하는 응축수탱크와;상기 응축수탱크에 저장된 상기 응축수의 수위를 감지하는 저수위센서 및 고수위센서와;상기 응축수탱크에 형성된 배수구에 설치되는 배수밸브와;상기 음식물 쓰레기에 포함된 수분량을 감지하는 수분센서와;상기 수분센서로부터 상기 음식물 쓰레기의 전기저항 값에 대응하는 신호를 출력하여, 상기 가열장치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제2항에 있어서,상기 투입구에 근접하는 사물을 감지하는 제1 근접센서를 더 포함하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제3항에 있어서,상기 제어부는,상기 제1 근접센서로부터 상기 투입구에 근접하는 사물의 유무에 대응하여 출력된 신호를 입력 받아, 상기 신호에 상응하여 상기 교반기 또는 상기 가열장치의 작동을 제어하는 기능을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제2항에 있어서,상기 배출구에 근접하는 사물을 감지하는 제2 근접센서를 더 포함하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제5항에 있어서,상기 제어부는,상기 제2 근접센서로부터 상기 배출구에 근접하는 사물의 유무에 대응하여 출력된 신호를 입력 받아, 상기 신호에 상응하여 상기 교반기 또는 상기 가열장치의 작동을 제어하는 기능을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 주응축장치는 상기 처리조의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제1항에 있어서,대기 중의 공기를 냉각시켜 냉매를 생성하고, 상기 냉매를 상기 주응축장치에 공급하는 제1 보조응축장치를 더 포함하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제8항에 있어서,상기 제1 보조응축장치는,제2 펠티어 소자(peltier element)와;상기 제2 펠티어 소자에 전원을 공급하는 전원공급장치와;상기 제2 펠티어 소자의 일면에 형성되는 제2 히트싱크와;상기 제2 펠티어 소자의 타면에 형성되는 제2 냉각싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제9항에 있어서,상기 제2 냉각싱크는 상기 주응축장치와 연통되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제10항에 있어서,상기 제2 냉각싱크와 상기 주응축장치 사이에 송풍팬이 개재되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제8항에 있어서,상기 주응축장치의 일측에 인접하여 형성되어, 상기 배출가스로부터 열을 빼앗는 제2 보조응축장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제12항에 있어서,상기 제2 보조응축장치는,제3 펠티어 소자(peltier element)와;상기 제3 펠티어 소자에 전원을 공급하는 전원공급장치와;상기 제3 펠티어 소자의 일면에 형성되는 제3 히트싱크와;상기 제3 펠티어 소자의 타면에 형성되는 제3 냉각싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
- 제13항에 있어서,상기 제3 냉각싱크는 상기 주응축장치의 일측에 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리장치.
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