KR100942212B1 - 음식물 쓰레기 처리 시스템 - Google Patents

음식물 쓰레기 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물에서 발생하는 가스를 외부로 방출하지 않고 시스템 내부에서 순환되도록 하는 한편 증발기에 유입되는 음식물 가스의 온도를 낮춰 압축기에 작용하는 부하를 감소시킬 수 있는 음식물 처리 시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 음식물이 수용되어 고온의 분위기에서 발효되는 음식물 발효조(100); 상기 음식물 발효조(100)에 장착되어 열을 인가하는 히터(200); 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 가스를 응축시키기 위한 증발기(410)와 압축기(450) 및 응축기(430,440)를 포함하는 냉매 순환 회로부(400); 상기 증발기(410)를 거치면서 소정의 온도로 냉각된 가스와 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 고온의 가스를 열교환시키고, 상기 열교환이 이루어진 가스는 상기 음식물 발효조(100)로 공급되도록 연결된 예비냉각기(300)를 포함한다.
음식물 쓰레기, 발효, 고온, 냉매, 응축

Description

음식물 쓰레기 처리 시스템{Garbage treating system}
본 발명은 음식물 쓰레기 처리 시스템에 관한 것으로, 음식물 쓰레기를 가열 건조하여 처리함에 있어서 음식물 쓰레기에서 발생하는 가스의 습기를 효율적으로 제거하고 음식물 쓰레기의 건조 효율을 향상시킬 수 있는 음식물 쓰레기 처리 시스템에 관한 것이다.
일반가정이나 음식점 등에서 발생되는 생활 쓰레기의 대부분을 차지하고 있는 음식물 쓰레기는 많은 수분을 함유하고 있어 소각처리가 불가능하거나 이를 소각처리하는데 많은 비용이 소요되며, 매립 처리시에는 시간이 경과 됨에 따라 음식물이 부패되면서 심한 악취를 내포하여 심각한 환경오염 및 위생 문제를 야기하는 주원인으로 작용하고 있다.
일반적인 음식물 쓰레기의 조성은 통상, 85%의 수분, 13%의 유기물 및 2%의 무기물로 구성되며, 그 원소구성을 보면 탄소(C) 45%, 수소(H) 7%, 산소(O) 32%, 질소(N) 3.6%, 황(S) 0.2%, 기타 12.2% 등으로 이루어져 있다.
이러한 음식물 쓰레기를 분해 처리함과 아울러 쓰레기의 폐기량을 최소화하고자 각계의 다각적인 연구와 더불어 다양한 처리장치들이 제안되어 왔으나 커다란 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.
최근에는 일반가정 및 음식점에서 분쇄기를 이용하여 음식물 쓰레기를 잘게 분쇄한 다음 하수구로 흘려보내는 사례가 늘고 있으나, 이러한 방법은 음식물 쓰레기의 처리가 매우 간편한 반면에, 상수원을 오염시키게 되는 더욱 큰 문제점을 안고 있다.
현재 일반적으로 사용되고 있는 음식물 쓰레기의 처리방법으로는 건조기를 이용하여 음식물 쓰레기에 함유된 수분을 강제 건조시켜 음식물 쓰레기의 양을 감량시키도록 하는 건조방식과, 음식물 쓰레기를 수용한 처리조 내에 미생물을 투입하고 적정 온도와 습도 및 공기(산소) 등을 공급하여 미생물 분해에 의해 발효시킴으로써 퇴비화 처리하는 방법 등이 널리 알려져 있다.
이러한 방법 중 건조방식은 고온의 건조 공기를 이용하여 음식물의 수분을 제거하는 것으로서, 음식물로부터 발생한 가스는 냄새가 나므로 이를 외부로 배출하지 않는 시스템이 필요하게 된다.
또한 음식물을 직접 가열하는 히터의 발열에만 의존하게 되면 건조 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 음식물로부터 발생한 가스의 수분을 제거하기 위해 냉매 시스템을 이용할 경우 음식물에서 발생한 고온의 가스와 냉매를 증발기에서 열교환을 시키는데, 고온의 가스와 냉매를 증발기에서 곧바로 열교환시킬 경우 냉매의 압력이 높아져 압축기에 부하가 크게 걸리는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 음식물에서 발생하는 가스를 외부로 방출하지 않고 시스템 내부에서 순환되도록 하는 한편 증발기에 유입되는 음식물 가스의 온도를 낮춰 압축기에 작용하는 부하를 감소시킬 수 있는 음식물 처리 시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉매 순환 회로부의 응축기 열을 이용하여 음식물 발효조로 유입되는 가스의 온도를 높일 수 있는 음식물 처리 시스템을 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉매 순환 회로부에서 적상 발생시 압축기로 유입되는 냉매를 보충함으로써 압축기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 음식물 처리 시스템을 제공하고자 함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 처리 시스템은, 음식물이 수용되어 고온의 분위기에서 발효되는 음식물 발효조(100); 상기 음식물 발효조(100)에 장착되어 열을 인가하는 히터(200); 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 가스를 응축시키기 위한 증발기(410)와 압축기(450) 및 응축기(430,440)를 포함하는 냉매 순환 회로부(400); 상기 증발기(410)를 거치면서 소정의 온도로 냉각된 가스와 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 고온의 가스를 열교환시키고, 상기 열교환이 이루어진 가스는 상기 음식물 발효조(100)로 공급되도록 연결된 예비냉각기(300)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 증발기로 유입되는 음식물 가스의 온도를 낮춤으로써 냉매의 압력이 지나치게 높아지는 것을 방지하여 압축기에 작용하는 부하 감소와 압축기의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 응축기의 냉매 열을 이용하여 음식물 발효조로 유입되는 가스의 온도를 높일 수 있어 음식물 처리 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 압축기에 바이패스 밸브를 설치하여 적상이 발생하더라도 압축기로 유입되는 냉매를 보충할 수 있어 압축기의 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 음식물 처리 시스템을 보여주는 개략도이다.
본 발명의 음식물 처리 시스템은, 음식물이 수용되어 고온의 분위기에서 발효되는 음식물 발효조(100), 상기 음식물 발효조에 장착되어 열을 인가하는 히터(200), 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 가스를 응축시키기 위한 증발기(410)와 압축기(450) 및 응축기(430,440)를 포함하는 냉매 순환 회로부(400), 상기 증발기(410)를 거치면서 소정의 온도로 냉각된 가스와 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 고온의 가스를 열교환시키고 상기 열교환이 이루어진 가스는 상기 음식물 발효조(100)로 공급되도록 연결된 예비냉각기(300)로 이루어진다.
상기 음식물 발효조(100)에는 개폐문(도면에 미도시)이 형성되어 있어 이 개폐문을 통해 음식물을 투입하게 된다. 음식물 발효조(100) 내부 공간은 대략 85℃ 정도되는 고온의 분위기가 되도록 상기 히터(200)를 작동시킨다.
상기 히터(200)는 음식물 발효조(100) 하부면을 감싸도록 형성되고 히터(200)의 열에 의해 음식물 발효조(100) 내부의 음식물은 건조 과정을 거친 후 잔유물은 재활용을 위해 수거된다.
상기 음식물 발효조(100)에서 발생하는 가스에는 다량의 수분이 함유되어 있다. 이 가스는 상기 예비냉각기(300)를 거쳐 증발기(410)로 유입된다.
상기 증발기(410)로 유입되는 가스의 온도는 음식물 발효조(100)에서 발생된 고온의 가스이므로, 이와 같은 고온이 가스가 증발기(410)로 직접 유입될 경우 상기 냉매 순환 회로부(400)를 흐르는 냉매의 압력을 증가시키고, 이로 인해 압축기(450)에 부하가 걸리게 되어 압축기(450) 고장의 원인으로 작용한다.
따라서 예비냉각기(300)를 설치하여 증발기(410)로 유입되는 가스의 온도를 낮추는 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 예비냉각기(300)는 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 고온의 가스가 유입되는 제1입구(310)와, 상기 제1입구(310)와 연결되어 유입된 고온의 가스가 배출되는 제1출구(320)와, 상기 증발기(410)에서 냉각된 저온의 가스가 유입되는 제2입구(330)와, 상기 제2입구(330)와 연결되어 유입된 저온의 가스가 배출되는 제2출구(340)가 형성되어 있다.
상기 예비냉각기(300)에서는 상기 증발기(410)로 유입되는 고온의 가스 온도 를 낮추기 위하여 열교환이 이루어진다. 즉, 상기 제1입구(310)에서 제1출구(320)로 흐르는 고온의 가스와 상기 제2입구(330)에서 제2출구(340)로 흐르는 저온의 가스 사이에 열교환이 이루어짐으로써 상기 증발기(410)로 유입되는 가스의 온도를 낮추게 된다.
이 열교환 과정에서 발생된 응축수는 응축수 배출구(350)를 통해 배출시킨다.
상기 냉매 순환 회로부(400)는 냉동사이클을 구성하는 증발기(410)와 팽창밸브(420)와 응축기(430,440) 및 압축기(450)를 포함한다.
상기 증발기(410)에는, 상기 예비냉각기(300)의 제1출구(320)를 통해 배출되는 고온의 가스가 유입되는 가스입구(411), 상기 가스입구(411)를 통해 유입된 가스가 배출되는 가스출구(412), 상기 팽창밸브(420)를 통과한 저온, 저압의 액상 냉매가 유입되는 냉매입구(413), 상기 냉매입구(413)를 통해 유입된 냉매가 배출되는 냉매출구(414)가 형성되어 있다.
상기 증발기(410)의 가스입구(411)를 통해 유입된 고온의 가스와 냉매입구(413)를 통해 유입된 저온의 냉매 사이에는 열교환이 이루어진다. 이로 인해 고온의 가스는 온도가 떨어지면서 가스 속에 포함된 수분이 응축되고, 응축수는 응축수 배출구(415)를 통해 배출되며, 수분이 제거된 가스는 가스출구(412)를 통해 예비냉각기(300)의 제2입구(330)로 유입된다. 상기 냉매는 액체 상태에서 기체 상태로 증발하면서 상기 고온의 가스로부터 열을 흡수하고, 다시 압축기(450)로 순환하게 된다.
상기 응축기(430,440)는 1차 응축기(430)와 2차 응축기(440)로 이루어진다. 상기 1차 응축기(430)에서는 고온,고압의 냉매 기체가 액체로 응축되면서 열이 발생하고, 상기 예비냉각기(300)의 제2출구(340)를 통해 나온 가스는 상기 1차 응축기(430)로 유입되어 상기 냉매에서 발생한 열을 전달받아 가열된 후 상기 음식물 발효조(100)로 다시 유입된다.
따라서 음식물 발효조(100)는 85℃ 정도 되는 고온의 분위기에서 음식물을 건조하게 되는데, 상기와 같이 1차 응축기(430)에서 발생하는 열을 이용하여 미리 가열된 가스를 상기 음식물 발효조(100)로 공급하게 되면 건조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 히터(200)의 발열에만 의존하는 경우에 비해 전력 소모를 줄일 수 있다.
상기 1차 응축기(430)에서 가스에 열을 전달한 냉매는 2차 응축기(440)로 유입되고, 상기 2차 응축기(440)에서는 외부 공기와의 열교환을 통해 냉매는 온도가 떨어지면서 액체상태가 된다.
한편, 상기 증발기(410)는 저온, 저압의 액체 상태의 냉매가 유입되고, 이렇게 유입된 저온의 냉매는 음식물 발효조로부터 발생된 고온의 가스와 열교환을 함으로써 기체 상태로 증발하게 된다.
따라서 상기 증발기(410)의 열교환되는 부분은 낮은 작동온도를 유지해야 하는데, 증발온도가 결빙온도 0℃ 이하로 낮아지는 경우가 많아서 증발기(410)의 표면에 서리가 생기고, 계속해서 가동하면 결빙된 얼음이 증발기를 뒤덮게 되어 냉동 시스템의 성능이 급격히 떨어지는 결과를 초래한다. 이와 같은 현상을 적상이라고 한다.
상기와 같은 적상 현상 발생시 압축기(450)로 유입되는 냉매의 압력이 저하되는데, 이러한 압축기에서의 흡입압력 저하는 가스의 밀도가 낮아지고 압축기(450)의 냉각을 불만족스럽게 하며 압축기(450) 능력의 현저한 감소를 초래한다.
따라서 압축기(450)에서 토출된 고압의 냉매를 바이패스 밸브(460)를 통해 바이패스 시킴으로써 냉매를 보충해주도록 한다.
이 경우 압축기(450)로 유입되는 냉매의 압력은 압력게이지(480)로 측정하게 된다.
만약 액상의 냉매가 압축기(450)로 흘러들어가게 되면 햄머음과 같은 이상음이 발생하기도 하고, 흡입변이나 토출변을 비롯하여 내부 부품이 파손되어 압축기(450) 고장의 원인이 된다. 따라서 압축기(450) 전단에 액분리기(470)를 설치하여 압축기(450)로 액상의 냉매가 들어가지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 팽창밸브(420)는 모세관(Capillary Tube)을 사용하고, 그 전단에는 필터드라이어(490)가 설치되어 있다.
한편 상기 음식물 발효조(100)와 예비냉각기(300) 사이에는 음식물에서 발생한 가스의 흐름을 유도하기 위해 팬(511)이 설치되고, 상기 예비냉각기(300)와 1차 응축기(430) 사이에도 팬(512)이 설치되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 의한 예비냉각기 내부 구조를 개략적으로 보여주는 도면이 다.
상기 예비냉각기(300)는, 챔버(301)와, 상기 증발기(400)를 거치면서 냉각된 가스가 통과하도록 챔버(301) 내부 공간을 가로지르도록 설치된 다수의 파이프(302)와, 상기 음식물 발효조(100)에서 발생된 고온의 가스가 상기 파이프(302)의 외부를 지그재그 형태로 흐르도록 설치된 다수의 격벽(303)을 포함한다.
상기 파이프(302)는 상기 격벽(303)을 관통하도록 설치되어 있고, 상기 파이프(302)의 일측은 상기 증발기(410)에서 냉각된 저온의 가스가 유입되는 제2입구(330)와 연결되고, 타측은 가스가 배출되는 제2출구(340)와 연결되어 있다.
상기 다수의 격벽(303) 사이 공간에는, 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 고온의 가스가 제1입구(310)를 통해 유입되고, 이렇게 유입된 가스는 상기 격벽(303)에 의해 흐름이 지그재그로 유도되어 파이프(302)의 외부를 흐른 후 제1출구(320)를 통해 배출된다. 배출된 가스는 증발기(410)로 유입된다.
이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 음식물 처리 시스템을 보여주는 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 예비냉각기 내부 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 음식물 발효조 200 : 히터
300 : 예비냉각기 400 : 냉매 순환 회로부
410 : 증발기 420 : 팽창밸브
430 : 1차 응축기 440 : 2차 응축기
450 : 압축기 460 : 바이패스 밸브
470 : 액분리기 480 : 압력게이지

Claims (4)

  1. 음식물이 수용되어 고온의 분위기에서 발효되는 음식물 발효조(100);
    상기 음식물 발효조(100)에 장착되어 열을 인가하는 히터(200);
    상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 가스를 응축시키기 위한 증발기(410)와 압축기(450) 및 응축기(430,440)를 포함하는 냉매 순환 회로부(400);
    상기 증발기(410)를 거치면서 소정의 온도로 냉각된 가스와 상기 음식물 발효조(100)에서 발생한 고온의 가스를 열교환시키고, 상기 열교환이 이루어져 온도가 하락된 가스는 상기 음식물 발효조(100)로 공급되도록 연결된 예비냉각기(300)를 포함하고,
    상기 냉매 순환 회로부(400)의 응축기는, 상기 압축기(450)와 상기 증발기(410) 사이에 설치된 제1응축기(430)와 제2응축기(440)로 이루어지고, 상기 예비냉각기(300)에서 열교환이 이루어진 가스는 상기 제1응축기(430)를 통과하면서 냉매로부터 열을 전달받아 가열된 후 상기 음식물 발효조(100)로 유입되며,
    상기 예비냉각기(300)는, 챔버(301)와, 상기 증발기(410)를 거치면서 냉각된 가스가 통과하도록 챔버 내부 공간을 가로지르도록 설치된 다수의 파이프(302)와, 상기 음식물 발효조(100)에서 발생된 고온의 가스가 상기 파이프(302)의 외부를 지그재그 형태로 흐르도록 설치된 다수의 격벽(303)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환 회로부(400)의 압축기(450)에는, 상기 압축기(450)에 유입되는 냉매의 압력이 낮을 경우 압축기(450)에서 토출되는 냉매를 바이패스시켜 상기 압축기(450)의 유입구 측에 공급되도록 바이패스 밸브(460)가 연결된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리 시스템.
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