KR101110615B1 - 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면 좌변기의 하부에 직접 설치되며, 컨베이어 벨트(210)가 후방으로의 작동 방향으로 양(+)의 경사면을 갖는 대소변 분리 및 이송부(200), 소변을 수집하는 소변 처리부(300), 및 분리된 대변을 수집하는 대변 처리부(400)를 포함하며, 상기 대변처리부는 상하로 연통하는 제1처리부(410) 및 제2 처리부(420)로 분리되고; 상기 제1 처리부와 제2 처리부는 실린더식 덮개(412, 422)에 의해 각각 개폐되며, 상기 제2 처리부는 대변을 교반하에 건조하여 외부로 배출하는. 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 제공된다..

Description

화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치{Apparatus for disposal of human feces and urine and manufacture of organic fertilizer}

본 발명은 유기질 비료제조 장치에 관한 것으로서, 화장실의 분뇨 악취를 차단하면서 처리함과 동시에 유기질 비료를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 재래식 구조의 화장실은 실내의 바닥면에 변기가 설치되고 이 변기의 하부측에는 용변 배설물의 저장을 위한 저장조가 설치되어 용변 배설물이 상기 변기측에서 낙하하여 상기 저장조의 저장 공간측에 담겨지도록 이루어진다. 이러한 재래식 구조는 불특정 이용자를 대상으로 야외의 공원이나 행사장 등에 설치되어 간편하게 용변 처리를 행할 수 있는 이동식 화장실에 주로 적용된다.

그러나, 상기한 재래식 화장실은 실내의 용변 공간에서 상기 변기를 통하여 저장조 내부의 저장 공간이 그대로 보여지므로 사용자가 시각적으로 불쾌감을 갖게 될 뿐만 아니라, 용변 배설물이 상기 변기의 통로를 통하여 항상 일정한 위치에서 낙하하게 되므로 이로 인하여 용변 배설물이 상기 저장조의 내부에서 일부분에만 쌓이는 현상이 발생한다. 특히, 상기와 같이 배설물이 한 곳에 쌓이면서 저장되는 현상은 기온이 상대적으로 낮은 겨울철에 더욱 심각하게 발생되어 예를 들면, 저장조 내부에서 50% 이상이 유휴 저장 공간이 있음에도 불구하고 일부분에만 쌓이게 되므로 상기 저장조의 배설물을 조기에 수거하거나 청소하여야 하므로 과다한 유지비용 등이 소요되는 문제가 있다. 그리고, 상기 재래식 구조의 화장실은 변기는 물론이거니와 상기 저장조 내부에 각종 세균이나 곤충 등이 쉽게 번식이 가능하여 구조적으로 만족할 만한 위생 상태를 유지하기가 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 양변기 또는 좌변기로부터의 소변과 대변을 즉시 분리한 후, 소변은 정화 장치로 유입되게 하여 처리하고, 대변은 미생물이 활성화된 탱크로 강제 유도하여 처리하는 방법이 제안되어 있다.

이의 대표적인 예로서 2009년 9월 23일에 공개된 한국공개특허 제10-2009-0099753호가 언급될 수 있다. 이 공개 특허문헌에 개시되어 있는 간이 화장실에서는 소변의 경우에는 정화 장치를 통해 정화시키고, 대변의 경우에는 미생물이 활성화되어 있는 별도의 탱크에서 교반시키면서 미생물에 의한 분해를 촉진시키면서 처리하고 있다. 한편, 2009년 4월 3일에 등록된 한국등록특허 제10-0892862호(발명의 명칭 "간이 이동식 화장실")도 간이 이동식 화장실에서의 분뇨 처리를 위해 각각 정화 장치와 별도의 미생물 저장조를 운용하고 있다. 그러나, 미생물에 의해 대변을 처리하는 상기한 바와 같은 간이 이동식 화장실의 경우, 적정수의 미생물을 유지 하기 위해서는 온도 조건, 습도 조건, 먹이 조건, 산소 조건 등이 항시 요구된다. 특히, 겨울의 경우에는 온도조건, 습도 조건 그리고 먹이 조건을 유지하기 쉽지 않아 미생물의 처리 용량을 초과하고 있어 분뇨의 최종적인 처리가 여전히 문제된다.

이러한 미생물처리방식의 문제점을 해소하기 위한 시도로서 본 출원인은 좌변기의 하부에 직접 설치되며, 컨베이어 벨트가 후방으로의 작동 방향으로 양(+)의 경사면을 갖는 대소변 분리 및 이송부; 상기 컨베이어 벨트의 경사면을 따라 하방으로 유도되어 분리된 소변을 정화시키기 위한 소변 정화부; 및 상기 컨베이어 벨트의 경사면에 의해 분리된 대변을 처리하기 위한 대변 처리부로서, 모터에 의해 회전 구동되는 교반축과 상기 교반축에 대하여 대체로 방사상으로 연결되어 있는 교반 날개 및 상기 처리 대상 대변을 가열하여 건조시키기 위한 히터를 포함하는 대변 건조 탱크, 상기 대변 건조 탱크로부터의 증기화된 공기를 냉각시키기 위한 냉각부, 및 상기 냉각부에서의 공기를 상기 대변 건조 탱크로 회귀시키기 위한 송풍팬과 회귀 라인을 포함하는 대변 처리부;를 포함하는 분뇨 처리 시스템을 갖춘 이동식 간이 화장실을 발명하여 특허 제10-966309호로 등록받은 바 있다.

본 발명의 주된 목적은 본 출원인의 특허 제10-966309호를 개량하여 간이 화장실의 악취를 보다 효율적으로 차단하면서 분뇨를 처리할 수 있고 부산물로서 인분 비료를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 좌변기의 하부에 직접 설치되며, 컨베이어 벨트가 후방으로의 작동 방향으로 양(+)의 경사면을 갖는 대소변 분리 및 이송부; 상기 컨베이어 벨트의 경사면을 따라 하방으로 유도되어 분리된 소변을 수집하는 소변 처리부; 및 상기 컨베이어 벨트의 경사면에 의해 분리된 대변을 수집하는 대변 처리부를 포함하는 분뇨처리장치에 있어서,

상기 대변처리부는 상하로 연통하는 제1 및 제2 처리부로 분리되고;

상기 제1 처리부는 상단의 개폐구를 통해 상기 컨베이어 벨트에 의해 분리된 대변을 받아들이고, 제1 처리부의 상단 개폐구는 대변기의 사용시에 실린더의 수축에 의해 개방되고 대변기의 비사용시에 실린더의 신장에 의해 폐쇄되는 실린더식 덮개에 의해 개폐되며,

상기 제2 처리부는 상단의 개폐구를 통해 제1 처리부에서 공급되는 대변을 교반하에 건조하여 외부로 배출하고, 제2 처리부의 상단 개폐구는 대변의 건조 중에 실린더의 신장에 의해 폐쇄되고 대변의 비 건조 중에 실린더의 수축에 의해 개방되는 실린더식 덮개에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 제2 처리부의 내부에는 모터에 의해 구동되는 교반축과, 상기 교반축에 결합되어 있는 교반날개가 구비되며, 상기 교반날개는 1개 또는 2 개 이상의 대상 판재가 S자형으로 뒤틀리어 나선상으로 교반축에 고정된 것임을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 제2 처리부의 건조에 열 또는 고주파를 이용하는 것을 특징으로 하는 비료생산 및 악취제거 기능이 있는 화장실용 분뇨처리장치가 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 제2 처리부에 모터에 의해 회전 구동되는 교반축과 상기 교반축에 연결되어 있는 교반 날개로 되는 교반기가 설치된 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 제2 처리부로부터의 가스를 수집하여 액화시키기 위한 응축부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 응축부로부터 방출되는 열을 제2 처리부로 회귀시키기 위한 송풍팬 및 회귀라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 제공된다.

본 발명에 따르는 장치는 화장실의 악취를 극소화하면서 분뇨를 보다 위생적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 소변 및/ 또는 대변의 처리시에 미생물에 의한 처리 공정을 요구하지 않아 분뇨의 최종적인 처리가 매우 용이하고, 분뇨를 저전력 구동 방식으로 효율적으로 처리하면서 유기질 비료생산이 가능하고, 얻어지는 부산물 중 액상 물질을 그대로 또는 필요에 따라 가공하여 액상 비료로 사용할 수 있게 하는 등의 다양한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현에 따르는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치가 적용된 간이화장실의 설치단면도,
도 2는 본 발명의 일 구현에 따르는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치의 요부 확대단면도,
도 3은 본 발명의 일 구현에 따르는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치의 요부 사시도,
도 4는 본 발명의 일 구현에 따르는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치의 요부 분해 반단면도,
도 5는 본 발명의 일 구현에 따르는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치에서 사용자가 용변을 볼 때 대변처리부의 제1 및 제2 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 수축(후진)되어 대변처리부가 개방된 상태를 보여주는 설명도,
도 6은 도 5의 장치에서 사용자가 용변을 본 후 대변처리부의 제1 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 신장(전진)되어 의해 제1 처리부의 개폐구가 폐쇄된 상태를 보여주는 설명도,
도 7은 도 5의 장치에서 대변을 건조하는 시점에 대변처리부의 제1 및 제2 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 신장되어 대변처리부를 폐쇄한 상태를 보여주는 설명도,
도 8은 도 5의 장치에서 대변 건조 중에 사용자가 이용할 경우 제1 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 수축되어 제1 처리부만이 개방된 상태를 보여주는 설명도,
도 9는 도 8의 상태에서 대변 건조가 완료되고 건조된 대변을 배출한 후 제2 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 수축되어 제1 처리부에 수용된 대변이 제2 처리부로 낙하하는 상태를 보여주는 설명도.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시구현을 예시한 첨부도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치는 좌변기의 하부에 직접 설치되며, 컨베이어 벨트(210)가 후방으로의 작동 방향으로 양(+)의 경사면을 갖는 대소변 분리 및 이송부(200); 상기 컨베이어 벨트의 경사면을 따라 하방으로 유도되어 분리된 소변을 수집하는 소변 처리부(300); 및 상기 컨베이어 벨트의 경사면에 의해 분리된 대변을 수집하는 대변 처리부(400)를 포함한다.

본 발명의 장치에서 소변 처리부(300)에 대한 상세한 설명은 예를 들어 상기한 한국공개특허 제10-2009-0099753호에 제시된 바와 같이 공지 기술로서, 본 발명의 소변 처리부(300)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

대소변 분리 및 이송부(200)에는 도시된 바와 같이 후방으로 양(+)의 경사면을 갖는 컨베이어 벨트(210)가 제공된다. 이러한 양(+)의 경사면에 의해 유동특성이 다른 소변과 대변이 중력에 의해 분리된다. 즉, 소변은 상기한 컨베이어 벨트(210)의 경사면을 따라 내려가며 대변은 컨베이어 벨트(210)의 후방 구동에 의해 사용자의 후방으로 이송된다. 도시되지는 않았지만, 변기의 소정 부위, 예를 들어 사람이 앉는 부위 부근에 인체 감지 센서가 배치되며, 이러한 인체 감지 센서는 도시되지는 않았지만 별도로 마련된 제어부에 인체 감지 신호를 송신하고, 수신된 신호에 따라 구동 모터를 구동시키게 된다.

이러한 구동 모터는 회전 동작에 의해 상기한 컨베이어 벨트(210)를 후방으로 작동되게 한다. 이러한 일련의 과정 자체는 공지된 기술[참조예 : 한국공개특허 제10-2009-0099753호]로서, 본 명세서를 숙지한 당업자라면 다양하게 고려할 수 있을 것이다. 컨베이어 벨트(210)의 하단부에는 바람직하게는 도시된 바와 같이 적어도 하나의 스크레이퍼(220, 230)가 설치된다. 이러한 스크레이퍼(220, 230)는 컨베이어 벨트(210)의 외면에 점착된 이물질, 특히 대변을 제거하는 역할을 주로 한다. 한편, 필요에 따라 컨베이어 벨트(210)의 하부에 브러쉬(250)가 설치될 수도 있다.

컨베이어 벨트(210)의 후방 구동에 의해 이송된 대변은 도시된 바와 같은 대변투입 통로를 따라 떨어져 대변 처리부(400)로 이송되어 처리된다.

본 장치에서 대변 처리부(400)는 상하로 연통하는 제1 처리부(410)와 제2 처리부(420)로 분리된다.

제1 처리부(410)는 상단의 개폐구(411)를 통해 상기 컨베이어 벨트(210)에 의해 분리된 대변을 받아들이고, 제1 처리부(410)의 상단 개폐구(411)는 대변기의 사용시에 실린더의 수축에 의해 개방되고 대변기의 비사용시에 실린더의 신장에 의해 폐쇄되는 실린더식 덮개(412)에 의해 개폐된다.

제2 처리부(420)는 상단의 개폐구(421)를 통해 제1 처리부(410)에서 공급되는 대변을 교반하에 건조하여 외부로 배출하고, 제2 처리부의 상단 개폐구(421)는 대변의 건조 중에 실린더의 신장에 의해 폐쇄되고 대변의 비 건조 중에 실린더의 수축에 의해 개방되는 실린더식 덮개(422)에 의해 개폐된다.

제1 처리부의 실린더식 덮개(412)와 제2 처리부의 실린더식 덮개(422)는 에를 들어 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이 피스톤로드(412a, 422a)의 자유단에 판체(412b, 422b)가 부착된 형태로 구성할 수 있으며, 피스톤 로드의 수축, 신장에 의해 판체가 스크레이퍼 역할을 하는 벽(413)의 상하에 형성된 슬리트형 통로를 따라 후진, 전진하도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한 실린더식 덮개(412,422)는 유압에 의해 작동하도록 설계하는 것이 바람직하다.

제1 처리부(410)의 실린더식 덮개(412)는 변기 사용 감지시에 수축(후진)되며, 변기 비사용 감지시에 신장(전진)되는 것에 의해 제1 처리부(410)의 개폐구(411)를 개폐하도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한 제1 처리부의 실린더식 덮개(412)는 제2 처리부에서 대변의 분쇄, 건조시에 제1 처리부(410)의 개폐구(411)를 폐쇄하고, 이러한 폐쇄 중에 변기사용을 감지하면 제1 처리부(410)의 개폐구(411)를 개방하도록 설계하는 것이 바람직하다.

제2 처리부(420)의 실린더식 덮개(422)는 제2 처리부에서 대변의 분쇄, 건조시에만 개폐구(421)를 폐쇄하도록 설계하는 것이 바람직하다.

이러한 설계에는 센서, 타이머 등과 같은 감지부(430)와 연계된 자동제어방식을 이용할 수 있다. 이러한 자동제어는 당 분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어 변기 사용 및 비사용 모드는 이동감지센서, 무게센서 등을 이용하여 자동제어할 수 있고, 대변 건조 모드는 온도, 사용횟수, 시간, 제2처리부 내의 충전 부피 또는 무게 등을 설정하여 실린더식 덮개의 피스톤로드에 작용하는 유압(流壓)을 자동제어할 수 있고, 이에 의해 실린더식 덮개의 수축 및 신장을 자동제어할 수 있다.

가열건조하는 경우 제2 처리부(420)의 내부온도가 너무 높으면 유기질 비료의 상품가치가 저하될 수 있으므로, 제2 처리부(420)의 내부온도를 80～130도를 유지하는 것이 양질의 유기질 비료를 생산할 수 있어서 바람직하다.

도 5 내지 9는 실린더식 덮개의 개폐방식을 예시한 것이다.

도 5는 본 장치에서 사용자가 용변을 볼 때 대변처리부의 제1 및 제2 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 수축되어 대변처리부가 개방된 상태를; 도 6은 도 5의 장치에서 사용자가 용변을 본 후 대변처리부의 제1 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 실린더 신장에 의해 제1 처리부의 개폐구가 폐쇄된 상태를; 도 7은 도 5의 장치에서 대변을 건조하는 시점에 대변처리부의 제1 및 제2 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 신장되어 대변처리부를 폐쇄한 상태를; 도 8은 도 5의 장치에서 대변 건조 중에 사용자가 이용할 경우 제1 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 수축되어 제1 처리부만이 개방된 상태를; 도 9는 도 8의 상태에서 대변 건조가 완료되고 건조된 대변을 배출구(429)를 통해 배출한 후 제2 처리부에 설치된 실린더식 덮개가 수축된 초기상태로 돌아가면서 제1 처리부에 수용된 대변이 제2 처리부로 낙하하는 상태를 각각 나타낸 것이다.

대변 처리부(400)의 제2 처리부(420)의 내부에는 모터에 의해 구동되는 교반축(423)과, 상기 교반축(423)에 결합되어 있는 교반날개(424)가 구비되어 있다. 교반날개(424)는 1개 또는 2 개 이상의 대상 판재가 S자형으로 뒤틀리어 나선상으로 교반축에 고정되는 구조로 설계하는 것이 대변건조속도를 향상시킬 수 있고, 고속의 분뇨 처리와 동시에 분말상의 유기질 비료를 용이하게 생산할 수 있어 바람직하다.

본 발명에 있어서, 제2 처리부에서 대변의 건조에 열 또는 고주파를 이용할 수 있다. 열을 이용하는 경우에는 히터(428)를, 고주파를 이용하는 경우에는 마그네트론을 제2 처리부의 하부, 측부 또는 양자에 설치할 수 있다.

대변 건조과정 중에 가스가 발생하며, 발생된 가스는 응축기(425)로 보내 액화시키켜 회수하는 것이 바람직하다. 이러한 응축과정에서 응축기(425)로부터 열이 방출되며 이와 같이 방출되는 열은 송풍팬(426) 및 회귀라인(427)을 이용하여 제2 처리부로 회귀시켜 대변건조에 소요되는 에너지를 절감하도록 하는 것이 바람직하다.

200 : 대소변 분리 및 이송부 300 : 소변 처리부
400 : 대변 처리부 410 : 제1 처리부
420 : 제2처리부 411, 421 : 개폐구
412, 422 : 실린더식 덮개 423 : 교반축
424 : 교반날개 425 : 응축기
426 : 송풍팬 427 : 회귀라인

Claims (6)

1. 좌변기의 하부에 직접 설치되며, 컨베이어 벨트가 후방으로의 작동 방향으로 양(+)의 경사면을 갖는 대소변 분리 및 이송부; 상기 컨베이어 벨트의 경사면을 따라 하방으로 유도되어 분리된 소변을 수집하는 소변 처리부; 및 상기 컨베이어 벨트의 경사면에 의해 분리된 대변을 수집하는 대변 처리부를 포함하는 장치에 있어서,
   상기 대변 처리부는 상하로 연통하는 제1 및 제2 처리부로 분리되고;
   상기 제1 처리부는 상단의 개폐구를 통해 상기 컨베이어 벨트에 의해 분리된 대변을 받아들이고, 제1 처리부의 상단 개폐구는 대변기의 사용시에 실린더의 수축에 의해 개방되고 대변기의 비사용시에 실린더의 신장에 의해 폐쇄되는 실린더식 덮개에 의해 개폐되며;
   상기 제2 처리부는 상단의 개폐구를 통해 제1 처리부에서 공급되는 대변을 교반하에 건조하여 외부로 배출하고, 제2 처리부의 상단 개폐구는 대변의 건조 중에 실린더의 신장에 의해 폐쇄되고 대변의 비 건조 중에 실린더의 수축에 의해 개방되는 실린더식 덮개에 의해 개폐되고;
   상기 제2 처리부의 실린더식 덮개는 제2 처리부에서 대변의 분쇄, 건조시에만 개폐구를 폐쇄하도록 감지부와 연계된 자동제어방식으로 구동되며;
   상기 제1 처리부의 실린더식 덮개와 제2 처리부의 실린더식 덮개는 피스톤로드의 자유단에 판체가 부착된 형태로 구성되고, 피스톤 로드의 수축, 신장에 의해 상기 판체가 스크레이퍼 역할을 하는 벽의 상하에 형성된 슬리트형 통로를 따라 후진, 전진하는 것;을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 처리부의 내부에는 모터에 의해 구동되는 교반축과, 상기 교반축에 결합되어 있는 교반날개가 구비되며,
   상기 교반날개는 1개 또는 2 개 이상의 대상 판재가 S자형으로 뒤틀리어 나선상으로 교반축에 고정된 것임을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 처리부에서 대변의 건조에 열 또는 고주파를 이용하는 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 처리부에 모터에 의해 회전 구동되는 교반축과 상기 교반축에 연결되어 있는 교반 날개로 되는 교반기가 설치된 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 처리부로부터의 가스를 수집하여 액화시키기 위한 응축부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 응축부로부터 방출되는 열을 제2 처리부로 회귀시키기 위한 송풍팬 및 회귀라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화장실 분뇨 처리 및 유기질 비료제조 장치.

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