KR101204326B1 - 음식물쓰레기 재활용 발효기 - Google Patents

음식물쓰레기 재활용 발효기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물스레기 재활용 발효기에 관한 것으로, 그 목적은 발효 및 건조된 음식물쓰레기를 투입측으로 반송시켜 수분조절용 부재의 사용없이 그리고 발효제의 지속적인 투입 없이도 사료나 비료로 사용이 가능한 양질의 발효물을 생산할 수 있도록 한 음식물쓰레기 재활용 발효기를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명의 음식물쓰레기 재활용 발효기는 음식물쓰레기의 투입을 위한 투입구와, 발효물의 배출을 위한 배출구를 갖는 본체; 상기 본체 내에 설치되며, 모터의 구동에 의해 교반날개가 회전하면서 음식물쓰레기를 배출구 방향으로 이송함과 더불어 교반시키는 교반수단; 상기 본체의 상단부에 구성되며, 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 고온의 수증기를 응축시켜 수분과 악취성분을 제거하는 탈취수단; 및 상기 교반수단에 의하여 배출구측으로 이송된 음식물쓰레기의 일부를 투입구측으로 반송하여 건조가 진행된 음식물쓰레기와 새로 투입된 음식물쓰레기를 혼합시킴으로서 음식물쓰레기의 수분조절을 행하는 반송수단으로 구성된다.

Description

음식물쓰레기 재활용 발효기{Fermenter for garbage}
본 발명은 음식물쓰레기의 처리를 위한 발효기에 관한 것으로, 특히 건조 및 발효가 진행된 음식물쓰레기가 새로 투입되는 음식물쓰레기와 혼합되도록 반송하여 별도의 수분조절용 부자재를 사용하지 않고 더불어 발효제의 지속적인 사용없이도 양질의 발효물을 생산할 수 있으며, 음식물쓰레기의 발효과정에서 발생되는 수증기를 응축시켜 수분과 악취성분을 제거한 후 여과된 공기만을 배출하도록 한 음식물쓰레기 재활용 발효기에 관한 것이다.
음식물쓰레기의 일반적인 처리 방법은 가정이나 식당과 같은 음식물쓰레기 발생처에서 발생되는 음식물쓰레기를 수거하여 매립 또는 소각하는 것이다.
그러나 음식물쓰레기의 경우, 높은 수분 함량과 유기성 물질의 특성으로 인해 매립, 소각 처리과정에서 악취, 침출수 발생 등 2차 환경오염을 초래하는 문제점과, 매립 및 소각 장소의 선정과정에서 지역주민과 마찰을 빚는 등 다양한 문제가 발생되고 있다.
이에 최근에는 발생된 음식물쓰레기를 자체적으로 처리하여 외부로 배출되는 음식물쓰레기를 최소화할 수 있도록 하는 음식물쓰레기 처리기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편 종래의 음식물쓰레기 처리방식으로는 탈수방식과 건조방식 및 미생물발효건조방식 등이 있다.
상기 탈수방식은 음식물쓰레기를 압축, 분쇄, 고속회전 등을 이용하여 물기를 제거하는 방식으로 소량 배출되는 가정에서는 이용이 가능하나 비교적 다량으로 배출되는 음식점이나 급식소에서는 사용이 용이하지 못하다.
상기 건조방식은 음식물쓰레기를 탈수하여 물기를 제거한 후, 열을 가하여 건조시키는 방식으로, 대부분 탈수방식과 병행하여 사용되고 있으며, 음식물쓰레기의 부피를 80~90% 정도 줄일 수 있는 장점이 있으나, 에너지의 소모가 큰 단점이 있다.
상기 미생물발효건조방식은 음식물쓰레기의 발효가 이루어지는 발효조의 온도를 발효온도 이상으로 유지하여 음식물쓰레기의 발효와 건조가 동시에 이루어지게 하는 방식으로, 음식물쓰레기의 부피를 효과적으로 줄이고 에너지의 소모도 비교적 작은 장점을 갖고 있으나, 음식물쓰레기의 수분 조절을 위한 톱밥, 미강, 종이, 커피찌꺼기 등의 부자재 사용이 요구되고, 유기물의 충분한 분해가 이루어지지 못하여 양질의 발효물을 생산하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 발효 및 건조된 음식물쓰레기를 투입측으로 반송시켜 수분조절용 부재의 사용없이 그리고 발효제의 지속적인 투입 없이도 사료나 비료로 사용이 가능한 양질의 발효물을 생산할 수 있도록 한 음식물쓰레기 재활용 발효기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고온히터를 이용한 강제 발효건조를 배제하여 전력소비량을 줄일 수 있는 음식물쓰레기 재활용 발효기를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 음식물쓰레기 재활용 발효기는 음식물쓰레기의 투입을 위한 투입구(110)를 일측에 구비하고, 발효물의 배출을 위한 배출구(130)를 타측에 구비하되, 상기 배출구(130)는 음식물쓰레기의 발효를 통해 생산된 발효물이 미리 설정된 양을 초과할 때 오버플로우(Overflow)방식으로 넘쳐 나오면서 배출구(130)에 인접한 위치에 배치된 수거통(160)에 수거되도록 이루어진 본체(100); 상기 본체(100) 내에서 수평한 채로 상호 이격되게 설치된 한 쌍의 교반축(210)과, 상기 두 교반축(210)과 연결되어 교반축(210)을 회전시키되 두 교반축(210)이 서로 반대방향으로 회전되게 하는 교반용 모터(220)와, 상기 교반축(210)상에서 상호 이격된 채로 교반축(210)을 중심으로 방사형의 구조로 연장되게 설치되며, 교반축(210)과 직교하는 축(L)을 기준으로 경사각도(θ)를 갖도록 설치된 다수 개의 교반날개(230)로 구성 본체의 내부로 투입되는 음식물쓰레기를 배출구(130) 방향으로 이동함과 더불어 교반시키는 교반수단(200); 상기 본체(100)의 상단부에 구성되며, 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 고온의 수증기를 응축시켜 수분과 악취성분을 제거하는 탈취수단(300); 상기 교반수단(200)에 의하여 배출구(130)측으로 이송된 음식물쓰레기의 일부를 투입구(110)측으로 반송하여 건조가 진행된 음식물쓰레기와 새로 투입된 음식물쓰레기를 혼합시킴으로써 음식물쓰레기의 수분을 조절함과 동시에 발효된 음식물쓰레기에 존재하는 발효균을 새로운 음식물쓰레기로 이동시켜 새로운 발효균의 접종없이 발효를 지속시키는 반송수단(400); 및 상기 본체(100)에 설치되며, 음식물쓰레기의 내부로 공기를 분사하여 혐기성 미생물의 증식을 억제하게 바실러스균의 증식을 촉진시키는 에어펌프(150)로 구성된 것을 특징으로 한다.
한편 상기 반송수단(400)은, 상기 교반수단(200)의 상부에 위치하도록 본체(100) 내에 설치되며 배출구(130)측의 음식물쓰레기를 투입구(110)측으로 이송시키도록 작동하는 컨베이어(410); 및 상기 컨베이어(410)의 벨트상에 돌출되게 설치되어 음식물쓰레기의 이송을 돕는 다수 개의 이송날개(420)로 구성될 수 있다.
또는 상기 반송수단(400)은 상기 교반수단(200)의 하부에 위치하도록 본체(100) 내에 설치되며 배출구(130)측의 음식물쓰레기를 투입구(110)측으로 이송시키는 이송스크류(430)로 구성될 수 있다.
삭제
이때 상기 경사각도(θ)는 11° ~ 19°의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
삭제
한편 상기 탈취수단(300)은, 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 수증기를 일측에서 유입받아 타측으로 배출하되, 유입된 수증기가 상향류와 하향류를 반복적으로 형성하며 유동하도록 수증기를 안내하는 사형구조의 유도관(310); 상기 유도관(310)의 말단에 설치되어 수증기의 유동을 위한 흐름을 발생시키는 흡입팬(320); 상기 유도관(310)에 하단부를 따라 연장되게 설치되어 유도관(310) 내에 발생된 응축수를 모아 외부로 배출시키는 응축수 배출관(330); 상기 유도관(310)이 설치된 본체(100)의 내부로 외부 공기를 유입시켜 외부 공기와 수증기의 열교환을 통해 수분의 응축을 유도하는 냉각팬(340)으로 구성될 수 있다.
한편 상기 탈취수단(300)은, 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 수증기를 일측에서 유입받아 타측으로 배출하는 유도관(310`); 상기 유도관(310`)의 말단에 설치되어 수증기의 유동을 위한 흐름을 발생시키는 흡입팬(320`); 상기 유도관(310`)으로부터 본체(100)의 외부로 연장되게 설치되어 유도관(310`) 내에 발생되는 응축수를 모아 배출하는 응축수 배출관(330`); 상기 유도관(310`) 내에 설치되며 팽창밸브(360`)를 통해 나온 저온저압의 냉매와 수증기의 열교환을 통해 수증기를 응축시키는 냉각기(370`); 상기 냉각기(370`)의 후단에 위치하도록 유도관(310) 내에 설치되며, 압축기(340`)를 통해 나온 고온고압의 냉매와 냉각기(370`)에 의해 형성된 저온의 수증기를 열교환시켜 수증기를 건조시키는 응축기(350`)로 구성될 수 있다.
한편 상기 본체(100)에는 음식물쓰레기의 발효에 유리한 온도로 본체(100)의 내부온도가 상승하도록 열을 발산하는 발열수단(140)이 더 포함되는 것이 바람직하다.
이때 상기 발열수단(140)은, 상기 본체(100)의 바닥에 설치된 열선으로 구성될 수 있다.
삭제
한편 상기 수거통(160)의 하부에 위치하여 수거통(160)에 저장된 발효물을 계량하는 전자저울(170)가 더 포함될 수 있다.
한편 상기 본체(100)에는 음식물쓰레기의 발효상태를 관찰할 수 있도록 하는 관찰창(122)이 더 구비될 수 있다.
한편 상기 투입구(110)에 설치되어 투입되는 음식물쓰레기의 양을 계량하는 계량호퍼; 및 상기 본체(100)에 설치되고, 쓰레기 투입자가 제시한 카드의 정보를 인식하며, 카드로부터 인식된 정보에 따라 투입구(110)에 설치된 커버(111)의 작동여부를 결정함과 더불어 상기 계량호퍼에서 검출된 음식물쓰레기의 양을 전달받아 관리컴퓨터로 전송하는 제어부가 더 포함될 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 고가의 미생물이나 수분조절용 부자재가 필요치 아니하여 운영경비의 절감이 가능하며, 장기숙성발효를 통해 비료나 사료로 사용이 가능한 양질의 발효물을 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 수증기 및 악취를 제거하기 위한 별다른 탈취장치를 사용하지 않고 수증기와 외기의 열교환을 통해 수증기를 응축시켜 수분과 악취성분을 제거함으로써 운영경비를 더욱 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 상호 이격된 한 쌍의 교반축에 설치된 교반날개가 상호 반대방향으로 회전하며 음식물쓰레기를 교반하며, 특히 교반날개가 11°~19°의 경사각도를 갖도록 구성되어 음식물쓰레기가 약 90일의 기간동안 천천히 발효와 건조를 동시에 진행하면서 배출구의 방향으로 이동함으로써 충분한 발효숙성을 통해 양질의 발효물을 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한 반송수단은 배출구측으로 이동되어 건조가 진행된 음식물쓰레기의 일부를 투입구측으로 반송하여 새로 투입된 음식물쓰레기와 건조된 음식물쓰레기를 혼합시킴으로써 투입구 근방의 음식물쓰레기의 수분을 발효에 유리한 약 53%로 조절시킴으로써 최적의 발효환경을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 수증기 중의 수분과 악취성분을 냉각기를 이용해 응축 제거하고, 냉각기를 거쳐 여과된 공기를 응축기에서 발생되는 열을 이용하여 건조시킨 후 외부로 배출함으로써 발효기로부터 배출되는 공기를 보다 깨끗이 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 건조 및 발효가 완료된 음식물쓰레기의 양이 증가하여 배출구측 음식물쓰레기의 수위가 높아질 경우, 오버플로우 방식에 의하여 음식물쓰레기가 배출구를 통해 배출되며, 이처럼 배출되는 음식물쓰레기는 수거통에 모이고, 전자저울이 수거통의 무게를 계량하여 일정량에 도달하면, 신호를 발생시켜 수거통의 교체시기를 사용자에게 알려줌으로써 유지관리의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 음식물쓰레기 재활용 발효기의 외관을 보인 사시도,
도 2 는 본 발명에 따른 음식물쓰레기 재활용 발효기의 내부구조를 보인 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 교반날개의 설치구조를 보인 예시도,
도 4 는 별도의 냉각기를 이용하여 수증기를 응축시키는 구조를 갖는 탈취수단의 구조를 보인 예시도,
도 5 는 본 발명에 따른 반송수단의 또 다른 구조를 보인 예시도,
도 6 은 투입되는 음식물쓰레기의 계량을 위한 장치가 더 구비된 음식물쓰레기 재활용 발효기의 구조를 보인 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기 재활용 발효기의 외관을 보인 사시도를, 도 2는 본 발명에 따른 음식물쓰레기 재활용 발효기의 내부구조를 보인 사시도를, 도 3은 본 발명에 따른 교반날개의 설치구조를 보인 예시도를 도시하고 있다.
본 발명의 음식물쓰레기 재활용 발효기는 음식물쓰레기의 장기숙성발효를 위한 최적의 조건을 제공함과 더불어 발효와 건조가 진행된 음식물쓰레기를 새로 투입되는 음식물쓰레기와 혼합시켜 별도의 수분조절용 부자재의 투입 없이도 음식물쓰레기의 수분을 적정발효수분(약53%)으로 조절할 수 있으며, 발효제의 지속적인 투입없이도 음식물쓰레기의 원활한 발효를 이루어질 수 있도록 한 특징을 갖는 것으로, 본체(100)와, 교반수단(200)과, 탈취수단(300)과, 반송수단(400)으로 구성되어 있다.
상기 본체(100)는 발효기의 외형을 구성하며, 하단부에는 음식물쓰레기의 발효 및 건조가 진행되는 발효조(S1)가 형성되고, 상단부에는 음식물쓰레기의 발효과정에서 발생되는 수증기의 처리를 위한 탈취수단(300)이 설치되는 공간(S2)이 마련되어 있다.
또한 상기 본체(100)의 상단부 일측에는 음식물쓰레기의 투입을 위한 투입구(110)가 구비되고, 상기 투입구(110)의 인접한 위치에는 발효조(S1)의 유지관리를 위한 관리구(120)가 구비되며, 발효 및 건조가 완료된 음식물쓰레기(발효물)의 배출이 이루어지는 배출구(130)가 구비되어 있다.
이때 상기 투입구(110)와 관리구(120)는 각각의 커버(111,121)에 의해 개폐가 가능한 구조로 되어 있으며, 투입구(110)의 주변에는 커버(111)에 의한 투입구의 개폐여부를 감지하기 위한 센서(112)가 설치되어 있다. 여기서 상기 센서(112)는 커버(111)와 접촉하여 신호를 발생시키는 공지의 접촉식 센서 또는 커버(111)와 비접촉한 채로 커버에 의해 신호를 발생시키는 공지의 비접촉식 센서(112)로 구성될 수 있다. 이와 같이 설치된 센서(112)에 의하면 투입구(110)가 개방된 경우 센서(112)로부터 발생되는 신호를 이용하여 교반수단(200)의 구동을 일시적으로 정지시킴으로써 혹시 모를 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
한편 상기 관리구(120)에 설치된 커버(121)에는 음식물쓰레기의 발효와 건조상태를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 관찰창(122)이 마련되어 있다.
한편 상기 배출구(130)는 투입구(110)와 반대인 본체(100)의 타측면에 형성되되, 발효 및 건조가 완료된 음식물쓰레기가 미리 설정된 양을 초과할 때, 오버플로우(Overflow) 방식에 의해 자동으로 배출되도록 본체(100)의 타측면에 소정 높이로 형성된다. 즉 배출구(130)가 형성된 높이가 음식물쓰레기의 배출이 이루어지는 기준이 되며, 발효조(S1) 내의 음식물쓰레기의 양이 배출구(130)를 초과할 때 발효 및 건조된 음식물쓰레기가 배출구(130)를 넘어 배출되며, 이처럼 배출되는 발효물은 후술될 수거통(160)에 투입된다.
상기 교반수단(200)은 발효조(S1)에 설치되어 음식물쓰레기를 교반함과 더불어 배출구(130)측으로 이동시키는 것으로, 교반축(210)과, 교반용 모터(220)와, 교반날개(230)로 구성되어 있다.
상기 교반축(210)은 투입구(110)측으로부터 배출구(130)측을 향하여 수평하게 연장된 구조를 갖도록 발효조(S1) 내에 설치되며, 이러한 교반축(210)은 두 개의 교반축(210)이 상호 이격된 채로 나란히 설치되어 있다.
상기 교반용 모터(220)는 교반축(210)과 연결되어 교반축(210)을 회전시키는 것으로, 각각의 교반축(210)에 교반용 모터(220)를 연결시킬 수 있도록 2개의 교반용 모터(220)를 사용하거나, 또는 하나의 교반용 모터가 두 개의 교반축을 회전시키도록 구성할 수도 있다. 다만 상기 교반용 모터(220)는 두 교반축(210)이 상호 반대방향으로 회전시키도록 구성되며, 도 2에는 전자와 같이 2개의 교반용 모터(220)를 이용하여 각각의 교반축(210)에 교반용 모터(220)를 연결시킴으로써 두 교반축(210)이 역방향으로 회전하도록 한 구조가 개시되어 있다.
상기 교반날개(230)는 교반축(210)에 설치되며, 교반축(210)과 함께 회전하면서 음식물쓰레기를 교반시키며 배출구(130) 방향으로 음식물쓰레기를 이송시키는 것이다. 이러한 교반날개(230)는 다수 개가 교반축(210)상에서 상호 이격된 채로 교반축(210)을 중심으로 방사형으로 연장되는 구조를 갖도록 설치되며, 각각의 교반날개(230)는 교반축(210)과 직교하는 축(L)을 기준으로 11°~19°의 경사각도(θ)를 갖도록 틀어진 구조로 설치되어 있다.
한편 상기 교반날개(230)의 경사각도(θ)는 투입구(110)를 통해 발효조(S1)로 투입된 음식물쓰레기가 배출구(130)측으로 이동할 때까지 약 90일의 기간이 소요되도록 설정된 것으로, 경사각도(θ)가 11° 미만으로 형성되는 경우 음식물쓰레기의 교반 및 이송이 미미하게 이루어지며, 19°를 초과하는 경우 음식물쓰레기의 이송기간을 단축되므로, 음식물쓰레기의 충분한 장기숙성발효를 위하여 교반날개(230)의 경사각도(θ)는 11°~19°로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 교반축(210)을 회전시키는 상기 교반용 모터(220)는 감속비 1/1800의 회전모터를 사용함으로 소음효과 및 분쇄작용을 극대화시키는 것이 바람직하다.
상기 탈취수단(300)은 본체(100)의 상단부에 마련된 공간(S2)에 구성되어 음식물쓰레기의 발효과정에서 발생되는 고온의 수증기에 포함된 수분과 악취성분을 제거한 후, 여과된 공기만이 외부로 배출되게 하는 것으로, 유도관(310)과, 흡입팬(320)과, 응축수 배출관(330)과, 냉각팬(340)으로 구성되어 있다.
상기 유도관(310)은 수증기가 유동하는 유로를 형성하는 것으로, 본체(100)의 일측에서 수증기를 유입받아 본체(100)의 타측에서 여과된 공기의 배출이 이루어지도록 본체(100)의 상단부에 마련된 공간(S2)에 설치되며, 수증기가 상향류와 하향류를 반복적으로 형성하며 유동할 수 있도록 수직방향으로 구불구불한 사형(蛇形)구조로 형성되어 있다.
상기 흡입팬(320)은 유도관(310)의 말단에 설치되어 수증기의 유동을 위한 흐름을 발생시키게 된다.
상기 응축수 배출관(330)은 수증기가 유도관(310)을 따라 유동하는 과정에서 발생되는 응축수를 모아 외부로 배출하는 것으로, 유도관(310)의 하단부를 따라 본체의 일측으로부터 타측으로 연장되며 본체(100)의 외부로 돌출된 구조로 설치되어 있다.
상기 냉각팬(340)은 본체(100)에 설치되어 외기를 본체(100)의 내부로 유입시켜 순환시킴으로써, 외기와 수증기의 열교환을 통해 수증기에 포함된 수분 및 악취성분의 응축이 이루어지도록 하는 것이다.
도 4는 별도의 냉각기를 이용하여 수증기를 응축시키는 구조를 갖는 탈취수단의 구조를 보인 예시도를 도시하고 있다.
수증기의 보다 효과적인 응축을 위하여 별도의 냉각기(370`)가 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 탈취수단(300)은 유도관(310`)과, 흡입팬(320`)과, 응축수 배출관(330`)과, 압축기(340`)와, 응축기(350`)와, 팽창밸브(360`)와, 냉각기(370`)로 구성된다.
한편 상기 유도관(310`)과 흡입팬(320`) 및 응축수 배출관(330`)의 기능은 앞서 설명된 탈취수단(300)과 동일하며, 다만 그 구조에 있어서 별도의 냉각기(370`)를 이용한 경우, 외기와의 충분한 열교환이 이루어지도록 하기 위하여 수증기의 유동경로를 길게 연장할 필요가 없으므로 유도관(310`)을 사형구조로 형성할 필요가 없는 점에 차이가 있다.
상기 압축기(340`)는 주지된 바와 같이 냉매를 압축하고 냉매에 순환력을 부여하게 된다.
상기 응축기(350`)는 압축기(340`)를 통해 나오는 고온고압의 냉매와 공기의 열교환을 통해 고온고안의 냉매가스를 중온고압의 냉매로 응축시키게 되며, 본 발명의 경우, 상기 응축기(350`)를 유도관(310)의 말단에 배치하여 외부로 배출되는 공기를 최종적으로 다시 한번 건조시키도록 한 점에 있어서 특징을 갖고 있다.
상기 팽창밸브(360`)는 주지된 바와 같이 응축기(350`)를 통해 나오는 액상의 냉매가 쉽게 증발할 수 있도록 압력을 낮추게 된다.
상기 냉각기(370`)는 팽창밸브(360`)를 통해 나오는 냉매를 이용하여 주위 수증기의 열을 흡수하게 되고, 이때 수증기에 포함된 수분과 함께 악취성분이 응축되어 응축수가 발생되며, 이처럼 발생된 응축수는 응축수 배출관(330`)을 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 냉각기(370`)를 이용하여 수증기의 응축을 보다 적극적으로 유도함으로써 발효기로부터 방출되는 공기 중의 유해물질을 감소시킬 수 있게 된다.
상기 반송수단(400)은 교반수단(200)에 의하여 배출구(130)측으로 이송되어 건조 및 발효가 진행된 음식물쓰레기의 일부를 다시 투입구(110)측으로 반송시키는 것으로, 컨베이어(410)와 이송날개(420)로 구성된다.
상기 컨베이어(410)는 교반수단(200)의 수직 상부에 위치하도록 설치되어 배출구(130)측에 위치한 음식물쓰레기를 투입구(110)측으로 이송시키게 된다.
상기 이송날개(420)는 컨베이어(410)에 의한 음식물쓰레기의 반송이 원활히 이루어지도록 보조하는 것으로, 다수 개가 컨베이어(410)의 벨트상에 돌출되게 설치된 것으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 반송수단(400)에 의해 투입구(110)측으로 반송되는 음식물쓰레기의 경우 이미 발효와 건조가 진행된 상태이므로, 새로 투입되는 음식물쓰레기와 반송된 음식물쓰레기가 교반수단(200)에 의해 교반되면서 새로 투입된 음식물쓰레기의 수분 일부가 반송된 음식물쓰레기로 옮겨지면서 새로 투입된 음식물쓰레기의 수분을 발효에 유리한 약53%로 조절할 수 있게 된다. 따라서 별도의 수분조절용 부자재의 사용 없이도 음식물쓰레기의 수분을 발효에 유리한 조건으로 조절할 수 있는 이점이 있다.
또한 반송된 음식물쓰레기에 존재하는 발효균이 새로 투입된 음식물쓰레기로 이동하게 되므로 발효제를 지속적으로 투입할 필요가 없는 이점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 반송수단의 또 다른 구조를 보인 예시도를 도시하고 있다.
상기와 같은 반송수단(400)은 이송스크류(430)를 이용하여 구성될 수 있다.
상기 이송스크류(430)는 교반수단(200)의 하부에 위치하도록 본체에 설치되며, 반송모터(431)와 연결되어 회전하면서 배출구(130)측의 음식물쓰레기를 투입구(110)측으로 이송시키게 된다.
한편 상기 이송스크류(430)에 의한 음식물쓰레기의 반송시 배출구(130)측의 음식물쓰레기만이 반송될 수 있도록 이송스크류(430)의 중앙부 영역은 격벽(432)에 의해 발효조(S1)와 분리된 구조로 구성되어 있다.
한편 발효조(S1)의 온도를 음식물쓰레기의 발효에 유리한 조건으로 유지토록 하기 위한 열을 발산하는 발열수단(140)이 본체(100)에 더 설치될 수 있으며, 이러한 발열수단(140)은 전기를 이용하여 열을 발산하는 열선을 본체(100)의 바닥에 설치한 것으로 구성될 수 있다.
또한 음식물쓰레기의 발효를 촉진시키기 위한 호기성 미생물의 활성화를 위하여 음식물쓰레기로 공기를 강제주입하는 에어펌프(150)가 더 구비될 수 있다. 상기 에어펌프(150)는 본체(100)의 소정위치에 설치되어 본체(100) 외부의 공기를 본체(100)의 내부로 유동시키게 되며, 이러한 에어펌프(150)에 의해 유동하는 공기는 에어펌프(150)로부터 발효조(S1)의 하부로 연장되게 설치된 송기파이프(151)를 통하여 음식물쓰레기의 내부로 강제 주입된다.
이와 같은 에어펌프(150)를 이용하여 음식물쓰레기로 적정량의 산소를 공급하여 줌으로써 혐기성 미생물의 증식을 억제하고 자연계에 속하는 바실러스균을 최대한 증식시킬 수 있는 이점이 있다.
한편 본체(100)에 형성된 배출구(130)를 통해 넘쳐 나오는 음식물쓰레기를 모아두기 위한 수거통(160)이 배출구(130)의 인접한 곳에 위치하도록 본체(100) 내에 배치되며, 이러한 수거통(160)의 하부에는 수거통(160)의 무게를 계량함으로써 수거통(160)에 저장된 음식물쓰레기의 양을 검출하는 전자저울(170)이 설치되어 있다.
상기와 같이 설치된 전자저울(170)의 경우, 수거통(160)에 투입된 음식물쓰레기의 증가로 인하여 수거통(160)의 무게가 미리 설정된 값에 도달할 경우, 수거통(160)의 교체가 요구됨을 관리자에게 알리기 위하여 신호를 발생하게 되며, 상기 신호에 의하여 본체(100)에 설치된 전기계표시등(180)의 해당 램프를 점등시킴으로써 관리자에게 수거통(160)의 교체시기를 알려줄 수 있게 된다.
한편 상기 수거통(160)이 외부로 노출되는 것을 방지하면서 수거통(160)에 저장된 음식물쓰레기를 손쉽게 처리할 수 있도록 하기 위하여 본체(100)에는 상기 수거통(160)과 전자저울(170)이 수용되는 수용부(S3)가 마련되어 있으며, 상기 수용부(S3)에는 도어(101)가 설치되어 개방과 폐쇄가 가능하도록 구성되어 있다.
또한 상기 본체(100)에는 유도관(310)과 연결되는 소제구(311)가 형성되어 있으며, 유도관(310) 자체에도 관내부의 청소를 위한 소제구(312)가 마련되어 있다.
또한 상기 본체(100)에는 발효기의 전원상태나, 모터의 작동상태, 각 팬의 작동상태, 열선의 작동상태, 에어펌프(150)의 작동상태, 수거통(160)의 교체시기를 한눈에 알 수 있도록 하기 위한 전기계표시등(180)이 마련되어 있다.
또한 음식물쓰레기가 갖는 수분을 비롯한 부식성분을 고려하여 상기 본체(100)는 스테인레스(SUS 304)로 구성되는 것이 바람직하며, 이동설치의 용이함을 위하여 본체(100)의 저면에는 다수 개의 중압용 바퀴(102)가 설치되어 있다.
도 6은 투입되는 음식물쓰레기의 계량을 위한 장치가 더 구비된 음식물쓰레기 재활용 발효기의 구조를 보인 사시도를 도시하고 있다.
상기 투입구(110)에 설치되어 투입되는 음식물쓰레기의 양을 계량하는 계량호퍼(191)와, 상기 본체(100)에 설치되고, 상기 계량호퍼(191)에서 검출된 음식물쓰레기의 양을 전달받아 관리컴퓨터로 전송하는 제어부(192)가 더 포함될 수 있다.
이때 상기 계량호퍼(191)는 투입구(110)의 하부에 위치하도록 본체(100)에 설치되며, 투입된 음식물쓰레기의 계량이 완료된 후, 하부를 개방시킴으로써 계량된 음식물쓰레기를 본체(100)의 내부로 투입시키게 된다.
한편 음식물쓰레기의 개량은 계량호퍼(191)의 무게 변화를 로드셀과 같은 무게감지센서를 이용하여 감지함으로써 이루어질 수 있으며, 계량된 음식물쓰레기의 배출은 계량호퍼(191)의 하단부에 실린더 또는 모터에 의해 회전하거나 슬라이딩 이동을 하는 도어를 설치함으로써 손쉽게 구현될 수 있는 바, 계량호퍼(191)에 대한 보다 구체적인 설명 및 도시는 생략하도록 한다.
상기 제어부(192)는 사용자의 정보 및 음식물쓰레기의 투입량을 검출하여 음식물쓰레기의 배출량에 따라 적절한 비용을 사용자에게 부과할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 제어부(192)는 사용자가 제시하는 카드에 저장된 정보를 독출함으로써 사용자 정보를 인식하게 되며, 상기 계량호퍼(191)에서 검출된 음식물쓰레기의 투입량 정보를 전달받아 사용자 정보와 함께 저장함과 더불어 관리컴퓨터에 사용자 정보와 투입량 정보를 전송하게 되며, 관리컴퓨터는 이들 정보를 누적하여 관리함으로써, 음식물쓰레기의 배출량에 따라 적절한 처리비용을 부과하게 된다.
또한 상기 제어부(192)는 카드에 저장된 정보를 독출하여 사용자 정보를 인식함에 있어서, 사전에 음식물쓰레기 재활용 발효기의 사용을 허가받지 않은 사용자인 경우, 투입구(110)에 설치된 커버(111)가 개방되지 못하도록 함으로써 부정사용을 방지할 수도 있다.
한편 본체(100)의 측면에는 전기단자함(193)이 마련되어 있으며, 이러한 전기단자함(190)을 이용하여 전기계의 배선과 휴즈 및 릴레이 장치의 확인가 수리가 용이하도록 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 음식물쓰레기 재활용 발효기에 의한 음식물쓰레기의 처리과정을 설명하도록 하며, 이를 통해 본 발명에 따른 음식물쓰레기 재활용 발효기가 갖는 작용 및 효과에 대해 설명하도록 한다.
먼저 투입구(110)에 마련된 커버(111)를 개방하고, 음식물쓰레기를 본체(100)의 내부로 투입한다. 이처럼 음식물쓰레기의 투입을 위하여 투입구(110)의 커버(111)를 개방한 경우, 센서(112)는 투입구(110)의 개방을 검출하여 신호를 발생하게 되며, 이러한 센서(112)로부터 발생되는 신호에 의하여 교반용 모터(220)의 구동을 정지시킴으로써 음식물쓰레기의 투입과정에서 발생될 수 있는 사고를 예방할 수 있게 된다.
이후 투입구(110)의 커버(111)를 닫게 되면, 교반용 모터(220)의 구동에 의해 두 교반축(210)이 회전하게 되며, 교반축(210)의 회전시 교반축(210)에 설치된 교반날개(230)에 의하여 음식물쓰레기의 교반 및 이송이 이루어지게 된다.
한편 발효 및 건조된 음식물쓰레기의 일부가 반송수단(400)에 의하여 투입구(110)측으로 반송되어 새로 투입된 음식물쓰레기와 혼합되므로, 새로 투입되는 음식물쓰레기(수분 80%~90%)의 수분이 이미 건조가 이루어진 음식물쓰레기로 옮겨지게 되므로 투입구(110)측 음식물쓰레기의 수분을 발효에 유리한 수분으로 조절할 수 있게 된다.
더욱이 반송된 음식물쓰레기에 존재하는 바실러스균이 새로 투입된 음식물쓰레기로 자연스럽게 이동하게 되므로, 최초 발효균의 투입 후 지속적인 발효균의 투입 없이도 음식물쓰레기의 원활한 발효조건을 확보할 수 있게 된다.
한편 11°~19°의 경사각도를 갖는 교반날개(230)의 작용으로 음식물쓰레기가 천천히 발효와 건조를 진행하면서 배출구(130) 방향으로 이동하게 되며, 이러한 음식물쓰레기의 발효와 건조는 교반날개(230)의 작용에 의하여 약 90일간 이루어짐으로써 음식물쓰레기의 장기숙성발효를 유도하여 양질의 사료나 비료를 생산할 수 있게 된다.
한편 사용자는 관찰창(122)을 통하여 음식물쓰레기의 상태를 수시로 확인할 수 있으며, 필요시 관리구(120)에 설치된 커버(121)를 개방하여 교반수단(200) 또는 반송수단(400)의 유지보수를 작업을 실시할 수도 있다.
상기와 같은 음식물쓰레기의 발효 및 건조가 보다 원활히 이루어지도록 하기 위하여 본체(100)에 마련된 열선에 전기를 인가하여 발효조(S1)의 온도를 적정수준으로 유지하게 되며, 이와 함께 에어펌프(150)를 구동시켜 음식물쓰레기로 공기를 주입함으로써 바실러스균의 증식을 촉진시키게 된다.
한편 음식물쓰레기의 투입과 발효 및 건조가 반복되어 배출구(130)측 음식물쓰레기의 수위가 상승하게 되면, 발효 및 건조된 음식물쓰레기가 배출구(130)를 통해 넘쳐 나오게 되며, 배출구(130)를 통해 나오는 음식물쓰레기는 수거통(160)에 모이게 되고, 수거통(160)에 모인 음식물쓰레기가 일정량에 도달하게 되면, 전자저울(170)이 이를 감지하여 전기계표시등(180)에 마련된 해당 램프를 점등시킴으로써 수거통(160)의 교체시기를 사용자에게 알려주게 된다.
한편 음식물쓰레기의 발효과정에서 발생된 고온의 수증기는 유도관(310)의 말단에 설치된 흡입팬(320)의 구동에 의해 발생되는 흡입력에 의하여 유도관(310)의 일측으로 유입되고, 이처럼 유도관(310)으로 유입되는 수증기는 유도관(310)을 따라 상향류와 하향류를 반복적으로 형성하며 유동하게 된다.
이와 같이 유도관(310)을 따라 유동하는 수증기는 냉각팬(340)에 의해 본체(100)의 내부로 유입되는 외기와 열교환을 하게 되며, 이때 수증기에 포함된 수분 및 악취성분이 응축되면서 유도관(310) 내에 응축수가 발생되고, 이처럼 발생된 응축수는 유도관(310)을 하단부에 설치된 응축수 배출관(330)을 통해 본체(100)의 외부로 배출되며, 여과된 공기는 흡입팬(320)을 거쳐 외부로 배출된다.
한편 탈취수단(300)에 냉각기(370`)와 응축기(350`)를 포함하여 구성한 경우, 냉각기(370`)를 이용하여 보다 적극적으로 수분 및 악취성분을 응축시킬 수 있고, 수분 및 악취성분이 응축 제거된 공기가 응축기(350`)를 통과하는 과정에서 가열 건조되므로 발효기로부터 배출되는 공기를 보다 깨끗하게 유지시킬 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물쓰레기 재활용 발효기는 음식물쓰레기의 장기숙성발효를 통해 양질의 사료나 비료의 생산이 가능하고, 음식물쓰레기의 발효시 발생된 수증기를 응축하여 여과함으로써 주변환경을 깨끗이 유지할 수 있은 이점이 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(100) : 본체 (110) : 투입구
(122) : 관찰창 (130) : 배출구
(140) : 발열수단 (150) : 에어펌프
(160) : 수거통 (170) : 전자저울
(200) : 교반수단 (210) : 교반축
(220) : 교반용 모터 (230) : 교반날개
(300) : 탈취수단 (310) : 유도관
(310`) : 유도관 (320) : 흡입팬
(320`) : 흡입팬 (330) : 응축수 배출관
(330`) : 응축수 배출관 (340) : 냉각팬
(340`) : 압축기 (350`) : 응축기
(360`) : 팽창밸브 (370`) : 냉각기
(400) : 반송수단 (410) : 컨베이어
(420) : 이송날개

Claims (14)

  1. 음식물쓰레기의 투입을 위한 투입구(110)를 일측에 구비하고, 발효물의 배출을 위한 배출구(130)를 타측에 구비하되, 상기 배출구(130)는 음식물쓰레기의 발효를 통해 생산된 발효물이 미리 설정된 양을 초과할 때 오버플로우(Overflow)방식으로 넘쳐 나오면서 배출구(130)에 인접한 위치에 배치된 수거통(160)에 수거되도록 이루어진 본체(100);
    상기 본체(100) 내에서 수평한 채로 상호 이격되게 설치된 한 쌍의 교반축(210)과, 상기 두 교반축(210)과 연결되어 교반축(210)을 회전시키되 두 교반축(210)이 서로 반대방향으로 회전되게 하는 교반용 모터(220)와, 상기 교반축(210)상에서 상호 이격된 채로 교반축(210)을 중심으로 방사형의 구조로 연장되게 설치되며, 교반축(210)과 직교하는 축(L)을 기준으로 경사각도(θ)를 갖도록 설치된 다수 개의 교반날개(230)로 구성 본체의 내부로 투입되는 음식물쓰레기를 배출구(130) 방향으로 이동함과 더불어 교반시키는 교반수단(200);
    상기 본체(100)의 상단부에 구성되며, 음식물쓰레기의 발효시 발생되는 고온의 수증기를 응축시켜 수분과 악취성분을 제거하는 탈취수단(300);
    상기 교반수단(200)에 의하여 배출구(130)측으로 이송된 음식물쓰레기의 일부를 투입구(110)측으로 반송하여 건조가 진행된 음식물쓰레기와 새로 투입된 음식물쓰레기를 혼합시킴으로써 음식물쓰레기의 수분을 조절함과 동시에 발효된 음식물쓰레기에 존재하는 발효균을 새로운 음식물쓰레기로 이동시켜 새로운 발효균의 접종없이 발효를 지속시키는 반송수단(400); 및
    상기 본체(100)에 설치되며, 음식물쓰레기의 내부로 공기를 분사하여 혐기성 미생물의 증식을 억제하게 바실러스균의 증식을 촉진시키는 에어펌프(150)로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반송수단(400)은,
    상기 교반수단(200)의 상부에 위치하도록 본체(100) 내에 설치되며 배출구(130)측의 음식물쓰레기를 투입구(110)측으로 이송시키도록 작동하는 컨베이어(410); 및
    상기 컨베이어(410)의 벨트상에 돌출되게 설치되어 음식물쓰레기의 이송을 돕는 다수 개의 이송날개(420)로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 반송수단(400)은,
    상기 교반수단(200)의 하부에 위치하도록 본체(100) 내에 설치되며 배출구(130)측의 음식물쓰레기를 투입구(110)측으로 이송시키는 이송스크류(430)로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사각도(θ)는 11° ~ 19°의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 탈취수단(300)은,
    음식물쓰레기의 발효시 발생되는 수증기를 일측에서 유입받아 타측으로 배출하되, 유입된 수증기가 상향류와 하향류를 반복적으로 형성하며 유동하도록 수증기를 안내하는 사형구조의 유도관(310);
    상기 유도관(310)의 말단에 설치되어 수증기의 유동을 위한 흐름을 발생시키는 흡입팬(320);
    상기 유도관(310)에 하단부를 따라 연장되게 설치되어 유도관(310) 내에 발생된 응축수를 모아 외부로 배출시키는 응축수 배출관(330);
    상기 유도관(310)이 설치된 본체(100)의 내부로 외부 공기를 유입시켜 외부 공기와 수증기의 열교환을 통해 수분의 응축을 유도하는 냉각팬(340)으로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 탈취수단(300)은,
    음식물쓰레기의 발효시 발생되는 수증기를 일측에서 유입받아 타측으로 배출하는 유도관(310`);
    상기 유도관(310`)의 말단에 설치되어 수증기의 유동을 위한 흐름을 발생시키는 흡입팬(320`);
    상기 유도관(310`)으로부터 본체(100)의 외부로 연장되게 설치되어 유도관(310`) 내에 발생되는 응축수를 모아 배출하는 응축수 배출관(330`);
    상기 유도관(310`) 내에 설치되며 팽창밸브(360`)를 통해 나온 저온저압의 냉매와 수증기의 열교환을 통해 수증기를 응축시키는 냉각기(370`);
    상기 냉각기(370`)의 후단에 위치하도록 유도관(310) 내에 설치되며, 압축기(340`)를 통해 나온 고온고압의 냉매와 냉각기(370`)에 의해 형성된 저온의 수증기를 열교환시켜 수증기를 건조시키는 응축기(350`)로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(100)에는 음식물쓰레기의 발효에 유리한 온도로 본체(100)의 내부온도가 상승하도록 열을 발산하는 발열수단(140)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 발열수단(140)은,
    상기 본체(100)의 바닥에 설치된 열선으로 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 수거통(160)의 하부에 위치하여 수거통(160)에 저장된 발효물을 계량하는 전자저울(170)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(100)에는 음식물쓰레기의 발효상태를 관찰할 수 있도록 하는 관찰창(122)이 더 구비된 것을 특징을 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 투입구(110)에 설치되어 투입되는 음식물쓰레기의 양을 계량하는 계량호퍼(191);
    상기 본체(100)에 설치되고, 쓰레기 투입자가 제시한 카드의 정보를 인식하며, 상기 계량호퍼(191)에서 검출된 음식물쓰레기의 양을 전달받아 관리컴퓨터로 전송하는 제어부(192)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 재활용 발효기.
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