KR101372653B1

KR101372653B1 - 악취 발생을 극소화한 복합 소각식의 화장실

Info

Publication number: KR101372653B1
Application number: KR1020130006265A
Authority: KR
Inventors: 최해욱; 한민수; 이태화
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-03-14

Abstract

본 발명의 실시예는 악취의 발생을 극소화한 복합 소각식의 화장실 변기와 화장실에서 수행되는 오염원 복합 소각 방법에 관한 것이다. 대변과 소변을 분리하는 대소변 분리판; 대소변 분리판에서 분리된 대변인 분변을 가열하고 건조시켜 연소가 용이한 분말 형태로 전환하는 저온 건조로; 저온 건조로로부터 이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 분말 형태의 분변을 저장하는 분말 저장고; 분말 저장고로부터 일정량 전달받은 분변을 소각 버너를 이용하여 연소시키는 연소부; 및 분변의 이동 경로에 설치되어 악취가 포함된 공기 내의 냄새 입자를 연소시켜 악취의 배출을 방지하는 악취 탈취기를 포함하고, 대소변 분리판에서 분리된 소변은 연소부에서 분변의 소각 시에 생성되는 잔열을 통해 멸균되어 방류 처리되는 것을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기가 제공될 수 있다.

Description

악취 발생을 극소화한 복합 소각식의 화장실{COMPLEX INCINERATION TOILET TO MINIMIZING ACCURANANCE OF FOUL SMELL}

본 발명의 실시예는 악취의 발생을 극소화한 복합 소각식의 화장실 변기와 화장실에서 수행되는 오염원 복합 소각 방법에 관한 것이다.

사람의 일상생활이나 생산시설에서 생산 활동을 위한 시설 및 인원은 일정 수준의 오염을 발생시킨다. 공기오염 및 수질오염, 토양오염 등이 그것이다. 그리고 사람의 대소변 등은 사람을 매개체로 하는 병원균의 중요 전파 경로로 확인되고 있다. 농수산물 및 식품을 취급하는 시설 및 장소 그리고 생산 공장에서는 이런 사람의 대소변의 처리에 만전을 기해 사람의 대소변으로 인한 질병의 감염 경로를 차단하여야 한다.

뿐만 아니라 사람의 대소변이 오염원 처리 공정을 거치지 않고 그대로 바다에 유입되면 부영화 현상을 일으키는 주요 원인이 되어 적조 등 매우 심각한 피해를 주는 오염원 발생의 원인이 되기도 한다. 현재 대부분의 대소변 처리 공정은 폭기식 발효 처리 후 멸균 공정을 거쳐 매몰되거나 방류된다. 그러나 이와 같은 처리가 불가능한 특정 지역에서는 사람의 대소변을 별도의 처리 없이 그대로 방류하여 매우 심각한 문제를 야기한다.

대규모 오염원 처리 시설이 있는 대도시나 대단위 생산 시설 등에서는 유입되는 대소변 및 오폐수를 일정 수준 이상으로 정화 처리하여 하천이나 바다로 배출하거나 세정수 등 중수로 재사용하도록 한다. 그러나 이와 같은 고도 정화 장치는 대규모 처리 시설이 필요할 뿐 아니라 운영에는 많은 처리 에너지를 소모하고 전문인력의 배치가 필수적이다.

사람의 분변 등 발생되는 오염원을 대규모 오염원 처리 시설로 이송이 불가능한 지역 또는 시설에서는 자체 처리가 필수적이다. 오염원의 처리 방식은 기술적인 면에서 볼 때 여러 가지 방식이 있는데 크게는 화학적 처리와 물리적 처리 방식으로 구분할 수 있다.

화학적 처리는 저비용에 대단위 처리가 가능한 것이 특징으로 염소 소독, 자외선 멸균, 가스 살균 등 다양한 방식이 있으며 대부분의 처리 방식이 2차 오염을 발생시킨다. 이와 같이 발생되는 2차 오염의 최소화를 위해 전문인력 및 고도화된 시설이 필요하다. 이와 같은 사유로 인하여 고도의 처리시설은 소형의 오염원 처리시설에는 부적합하며 자체적으로 오염원을 처리하여야 하는 특정 지역 및 시설에서는 소형의 간편한 오염원 처리 시설이 필요하다.

소형의 오염원 처리 시설의 필수 조건은 오염원 처리시설의 운영을 위한 전문인력이 불필요하고 처리 시 에너지 소모가 적고 2차 오염의 발생이 적으며 자동운전이 가능하여야 한다는 것이다. 특히 소형의 오염원 처리시설은 안전에 만전을 기해야 하는데 이는 오염원 처리시설이 전기 또는 가스 등의 에너지원을 사용하기 때문이다.

소형의 오염원 처리 장치는 2차 오염 및 전문 인력 없이 운전이 가능한 물리적 처리 방식이 적합한데 물리적 처리 방식의 종류에는 끓이기, 소각, 고온 고압 증기 살균, 초음파 살균 등이 있다. 끓이기는 대부분의 가정에서 이용되는 방법으로 행주나 유아의 젖병 등을 삶아서 소독하는 것이 이에 해당된다. 고온 고압 증기 살균 및 초음파 살균은 시설이 대부분 크고 처리오염원의 양이나 처리 종류가 제한적이다. 소각 방법은 현존하는 살균법 중 가장 효율적이며 확실한 방법이다.

본 발명의 실시예는 저온 건조 및 고온 소각을 조합하여 유해 물질인 다이옥신의 발생을 최소화하며, 저온 건조 방식을 이용해 소각량을 최소화하고 이를 통해 소각 시간의 최소화로 에너지 사용을 최소화하며, 소각 시에 악취 발생을 최소화하는 화장실 변기를 제공한다.

이에 관하여, 먼저 소각물인 사람의 대변을 소량 급속 방식으로 건조하여 연소가 용이한 분말형태로 만들어 작은 불꽃에서도 쉽게 연소되고 연소 시간을 절약 하도록 하며, 완전 연소에 가까운 소각의 실현으로 소각 시 악취의 발생이 거의 나타나지 않도록 한다.

한편, 소변은 대변의 소각 시 생성되는 잔열로 끓이는 방식으로 멸균 후 일부 증발 및 방류 처리하는 간단한 방식을 제공한다.

대변과 소변을 분리하는 대소변 분리판; 대소변 분리판에서 분리된 대변인 분변을 가열하고 건조시켜 연소가 용이한 분말 형태로 전환하는 저온 건조로; 저온 건조로로부터 이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 분말 형태의 분변을 저장하는 분말 저장고; 분말 저장고로부터 일정량 전달받은 분변을 소각 버너를 이용하여 연소시키는 연소부; 및 분변의 이동 경로에 설치되어 악취가 포함된 공기 내의 냄새 입자를 연소시켜 악취의 배출을 방지하는 악취 탈취기를 포함하고, 대소변 분리판에서 분리된 소변은 연소부에서 분변의 소각 시에 생성되는 잔열을 통해 멸균되어 방류 처리되는 것을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기가 제공될 수 있다.

일측에 있어서, 대소변 분리판은 변좌에 설치되며, 통상적으로 대변과 소변의 낙하지점이 다른 점을 이용하여 자동으로 분리되도록 할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 저온 건조로는 저온 건조로의 외부 벽면을 가열하는 가열 버너와 저온 건조로의 내부 벽면에 분변을 얇게 부착시키는 교반대를 포함하고, 가열 버너는 저온 건조로의 온도를 다이옥신이 발생하지 않는 온도로 유지시키며, 교반대는 건조된 분변이 저온 건조로 벽에서 이탈하면 분말화할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 분말 저장고는 이송된 분말 형태의 분변의 저장과 소각이 용이하도록 풍압을 제거하고, 저장되어 있는 분말 형태의 분변 중 일정량을 연소부로 이송할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 분변을 저온 건조로로 이송시키는 이송밀대를 더 포함하고, 이송밀대는 저온 건조로가 동작 시 저온 건조로와 변좌의 하단을 차폐시킬 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 분말 형태의 분변을 분말 저장고로 전달하는 이송 송풍기를 더 포함하고, 이송 송풍기는 일정 압력의 바람을 저온 건조로로 불어넣어, 바람의 이동 경로를 따라 저온 건조로 내부의 부유된 분말 형태의 분변을 분말 저장고로 전달할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 연소부는 분말 형태의 분변을 연소시키며, 소각 버너의 출력을 제어하여 주변 온도를 기설정된 온도 이하로 유지시키기 위해서 강제 송풍을 실시하고 소각 버너의 불꽃 출력을 제어할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 대소변 분리판에서 분리된 소변을 연소부로 전달하는 소변 유도관을 더 포함하고, 소변 유도관은 U자형의 트랩 구조로 악취의 상승을 방지할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 연소부는 소변 유도관에 연결된 소변관으로 연소부의 잔열을 전달하는 방열판을 포함하고, 방열판을 통해 연소실과 소변관 사이의 열 교환이 이루어지며, 열 교환을 통해 소변의 멸균이 완료되면 일정량의 소변을 외부로 이송할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 악취 탈취기는 악취가 포함된 공기 내의 냄새 입자를 소각 버너의 연소 불꽃으로 태우거나, 악취가 포함된 공기의 이동 경로에 고압의 방전 회로를 설치하여 고압 방전 시 발생하는 전기 이온을 이용하여 냄새 입자를 이온 분리시킬 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 연소되거나 이온 분리된 냄새 입자가 포함된 공기는 악취가 제거되어 이중 구조의 냉각 연통을 통해 외부로 배출될 수 있다.

대변과 소변을 분리하는 단계; 분리된 대변인 분변을 가열하고 건조시켜 연소가 용이한 분말 형태로 전환하는 단계; 이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 분말 형태의 분변을 저장하는 단계; 분말 형태의 분변을 전달받아 연소시키는 단계; 분변의 이동 경로에 설치되어 공기 중에 포함된 냄새 입자를 연소시켜 악취의 배출을 방지하는 단계; 및 분리된 소변을 상기 분변의 연소 시에 생성되는 잔열로 멸균 처리하는 단계를 포함하는 변기 내 오염원의 복합 소각 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해 저온 건조 및 고온 소각을 조합하여 유해 물질인 다이옥신의 발생을 최소화하며, 저온 건조 방식을 이용해 소각량을 최소화하고 이를 통해 소각 시간의 최소화로 에너지 사용을 최소화하며, 소각 시에 악취 발생을 최소화하는 화장실 변기를 제공할 수 있다.

이에 관하여, 먼저 소각물인 사람의 대변을 소량 급속 방식으로 건조하여 연소가 용이한 분말형태로 만들어 작은 불꽃에서도 쉽게 연소되고 연소 시간을 절약할 수 있고, 완전 연소에 가까운 소각의 실현으로 소각 시 악취의 발생이 거의 나타나지 않을 뿐만 아니라 내부의 온도 상승이 낮아 구조가 단순하고 화재 위험이 적게 나타난다.

또한, 소변은 대변의 소각 시 생성되는 잔열로 끓이는 방식으로 멸균 후 일부를 증발 및 방류 처리하는 간단한 방식을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 소각식 화장실 변기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 대소변 분리판의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 저온 건조로의 구성과 그 주변 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 저온 건조로의 구성으로 나타나는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 소변을 멸균 처리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 소각식 화장실 변기를 제어하는 중앙 제어부의 구성과 그 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 소각식 화장실 변기의 실질적으로 구현하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 복합 소각식 화장실 변기의 구성과 변기 내 오염원의 복합 소각 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

기본적으로 화장실 변기와 같은 소형의 오염원 처리 장치는 2차 오염 및 전문 인력 없이 운전이 가능한 물리적 처리 방식이 적합한데 본 발명에서 제안하는 복합 소각식의 화장실 변기는 사람의 대소변을 전문적으로 처리하는 소형의 오염원 처리 장치로, 발생되는 오염원을 대규모 오염원 처리 시설로 이송이 불가능한 지역 또는 시설에서 사용이 적합하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 소각식 화장실 변기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 실시예에 따른 화장실 변기(100)는 대소변 분리판(110), 이송밀대(120), 저온 건조로(130), 가열 버너(131), 교반대(132), 이송 송풍기(140), 분말 저장고(150), 연소부(160), 소각 버너(161), 그리고 악취 탈취기(170)와 소변 유도관(180)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 대소변 분리판(110)은 통상의 수세식변기 상부의 변좌에 설치되며 사람의 신체 구조를 이용하여 대소변이 자동으로 분리되도록 한다. 정상적인 신체구조를 가진 사람의 경우 대변과 소변의 낙하점이 다르며, 통상 소변이 대변보다 앞으로 떨어지는데 이러한 점을 이용한다.

이와 관련하여 도 2는 본 발명의 실시예에 있어서, 대소변분리판(110)을 도식한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 사람이 변좌에 앉아 용변을 보면 대변은 뒷면의 큰 구멍으로 소변은 전면의 미끄럼부위를 지나 작은 구멍으로 들어간다. 이와 같은 원리로 사람의 대소변을 분리하여 처리할 수 있다.

여기서, 분리된 대변(이하 분변)은 이송밀대(120)를 거쳐 저온 건조로(130)로 이송될 수 있다. 다시 말해, 이송밀대(120)는 분변을 저온 건조(130)로 내부로 이송시킨다. 저온 건조로(130)는 통산 변좌 하단에 설치되는데 이송밀대(120)는 저온 건조로 동작 시 저온 건조로(130)와 변좌 하단을 차폐시켜 악취가 변좌를 통해 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한 분변의 낙하 시 분변의 퍼짐을 방지하여 주변의 청결을 유지하도록 한다.

저온 건조로(130)는 본 발명의 실시예에서 주요한 부분 중 하나로서, 도 3에 도시된 구조를 가지고 있으며, 저온 건조로(130)는 소각 대상물을 연소가 용이한 분말 형태로 전환시키고, 전환 과정에서 발생할 수 있는 다이옥신의 생성을 최소화하는 목적으로 동작한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 저온 건조로는 가열 버너(131)와 교반대(132)를 포함하여 구성될 수 있다. 저온 건조로의 동작을 설명하기 위해 도 4를 참조하면, 이송밀대를(120)를 통해 분변이 저온 건조로(130)에 이송된 이후에, 외부의 가열 버너(131) 예컨대 전기 히터나 가스 버너가 저온 건조로의 벽면(410)의 외부를 가열하고, 모터에 의해 교반대(420)가 화살표 방향으로 회전하면서 분변을 저온 건조로(130)의 벽면(410)의 내부에 매우 얇게 부착시킬 수 있다.

이에 따라 부착된 분변은 급속하게 건조되며, 분변을 부착시키는 교반대(420)의 반대편(430)에서는 건조된 분변을 벽면에서 물리적으로 분리하고, 그 과정에서 분쇄되어 분말화될 수 있다.

도 3을 참조하면, 이송 송풍기(140)는 일정 압력의 바람을 저온 건조로(130)로 불어 넣는다. 저온 건조로(130) 내에서 분쇄되어 분말화된 분변은 이송 송풍기(140)의 풍압을 통해 분말 저장고(150)로 방출되며, 분말 저장고(150)에 저장될 수 있다. 실시예에 있어서, 저온 건조로(130)에 이송 송풍기(140)로 인한 바람이 들어오면 내부에 부유된 분말이 바람의 이동 경로를 따라서 외부로 이송될 수 있다. 이때, 이송 송풍기(140)는 저온 건조로(130)의 건조 정도에 따른 입력 신호에 따라 압력과 풍량이 제어될 수 있다.

저온 건조로(130)의 외부 벽면을 가열시키는 가열 버너(131), 즉 전기 히터 또는 가스 버너는 건조 온도를 유지시키기 위해 사용되는데, 이때 다이옥신이 발생하지 않으면서 건조가 가능한 온도인 400도 이하를 유지하도록 하며, 이를 위해서 온도 센서를 포함하여 그 설정값에 의해 자동으로 조절될 수 있다.

분말 저장고(150)는 저온 건조로(130)에서 이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 분말을 저장하고 소각이 용이하도록 풍압을 제거할 수 있다. 분말 소각 시에 분말 저장고(150)는 일정량의 분말 형태의 분변을 연소부(160)로 이송한다.

연소부(160)는 소각 버너(161)와 결합하여 이송된 분말을 소각할 수 있다. 연소부(160)는 초기에는 소각 버너(161)를 이용하여 분말을 강제 연소시키나 분말이 연소되기 시작하면 소각 버너(161)의 출력을 제어하여 연료 사용량을 줄이고 연소 불꽃이 필요 이상으로 커져서 주변을 가열시키는 현상을 방지할 수 있다.

소각 버너(161)는 연소부(160)에 불꽃을 가하여 연소부(160) 내의 분말을 연소시킨다. 여기서, 연소 불꽃을 제외한 주변 최고 온도가 기설정된 온도 예컨대 350도 정도까지 상승하게 되면 동작을 정지하도록 하며 강제 송풍을 실시하여 온도를 낮춘다. 이는 소각 버너(161)로 인한 주변의 가열로 화재 등의 사고를 방지하기 위함이다. 또한, 분말의 연소가 시작되면 소각 버너(161)의 불꽃 출력을 제어하여 전체 화염량을 조절할 수 있다.

악취 탈취기(170)는 배출 가스의 이동경로에 설치되어 냄새 입자를 포함하는 공기를 연소시켜 악취가 그대로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 연소 방법에 대해서 설명하면, 악취가 포함된 공기를 소각 버너(161)의 연소 불꽃으로 되돌려 태우거나, 악취의 이동 경로에 고압의 방전 회로를 설치하여 고압 방전 시에 발생하는 전기 이온을 이용하여 냄새 입자를 이온 분리시킬 수 있다.

따라서, 냄새 입자가 소각되어 탄화되거나 이온 분리된 냄새 입자는 분자식으로 변하기 때문에 악취가 사라지게 된다. 이렇게 냄새 입자가 사라진 연소 가스는 이중구조의 냉각연통을 통과하여 외부로 배출된다. 연소 가스이기 때문에 가스의 온도가 높으므로 이중구조의 냉각연통을 이용하여 사용자가 화상을 입는 사고의 발생을 저하할 수 있다.

대소변 분리판(110)에서 분변의 처리는 상기 설명한 바와 같이 이루어지며, 분리된 소변은 분변 소각 시에 생성되는 잔열을 이용하여 멸균시켜 방류 처리하는 방식을 채택할 수 있다.

이에 따라서, 복합 소각식 화장실 변기(100)는 소변 유도관(180)을 더 포함하고 소변 유도관(180)은 분리된 소변을 소변관을 통해 연소부(160)로 보내며, U자형의 트랩구조로 형성되어 소변의 악취가 역방향으로 상승하여 화장실에 악취가 풍기는 것을 방지한다.

소변은 배출되기 이전에 열 교환 방식을 통해 연소부(160)에서 멸균되어 배출될 수 있다. 도 5는 이와 관련하여, 소변의 멸균 방법을 설명하기 위한 도면이다. 소변관(510)은 U자형 트랩 구조로 길게 연결되어 있으며, 연소부와 소변관(510)을 방열판(520)을 이용하여 연결함으로써 연소부와 소변관(510) 사이에 열 교환이 이루어지도록 한다.

열 교환은 소변의 멸균을 위해 실시되는데, 소변 내에 함유된 노로 바이러스가 이때의 주 멸균 대상이며, 여기서 노로 바이러스는 70도에 노출되면 1분 이내에 사멸되고 60도에서는 약 5분 내지 7분 정도에서 사멸되는 것으로 보고되고 있다. 따라서, 방열판을 통해 노로 바이러스의 사멸에 필요한 열을 취득할 수 있다.

이렇게 멸균된 소변을 배출하는 데에는 별도의 장치 없이 열 교환 과정을 거치면서 소변을 이송시키고, 일정량 이상이 이송되면 넘치는 현상을 이용하여 배출할 수 있다. 소변 유도관(180)은 연소부와 소변관 사이의 열 교환이 마무리된 시점에 일정량의 소변을 이송시킴으로써 멸균되지 않은 소변이 배출되지 않도록 한다.

상기와 같은 복합 소각식 화장실 변기(100)는 전체적인 동작이 중앙제어장치를 통해 제어될 수 있으며, 그 구조는 도 6에 도시되어 있다.

본 발명의 중앙제어장치는 마이컴(PIC16F877)을 사용하였으며 사용자 입력 스위치부와 동작 상태를 표시하는 동작 표시부 그리고 내부의 장치를 제어하는 제어부로 구분된다. 제어부는 각종의 센서값을 입력받는 센서입력과 모터 및 구동장치를 제어하는 신호를 출력하는 제어출력으로 구분된다. 중앙제어장치의 주변에 버퍼를 설치하여 회로가 안전적으로 동작하도록 할 수 있다.

도 6은 중앙제어장치의 전체 핀 배열을 도시한 것으로 입력 9개와 출력 15개로 구성되며, 그 외 전원 단자(핀 11, 32, 12, 31)와 마이컴 내부 클럭을 발생시키는 발진단자(핀 13, 14) 그리고 하드웨어 리셋을 구현하는 리셋 단자(핀 1)로 구성되어있다.

입력은 사용자가 직접 입력하는 소각 스위치(핀15)와 멸균 스위치(핀 16) 그리고 자동운전을 위한 각종의 센서 신호를 입력받는 아날로그 포트(핀 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9)로 구성되어있으며, 출력은 장치 구동을 위한 전원 연결용 릴레이를 구동하는 출력(핀 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 30, 29, 28, 27)과 동작 상태를 표시하는 LED를 점등하는 출력(핀 26, 25, 24)으로 구성된다.

입력 중 소각 스위치(핀 15)와 멸균 스위치(핀 16)는 대기 시 R1, R2 저항에 의해 하이(High) 상태를 유지하다가 사용자가 스위치를 온(On)시키면 입력단자 (핀 15, 16)는 로우(Low) 상태로 되어 신호가 마이컴에 입력되고, 아날로그 포트(핀 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9)는 전압(0-5V)으로 입력된다. 설정되는 포트(핀 2, 3, 4)는 VR1, VR2, VR3를 이용하여 값을 설정하면 마이컴의 아날로그 단자에서 설정된 값은 디지털 값으로 변환되어 마이컴에 입력된다. 그 동작은 다음과 같다.

마이컴 PIC16F877의 아날로그단자는 8비트(Bit)로 되어있으며 입력 전압 값 0-5V의 아날로그 값을 0-256의 디지털 값으로 변환한다. 예를 들어, 저온 건조로 온도를 설정하기 위해 VR1을 80%에 위치시켰다면 입력 단자(핀 2)에 입력되는 전압 e1은 다음과 같다. 10kΩ * 80% = 8kΩ 이며, 이때 입력 전압 값 e1 = 5Vdc * (8kΩ/10kΩ) = 4Vdc이다. 4Vdc를 디지털 값으로 환산하면 (4Vdc/5Vdc) * 256 = 207이다.

저온저장고의 온도는 최저 70℃에서 최고 200℃로 설정하므로 VR1이 80%위치에 있으면

마이컴은 [(200℃-70℃) * (207/256)] + 70℃ = 174℃로 저온 건조로의 온도를 제어한다. 온도의 제어는 저온 건조로 전기 히터(핀 27) 출력을 하이(히터 점등) - 로우(히터 소등)를 반복하여 실시한다. VR2, VR3의 동작도 VR1의 동작과 동일하다.

도 6의 중앙제어장치 중 아날로그 포트(핀 5, 6, 7, 8)에 대해서 더욱 상세히 설명하고자 한다. VR1, VR2, VR3의 출력전압은 설정에 따라 0-5Vdc가 출력되므로 마이컴의 아날로그 포트(핀 5, 6, 7, 8)로 입력이 가능하다. 그러나 센서 신호를 입력받는 아날로그 포트는 센서의 값이 수 mV로 매우 작아 그대로 입력하게 되면 마이컴의 변별력이 떨어져 제어에 어려움이 나타난다.

변별력을 높이기 위해서는 센서의 신호를 0-5vdc로 증폭하여야 한다. 본 발명에서는 오피앰프(OP-AMP)를 이용하여 증폭을 실시할 수 있다. 전류 센서 및 열전대 센서는 측정범위 내에서의 출력값이 0mV-10mV 인 것을 사용하였다. 이를 0-5Vdc로 증폭하려면 증폭도는 AT = 5Vdc/10mV = 50배이다.

이와 같은 원리로 마이컴에는 센서의 신호 값이 0-5Vdc로 변환되어 입력되고 마이컴은 이 입력 값을 0-256의 디지털 값으로 변환하여 장치의 상태를 판단 제어하게 된다.

중앙제어장치 중 디지털 출력 포트(핀 24-30, 33-40)에 대해서 자세히 설명하도록 한다. 디지털 출력 포트는 상태 표시용 LED(핀 24, 25, 26) 3개와 구동 장치의 전원을 공급 및 차단하는 릴레이(핀 27-30, 33-40) 12개로 구성된다.

디지털 출력은 마이컴의 출력 신호가 미약하기 때문에 LED 및 릴레이 구동을 위해 인버터 및 TR(트랜지스터) 증폭회로로 증폭한다. LED 출력을 증폭하는 인버터는 출력이 로우 상태가 되면 LED가 폐회로가 되어 점등되고, 마이컴(핀 24, 25, 26)의 출력이 하이 상태가 되면 인버터의 출력은 반전되어 로우 상태가 된다.

결국 마이컴이 하이 상태를 출력하면 LED가 점등되어 동작 상태를 표시하게 될 수 있는 것이다. TR 증폭회로는 200배 이상의 증폭도를 가지는 TR을 사용하여 증폭을 실시한다. 실시예에 있어서, TR 증폭회로가 구동하는 릴레이는 구동전류가 200mA 이다. TR 증폭회로의 증폭도가 최하 200배이므로 TR 증폭회로에 입력되는 전류는 200mA/200 = 1mA 이상이면 된다. TR 증폭회로에 입력되는 전류는 마이컴의 출력과 풀업 저항으로 결정될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 악취 발생을 극소화한 복합 소각식 화장실 변기의 실제 구성으로 나타날 수 있는 형태를 도시한 것이다. 도 7의 화장실 변기(700)는 도 6을 통해 설명한 중앙제어장치를 통해 자동으로 실시될 수 있으나 최초의 구동은 스위치 조작으로 시작될 수 있다.

대소변 분리판(710)에서는 대변과 소변을 자동으로 분리할 수 있다. 분변은 이송밀대(720)를 통과하여 저온 건조로(730)로 이송된다. 저온 건조로(730)에서 소각이 실시되면 외부에 설치된 가열 버너가 저온 건조로(730)를 가열하고, 저온 건조로(730)의 온도가 목표 온도 예컨대 70도 내지 200도의 온도에 도달하면 저온 건조로(730) 내부의 교반대가 모터에 의해 회전하면서 분변을 저온 건조로(730) 내부 벽면에 얇은 두께로 부착하고 강제 분리시킬 수 있다.

이렇게 강제로 분리된 분말 형태의 분변은 이송 송풍기(740)의 작동에 의해서 저온 건조로(730) 내부로 들어오는 일정 압력의 바람을 따라 연소부(760)로 이송된다. 여기서, 중간 과정으로 분말 저장고를 포함할 수 있고, 분말 저장고에서 연소부(760)로 분말 형태의 분변을 이송시킬 수 있다.

분말 형태의 분변이 연소부(760)로 이송되면 소각 버너(761)가 최대 출력(마이컴 핀 40, 39, 38, 37 모두 하이 출력)으로 작동하여 분말을 연소시키며 연소 이후 분말이 발화하여 온도가 상승하면 상승온도에 맞춰 마이컴의 출력을 핀 40, 39, 38, 37→ 핀 39, 38, 37→ 핀 38, 37→ 핀 37→ 소각 버너(761) 소등의 순으로 제어하여 연소부(760)와 그 주변의 온도가 불필요하게 상승하는 것을 막을 수 있다.

또한 악취 탈취기(770)는 악취가 포함된 공기를 소각 버너(761)의 연소 불꽃으로 되돌려 태우거나, 악취의 이동 경로에 고압의 방전 회로를 설치하여 고압 방전 시에 발생하는 전기 이온을 이용하여 냄새 입자를 이온 분리시킴으로써 악취가 그대로 배출되는 것을 막으며, 악취를 탈취한 공개를 이중 구조의 배기관을 통해서 배기될 수 있다.

소변은 소변 유도관(780)에 모여 연소부(760)로 이송되어 열 교환을 통해 멸균될 수 있다. 열 교환의 소변관이 U트랩 구조로 기 멸균된 소변이 이송되면 기 멸균된 소변이 방류되고 멸균 대기 소변이 채워질 수 있다.

또한, 중앙제어장치를 통해 복합 소각식 화장실 변기에서 수행되는 변기 내의 오염원, 대소변의 복합 소각 방법이 제공될 수 있는데, 실시예에 따른 방법은 대변과 소변을 분리하는 단계, 분리된 대변인 분변을 가열하고 건조시켜 연소가 용이한 분말 형태로 전환하는 단계, 이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 분말 형태의 분변을 저장하는 단계, 분말 형태의 분변을 전달받아 소각 버너 등을 통해 연소시키는 단계와 분변의 이동 경로에 설치되어 공기 중에 포함된 냄새 입자를 연소시켜 악취의 배출을 방지하고 악취가 제거된 공기를 배출하는 단계, 그리고 분리된 소변을 분변의 연소 시에 생성되는 잔열로 멸균 처리하는 단계를 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예를 통해 저온 건조 및 고온 소각을 조합하여 유해 물질인 다이옥신의 발생을 최소화하며, 저온 건조 방식을 이용해 소각량을 최소화하고 이를 통해 소각 시간의 최소화로 에너지 사용을 최소화하며, 소각 시에 악취 발생을 최소화하는 화장실 변기를 제공할 수 있다.

실시예에 따른 변기 내 오염원의 복합 소각 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등한 것들에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

100: 복합 소각식 화장실 변기
110: 대소변 분리판
120: 이송밀대
130: 저온 건조로
140: 이송 송풍기
150: 분말 저장고
160: 연소부
170: 악취 탈취기
180: 소변 유도관

Claims

대변과 소변을 분리하는 대소변 분리판;
상기 대소변 분리판에서 분리된 대변인 분변을 가열하고 건조시켜 연소가 용이한 분말 형태로 전환하는 저온 건조로;
상기 저온 건조로로부터 이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 상기 분말 형태의 분변을 저장하는 분말 저장고;
상기 분말 저장고로부터 일정량 전달받은 분변을 소각 버너를 이용하여 연소시키는 연소부; 및
상기 분변의 이동 경로에 설치되어 악취가 포함된 공기 내의 냄새 입자를 연소시켜 악취의 배출을 방지하는 악취 탈취기를 포함하고,
상기 대소변 분리판에서 분리된 소변은 상기 연소부에서 분변의 소각 시에 생성되는 잔열을 통해 멸균되어 방류 처리되는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 대소변 분리판은 변좌에 설치되며, 통상적으로 대변과 소변의 낙하지점이 다른 점을 이용하여 자동으로 분리되도록 하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 저온 건조로는 상기 저온 건조로의 외부 벽면을 가열하는 가열 버너와 상기 저온 건조로의 내부 벽면에 분변을 얇게 부착시키는 교반대를 포함하고,
상기 가열 버너는 상기 저온 건조로의 온도를 다이옥신이 발생하지 않는 온도로 유지시키며,
상기 교반대는 건조된 분변이 저온 건조로 벽에서 이탈하면 분말화하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 분말 저장고는 상기 이송된 분말 형태의 분변의 저장과 소각이 용이하도록 풍압을 제거하고, 저장되어 있는 분말 형태의 분변 중 일정량을 상기 연소부로 이송하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 분변을 상기 저온 건조로로 이송시키는 이송밀대를 더 포함하고,
상기 이송밀대는 상기 저온 건조로가 동작 시 상기 저온 건조로와 변좌의 하단을 차폐시키는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 분말 형태의 분변을 상기 분말 저장고로 전달하는 상기 이송 송풍기를 더 포함하고,
상기 이송 송풍기는 일정 압력의 바람을 상기 저온 건조로로 불어넣어, 상기 바람의 이동 경로를 따라 상기 저온 건조로 내부의 부유된 분말 형태의 분변을 상기 분말 저장고로 전달하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 연소부는 상기 분말 형태의 분변을 연소시키며,
상기 소각 버너의 출력을 제어하여 주변 온도를 기설정된 온도 이하로 유지시키기 위해서 강제 송풍을 실시하고 상기 소각 버너의 불꽃 출력을 제어하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 대소변 분리판에서 분리된 소변을 상기 연소부로 전달하는 소변 유도관을 더 포함하고,
상기 소변 유도관은 U자형의 트랩 구조로 악취의 상승을 방지하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제8항에 있어서,
상기 연소부는 상기 소변 유도관에 연결된 소변관으로 상기 연소부의 잔열을 전달하는 방열판을 포함하고,
상기 방열판을 통해 상기 연소실과 상기 소변관 사이의 열 교환이 이루어지며, 상기 열 교환을 통해 소변의 멸균이 완료되면 일정량의 소변을 외부로 이송하는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제1항에 있어서,
상기 악취 탈취기는 상기 악취가 포함된 공기 내의 냄새 입자를 상기 소각 버너의 연소 불꽃으로 태우거나,
상기 악취가 포함된 공기의 이동 경로에 고압의 방전 회로를 설치하여 고압 방전 시 발생하는 전기 이온을 이용하여 냄새 입자를 이온 분리시키는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
제10항에 있어서,
상기 연소되거나 이온 분리된 냄새 입자가 포함된 공기는 악취가 제거되어 이중 구조의 냉각 연통을 통해 외부로 배출되는 것
을 특징으로 하는 복합 소각식의 화장실 변기.
대변과 소변을 분리하는 단계;
상기 분리된 대변인 분변을 가열하고 건조시켜 연소가 용이한 분말 형태로 전환하는 단계;
이송 송풍기의 풍압에 의해 이송된 상기 분말 형태의 분변을 저장하는 단계;
상기 분말 형태의 분변을 전달받아 연소시키는 단계;
상기 분변의 이동 경로에 설치되어 공기 중에 포함된 냄새 입자를 연소시켜 악취의 배출을 방지하는 단계; 및
상기 분리된 소변을 상기 분변의 연소 시에 생성되는 잔열로 멸균 처리하는 단계
를 포함하는 변기 내 오염원의 복합 소각 방법.