KR102077777B1 - Em 발효액을 이용한 발효 촉진용 em 스마트 발효기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 EM(Effective Microorganisms) 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생활하수로 버려지는 쌀뜨물을 EM(유용미생물)과 배합하여 특화된 EM 발효액을 이용하여 발효처리함으로써 발효 특성을 강화시키고 촉진시켜 발효처리된 상태로 발효처리물이 하천과 바다로 배출되었을 때 하천과 바다를 자연 정화시키도록 하여 지구 환경의 오염을 줄일 수 있도록 개선된 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기에 관한 것이다.

Description

EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기{EM smart fermenter for promoting fermentation using EM fermentation broth}

본 발명은 EM(Effective Microorganisms) 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생활하수로 버려지는 쌀뜨물을 EM(유용미생물)과 배합하여 특화된 EM 발효액을 이용하여 발효처리함으로써 발효 특성을 강화시키고 촉진시켜 발효처리된 상태로 발효처리물이 하천과 바다로 배출되었을 때 하천과 바다를 자연 정화시키도록 하여 지구 환경의 오염을 줄일 수 있도록 개선된 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기에 관한 것이다.

지구의 환경을 오염시키는 것 중에 인간의 생활과 밀접한 관계가 있는 하천과 바다를 오염시키는 주범은 생활하수이다.

이러한 생활하수 중에서도 약 60% 가량이 각 가정과 단체에서 버려지는 쌀뜨물이며, 이로 인해 한해동안 팔당호의 3배 가량의 물이 오염되고 있다.

그런데, 이렇게 한 번 오염된 물을 다시 정화시키기 위해서는 팔당호 60개 분량의 물이 필요하다고 한다.

이에, EM(Effective Microorganisms)을 발효시켜 정화시키려는 노력들이 경주되었으며, 이에 따라 다양한 형태의 EM 발효기가 시판되어 사용중에 있다.

그럼에도 불구하고, 종래 EM 발효기는 구조적으로 복잡할 뿐만 아니라, 히팅방식의 발열 면적이 적어 발효중에 부분적으로 고열이 발생하여 균사현상이 생기는 문제가 있다.

또한, 발효기 내에서의 히터 형태(달팽이형 히터, 플랜지 히터)와 크기가 충분하지 못하여 발효기 내부의 전체 온도 상승을 균일하게 유지하는데 어려움이 있다.

특히, 종래 EM 발효기에는 PH 산도 측정으로 일정값(4.5)의 산도에 도달시 발효가 완료되었음을 알리는 장치가 없어 발효가 완료된 시점을 정확히 가늠하기 어려워 사용상 불편이 따랐고, 과발효에 따른 역효과도 컸다.

더구나, 흔히 알려져 있는 EM 자체만으로는 발효 촉진 효율이 떨어져 EM 발효액에 대한 개발도 필요한 실정이다.

1.등록특허공보 제10-1240506호(2013.03.11) 2.일본 공개특허공보 특개2006-129765호(2006.05.25) 3.공개특허공보 제10-2011-0104852호(2011.09.23)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 생활하수로 버려지는 쌀뜨물을 EM(유용미생물)과 배합하여 특화된 EM 발효액을 이용하여 발효처리함으로써 발효 특성을 강화시키고 촉진시켜 발효처리된 상태로 발효처리물이 하천과 바다로 배출되었을 때 하천과 바다를 자연 정화시키도록 하여 지구 환경의 오염을 줄일 수 있도록 개선된 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, EM 발효액이 채워진 발효용기(100); 상기 발효용기(100)의 입구에 체결되는 뚜껑(110);을 포함하는 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기로서,
상기 뚜껑(110)에는 온도 및 산도측정과 표시, 온도조절, 전원 온오프, 과부하차단, 표시램프, 알람 기능들이 표시되고 제어될 수 있도록 디스플레이 및 키패드를 갖춘 컨트롤러(112)가 구비되고; 상기 뚜껑(110)의 하면에는 뚜껑(110)을 닫았을 때 돼지꼬리히터(120)가 발효용기(100) 내부 바닥면에 근접하도록 고정되고, 온도측정센서(130)는 돼지꼬리히터(120)와 간격을 두고 그 상측에 배치되게 고정되며, 산도측정기(140)는 상기 온도측정센서(130)와 간격을 두고 그 상측에 배치되게 고정되고; 상기 돼지꼬리히터(120)와, 온도측정센서(130)와, 산도측정기(140)는 상기 컨트롤러(112)에 연결 제어되며; 상기 발효용기(100)에는 EM 발효액이 채워지되, 상기 EM 발효액은 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 EM 원액 40g과, 당밀 40g과, 천일염 3g과, 산도 5%인 아로니아액 5g과, 맥주박 2g과, 시트르산 1.5g 및 소맥피 2g이 혼합되어 조성되고; 상기 발효용기(100)의 외표면에는 둘레방향으로 판형 히트파이프(150)가 띠 형태로 더 설치되며;
국부적인 고온 가열을 억제하여 균사현상을 막도록 대류유도챔버(160)를 더 구비하되,
상기 대류유도챔버(160)는 발효용기(100)의 바닥면 중심에 원형상으로 요입 형성되고, 상기 대류유도챔버(160)에는 둘레방향으로 90°간격을 두고 연통구멍(170,170')이 연결되며, 상기 연통구멍(170,170')중 하나는 상기 돼지꼬리히터(120)의 직하방에 위치되게 구성되고, 상기 돼지꼬리히터(120)는 바닥면 중심에 대해 편심되게 배치되며, 상기 대류유도챔버(160)의 상부는 챔버커버(180)에 의해 개폐가능하게 밀폐되고, 상기 챔버커버(180)의 하단면에는 망체(190)가 탈착가능하게 고정되며, 상기 망체(190)에는 발효열촉진분말이 담기며;
상기 발효열촉진분말은 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 CMS(Condensed Molasses Solubles) 50g, 정장석 분말 20g, 옥분 15g으로 이루어진 것을 특징으로 하는 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기를 제공한다.

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본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 발효기 내에서 히터를 발효기의 체적 대비 충분한 크기를 갖도록 돼지꼬리 히터로 사용하여 발효기 내부의 온도상승을 촉진하고 고르게 하며, 발효열을 높이는데 기여한다.

둘째, 발열면적을 넓혀 부분적으로 고열이 발생하지 않도록 함으로써 균사현상을 억제한다.

세째, 균사현상 억제를 통해 유용미생물의 성장을 충분히 유도한다.

네째, PH 산도를 측정할 수 있는 수단을 발효기에 더 구비하여 발효완료시 이를 쉽게 확인할 수 있도록 알람을 발생시켜 발효 효율을 극대화시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 EM 스마트 발효기의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 EM 스마트 발효기의 외표면에 판형 히트파이프가 더 설치된 예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 EM 스마트 발효기를 구성하는 발효용기의 바닥면 구조를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기는 가정이나 식당 혹은 각종 단체에서 사용하기 적당하도록 120리터 처리용량을 갖는 발효용기(100)를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 EM 스마트 발효기는 발효원료인 EM 발효액을 넣고, 일정시간 동안 가열 발효시켜 생활하수 배출시 거기에 부어 사용함으로써 하천 오염을 방지하고, 오염된 하천을 정화시키는데 사용되는 기기이다.

때문에, 본 발명에서는 발효기 자체 뿐만 아니라, EM 발효액 자체도 매우 중요한 필수구성이며, 이러한 EM 발효액은 일반적인 다른 발효액에 비해 현저한 발효 촉진 특성을 갖도록 본 발명에 의해 특화된 발효액이다.

그리고, 상기 발효용기(100)의 입구에는 뚜껑(110)이 체결되며, 상기 뚜껑(110)에는 디스플레이 및 키패드를 포함하는 컨트롤러(112)가 구비되어 온도 및 산도측정과 표시, 온도조절, 전원 온오프, 과부하차단, 표시램프, 알람 등 기본기능들이 표시되고 제어될 수 있도록 구성된다.

이때, 전원 공급은 외부 상용전원을 연결하여 사용함이 바람직하다.

아울러, 상기 뚜껑(110)과 연결된 상태에서 뚜껑(110)을 닫았을 때 돼지꼬리히터(120)가 발효용기(100) 내부 바닥면에 근접하도록 배치되고, 온도측정센서(130)는 돼지꼬리히터(120)와 간격을 두고 그 상측에 배치되며, 산도측정기(140)는 상기 온도측정센서(130)와 간격을 두고 그 상측에 배치된다.

그리하여, 측정값을 상기 뚜껑(110)에 구비된 컨트롤러(112)로 전송하고, 컨트롤러(112)는 정해진 알고리즘에 따라 산도표시 혹은 알람 발생, 온도표시 및 관리, 전원 제어를 통한 발열 혹은 발열차단의 기능을 수행하게 된다.

따라서, 사용자는 발효용기(100)의 뚜껑(110)을 열고, EM 발효액을 일정량 채운다.

그런 다음, 전기를 공급하여 돼지꼬리히터(120)를 통해 가열시키면 EM 발효액이 발효되면서 유용한 미생물인 효모, 유산균, 광합성 세균 등이 현격히 증가된 EM 발효액이 만들어지게 된다.

따라서, 이 EM 발효액이 생활하수와 함께 하천이나 바다로 배출되게 되면 그곳에서 정화기능을 수행하게 된다.

이때, 발효기 내부에서 EM 발효액이 가열 발효되어 EM 발효액으로 변할 때 발효 초기에 고온으로 가열되면 균사현상이 발생하면서 유용 미생물들이 대량으로 사멸할 우려가 있다. 이렇게 되면, 정화능력이 현격히 둔화되게 된다.

때문에, 초기 가열시 히터의 발열면적으로 넓게 해서 EM 발효액이 균일하게 가열되도록 하여 균사현상이 발생하지 않도록 해야 한다. 특히, 국부적인 고온 가열이 생기지 않도록 잘 조절해야 한다.

또한, PH 산도가 4.5에 이르면 발효가 완료되는데, 종래에는 이를 검출하는 기능이 없었으나 본 발명에서는 산도측정기(140)를 통해 해당 산도에 이르렀을 때 이를 알람하도록 함으로써 작업자가 즉시 알 수 있고, 또한 컨트롤러(112)가 즉시에 가열을 중단하도록 구현할 수 있다.

그럼, EM 발효액에 대하여 설명한다.

종래 EM 발효액은 EM 원액을 그대로 사용하거나 혹은 여기에 쌀뜨물을 일정량 배합하여 사용하는 정도에 불과하여 효과적이고 효율적인 발효, 즉 유용미생물 개체수를 현격히 증가시킬 수 없는 한계를 가지고 있었다.

이에, 본 발명에서는 상기 EM 발효액을 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 EM 원액 40g, 당밀 40g 및 천일염 3g이 혼합하여 만든다.

이때, EM 원액은 대표적이고 공지된 유용한 미생물액을 말하며, 상기 당밀은 상기 EM 원액에 함유된 유용한 미생물들의 먹이가 되어 발효 효율을 높이기 위한 것이다.

또한, 상기 천일염은 효모와 유산균 및 광합성 세균이 폭발적으로 활성화되게 하는 서식환경을 조성하기 위해 첨가된다.

특히, 이와 같은 EM 발효액은 35℃의 온도에서 10일 동안 유지될 때 가장 효율적인 발효상태를 유지할 수 있다.

본 발명에서는 이에 국한하지 않고, 상기 유용 미생물들의 발효촉진을 위해 상기 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 산도 5%인 아로니아액 5g, 맥주박 2g, 시트르산 1.5g 및 소맥피 2g을 더 첨가할 수 있다.

여기에서, 상기 아로니아(Aronia)는 장미과(Rosaceae)의 낙엽관목으로 폴리페놀 및 안토시아닌의 함량이 매우 높아 항산화력이 우수하지만, 특히 5%의 산도를 갖는 아로니아액은 발효를 촉진하는데 매우 효율적인 물질이다.

아울러, 상기 맥주박은 맥주를 만드는 과정에서 생산되는 부산물로서 알콜성분이 없으며, 미분해성 단백질 함량이 높은 건조 맥주박이 바람직하다. 이는 유용 미생물의 발효 분해능력을 현저히 높이기 위한 것이다.

또한, 상기 시트르산은 발효 효율을 높일 수 있도록 산도를 지속적으로 유지하면서 발효 촉진에 기여하는 대표적인 물질이다.

그리고, 상기 소맥피는 밀의 도정 부산물로서 밀접에기, 배아, 밀가루 등이 섞여 있으며, 인과 섬유질 함량이 유용 미생물의 충분한 먹이가 되므로 발효 촉진에 효과적으로 기여한다.

따라서, 상기와 같은 비율로 조성되는 EM 발효액을 본 발명에 따른 발효용기(100)의 용량에 맞게 제조한 후 이 발효용기(100)에 넣고 상술한 방식으로 EM 발효액을 만들어 사용하면 된다.

덧붙여, 본 발명에서는 도 2의 예시와 같이, 별도의 전원을 사용하지 않고도 균일 온도 유지가 가능하도록 열전도시키는 판형 히트파이프(150)를 상기 발효용기(100)의 외표면에 더 설치할 수 있다.

이때, 상기 판형 히트파이프(150)는 판 형태의 넓은 면적에 대해서도 히트파이프 기능을 수행하는 것으로, 대한기계학회 2003년 춘계학술대회 논문(스크린 메쉬를 이용한 판형 히트파이프의 개발, 이용덕 외 3), 대한기계학회 2015년 창립 70주년 기념 학술대회(압출형 박판 히트파이프의 모세관력 향상을 위한 구조 개발, 문석환 외 1)을 포함한 다수의 문헌을 통해 확인되며, 다양한 형태로 시판중인 것을 변형하여 사용한다.

즉, 본 발명에서는 곡률을 가진 채 발효용기(100)의 외표면에 부착될 수 있도록 성형하며, 상기 발효용기(100)의 둘레방향으로 설치되어 일종의 띠 형태를 갖는다.

이 경우, 상기 판형 히트파이프(150)는 발효용기(100)의 높이방향으로 볼 때 중간부에 일정폭을 갖고 띠 형태로 부착됨이 바람직하다.

덧붙여, 히트파이프의 기본 개념을 설명하자면, 히트파이프는 증발부, 단열부, 응축부로 구분되고, 구성요소로는 컨테이너(Container), 윅(Wick), 워킹플러드(Working Fluid)가 있으며, 증발부로 열이 가해지면 워킹플러드가 동작하며 기화하여 단열부를 지나 응축부로 열을 전달하고, 워킹플러드는 액화되어 윅을 통하여 다시 증발부로 되돌아 오게 되는데, 이러한 일련의 과정을 반복하면서 열원의 열을 이동시키는 공지의 열전달용 파이프이다. 즉, 액체와 기체 간의 상변화가 일어날 때 열전달이 활발하게 일어나는 현상을 응용한 것이다.

아울러, 상기 판형 히트파이프(150)의 부착은 열전도성이 우수한 특성을 갖는 시판중인 핫멜트를 이용하여 접착하는 방식으로 고정된다.

이렇게 구성하면 별도의 전원을 사용하지 않으면서도 돼지꼬리히터(120)에서 생긴 열을 발효에 가장 효율적이 영향을 미치도록 발효용기(100) 내부 전체를 균일하게 가온시킬 수 있게 된다.

그러면, 보다 균일한 초기 가열이 가능하여 국부적인 고온 가열을 애초에 억제함으로써 균사현상을 완벽하게 막을 수 있다.

이 효과를 더욱 더 향상시키기 위해, 도 3과 같은 대류유도챔버(160)를 더 구비할 수 있다.

상기 대류유도챔버(160)는 발효용기(100)의 바닥면 중심에 원형상으로 요입 형성되고, 상기 대류유도챔버(160)에는 둘레방향으로 90°간격을 두고 연통구멍(170,170')이 연결되며, 상기 연통구멍(170,170')중 하나는 상기 돼지꼬리히터(120)의 직하방에 위치되게 구성된다.

때문에, 상기 돼지꼬리히터(120)는 바닥면 중심에 대해 편심되어 있는 구조이다.

아울러, 상기 대류유도챔버(160)의 상부는 챔버커버(180)에 의해 개폐가능하게 밀폐되며, 상기 챔버커버(180)의 하단면에는 망체(190)가 탈착가능하게 고정된다.

그리고, 상기 망체(190)에는 발효열촉진분말이 담긴다.

따라서, 돼지꼬리히터(120)가 가열되어 그 주변이 뜨거워지면 대류가 일어나면서 상승류가 발생하게 된다.

그러면, 돼지꼬리히터(120) 직하방에서 상승류가 생기게 되므로 나머지 3군데의 연통구멍(170)으로는 하강류가 생기면서 대류유도챔버(160) 내부로 들어갔다가 상승류로 전환되어 돼지꼬리히터(120) 직하방의 연통구멍(170')을 통해 상승하면서 자연스럽게 대류가 일어난다.

이때, 망체(190)에 채워진 발효열촉진분말과 대류되는 EM 발효액이 접촉하면서 발효가 진행될 때 발효열을 더욱 높이는데 기여하게 된다.

이를 위해, 상기 발효열촉진분말은 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 CMS(Condensed Molasses Solubles) 50g, 정장석 분말 20g, 옥분 15g으로 이루어진다.

여기에서, CMS는 당밀을 발효시켜 라이신(lysine)을 만들면서 트레할로스(trehalose)를 포함시켜 만든 검은색의 백태를 통칭하는 물질로서, 발효 과정에서 페놀을 세미퀴논을 거쳐 퀴논으로 이르게 하는 산화와, 퀴논과 아미노산류나 페푸치드류의 상호작용을 통해 부숙화가 촉진되면서 발효열을 60℃ 이상으로 높게 유지시키는데 기여하게 된다.

또한, 정장석 분말은 규산염 광물인 정장석을 분말화시킨 것으로, 정장석은 유기물을 비롯한 70여종 미네랄과 필수 미량 희귀원소가 풍부한 광물이며, 특히 70여종의 미네랄과 토착 미생물이 다량 함유되어 있어 미생물 증식에 지대한 역할을 한다. 즉, 발효에 사용되는 미생물의 개체수를 급격히 증진시켜 발효 효율을 단시간에 현격히 높일 수 있게 된다. 이러한 기능은 옥분도 마찬가지이다.

이와 같이, 본 발명은 발효 촉진, 발효열 촉진에 우수한 기능을 발현하도록 본 발명에서만 특화된 EM 발효액과, 발효열촉진분말을 활용한 EM 발효기를 제공할 수 있게 된다.

100: 발효용기
110: 뚜껑
120: 돼지꼬리히터
130: 온도측정센서
140: 산도측정기

Claims (1)

1. EM 발효액이 채워진 발효용기(100); 상기 발효용기(100)의 입구에 체결되는 뚜껑(110);을 포함하는 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기로서,
   상기 뚜껑(110)에는 온도 및 산도측정과 표시, 온도조절, 전원 온오프, 과부하차단, 표시램프, 알람 기능들이 표시되고 제어될 수 있도록 디스플레이 및 키패드를 갖춘 컨트롤러(112)가 구비되고; 상기 뚜껑(110)의 하면에는 뚜껑(110)을 닫았을 때 돼지꼬리히터(120)가 발효용기(100) 내부 바닥면에 근접하도록 고정되고, 온도측정센서(130)는 돼지꼬리히터(120)와 간격을 두고 그 상측에 배치되게 고정되며, 산도측정기(140)는 상기 온도측정센서(130)와 간격을 두고 그 상측에 배치되게 고정되고; 상기 돼지꼬리히터(120)와, 온도측정센서(130)와, 산도측정기(140)는 상기 컨트롤러(112)에 연결 제어되며; 상기 발효용기(100)에는 EM 발효액이 채워지되, 상기 EM 발효액은 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 EM 원액 40g과, 당밀 40g과, 천일염 3g과, 산도 5%인 아로니아액 5g과, 맥주박 2g과, 시트르산 1.5g 및 소맥피 2g이 혼합되어 조성되고; 상기 발효용기(100)의 외표면에는 둘레방향으로 판형 히트파이프(150)가 띠 형태로 더 설치되며;
   국부적인 고온 가열을 억제하여 균사현상을 막도록 대류유도챔버(160)를 더 구비하되,
   상기 대류유도챔버(160)는 발효용기(100)의 바닥면 중심에 원형상으로 요입 형성되고, 상기 대류유도챔버(160)에는 둘레방향으로 90°간격을 두고 연통구멍(170,170')이 연결되며, 상기 연통구멍(170,170')중 하나는 상기 돼지꼬리히터(120)의 직하방에 위치되게 구성되고, 상기 돼지꼬리히터(120)는 바닥면 중심에 대해 편심되게 배치되며, 상기 대류유도챔버(160)의 상부는 챔버커버(180)에 의해 개폐가능하게 밀폐되고, 상기 챔버커버(180)의 하단면에는 망체(190)가 탈착가능하게 고정되며, 상기 망체(190)에는 발효열촉진분말이 담기며;
   상기 발효열촉진분말은 쌀뜨물 1ℓ를 기준으로 CMS(Condensed Molasses Solubles) 50g, 정장석 분말 20g, 옥분 15g으로 이루어진 것을 특징으로 하는 EM 발효액을 이용한 발효 촉진용 EM 스마트 발효기.

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