KR200155217Y1 - 압축과 마이크로파 가열 건조에 의한 음식물 쓰레기와 같은 유기물 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 대형 음식점, 단체 급식 식당, 아파트, 그리고 농수산물 및 축산물 시장처럼 집단으로 발생되는 음식물 쓰레기와 같은 유기물을 1차로 기계적 압축으로 수분을 짜내고 난 다음 2 차적으로 가정용 전자렌지와 원리가 같은 마이크로파를 조사(照査)시켜 가열함으로써 음식물 쓰레기 세포 내에 까지 남아 있는 수분을 증발시켜 건조된 음식물 쓰레기를 절삭기로 절단하여 포장 처리하는 방법 및 장치를 제공한다.

이에 따라, 기계적 압축으로 짜진 음식물 쓰레기의 오수는 저장하였다가 화장실 정화조처럼 분리 수거를 함으로써 음식물 쓰레기로 인한 환경오염을 획기적으로 해결할 수 있는 등의 효과가 있다.

또한, 이 장치의 규모는 작게는 사무용 책상보다 작고 제작 비용도 비교적 저렴하여 음식물 쓰레기가 발생되는 모든 곳에 설치가 가능하다는 장점이 있고, 크게는 농수산물의 쓰레기까지 대량으로 처리할 수 있는 플랜트 구조도 가능하다는 장점이 있다.

Description

압축과 마이크로파 가열 건조에 의한 음식물 쓰레기와 같은 유기물 처리시스템

본 고안은 물기를 함유한 음식물 쓰레기와 같은 유기물로 인한 환경오염을 해결하기 위하여 1차 기계적으로 압축하여 물기를 제거하고 소형화한 후, 2차로 음식물 세포 내에 잔존하는 수분을 마이크로파를 직접 조사(照射)하여 수분을 발열, 증발시키기 위한 압축과 마이크로파 가열 건조에 의한 음식물 쓰레기와 같은 유기물 처리시스템에 관한 것이다.

현재 이 음식물 쓰레기와 같은 유기물 처리는 기계적 압축이나 원심력을 이용한 방식이 사용되어지고 있으나, 이는 잔류 수분이 80%정도까지 남아 있게 되므로 만족한 수준이 되지 못하며, 또다른 방식중 하나는 큰 저장 탱크 내에서 음식물 쓰레기를 발효시키는 방식으로 이는 넓은 장소와 발효 시간이 수 십일이 요구되는 단점 외에도 수집과 운반에 매우 큰 어려움이 따른다.

근래 환경오염은 우리의 생활을 해치는 중요한 과제가 되었으며, 특히 지방 자치제 실시 이후, 쓰레기장 확보라는 또다른 문제를 야기시키고 있다. 그러나 우리의 식생활 문화는 외국과 달리 환경오염에 악영향을 미치는 국물이 많으며, 잔반 또한 많고 그 잔반에도 국물이 많다는 점이다.

따라서, 본 고안의 목적은 음식물 쓰레기와 같은 유기물을 짧은 시간 내에 완벽하게 수분을 제거시킴으로써 이것으로 인한 환경오염 문제를 해결하는 방법과 그 장치를 제공하는 것이며, 또한, 소량이나 대량에 모두 적용될 수 있는 간단한 구조와 작동으로 효과적으로 음식물 쓰레기와 같은 유기물을 처리할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

도1은 압축과 마이크로파 가열 건조에 의한 음식물 쓰레기와 같은 유기물 처리시스템의 조립도,

도2a는 마이크로파 발생장치가 포함된, 음식물 쓰레기와 같은 유기물의 압축 눌름판의 구성을 도시하는 측면도이고,

도2b는 그 눌름판의 상부 평면도이며,

도2c는 눌름판의 상부 평면에 설치될 마이크로파 발생장치의 구성 배치도,

도3은 마이크로파 발생장치의 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 마이크로 웨이브 반사 및 눌름판 11: 마이크로파 통과 PVC판

12: 마그네트론(Magnetron) 13: 웨이브 가이드(Wave Guide)

14: 로드 쎌(Load Cell) 15: 웨이브 가이드 공(孔)

16: 냉각 팬(Fan) 17: 고압 트랜스(H.V.T)

18: 노이즈 필터(Noise Filter) 19: 고압 콘덴서(H.V.C)

20 :쓰레기 압축용 모터 21: 쓰레기 저장용기

22: 쓰레기 저장용기 회전 모터 23: 오수 연결 호수

24: 고압 정류용 다이오드(H.V.D)

25: 마그네트론 과열 방지 센서(T.C.O)

26: 베아링(Bearing) 27: 받침대

28: 메카니칼 씰(Mechanical Seal) 29: 마이크로파 발생장치 전원 코드

상기 목적의 달성을 위해 본 고안에 따른 음식물 쓰레기와 같은 유기물 처리시스템에 의한 방법은, 기계적 압력을 가하여 다량의 수분을 제거하는 제1단계; 및 쓰레기를 회전시키면서 마이크로파를 가하여 잔류 수분을 증발시켜 추가로 수분을 제거하는 제2단계를 포함하며, 이렇게 건조된 쓰레기를 절삭기에 넣어 잘게 절삭하여 최종 처리하는 제3단계를 추가함으로써 더욱 완전하게 음식물 쓰레기를 처리할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 음식물 쓰레기 처리시스템은, 음식물 쓰레기를 넣을 고정식 내지는 회전식 저장용기; 일정량이 쌓이면 그 음식물 쓰레기로부터 수분을 제거하기 위한 탈수 수단;그 탈수 수단에 의해 탈수된 수분을 배출하기 위한 배수 수단; 그리고 상기 탈수 수단에 의해 탈수시킨 뒤에 마이크로파에 의해 잔류 수분을 건조, 제거하기 위한 파이크로파 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리시스템을 제공한다.

상기 탈수 수단은 상기 저장용기 내의 음식물 쓰레기를 압축하여 수분을 제거하기 위해 상기 저장용기와의 사이에서 음식물 쓰레기를 가압하도록 상하로 이동하는 눌름판으로 구성되며, 그 눌름판을 상하로 이동시키기 위한 눌름판 이동 수단을 구비하고, 상기 배수 수단은 상기 저장용기의 바닥에 형성된 배수구와 그 배수구에 연결된 오수 연결 호스로 구성될 수 있으며, 상기 마이크로파 발생장치는 상기 눌름판의 상면에 설치되어 눌름판으로 가압하여 수분을 제거한 후에 바로 압축된 음식물 쓰레기를 가열, 건조하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예들의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도1은 압축과 마이크로파 가열 건조에 의한 음식물 쓰레기 처리시스템의 조립도이다.

본 고안에 따른 음식물 쓰레기 처리시스템은 음식물 쓰레기를 넣을 저장용기(21)에 넣어 일정량이 쌓이면, 쓰레기 압력용 모터(20)를 동작시켜 쓰레기 눌름판(10)을 아래로 이동시키고 저장용기(21)와의 사이에서 음식물 쓰레기를 압축, 수분을 짜낸다.

이렇게 발생된 오수는 그 저장용기(21)의 하부 바닥에 형성된 배수구(21')와 연결 호스(23)를 통해 오수 저장 탱크에 수집하고 이것을 별도로 수거 처리하면 환경오염을 완벽하게 해결할 수 있게 된다. 이때 도 1에서는 일정한 압력으로 눌름판(10)이 눌려지면 로드 쌜(14)이 감지하여 쓰레기 압력 모터(20)를 정지시키게 된다.

이런 과정을 통해 1차적으로 수분을 제거하게 되는데, 이 처리 후에도 쓰레기에는 약 80% 의 잔류 수분이 남아 있게 된다.

그 다음은 마이크로파로 유전체(誘電體)인 쓰레기와 그 속에 남아 있는 수분을 가열, 증발시키는 단계이다.

마이크로파란 1기가 헤르츠(GHz)에서 30 기가 헤르츠까지의 주파수로 진동하는 전자파를 말한다.

이 마이크로파의 특성은 금속에 이것이 도달하면 흡수되지 않고 완전히 반사되어 금속에 작용을 미치는 일은 없다.

이는 빛이 거울에 반사되는 것과 매우 흡사하다.

그러나 비금속체인 음식물 쓰레기와 같은 유전체에 마이크로파가 조사(照射)되면 그 내부에 전자파가 흡수되며 그 정도는 유전체 특성에 따라 달라진다.

이렇게 유전체 내부로 마이크로파가 흡수되면 그곳에 전계(電界)와 자계(磁界)가 발생되고 이것이 유전체 내부에 존재하는 쌍극자(雙極子)를 회전시키면서 쌍극자의 마찰열을 발생시키게 된다.

이 과정을 좀더 자세히 설명을 하여보면 유전체 내부에는 수많은 + 이온과 - 이온이 하나의 쌍을 이루고 있으며 이를 쌍극자라 부른다.

이 쌍극자는 대전(帶電)이 되지 않은 평상시는 매우 불규칙하게 나열되어 있으나, 만약 이 쌍극자 주위에 전계가 형성되면 그것에 따라 일정하게 + -, + - 로 정열되며, 교류와 같이 + - 가 바뀌는 전계가 인가되면 그것에 따라 쌍극자가 회전하게 되고 이 회전시에 생기는 마찰열로 인하여 유전체 내부가 직접 가열하게 된다.

그러므로 마이크로파와 같이 교번횟수가 매우 많은 고주파가 인가된다면 쌍극자의 회전은 그만큼 많아 가열 효율 또한 높아지게 되는데 이것이 가정용 전자렌지의 가열 원리이다.

유전체에는 그 종류에 따른 비유전율(比誘電率;εr)과 유전체 손실각(誘電體損失角;tan ∂)값이 존재하며, 이 값이 큰 유전체일수록 마이크로파가 쉽게 흡수되어 가열 효율이 높아지게 된다.

일반적으로 물은 비유전율이 100 정도이고 유전체 손실각은 0.1 정도로 매우 높은 유전체이다.

또한 음식물 쓰레기에는 3% 정도의 염분을 갖고 있는데 이는 염분이 없는 물보다 2 배 이상 더 잘 흡수되어 마이크로파 적용으로의 가열은 최적의 상태가 된다.

그리고 이처럼 염분이 포함된 음식물 쓰레기의 수분은 온도가 상승되면 될수록 유전체 특성이 변화되어 마이크로파 흡수율이 커져 더욱더 가열 속도가 증대된다.

또한 본 고안에 따른 장치에 관한 설명은 쓰레기 눌름판(10)을 밑으로 하강하여 쓰레기 수분을 충분히 짜낸 후 스파크 방지와 수분 증발을 위하여 10cm 정도 눌름판을 위로 이동시킨 후 도1 내지 도2c에 도시된 바와 같이 눌름판 위에 장치된 수셋트의 소형 마이크로파(0.5∼1kw 규모)발생장치를 가동시키면 이 장치의 마그네트론(12)에서 발진된 마이크로파는 웨이브 가이드(13)를 통하여 음식물 쓰레기를 향하여 발사된다.

이렇게 발사된 마이크로파는 유전체에 도달하면 흡수되고 금속에 닿으면 반사되므로 직접 쓰레기에 흡수되지 않고 관통된 마이크로파는 눌름판(10)과 저장용기(21)사이에서 반사각이 일정하지 않게 계속해서 반사되다가 결국 음식물 쓰레기에 흡수되게 되므로 마그네트론(12)에서 발사되는 마이크로파는 대부분 발열 작용에 사용되어지게 된다.

대략 수십 킬로그램 이하의 음식물 쓰레기는 수 킬로와트 출력의 마이크로파 발생장치에 의해 수 십분 이내에 만족할 만큼의 건조를 얻을 수 있게 된다.

도1 및 도2a에서와 같이 눌름판(10)은 날개 형태로 형성할 수도 있고, 편편하게 형성할 수도 있으며, 마이크로파 가이드공(15)을 지니는 마이크로파 통과 PVC 판(11)을 중간에 개재시켜 그 눌름판(10)의 상면에 마이크로파 발생장치를 설치할 수도 있다,

그리고, 마이크로파 발진에 관한 설명은 다음과 같다.

마이크로파 발진에 쓰이는 진공관으로는 마그네트론(Magnetron)이 흔히 사용되어진다. 그 구조는 2 극관으로 음극과 양극 사이에 영구 자석이나 전자석으로 강력한 자력을 인가시켜 놓은 것이다.

또한, 양극은 공동(空胴)으로 되어 있어서 음극을 출발한 전자가 양극으로 끌려가다가 출력으로 변환되면서 이것이 마그네트론 안테나를 통하여 공간에 마이크로파로 발사하게 된다.

도3에 도시된 마이크로파 발생장치의 회로도에서 입력(양극)전원은 다음과 같이 만들어진다.

처음 고압 트랜스(17)에서 15 KV 정도의 교류 고전압을 다이오드(24)로 맥류로 변환시킨 다음, 고압 콘덴서(19)에서 직류로 평활화된 전압이 마그네트론(12) 음극에 인가되고 마그네트론 양극을 어스시킴으로써 입력 전원이 구성된다. 그리고 전자방출을 위한 음극을 도3과 같이 연결하면 마그네트론(12)은 발진을 하게 된다.

또한 발진된 출력의 일부가 입력 전원으로 되돌아가는 것을 방지하기 위하여 노이즈 필터(18)를 사용하며 마그네트론 발진 효율이 50% 정도로 낮기 때문에 발생되는 열을 냉각하기 위하여 냉각 팬(16)을 사용한다.

마이크로파 발생장치 가동시 만약 이상이 발생하면 회로를 보호하도록 과열방지센서(25)를 추가시킬 수 있다.

마이크로파 가열은 균일 가열을 이루기 어렵다는 문제가 있다.

이를 해결하기 위한 최선의 방책은 가열물을 회전시키는 것으로, 쓰레기 저장용기(21)를 회전가능하게 설치하고 그 저장용기(21)의 상부 외주에 회전 모터(22)의 회전력이 전달되도록 구성한다. 즉, 받침대(27) 위의 베아링(26)에 놓여 있는 쓰레기 저장용기(21)는 회전 모터(22)의 구동에 따라 아주 서서히 회전한다.

또한 이와 같이 저장용기(21)가 회전하는 경우에는 오수 연결 호수(23)가 회전하는 것을 방지하도록 메카니칼 씰(28)을 개재하여 저장용기(21)의 배수구(23')에 연결시킨다.

그리고 최종 단계인 건조된 쓰레기의 분쇄 내지는 절단은 기술적으로 매우 일반적인 내용이므로 여기서는 생략하겠다.

이상 설명한 바와 같이, 음식물 쓰레기 처리의 최대 문제인 환경오염과 물기가 있는 상태로의 수집 운반의 어려움이 있으나, 본 고안에 따른 음식물 쓰레기의 처리 방법에 따른 음식물 쓰레기의 처리시스템에 의하면, 완전히 수분이 제거될 수 있고 음식물 쓰레기를 컴팩트화하여 처리할 수 있으며, 아울러 본 고안의 장치는 소형이며 제작비용이 비교적 저렴하며 처리 시간 또한 짧다는 장점도 있다.

Claims (3)

1. 음식물 쓰레기를 넣을 고정식 내지는 회전식 저장용기(21); 일정량이 쌓이면 그 음식물 쓰레기로부터 수분을 제거하기 위한 탈수 수단;그 탈수 수단에 의해 탈수된 수분을 배출하기 위한 배수 수단; 그리고 상기 탈수 수단에 의해 탈수시킨 뒤에 마이크로파에 의해 잔류 수분을 건조, 제거하기 위한 파이크로파 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기처리시스템,
2. 제1항에 있어서, 상기 탈수 수단이 상기 저장용기 내의 음식물 쓰레기를 압축하여 수분을 제거하기 위해 상기 저장용기와의 사이에서 음식물 쓰레기를 가압하도록 상하로 이동하는 눌름판(10)으로 구성되며, 그 눌름판(10)을 상하로 이동시키기 위한 눌름판 이동 수단을 구비하고, 상기 배수 수단은 상기 저장용기(21)의 바닥에 형성된 배수구(21')와 그 배수구(21')에 연결된 오수 연결 호스(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로파 발생장치가 상기 눌름판(10)의 상면에 설치되는 노이즈 필터(18), 마그네트론(12), 및 마그네트론 발진부(19,24)로 구성되며, 그 마그네트론(25)에서 발생한 마이크로파를 그 눌름판(10)의 상면에서 하면으로 안내하여 하방에 위치하는 저장용기(21)내의 음식물 쓰레기를 가열시키기 위한 웨이브 가이드부(13, 15)가 상기 눌름판(10)에 형성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리시스템.