KR20100091513A - Treatment apparatus for food waste by microwave heating - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다량의 수분을 함유하는 음식물 쓰레기 처리장치에 관한 것으로, 특히 마이크로웨이브 가열을 이용하여 음식물 쓰레기를 효율적으로 건조처리하는 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a food waste treatment apparatus containing a large amount of water, and more particularly, to a treatment apparatus for efficiently drying food waste by using microwave heating.
음식물을 먹기 위한 가공의 전 단계에서 발생되는 부수물과 가공 후 먹고 남아 버려지게 되는 것을 음식물 쓰레기로 분류하는 데 이러한 음식물 쓰레기는 함수율이 50 ~ 95% 정도로 다량의 수분이 함유된 것으로 이것을 폐기하거나 혹은 재활용하고자 하는 경우에는 수분의 감량이 매우 중요하다. 음식물 쓰레기의 수분을 감량 처리하는 것을 건조처리 방식이라 한다. 일반적으로 건조라 함은 액체의 수분을 기체화하여 물질로부터 분리시키는 것을 의미하며 이러한 과정에서 중요한 것은 건조에너지의 투입이다. 음식물 쓰레기의 건조 처리장치의 기술 분야에 있어서도 건조를 위한 열원으로 열풍, 온풍, 전도가열 분쇄 등으로 구분되어 있다. 본 발명은 음식물 쓰레기의 건조를 위한 열원을 마이크로웨이브 가열을 이용하는 기술 분야이다.Food wastes are classified as food wastes, which are generated during the preliminary stages of food processing and those left after being eaten and processed. These food wastes contain a large amount of water with a water content of 50 to 95%. If you want to recycle, the loss of moisture is very important. Weight loss treatment of food waste is called a drying treatment method. In general, drying means gasifying liquid moisture to separate it from the material. In this process, the important thing is the input of drying energy. Even in the technical field of the food waste drying treatment apparatus, heat sources for drying are classified into hot air, warm air, and conductive heating pulverization. The present invention is in the technical field using microwave heating as a heat source for drying food waste.
일반적으로 가정 또는 식당등에서 배출되는 음식물 쓰레기는 다량의 수분을 함유하고 있으며, 음식물 쓰레기는 주로 곡류, 채소류, 과일류, 육류, 어류 등으로 구성되며 이러한 물질은 고분자 유기물로써 그것의 생성에 있어서 수분은 물질 구성의 중요한 원소로 물질의 수분 중 약 50% 이상은 결합수의 형태로 존재한다. 또한 음식물 물질의 유기적 구조 상 보편적으로 140℃ 이상의 온도에서는 탄화현상이 발생된다. 물론 음식물 쓰레기 건조에 있어서 건조 후 탄화의 발생은 그다지 중요 유해현상으로 볼 수는 없지만 건조 중 탄화 과정에서 악취발생은 쾌적한 환경에 영향을 미치므로 건조장치 구성의 중요한 설계인자로 취급된다. 이러한 이유로 음식물 쓰레기 건조에는 높은 온도의 열원 적용이 불가함으로 건조에는 매우 긴 시간이 소요된다. 음식물 쓰레기의 효율적인 건조를 위해서는 적절한 열원의 선택이 중요한 기술로 여겨져 왔다.In general, food wastes emitted from homes or restaurants contain a large amount of water, and food wastes are mainly composed of cereals, vegetables, fruits, meats, and fish. An important element of the composition of the substance, at least about 50% of the moisture of the substance is in the form of bound water. In addition, carbonization phenomenon occurs at a temperature of more than 140 ℃ because of the organic structure of the food material. Of course, in the drying of food waste, the generation of carbonization after drying may not be regarded as an important harmful phenomenon. However, odor generation during carbonization during drying affects the pleasant environment and thus is considered as an important design factor of the drying device configuration. For this reason, it is not possible to apply a high temperature heat source for drying food waste, which takes a very long time to dry. The selection of a suitable heat source has been considered an important technique for the efficient drying of food waste.
음식물 쓰레기는 단일 식품으로 배출되는 경우도 있지만 대부분의 경우 여러 식품의 혼합으로 구성되어 있다. 이러한 혼합 상태는 각각 물질의 함수율이 서로 차이가 있고 각 물질에 함유된 수분의 존재 형태도 매우 다른 양상을 띠고 있다. 이러한 혼합 물질을 목표함수율 까지 일정하게 건조하기 위해서는 열원의 선택과 그 적용 프로세스가 매우 중요하다.Food waste is sometimes emitted as a single food, but in most cases it consists of a mixture of foods. These mixed states are different in water content of each material and have a very different form of water present in each material. The choice of heat source and the application process are very important for the constant drying of these mixed materials to the target moisture content.
음식물 쓰레기는 식품 상태의 고유 냄새와 보관의 지연으로 발생되는 부패로 인한 악취가 존재하는 것이 일반적인 현상이다. 이러한 물질의 건조에 있어서는 건조 과정에서 발생되는 냄새 입자의 거동으로 인한 악취의 유출이 예상된다. 악취의 유출로 인한 환경적 저해요인의 해소를 위해 음식물 쓰레기 건조 처리에 있어서 건 조 배기 습공기의 처리 기술도 신중히 고려하여야 할 사항이다.Food waste has a common odor due to the inherent odor of the food state and corruption caused by delay in storage. In the drying of such a substance, the outflow of odor due to the behavior of odor particles generated in the drying process is expected. In order to solve the environmental hazards caused by the release of odors, the treatment technology of dry exhaust humid air should be carefully considered in food waste drying treatment.
일반적으로 건조라 함은 물질 속에 함유된 액체의 수분을 기체화하여 제거하는 것을 말하는 것으로 여기에는 증발 잠열이 필수적으로 소요된다. 건조에는 필연적으로 에너지 비용이 지출된다고 볼 수 있다. 모든 건조장치의 궁극적인 기술은 건조효율의 향상으로 귀결된다.In general, the term "drying" refers to vaporizing and removing moisture of a liquid contained in a material, and latent heat of evaporation is essential. It is inevitable that energy costs are incurred for drying. The ultimate technology of any drying machine results in improved drying efficiency.
이상에서 음식물 쓰레기 건조처리에 관한 기본적인 기술을 검토해 본 것을 토대로 종래의 기술을 분석하여 보면 여러 부문에서 상당한 문제점이 내재되어 있다. 종래의 음식물 쓰레기 건조장치의 적용 열원은 대부분 온풍, 열풍, 일부 전도 전열방식을 채용하고 있으며, 건조 습공기의 처리는 주로 배기식이며, 일부는 교반기 혹은 분쇄기를 이용하여 건조 중 전열 면적의 상승효과를 이용하여 건조시간의 단축과 효율 증대를 도모하고 있다. 이러한 종래의 기술 적용 음식물 쓰레기 건조장치는 간접가열 방식의 열전달 메카니즘에서 기인하는 특성으로 인하여 다음과 같은 문제점을 나타내고 잇다.Based on the review of the basic technology related to food waste drying treatment, a significant problem is inherent in various sectors. The heat source of the conventional food waste drying apparatus adopts hot air, hot air, and some conductive heat transfer methods, and the treatment of the dry wet air is mainly exhausted, and some use the synergistic effect of the heat transfer area during drying by using a stirrer or a pulverizer. Thus, the drying time is shortened and the efficiency is increased. The food waste drying apparatus to which the conventional technology is applied exhibits the following problems due to the characteristics resulting from the heat transfer mechanism of the indirect heating method.
첫째로 음식물 쓰레기는 다량의 수분(최소 55% 이상)을 함유한 물질로써 그 수분 구성의 약 50% 이상이 결합수 구조를 취하고 있어서 건조 진행의 용이함을 구분하는 한계함수율이 비교적 높다. 참고로 함수율이 높은 무, 수박인 경우의 한계함수율은 약 60% 이고, 밥인 경우는 약 35% 이다. 음식물 쓰레기는 다량의 수분이 함유된 고분자 유기물질로써 수분이 적어지는 경우에는 열전도율이 비교적 낮은 물질이므로 물질의 외부 표면으로부터 수열하여 열전도를 통하여 속으로 열이 전달되면서 건조를 일으키는 경우에는 건조 시간이 지연되고 외부로의 열손실이 크므로 건조효율이 매우 저조하게 된다. 물론 교반기 혹은 분쇄기를 이용하는 경우에는 교반 혹은 분쇄 과정 중에 전열 면적의 상승효과로 다소의 건조시간의 단축과 효율의 향상은 기대되나 교반기 혹은 분쇄기의 사용 재질의 특성으로 인한 열손실이 증대됨으로 그 한계가 있다. 현재 상용되는 음식물 쓰레기 건조기인 경우 건조효율은 10 ~ 27% 수준으로 매우 저조하다. Firstly, food waste is a substance containing a large amount of water (at least 55% or more), and about 50% or more of its moisture composition has a binding water structure, so that the limit function ratio that distinguishes ease of drying process is relatively high. For reference, the maximum moisture content is about 60% for radish and watermelon with high moisture content, and about 35% for rice. Food waste is a macromolecular organic material that contains a large amount of water. When moisture is less, the thermal conductivity is relatively low. Therefore, the drying time is delayed when heat is transferred from the outer surface of the material to heat through the heat conduction. And because the heat loss to the outside is large, the drying efficiency is very low. Of course, in the case of using a stirrer or a pulverizer, it is expected that the drying time and the efficiency are improved by increasing the heat transfer area during the stirring or grinding process, but the heat loss is increased due to the characteristics of the material used in the stirrer or the pulverizer. have. In the case of currently used food waste dryers, the drying efficiency is very low at 10-27%.
둘째로 건조 공기의 유동방식이 주로 배기방식을 취하고 있으므로 건조 중 발생되는 악취 처리에 매우 불리하다. 현재 상용되는 방식은 주로 이를 해소하기 위해 필터를 적용하는 데, 필터는 활성탄 입자로 구성된 것을 주로 사용하고 있으며, 이것은 수명성 부품으로 건조장치 사용 중 교체비용이 발생하는 문제점과 교체 후 활성탄 쓰레기가 발생되어 음식물 쓰레기 처리 보다 악성 쓰레기 발생으로 다른 사회적, 환경적 문제를 야기하게 된다. 이러한 것을 개선하기 위하여 공개특허 10-0706919호에는 건조 중 발생하는 배기가스를 고온으로 태워 악취 입자를 분해하여 배출하는 방법을 하였으나 고온 악취 처리기의 에너지 투입이 과다한 관계로 전체적인 효율 저조로 인하여 소비자 사용 시 비용 부담이 증대되는 문제점이 있다.Secondly, since the flow method of the drying air mainly takes the exhaust method, it is very disadvantageous for the odor treatment generated during drying. Currently, the commonly used method is to apply a filter to solve this problem, and the filter is mainly composed of activated carbon particles, which is a life-long component that causes replacement costs during the use of the drying equipment and activated carbon waste after replacement. As a result, the generation of malignant waste rather than food waste causes other social and environmental problems. In order to improve this, Patent Publication No. 10-0706919 discloses a method of decomposing and discharging odor particles by burning exhaust gas generated during drying at a high temperature, but due to excessive energy input of a high temperature odor processor, the overall efficiency is low, resulting in a low consumer efficiency. There is a problem that the cost burden is increased.
이상은 건조열원을 간접가열 방식인 열풍 혹은 전도 등을 이용하는 종래의 음식물 쓰레기의 건조 처리기술의 문제점을 파악한 것이고 이를 개선하기 위하여 피건조체에 직접가열 할 수 있는 열원인 마이크로웨이브 가열을 이용한 건조장치의 기술이 몇 가지 발명되었으나 이 또한 음식물 쓰레기의 건조처리의 실용화에는 매우 심각한 문제를 내포하고 있다.The above is to identify the problems of the conventional food waste drying technology using hot air or conduction, which is an indirect heating method of the drying heat source, and to improve the problem, a drying apparatus using microwave heating, which is a heat source that can be directly heated to a dry object, is used. Several techniques have been invented, but this also poses a very serious problem in the practical use of drying of food waste.
일례로 미국특허 5,174,042호에는 마이크로웨이브 가열을 위한 용기와 가열 시 수분, 가스의 배출 경로 등에 관련된 부분은 어느 정도 발명되었으나 배기가스의 악취 제거는 히터를 이용한 고온 분해 방법을 이용함으로 에너지의 과다한 투입이 예상됨으로 전체적인 건조효율의 저조를 유도하고 있다. For example, U.S. Patent No. 5,174,042 has been invented to some extent related to the vessel for microwave heating and the path of water and gas discharge during heating, but the odor removal of exhaust gas is caused by excessive input of energy by using a high temperature decomposition method using a heater. It is expected to lead to lower overall drying efficiency.
통상적으로 마이크로웨이브 가열이란 유전율, 유전손실계가 높은 물질에 마이크로웨이브가 입사되면 그 물질에서 마이크로웨이브를 흡수하여 자체 발열되는 현상을 말하는 것 이다. 피건조체가 마이크로웨이브 환경 내에 존재할 때에는 흡수된 마이크로웨이브에 의해 물질의 온도는 상승하고 물체 내에 존재하는 수분은 100℃에서 증발잠열을 얻게 되면 피건조체에서 수증기 형태로 분리된다. 이때에 수분의 증발잠열 이상의 마이크로웨이브 에너지가 공급되면 수분의 증발에 참여하고 남는 에너지는 피건조체의 온도상승을 유도하게 되고 이러한 온도상승이 과다하게 되면 건조 중에 피건조체는 탄화하게 되며 심한 경우에는 화재의 원인이 되기도 한다. 즉 마이크로웨이브 가열을 이용한 건조 시에는 수분의 증발 속도에 상응하는 마이크로웨이브 에너지의 공급이 중요하다. 또한 목표함수율 도달 시 마이크로웨이브 에너지의 공급을 중단하는 것이 매우 중요하다.In general, microwave heating refers to a phenomenon in which microwaves are absorbed by a material from a material having a high dielectric constant and a dielectric loss meter to generate heat by itself. When the dry matter is present in the microwave environment, the temperature of the material is increased by the absorbed microwaves, and the moisture present in the water is separated from the dry water in the form of vapor when the latent heat of vaporization is obtained. At this time, if microwave energy is supplied above the latent heat of evaporation of moisture, evaporation of moisture takes place, and the remaining energy induces the temperature rise of the dry body, and if the temperature rises excessively, the dry matter is carbonized during drying. It can also cause. In other words, when drying using microwave heating, it is important to supply microwave energy corresponding to the evaporation rate of moisture. It is also very important to stop the supply of microwave energy when the target function rate is reached.
이러한 측면에서 보면 상기 미국특허 5,174,042호와 국내 공개특허 10-2006-0111104호 에서는 마이크로웨이브 건조실 내와 외부에 설치된 온도센서에 의해 이를 제어한다고 되어 있으나 이는 건조 중의 발생증기의 온도와 혹은 피건조체의 현열 증가에 따른 복사, 대류에 의한 온도를 감지하는 것으로 이는 실제 피건조체의 온도상승을 감지하기에는 매우 부정확하여 건조장치의 오동작을 유도하여 유해한 결함이 발생되는 문제점이 있으며, 또한 상기의 방법을 이용한다고 해도 마이크로 웨이브 에너지 제어를 ON - OFF의 주기적 제어를 제시하고 있는 데 이것은 건조시간의 지연을 초래하는 문제점과 ON 상태에서의 최대 마이크로웨이브 에너지의 공급은 피건조체에 수분이 적은 건조 말기의 탄화현상을 억제하기에는 역부족인 문제점을 나타내고 있다.In this aspect, the US Patent No. 5,174,042 and the Korean Patent Publication No. 10-2006-0111104 are controlled by a temperature sensor installed in and outside the microwave drying chamber, but this is the temperature of the steam generated during drying and the sensible heat of the dry body. Detects the temperature caused by radiation and convection in accordance with the increase, which is very inaccurate to detect the temperature rise of the actual to-be-dried body, which causes a malfunction of the drying apparatus, and causes a harmful defect. Microwave energy control suggests the periodic control of ON-OFF, which causes the delay of drying time and the supply of maximum microwave energy in the ON state to suppress the carbonization phenomenon at the end of the period of low moisture drying in the subject. Below, the problem which is inadequate is shown.
국내 공개특허 10-0244389호는 마이크로웨이브 가열을 이용한 음식물 쓰레기 건조장치의 구성에 일종의 패들 형상의 교반기를 이용하는 건조실 구성에 대한 것을 제시하나 건조 수증기의 배기처리에 대한 기술과 음식물 쓰레기의 건조 특성을 고려한 마이크로웨이브 에너지 운영 방안에 대한 구체적인 기술의 제시가 없으므로 실용화의 의미가 없는 발명이라 판단된다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-0244389 proposes a drying chamber configuration using a kind of paddle-shaped stirrer in the construction of a food waste drying apparatus using microwave heating, but considering the drying treatment of dry steam and the characteristics of drying of food waste. As there is no specific technology on the microwave energy operation plan, it is considered to have no practical meaning.
일반적으로 고체 상태나 겔(gel)과 졸(sol)의 혼합 상태의 부피가 존재하는 물질의 건조에 있어서 재료의 직접가열을 유도하는 마이크로웨이브 가열을 건조열원으로 이용하는 기술은 건조효율의 증대와 건조시간의 단축 효과를 기대하는 측면에서 매우 널리 알려진 기술이다. 마이크로웨이브 가열을 이용한 건조에 있어서 중요한 것은 피건조체의 건조특성, 특히 본 발명에서 취급하고자 하는 음식물 쓰레기의 건조특성에 부합하는 마이크로웨이브 운영 스케줄과 이에 적절히 대응할 수 있는 부속 장치의 구조와 건조 중 악취를 포함하여 발생되는 배기가스의 환경적 대응 요소를 구성하는 것이 실용화를 위한 기술이다.In general, a technique using microwave heating as a drying heat source that induces direct heating of a material in the drying of a material having a solid state or a volume of a mixed state of a gel and a sol may increase drying efficiency and drying. This technique is very well known in terms of expecting a shortening time. What is important in drying using microwave heating is the structure of the microwave operation according to the drying characteristics of the dry matter, in particular, the drying characteristics of the food waste to be handled in the present invention, and the structure of the accessory device that can cope with it, and the odor during drying. It is a technique for practical use to constitute an environmental response element of the generated exhaust gas.
이에 본 발명의 목적은 다양한 종류의 식품으로 구성된 음식물 쓰레기의 건조 처리에 있어서 건조의 주된 열원은 마이크로웨이브 가열을 이용하고, 마이크로웨이브 가열을 이용한 건조 환경에 적절한 기체 유동 분위기를 효율적으로 구성하기 위하여 열풍을 복합하여 건조처리하는 음식물 쓰레기 처리장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to use a microwave heating as the main heat source in the drying treatment of food waste composed of various kinds of foods, and in order to efficiently configure a gas flow atmosphere suitable for a drying environment using microwave heating It is to provide a food waste treatment apparatus to dry the composite.
음식물 쓰레기는 그 구성 특성 상, 건조 전 함수율의 차이가 존재하며, 구성 물질의 조직적 결합 특성에 따른 건조특성 변화의 차이가 있는 물질로써 건조 후 건조 상태의 균일화 달성이 중요하다. 즉 건조 전의 복합적 함수율에서 건조 후에는 구성 물질 각각을 목표함수율 이하로 건조하는 것이 본 발명의 기술의 첫 번째 핵심이다. 국내 년 중 기후에 기인하는 평형함수율의 통계적수치가 10 ~ 15% 이고, 음식물 쓰레기의 건조 처리 후 재활용 개념을 고려하여 본 발명에서의 목표함수율은 9% 이하로 설정한다.Food waste has a difference in moisture content before drying due to its constituent properties, and it is important to achieve uniformity of the dry state after drying as a material having a difference in drying characteristics according to the organizational binding properties of the constituent materials. That is, after drying at the complex moisture content before drying, drying each of the constituent materials below the target moisture content is the first core of the technology of the present invention. The statistical value of the equilibrium moisture content due to climate during the year in Korea is 10-15%, the target moisture content in the present invention is set to 9% or less in consideration of the recycling concept after drying treatment of food waste.
음식물 쓰레기는 그 존재에 있어서 식품 고유의 냄새와 보관 시 부패로 인한 악취가 내재되어 있다. 이러한 액체 상태의 악취 입자는 건조 중 온도상승에 의해 기화되어 외부 환경에 노출이 되면 환경적 불쾌감을 조성함으로 건조 중 이것의 처리 기술이 필요로 된다. 따라서, 본 발명의 다른 목적은 건조 시 발생되는 배기가스를 응축하여 액체화하고 이 과정에서 악취 입자는 응축수에 포집되어 그 거동을 억제 시켜 응축수를 배수구로 배출하도록 된 음식물 쓰레기 처리장치를 제공하는 것이다. Food waste has its own inherent odor and odor due to corruption in storage. Such liquid malodorous particles are evaporated by the temperature rise during drying, and when exposed to the external environment, an environmental discomfort is created, and thus a treatment technique thereof is required during drying. Accordingly, another object of the present invention is to provide a food waste treatment apparatus for condensing and liquefying exhaust gas generated during drying, and in this process, malodorous particles are collected in the condensate to suppress its behavior to discharge the condensate to the drain.
일반적으로 어떤 물질을 건조하고자 할 때에는 그 진행 단계가 재료예열구간, 항률건조구간, 감률건조구간으로 구분된다. 이러한 진행단계에서 건조속도, 물질의 온도상승 등의 변화를 물질의 건조특성이라 한다. 이러한 건조 진행단계 주요 특징은 건조가 진행될수록 특히 한계함수율 구간 이후로 진행되면 재료에 남아 있는 수분은 적어지며, 건조속도는 둔화되므로 건조열원으로부터 공급되는 에너지 중 건조에 참여하는 에너지는 적어지고 재료의 온도상승으로 인해 탄화 등의 유해결함 발생과 에너지 이용 효율이 저조하여 진다. 이러한 이유로 본 발명에서는 음식물 쓰레기의 마이크로웨이브 가열을 이용한 건조 진행에 따른 구간별 건조특성의 변화를 일련의 수단을 활용하여 감지하고 이를 연산하여 투입되는 마이크로웨이브 출력을 건조 구간 별로 적절히 조절하여 공급함으로써 건조효율을 극대화하는 방안을 강구한다. 본 발명의 마이크로웨이브 출력 조절의 개념은 ON - OFF 주기적 조절 개념이 아니고 건조 각 구간에서 감지되는 결과 부합하는 에너지 투입량을 선형적으로 가변하는 것을 의미한다.In general, when a substance is to be dried, the progress stage is divided into a material preheating section, a constant drying section, and a reduction rate drying section. Changes in drying speed, temperature rise of the material, etc. in this progress step are referred to as drying properties of the material. The main characteristic of this drying progress step is that as the drying proceeds, especially after the limit function period, the moisture remaining in the material decreases, and the drying speed is slowed, so that the energy participating in the drying decreases and the energy of the material is reduced. The rise in temperature leads to the generation of oil-solvents such as carbonization and energy efficiency. For this reason, the present invention detects the change in the drying characteristics of each section according to the drying progress using microwave heating of food waste by using a series of means and calculates the microwave output to be input by appropriately adjusted by drying section to supply drying Find ways to maximize efficiency. The concept of microwave power control of the present invention is not an ON-OFF periodic control concept, but means that the energy input corresponding to the result detected in each drying section is linearly varied.
본 발명의 쓰레기 처리장치는, 마이크로웨이브를 발생하는 발진장치와 발생된 마이크로웨이브를 건조실(공진캐비티)에 원할히 공급하기 위한 도파관, 음식물 쓰레기의 건조 처리를 위해 일정량을 담을 수 있고 마이크로웨이브의 투과가 용이한 건조용기와 건조용기를 적재하고 도파관으로부터 조사되는 마이크로웨이브의 공진을 유도하는 건조실(공진캐비티), 건조실은 부하의 출입을 위한 도어가 설치되어 있으며 도어와 건조실을 포함한 장치는 마이크로웨이브의 외부 누출을 방지하도록 마이크로웨이브가 투과하지 않는 금속성 물체로 구성되며 도어의 닫힘 상태에서 도어와 건조실이 접촉하는 부분의 도어 주변에는 전자파 누설 방지를 위한 구조가 설치되어 있는 것이 기본적인 구성이다. In the waste disposal apparatus of the present invention, the oscillation device for generating microwaves and the waveguide for smoothly supplying the generated microwaves to the drying chamber (resonant cavity), can contain a certain amount for the drying treatment of food waste and the permeation of microwaves Drying chamber (resonant cavity) for easy loading of drying container and drying container and inducing resonance of microwaves irradiated from waveguide. Drying room is equipped with door for entrance and exit of load, and device including door and drying room is outside of microwave It is composed of a metallic object that microwaves do not penetrate to prevent leakage, and the basic configuration is that a structure for preventing electromagnetic leakage is installed around the door in the part where the door is in contact with the drying chamber in the closed state of the door.
이러한 건조실의 기본적인 구성 외에 건조 중 발생되는 배기가스를 응축 시키고 비응축 습공기는 히터를 이용하여 재가열하여 건조실로 유입하도록 하는 순환블로워와 순환블로워를 통해 유동되는 건조 배기가스에서 응축을 유도하는 응축기와 응축기 외부의 냉각을 유도하는 응축기 냉각블로워와 응축기로부터 공급되는 응축수를 저장하고 비응축 습공기는 열풍 발생부로 안내하는 응축수저장고와 유동 공기의 열적 상태량을 보상하여 원할한 건조를 유도하기 위한 열풍 발생부가 건조실 외부에 설치되어 건조 배기의 유동 환경을 구성한다.In addition to the basic configuration of the drying chamber, condensate exhaust gas generated during drying and non-condensing wet air is reheated using a heater to enter the drying chamber, and a condenser and condenser that induces condensation in the dry exhaust gas flowing through the circulation blower. Condenser to induce external cooling Stores the cooling blower and condensate from the condenser, and the non-condensing wet air compensates the thermal condition of the condensate reservoir and the flowing air to the hot air generating unit to compensate for the thermal condition of the flowing air. It is installed in the flow environment of dry exhaust.
응축기 내부와 외벽에는 건조 배기의 상태를 감지하여 건조 진행구간의 특성을 분석하여 투입하는 마이크로웨이브 출력의 조절 및 전체 기기의 가동 상태의 제어를 가능하도록 하는 온도, 습도 감지센서가 있으며, 열풍 발생부에는 유동 공기의 설정된 온도를 유지하도록 히터의 출력을 제한하는 온도센서가 설치되어 있다. On the inside and outside walls of the condenser, there is a temperature and humidity sensor that detects the condition of the drying exhaust, analyzes the characteristics of the drying progress section, controls the microwave output and controls the operating status of the entire equipment. Is equipped with a temperature sensor that limits the output of the heater to maintain the set temperature of the flowing air.
응축수 저장고 외측에는 건조 중 발생되는 악취입자를 포집한 응축수를 외부로 빠르고 중력에 의한 자연 배출보다 안전하게 배출하도록 하는 펌프가 설치되어 있고, 펌프 후단에는 응축수 저장고에 일정량의 응축수가 저장될 때 유동 건조 배기가 외부로 유출되지 못하도록 유로를 차단하는 밸브가 설치되어 있다. 응축수 저장고 외부에는 건조실과 연결된 부분이 있어 건조 중 건조실 내에서 발생되는 응축 수와 혹은 건조실 내부의 물을 이용한 세척 시 물이 외부로 배출되도록 한다. 응축수 저장고 내부에는 응축수의 수위를 감지하는 레벨센서가 설치되어 상사점에 도달 시에는 밸브가 열리고 펌프가 동작되어 응축수를 배출하고 이후 하사점에 도달 시에는 건조 배기가 외부로 유출되지 못하도록 펌프의 정지와 밸브를 닫도록 한다.Outside the condensate reservoir, a pump is installed to discharge condensate that has collected odor particles during drying to the outside faster and safer than natural discharge by gravity.At the end of the pump, when a certain amount of condensate is stored in the condensate reservoir, the flow is dried and exhausted. A valve is installed to block the flow path to prevent the flow of water to the outside. The outside of the condensate reservoir is connected to the drying chamber so that water is discharged to the outside when the condensate generated in the drying chamber and the water inside the drying chamber are washed. A level sensor is installed inside the condensate reservoir to detect the level of condensate.The valve opens when the top dead center is reached and the pump operates to discharge the condensate.When the bottom dead center is reached, the pump stops to prevent the dry exhaust from flowing out. And close the valve.
상기에 설명한 본 발명의 수단을 이용하여 음식물 쓰레기의 건조를 실시한 바 다양한 식품의 혼합으로 구성된 경우에도 건조 후 함수율은 목표함수율인 9% 이하를 유지하였다. 국내 음식물 쓰레기의 80%는 채소류, 곡류, 과일류로 분류되는 데 이것의 함수율 9% 정도의 경우 발열량은 평균적으로 3,700 (kcal/kg)으로 알려져 있으며 이는 곧 목재 보다 다소 미약한 수준의 연료로써 가치가 있는 것이다. 따라서 본 발명에 의한 건조장치로 건조 후 일정한 함수율을 유지하도록 음식물 쓰레기를 건조한다면 훌륭한 연료로 사용 가능할 것이 기대된다. When the food waste was dried by using the above-described means of the present invention, the water content after drying was maintained at 9% or less, which is the target water content, even when it was composed of various food mixtures. 80% of domestic food waste is classified as vegetables, grains, and fruits. In case of about 9% of moisture content, calorific value is known to be 3,700 (kcal / kg) on average, which is a value of fuel that is slightly weaker than wood. There is. Therefore, it is expected that if the food waste is dried to maintain a constant moisture content after drying with the drying apparatus according to the present invention, it can be used as an excellent fuel.
본 발명의 수단을 이용하여 건조를 실시한 결과 음식물 쓰레기 종류별로 건조시간은 차이가 있으나 500g 기준으로 평균 45분 정도 소요되었으며 이는 종래의 기술을 적용한 건조장치와 비교하면 최소 2배에서 9배 정도의 건조시간을 단축하였다. 또한 건조 중 악취의 발생은 거의 없었으며 건조 수분량의 98% 이상이 응축수로 배출되었다. 종래의 기술을 적용한 건조장치 중 배기필터를 적용하는 것과 비교하면 본 발명의 건조장치는 사용 중 추가 부대비용이 발생하지 않는 경제성을 지니고 있다.As a result of the drying using the means of the present invention, the drying time varies depending on the type of food waste, but the average time was 45 minutes on a 500g basis, which is at least 2 to 9 times the drying time compared to the drying apparatus to which the prior art is applied. Reduced time In addition, there was little odor during drying, and more than 98% of dry moisture was discharged to condensate. Compared to the application of the exhaust filter of the drying apparatus to which the prior art is applied, the drying apparatus of the present invention has an economical efficiency without additional additional costs during use.
본 발명의 수단을 이용하여 건조를 실시한 결과 건조효율은 음식물 쓰레기의 종류에 따라 다소 차이는 있지만 최소 40% 이상을 달성하였다. 이는 종래의 기술을 적용한 건조장치와 비교하면 최소 15 ~ 30% 정도는 건조효율을 향상시켰다.As a result of drying using the means of the present invention, the drying efficiency is at least 40% or more, depending on the type of food waste. This improved the drying efficiency by at least 15-30% compared to the drying apparatus to which the prior art is applied.
이하, 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing an embodiment of the present invention will be described in more detail the present invention.
도 1은 본 발명에 의해 발명된 구조의 음식물 쓰레기 건조 시의 유기적인 동작 관계를 도표화 한 것으로 마이크로웨이브 가열에 의해 음식물 쓰레기의 건조 과정 중 발생되는 배기의 유동 회로는 외부의 대기 환경과 노출이 없는 폐쇄회로이며 건조 수증기는 응축되어 응축수로 외부로 배출되며 응축기 내부와 외부에 설치된 온도 습도 감지부에 의해 건조 진행구간 별로 마이크로웨이브 출력을 조절하여 적정 에너지를 투입하며 이후 건조 완료 시점을 결정하는 것을 그 특징으로 하며 각각 연관된 구조물의 세부 설명은 다음과 같다.1 is a diagram illustrating the organic operation relationship when drying food waste of the structure invented by the present invention. The flow circuit of exhaust generated during the drying process of food waste by microwave heating has no exposure to an external atmospheric environment. It is a closed circuit, and the dry steam is condensed and discharged to the outside as condensate.The temperature and humidity sensor installed inside and outside the condenser adjusts the microwave output for each drying period to input proper energy, and then determines the time of completion of drying. Features and details of each associated structure are as follows.
도 3, 도 4, 도 5, 도 6은 본 발명의 건조장치의 전체적인 구성의 정면도, 우측면도, 좌측면도, 배면도를 나타낸 것이고 도 7, 도 8, 도 9는 중요 구조의 세부도를 나타낸 것이다.3, 4, 5, and 6 are a front view, a right side view, a left side view, and a rear view of the overall configuration of the drying apparatus of the present invention, and FIGS. 7, 8, and 9 are detailed views of important structures. It is shown.
마이크로웨이브 환경을 조성하는 건조실(공진캐비티, 10)의 전면의 도아(140) 설치부를 제외한 외벽은 마이크로웨이브가 투과할 수 없는 금속의 재질로 구성되며 전면에 건조용기(50) 출입이 가능한 도아(140)부 역시 건조실의 육면 중 한면을 구성하는 부분은 금속 재질로 있으며, 음식물 쓰레기를 내재하여 마이크로웨이브 흡수를 유도하는 건조용기(50)는 마이크로웨이브의 투과가 용이하고 온도과 승에 견디도록 내열성(300℃ 이상)이 있는 재질을 사용한다. 건조실(10) 내부의 상부에는 마이크로웨이브의 전자파적인 특성(임피던스)을 만족하면서 적정한 조사가 가능하도록 발명된 개구부가 있으며 마이크로웨이브 발생장치(20)로부터 마이크로웨이브가 이곳으로 마이크로웨이브가 적절히 전송되도록 발명된 도파관(40)이 연설되어 있으며 상부의 한곳에는 건조 중 발생되는 배기가스의 배출을 위한 다공부가 설치되어 있으며, 이곳의 외부에는 배기가스의 순환 유동을 행하는 순환블로워(80)가 연설되어 있으며, 건조실(10) 내의 우측에는 순환 유동 습공기가 열풍(100 ~ 120℃) 상태로 유입되도록 다공부가 설치되어 있으며, 이곳의 외부에는 유동 습공기를 열풍화 하는 열풍발생부(120)가 연설되어 있다. 물론 열풍 유입 다공부와 배기가스 배출을 위한 다공부는 전자파 누설 방지 구조임 널리 공지된 설계적인 구조임을 알려 둔다. 건조실(10) 내부 바닥면에는 건조 중 발생되는 응축수와 건조실 내부의 물을 이용한 세척 시 물이 외부로 배출되도록 원형 형상의 공부(11)가 설치되어 있으며 이곳의 외부에는 응축수 저장고(100)가 연설되어 이곳으로 배출되는 수분은 펌프(110)와 밸브(111)를 거쳐 외부로 배출되도록 한다.The outer wall of the drying chamber (resonant cavity, 10) constituting the microwave environment except for the
건조실(10) 외부 좌, 우 상단부에는 건조장치 동작 중 혹은 동작 개시 전 도아부(140)의 열림을 감지하는 인터록스위치부(60, 61)가 연설되어 도아 열림 시 마이크로웨이브 누출로 인한 안전사고의 발생을 방지하고 있다.The
건조실(10) 전면부에 건조 부하 출입을 위해 설치된 도아부(140)에는 인터록스위치부(60, 61)에 닫힘 상태의 견고함을 추구하기 위하여 래치 형태로 된 후크부(141)가 설치되어 있으며, 닫힘 상태에서 전자파 누설을 방지하는 차폐구조가 도 아의 주변에 설치되어 있으며 건조 중 악취의 배기가스의 누출을 방지하는 고무 재질로된 씰링부(142)가 삽입되어 건조실(10) 내의 기밀을 유지하고 있다.The
건조실(10) 외부 상부에는 순환블로워(80)가 설치되어 건조 중 건조실 내에서 발생되는 건조 배기가스를 흡입하여 응축기(90)로 송출하여 전체적인 순환 유동을 유도한다. 순환블로워(80)은 응축기(90)에 연통되어 있으며 응축기(90)와는 삽입 형태로 조립되는 구조를 취하고 있으며 삽입부(도 7 참조)에는 기밀유지용 고무 씰링재(81)가 설치되어 있다. A circulating blower 80 is installed at an outer upper portion of the drying
응축기(90)는 도 7에서 보듯이 외형은 응축의 효율과 조립성을 고려하여 두 부분(91, 92)으로 분리된 구조이며 이를 기계적으로 조립하여 응축기(90)를 구성한다. 물론 이 두 부분의 접합면에는 기밀유지용 고무 씰링재가 삽입된다. 응축기(90)의 상부는 순환블로워(80)에 연통되어 건조 수증기 유입되며 하부는 응축수 저장고(100)에 연통되어 응축된 응축수와 미응축된 습공기가 이곳으로 유동된다. 응축기(90) 내부에는 응축의 효율을 높이고자 열전도율이 높은 알루미늄 재질로 된 핀 구조 형상의 응축열교환기(93)가 알루미늄 재질로 된 응축기 외부 케이스(91)에 밀착되어 있다. 다수개 핀 형상으로 조합된 본 발명의 응축열교환기(93)은 본 발명의 실시 예에서는 3단의 형태를 취하고 있으나 이는 복수단 혹은 전열 면적을 확보한 1단도 가능함을 밝혀 둔다. 응축기(90) 외부에는 응축기의 냉각을 유도하는 응축기 냉각 블로워(70)가 설치되어 있으며 본 발명의 응축 방식은 공랭식을 이용하여 응축에 소요되는 에너지 절약 및 부품 단가의 저감을 기하였다.As shown in FIG. 7, the
응축기 외부 케이스(91)과 응축열교환기(93)가 접촉된 외측 면에는 표면온도 감지 할 수 있는 표면온도센서(94)가 설치되어 있으며, 외부에서 내부로 삽입된 온습도센서(95)가 설치되어 있어서 이 두 곳에서 건조 시 배출되는 배기가스의 열적 특성의 변화를 감지하여 본 발명의 건조장치 동작을 제어하게 된다. 실례로 음식물 쓰레기 건조 시 동일한 마이크로웨이브 에너지가 공급될 때 건조 진행과정에서 건조 속도의 둔화로 건조 수증기의 발생이 둔화된다는 것은 응축기(90)의 측면에서 보면 응축기 내로 유입되는 열량의 저감을 의미함으로 표면온도센서(94)에서의 온도값은 낮아지게 되고 온습도센서(95)의 절대습도는 적어지게 됨으로 건조를 위해 투입하는 마이크로웨이브 출력을 낮추어야만 적절한 건조를 진행할 수 있다. 가령 단위 분당 수증기 발생량이 1(g/min) 줄면 잠열용량에 있어서 약 38(W)의 변화를 나타낸다. 본 발명에서는 증발잠열의 변화를 감지하는 것을 응축기(90) 부분으로 그 실시 예를 설정하였지만 건조장치 내의 습공기 유동 경로 어느 곳에서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것을 모두 포함한다.On the outer surface where the condenser
도 8은 응축수 저장고(100)의 상세한 구성을 나타낸 것으로 좌측은 응축기(90)에 연통 되어 응축기(90)로부터 유입되는 응축수는 경사로를 따라 중앙 하부로 저장되고 미응축 습공기는 내부 유로를 따라 우측에 열풍 발생부(120)에 연통되어 있는 부분으로 유동된다. 건조실(10) 하단부에 설치된 배수구(11)에서 배출되는 수분을 저장고(100)로 유도하기 위하여 상부에는 건조실에 연통되는 공부(105)가 있으며, 중앙의 저장부에는 저장된 응축수를 외부로 배출하기 위한 펌프(110)와 연통된 공부(101)가 있으며, 저장고 바닥 하부에는 바닥 기준면보다 낮은 형태의 凹자 형상의 공간(104)이 형성되어 유로 상에서 발생되는 이물이 외부로 배출될 시에 배수밸브(111)의 오동작을 방지하도록 수집하는 기능을 수행한다. 이 부분(104)은 외부에서 분해 가능한 구조되어 있어 정기적으로 청소가 가능한 구조를 포함한다. 8 shows a detailed configuration of the
응축수 저장고(100) 중앙 내부에는 수위감지센서(103)가 설치되어 응축수가 상사점 까지 저장되었을 때 배수밸브(111)가 개방되고 배수펌프(110)가 동작되어 응축수는 외부로 배출되고 이후 하사점에 도달하면 배수펌프(110)의 동작은 정지되고 배수밸브(111)는 닫히게 되어 악취를 포함한 건조 습공기의 외부로의 배출을 차단한다. 여기서 수위감지센서(103)의 하사점은 저장고(100) 배수구 보다 다소 높은 위치에 놓이므로 저장고 내의 응축수가 수막을 형성하여 배수밸브(111)의 차단 직전까지 응축수 배출 과정에서의 건조 습공기의 외부 유출이 차단되는 구조이다. 응축수 저장고(100)에 연통되는 모든 접촉 부분에는 기밀유지를 위한 고무 계열의 씰링재가 삽입됨을 포함한다.In the center of the
도 9는 본 발명의 열풍 발생부(120)의 상세도를 나타낸 것으로 하부에는 응축수 저장고(100)에 연통되어 응축수 저장고(100)를 거쳐 유동되는 미응축 습공기를 유입할 수 있도록 사각공이 설치되어 있으며, 유입된 습공기는 상부로 이동하여 중간에 설치된 히터(123)를 통과하면서 본 발명의 열적 기준온도인 100 ~ 120℃로 가열되고, 이후 건조실(10)과 연통되어지는 상부의 사각공을 통과하여 건조실(10) 내로 유입된다. 열풍 발생부(120)의 히터 후단에는 열풍의 온도를 감지하여 히터의 출력을 제어하기 위한 온도센서(124)가 설치되어 있다. 열풍 발생부(120)에 연통되는 모든 접촉 부분에는 기밀유지를 위한 고무 계열의 씰링재가 삽입됨을 포함한다.Figure 9 shows a detailed view of the hot
이상에서 본 발명의 목적 달성을 위한 세부 수단에 대해 상세히 설명하였으 며, 마이크로웨이브 가열을 이용한 음식물 쓰레기의 건조에 있어서 이러한 부품의 적절한 동작의 제어는 본체에 위치한 조작부(130)를 이용하며 도 2는 이것의 상세한 구성을 보여 준다The detailed means for achieving the object of the present invention has been described in detail above, the control of the proper operation of these components in the drying of food waste using microwave heating using the
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples and are not intended to limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains have various aspects without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that eggplant modifications and applications are possible.
본 발명의 음식물 쓰레기 처리장치는 가정이나 식당에서 발생되는 음식물 쓰레기를 재활용 할 수 있도록 효율적으로 건조처리하도록 한다.Food waste treatment apparatus of the present invention to be efficiently dried to recycle the food waste generated in the home or restaurant.
도 1은 본 발명의 마이크로웨이브 건조장치 시스템 구성도.1 is a schematic diagram of a microwave drying system of the present invention.
도 2는 본 발명의 건조장치 조작부 구성도.2 is a configuration diagram of a drying apparatus operating unit of the present invention.
도 3은 본 발명의 건조장치 정면도.Figure 3 is a front view of the drying apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명의 건조장치 우측면도.4 is a right side view of the drying apparatus of the present invention.
도 5는 본 발명의 건조장치 좌측면도.5 is a left side view of the drying apparatus of the present invention.
도 6은 본 발명의 건조장치 배면도.Figure 6 is a rear view of the drying apparatus of the present invention.
도 7은 본 발명의 건조장치의 응축기 세부도.Figure 7 is a detailed view of the condenser of the drying apparatus of the present invention.
도 8은 본 발명의 건조장치의 응축수 저장고 세부도.Figure 8 is a detailed view of the condensate reservoir of the drying apparatus of the present invention.
도 9는 본 발명의 건조장치의 열풍 발생부 세부도.9 is a detailed view of the hot air generating unit of the drying apparatus of the present invention.
Claims (3)
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KR1020090010735A KR20100091513A (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Treatment apparatus for food waste by microwave heating |
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-
2009
- 2009-02-10 KR KR1020090010735A patent/KR20100091513A/en not_active Application Discontinuation
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