KR20200134027A - 잉여음식물 처리 장치 - Google Patents

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KR20200134027A
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노승훈
이일환
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금오공과대학교 산학협력단
주식회사 티브이에스
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Abstract

본 발명은 잉여음식물 처리 장치에 관한 것으로, 잉여음식물과 미생물이 내부에 투입되는 드럼부재와, 상기 드럼부재를 회전시키면서 상기 잉여음식물 및 미생물을 교반시키는 교반부재와, 상기 드럼부재의 축상에 결합되어 상기 교반부재에 진동을 발생시키는 진동부재와, 상기 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 발생된 상기 드럼부재의 진동을 측정하는 진동측정부재와, 상기 잉여음식물 및 미생물이 교반되도록 각 구성부를 제어하며, 상기 진동측정부재로부터 제공되는 상기 드럼부재의 진동에 대응하는 고유진동수를 판별하고, 상기 판별된 고유진동수에 따라 공진이 발생하도록 상기 교반부재의 교반속도를 제어하는 제어부재를 포함함으로써, 잉여음식물을 효과적으로 교반 및 처리할 수 있다.

Description

잉여음식물 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING FOOD WASTE}
본 발명은 미생물과 잉여음식물을 교반할 경우에 발생하는 진동의 고유진동수를 이용하여 공진을 발생시키는 방식으로 미생물과 잉여음식물을 교반 및 발효시킴으로써, 잉여음식물을 효과적으로 교반 및 처리할 수 있는 잉여음식물 처리 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 환경에 대한 관심이 높아지면서 가정이나 영업장 등에서 필연적으로 발생되는 음식물 쓰레기(즉, 잉여음식물)의 처리에 대한 문제가 대두되고 있다.
이러한 음식물 쓰레기(즉, 잉여음식물)는 별도의 쓰레기봉투에 담겨지거나 별도의 용기에 모아져서 일괄 수거되어 처리되는데, 수거과정에서 심한 악취가 발생되어 비위생적일 뿐만 아니라, 쓰레기봉투 및 음식물 쓰레기의 수분이 유출되어 주위가 지저분해지는 문제점이 있어, 가정이나 영업장 자체에서 음식물 쓰레기(즉, 잉여음식물)를 소멸시키는 게 절실한 실정이다.
이에 따라, 최근에는 음식물 쓰레기(즉, 잉여음식물)를 분쇄하여 배출하는 분쇄방식, 미생물 등을 이용하여 소멸시키는 소멸방식 등을 이용하여 잉여음식물을 처리하는 장치가 개발되고 있다.
상술한 바와 같은 종래의 처리 장치에서는 잉여음식물과 미생물의 교반에 사용되는 교반날개의 마찰에 의한 과부하로 교반날개, 교반샤프트 등의 구성부에 잦은 손상이 발생하는 문제점이 있고, 미생물과 잉여음식물의 균일하고 안정적인 교반이 이루어지지 않아 처리 효율이 저하되는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-0176991호(1998.11.16.등록)
본 발명은 미생물과 잉여음식물을 교반할 경우에 발생하는 진동의 고유진동수를 이용하여 공진을 발생시키는 방식으로 미생물과 잉여음식물을 교반 및 발효시킴으로써, 잉여음식물을 효과적으로 교반 및 처리할 수 있는 잉여음식물 처리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 드럼부재에 투입된 잉여음식물 및 미생물을 진동과 함께 교반시키는 중에, 드럼부재의 진동을 측정하여 고유진동수를 판별하고, 판별된 고유진동수에 따라 교반부재의 교반속도를 조절함으로써, 잉여음식물이 투입되는 드럼 전체가 진동과 함께 회전되어 교반 효율을 향상시킬 수 있는 잉여음식물 처리 장치를 제공하고자 한다.
아울러, 본 발명은 드럼부재의 내주에 구비된 공기분사부재를 통해 교반되는 잉여음식물 및 미생물에 공기를 분사함으로써, 교반 중 발생하는 마찰력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 잉여음식물을 발효시키는 미생물에 공기를 효과적으로 공급하여 발효 효율을 향상시킬 수 있는 잉여음식물 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 잉여음식물과 미생물이 내부에 투입되는 드럼부재와, 상기 드럼부재를 회전시키면서 상기 잉여음식물 및 미생물을 교반시키는 교반부재와, 상기 드럼부재의 축상에 결합되어 상기 교반부재에 진동을 발생시키는 진동부재와, 상기 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 발생된 상기 드럼부재의 진동을 측정하는 진동측정부재와, 상기 잉여음식물 및 미생물이 교반되도록 각 구성부를 제어하며, 상기 진동측정부재로부터 제공되는 상기 드럼부재의 진동에 대응하는 고유진동수를 판별하고, 상기 판별된 고유진동수에 따라 공진이 발생하도록 상기 교반부재의 교반속도를 제어하는 제어부재를 포함하는 잉여음식물 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 잉여음식물 처리 장치는, 상기 드럼부재의 내주에 구비되어 교반되는 상기 잉여음식물 및 미생물에 공기를 분사하는 공기분사부재를 더 포함하는 잉여음식물 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드럼부재는, 상기 잉여음식물 및 미생물이 일정높이까지 상승한 후 낙하하는 방식으로 교반될 수 있도록 내주에 내측으로 돌출된 돌기가 구비되는 잉여음식물 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공기분사부재는, 상기 드럼부재의 내주면 및 돌기 중 적어도 하나의 위치에 구비되는 잉여음식물 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부재는, 상기 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 잔여음식물의 중량 변화에 대응하여 상기 교반속도를 조절하는 잉여음식물 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 미생물과 잉여음식물을 교반할 경우에 발생하는 진동의 고유진동수를 이용하여 공진을 발생시키는 방식으로 미생물과 잉여음식물을 교반 및 발효시킴으로써, 잉여음식물을 효과적으로 교반 및 처리할 수 있는 잉여음식물 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 드럼부재에 투입된 잉여음식물 및 미생물을 진동과 함께 교반시키는 중에, 드럼부재의 진동을 측정하여 고유진동수를 판별하고, 판별된 고유진동수에 따라 교반부재의 교반속도를 조절함으로써, 잉여음식물이 투입되는 드럼 전체가 진동과 함께 회전되어 교반 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 드럼부재의 내주에 구비된 공기분사부재를 통해 교반되는 잉음식물 및 미생물에 공기를 분사함으로써, 교반 중 발생하는 마찰력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 잉여음식물을 발효시키는 미생물에 공기를 효과적으로 공급하여 발효 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치의 블록구성도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치를 예시한 도면이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치에서 공진 발생을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치의 블록구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치를 예시한 도면이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치에서 공진 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉여음식물 처리 장치는 드럼부재(110), 교반부재(120), 진동부재(130), 공기분사부재(140), 진동측정부재(150), 제어부재(160) 등을 포함할 수 있다.
드럼부재(110)는 잉여음식물과 미생물이 내부에 투입되는 것으로, 원통형 드럼(111)이 드럼샤프트(112)에 결합되어 수평으로 구비되고, 원통형 드럼(111)의 외주에 잉여음식물과 미생물이 내부로 투입되는 투입호퍼(도시 생략됨)가 구비될 수 있다.
이러한 드럼부재(110)에는 교반부재(120)를 통해 회전되면서 교반되는 중에, 잉여음식물 및 미생물이 일정높이까지 상승한 후 낙하하는 방식으로 교반될 수 있도록 내주에 내측으로 돌출된 돌기(113)가 구비될 수 있다.
예를 들면, 돌기(113)는 원통형 드럼(111)의 수평(즉, 길이방향)으로 길계 형성되는 벽 형태로 복수개가 구비되면서 원통형 드럼(111)의 중심 방향으로 일정길이만큼 돌출된 형태를 가질 수 있으며, 그 길이는 원통형 드럼(111)의 전체 직경에 대응하여 설정(대략 전체 직경의 0.05-0.1)될 수 있다. 이러한 돌기(113)는 중심축에서 일정한 각도로 분할된 위치의 내주면에 구비(예를 들면, 12개가 구비될 경우 30도 간격)될 수 있다.
여기에서, 돌기(113)의 길이(높이)가 전체 직경의 0.05 미만인 경우 잉여음식물과 미생물을 충분한 양만큼 일정높이까지 상승한 후 낙하시키기 어려워 교반 촉진 목적을 달성하기 어렵고, 전체 직경의 0.1을 초과하는 경우 잉여음식물과 미생물이 너무 많은 중량만큼 지지하면서 회전해야만 하기 때문에 교반(회전) 효율이 감소하는 문제점이 있다.
이러한 돌기(113)는 수평으로 길계 구비되는 것으로 설명하였지만, 필요에 따라 매트릭스 격벽 형태로 구비될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은 드럼부재(110)에는 드럼샤프트(112)를 지지하는 결합부에 회전하는 드럼부재(110)의 전체중량을 측정하는 로드셀(114)이 구비될 수 있으며, 이러한 로드셀(114)을 통해 측정된 전체중량값은 제어부재(160)에 제공될 수 있다.
또한, 드럼부재(110)에는 진동부재(130)를 통해 발생된 진동이 외부로 전달되지 않도록 충격을 흡수하는 구성부를 추가로 구비할 수 있음은 물론이다.
교반부재(120)는 드럼부재(110)를 회전시키면서 잉여음식물 및 미생물을 교반시키는 것으로, 교반모터(121)가 작동될 경우 교반모터의 회전력을 교반풀리(122)에 전달할 수 있고, 교반풀리(122)는 교반벨트(123)을 통해 드럼샤프트(112)의 일단부와 결합됨으로써, 교반풀리(122)의 회전력을 드럼샤프트(112)로 전달할 있으며, 이에 따라 원통형 드럼(111)은 드럼샤프트(112)를 축으로 하여 회전될 수 있다.
한편, 교반부재(120)는 제어부재(160)의 제어에 따라 원통형 드럼(111)에 공진이 발생할 수 있도록 교반모터(121)의 회전속도(즉, 원통형 드럼(111)의 교반속도)를 조절할 수 있다.
진동부재(130)는 드럼부재(110)의 축상에 결합되어 교반부재(120)에 진동을 발생시키는 것으로, 진동모터, 탄성체, 편심체 등을 포함하여 드럼부재(110)의 드럼샤프트(112, 즉, 회전축)에 결합되며, 제어부재(160)의 교반 제어신호를 전달받은 교반부재(120)의 작동에 따라 드럼부재(110)가 회전할 경우 제어부재(150)로부터 진동 제어신호를 전달받아 잉여음식물 및 미생물의 투입중량과 최초 교반속도에 대응하여 기 설정된 공진발생진동수에 따라 드럼부재(110)에 진동을 가할 수 있다.
이러한 공진발생진동수는 잉여음식물 및 미생물의 투입중량, 최초 교반속도 등에 대응하여 다양하게 미리 시뮬레이션한 후에 그 결과를 분석하여 미리 설정 및 등록할 수 있다.
공기분사부재(140)는 드럼부재(110)의 내주에 구비되어 교반되는 잉여음식물 및 미생물에 공기를 분사하는 것으로, 잉여음식물과 교반되는 미생물에게 공기를 공급하고, 교반되는 잉여음식물과 미생물의 건조 및 발효를 촉진할 수 있는데, 이러한 공기분사부재(140)는 드럼부재(110)의 내주면 및 돌기(113) 중 적어도 하나의 위치에 구비될 수 있다.
예를 들면, 드럼부재(110)의 내주면에 형성된 돌기(113)의 돌출된 선단부에 형성된 복수의 공기분사구(141)를 통해 원통형 드럼(111)의 내부에 공기를 분사하거나, 내주면 표면에 복수의 공기분사구(141)가 형성되어 원통형 드럼(111)의 내부에 공기를 분사할 수 있으며, 이러한 공기분사구(141)는 드럼부재(110)의 외부에 구비되는 컴프레셔(도시 생략됨)을 통해 고압의 공기를 제공하고, 컴프레셔와 복수의 공기분사구(141)가 연통되는 연통배관(도시 생략됨)을 통해 고압의 공기를 공급할 수 있다.
상술한 바와 같은 공기분사부재(140)를 통해 마찰력을 저감시킬 수 있고, 잉여음식물을 발효시키는 미생물에 공기를 공급할 수 있으며, 음식물의 수분이 역류되지 않도록 일정 압력을 유지하면서 설정된 간격에 따라 고압의 공기를 드럼부재(110)의 내부에 지속적으로 분사할 수 있다.
또한, 공기분사구(141)은 원통형 드럼(111)의 내주면에 일정각도로 배치된 돌기(113)의 끝단부와 각 돌기(113) 사이의 내주면에 각각 배치될 수 있으며, 이로 인해 공기 분사 효과를 향상시킬 수 있음은 물론이다.
전동측정부재(150)는 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 발생된 드럼부재(110)의 진동을 측정하는 것으로, 진동센서를 포함하여 드럼부재(110)의 진동을 측정하여 그 진동값을 제어부재(160)에 제공할 수 있다. 이러한 진동센서는 필요에 따라 드럼부재(110)의 내부 또는 외부에 선택적으로 배치될 수 있다.
제어부재(160)는 잉여음식물 및 미생물이 교반되도록 각 구성부를 제어하며, 진동측정부재(150)로부터 제공되는 드럼부재(110)의 진동에 대응하는 고유진동수를 판별하고, 판별된 고유진동수에 따라 공진이 발생하도록 교반부재(120)의 교반속도를 제어할 수 있는데, 이러한 제어부재(150)는 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 잔여음식물의 중량 변화에 대응하여 교반속도를 조절할 수 있다.
예를 들면, 제어부재(160)는 잉여음식물과 미생물이 설정된 중량만큼 드럼부재(110)의 내부에 투입될 경우 교반 제어신호를 교반부재(120)에 전달하여 최초 교반속도로 작동시킴으로써, 드럼부재(110)가 회전하여 잉여음식물 및 미생물이 교반되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부재(160)는 드럼부재(110)가 회전할 경우 기 설정된 공진발생진동수로 진동하도록 진동 제어신호를 진동부재(130)에 전달함으로써, 잉여음식물 및 미생물의 투입중량과 최초 교반속도에 대응하여 기 설정된 공진발생진동수에 따라 드럼부재(110)에 진동을 가할 수 있으며, 공기분사 제어신호를 공기분사부재(140)에 제공하여 고압의 공기를 드럼부재(110)의 내부에 분사함으로써, 잉여음심물 및 미생물의 건조 및 발효를 촉진시킬 수 있다.
한편, 제어부재(160)는 드럼부재(110)의 회전에 따라 잉여음식물 및 미생물이 교반되는 중에, 드럼부재(110)의 로드셀(114)로부터 전체중량(값)을 제공받을 수 있으며, 그 잉여음식물 및 미생물의 전체중량의 변화(즉, 감소변화)에 따라 진동측정부재(150)를 통해 현재 진동을 지속적으로 측정하도록 제어할 수 있으며, 진동측정부재(150)를 통해 측정된 현재 진동에 대한 진동 측정값(즉, 잉여음식물 및 미생물의 전체중량 변화에 따른 변화된 진동값)이 제공될 경우 이러한 진동 측정값에 대응하는 고유진동수를 파악할 수 있다.
이에 따라, 제어부재(160)는 파악된 고유진동수와 교반속도가 동일하게 되어 공진이 발생하도록 공진 제어신호를 교반부재(120)에 제공함으로써, 드럼부재(110)에 공진을 발생시켜 더욱 효과적인 잉여음식물과 미생물의 교반 및 발효를 도모할 수 있다. 상술한 바와 같이 드럼부재(110)의 중량변화를 지속적으로 측정하면서 그 중량변화에 따른 고유진동수 또한 지속적으로 파악하여 교반속도를 변화시킬 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 잉여음식물 처리 장치에서 공진 발생에 대해 도 4a 및 도 4b를 이용하여 구체적을 설명하면, 구조물의 고유진동수와 작동속도가 동일할 경우 공진이 발생하게 되는데, 구조물 작동속도(즉, 주파수)가 고유진동수와 일치(오차범위는 대략 ㅁ10% 이내)할 경우 공진이 발생하여 매우 큰 진동이 생성될 수 있다.
즉, 잉여음식물과 미생물을 드럼부재(110)에 투입한 후에, 도 4a에 도시한 바와 같이 교반부재(120), 진동부재(130) 및 공기분사부재(140)를 통해 잉여음식물과 미생물을 교반시킬 수 있는데, 최초에는 최초에 투입된 잉여음식물과 미생물의 투입중량에 대응하여 교반속도와 기 설정된 공진발생진동수에 따라 교반할 수 있다.
이 후에, 기 설정된 공진발생진동수에 따라 최초 설정된 교반속도로 교반함에 따라 건조 및 발효가 발생하고, 이에 따라 잔여음식물량(m)이 감소하게 될 경우 도 4b에 도시한 바와 같이 고유진동수(wn)이 상승할 수 있다. 여기에서, 고유진동수는
Figure pat00001
로 나타낼 수 있다.
이에 따라 제어부재(160)에서 상승된 고유진동수에 대응하여 작동속도(즉, 교반속도)를 고유진동수와 일치하도록 교반부재(120)을 조절할 경우 큰 진동(즉, 공진)을 발생시킴으로써, 효과적으로 교반 및 발효시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 미생물과 잉여음식물을 교반할 경우에 발생하는 진동의 고유진동수를 이용하여 공진을 발생시키는 방식으로 미생물과 잉여음식물을 교반 및 발효시킴으로써, 잉여음식물을 효과적으로 교반 및 처리할 수 있는 잉여음식물 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 드럼부재에 투입된 잉여음식물 및 미생물을 진동과 함께 교반시키는 중에, 드럼부재의 진동을 측정하여 고유진동수를 판별하고, 판별된 고유진동수에 따라 교반부재의 교반속도를 조절함으로써, 잉여음식물이 투입되는 드럼 전체가 진동과 함께 회전되어 교반 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 드럼부재의 내주에 구비된 공기분사부재를 통해 교반되는 잉여음식물 및 미생물에 공기를 분사함으로써, 교반 중 발생하는 마찰력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 잉여음식물을 발효시키는 미생물에 공기를 효과적으로 공급하여 발효 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
110 : 드럼부재 111 : 원통형 드럼
112 : 드럼샤프트 113 : 돌기
114 : 로드셀 120 : 교반부재
121 : 교반모터 122 : 교반풀리
123 : 교반벨트 130 : 진동부재
140 : 공기분사부재 141 : 복수의 공기분사구
150 : 진동측정부재 160 : 제어부재

Claims (5)

  1. 잉여음식물과 미생물이 내부에 투입되는 드럼부재와,
    상기 드럼부재를 회전시키면서 상기 잉여음식물 및 미생물을 교반시키는 교반부재와,
    상기 드럼부재의 축상에 결합되어 상기 교반부재에 진동을 발생시키는 진동부재와,
    상기 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 발생된 상기 드럼부재의 진동을 측정하는 진동측정부재와,
    상기 잉여음식물 및 미생물이 교반되도록 각 구성부를 제어하며, 상기 진동측정부재로부터 제공되는 상기 드럼부재의 진동에 대응하는 고유진동수를 판별하고, 상기 판별된 고유진동수에 따라 공진이 발생하도록 상기 교반부재의 교반속도를 제어하는 제어부재
    를 포함하는 잉여음식물 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드럼부재는, 상기 잉여음식물 및 미생물이 일정높이까지 상승한 후 낙하하는 방식으로 교반될 수 있도록 내주에 내측으로 돌출된 돌기가 구비되는 잉여음식물 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 잉여음식물 처리 장치는,
    상기 드럼부재의 내주에 구비되어 교반되는 상기 잉여음식물 및 미생물에 공기를 분사하는 공기분사부재
    를 더 포함하는 잉여음식물 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공기분사부재는, 상기 드럼부재의 내주면 및 돌기 중 적어도 하나의 위치에 구비되는 잉여음식물 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부재는, 상기 잉여음식물 및 미생물의 교반 중에 잔여음식물의 중량 변화에 대응하여 상기 교반속도를 조절하는 잉여음식물 처리 장치.
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