KR20230115098A - 한 쌍의 임펠러 및 블레이드를 이용한 자동배출기 장착형 음식물 쓰레기 처리기 - Google Patents

한 쌍의 임펠러 및 블레이드를 이용한 자동배출기 장착형 음식물 쓰레기 처리기 Download PDF

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노준혁
임상희
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주식회사테라바이오
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Abstract

본 발명은 한 쌍의 임펠러 및 블레이드를 포함한 음식물 쓰레기 처리기에 관한 것으로서, 구체적으로 회전을 발생시키는 모터; 상기 모터에 따라 회전하는 제1 교반체 및 제2 교반체; 및 음식물 쓰레기의 무게를 측정하는 무게감지센서를 포함하고, 상기 제1 교반체 및 상기 제2 교반체는 각각 상기 모터의 회전에 따라 정회전 또는 역회전 방향으로 회전하는 교반축; 상기 교반축에 부착되어 교반축의 수직방향으로 연장되고 곡면날을 가지는 임펠러; 및 상기 연장된 임펠러 말단에 부착되는 블레이드를 포함하는 음식물 쓰레기 처리기를 제공한다.

Description

한 쌍의 임펠러 및 블레이드를 이용한 자동배출기 장착형 음식물 쓰레기 처리기{FOOD WASTE TREATMENT DEVICE EQUIPPED WITH AUTOMATIC DISPENSER USING A PAIR OF IMPELLERS AND BLADES}
본 발명은 한 쌍의 임펠러 및 블레이드를 포함한 음식물 쓰레기 처리기에 관한 것으로서, 구체적으로 음식물 처리시 음식물의 부하로 인한 처리기의 파손을 방지할 수 있으면서도 음식물 쓰레기의 처리 용량 및 효율을 향상시킬 수 있는 음식물 쓰레기 처리기 관련 기술에 관한 것이다.
이 발명을 지원한 국가연구개발사업
과제고유번호: 10428073
부처명: 중소벤처기업부
연구관리전문기관: 창업진흥원
연구사업명: 초기창업패키지
연구과제명: IoT 기반 DB 구축이 가능한 친환경 대용량 음식물 쓰레기 처리기
기여율: 30%
주관기관: 영산대학교
연구기관: 2021.05.01~2022.02.28
현재 국내에서 배출되는 음식물류 폐기물(음식물 쓰레기)의 양은 연간 약 500만톤 이상에 이르고 있다.
이러한 음식물 쓰레기를 처리하기 위하여 음식물 쓰레기를 비료나 사료로 생산하여 자원으로 재활용하는 방법 및 발효, 탈수, 건조, 소멸 등의 방식을 적용하여 음식물 쓰레기를 감량 및 처리하는 음식물 처리기를 사용하는 방법이 채택되고 있다.
한편, 상기와 같은 음식물 처리기의 경우, 크게 가정용 음식물 처리기와 업소용 음식물 처리기로 구분할 수 있다. 가정용 음식물 처리기의 경우, 1일 처리용량이 약 1~3kg으로써, 적은 양을 처리하도록 설계된다.
한편, 업소용 음식물 처리기의 처리용량은 1일 처리용량이 10kg, 30kg, 50kg, 70kg, 99kg, 500kg 이상 등으로 1일 처리용량이 가정용에 비해서 훨씬 많다. 특히, 음식물 쓰레기 다량배출 사업장에서 사용되는 음식물 처리기의 경우, 대부분 1일 처리용량이 100kg 이상으로써 하루에 대용량의 음식물을 처리해야 한다.
상기와 같은 음식물 쓰레기는 매일 끊임없이 배출되므로, 음식물 쓰레기 다량배출 사업장에서 사용되는 음식물 처리기의 경우, 대용량의 쓰레기를 매일 안정적으로 처리할 수 있어야 한다.
상기와 같은 대용량 음식물 처리기의 경우, 한번에 많은 양의 쓰레기를 처리해야 하므로, 1일에 여러 번 음식물 쓰레기를 투입하는 방식이 아니라, 하루에 한번 또는 2번에 걸쳐 대용량의 음식물을 투입하는 방법을 통해 가동된다.
한편, 상기와 같이 대용량으로 음식물 쓰레기를 처리하기 위하여 1일에 약 100kg 이상의 음식물 쓰레기를 일시적으로 처리기 내부로 투입하게 되면 처리장치 (발효교반기)의 축에 과도한 하중이 작용하여 모터, 교반축 (shaft), 임펠러, 블레이드의 파손이 발생하는 원인이 되며, 모터의 작동이 중지될 수도 있다.
특히, 순수 발효 방식의 음식물 쓰레기 처리기에 있어서는 일반적인 구조를 가지는 교반 날개의 경우, 투입되는 음식물과 바이오 제제가 교반되는 과정에서 발생하는 과도한 하중으로 인하여, 임펠러와 블레이드가 휘게 되는 현상이 발생하게 된다.
이러한 현상을 방지하고 바이오 제제와 음식물 쓰레기의 교반을 안정적이고 원활하게 하여, 처리용량 및 처리효율을 향상시키기 위해서 본 발명에서는 특수한 구조의 설계기술을 적용한 임펠러, 블레이드 및 교반축을 교반조 내에 2열로 배치하고, 부산물의 배출을 자동화 할 수 있는 기술을 개발하였다.
본 발명은 정회전 방향으로 바깥곡면날, 역회전 방향으로 안쪽곡면날을 가지는 임펠러를 포함하고 상기 임펠러, 블레이드 및 교반축을 교반조 내에 2열로 배치하여, 음식물 처리시 음식물의 부하로 인해 파손되지 않으면서도 처리 용량 및 효율을 높일 수 있는 음식물 처리기를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일 실시예로써, 회전을 발생시키는 모터; 상기 모터에 따라 회전하는 제1 교반체 및 제2 교반체; 및 음식물 쓰레기의 무게를 측정하는 무게감지센서를 포함하고, 상기 제1 교반체 및 상기 제2 교반체는 각각 상기 모터의 회전에 따라 정회전 또는 역회전 방향으로 회전하는 교반축; 상기 교반축에 부착되어 교반축의 수직방향으로 연장되고 곡면날을 가지는 임펠러; 및 상기 연장된 임펠러 말단에 부착되는 블레이드를 포함하며, 상기 제1 교반체 및 제2 교반체는 각각 독립적으로 정회전 방향 및/또는 역회전 방향으로 회전 구동되는 음식물 처리기를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 제1 교반체 및 제2 교반체가 각각 독립적으로 회전 구동될 때 정회전 횟수 : 역회전 횟수가 2:1~20:1인 범위에서 구동될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 제1 교반체의 교반축 중심과 제2 교반체의 교반축 중심간의 거리:상기 교반축의 길이의 비는 1:1.5~1:5 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 제1 교반체 및 제2 교반체의 블레이드의 최대 회전 반경을 R이라고 할 때, 블레이드 말단과 음식물 처리기의 내측벽면 거리는 0.01R~0.1R 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 교반축은 1~10rpm으로 회전될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 모터는 음식물 쓰레기의 부하에 상응하여 모터제어부에 인가된 전류값에 따라 동작이 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 음식물 처리기는 배출구; 회전을 발생시키는 이송용 모터; 상기 교반된 음식물 쓰레기를 이송하는 이송 스크류; 및 배출 제어부를 포함하는 배출장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 정회전 방향으로 바깥곡면날, 역회전 방향으로 안쪽곡면날을 가지는 임펠러를 포함하고 상기 임펠러, 블레이드 및 교반축을 교반조 내에 2열로 배치하여, 음식물 처리시 음식물의 부하로 인해 파손되지 않으면서도 처리 용량 및 효율을 높일 수 있는 음식물 처리기를 제공할 수 있다.
도 1은 음식물 쓰레기 처리기에 포함되는 제1 교반체 및 제2 교반체를 나타낸 도면이다.
도 2는 음식물 쓰레기 처리기에 포함되는 제1 교반체 및 제2 교반체가 교반조 내에 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3는 임펠러의 구조를 도시한 정면도이다.
도 4는 교반날개의 배열을 나타낸 도면이다.
도 5는 블레이드의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 블레이드의 하중감지시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 무게감지시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 모터 제어시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 무게감지센서가 설치될 수 있는 위치를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 음식물 처리기에 포함되는 배출장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 설명의 이해를 돕기 위해 음식물 처리기의 모든 구성요소에서 교반축을 수평으로 놓고 바라보는 것을 기준으로, 모터가 설치된 쪽을 오른쪽, 그 반대편을 왼쪽으로 설정하여 설명하도록 하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 정회전 방향으로 바깥곡면날, 역회전 방향으로 안쪽곡면날을 가지는 임펠러, 블레이드 및 교반축을 포함하는 교반체를 교반조 내에 2열로 배치하는 음식물 처리기에 관한 발명으로써, 교반 날개를 이루는 임펠러 및 블레이드의 형상을 특수하게 설계함과 동시에 교반체를 교반조 내에 2열로 배치하여, 교반시 한번에 투입된 많은 용량의 음식물 쓰레기의 하중으로 인한 파손을 방지하면서도, 음식물 쓰레기의 처리 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 임펠러, 블레이드 및 교반축을 포함하는 교반체를 포함하는 전체적인 음식물 처리기의 구성은 도 1에 기재된 바와 같다.
음식물 처리기에는 교반조의 내부를 가로지르는 교반축(2a, 3a)이 형성되어 있고, 상기 교반축(2a, 3a)에 부착되어 교반축(2a, 3a)의 수직방향으로 연장되는 임펠러(2b, 3b)가 구비되며, 상기 연장된 임펠러(2b, 3b)의 말단에는 블레이드(2c, 3c)가 부착될 수 있다.
상기와 같은 임펠러(2b, 3b)와 블레이드(2c, 3c)를 포함하는 교반날개는 교반축(2a, 3a)의 회전에 따라 함께 회전하며, 음식물 처리기 내부에 유입되는 음식물과 바이오 제제를 교반하여 유기적 분해가 활발히 일어날 수 있도록 구동 된다.
한편, 상기와 같은 회전은 음식물 처리기를 구성하는 모터(4a, 4b)에 의해 발생하고, 상기 모터(4a, 4b)에서 발생하는 회전은, 체인(5a, 5b)을 통해 베어링 하우징(6a, 6b)으로 전달된다. 상기 베어링 하우징(6a, 6b)과 교반축(2a, 3a)은 연결 플랜지(7a, 7b)을 통해 결합되므로, 결론적으로 상기 모터(4a, 4b)에서 발생하는 회전을 통해 교반축(2a, 3a) 및 상기 교반축(2a, 3a)에 결합된 교반날개에 회전이 발생한다.
한편, 본 발명에서는 대용량의 음식물이 한꺼번에 유입되더라도, 음식물의 부하에 의해 교반날개가 휘거나 파손되는 것을 방지하고자, 교반날개의 구조를 특수하게 설계하고 있다.
본 발명의 음식물 처리기는 연결 플랜지(7a, 7b)를 포함할 수 있는데, 연결 플랜지(7a, 7b)를 고장력강 볼트로 연결하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 고장력강 볼트를 사용할 경우, 과도한 하중이 가해졌을 때, 주요 기기들이 파손되기 전에 일차적으로 볼트가 하중을 전달받아서, 먼저 파손되므로 주요기기의 파손을 예방할 수 있다. 상기와 같은 경우 파손된 볼트만 교환할 경우, 기기를 재사용 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 음식물 처리기는 베어링 하우징(6a, 6b)을 포함할 수 있는데, 베어링 하우징(6a, 6b)으로 오일리스 베어링 또는 플러머 블록 형태의 베어링 하우징을 사용하는 것이 바람직 하다. 본 발명의 음식물 처리기의 경우, 모터(4a, 4b)의 회전 및 교반날개의 회전으로 발생한 하중이 베어링 하우징(6a, 6b)에 집중되는 바, 일반적인 볼 베어링을 사용할 경우, 하중을 견디지 못할 가능성이 높다. 따라서, 오일 리스 베어링 또는 플러머 블록 형태의 베어링 하우징를 사용하여, 하중에 대한 저항값을 높이는 것이 바람직하다.
구체적으로 본 발명의 임펠러(2b, 3b)의 구성은 도 3에 도시된 바와 같다.
도 3에 기재된 바와 같이 본 발명의 임펠러(2b, 3b)는, 정회전 방향으로 바깥곡면날, 역회전 방향으로 안쪽곡면날을 가진다. 바깥곡면날은 임펠러가 정회전 시 음식물과 직접적으로 맞닿는 날이며 곡면의 바깥쪽에 날이 형성되어 있다. 안쪽곡면날은 임펠러가 역회전 시 음식물과 직접적으로 맞닿는 날이며 곡면의 안쪽으로 날이 형성되어 있다. 본 발명의 임펠러(2b, 3b)는 바깥곡면날이 안쪽곡면날보다 길게 형성될 수 있다.
일반적인 음식물 처리기의 임펠러의 단면은 원형 또는 사각형의 형태이므로, 대용량의 쓰레기가 일시에 투입되면, 교반작용 시 임펠러가 음식물 쓰레기 및 바이오제제의 정적하중 또는 교반작용에 의한 동적하중을 견디지 못하고 파손된다. 한편, 본 발명의 경우 도 5와 같이 좁은 면적의 단면을 갖는 임펠러(2b, 3b)가 바깥곡면날 및 안쪽곡면날을 이용하여 칼로 베듯이 바이오 제제 및 음식물 쓰레기를 밀어냄으로써, 임펠러(2b, 3b) 자체에 주어지는 부하를 최소화 할 수 있다.
본 발명에서는 도 1과 같이 교반조의 내부를 가로지르는 교반축(2a, 3a), 상기 교반축(2a, 3a)에 부착되어 교반축(2a, 3a)의 수직방향으로 연장되는 임펠러(2b, 3b), 상기 연장된 임펠러(2b, 3b)의 말단에는 블레이드(2c, 3c)가 부착되고, 동력을 전달하는 모터(4a, 4b) 및 체인(5a, 5b), 동력을 전달받는 베어링 하우징(6a, 6b)을 구비함으로써, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)를 형성할 수 있다.
한편, 일반적인 음식물 처리기에서도 임펠러의 두께를 두껍게 할 경우, 임펠러의 파손을 줄일 수 있으나, 상기와 같이 두꺼워진 임펠러는 무게가 증가하여 음식물 처리기의 모터나 교반축에 작용하는 하중이 크게 증가할 수 있어서, 교반축 휨 현상 및 모터의 작동정지를 유발할 수 있다.
반면, 본 발명과 같이 임펠러(2b, 3b)를 설계할 경우, 임펠러(2b, 3b)의 두께를 두껍게 하지 않고도, 파손을 방지할 수 있으므로, 교반축(2a, 3a), 베어링 하우징(6a, 6b), 연결 플랜지(7a, 7b) 및 모터(4a, 4b)의 파손 또한 방지할 수 있다.
또한, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)를 형성하여 2열로 배열할 경우, 1열로 배열할 때에 비하여 하중을 분산할 수 있어, 교반축(2a, 3a), 베어링 하우징(6a, 6b), 연결 플랜지(7a, 7b) 및 모터(4a, 4b)의 파손 또한 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 주로 정회전을 통한 교반을 진행하지만, 간헐적으로 역회전을 진행할 수 있으며, 상기 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)이 각각 독립적으로 구동될 수 있다.
이 때, 본 발명의 임펠러(2b, 3b)는 역회전 방향으로 안쪽곡면날을 가지므로, 역회전 시 한꺼번에 많은 양의 바이오 제제 및 음식물 쓰레기를 안아 올릴 수 있어서, 많은 양의 교반을 일시에 진행할 수 있다.
상기와 같은 역회전은 교반작용을 최대화하기 위한 구동방법의 일환으로, 정회전을 진행하는 것 보다 임펠러(2b, 3b)에 가해지는 부하가 증가하여, 역회전만을 진행할 경우, 임펠러(2b, 3b)의 파손 위험이 높아진다.
본 발명에서 임펠러(2b, 3b)와 블레이드(2c, 3c)를 포함하는 교반날개의 경우, 인접한 교반 날개가 동일 선상에 위치하지 않도록 배열되는 것이 바람직하다.
만약, 인접한 교반날개가 동일한 선상에 있거나, 비슷한 선상에 위치하게 될 경우, 인접한 교반날개 사이의 음식물 쓰레기 등이 브릿지 형태로써 큰 덩어리가 되어 전체적으로 들어올려질 수 있다. 상기와 같이 형성된 큰덩어리는 모터, 교반축, 및 교반날개에 전체적으로 큰 하중을 부여하기 때문에 기기의 휨 현상이나 파손을 일으킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 음식물 처리기에서는 인접한 교반날개가 동일한 선상에 위치하지 않도록 각도를 조절하여 배치한다.
상기와 같은 교반날개의 배열은 도 4에 도시된 바와 같이 이루어질 수 있다.
제1 교반체(2)의 교반날개가 상기와 같이 배치된다고 할 때, 구체적으로 가장 좌측의 교반날개를 제1 교반체의 1번 교반날개라고 하며, 회전방향은 정방향 또는 역방향인 것을 기준으로 할 때, 상기 제1 교반체의 1번 교반날개를 기준으로 우측의 교반날개들을 차례로 제1 교반체의 2,3,4 …번 교반날개라고할 때, 하기의 기준으로 배열될 수 있다.
제1 교반체의 2번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 180˚ 회전
제1 교반체의 3번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 60˚ 회전
제1 교반체의 4번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 240˚ 회전
제1 교반체의 5번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 120˚ 회전
제1 교반체의 6번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 300˚ 회전
한편, 제1 교반체의 7번 이상의 교반날개는 상기의 배열조건과 동일한 방식으로 배열될 수 있다. 즉, 제1 교반체의 7번 교반날개의 각도는 제1 교반체의 1번 교반날개 기준으로 180˚ 회전로 배열된다.
한편, 상기와 같은 교반날개의 개수는 처리용량에 따라 달라질 수 있다. 처리 용량이 작을 경우 2~4개의 교반날개로 구성될 수 있으며, 처리용량이 늘어나면, 교반날개의 개수를 증가시킬 수 있다.
만약, 회전 방향을 기준으로 인접한 교반날개 사이의 각도가 60˚ 미만일 경우, 음식물 쓰레기가 덩어리져서 기기의 파손을 일으킬 수 있으며, 반대로 모든 인접한 교반날개 사이의 각도가 180˚이상을 이룰 경우, 전체적인 교반효율이 떨어질 수 있어서 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명에서 교반날개의 배치는 가장 좌측의 교반날개를 1번 교반날개로 하고, 1번 교반날개를 기준으로 우측의 교반날개들을 차례로 2,3,4 …번 교반날개라고 하며, 회전방향은 역방향 또는 정방향인 것을 기준으로 할 때, 1 번 기준으로 2번 교반날개의 각도는 160~200˚, 3번은 1번 기준으로 40~80˚ 각도로 배치되며, 2n번 교반날개의 각도는 2(n-1)번 교반날개 기준으로 40~80˚ 증가되고, 2n+1번 교반날개의 각도는 2n-1번 교반 날개 기준으로 40~80˚ 증가되도록 설계될 수 있으며, 이 때 n은 바람직하게 2≤n≤5 범위에 있을 수 있다.
제2 교반체(3)의 교반날개는 상기 제1 교반체(2)와 같이 동일하게 설계될 수 있다. 본 발명에서 제2 교반체(3)의 교반날개는 교반축(2a, 3a)이 가로지르는 방향의 수직방향에서 보았을 때 제1 교반체(2)의 1번 교반날개와 동일 선상에 위치할 수 있으며, 이 때 제2 교반체(3)의 교반날개는 제1 교반체(2)의 1번 교반날개의 각도 기준으로 120~240˚의 각도 범위에서 배치될 수 있다.
제2 교반체(3)의 교반날개는 상기 제1 교반체(2)와 같이 동일하게 설계될 경우에는 제1 교반체(2)의 각 교반날개들과 대비하여 상기 120~240˚의 각도 범위로 제2 교반체(3)의 나머지 교반날개들도 배치될 수 있다.
구체적으로, 제1 교반체(2)의 우측의 교반날개들을 차례로 2,3,4 …번 교반날개, 제2 교반체(3)의 우측의 교반날개들을 2,3,4 …번 교반날개라고 할 때, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 2번 교반날개, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 3번 교반날개, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 4번 교반날개가 상기 120~240˚의 각도를 이루면서 배치됨을 의미한다.
상기와 같이 제2 교반체(3)의 교반날개가 제1 교반체(2)의 1번 교반날개의 각도 기준으로 120~240˚의 각도 범위에서 배치될 경우, 교반체 사이의 음식물 쓰레기 등이 브릿지 형태로써 큰 덩어리가 되는 현상을 방지할 수 있어 모터, 교반축, 및 교반날개에 큰 하중이 부여되는 것을 방지하여 기기의 휨 현상이나 파손을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명과 같이 조절된 배열구조를 가질 경우, 인접한 교반날개 사이의 음식물 쓰레기 등이 덩어리 지지 않으면서도, 전체적인 교반효율을 최적화 할 수 있다.
도 5는 블레이드(2c, 3c)의 구조를 나타낸 것으로, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 블레이드(2c, 3c)에는 하중을 감지하는 센서(S20, S30)를 포함할 수 있다.
상기 센서는 각 교반체(2, 3)의 교반날개에 있는 블레이드(2c, 3c)마다 설치될 수 있으며, 설치된 위치에 가해지는 음식물 쓰레기 및 바이오제제에 의해 발생되는 하중을 측정할 수 있다.
상기 측정의 위해 하중을 감지하는 센서(S20, S30)는 음식물 쓰레기의 압력을 측정하는 압력센서, 블레이드(2c, 3c)의 변형을 측정하는 센서 중 어느 하나를 이용하여 구성될 수 있다. 여기에서 센서의 종류는 일례로 제시된 것일 뿐, 블레이드(2c, 3c)의 상태를 측정할 수 있는 센서이면 다양하게 적용이 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 블레이드의 하중감지시스템의 구성을 나타낸 것이다.
상기 하중을 감지하는 센서(S20, S30)는 여러 개가 모여 블레이드 센서부(9)를 구성할 수 있는데, 상기 센서부는 유선 또는 무선 통신채널에 의해 압력 산출부(10)로 연결되고, 측정값을 미리 지정된 주기마다 압력 산출부(10)에 전달할 수 있다. 이러한 주기는 통신상황 또는 제어정밀도에 따라 달라지는 것으로, 연속적으로 제공될 수도 있으며, 제시된 바에 의해서 기간이나 횟수를 한정하는 것은 아니다.
다만, 설명의 편의를 위해 측정값이 연속적으로 전달되는 것으로 가정하여 설명을 진행하기로 한다.
압력 산출부(10)는 블레이드 센서부(9)로부터 측정값을 전달받아 블레이드(2c, 3c)에 가해지는 하중을 산출하게 된다. 구체적으로 압력 산출부(10)는 연속적으로 전달되는 측정값을 미리 지정된 각도 또는 연속적인 하중의 분포로 산출하게 된다. 좀더 구체적으로, 압력 산출부(10)는 데이터의 연속적인 처리가 가능한 경우, 블레이드(2c, 3c)의 회전위치에 따라 표현되는 연속적인 하중값으로 산출한다. 즉, 0~360도의 궤적에 대해 하중의 변화를 연속적인 값으로 표현할 수 있다. 여기서, 데이터를 이산(discrete) 처리하는 경우 미리 지정된 각도 또는 일정한 각도 단위로 하중값을 산출할 수 있다. 이를 통해, 압력 산출부(10)는 회전 궤적을 따라 하중의 변화와 수치적인 값을 포함하는 하중 값을 산출하고 이를 제어 결정부(12)에 전달하게 된다.
여기서, 블레이드 센서부(9)가 블레이드에 전달되는 압력, 블레이드의 변형력과 같은 값을 전달하는 경우, 압력 산출부(10)는 측정값의 종류에 따른 적합한 환산 알고리즘을 적용하여, 측정값을 하중 값으로 변환하는 과정을 수행할 수 있다.
하중 저장부(11)는 기준값과 제어 결정부(12)에 의해 회전제어가 이루어지도록 하는 알고리즘 또는 프로그램이 저장된다. 기준값은 블레이드(2c, 3c)의 설계와 사용상태를 반영하여 미리 정해지는 값으로 회전제어를 위한 기준이 되는 값이다. 여기에서 회전제어는 회전 속도, 회전방향 등의 제어를 포함할 수 있다.
즉, 제어 결정부(12)가 회전 속도를 결정할 때, 하중 값과의 비교를 위한 기준값으로 이용된다. 이를 위해 이 기준값은 최고값, 최저값, 평균값, 급변값을 포함할 수 있다.
제어 결정부(12)는 하중값을 전달받아 하중 저장부(11)의 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 회전의 횟수를 결정하여 제어정보를 작성한다. 그리고, 제어 결정부(12)는 작성된 제어정보를 회전제어부(13)에 전달하여 교반체(2, 3)의 회전의 횟수 등의 회전제어 및 회전을 정지할 수 있게 한다.
제어 결정부(12)는 압력 산출부(10)에서 산출된 하중값을 기준값과 비교하여 블레이드(2c, 3c)에 가해지는 하중이 정상운전범위에 속하도록 제어할 수 있다. 일례로 제어 결정부(12)는 하중값이 기준값에서 설정된 최저값 미만의 값인 경우 회전속도를 계속 유지하거나 블레이드(2c, 3c)에 걸리는 하중이 증가하도록 회전 속도를 증가시킬 수 있으며, 하중값이 기준값에서 정한 최고값을 초과하는 경우 최고값 이하로 하중이 감소하도록 회전 속도를 감소시키거나 회전을 정지시킬 수 있다.
제어 결정부(12)는 각 블레이드(2c, 3c)에 대한 하중값을 이용하여 하중의 평균값을 산출할 수 있다. 제어 결정부(12)는 이 평균값을 기준값과 비교하여 제어정보를 작성하게 된다. 여기서 평균값은 블레이드 각각에 대해 하중값이 최고가 되는 지점에서 각 블레이드(2c, 3c)에 가해지는 하중 값일 수도 있으나, 하중분포를 통해 블레이드(2c, 3c) 각각에 대한 1회전의 평균 하중을 산출하고, 각 블레이드별로 산출된 평균하중을 다시 평균하여 산출할 수 있다.
이를 위해 제어 결정부(12)는 블레이드 별로 설치되는 센서(S20, S30)의 값을 평균하여 사용하거나, 각각의 센서(S20, S30)의 값을 개별적으로 적용하여 회전 속도와 회전 제어여부를 결정할 수 있다.
회전제어부(13)는 제어 결정부(12)로부터 제어정보를 전달받고, 제어정보에 기재된 회전 속도로 블레이드(2c, 3c)가 회전되도록 모터 가동부(14)의 구동을 제어한다.
모터 가동부(14)는 회전제어부(13)의 제어에 의해 동작하여, 블레이드(2c, 3c)의 회전 속도를 조절하는데, 모터(4a, 4b)에 의해 생산된 동력에 의해 교반축(2a, 3a)을 회전시킬 수 있다.
상기에서는 블레이드 2c 및 3c, 센서 S20 및 S30만을 예를 들어 설명했지만, 이보다 다수의 블레이드 및 센서에도 같은 방식으로 적용될 수 있다.
상기와 같은 블레이드의 하중감지시스템의 제어에 따라 상기 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)을 각각 다르게 정회전 및 역회전 시키는 구동단계를 거칠 수 있으며, 이 때 하나의 교반체에 걸리는 평균하중 대비 다른 하나의 교반체에 걸리는 평균하중의 비는 1:1~1:3 일 수 있다.
상기 하나의 교반체에 걸리는 평균하중 대비 다른 하나의 교반체에 걸리는 평균하중이 3배 이상일 경우, 각 교반체의 상호 불균형으로 인해 교반축이 휘어지거나 기기가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
여기에서 각 교반체에 걸리는 평균하중은 각 교반체의 블레이드별로 산출된 평균하중을 의미할 수 있다.
상기와 같은 비율로 제1 교반체 및 제2 교반체에 걸리는 평균하중을 제어함으로써, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a) 사이에서 교반되는 음식물 쓰레기 및 바이오제제의 교반작용을 원활하게 일어나게 할 수 있으며, 교반축 및 임펠러와 블레이드에 작용하는 하중을 분산시킬 수 있어 각 교반체에 작용되는 평균하중을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)는 각각 독립적으로 정회전 방향 및/또는 역회전 방향으로 회전 구동될 수 있으며, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)가 각각 독립적으로 회전 구동될 때, 정회전 횟수 : 역회전 횟수가 2:1~20:1인 범위에서 구동될 수 있다.
만약, 상기 횟수 비율이 2 : 1 보다 적을 경우, 역회전 횟수의 증가로 인한 기기내의 부하가 커짐으로써, 기기의 파손이 발생할 수 있고, 반대로 횟수 비율이 20 : 1 보다 클 경우, 교반효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)이 각각 독립적으로 구동될 수 있으며, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)은 두 개의 교반축 모두 정회전으로, 두 개의 교반축 모두 역회전으로, 각각 다른 방향으로 정회전 및 역회전으로 회전 구동될 수 있다.
상기 제1 교반체 및 제2 교반체는 하기의 (a)~(d) 단계를 선택적으로 포함하여 구동될 수 있다.
(a) 제1 교반체 및 제2 교반체는 정회전 방향으로 회전
(b) 제1 교반체는 정회전 방향으로 회전, 제2 교반체는 역회전 방향으로 회전
(c) 제1 교반체는 역회전 방향으로 회전, 제2 교반체는 정회전 방향으로 회전
(d) 제1 교반체 및 제2 교반체는 역회전 방향으로 회전
본 발명의 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)은 모두 정회전 방향으로 회전 구동될 수 있는데, 상기와 같이 모두 정회전으로 회전 구동될 경우 2열로 배열된 교반축이 투입된 음식물 쓰레기 및 바이오 제제를 신속하게 정회전 방향으로 교반시켜 음식물 쓰레기 및 바이오 제제를 빠른 시간 내에 균일하게 혼합할 수 있다.
본 발명의 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)은 각각 다른 방향으로 정회전 및 역회전 방향으로 회전 구동될 수 있다.
주로 정회전으로 구동하면서, 필요시 역회전을 진행하는 방법으로 정회전 횟수 : 역회전 횟수를 적절히 조절하여 구동할 수 있는데, 임펠러에 큰 무리를 주지 않으면서도, 교반작용을 최대화 할 수 있다.
상기와 같은 정회전 및 역회전 횟수의 조절은 상기의 블레이드의 하중감지시스템에 의해 조절될 수 있으며, 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)가 각각 다른 방향으로 회전구동 시에는 정회전 횟수 : 역회전 횟수의 적절한 비율은 2 : 1~20 : 1 인 것이 바람직하다.
만약, 상기 횟수 비율이 2 : 1 보다 적을 경우, 역회전 횟수의 증가로 인한 기기내의 부하가 커짐으로써, 기기의 파손이 발생할 수 있고, 반대로 횟수 비율이 20 : 1 보다 클 경우, 교반효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)이 각각 다른 방향으로 정회전 및 역회전 구동될 경우는 상기 (b) 또는 (c) 단계에 해당될 수 있다.
본 발명의 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 교반축(2a, 3a)은 모두 역회전으로 회전 구동될 수 있는데, 상기와 같이 모두 역회전으로 회전 구동될 경우 한꺼번에 많은 양의 음식물 쓰레기 및 바이오 제제를 들어올릴 수 있어서 많은 양의 교반을 일시에 진행할 수 있고, 교반축에 걸리는 동적 하중을 최소화 할 수 있다.
본 발명에서는 상기 (a)~(d) 단계 진행동안 상기 교반축의 정회전 횟수:역회전 횟수가 2:1~20:1인 범위에서 구동될 수 있다.
만약, 상기 횟수 비율이 2 : 1 보다 적을 경우, 역회전 횟수의 증가로 인한 기기내의 부하가 커짐으로써, 기기의 파손이 발생할 수 있고, 반대로 횟수 비율이 20 : 1 보다 클 경우, 교반효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 (a)~(d) 단계 구동시간의 비는 (a) 단계 구동시간 : (b)+(c) 단계 구동시간 : (d) 단계 구동시간 = 1 : 1 : 1~1 : 3 : 1 일 수 있다.
제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 회전방향을 각각 다르게 하는 (b)단계 및 (c) 단계 구동시간의 비율이 (a) 단계 또는 (d) 단계 구동시간 대비 1 이하인 경우 교반효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 3 이상인 경우 기기내의 부하가 커짐으로써, 기기의 파손이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 상기 (a)~(d) 단계를 순차적으로 수행할 수 있는데, 이 때에도 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 상기 전체 공정 진행 중 전체 회전 횟수에서 정회전 횟수 : 역회전 횟수의 적절한 비율은 2 : 1~20 : 1로 유지될 수 있다.
만약, 상기 횟수 비율이 2 : 1 보다 적을 경우, 역회전 횟수의 증가로 인한 기기내의 부하가 커짐으로써, 기기의 파손이 발생할 수 있고, 반대로 횟수 비율이 20 : 1 보다 클 경우, 교반효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 예에서는 상기의 (a)~(d) 단계가 (a)~(d) 순서에 관계없이 독립적으로 수행될 수 있으며, 경우에 따라서 (a)~(d) 단계 중 하나의 단계만으로 진행될 수 있다.
예를 들어, 음식물 쓰레기 및 투입된 바이오 제제를 신속하게 빠른 속도로 교반시킬 필요가 있을 때에는 정회전 방향으로만 교반축을 회전구동 시킬 수 있다.
또 다른 예로, 교반조 내에 투입된 음식물 쓰레기 및 투입된 바이오 제제가 기준량을 초과한 많은 양이 바닥면에 쌓이고 있을 때에는 역회전 방향으로만 교반축을 회전구동 시켜 많은 양의 교반을 일시에 진행하여 이를 해소할 수 있다.
또 다른 예로, 음식물 쓰레기 및 투입된 바이오 제제의 신속한 교반과 많은 양의 교반을 일시에 진행하기 위해서는 정회전 및 역회전 방향으로 교반축을 각각 다르게 회전구동 시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 교반체를 2열로 배열함과 동시에 상황에 따라 각 교반축의 회전방향을 자유롭게 조절함으로써, 교반체를 1열로 배열했을 경우와 대비하여 단위시간 대비 처리용량을 향상시킬 수 있고, 교반 날개에 가해지는 하중을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
구체적으로 1일 처리 용량이 200kg인 제품을 1일에 500kg을 처리할 수 있게 교반체를 1열로 구성하여 제품을 설계한다고 가정하면, 교반날개의 반경은 2.5배, 교반축의 길이는 2.5배 정도로 크게 하여 구성해야 하므로 1열로 구성된 교반체의 하중이 증가하여 장치 파손의 원인이 될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 교반체를 2열로 배열하면서 각 교반축의 회전방향을 자유롭게 조절한다면, 교반날개의 반경 및 교반축의 길이를 증가시킬 필요 없이 교반체에 가해지는 하중을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 음식물 처리기에서 제1 교반체의 교반축 중심과 제2 교반체의 교반축 중심간의 거리:상기 교반축의 길이의 비는 1:1.5~1:5일 수 있다.
상기 교반축의 길이의 비가 각 교반축의 중심간 길이 대비 1.5 이하일 경우, 교반축의 길이 대비 제1 교반체 및 제2 교반체의 교반 축 중심간의 거리가 너무 멀어져 제1 교반체 및 제2 교반체의 상호작용에 의한 교반 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 교반축의 길이의 비가 각 교반축의 중심간 길이 대비 5 이상일 경우, 교반축의 길이 대비 제1 교반체 및 제2 교반체의 교반 축 중심간의 거리가 너무 가까워져 인접한 교반날개 사이의 음식물 쓰레기 등이 브릿지 형태로써 큰 덩어리가 되어 전체적으로 들어올려져 기기내의 부하가 커지는 문제가 발생할 수 있다.
도 2는 음식물 쓰레기 처리기에 포함되는 제1 교반체 및 제2 교반체가 교반조 내에 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명에서는 교반날개의 말단부분에 해당하는 블레이드(2c, 3c)가 음식물 처리기의 내측벽면(8)과 지나치게 가깝게 배치될 경우, 블레이드(2c, 3c)가 열변형에 의한 휨 현상 및 파손이 발생했을 때, 내측벽면(8)과 접촉될 수 있어서 주의가 필요하다.
구체적으로, 음식물 처리기의 작동방식에 있어서, 미생물 발효방식 또는 건조방식을 이용할 경우, 미생물 방식은 약 40~100℃의 열이 가해지고, 건조방식의 경우, 100℃ 이상의 열이 가해지는데, 상기와 같은 열에 의해서 교반날개의 열팽창과 같은 변형이 일어날 수 있다. 이에, 블레이드(2c, 3c)가 음식물 처리기의 내측벽면(8)과 접촉이 발생할 수 있고 이러한 접촉으로 인한 기기 작동 정지 또는 기기의 파손이 발생할 수 있다.
한편, 블레이드(2c, 3c) 부분이 음식물 처리기의 내측벽면(8)에 대해서 지나치게 멀리 배치될 경우, 처리기내에 유입되는 음식물 쓰레기 중에서 내측벽면(8)에 가깝게 위치한 음식물 쓰레기를 효과적으로 교반하지 못하고, 음식물 쓰레기와 바이오제제가 벽면에 부착되어 교반효율이 떨어지게 된다.
본 발명에서 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 블레이드의 최대 회전 반경을 R이라고 할 때, 블레이드 말단과 음식물 처리기의 내측벽면 거리는 0.01R~0.1R일 수 있다.
만약, 0.01R 미만의 간격을 가질 경우, 열팽창에 의해 쉽게 기기의 파손이 발생할 수 있고, 0.1R 보다 간격이 넓을 경우, 교반효율이 떨어질 수 있어 바람직하지 않다.
구체적으로, 본 발명에서는 제1 교반체(2) 및 제2 교반체(3)의 블레이드(2c, 3c) 말단과 각각 인접한 음식물 처리기의 내측벽면 사이에 5~50mm 간격을 가질 수 있다.
만약, 5mm 미만의 간격을 가질 경우, 열팽창에 의해 쉽게 기기의 파손이 발생할 수 있고, 50mm 보다 간격이 넓을 경우, 교반효율이 떨어질 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기와 같이 초기에 간격을 적절하게 조절하더라도, 열에 의한 기기의 변형이 생김에 따라 간격의 재조정이 필요할 수 있다.
본 발명에서 정회전 및 역회전 시의 회전 rpm은 1~10rpm, 더욱 바람직하게는 4~8rpm으로 조절되는 것이 바람직하다.
만약 rpm이 1미만일 경우, 교반 효율이 낮아지므로 바람직하지 않고, 10rpm 보다 빠르게 회전될 경우, 기기에 과부하가 생겨서 파손의 위험이 있어서 바람직하지 않다.
본 발명의 음식물 쓰레기 처리기는 음식물 쓰레기의 무게를 측정하는 무게감지센서(S150, S151)를 더 포함할 수 있는데, 상기 무게감지센서는 교반조의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 무게감지시스템의 구성을 나타낸 것이다.
무게감지센서(S150, S151)는 교반조의 하부에 여러 개가 설치될 수 있으며, 상기 무게감지센서는 무게감지 센서부(15)를 형성할 수 있다.
상기 무게감지 센서부(15)는 유선 또는 무선 통신채널에 의해 무게 산출부(16)로 연결되고, 측정값을 미리 지정된 주기마다 압력 산출부(11)에 전달할 수 있다. 이러한 주기는 통신상황 또는 제어정밀도에 따라 달라지는 것으로, 연속적으로 제공될 수도 있으며, 제시된 바에 의해서 기간이나 횟수를 한정하는 것은 아니다.
다만, 설명의 편의를 위해 측정값이 연속적으로 전달되는 것으로 가정하여 설명을 진행하기로 한다.
무게 산출부(16)는 무게감지 센서부(15)로부터 측정값을 전달받아 음식물 쓰레기에 의한 교반조 하부에 가해지는 하중을 산출하게 된다. 구체적으로 무게 산출부(16)는 연속적으로 전달되는 여러 위치에서의 측정값을 연속적인 하중의 분포로 산출할 수 있다.
무게 저장부(17)는 음식물 쓰레기의 설정 무게를 저장하고, 상기 음식물 쓰레기의 설정무게와 상기 무게감지센서(S150, S151)로 감지된 무게를 연산하는 연산수단을 포함할 수 있다. 상기 연산수단은 알고리즘 또는 프로그램일 수 있다. 음식물 쓰레기의 설정 무게는 교반조의 하부에 가해지는 하중을 통해 음식물 쓰레기가 미리 정해지는 값으로 배출 제어를 위한 기준이 되는 값이다. 여기에서 배출 제어는 배출장치(25)의 가동여부를 결정하는 것이다.
즉, 제어 결정부(12)가 배출장치(25)의 가동여부를 결정할 때, 상기 음식물 쓰레기의 설정 무게는 교반조의 하부에 가해지는 하중값 과의 비교를 위한 기준값으로 이용된다. 이를 위해 이 기준값은 최고값, 최저값, 평균값, 급변값을 포함할 수 있다.
제어 결정부(12)는 하중값을 전달받아 무게 저장부(17)의 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 배출장치(25)의 가동여부를 결정하여 제어정보를 작성한다. 그리고, 제어 결정부(12)는 작성된 제어정보를 배출 제어부(18)에 전달하여 배출장치(25)를 자동으로 가동될 수 있게 한다.
제어 결정부(12)는 무게 산출부(16)에서 산출된 하중값을 기준값과 비교하여 교반조의 하부에 가해지는 하중이 정상 수치에 속하도록 제어할 수 있다. 일례로 제어 결정부(12)는 하중값이 기준값에서 설정된 최저값 미만의 값인 경우에는 배출장치(25)의 작동을 멈추게 할 수 있으며, 하중값이 기준값에서 정한 최고값을 초과하는 경우 최고값 이하로 하중이 감소하도록 배출장치(25)를 작동시킬 수 있다.
제어 결정부(12)는 교반조 하부에 대한 하중값을 이용하여 평균값을 산출할 수 있다. 제어 결정부(12)는 이 평균값을 기준값과 비교하여 제어정보를 작성하게 된다. 여기서 평균값은 교반조의 하부면 각각에 대해 하중값이 최고가 되는 지점에서 각 센서(S150, S151)에 가해지는 하중 값일 수도 있으나, 하중분포를 통해 센서(S150, S151) 각각에 가해진 하중의 평균 하중을 산출할 수 있다.
배출 제어부(18)는 제어 결정부(12)로부터 제어정보를 전달받고, 제어정보에 따라 배출장치 가동부(19)를 제어한다.
배출장치 가동부(19)는 배출 제어부(18)의 제어에 의해 동작하여, 배출장치(25)의 이송용 모터(25b)에 의해 생산된 동력에 의해 이송 스크류(25c)를 회전시킬 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 모터 제어시스템의 구성을 나타낸 것이다.
본 발명의 음식물 쓰레기 모터 제어시스템은 전류 검출부(20), A/D 컨버터(21), 기준값 저장부(22), 제어결정부(12), 모터 제어부(24) 및 모터 가동부(14)로 구성될 수 있다.
전류 검출부(20)는 모터(4a, 4b)의 부하량을 전류로 검출할 수 있으며, 검출한 전류값을 A/D 컨버터(21)로 전달할 수 있다.
상기 A/D 컨버터(21)는 입력받은 전류값을 아날로그에서 디지털로 변환하고, 변환된 디지털 전류값을 제어 결정부(12)로 전달할 수 있다.
기준값 저장부(22)는 A/D 컨버터(21)로부터의 디지털 전류값의 비교 연산에 사용될 다수의 기준 데이터를 저장할 수 있는데, 상기 기준값 저장부(22)에 저장되어 있는 다수의 기준 데이터는 사용자에 의해 변경될 수도 있다.
상기 저장된 다수의 기준데이터는 모터(4a, 4b)에 인가된 전류값과 연산하여 비교할 수 있는 최대한계 전류값 일 수 있다.
본 발명에서의 최대한계 전류값은 모터가 교반축을 회전시킴에 있어서, 최대값의 과부하가 걸리지 않고 회전 구동시킬 수 있는 전류값의 최대값으로 정의할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 교반축이 1~10rpm으로 회전하는 것을 가정할 때, 최대한계 전류값은 음식물 쓰레기 처리기 용량에 따른 모터의 용량에 의하여 그 값이 결정된다.
상기 최대한계 전류값이 모터의 용량에 의하여 고유의 값으로 지정되어진 전류값 이상이면 모터의 과부하가 발생할 수 있다. 특히, 일상적인 운전에서는 지정되어진 전류값의 60~80% 정도를 초과하여 3초 이상 지속되면 과부하로 인한 문제가 발생할 수 있다.
사용자 입력부(23)는 상술한 기준값 저장부(22)에 저장되어 있는 데이터(예를 들어, 최대한계 전류값)를 임의로 변경할 경우, 새로운 값을 입력하기 위한 장치이다.
이하에서 본 발명의 원리를 설명하기 위하여, 제어 결정부(12)로부터 출력되는 신호의 종류로는 "Over", "Rot" 등이 있을 수 있는데, 상술한 각각의 출력신호마다 사전 결정되어 있는 동작 명령에 따라 음식물 쓰레기 처리기의 모터(4a, 4b)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 출력신호 "Over"는 A/D 컨버터(21)로부터의 디지털 전류값이 기준값 저장부(22)에 저장되어 있는 제1 기준 데이터(예를 들어, 모터 고유의 최대 한계 전류값이 8A일‹š, 측정되는 전류값이 최대 한계 전류값의 60%인 4.8A 이상으로 3초 이상 지속될 경우)보다 큰 값일 경우 출력되는 신호로서, 모터(4a, 4b)가 정격 전류를 초과하여 아주 위험한 상태까지 도달한 경우, 모터가 동작할 수 있는 허용 범위를 초과하였음을 나타낸다. 따라서, "Over" 신호가 모터 제어부(24)로 인가되면 모터(4a, 4b)로 입력되는 전기를 차단하여 모터 가동부(14)를 정지시킴으로써, 모터(4a, 4b)의 과부하 또는 파손을 방지할 수 있으며, 아울러 음식물 쓰레기 처리기의 동작을 제한할 수 있다.
상기 출력 신호 "Rot"는 모터(4a, 4b)가 회전하고 있는 동안에 출력되어 모터가 정상적으로 동작되고 있음을 나타낸다. 모터가 회전을 시작하면 모터의 회전과 동시에 제어 결정부(12)는 모터 제어부(24)로 지속적으로 "Rot" 신호를 출력하여 모터(4a, 4b)가 정상적으로 동작하고 있음을 알리고, "Rot" 신호의 출력을 통해 모터의 단선 등 이상 여부를 점검할 수 있다.
제어 결정부(12)는 A/D 컨버터(21)로부터 인가된 전류값과 기준값 저장부(22)의 기준 데이터와의 비교 연산을 수행할 수 있고, 이때 "Over" 신호가 출력되면, "Over" 신호는 모터 제어부(24)로 인가되고, 이에 응답하여 모터 제어부(24)는 회전하는 모터(4a, 4b)에 정지신호를 인가하여 모터(4a, 4b)를 정지시킬 수 있다.
상기 모터(4a, 4b)는 인가된 전류값이 최대한계 전류값 이하인지 여부에 따라 동작이 제어될 수 있으며, 이는 음식물 쓰레기의 부하에 상응하여 모터제어부에 인가된 전류값에 따라 동작이 제어되는 것을 의미한다.
상기 모터(4a, 4b)를 정지 또는 작동시킬 수 있는 신호는 상기 모터 제어부(24)에 내장된 과전류 계전기(EOCR, electronic over current relay)에 의해 구현될 수 있는데, 과전류 계전기(EOCR, electronic over current relay)는 모터(4a, 4b)를 보호하거나 제어기능을 통해 설치된 모터(4a, 4b)를 수동 또는 자동으로 운전 또는 정지시킬 수 있다 .
본 발명에서는 상기와 같은 내장된 과전류 계전기(EOCR, electronic over current relay)를 통해 발효 중인 음식물 쓰레기 및 미생물 제제의 상태; 모터, 교반축, 교반날, 교반날개에 작용하는 부하(하중); 또는 모터의 구동방향, 가동시간 등의 운전조건의 예측을 통해 장치의 파손을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 9는 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 무게감지센서가 설치될 수 있는 위치를 나타낸 것이다.
상기 무게감지센서는 음식물 쓰레기의 하중을 측정할 수 있는 교반조의 외부면의 하부라면 제한없이 설치될 수 있으며, 무선 또는 유선의 로드셀의 형태로 설치되어 교반조의 하부에 가해지는 하중을 측정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 음식물 처리기에 포함되는 배출장치(25)를 나타낸 것이다.
본 발명의 음식물 처리기에 포함되는 배출장치(25)는 배출구(25a); 회전을 발생시키는 이송용 모터(25b); 상기 교반된 음식물 쓰레기를 이송하는 이송 스크류(25c); 및 배출 제어부(18)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 이송 스크류(25c) 가동 시 회전 rpm은 15~30rpm, 더욱 바람직하게는 20~25rpm으로 조절되는 것이 바람직하다.
만약 rpm이 15미만일 경우, 교반되는 음식물 쓰레기의 양에 비하여 배출이 원활하지 못해 교반조의 하부에 축적되는 문제가 발생할 수 있고, 30rpm 보다 빠르게 회전될 경우, 가동 시간 대비 배출량의 효율이 낮아지고 기기에 과부하가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.
본 발명의 음식물 쓰레기 처리기는 PLC 컨트롤러부를 포함할 수 있는데, 이는 모터(4a, 4b) 및 이송용 모터(25b)의 회전방향, 회전속도, 최대한계 전류값 또는 작동 여부 등을 조절할 수 있다.
상기 PLC 컨트롤러부에는 디스플레이 패널이 구비되어 있고, 디스플레이 패널의 터치입력을 통한 터치 입력신호를 이용하여 모터(4a, 4b) 또는 이송용 모터(25b)의 동작 또는 정지를 개별적으로 제어할 수 있다.
따라서, 상기 이송 스크류(25c)는 상기 제어 결정부(12)는 작성된 제어정보에 의해 자동으로 회전 구동되거나, 상기 PLC 컨트롤러부에서의 터치 입력신호에 의해 수동으로 회전 구동될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1. 가로길이(교반축이 연장되는 방향) 1524mm, 세로 길이(교반축의 수직방향) 1310mm, 높이 700mm의 직육면체 형태의 교반조를 준비하였다.
2. 상기 교반조의 세로 길이 방향에서의 각각의 내측벽면으로부터 325mm씩 간격을 두어 가로길이 방향으로 연장되는 교반축을 2개 설치하여, 교반축 중심간에 660mm의 간격을 두었다.
3. 2개 중 하나의 교반축에 각각 교반축의 수직방향으로 연장되는 임펠러 및 상기 연장된 임펠러 말단에 부착되는 블레이드를 포함하는 교반 날개를 설치하였다.
4. 상기 임펠러는 정회전 방향으로 바깥곡면날 (곡률반경 305mm), 역회전 방향으로 안쪽곡면날 (곡률반경 262mm)을 가지도록 장착되며, 상기 블레이드는 정회전 방향으로 삼각날, 역회전 방향으로 원호날 (곡률반경 171mm)을 가지도록 설계되었다.
5. 상기 임펠러와 블레이드를 포함하는 교반날개의 전체 길이는 315mm이고, 블레이드의 폭은 180mm로 설계되었다.
6. 한편, 각 교반체 내에서 상기 인접한 임펠러간의 사이는 207mm 만큼 떨어지고, 음식물 처리기 측면벽면과 인접한 임펠러간의 사이는 117mm 만큼 떨어지도록 설계되었다.
7. 교반날개는 총 6개를 설치하였으며 각 교반날개의 배치는 하기와 같이 배치하여 제1 교반체를 설계하였다.
2번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 180˚ 회전
3번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 60˚ 회전
4번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 240˚ 회전
5번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 120˚ 회전
6번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 300˚ 회전
8. 상기 3~7의 과정을 통해 제2 교반체를 설계하되, 제2 교반체의 1번 날개의 각도를 제1 교반체의 1번 날개 각도 대비 180˚ 회전시켜 설계하였다.
9. 상기 설계된 음식물 처리기의 제1 교반체 및 제2 교반체를 같은 방향으로 4 rpm의 속도로 40℃에서 6시간 동안 정회전 시켜 음식물 쓰레기를 교반시켰다.
10. 상기 설계된 음식물 처리기의 제1 교반체를 정회전 방향으로, 제2 교반체를 역회전 방향으로 4 rpm의 속도로 40℃에서 6시간 동안 구동하였고, 정회전 : 역회전 비율이 7 : 1 이 되도록 음식물 쓰레기를 교반시켰다.
11. 상기 설계된 음식물 처리기의 제1 교반체를 역회전 방향으로, 제2 교반체를 정회전 방향으로 4 rpm의 속도로 40℃에서 6시간 동안 구동하였고, 정회전 : 역회전 비율이 7 : 1 이 되도록 음식물 쓰레기를 교반시켰다.
12. 상기 설계된 음식물 처리기의 제1 교반체 및 제2 교반체를 같은 방향으로 4 rpm의 속도로 40℃에서 6시간 동안 역회전시켜 음식물 쓰레기를 교반시켰다.
상기와 같이 음식물 처리기를 설계하여 운행시킬 경우 100kg 처리 용량 기계에 1일 최대 150kg의 음식물 쓰레기를 6개월 동안 연속해서 투입하여 운전시켜도 기기 파손율이 나타나지 않았으며, 음식물 쓰레기의 처리 효율이 97% 이상으로 나타났다. 아울러, 음식물 쓰레기 투입 후 1시간 이내에 모터가 정지하는 경우도 나타나지 않았다.
<비교예 1>
1. 가로길이(교반축이 연장되는 방향) 1524mm, 세로 길이(교반축의 수직방향) 1050mm, 높이 1203mm의 직육면체 형태의 교반조를 준비하였다.
2. 상기 교반조에 상기 가로길이에 맞게 교반축을 1개 설치하였다.
3. 교반축에 교반축의 수직방향으로 연장되는 임펠러 및 상기 연장된 임펠러 말단에 부착되는 블레이드를 포함하는 교반 날개를 설치하였다.
4. 상기 임펠러는 정회전 방향으로 바깥곡면날 (곡률반경 305mm), 역회전 방향으로 안쪽곡면날 (곡률반경 235mm)을 가지도록 장착되며, 상기 블레이드는 정회전 방향으로 삼각날, 역회전 방향으로 원호날 (곡률반경 171mm)을 가지도록 설계되었다.
5. 상기 임펠러와 블레이드를 포함하는 교반날개의 전체 길이는 454mm이고, 블레이드의 폭은 222mm로 설계되었다.
6. 한편, 각 교반체 내에서 상기 인접한 임펠러간의 사이는 207mm 만큼 떨어지고, 음식물 처리기 측면벽면과 인접한 임펠러간의 사이는 117mm 만큼 떨어지도록 설계되었다.
7. 교반날개는 총 6개를 설치하였으며 각 교반날개의 배치는 하기와 같이 배치하여 제1 교반체를 설계하였다.
2번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 180˚ 회전
3번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 60˚ 회전
4번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 240˚ 회전
5번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 120˚ 회전
6번 교반날개의 각도 : 1번 교반날개 기준으로 300˚ 회전
8. 상기 설계된 음식물 처리기의 제1 교반체 및 제2 교반체를 같은 방향으로 4.5 rpm의 속도로 40℃에서 24시간 동안 정회전 시켜 음식물 쓰레기를 교반시켰다.
상기와 같은 음식물 처리기의 경우 1일 최대 150kg의 음식물 쓰레기를 투입할 경우, 5일 이내에 27%의 파손율을 나타냈으며, 파손 전 24시간 이내의 음식물 쓰레기의 처리 효율이 87%로 나타났다. 아울러, 100회 운전시에, 35회 이상의 빈도로 음식물 쓰레기 투입 후 1시간 이내에 모터가 정지하는 현상이 나타났다.
하기의 [표 1]은 실시예 1 및 비교예 1의 파손율, 모터 정지 빈도, 음식물 쓰레기 처리효율을 나타낸 것이다.
파손율
(운전 후 5일 경과시)		 모터 정지 빈도(운전 후 1hr 이내) 음식물 쓰레기 처리 효율
실시예1 0% 0회 97%
비교예1 27% 35회 87%
상기 실시예를 통해서, 알 수 있듯이 본 발명의 특수한 구조를 가진 교반날개를 활용하면서, 두 개의 교반체를 사용하여 처리할 경우 기기의 파손율이 급감하는 것을 알 수 있으며, 모터의 정지율 또한 감소하여 안정적인 운전이 가능하다는 것을 알 수 있다. 아울러, 교반 효율 또한 향상되어 전체적인 음식물 쓰레기의 처리 효율 또한 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
1: 음식물 쓰레기 처리기
2: 제1 교반체
3: 제2 교반체
2a, 3a: 교반축
2b, 3b: 임펠러
2c, 3c: 블레이드
4a, 4b: 모터
5a, 5b: 체인
6a, 6b: 베어링 하우징
7a, 7b: 연결 플랜지
8: 음식물 처리기의 내측벽면
9: 블레이드 센서부
S20, S30: 하중을 감지하는 센서
10: 압력 산출부
11: 하중 저장부
12: 제어 결정부
13: 회전제어부
14: 모터 가동부
15: 무게감지 센서부
16: 무게 산출부
17: 무게 저장부
18: 배출 제어부
19: 배출장치 가동부
20: 전류 검출부
21: A/D 컨버터
22: 기준값 저장부
23: 사용자 입력부
24: 모터 제어부
25: 배출장치
25a: 배출구
25b: 이송용 모터
25c: 이송 스크류

Claims (7)

  1. 회전을 발생시키는 모터;
    상기 모터에 따라 회전하는 제1 교반체 및 제2 교반체; 및
    음식물 쓰레기의 무게를 측정하는 무게감지센서를 포함하고,
    상기 제1 교반체 및 상기 제2 교반체는 각각 상기 모터의 회전에 따라 정회전 또는 역회전 방향으로 회전하는 교반축; 상기 교반축에 부착되어 교반축의 수직방향으로 연장되고 곡면날을 가지는 임펠러; 및 상기 연장된 임펠러 말단에 부착되는 블레이드를 포함하며,
    상기 제1 교반체 및 제2 교반체는 각각 독립적으로 정회전 방향 및/또는 역회전 방향으로 회전 구동되는 음식물 처리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 교반체 및 제2 교반체가 각각 독립적으로 회전 구동될 때 정회전 횟수 : 역회전 횟수가 2:1~20:1인 범위에서 구동되는 음식물 처리기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 교반체의 교반축 중심과 제2 교반체의 교반축 중심간의 거리:상기 교반축의 길이의 비가 1:1.5~1:5인 음식물 처리기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 교반체 및 제2 교반체의 블레이드의 최대 회전 반경을 R이라고 할 때, 블레이드 말단과 음식물 처리기의 내측벽면 거리는 0.01R~0.1R인 음식물 처리기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교반축은 1~10rpm으로 회전되는 음식물 처리기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 음식물 쓰레기의 부하에 상응하여 모터제어부에 인가된 전류값에 따라 동작이 제어되는 음식물 처리기.
  7. 제1항에 있어서,
    배출구; 회전을 발생시키는 이송용 모터; 상기 교반된 음식물 쓰레기를 이송하는 이송 스크류; 및 배출 제어부를 포함하는 배출장치를 더 포함하는 음식물 처리기.
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