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2022년 6월 17일 (금) 01:21 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
일회용 컵에 담긴 내용물을 자동으로 처리해주는 쓰레기통
(Trash bin which automatically removes the contents of disposable cups)
과제 팀명
묵직
지도교수
홍완식 교수님
개발기간
2022년 3월 ~ 2022년 6월
구성원 소개
서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450015 박연수(조장)
서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450003 김건호
서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450009 김재윤
서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450029 이창건
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
최근 takeout 일회용컵 사용량이 폭발적으로 증가함에 따라 공공장소에 구비된 쓰레기통에 음료가 담긴 채로 무분별하게 버려지고 있다. 음료가 담긴 채로 쓰레기통에 버려져 악취가 발생하는 문제를 해결하기 위해 음료를 따로 배출할 수 있는 음료 배출함이 따로 구비된 쓰레기통이 설치되었다. 하지만 기존 음료 배출함의 깔때기가 외부로 노출되어 있어 여전히 악취 발생의 문제를 해결하지 못한다. 이를 해결할 수 있는 방안으로 물을 사용하여 음료배출함의 깔때기를 세척하는 방식이 있으나 여전히 외부에 노출되어있을 뿐 아니라 지속적인 자원이 낭비된다.
따라서 폐기하는 부분을 음료 수거함 내부에 위치시킴으로써 기존에 문제가 되던 악취와 미관 저해 문제를 해결하고자 한다. 또한, 사람들이 음료를 직접 배출하여 버리는 것에 번거로움을 느끼지 않도록 컵을 지정된 위치에 올려놓고 작동버튼을 누르면 자동으로 레일을 통해 음료 용기를 내부로 들여 뚜껑을 제거하고 컵을 뒤집는 방식으로 내용물을 처리한다. 소형격자 필터에 의해 이물질이 걸러지며, 빈 용기와 뚜껑은 빗면을 가진 대형격자 필터에 의해 측면에 설치된 쓰레기통으로 이동한다.
개발 과제의 배경
-일반적인 재활용 쓰레기 수거함
길거리, 공원, 지하철 등에 구비된 분리수거함은 직육면체 혹은 원통형 틀에 비닐을 덮은 구조를 가진다. 비닐 내부의 쓰레기가 다 차게 되면 공공장소에 배치된 관리자 및 환경미화원에 의해 비워지고 새로운 비닐을 씌워 관리한다. 또한 이러한 수거함은 캔, 플라스틱, 유리, 일반쓰레기와 같이 분류되어 수거 공간이 존재한다. 이러한 수거함은 잔여물이 있는 테이크아웃 컵 처리가 어렵다. 따라서 컵 사용자가 잔여물을 비우지 않은 일회용 컵을 쓰레기통 내부 혹은 주변에 배출하여 여러 환경적 문제를 야기한다.
-음료배출구가 구비된 재활용 쓰레기 수거함
음료 잔여물을 폐기할 수 있는 배출구가 구비된 수거이다. 사용자가 마시고 있던 테이크아웃 컵에 잔여 음료가 있거나 혹은 얼음이 있는 경우 배출구를 통해 모든 내용물을 폐기한 후 재활용 수거함에 폐기하는 방식이다. 일반적으로 일반쓰레기, 플라스틱, 종이와 같이 구분된 수거함이 동시에 구비되어 있다. 각각의 수거함은 직육면체 혹은 원통형 틀에 비닐을 덮은 구조를 갖는다. 이 또한 공공장소에 배치된 관리자에 의해 가득 채워진 비닐은 수거되며 새로운 비닐을 씌운다. 이러한 방식은 사용자가 굳이 화장실을 찾아 가지 않고 그 자리에서 음료를 폐기할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 깔때기형의 배출구가 외부에 노출되어 있기 때문에 여러 사람이 사용한 뒤 시간이 지나면 악취 발생 등 위생적인 문제가 있다. 또한 사용자가 직접 뚜껑 제거 및 음료배출을 해야 하므로 손을 더럽히고 싶지 않은 사용자들은 내용물 배출을 하지 않고 그대로 수거함에 컵을 폐기하는 경우가 비일비재하다.
-컵의 내부 세척기가 장착된 일회용 컵 배출기
일회용 컵 배출을 용이성을 위해 음료 잔여물함, 뚜껑 및 빨대 등의 폐기부, 컵 세척부, 컵 수거부로 구성된다. 일반쓰레기 및 종이, 플라스틱과 같은 다른 수거함이 동시에 존재하는 것은 아니며 플라스틱 일회용 컵의 배출만이 가능하다. 잔여물함은 내부의 용량이 얼마나 채워졌는지 표시해주는 전자부를 포함하고 있다. 뚜껑 및 빨대 등의 폐기부는 사용자가 직접 분리하여 배출하는 방식이다. 이후 내용물이 비워진 컵을 아래로 향하게 하여 노즐로부터 나오는 물을 이용해 컵을 세척한 뒤 배출한다. 원통형 투입구를 이용해 컵의 적층을 유도하고자 함은 아니며, 일반 폐기함과 마찬가지로 내부에 비닐이 구비되어 내부에 무작위로 담아내는 방식이다. 이렇게 세척까지 마친 컵을 원통형 구조의 배출함에 투입하여 페기한다. 세척까지 마친 깨끗한 컵을 폐기할 수 있어 환경적으로 매우 유익하다. 하지만 사용자가 직접 뚜겅 분리 및 내용물 배출을 해야 한다. 또한 규모가 너무 크며 소비전력이 약 460W 정도로 크기 때문에 공공장소 배치에는 적합하지 않다.
일회용품 사용의 증가와 함께 공공장소에서 여물을 비우지 않은 일회용 컵의 배출이 증가로 인해 여러 환경적 문제가 야기되면서 일회용품 사용의 증가와 함께 공공장소에서 잔여물을 비우지 않은 일회용 컵 배출의 증가로 인해 여러 환경적 문제가 제기되어 왔다. 음료가 비워지지 않은 채로 폐기가 된다면 폐기 용기를 담게 되는 수거함마저 오염이 심각하며 재활용 가능한 상태의 1회용컵을 얻기가 쉽지 않다. 또한 사람들이 길거리에 음료를 남긴 채로 아무데나 투기함으로써 번화가의 길거리나 지하철역 등 여러 공공장소의 미관을 해치기도 한다. 또한 재활용의 환경적 문제가 세계적으로 제기되며 1회용품의 올바른 배출에 대한 중요성이 강조되었다. 이에 발맞추어 공공장소에 배치되는 수거함에도 폐음료를 수거할 수 있는 음료배출구를 구비하기 시작하였다. 또한 컵의 세척까지 완료한 1회용 컵을 배출하기 위해 서울산업진흥원, 부산은행본점 등에는 컵 척기가 구비된 일회용 컵 수거함까지 시범적으로 사용되고 있다. 음료깔때기는 외부에 크게 노출된 음료배출구로부터 악취가 날 수 있으며, 해당 구멍으로 일반쓰레기 등이 투입되는 경우가 있다. 하지만 이 방식 모두 사용자가 직접 뚜껑을 제거하고 음료를 배출하여야 한다. 따라서 음료배출구를 수거함 내부로 내장시키며, 1회용컵을 투입하면 자동으로 뚜껑을 제거하고 음료를 배출해 줄 수 있는 수거함을 개발하고자 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
-개발목표
기존 음료 수거함의 깔때기는 외부에 노출되어 있어 쉽게 오염되며 위생의 문제가 존재한다. 이를 해결할 수 있는 방안으로 물을 사용하여 세척하거나 뚜껑을 구비할 수 있지만 여전히 외부에 노출되어 있으며 지속적인 자원이 낭비된다. 따라서 폐기하는 부분을 음료 수거함 내부에 위치시킴으로써 기존에 문제가 되었던 위생을 해결하고자 하였다. 또한, 사람들이 음료를 직접 버리는 것에 대한 번거로움을 느끼지 않도록 컵을 지정된 위치에 올려놓으면 자동으로 음료컵의 뚜껑을 제거 후, 내용물을 처리하고 빈 컵을 배출하는 방식으로 이를 해결하고자 한다.
개발내용
1. 공공장소에서 테이크아웃을 위한 일회용 잔 페기를 위한 장치이다. 테이크아웃 잔은 플라스틱을 주로 사용하므로 컵을 투입하는 구멍이 존재한다. 또한 테이크아웃 잔의 내용물을 담을 수 있는 폐수통도 설치된다.
2. 컵을 투입하고 작동버튼을 누르면 15cm정도 아래까지 컵을 내릴 수 있는 캐터필러와 같은 동력 장치를 구비한다. 테이크 아웃용으로 사용되고 있는 가장 작은 사이즈의 컵이 7~8cm정도이며, 가장 큰 사이즈는 약 16cm가 주류를 이르고 있으므로 컵홀더 삼면의 높이를 10.5cm, 나머지 한 면의 높이를 6.5cm로 설정한다.
3. 컵 홀더에는 모터와 레일이 달려 컵을 일정 부분 찌그러트린다. 이를 통해 뚜껑의 제거를 용이하게 만드는 동시에 컵의 음료를 배출할 때 컵이 아래로 떨어지지 않게 고정한다.
4. 이후 컵을 하단으로 내리면서 뚜껑을 제거할 수 있는 스프링이 내장된 막대를 구비한다.
5. 스프링이 내장된 막대의 끝부분은 갈고리 모양으로, 이는 뚜껑을 효과적으로 제거하는 용도로 사용된다.
6. 음료가 배출된 후, 컵의 고정 장치가 풀리며 남아있는 빈 용기를 발명품 내부에 위치한 쓰레기통으로 보내는 장치를 구비한다.
7. 장치의 아랫부분에는 2중 필터가 내장되어 있어, 컵에 섞인 이물질과 얼음을 차례로 필터링한다
관련 기술의 현황
◇일회용 컵 분리 배출 장치 (등록번호:10-2012-0066885, 등록일자:2012년06월25일)
ㅇ특징 - 각기 다른 재질과 규격으로 이루어진 컵을 분리 수거하기 위해서 다수의 수거함을 포함하는 배출부를 가짐. - 자동으로 각각의 컵의 구성물을 자동으호 분리해줄 수 있는 기구부 - 기구부의 경우 컵 본체를 고정시키는 컵홀더부와 컵으로부터 음료를 배출시킬 수 있는 그립퍼부로 나뉨 - 컨베이어 벨트, XZ스테이지와 다수의 센서를 활용하여 인식이 완료되면 컨베이어 벨트 사이 구멍에 삽입을 시키는 방식. - 센서는 포토 센서와 투과형 포토센서를 사용함
ㅇ한계점 - 수많은 모터와 센서, 복잡한 알고리즘이 필요함 - 총 20단계의 알고리즘이 필요 - 모터의 경우 2개의 리니어 모터가 들어가며 컨베이어 벨트가 들어가기에 공간 차지가 매우 큼 - 컨베이어 밸트에 음료가 흘러들어갈 경우 끈적거림으로 인해 고장의 가능성이 큼
◇일회용 컵 분리배출 장치 (등록번호:10-1820342, 등록일자:2018년01월15일)
ㅇ특징 - 컵뚜껑을 분리가 가능하도록 하며 재질별 분리가 가능하도록 함 - 컨베이어 벨트를 활용하고 그 아래에 컵 그립퍼를 장착함 - 뚜껑 분리장치는 상기 컵의 직경보다 좁은 폭으로 양측에 대향 설치되어 롤러를 이용함
ㅇ한계점 - 복잡한 기계장치가 정확히 맞물려서 작동하는 것이 중요함. 만약 약간의 오차가 발생한다면 컵 내용물이 복잡한 기계장치로 흘러들어가 고장의 우려가 큼 - 다양한 센서들이 들어가야하며 분리수거장치에 들어가는 비용이 큼
◇일회용컵 분리수거장치 (등록번호:10-1983064, 등록일자:2019년05월22일)
ㅇ특징 - 동력을 사용하지 않고 컵의 뚜껑보다 작은 규격의 구멍을 이용하여 사용자가 직접 누르면 뚜껑이 분리되도록 설계 - 사용자가 발판을 밟으면 회전축이 돌아가도록 설계하여 컵을 아래로 떨어뜨림 - 아래에는 빗면이 내장된 필터가 있어서 내용물을 버려지고 빗면을 따라 내려가며 컵들은 컵수거부로 자동으로 적층 되도록 함
ㅇ한계점 -한 가지 규격의 컵만이 가능: 다양한 일회용컵에 대한 폐기가 불가능 -사실상 사용자가 직접 뚜껑을 제거하는 방식: 기존 깔때기 방식도 사용자의 조작 필요 -실질적으로 컵을 겹겹이 쌓기 위한 메커니즘이 재현성이 거의 없어 보임 -이외의 이물질에 대한 분리 방법이 없음
◇음료 전용 수거함 및 이를 포함하는 재활용 쓰레기 분리 수거함 (등록번호: 10-2348790, 등록일자: 2022년01월04일)
ㅇ특징 - 음료 전용 수거함을 따로 가지고 있고 악취를 방지가 가능함 - 청소를 용이하게 할 수 있도록 필터를 설치하였고 음료 수거함에는 바퀴를 설치 - 깔때기를 이용
ㅇ한계점 - 음료 배출구가 외부로 노출되어있는 형태로 해당 부분에서 악취 발생 및 위생 문제 발생 - 또한 깔때기 부분이 구멍이 있기에 외부와 완전한 차단이 불가능
-QFD
-SWOT
1. S-O전략 -자동화 시스템 도입을 통한 편의성 증가로, 기존 음료배출쓰레기통의 활용 효과가 미미한점을 개선한다 -내부 음료배출구를 이용하여 쓰레기통 주위의 일회용컵과 음료로 인한 위생 및 미관 저해 를 해결한다
2. S-T전략 -내부 장치를 최소화하여 핵심 기능만 수행하게 하여 복잡하지만 성능이 좋은 기존 장치와 차별성은 둔다.
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 기존의 음료수 배출이 가능한 쓰레기통과 비교하여 음료를 버리는 부분이 쓰레기통 내부에 위치하여 쓰레기통의 위생성이 증가되고 악취가 나지 않음.
◇ 뚜껑 제거부 내부에 스프링 및 선형 베어링 구조를 도입하여 뚜껑을 제거하기 때문에 컵의 크기에 상관없이 컵의 배출이 가능하다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 대부분의 사람들이 테이크 아웃잔의 내용물을 제거하지 않고 그냥 버리는 경우가 많다. 그렇게 되면 해당 쓰레기통의 내용물로 인해 악취가 나며 추후 쓰레기 관리가 힘들다. 하지만 본 발명품의 경우에는 자동으로 내용물을 내부에서 제거해주기 때문에 언급한 문제의 개선이 가능함.
◇ 컵 내부의 액체를 자동으로 처리해주기 때문에 사람들의 편의성을 높일 수 있고, 쓰레기통 주변의 미관 저해를 방지할 수 있다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
