KR100430747B1 - 초음파 세탁기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 에너지의 특성인자를 적절하게 이용함으로서 초음파 공동현상(超音波 空洞現像, ultrasonic cavitation)을 극대화시켜 세탁물의 섬유조직의 손상이나 세탁물끼리의 엉킴 또는 다량의 세탁제 사용에 의한 수질환경오염을 최소화하면서 각종 의류와 기타 섬유제품을 세탁, 표백 및 살균할 수 있는 초음파를 이용한 세탁기에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통상의 초음파 발생부(4)와 상기 초음파 발생부에서 출력된 고주파 출력전원을 전달하는 로터리 커넥터(Rotary Connector) 방식의 슬립링(Slip Ring)(16)을 갖는 중공축(15), 세탁조(50) 내부로 초음파 에너지를 발진하는 다수의 초음파 발진부(5a)(5b)(5c)(5d)(5e)(5f), 상기 초음파 발진부가 삽입·배치되는 배전판(30), 방수판(35), 써큘레이션(Circulation) 방지판(37) 및 초음파 공동현상을 극대화하기 위한 반사판(39)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 세탁기{A washing machine in using ultrasonic wave}

본 발명은 본 출원인이 기 출원, 등록한 국내특허등록 제 110354호의 "액체 연료의 초음파 무화기" 에서 제공한 초음파 에너지의 특성인자들의 원리를 각종 의류나 기타 섬유제품 등의 세탁에 이용할 수 있도록 하기 위한 초음파를 이용한 세탁기에 관한 것으로, 본 발명에 이용되는 초음파 에너지의 특성인자들에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

음의 방사압(放射壓, acoustic radiation pressure)이란 음의 강도가 어느 임계값(큰 진폭)을 넘으면 초음파 진동과 동시에 매질 자체도 이동(진동)하는 현상으로, 이것을 각종 의류나 기타 섬유제품의 세탁에 이용하면 섬유조직 내에 개재하거나 흡착되어 있던 이물질이나 얼룩 및 미생물의 탈락이 촉진된다.

음의 직진류(直進流, straight jet)란 초음파 진동이 생길 때 앞으로 진행하는 액체의 흐름으로 이것에 의해 이것에 의해 초음파 세정(洗淨), 분산(分散) 등 여러가지 반응이 촉진된다.

정재파(定在波, 또는 定常波, standing wave)란 도 2와 같이 평면 음파가 넓은 평면 벽의 경계에 직각으로 입사하였을 때 입사파(入射波)와 반사파(反射波)가겹쳐져 진행하지 않는 음파로, 만일 주파수가 겹쳐 공진(共振, resonance)이 발생하게 되면 진폭이 최대가 되지만 반대로 진폭이 0이 될 때는 압력이 최대가 되는데, 이 작용으로 초음파가 강하게 작용하는 부위에 있는 이물질이나 얼룩 및 미생물의 세포조직이 파괴된다.

초음파의 지향성(指向性, directivity)이란 주파수의 고저에 따라 음이 일정 방향으로 강하게 방사되는 성질로서, 주파수가 크고 높은 음은 진동면의 정면 방향에만 집중방사(集中放射)되고, 주파수가 작고 낮은 음은 정면뿐만 아니라 횡방향으로도 방사된다. 주파수가 높을수록 지향성은 날카로워지며, 음원의 크기가 다를 때에는 도 3과 같이 음원의 직경 D나 파장λ와의 비가 클수록 지향성이 예리하게 나타나게 되는데, 이 때 그 범위 내에서 개재하는 이물질이나 얼룩 및 미생물의 세포조직이 파괴된다.

초음파 공동현상(超音波 空洞現像, ultrasonic cavitation)이란 매질 입자(媒質 粒子)에 매우 큰 가속도를 줄 수 있는 초음파를 가하면, 액체 중에 용존(溶存)하고 있는 공기 분자(cavitation nuclei, 기포 핵)가 집합(集合), 성장(成長), 발달(發達)에서부터 압괴(押塊)에까지 이르는 현상을 말한다.

액체는 그 종류, 온도 및 압력에 따라 다소 차이는 있으나 기체를 용존하고 있으므로 초음파를 가하면 원자나 분자 크기에 비례하는 크기의 공동(cavity) 또는 기포(air bubble)가 성장하고, 그 때 시작하는 최소의 종자(種子)를 공동현상 핵(cavitation nuclei, 기포 핵)이라고 부른다. 이와 같은 공동현상 분열(cavitation burst)은 도 4의 (A)와 같이 점 또는 구형 음원(球形 音源)의 경우에는 초음파에 의한 매질이 팽창과 압축이 반복되면서 소밀파(疏密波)가 생기게 되고, 이것을 도 4의 (B)에서와 같이 음압 P와 시간 t의 관계로 나타내면 정압P ₀ (보통 1기압이다)를 중심으로 음압의 증감(增減)이 일어난다.

도 4의 (A)는 초음파의 출력(음압 진폭, 音壓 振幅)이 작은 경우로서, 과압(過壓)과 부압(負壓)의 크기 차이가 작게 나타나나, 도 4의 (B)는 출력이 큰 경우로서, 과압과 부압의 크기 차이가 매우 크게 나타난다. 이 부압의 크기에 따라 액체가 끌어 당겨지게 되고, 액체 중의 기포 핵이나 액존(液存) 공기 분자가 집합하거나 생장(生長)함에 따라 공동(空洞, 기포)은 2의 상태가 된다. 이후 기포는 더욱이 발달하여 3에서 최대가 된 후 차츰 압축되어 4에서 공동소멸(空洞消滅) 또는 소공동(小空洞, 기포)인 상태에서 단열압축(순간적인 현상이기 때문에, 근사적으로 단열(斷熱)만 한다)되어 5에서 보는 바와 같이 고온고압의 미소 기포(微少 氣泡)가 되고, 6에서 파괴되어 분자 형태로 미세하게 분열된다.

파괴가 일어나는 순간에는 기포에 수백 ℃의 고온과 수십 ㎏/㎠ 압력의 충격파(衝擊波)가 발생하게 되는데, 이러한 작용에 의해 액체 내에 격렬한 잡음이 발생하면서, 액체가 충돌하여 합쳐지거나 파괴되기도 하고, 방사압(放射壓, acoustic radiation pressure)이나 직진류(直進流)가 가해져 액면(液面)이 발달하여 위로 치솟아 올라 유괴(流塊)가 생기면서 고유 주파수의 예리한 분무(噴霧)가 발생하게 되는데, 이 분열 과정은 도 4의 (C)에 나타나 있다. 또한 도 4의 (D)에서와 같이 액면에서 약간 큰 중간 입자로서 파괴된 액적(液滴) a는 그 중의 공동현상 기포(cavitation bubble)의 파괴 b에 의해서 c → d → e 와 같이 미소분무로 재분열(再分裂)되기도 한다.

한편 초음파의 공동현상 효과는 특히 강력 초음파(high-intensity ultrasonics) 응용 분야에서 응집(凝集), 분무(噴霧), 세정(洗淨), 확산속도(擴散速度) 및 반응속도 촉진이나 고분자(高分子)의 핵중합(核重合), 술의 숙성(熟成), 의학 치료나 수술 등에도 유익하게 이용되어 왔다.

본 발명은 이러한 초음파 에너지의 특성인자를 이용한 세탁기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 발진부에서 송출되는 초음파 에너지의 특성인자를 이용해 세탁조 내에 투입된 각종 의류와 기타 섬유제품의 조직 내에 개재 또는 흡착되어 있는 이물질이나 얼룩 및 미생물을 탈락, 파괴시킴으로서 소량의 세탁제만을 투입하여도 충분한 세탁, 표백 및 살균 효과를 얻을 수 있는 초음파를 이용한 세탁기에 관한 것이다.

시중에 출시되어 있는 기존의 세탁기들은 일반적으로 세탁수의 회전이나 낙하와 같은 유동으로부터 생기는 섬유조직과의 마찰을 이용해 섬유조직 내에 침투한 이물질을 탈락시키거나 얼룩을 제거하는 방식을 사용해왔으나 이러한 세탁수와의 마찰에 의한 세탁 방식은 세탁물의 섬유조직의 손상이나 세탁물끼리의 엉킴 또는 다량의 세탁제 사용에 의한 수질환경오염 등을 유발하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명자에 의해기 출원, 등록된 특허 제110354호 '액체 연료의 초음파 무화기'의 원리를 이용하여 초음파 에너지의 특성인자(特性因子)인 방사압(放射壓), 직진류(直進流), 정재파(定在波), 지향성(指向性) 등을 적절하게 이용함으로서 초음파 공동현상(超音波 空洞現像, ultrasonic cavitation)을 극대화시켜 세탁물의 섬유조직의 손상이나 세탁물끼리의 엉킴 또는 다량의 세탁제 사용에 의한 수질환경오염을 최소화하면서 각종 의류와 기타 섬유제품을 세탁, 표백 및 살균할 수 있는 초음파를 이용한 세탁기를 제공하는 데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 통상의 초음파 발생부와 다수의 초음파 발진부, 상기 초음파 발생부에서 출력된 고주파 출력전원을 각 초음파 발진부에 전달하기 위한 로터리 커넥터 방식의 슬립링(Slip Ring)을 갖는 중공축, 상기 초음파 발진부가 삽입·배치되는 배전판, 분리판, 써큘레이션(Circulation) 방지판, 초음파 공동현상을 극대화하기 위한 반사판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

제 1도는 본 발명에 따른 초음파 세탁기의 구성 요소를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도면 2는 초음파 발생 장치와 회전 내통의 전기 회로도이다.

도면 3은 슬립링의 조립도이다.

도면 4는 초음파 진동자와 혼 조립도이다.

도면 5는 배전판과 커넥터, 전극 단면도이다.

도면 6은 방수판 단면도이다.

도면 7은 엉킴 방지판 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 정전압기 2 : 전력 입력 조절기

3 : 초음파 발생장치 4 : 고정된 외통

5 : 회전하는 내통

6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f : 혼 설치 초음파 발진부

16 : 슬립링 30 : 배전판

31a, 31b : 커넥터 32a, 32b, 32c, 32d : 전극

34 : 방수판 36 : 엉킴 방지판

38 : 반사판 50 : 세탁조

본 발명에 이용되는 초음파 에너지 원리는 특성인자(特性因子)인 방사압(放射壓), 직진류(直進流), 정재파(定在波), 지향성(指向性) 등을 적절하게 이용함으로서 초음파 공동 현상(超音波 空洞現像, ultrasonic cavitation)을 극대화시켜 세탁물에 부착된 이물질을 탈락시킴과 동시에 이탈된 이물질에 서식하는 미생물을 멸균시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 고정된 외통과 회전하는 내통으로 이루어진 세탁기로서, 회전하는 내통에 혼이 설치된 초음파 발진부가 장착되어 회전하는 세탁물(洗濯物) 세탁수(洗濯水)에 초음파 에너지를 조사(照射)시켜 세탁력과 멸균 작용을 향상시키는 세탁기에 관한 것이다.

초음파 세탁기는 초음파 발생 장치를 갖추고 있으며, 혼이 설치된 초음파 발진부는 세탁기의 외부에 설치된 초음파 발생 장치를 중공축 중심으로 로터리 커넥터(rotary connector)형 슬립링을 장착하여 전기 회로를 구성하여 세탁기의 회전하는 내통에 설치되어있다. 혼이 설치된 초음파 발진부는 세탁물-세탁수에 초음파 에너지를 조사하여 세탁물을 세탁하는 한편, 초음파 에너지가 세탁물을 투과하여 반대편에서 반사되어 재조사되게 하는 반사판을 두고 있다, 상기 발진부는 초음파 진동자와 혼으로 구성되고, 진동자가 세탁수 등에 전기적 절연 상태가 되도록 고정판과 배전판이 들어있는 내통의 방수판까지 절연실을 두고, 혼은 진동자 선단에 장착되어 세탁수와 닿도록 장착된다.

따라서, 본 세탁기는 세탁물을 세탁수 속에 넣으면 혼이 설치된 초음파 발진부에서 초음파 에너지가 발생하여 세탁물에 조사되는 한편, 세탁수가 회전하므로 세탁물에 붙어있는 각종 오염물이 쉽게 이탈할 수 있게 된다.한편, 세탁물의 종류에 따라 전력 입력을 조절할 수 있어 세척제 등의 남용을 막고, 세탁물이 혼(horn)에 감김, 섬유 조직의 손상을 방지하기 위하여 엉킴(wind) 방지판을 두고, 진동자가 세탁수에 닿지 못하도록 절연실을 두어 전기적 단락·단선 등으로 전기안전사고를 방지하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 세척제 남용, 세탁물의 종류에 따른 세탁조건 설정, 세탁물의 마찰 등으로 인한 섬유 조직의 손상 등을 막고 멸균시키는 세탁기를 제공하는데 있다.

이하, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 세탁기에 대한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

제 1도는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 세탁기를 나타낸 것으로서, 이에 따르면 전원부의 안정된 전원을 정전압기(1)에서 공급받아 세탁물 종류에 따른 초음파 강도를 조절하는 전력 입력 조절기(2)를 거쳐 초음파 발생 장치(3)에서 초음파 에너지를 발생한다.한편, 세탁기의 내통(5)은 모터(11)와 내통에 연결된 중공축(15)이 회전하는 있는 동안 상기 초음파 발생 장치(3)에서 발생한 초음파 에너지가 중공축(15)에 설치된 로터리 커넥터형 슬립링(16)을 통해 회전하는 내통(5) 내의 배전판(30)을 지나 혼이 설치된 초음파 발진부(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f)에서 내통의 세탁조(50)에 투입된 세탁물에 조사하고, 세탁물을 투과한 초음파 에너지는 다시 반대편에 있는 반사판(38)에서 재 반사되어 세탁물에 재조사된다.또한, 초음파 발진부(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f)의 한쪽 선단에 있는 진동자(7)는 세탁수 등에 의한 전기적 단락 ? 단선을 방지하기 위하여 고정판(29)과 배전판(30)이 들어있는 내통(5)의 방수판(34)까지 절연실(9)의 절연유에 잠겨있고, 또 세탁조(50) 속에 있는 세탁물(57)이 초음파 발진부의 혼(8) 선단에 감기는 것을 막기 위하여 엉킴 방지판(36)을 두고 있다.이외, 외통(4), 모터 축 풀리(12), 중공축 풀리(13), V벨트(14), 중공축이 외통에 설치되는 베어링 부(21), 세탁수 입구(51), 세탁수 출구(52), 외통에서 내통으로 들어오는 세탁수 구멍(53), 세탁물 투입구(54), 관찰창(55), 운전 제어기(56)로 구성된다.제 2도는 전기 회로도를 나타낸 것으로, 입력 전원이 정전압기(1)에서 안정화되어 전력 입력 조절기(2)에서 조절되어 초음파 발생 장치(3)에서 초음파를 발생하면 플러그(19)를 거쳐 회전하는 내통(5)이 달린 중공축(15) 끝단에 로터리 커넥터형 슬립링(16)을 두어 중공축이 회전하여도 플러그(19)가 회전하지 않는 고정부(17)와 베어링 부(21a, 21b, 21c, 21d)를 두어 굵은 리드선(20a, 20b)이 감기지 않게 한다.제 3도는 플러그(19)에 공급된 전원이 로터리 커넥터형 슬립링(16) 어셈블리의 고정부(17)와 회전부(18)를 나타낸 조립도를 나타낸다.제 4도는 초음파 발진부(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f)의 초음파 진동자(7)와 혼(8)의 조립된 1 예로서, 혼 선단에서 초음파 에너지가 방사된다.제 5도는 전기 회로 부품인 배전판과 커넥터, 전극 단면도로서, 굵은 리드 선(20a, 20b)으로 전원이 공급되면 커넥터(31a, 31b), 전극(32a, 32b, 32c, 32d)과 가는 리드 선(33a, 33b)을 거쳐 혼이 설치된 초음파 발진부(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f)로 공급되어 초음파 에너지를 방사하게 하는 배전판(30)이다.제 6도는 방수판 단면도로서, 세탁조(50)의 물이 초음파 발진부로 침수되는 것을 방지하는 방수판(34)에 혼 설치부(35)이다.제 7도는 엉킴(wind) 방지판 단면도로서, 초음파 발진부의 선단에 있는 혼(8)에서 초음파 에너지가 방사하면 세탁조(50) 속에 있는 세탁물이 이동하면서 혼(8)에 감기는 것을 방지하는 엉킴 방지판(36)과 혼 토출 구멍(37)이다.이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 세탁기에 의하면 세탁물의 종류에 따라 초음파 강도를 조절함으로서, 세척제의 남용 등을 막으면서 세탁 효율을 증대시키는 것이다. 또한, 엉킴 방지판을 설치함으로서, 세탁물의 엉클어짐, 감김, 섬유 조직 손상 등을 방지한다.

상기한 본 발명에 의해 구성된 초음파를 이용한 세탁기는 초음파 발진부(5a)(5b)(5c)(5d)(5e)에서 송출되는 초음파 에너지의 특성인자를 이용해 세탁조(50) 내에 투입된 각종 의류와 기타 섬유제품의 조직 내에 개재 또는 흡착되어 있는 이물질이나 얼룩 및 미생물을 탈락, 파괴시키므로 소량의 세탁제만을 투입하여도 충분한 세탁, 표백 및 살균 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 섬유조직의 손상이나 세탁물끼리의 엉킴 현상 및 수질환경오염도 현저하게 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다.

Claims (1)

1. 일정한 전압을 유지하기 위한 정전압기, 세탁물의 종류에 따라 출력을 조절할 수 있는 전력 입력 조절기를 가진 전원 장치와;

   증폭 회로와 정합 회로를 가진 초음파 발생 장치와;

   전원 장치에서 초음파 발진부까지 전기 회로로 로터리 커넥터(rotary connector)형 슬립링과;

   회전하는 내통의 절연실의 절연유 속에 잠겨 전기적으로 절연되는 커넥터, 전극, 초음파 진동자, 초음파 혼을 가진 초음파 발진부와;

   반사판과 엉김 방지판을 가진 세탁조와 고정된 외통으로 구성되어 멸균 작용과 세탁 작용을 하는초음파 세탁기.