KR101068807B1 - 수질측정센서용 초음파세정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서와 초음파발진부를 일렬배열로 결합하여 측정방식에 따라 구분되는 침적형, 삽입형, 유통형 측정방식에 범용적으로 사용가능하며 초음파의 난반사를 통해 음파의 집중을 방지하는 동시에 측정부의 파손을 예방하며 세정이 균일하게 되도록 하는 수질측정센서용 초음파세정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수질의 여러 특성을 측정하는 수질측정센서와, 세정블럭의 하부면을 통해 내부에 초음파발진부를 설치하고, 상기 수질측정센서를 세정블럭의 상부에 체결하여 초음파발진부와 일렬배열로 배치하며, 수중에서는 접점되고 수중 밖에서는 접점이 해제되는 리드스위치의 동작으로 진동자의 작동을 자동으로 전환하며, 초음파발진시 작동램프가 빛을 발산하여 수중 밖에서 쉽게 작동 여부를 확인 가능하고, 상기 정전력회로와 다주파회로에 의해 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이에 따라 진동자의 공진주파수 및 임피던스의 변화를 방지 및 초음파 출력을 일정하게 유지하며, 상기 진동자의 발진으로 수중에 고온고압의 기포 발생 및 음파 파동을 발생시켜 측정부에 이물질의 흡착방지 및 흡착된 이물질을 마이크로 열작용, 화학반응, 분산작용, 기포 폭발작용으로 제거하도록 구성하여; 수질측정세서를 초음파발진부가 결합된 세정블럭에 일렬 배열로 결합하여 장시간 진동으로 인한 측정부와 진동자의 위치변화가 발생되지 않는 효과가 있다.

Description

수질측정센서용 초음파세정기{The Ultrasonic Cleaner For Use Water Quailty Sensor}

본 발명은 수질측정센서용 초음파세정기에 관한 것으로, 특히 센서와 초음파발진부를 일렬배열로 결합하여 측정방식에 따라 구분되는 침적형, 삽입형, 유통형 측정방식에 범용적으로 사용가능하며 초음파의 난반사를 통해 음파의 집중을 방지하는 동시에 측정부의 파손을 예방하며 세정이 균일하게 되도록 하는 수질측정센서용 초음파세정기에 관한 것이다.

일반적으로, 초음파란 사람의 귀에 들리지 않는 주파수를 말하며, 통상 18kHz나 그 이상의 주파 수를 가진 음파이나 엄격하게 규정하기에는 어렵고, 다양한 산업기술에 적용되고 있다.

이러한, 초음파를 이용한 방법은 통신적 응용과 동력적 응용으로 구분할 수 있다. 산업에 적용되는 통신적 응용은 매질속에서의 초음파라는 파동의 전파를 이용하여 어떤 유의 정보를 얻기 위한 응용으로서, 금속탐지기와 농도계, 점도계, 유속계, 어군탐지기, 초음파진단기, 후도계, 초음파 센서 등이 이에 속한다.

그리고, 동력적 응용은 초음파를 에너지원으로서 이용하여 물질이나 물체에 어떤 변화를 주기 위한 응용으로, 초음파가공이나 초음파용접을 비롯하여 초음파세정, 초음파 트리밍, 초음파분산, 유화, 응집, 초음파주조, 초음파 반응촉진 등과 초음파 용착기, 세척기, 가공기 등이 이에 속한다.

예를들면, 초음파 용착기의 원리는 60Hz의 일반전원을 15kHz이상의 주파수로 변조하여 진동자에 전기적에너지를 공급하면 피에조 세라믹에 의해 1초에 15000번 이상의 상-하 진동의 기계적 에너지로 바뀌는 것을 이용하고 있다.

상기와 같은 초음파를 이용하는 초음파 세척이란 것은 초음파의 특수한 에너지를 동력으로 이용한 것으로 이 에너지는 대단히 크며 액체 중에 초음파를 조사하면 수를 헤아릴 수 없는 미세한 공동이 발생 후 소멸하는 현상이 초당 25,000~30,000회 정도 발생과 소멸을 반복하세 되는데 초음파 세척은 초음파의 음과 이러한 캐비테이션(Cavitation) 효과를 이용한 것으로 이때 캐비테이션이 중요한 역할을 한다.

이러한, 캐비테이션은 기포의 진동에 따라 아주 적은 교반과 기포의 파괴로 인한 화학적, 열적 작용을 수반되는 작용의 복합 반복으로 세척액 중에서 화학 반응의 촉진과 분산작용이 증가하여 피세척물 주위에 부착되어 있는 이물질을 작은 구멍이나 눈에 보이지 않는 오물까지도 깨끗이 세척할 수 있다.

이와 같은, 캐비테이션에 의해 오염이 제거되는 과정은 캐비테이션 기포가 폭발하여 오염물질 사이에 틈이 만들고 그 틈으로 기포들이 침투하여 폭발함으로써 완전하게 오염물질을 탈착시키게 된다.

그리고, 캐비테이션 현상은 액체내에 강력한 초음파를 조사시 초음파는 압력파가 되어 압 축력(정압)과 팽창력(부압)이 반복적으로 나타나게 된다.

이러한, 부압주기 때에 액중의 미세한 이물질을 중심으로 기포가 발생되고, 이 기포는 다음의 압축 주기 때에 소멸하게 된다. 이러한 기포는 1초에 수만 번씩 생성, 소멸을 거듭하면서 점점 입경이 커지게 된다.

한편, 어느 일정 입경이상이 되면 이 기포는 단번에 수축 폭발하면서 매우 큰 충격파를 일으키게 된다. 이 충격파는 큰 압력을 발생시킴과 동시에 순간적인 고열을 일으켜 액체내의 여러 가지 물질 화학적인 작용을 일으키는 원동력이 된다.

예를 들면, 증류수 내에서 일어나는 산화 환원반응은 캐비테이션이 그 원인인 것으로 알려져 있다.

이러한, 초음파 진동자를 통해 발생된 초음파는 큰 압력 변화에 의해 수만개의 미세한 기포군이 생성되었다가 소멸되면서 큰 압력과 고온을 동반하게 된다.

이때의, 압력과 고온은 수백 분의 1초에서 수천 분의 1초 단위의 짧은 시간 동안 발생하게 된다.

이렇게, 발생된 수만개의 기포군에 압력과 고온이라는 에너지가 합하여진 강력한 힘에 의해 오염 물질을 분산, 분해시키며 또한 세척제의 효과를 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은, 특성을 갖는 초음파를 이용한 세정기를 수질측정센서의 세정용으로 사용시에는 세정에 있어서 매체는 수질측정센서를 이용하여 수질의 특성을 측정하는 물(측정수)이다. 수질측정센서의 측정부에 붙어 있는 이물질을 액체 중에 유화, 확산하면서 센서 측정부의 표면을 깨끗이 씻는 것이다.

이때, 이물질을 센서 측정부로부터 박리시키는 물리적인 힘을 작용시켜 초음파세정기의 세정의 역할을 하는 것이 바로 초음파인 것이다.

이러한, 초음파에 있어서 세정을 행하는 물리적인 힘을 발휘하는 것에는 크게 2종류의 요소가 있다.

하나는 공동현상(Cavitation)에 의해 세정을 행하는 것, 또 하나는 초음파에 의해 물의 분자를 가속시켜 세정을 행하는 것이 있다.

액중에 무수한 기체분자가 존재하는 20KHz에서 100KHz정도의 강력한 초음파가 액 중에 조사에 정(＋)부(－)의 압력이 그 기체 분자에 교호로 가해져서 정의 압력에서 압축된 기체분자는 다음의 순간에는 부의 압력에 의해 격렬히 팽창한다.

상기에서 설명한, 공동현상(Cavitation)은 낮은 주파수 일수록 많이 발생한다. 이것은 세정물의 주변의 피 세정물 전체의 세정을 할 수 있다.

위와 같은, 초음파 세척기의 초음파 세정능력은 그 충격력에 의하며 피 세정물이 물리적 충격력이 약한 것에서는 얼룩이 생기며 그 충격력이 너무 클 때는 피 세정물에 손상 올수도 있기 때문에 피 세정물에 따라서 파워설정도 중요한 요인이 된다.

그리고, 가속도에 의한 초음파 세정은 물분자가 가속되어 피 세정물을 두들겨 그 충격력에 의해 피세정물의 이물질을 박리시킨다. 여기에서는 보다 높은 주파수로 사용할 경우에 효과가 있다.

그러나, 종래의 초음파세정기는 도 1a에 도시된 바와 같이 수질센서의 초음파세정기(4)는 수질의 여러 특성을 측정하는 수질측정센서(1)와 브라켓(2)으로 이격된 십일자 형태로 나란히 결합되고, 상기 초음파세정기(4)를 구성하는 초음파발진부(3)의 초음파 발진으로 수중에 고온고압의 기포 발생 및 음파 파동을 발생시켜 측정부(1a)에 이물질의 흡착방지 및 흡착된 이물질을 마이크로로 열작용, 화학반응, 분산작용으로 제거하도록 구성된다.

이러한, 상기 종래의 초음파세정기는 수질측정센서와 초음파세정기가 브라켓으로 "∥" 형태로 연결되어 수질의 특성을 측정할 수중에 수질측정센서의 측정부와 초음파발진부를 침적시킨 상태에서 수질측정센서로는 수질의 특성을 측정하고 초음파발진부에서는 초음파를 발진시켜 측정부에 이물질이 흡착되는 것을 방지 및 흡착된 이물질을 제거한다.

아울러, 상기 종래의 초음파세정기는 수중에 침적되면 외부에서 세정기의 작동 여부를 확인할 수 없어 세정기를 수중 밖으로 꺼내서 직접 손으로 만져봐야 하거나 초음파 발진력이 작을 경우에는 별도의 테스트 장비를 이용하여 측정하여 작동여부를 판단할 수밖에 없는 불편한 문제점이 있었다.

그러나, 상기 종래의 초음파세정기는 수중에 침적하는 방식에는 사용가능하나 물이 흐르는 유동방향과 수직위치로 파이프에 결합하여 측정하는 삽입형 측정방식이나 물이 유입되어 타측으로 배수되는 유동홀더에 결합하여 측정하는 유통형 측정방식에는 사용을 위한 적용이 불가능한 문제점이 있었다.

이와 같은, 삽입형, 유통형 측정방식에 적용 불가능 이유는 파이프나 유동홀더에 삽입된 후 수질측정센서와 초음파세정기가 이격된 공간을 통해 물이 누수되지 않도록 밀폐시켜야 하는데 밀폐를 위한 방법적 요소를 해결하지 못하고, 누수 방지를 해결한다 하더라도 구조가 복잡해져 설비 투자 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 종래의 초음파세정기는 수질측정센서와 브라켓으로 연결되더라도 장시간 초음파를 발진시킬 경우 진동으로 인해 브라켓에 연결된 상태로 회전현상이 발생된다. 이로써 초음파발진부가 측정부를 벗어나게 되어 세정이 방사파와 반사파가 서로 상쇄, 소멸되는 원인으로 원할하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 물속에서 초음파 방사시 정재파(Standing wave)형상이 발생된다. 이 정재파 현상은 에너지 방사면과 마주보는 반사면이 있을 때 주로 나타나는 현상으로 방사되는 파와 반사되어 되돌아오는 파가 합성 강화되어 마치 파형이 정지하고 있는 것과 같은 에너지 분포를 나타내는 현상을 나타내는데, 상기 종래의 초음파세정기는 방사면의 기능을 하는 진동자와 반사면의 기능을 하는 수면이 나란하게 마주보는 수평형태로 배치되어, 진동자에서 초음파를 방사할 경우 정재파가 발생되어 세정이 원활히 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 종래의 초음파세정기는 진동자와 수면이 수평상태로 설치되어 캐비테이션(공동현상:Cavitation)이 한 지점으로 집중되어 측정부 전체 면적에 대하여 세정이 이루어지지 않고 일 부분에 집중되는 문제점이 있는 동시에 과도한 캐비테이션의 집중으로 얇은 유리로 형성된 측정부가 파손되는 문제점이 있었다.

아울러, 상기 종래의 초음파세정기의 특징은 전원이 공급되는 상태에서는 수중 내에서나 수중 밖에서 모두 작동하는데, 수중에 침적되지 않은 상태에서 지속적으로 작동할 경우 진동자의 발진시 발생하는 열에 의해 초음파발진부가 파손되거나 열화되어 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 종래의 초음파 세정기는 세정되는 용액의 높이나 부하-피 세척물에 따라 출력이 변동하는 문제가 발생되는데 특히, 단주파 방식에는 매우 변동 폭이 커서 무 부하 때의 20∼30% 정도에 불과한 경우도 있으며, 수심의 작은 변화에도 출력이 크게 변화하는데 약 수십㎜마다 출력이 주기적으로 변동하여 세정효율이 일정하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 종래의 초음파 세정기는 공급되는 전력을 증폭시키는 초음파를 발진하는 BLT진동자를 사용하여 전력의 소비량이 많은 문제점이 있었다.

이로 인하여, 센서와 세정기를 일렬 배열로 결합하여 침적형, 삽입형, 유통형 측정방식에 모두 적용하여 사용할 수 있으며, 캐비테이션이 집중되지 않고 균일하게 분산되어 측정부의 전체 면적에 대하여 세정이 고르게 이루어지고, 정재파의 발생을 방지하는 동시에 별도의 조작 스위치 없이 수중에 침적과 비 침적에 따라 작동과 비 작동이 상태로 자동적으로 변환되어 불필요한 작동으로 인한 열이 발생되지 않으며, 다주파 방식을 이용하여 수중의 침적 깊이(수심)나 초음파세정기가 침적되는 용액의 특성에 따라 초음파 출력이 변화되지 않고 일정하게 유지되는 개선된 수질측정센서용 초음파세정기가 절실히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 수질측정센서를 초음파발진부가 결합된 세정블럭에 일렬 배열로 결합하여 장시간 진동으로 인한 측정부와 진동자의 위치변화가 발생되지 않는 수질측정센서용 초음파세정기를 제공하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 수중에서 일정 압력을 적용받으면 접점되고 수중 밖에서는 접점이 해제되는 리드스위치에 의해 진동자의 작동을 제어하여 수중 밖에서 별도의 조작없이 자동으로 비 작동상태가 되도록 전환할 수 있도록 하는 데 있다.

더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 정전력회로와 다주파회로에에 의해 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이에 따라 진동자의 공진주파수 및 임피던스의 변화를 방지 및 초음파 출력이 변화되지 않도록 일정하게 유지되도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 초음파발진부의 초음파 발진시 작동램프에서 발광되는 빛을 통해 외부에서 식별할 수 있어 작동상태를 쉽게 파악할 수 있도록 하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 진동자를 기울어지게 설치하여 발진시 발생하는 공동현상이 집중되지 않고 고르게 분포되도록 하여 측정부의 파손을 방지하고 세정이 균일하게 되도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수질의 여러 특성을 측정하는 수질측정센서와 브라켓으로 결합되는 초음파발진부의 발진회로에 연결된 진동자의 발진으로 수중에서 고온고압의 기포 발생 및 음파 파동을 발생시켜 측정부에 이물질의 흡착방지 및 흡착된 이물질을 마이크로 열작용, 화학반응, 분산작용, 기포폭발작용을 이용하여 제거하는 수질측정센서용 초음파세정기에 있어서, 상기 수질측정센서가 일직선상으로 상부를 통해 체결되는 세정블럭의 외주면 사방으로 다수개의 측정 대상인 물이 유동하는 유동홀이 형성되고, 상기 유동홀과 유동홀의 사이로 측정부가 노출되는 세정공간이 형성되며, 상기 세정블럭의 하부면에는 초음파발진부가 삽입 고정되는 설치공간이 구성되며, 상기 세정블럭의 설치공간의 내부에 삽입 밀폐 고정되는 초음파발진부는 별도 전원이 공급되면 작동하는 진동자가 몸체의 내부에 위치되는 발진회로에 연결되어 몸체의 상부면에 노출되도록 구성하여, 상기 초음파발진부가 내부에 결합된 세정블럭의 상부에 수질측정센서가 결합되어 수질측정센서와 초음파발진부가 직립된 일렬 배열로 결합되어, 초음파발진부의 발진시 진동으로 인한 수질측정센서와 진동자가 상호 위치변화가 발생되지 않고 일직선의 유지 및 수질측정센서의 측정이 세정과 함께 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.를 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 수질측정세서를 초음파발진부가 결합된 세정블럭에 일렬 배열로 결합하여 장시간 진동으로 인한 측정부와 진동자의 위치변화가 발생되지 않는 효과가 있다.

그리고, 수중에서 일정 압력을 적용받으면 접점되고 수중 밖에서는 접점이 해제되는 리드스위치에 의해 진동자의 작동을 제어하여 수중 밖에서 별도의 조작없이 자동으로 비 작동상태가 되도록 전환할 수 있도록 하는 효과가 있다.

더불어, 정전력회로와 다주파회로에에 의해 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이에 따라 진동자의 공진주파수 및 임피던스의 변화를 방지 및 초음파 출력이 변화되지 않도록 일정하게 유지되도록 하는 효과가 있다.

아울러, 초음파발진부의 초음파 발진시 작동램프에서 발광되는 빛을 통해 외부에서 식별할 수 있어 작동상태를 쉽게 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 진동자를 기울어지게 설치하여 발진시 발생하는 공동현상이 집중되지 않고 고르게 분포되도록 하여 측정부의 파손을 방지하고 세정이 균일하게 되도록 하는 효과가 있다.

도 1a는 종래의 수질측정센서용 초음파세정기를 이용한 침적형 방식에서의 세정 일실시 예시도,
도 1b는 종래의 수질측정센서용 초음파세정기에서 발생되는 정재파를 나타낸 파형도,
도 1c는 종래의 수질측정센서용 초음파세정기에서 진동자와 수면이 수평상태에서 캐비테이션의 집중으로 세정 부분이 집중된 문제점을 나타낸 예시도,
도 1d는 종래의 수질측정센서용 초음파세정기에서 사용되는 단주파 방식의 구동파형을 나타낸 파형도,
도 2는 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기와 수질측정센서를 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기의 초음파발진부의 간략 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기를 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기를 나타낸 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기를 나타낸 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기의 결합단면도,
도 8은 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기의 개략적인 회로도,
도 9는 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기의 진동자 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 진동자가 수면에 대해 경사 배치된 상태에서 캐비테이션의 분산되는 현상을 나타낸 파형도,
도 11은 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기에서 사용되는 다주파 방식의 구동파형을 나타낸 파형도,
도 12는 다른 실시 예에 따른 세정기홀더를 나타낸 사시도,
도 13은 수질측정센서가 세정블럭에 직접 결합된 단면도,
도 14는 수질측정센서가 센서홀더에 체결된 상태로 세정블럭에 결합된 단면도,
도 15는 암나선홀이 테이퍼지게 형성되고 수질측정센서가 체결구에 끼움된 상태로 세정블럭에 결합된 단면도,
도 16은 본 발명에 따른 수질측정센서용 초음파세정기를 이용한 침적형, 삽입형, 유통형 방식을 이용한 세정을 위한 사용상태도이다.

이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수질측정센서용 초음파세정기는 수질의 여러 특성을 측정하는 수질측정센서(10)와, 세정블럭(40)의 하부면을 통해 내부에 초음파발진부(30)를 설치하고, 상기 수질측정센서(10)를 세정블럭(40)의 상부에 체결하여 초음파발진부(30)와 일렬배열로 배치하며, 수중에서는 접점되고 수중 밖에서는 접점이 해제되는 리드스위치(50)의 동작으로 진동자(32)의 작동을 자동으로 전환하며, 초음파발진시 작동램프(60)가 빛을 발산하여 수중 밖에서 쉽게 작동 여부를 확인 가능하고, 상기 정전력회(31b)와 다주파회로(31c)에 의해 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이에 따라 진동자(32)의 공진주파수 및 임피던스의 변화를 방지 및 초음파 출력을 일정하게 유지하며, 상기 진동자(32)의 발진으로 수중에 고온고압의 기포 발생 및 음파 파동을 발생시켜 측정부(11)에 이물질의 흡착방지 및 흡착된 이물질을 마이크로 열작용, 화학반응, 분산작용, 기포 폭발작용으로 제거하는 수질측정센서(10)용 초음파세정기(100)에 관한 것이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 세정블럭(40)은 수질측정센서(10)가 일직선상으로 상부를 통해 나선 체결되며, 외주면을 따라 사방으로 다수개의 측정 대상인 물이 유동하는 유동홀(41)이 형성된다.

여기서, 상기 세정블럭(40)의 유동홀(41)은 서로 마주보게 형성하여, 상기 유동홀(41)을 통해 유동하는 물의 유동에 방해받지 않도록 구성하며, 본 발명에서는 두 개가 1조를 이루며 두 쌍으로 이루어져 서로 마주보게 형성된 것을 예로 들어 설명한다.

그리고, 상기 마주보는 유동홀(41)과 유동홀(41)의 사이로 측정부(11)가 노출되는 세정공간(42)이 세정블럭(40)의 내부에 형성된다.

아울러, 상기 세정블럭(40)의 하부측 내부에는 초음파발진부(30)가 삽입 고정되는 설치공간(43)이 구성된다.

이때, 상기 설치공간(43)과 세정공간(42)이 경계선 내면에는 걸림턱(43a)이 중심을 향해 돌출 구성된다.

그리고, 상기 설치공간(43)의 하부에는 하부캡(43b)이 나선체결 방식으로 결합,해체 되도록 구성된다.

더불어, 상기 세정블럭(40)의 상부에는 수질측정센서(10)가 나선 결합되는 암나선홀(44)이 중앙에 형성되고, 외주면에 수나선단(45)이 형성되고 전원홀(46a)이 수직으로 관통된 결합단(46)을 일체로 구성한다.

이러한, 상기 결합단(46)에 나선 체결되는 체결단(71)이 형성된 세정기홀더(70)를 체결함으로써, 상기 수질측정센서(10)의 외부 노출을 방지하여 오염이나 파손이 방지하고, 체결단(71)의 파손시 단독 교체가 용이하도록 구성하는 것이다.

이때, 상기 세정기홀더(70)와 체결단(71)이 결합되는 경계면에는 고무링(71a)을 삽입하여 물이 누수되지 않도록 구성한다.

그리고, 상기 세정기홀더(70)의 상부 끝단에는 수질측정센서(10)나 전원선(30a)가 관통되는 케이블글란드(70a)가 결합되어 조임작동으로 수밀성을 확보하게 구성된다.

여기서, 상기 세정블럭(40)은 수질측정센서(10)의 측정값에 영향을 미치는 외부의 빛이 투과하지 못하는 합성수지재로 구성함이 바람직하며, 본 발명에서 유동홀(41)은 다양한 형태로 형성될 수 있으나 직립된 트랙 형태로 구성한 것을 예로 들어 설명한다.

한편, 상기 세정블럭(40)의 설치공간(43)의 내부에 삽입 밀폐 고정되는 초음파발진부(30)는 별도 전원이 공급되면 작동하는 진동자(32)가 몸체(33)의 내부에 위치되는 발진회로(31)에 연결되어 몸체(33)의 상부면에 노출되도록 구성한다.

이때, 상기 설치공간(43)에 결합되는 하부캡(43b)를 해체한 상태에서 초음파발진부(30)를 설치공간(43)으로 삽입한 후 하부캡(43b)을 밀폐 체결시켜 설치를 완료한다.

아울러, 상기 초음파발진부(30)에 외부에서 전원을 공급받기 위한 전원선(30a)은 발진회로(31)에 연결되어 몸체(33)와 셀블록(40)의 세정공간(42), 결합단(46)의 전선홀(46a)을 순차적으로 실링한 상태로 관통하여 별도의 전원공급장치(30b)에 연결된다.

도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 초음파발진부(30)의 발진회로(31)에 전원을 공급받는 전원부(31a)와 정전력회로(31b), 다주파회로(31c)가 연결되도록 구성한다.

이렇게, 상기 정전력회로(31b)나 다주파회로(31c)을 구성하는 이유를 기존의 초음파발진기에서 발생되는 침적 깊이(수위)에 따른 출력변동을 예를 들어 설명하면 아래와 같다.

이러한, 기존의 일반적인 초음파세정기는 세정되는 용액의 높이나 부하-피 세척물에 따라 출력이 변동현상이 발생되고 특히, 단주파 방식에는 매우 변동 폭이 커서 무 부하 때의 20∼30% 정도에 불과한 경우도 있으며, 수심의 작은 변화에도 출력이 크게 변화하는데 약 수십㎜마다 출력이 주기적으로 변동한다.(도 1d 참조)

이와 같은, 현상은 기본적으로 초음파 진동자의 특성변화-임피던스에 기인하는 것으로 진동자 특유의 공진특성에서 비롯된다. 즉, 상기 초음파를 방사하는 진동자는 2개의 압전소자와 그 앞뒤를 구성하는 금속 블럭의 공진을 이용하는 것인데, 세정블럭(40)과 결합되면 측정조내 용액의 깊이가 또 다른 공진 블럭처럼 되어 전체 공진특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 수위의 미세한 변화가 공진주파수 및 임피던스에 큰 변화를 일으키게 되는 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 위와 같은 현상을 면밀하게 검토하면 2개의 압전소자(32a)의 사이에 위치되는 진동자(32)의 특성 변화는 정재파 현상과 매우 밀접한 관계가 있다는 것을 알 수 있으며, 세정되는 용액이 공진 블럭으로써의 역할을 하게 될 때는 정재파가 형성되기 때문이다.

여기서, 상기 본 발명의 발진회로(31)에는 전압을 다운(하강)시켜주는 다운회로가 내장되어 예를 들어 220V로 공급되는 전압을 40V정도로 감압시켜 발진하는 압전소자(32a)를 이용하는 진동자(32)의 특성으로 전력의 소비량이 최소화되도록 구성한 것이다.

도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이, 정재파 현상이 적으면 출력변동도 작아지고 정재파 현상이 크면 출력변동도 크게 된다. 따라서 출력변동을 없애기 위해서는 정재파를 제거해야 함과 더불어 발진기 회로내에 진동자의 특성변화를 보상해 줄 수 있는 정전력회(31b)에 의해 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이에 따라 진동자(32)의 공진주파수 및 임피던스의 변화를 방지하도록 구성한다.

그리고, 상기 진동자(32)는 도면상 표시된 "α"의 각도만큼 일측으로 기울어지게 설치 구성하여 진동자(32)의 발진시 수중에서 초음파가 난반사됨으로써 공동현상(cavitation)이 측정부(11)의 주변에 고르게 분포되어 균일한 세정이 되도록 구성하고 정재파(Standing wave)형상이 발생되지 않도록 것이다.

여기서, 상기 정재파 현상은 초음파 방사면과 평행하게 마주보는 반사면이 있을때 주로 나타나는 현상으로 방사되는 파와 반사되어 되돌아오는 파가 합성 강화되어 마치 파형이 정지하고 있는것과 같은 에너지 분포를 나타내는 현상으로, 본 발명에서는 방사면의 역할을 하는 진동자(32)와 반사면의 역할을 하는 물이나 측정부(11)로 나타낼 수 있는데 진동자(32)를 기울어지게 설치함으로써 정재파 발생을 방지할 수 있는 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 다주파회로(31c)는 초음파발진부(30)가 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이나 용액의 특성에 따라 초음파 출력이 변화되지 않고 일정하게 유지되도록 구성하는 것이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 초음파발진부(30)를 형성하는 몸체(33)의 상부면에는 진동자(32)에 간섭되지 않는 위치에 물에 침적되어 수압이 작용되면 접점되는 리드스위치(50)를 발진회로(31)에 연결되도록 설치 구성한다.

즉, 상기 리드스위치(50)가 수중에 침적되어 일정 수압이 작용되면 온(ON)되어 진동자(32)가 동작되도록 접점하여 초음파발진기(30)의 스위치 기능을 한다.

여기서, 상기 리드스위치(50)의 접점 기능에 영향을 주는 일정 수압은 리드스위치(50)가 잠길 정도의 수중 깊이에서 발생되는 수중 압력을 나타낸다.

그러나, 상기 리드스위치(50)가 비 침적상태에서는 오프(OFF)되어 진동자(32)가 동작하지 않도록 접점이 해제되도록 구성한다.

이로써, 비 침적상태에서 지속적인 진동자(32)의 작동으로 열 발생을 방지하고 열로 인한 파손현상이 발생되지 않도록 구성하는 것이다.

아울러, 상기 리드스위치(50)는 몸체(33)의 상부면으로 돌출 형성되어 수중에 침적되면 진동자(32)의 작동으로 발생되는 초음파발진부(30)의 열을 냉각시켜주는 냉각기능을 부수적으로 수행하게 된다.

더불어, 상기 초음파발진부(30)의 몸체(33) 상부면에는 진동자(32)에 간섭되지 않는 위치에 초음파발진시 빛을 발광하는 작동램프(60)가 발진회로(31)에 연결되어 초음파발진시 작동 상태를 빛으로 확인할 수 있도록 구성한다.

이러한, 상기 작동램프(60)는 신호를 전달받으면 여러 가지 색상으로 발광하는 램프를 발진회로(31)에서 전원을 공급받아 발광하도록 연결 구성할 수도 있다.

즉, 초음파 발진이 정상적 상태와 초음파발진부(30)의 파손에 의한 비정상적 상태에 따라 서로 다른 색상으로 발광하도록 구성하는 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 세정기홀더(70)의 체결단(71) 외주면에는 체결수나선단(72)을 형성한다.

이때, 상기 세정기홀더(70)의 용도는 물이 흐르는 유동방향과 수직위치로 파이프(200)에 결합하여 측정하는 삽입형 측정방식이나 물이 유입되어 타측으로 배수되는 유동홀더(300)에 결합하여 측정하는 유통형 측정방식에 사용가능하도록 구성하는 것이다.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 수질측정센서(10)를 세정블럭(40)의 암나선홀(44)에 나선 체결되는 센서홀더(80)에 결합하여 세정블럭(40)에 세정을 위해 고정되도록 구성할 수도 있다.

즉, 상기 수칠측정센서(10)는 여러 가지 형태로 제조사나 나라별로 제작되는데 세정블럭(40)에 수질측정센서(10) 자체로 결합되지 못할 경우에는 별도의 센서홀더(80)에 체결 후 센서홀더(80)를 세정블럭(40)에 추가 결합하여 측정과 세정이 동시에 이루어지도록 구성할 수도 있는 것이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 상기 세정블럭(40)의 암나선홀(44)은 상부 직경을 기준으로 하부 직경으로 진행할수록 직경이 작아지도록 "β" 각도로 기울어져 구성할 수 있다.

즉, 상기 암나선홀(44)은 상부 직경이 넓고 하부 직경이 좁아지는 테이퍼 형상으로 구성하여, 암나선홀(44)에 직접적으로 나선 결합이 불가능한 수질측정센서(10)를 세정블럭(40)에 체결기 별도의 플라스틱 재질로 이루어진 체결구(600)를 이용하여 체결시 체결구(600)가 암사선홀(44)에 나선 체결될 때 좁아지는 직경의 특성상 체결구(600)가 가압되어 수질측정센서(10)를 고정하는 기능을 수행한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 초음파세정기(100)는 셀블록(40)의 하부캡(43b)을 해체시킨 상태에서 초음파발진부(30)를 설치공간(43)의 내부에 설치하고 전원선(30a)을 몸체(33)와 셀블록(40)의 세정공간(42), 결합단(46)의 전원홀(46a)을 순차적으로 관통하여 별도의 전원공급장치(30b)에 연결하여 초음파세정기(100)를 완성한다.

이때, 상기 수질측정센서(10)의 종류에 따라 수질측정센서(10)가 직접 세정블럭(40)의 암나선홀(44)에 체결될 수 있는 센서와 수질측정센서(10)가 세정블럭(40)에 직접 체결할 수 없는 센서로 구분하여 설명하면 아래와 같다.

우선, 상기 수질측정센서(10)가 직접 세정블럭(40)에 직접 체결할 수 있는 경우에는 암나선홀(44)에 체결하여 측정부(11)가 세정공간(42)으로 노출되도록 결합한다.

그리고, 상기 셀블록(40)의 결합단(46)에 세정기홀더(70)의 체결단(71)을 나선 결합시켜 수질측정센서(10)가 외부로 노출되지 않도록 하여 오염방지 및 파손을 방지하는 이점이 있다.

아울러, 상기 수질측정센서(10)는 신호를 상호 발신 수신할 수 있는 미터기(500)에 연결하여 수질측정센서(10)는 수질의 특성을 측정하고, 초음파세정기(100)는 세정을 수행할 준비를 완료한다.

다음으로, 상기 수질측정센서(10)가 세정블럭(40)에 직접 체결할 수 없을 경우에는 별도의 센서홀더(80)의 내부로 결합한 후 센서홀더(80)를 암나선홀(44)에 체결하여 측정부(11)가 세정공간(42)으로 노출되도록 결합한다.

이후, 상기 센서홀더(80)를 감싸며 셀블록(40)의 결합단(46)에 세정기홀더(70)의 체결단(71)을 나선 결합시켜 수질측정센서(10)가 결합된 센서홀더(80)를 외부로 노출되지 않도록 하여 수질측정센서(10)와 함께 오염방지 및 파손이 방지되는 장점이 있다.

아울러, 상기 수질측정센서(10)는 신호를 상호 발신 수신할 수 있는 미터기(500)에 연결하여 수질측정센서(10)는 수질의 특성을 측정하고, 초음파세정기(100)는 세정을 수행할 준비를 완료한다.

도 16에 도시된 바와 같이, 상기 수질측정센서(10)는 수질의 특성을 측정, 초음파세정기(100)는 측정부(11)의 세정을 위한 준비가 완료된 초음파세정기(100)를 사용하는 일 예를 살펴보면 수질 특성을 측정하는 방식에 따라 침적형 측정방식, 삽입형 측정방식, 유통형 측정방식을 구분하여 설명할 수 있다.

이러한, 상기 침적형 측정방식은 초음파세정기(100)의 수질측정센서(10)가 결합된 세정블럭(40)을 수중에 침적시킨 상태에서 세정기홀더(70)를 고정홀더(400)에 결합시킨 상태에서 측정 및 세정이 이루어지며, 삽입형 측정방식은 물이 흐르는 유동방향과 수직위치로 파이프(200)에 체결단(71)의 외주면에 체결수나선단(72)이 형성된 세정기홀더(70)를 이용하여 체결 후 수질측정센서(10)가 결합된 세정블럭(40)을 수중에 침적시키며, 유통형 측정방식은 물이 유입되어 타측으로 배수되는 유동홀더(300)에 체결단(71)의 외주면에 체결수나선단(72)이 형성된 세정기홀더(70)를 이용하여 체결 후 수질측정센서(10)가 결합된 세정블럭(40)을 수중에 침적시킨 상태에서 전원공급장치(30b)를 이용하여 초음파발진부(30)에 전원을 공급한다.

여기서, 상기 삽입형 측정방식이나 유통형 측정방식은 종래의 센서와 세정기가 나란히 설치되는 구조에는 적용하지 못하는 불가능한 점이 있었으나 본 발명의 초음파세정기(100)는 일렬 배열로 모든 수질 측정방식에 적용가능한 장점이 있다.

이때, 전원은 초음파발진부(30)의 발진회로(31)에 연결되는 전원부(31a)를 거쳐 정전력회로(31b)와 다주파회로(31c)를 통해 발진회로(31)로 전달되는데 리드스위치(50)가 수중에 침적되어 일정 수압이 작용된 상태를 가정하여 온(ON)되면 진동자(32)가 동작하여 침적과 비 침적상태에서 초음파발진부(30)의 작동을 자동으로 제어할 수 있는 간편한 이점이 있다.

그리고, 상기 진동자(32)를 기울어지게 설치함으로써 방사되는 초음파가 수면에 부딪혀 진동자(32)로 진행하지 못하고 수중에서 난반사되어 정재파 발생을 방지할 수 있어 측정부(11)의 파손이 방지되고 세정 효율은 증대되는 이점이 있다.

더불어, 상기 리드스위치(50)의 작동과 동시에 작동램프(60)가 발광하여 초음파발진이 이루어지는 상태를 수중 밖에서도 빛을 통해 간편하게 확인할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 상기 진동자(32)가 일측으로 기울어지게 설치된 상태로 발진시 수중에서 초음파가 난반사되어 공동현상(cavitation)이 측정부(11)의 주변에 고르게 분포되어 균일한 세정이 되는 동시에 초음파가 수중에서 조사될 때 주파수에 의해 발생되는 정재파가 집중되지 않게 되어 측정부(11)의 파손을 예방할 수 있는 장점이 있다.

이러한, 상기 수질측정센서(10)와 초음파발진부(30)가 직립된 일렬 배열로 결합되어, 초음파발진부(30)의 발진시 진동으로 인한 수질측정센서(10)와 진동자(32)가 상호 위치변화가 발생되지 않게 되어 장시간 사용에도 일정한 세정효율을 유지할 수 있는 이점이 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10 : 수질측정센서 11 : 측정부
30 : 초음파발진부 30a : 전원선
30b : 전원공급장치 31 : 발진회로
31a : 전원부 31b : 정전력회로
31c : 다주파회로 32 : 진동자
32a : 압전소자
33 : 몸체 40 : 세정블럭
41 : 유동홀 42 : 세정공간
43 : 설치공간 43a : 걸림턱
43b : 하부캡 44 : 암나선홀
45 : 수나선단 46 : 결합단
50 : 리드스위치 60 : 작동램프
70 : 세정기홀더 70a : 케이블그란드
71 : 체결단 71a : 고무링
80 : 센서홀더 100 : 초음파세정기
200 : 파이프 300 : 유동홀더
400 : 고정홀더 500 : 미터기
600 : 체결구

Claims (10)

1. 수질의 여러 특성을 측정하는 수질측정센서(10)와 브라켓(20)으로 결합되는 초음파발진부(30)의 발진회로(31)에 연결된 진동자(32)의 발진으로 수중에서 고온고압의 기포 발생 및 음파 파동을 발생시켜 측정부(11)에 이물질의 흡착방지 및 흡착된 이물질을 마이크로 열작용, 화학반응, 분산작용, 기포폭발작용을 이용하여 제거하는 수질측정센서용 초음파세정기에 있어서,
   상기 수질측정센서(10)가 일직선상으로 상부를 통해 체결되는 암나선홀(44)이 중앙에 형성되고, 외주면에 수나선단(45)이 형성된 결합단(46)을 일체로 구성하며, 세정블럭(40)의 외주면 사방으로 다수개의 측정 대상인 물이 유동하는 유동홀(41)이 형성되고, 상기 유동홀(41)과 유동홀(41)의 사이로 측정부(11)가 노출되는 세정공간(42)이 형성되며, 상기 세정블럭(40)의 하부면에는 초음파발진부(30)가 삽입 고정되는 설치공간(43)이 구성되며,
   상기 세정블럭(40)의 설치공간(43)의 내부에 삽입 밀폐 고정되는 초음파발진부(30)는 별도 전원이 공급되면 작동하는 진동자(32)가 몸체(33)의 내부에 위치되는 발진회로(31)에 연결되어 몸체(33)의 상부면에 노출되도록 구성하며,
   상기 결합단(46)에 나선 체결되는 체결단(71)이 형성된 세정기홀더(70)를 체결 구성하여,
   상기 초음파발진부(30)가 내부에 결합된 세정블럭(40)의 상부에 수질측정센서(10)가 결합되고, 상기 세정기홀더(70)의 체결로 수질측정센서(10)의 외부 노출을 방지하여 오염이나 파손이 방지하며, 수질측정센서(10)와 초음파발진부(30)가 직립된 일렬 배열로 결합되어, 초음파발진부(30)의 발진시 진동으로 인한 수질측정센서(10)와 진동자(32)가 상호 위치변화가 발생되지 않고 일직선의 유지 및 수질측정센서(10)의 측정이 세정과 함께 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 세정블럭(40)의 유동홀(41)은 서로 마주보게 형성하여, 상기 유동홀(41)을 통해 유동하는 물의 유동이 방해받지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 진동자(32)는 일측으로 기울어지게 설치 구성하여, 상기 진동자(32)의 발진시 수중에서 초음파가 난반사됨으로써 공동현상(cavitation)이 측정부(11)의 주변에 고르게 분포되어 균일한 세정이 되도록 하고, 정재파(Standing wave)형상이 발생되지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 초음파발진부(30)를 형성하는 몸체(33)의 상부면에는 진동자(32)에 간섭되지 않는 위치에 물에 침적되어 수압이 작용되면 접점되는 리드스위치(50)를 발진회로(31)에 연결되도록 설치 구성하여,
   상기 리드스위치(50)가 수중에 침적되어 일정 수압이 작용되면 온(ON)되어 진동자(32)가 동작되도록 접점되고, 비 침적상태에서는 오프(OFF)되어 진동자(32)가 동작하지 않도록 접점이 해제되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 초음파발진부(30)의 몸체(33) 상부면에는 진동자(32)에 간섭되지 않는 위치에 초음파발진시 빛을 발광하는 작동램프(60)가 발진회로(31)에 연결되도록 설치되어 초음파발진부(30)의 작동 상태를 빛으로 확인할 수 있는 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 작동램프(60)는 신호를 전달받으면 여러 가지 색상으로 발광하는 램프를 발진회로(31)에 전원을 공급받아 발광하도록 연결 구성하여,
   초음파 발진이 정상적 상태와 초음파발진부(30)의 파손에 의한 비정상적 상태에 따라 서로 다른 색상으로 발광하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 세정블럭(40)의 암나선홀(44)은 상부 직경을 기준으로 하부 직경으로 진행할수록 직경이 작아지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 세정기홀더(70)의 체결단(71) 외주면에는 체결수나선단(72)을 형성하여,
   물이 흐르는 유동방향과 수직위치로 파이프(200)에 결합하여 측정하는 삽입형 측정방식이나 물이 유입되어 타측으로 배수되는 유동홀더(300)에 결합하여 측정하는 유통형 측정방식에 사용가능하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
9. 제 7항에 있어서, 상기 수질측정센서(10)는 세정블럭(40)의 암나선홀(44)에 나선 체결되는 센서홀더(80)에 결합하여 세정블럭(40)에 세정을 위해 고정되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 초음파발진부(30)의 발진회로(31)에 전원을 공급받는 전원부(31a)와 정전력회로(31b), 다주파회로(31c)가 연결되도록 구성하여,
    상기 정전력회(31b)에 의해 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이에 따라 진동자(32)의 공진주파수 및 임피던스의 변화를 방지하고,
    상기 다주파회로(31c)는 초음파발진부(30)가 세정을 수행할 용액에 침적되는 침적 깊이나 용액의 특성에 따라 초음파 출력이 변화되지 않도록 일정하게 유지되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수질측정센서용 초음파세정기.

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