KR101153725B1 - 초음파를 사용하는 살균장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 사용하는 살균장치에 관한 것이다.
본 발명의 살균장치는, 살균대상 물질이 유동되는 살균대상물질유동공간을 갖는 파이프 형상의 초음파살균몸체; 및 상기 살균대상물질유동공간을 유동하는 살균대상 물질에 초음파를 발산하도록 초음파살균몸체의 벽면에 설치되어 있되 살균대상물질유동공간의 단면 중앙부를 중심부로 하여 방사형으로 복수 개 설치되어 있는 초음파출력소자를 가지는 초음파발생수단;을 포함하여 구성된다.
본 발명의 살균장치는, 초음파를 사용하여 살균대상 물질을 살균하면서도 신속한 살균효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 우수한 살균력을 얻을 수 있다.

Description

초음파를 사용하는 살균장치{STERILIZATION APPARATUS USING ULTRASONICS}

본 발명은 초음파를 사용하는 살균장치에 관한 것이다.

다양한 형태의 살균장치가 안출되어 있지만 살균대상 물체의 변형이나 손상을 초래하지 않고 소독물질이 잔존하지 않는 초음파 살균장치에 대한 관심이 높아지고 있는 실정이다.

예를 들어 설명하면, 식음료의 경우 영양성분과 향의 유지가 매우 중요하고 맛의 보존도 중요하기 때문에 그러한 영양성분과 향의 변화를 초래하지 않으면서도 우수한 살균력을 확보할 수 있는 살균장치가 요구되고 있는 실정이다.

이러한 이유로 살균력을 갖는 자외선을 식음료에 조사하는 자외선살균장치가 주로 사용되고 있다.

그런데 자외선을 사용하는 종래의 살균장치는 그 효과가 기대에 미치지 못할 뿐만 아니라 회분식으로 구현되는 것이어서 처리속도가 매우 느리다는 문제점이 있었다.

이로 인해 초음파를 통해 살균력을 얻는 초음파 살균장치에 대한 관심이 높아지고 있는 실정이다.

초음파를 사용하는 초음파살균장치는 식음료 살균 분야 등에서 널리 사용되지 못하고 있으며, 사용되더라도 회분식으로 구현되고 있고 그 효과가 극히 미미한 정도에 불과하였다.

자외선이나 초음파를 사용하는 살균장치가 회분식으로 구현되는 이유는 자외선이나 초음파를 통해서는 순간적인 살균 효과를 기대하기 어렵기 때문이었다.

특히, 초음파 살균장치의 경우 압전소자나 압전소자를 포함하는 초음파 진동자 등(이하 "초음파출력소자"라 함)에 인접된 위치에서는 초음파가 강해 살균력이 강하고 비교적 균일한 강도를 얻을 수 있지만, 초음파출력소자에서 멀어질수록 초음파가 약해지고 균일한 강도를 얻을 수 없는 등의 이유로 전체적인 살균력이 약해 초음파출력소자에 가까운 지점에서만 유효한 살균력을 얻을 수 있는 문제점이 있었기 때문이었다.

또, 제거대상인 균이 출력되는 초음파를 정면으로 맞으면 죽는 경우가 많지만 초음파에 의해 일부 손상만을 받을 뿐 죽지는 않는 경우도 많기 때문이었다.

따라서 종래의 초음파 살균장치는 식음료 등의 살균대상 물질을 신속하게 살균하지 못할 뿐만 아니라 기대에 미치지 못하는 살균효과를 발생시키고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 사용하여 살균하면서도 신속한 살균효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 우수한 살균력을 얻을 수 있는 살균장치를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 파이프 형상의 초음파살균몸체에 형성된 살균대상물질유동공간으로 살균대상 물질이 유동되도록 하고, 상기 초음파살균몸체의 벽면에 설치되어 있되 살균대상물질유동공간의 단면 중앙부를 중심부로 하여 방사형으로 복수 개 설치되어 있는 초음파출력소자를 통해 초음파가 출력되도록 함으로써 초음파를 사용하여 살균하면서도 신속한 살균효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 우수한 살균력을 얻을 수 있도록 한다.

따라서 본 발명의 살균장치는, 살균대상 물질이 유동되는 살균대상물질유동공간을 갖는 파이프 형상의 초음파살균몸체를 갖는다.

또, 살균대상물질유동공간을 유동하는 식음료에 초음파를 발산하도록 초음파살균몸체의 벽면에 설치되어 있되 살균대상물질유동공간의 단면 중앙부를 중심부로 하여 방사형으로 복수 개 설치되어 있는 초음파출력소자를 가지는 초음파발생수단을 포함하여 구성된다.

본 발명의 살균장치는, 초음파를 사용하여 살균하되 파이프 형상의 초음파살균몸체에 형성된 살균대상물질유동공간으로 식음료 등의 살균대상 물질이 유동되도록 하고, 상기 초음파살균몸체의 벽면에 설치되어 있되 살균대상물질유동공간의 단면 중앙부를 중심부로 하여 방사형으로 복수 개 설치되어 있는 초음파출력소자를 통해 살균대상물질유동공간의 단면 중앙부로 초음파가 출력되도록 한다.

따라서 초음파를 사용하여 살균하면서도 신속한 살균효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 우수한 살균력을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 초음파출력소자가 위치된 부분을 경유한 살균대상 물질에 자외선을 발산하는 자외선살균수단이 더 구비된 경우 매우 우수한 살균효과를 얻을 수 있다.

또, 초음파출력소자가 위치된 부분을 경유한 살균대상 물질을 냉각하여 식음료를 살균하는 냉각살균수단이 더 구비된 경우 살균력을 높일 수 있어 우수한 살균효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 살균장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 개략도
도 2는 초음파출력소자가 초음파살균몸체의 길이 방향으로 복수 개 설치된 초음파살균몸체를 도시한 사시도
도 3은 초음파출력소자가 설치된 초음파살균몸체의 종단면을 도시한 개략도
도 4는 초음파출력소자가 방사형으로 설치된 것을 설명하기 위해 초음파출력소자가 설치된 초음파살균몸체의 횡단면을 도시한 개략도
도 5는 초음파출력소자가 나선형의 곡선을 형성하면서 초음파살균몸체의 길이 방향으로 복수 개 설치된 초음파살균몸체를 도시한 사시도
도 6은 살균대상물질유동공간의 내벽이 서로 마주하고 있는 경우 발생되는 정재파를 설명하기 위한 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 살균장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 초음파를 출력시켜 식음료를 살균하는 초음파 살균수단을 갖는 살균장치에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 살균장치는 통상의 초음파살균장치와 같이 초음파발생수단을 가지며, 이러한 초음파발생수단은 살균대상 물질을 향해 초음파를 발산하는 초음파출력소자(10)를 갖는다.

상기 초음파출력소자(10)로는 통상의 초음파진동자나 압전소자 등의 형태가 있다.

상기와 같은 초음파발생수단은 이미 널리 공지된 것이므로 초음파발생수단에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

그런데 본 발명은 초음파를 사용하여 살균하면서도 신속한 살균이 가능한 뿐만 아니라 우수한 살균력을 얻을 수 있는 살균장치를 제공하려는 목적을 갖는다.

이를 위하여 본 발명에서는 유동(流動) 가능한 식음료 등의 살균대상 물질이 유동되는 살균대상물질유동공간(21)을 갖는 파이프 형상의 초음파살균몸체(20)를 구비한다.

또, 초음파출력소자(10)는 초음파살균몸체(20)의 살균대상물질유동공간(21)을 유동하는 식음료에 초음파를 발산하도록 초음파살균몸체(20)의 벽면에 설치되어 있도록 한다.

그런데 식음료 등 살균대상 물질의 신속한 살균을 위해서는 살균대상 물질이 살균대상물질유동공간(21)을 비교적 빠르게 유동해야 하고, 우수한 살균력을 확보하기 위해서는 초음파에 의해 발생되는 캐비티(Cavity)가 살균대상물질유동공간(21)을 경유하는 살균대상 물질에 고르게 분포되도록 해야 한다.

캐비티란 수중에 초음파가 가해질 경우 진공상태이면서 마이크로 미터(㎛) 크기인 기포를 의미하며, 캐비티는 빠르게(수 마이크로 초 단위) 발생과 소멸(터지는 현상)을 반복하게 된다.

보통 캐비티 내부는 5,000℃ 정도의 고온과 1,000기압의 조건을 갖는 것으로 알려져 있다.

상기와 같이 캐비티가 발생되는 현상을 캐비테이션(Cavitation) 현상이라고 하며, 초음파를 이용한 살균의 원리는 캐비티가 터질 때 발생되는 충격파와 열을 이용한 것이다.

즉, 균이 순간적인 충격파와 열에 의해 죽게 하는 것이다.

초음파출력소자(10)에 인접된 위치에서는 초음파가 강하고 비교적 고른 강도를 갖기 때문에 캐비티가 고르게 발생되는 등의 이유로 살균력이 강하지만 초음파출력소자(10)에서 멀어질수록 초음파가 약해지는 등의 이유로 살균력이 약해진다.

따라서 본 발명의 목적 달성을 위해서는 초음파에 의해 발생되는 캐비티(Cavity)가 살균대상물질유동공간(21)을 경유하는 식음료 등의 살균대상 물질에 고르게 분포되도록 해야 하는 것이다.

이러한 이유로 본 발명에서는 살균대상물질유동공간(21)의 단면 중앙부를 중심부로 하여 방사형으로 복수 개의 초음파출력소자(10)가 설치되어 있도록 한다.

즉, 이러한 구성에 의하면 발생되는 초음파가 살균대상물질유동공간(21)의 중앙부를 향해 발산되어 집중되기 때문에 초음파유동공간의 내벽 부근에서뿐만 아니라 중심부에서도 강한 살균력이 확보되며, 이는 곧 살균대상물질유동공간(21)의 단면적을 넓힐 수 있는 결과로 이어지므로 살균대상 물질을 빠르게 유동시키면서 우수한 살균력을 얻을 수 있는 결과로 이어지는 것이다.

물론, 초음파출력소자(10)는 초음파살균몸체(20)의 길이 방향으로 복수 개 위치되어 있도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 경우 초음파출력소자(10)는 초음파살균몸체(20)의 길이 방향으로 나선을 형성하면서 위치되어 있어 살균대상물질유동공간(21)을 경유하는 식음료 중 캐비티에 노출되지 않는 부분이 최소화되도록 하는 것이 좋다.

본 발명의 구성요소인 초음파살균몸체(20)는 단면적이 원형인 원통형의 파이프 형태로 구현될 수도 있고, 각파이프의 형태로 구현될 수도 있다.

그러나 초음파출력소자(10)의 설치와 캐비티 발생을 고려할 때 원통형의 파이프보다는 각파이프의 형태로 구현하는 것이 바람직하다.

즉, 각파이프의 형태로 구현될 경우 초음파살균몸체(20)의 외주면에 다수 개의 평면을 갖기 때문에 이 평면에 초음파출력소자(10)를 부착시키는 것이 용이한 것이다.

초음파살균몸체(20)가 원통형의 파이프 형태로 구현되는 것보다는 각파이프의 형태로 구현되는 것이 살균력도 보다 우수하다.

각파이프의 형태로 구현되는 경우에 있어서 살균대상물질유동공간(21)의 내벽이 서로 마주하고 있는 경우(단면이 4각인 형태, 6각인 형태, 8각인 형태 등 짝수 개의 면을 갖는 각파이프의 형태)에는 정재파(Standing wave)가 발생된다.

정재파의 곡선 상단부(1a)와 하단부(1b)에서는 캐비티가 강하기 때문에 그 부근에서 강한 살균력이 확보되는 특징이 있지만 정재파가 발생되지 않는 조건(단면이 3각인 형태, 9각인 형태 등 홀수 개의 면을 갖는 각파이프의 형태)보다는 캐비티가 고르게 분포되지 못하는 특징이 있다.(정재파의 곡선은 상대편 면의 부식을 방지하기 위해 음압이 제로가 되도록 평면간의 거리가 도 6과 같도록 하는 것이 바람직함)

따라서 초음파살균몸체(20)가 직렬 형태로 복수 개 연결되어 있되 어느 하나의 초음파살균몸체(20)는 홀수 개의 평면을 갖는 각파이프 형태이고 다른 하나는 짝수 개의 평면을 갖는 각파이프 형태가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 초음파출력소자(10)가 위치된 부분을 경유한 식음료 등의 살균대상 물질에 자외선을 발산하는 자외선살균수단(30)을 구비하면 살균효과가 매우 우수해진다.

이는 캐비티에 의해 완전히 죽지는 않았지만 일부 손상을 받은 세균에게 자외선을 가하는 것이기 때문에 초음파에 의해서 죽지 않은 균을 용이하게 제거할 수 있기 때문이다.

이러한 구조와 단순히 초음파살균수단에 더하여 자외선살균수단(30)을 구비하는 구조와는 효과에 있어 큰 차이가 있다.

식음료의 유동경로로 볼 때 자외선살균수단(30)이 반드시 초음파출력소자(10)의 뒤쪽에 위치되어야 하기 때문이다.

물론, 초음파출력소자(10)가 위치된 부분을 경유한 살균대상 물질을 살균하는 또 다른 살균수단 예를 들면 식음료를 냉각(제거대상 균이 죽는 온도까지 냉각)하여 식음료를 살균하는 냉각살균수단이나 오존살균수단 등을 더 구비하는 것(도시하지 않음)만으로도 살균효과를 향상시킬 수는 있다.

그러나 자외선살균수단(30)을 구비하는 것이 더욱 효과적이고, 식음료와 같이 온도에 민감한 살균대상 물질이라면 자외선살균수단(30)을 거친 식음료를 냉각하는 냉각수살균수단을 더 구비하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 있어서, 초음파살균몸체(20)는 5각형 내지 9각형의 단면을 갖는 각파이프 형태가 바람직하다.

1a. 상단부 1b. 하단부
10. 초음파출력소자 20. 초음파살균몸체
21. 살균대상물질유동공간 30. 자외선살균수단

Claims (6)

1. 삭제
2. 초음파를 사용한 살균장치에 있어서,
   살균대상 물질이 유동되는 살균대상물질유동공간(21)을 갖는 파이프 형상의 초음파살균몸체(20); 및
   상기 살균대상물질유동공간(21)을 유동하는 살균대상 물질에 초음파를 발산하도록 초음파살균몸체(20)의 벽면에 설치되어 있되 살균대상물질유동공간(21)의 단면 중앙부를 중심부로 하여 방사형으로 복수 개 설치되어 있는 초음파출력소자(10)를 가지는 초음파발생수단;을 포함하여 구성되어 있고,
   상기 초음파살균몸체(20)는 각파이프의 형상으로 되어 있어 다수 개의 평면을 가지며, 상기 평면에 초음파출력소자(10)가 위치되어 있고,
   상기 초음파살균몸체(20)는 직렬 형태로 복수 개 연결되어 있되 어느 하나의 초음파살균몸체(20)는 홀수 개의 평면을 갖는 각파이프 형태이고 다른 하나는 짝수 개의 평면을 갖는 각파이프 형태인 것을 특징으로 하는, 초음파를 사용하는 살균장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 초음파출력소자(10)는 초음파살균몸체(20)의 길이 방향으로 복수 개 위치되어 있되 초음파살균몸체(20)의 길이 방향으로 나선형의 곡선을 형성하면서 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 초음파를 사용하는 살균장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 초음파출력소자(10)가 위치된 부분을 경유한 살균대상 물질에 자외선을 발산하는 자외선살균수단(30);이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 초음파를 사용하는 살균장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 초음파출력소자(10)가 위치된 부분을 경유한 살균대상 물질을 냉각하여 살균대상 물질을 살균하는 냉각살균수단;이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 초음파를 사용하는 살균장치.
   
6. 삭제

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