KR102152561B1

KR102152561B1 - 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기

Info

Publication number: KR102152561B1
Application number: KR1020200015044A
Authority: KR
Inventors: 임준수
Original assignee: 임준수
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2020-09-04

Abstract

본 발명에 따른 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기는, 세척수 및 농수산식품을 수용하는 것으로, 초음파 진동자가 설치되어 초음파 방식으로 농수산식품을 세척하는 세척조; 상기 세척조의 바닥 면에 설치되어 상기 세척조 내로 버블을 분사하는 버블 발생기; 상기 세척조의 일 측벽에 설치되어 세척수에 와류를 발생시키는 와류 발생기; 상기 초음파 진동자 및 버블 발생기와 와류 발생기의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기에 의하면, 초음파는 물론 버블 및 와류를 농수산식품에 전달하여 3중의 우수한 세척력을 발휘할 수 있는 효과를 가진다.

Description

버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기{VORTEX GENERATION-BASED ULTRASONIC CLEANER FOR AGRICULTURE AND FISHERIES FOOD WITH BUBBLE WASH FUNCTION}

본 발명은 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기로서, 보다 상세히는 기본적으로 초음파를 통해 농수산식품을 세척하면서 부차적으로 버블 발생에 의한 세척 기능을 겸비할 뿐 아니라 수조의 수면 부근에 와류를 발생시켜 수조 상에 뜨는 성질을 가진 농수산식품을 수조 내로 자연스럽게 가라앉게 하여 보다 효율적으로 초음파 및 버블 세척을 수행할 수 있는 농수산식품용 초음파 세척기에 관한 것이다.

초음파 식기세척기는 초음파 진동자를 통하여 세척조에 담수된 세척수를 매질로 이용하여 이 매질에 미세 진동을 제공하는 초음파를 출력하여 발생되는 공동 현상을 통해 식기를 세척하는 장치를 의미한다.

이 초음파 식기 세척기는 인력을 크게 줄이면서 우수한 세척력을 자랑하고 있는데, 선행기술을 참조하면 이러한 초음파 세척기는 식기 세척 용도를 넘어서 음식 세척 용도를 제공하는 것을 확인할 수 있다.

국내 특허 제 604381호인 음식물 세척기는, 본체부(110);와, 상기 본체부(110)의 내측에 배치되어 피세척물이 담기는 수용공간(122)을 형성하고 저면에 배수구(124)를 형성하며 샤워노즐(126a)이 형성된 급수구(126)와 일측면 상단부에 오버플로우홀(128)을 형성한 세척조(120); 및, 상기 세척조(120)내부에 진동을 발생시키는 초음파발진장치(130);를 갖는 음식물 세척기에 있어서, 상기 세척조(120) 일측면 상단부에 형성되는 만수위센서(142)와 일측면 중앙하부에 형성되는 저수위센서(144)를 형성한 센서부(140); 및, 상기 본체부(110)의 일측면에 고정되어 회동되면서 상기 세척조(120)의 수용공간(122)을 개폐하는 도어(150)를 포함하여, 초음파로 음식물을 세척한다고 게시되어 있다.

상기 선행기술에 의하면, 물론 초음파의 우수한 세척력으로 음식을 깨끗하게 세척할 수 있는 장점은 있으나 농수산식품의 경우 농약이 표면에 잔류되어 있을 가능성이 있을 뿐 아니라 흙 등의 이물질 역시 무시할 수 있는 표면 분포를 가질 수 있기 때문에 초음파로만 깨끗하게 농수산식품을 세척할 수 없다는 문제가 따른다.

더 나아가, 대부분의 농수산식품은 물보다 비중이 낮아 세척수 위에 부유하는데 초음파가 부유된 농수산식품 부위에까지 전달되지 못해 이 부위를 제대로 세척할 수 없다는 단점도 존재한다.

따라서, 초음파를 기반으로 농수산식품을 세척하되 이에 그치지 않고 버블 및 와류를 발생하여 보다 강력한 세척력을 발휘함과 동시에 농수산식품의 전체 면적에 골고루 초음파를 제공할 수 있는 신규하고 진보한 농수산식품 전용 초음파 세척기를 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 초음파 세척 기반에 버블 및 와류를 농수산식품에 제공하여 강력한 세척력을 제공할 뿐 아니라 농수산식품의 전체 면적에 균일한 세척력을 발휘하는 초음파 세척기를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 세척조의 바닥면에 초음파 진동자와 버블 분사관을 설치하여 초음파와 버블이 중첩 상쇄되는 문제를 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 세척조의 오버플로우 블록을 형성하여 세척조 내에서 일정 수위를 유지하도록 한 것이다.

본 발명의 추가 목적은 농수산식품의 중량과 세척수의 용량에 따라 초음파, 와류 및 버블을 농수산식품에 차등 전달하는 수단을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기는, 세척수 및 농수산식품을 수용하는 것으로, 초음파 진동자가 설치되어 초음파 방식으로 농수산식품을 세척하는 세척조; 상기 세척조의 바닥 면에 설치되어 상기 세척조 내로 버블을 분사하는 버블 발생기; 상기 세척조의 일 측벽에 설치되어 세척수에 와류를 발생시키는 와류 발생기; 상기 초음파 진동자 및 버블 발생기와 와류 발생기의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 버블 발생기는, 상기 바닥면의 양 폭을 번갈아 지나도록 구불구불(蛇行; serpentine)한 형상으로 연장된 것으로, 일정 간격을 두고 복수 개의 토출공을 구비한 버블 분사관과, 공기 발생기로부터 공급된 공기를 상기 토출공으로 분사하는 버블 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 와류 발생기가 설치된 측벽과 다른 일 측벽에는, 일정 두께를 가지고 기립 설치된 것으로, 상면에 복수 개의 배출공을 구비한 서브 그릴과, 상기 서브 그릴로 입수된 세척수를 상기 세척수 공급부에 공급하거나 탱크를 통해 임시 저장하는 세척수 처리부를 구비한 오버플로우 블록;이 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기에 의하면,

1) 초음파는 물론 버블 및 와류를 농수산식품에 전달하여 3중의 우수한 세척력을 발휘할 수 있는 장점을 가지고,

2) 와류 발생에 의해 농수산식품을 세척수 아래로 가라앉혀 초음파 및 버블 전달력을 높일 수 있으며,

3) 농수산식품의 중량 및 세척수의 수량에 따라 3중 세척 수단의 레벨을 차등적으로 조절할 수 있을 뿐 아니라,

4) 버블에 항균성 물질을 함께 제공함으로써 농수산식품의 항균 세척 기능을 강화할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 초음파 세척기의 기본 외관을 도시한 사시도.
도 2는 세척조의 바닥면에 설치된 버블 분사관과 초음파 진동자의 배치 구조 및 오버블로우 블록을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 초음파 세척기의 세척 기능을 예시한 정단면도.
도 4는 본 발명의 세척조에서 와류가 발생되는 상태를 예시한 사진.
도 5는 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성을 도시한 블록도.
도 6은 버블 발생기에 항균성 물질을 추가하는 구조를 개략적으로 도시한 개념도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 초음파 세척기의 기본 외관을 도시한 사시도이다.

도 1을 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 초음파 세척기는 기본적으로 세척수와 세척 대상인 농수산식품을 수용할 수 있는 세척조(10)를 구비한다.

본 발명에서 농수산식품은 농산물, 과일, 수산물을 총칭하는 개념으로서 본 발명의 초음파 세척기를 통해 세척이 되는 세척 대상을 의미하고, 물로 씻어 오염물질, 벌레나 농약 등을 제거하기 위한 대상이라면 그 종류에 제한되지 않는다.

또한, 본 발명에서 세척수는 일반적으로 가정이나 주방 등에서 구하기 쉬운 물을 의미하되 반드시 순수한 물에 한정되는 것은 아니고 후술하겠지만 항균 기능을 향상시키기 위하여 물을 기본으로 하되 이에 기능성 액체를 포함시키는 것도 가능하다.

본 발명의 세척조(10)는 세척수 및 농수산식품을 수용하여 세척을 수행하는 공간을 제공하는 것으로, 농수산식품을 세척조에 담거나 꺼낼 수 있도록 상부가 개방된 상태에서 4개의 측벽 및 바닥면이 막힌 육면체로 이루어진 형상인 것이 가장 보편적이라 할 수 있다. 물론 세척조(10)는 육면체 형상에 국한되는 것은 아니고 다양한 입체적인 형상으로 형성되는 것이 가능하다.

이러한 세척조(10)의 적어도 하나 이상의 측벽에는 초음파를 발생시키는 초음파 진동자(20)가 장착된다.

초음파 진동자(20)는 초음파를 발생시켜 이 초음파 고유의 미세 진동에 의한 공동 현상에 의하여 농수산식품의 이물질을 세척함과 아울러 농약과 같은 잔류 물질을 닦아내는 역할을 수행한다. 이러한 초음파 진동자(20)는 복수 개로 그룹 처리된 상태에서 세척조(10)의 일 측에 설치될 수 있는데, 예를 들어 세척조(10)의 어느 하나의 측벽 또는 양 측벽, 또는 바닥면에 설치될 수 있으며 이 개수와 위치에 제한되지 않는다. 다만, 후술하겠지만 본 발명의 버블 발생기(30)와 유기적 연동을 위하여 버블 발생기(30)의 버블 분사관(31)이 배치된 세척조(10)의 바닥면에 설치되는 것이 바람직하며 이는 후술하도록 한다.

이러한 세척조(10)의 측벽 외측에는 후술할 컨트롤러(100)와 연동되는 컨트롤 패널(101)이 장착되어 있다.

이 컨트롤 패널(101)은 디스플레이를 구비한 상태에서 본 발명의 초음파 세척기에 대한 세부 기능을 조작하거나 입력할 수 있는 버튼을 포함하고, 사용자의 결정에 의해 다양한 미세 조작을 수행할 수 있는 기반을 제공한다.

예를 들어, 컨트롤 패널(101)의 조작에 따라 세척시간, 와류 발생시간 및 강도와 횟수, 버블 발생시간 및 강도와 횟수, 초음파 진동자의 주파수 대역 설정 및 발생횟수, 와류 발생, 버블 발생, 초음파 발생의 순서 또는 동시 동작 여부 등을 선택할 수 있다. 더 나아가, 농수산식품의 중량에 따라 기 설정된 프로그램에 의하여 세부 조작을 자동으로 수행하는 것도 가능하며 이는 컨트롤러(100)의 세부 구성과 함께 후술한다.

본 발명의 와류 발생기(40)는 세척조(10)의 측벽에 복수 개로 형성된 토출구(41)를 통하여 에어 또는 세척수를 분사함으로써 세척조(10)에 저장된 세척수에서 와류를 발생시키는 기능을 제공한다.

이를 위해 와류 발생기(40)는 세척조(10)의 일 측, 예를 들어 토출구(41)가 설치된 측벽과 내통 연결된 세척조(10)의 하부에 에어 펌프 내지 워터 펌프를 구비하는데, 에어 펌프인 경우 토출구(41)를 통해 에어를 분사하고 워터 펌프인 경우 세척조 하부에 별도로 설치된 탱크에 저장된 워터, 즉 세척수를 토출구(41)를 통해 분사할 수 있다. 즉, 본 발명의 와류 발생기(40)는 워터 또는 공기를 매개로 세척수를 수용한 세척조에서 와류를 발생시키는 기능을 수행하며 와류 발생 원리는 공지기술을 참조하면 되므로 구체적인 설명은 생략한다.

이때, 탱크는 도면에 도시되지는 않았지만 세척조(10)의 세척수를 공급받아 저장한 다음 와류는 물론 버블을 발생시키는 매질로 동시에 사용 가능하며 이를 위해 와류 발생기(40)의 펌프와 버블 발생기(30)의 버블 공급 수단(33)과 연결되는 것이 가능하다.

더불어 와류 발생기(40)에 워터 펌프가 구비된 경우 와류 발생기에 보다 원활하게 세척수를 공급하기 위하여, 도 2를 참조하면 세척조(10)의 바닥면 일 측에는 복수 개의 통공이 관통된 그릴(11)이 장착되어 세척조(10)의 바닥면으로 세척수를 배출시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 이때, 바로 상술한 탱크가 그릴(11)로부터 공급된 세척수를 임시 저장한 다음 와류 발생기로 공급하여 이 세척수를 워터 펌프 기반의 와류 발생기에서 와류를 발생시킬 수 있는 매질로 사용할 수 있는 것이다. 즉, 세척조(10)로부터 세척수를 공급받은 탱크는 이 세척수를 다시 와류 발생기(40)로 공급하고 와류 발생기(40)는 이 세척수를 세척조(10)에 분사하게 되는데, 세척수는 이러한 과정을 거치면서 세척조(10)를 순환한다, 이와 같이 와류 발생기에서 워터(세척수)를 세척조에 분사할 때 와류 발생의 매질 역할을 하는 세척수가 세척조(10)를 순환하기 때문에 외부로 불필요하게 유실되거나 세척수가 줄어드는 문제는 발생하지 않는다.

특히, 와류 발생기(40)의 토출구(41)는 세척조(10)의 상측, 구체적으로 기준 수면(원활한 세척을 위해 세척조의 측벽 내측에 라인 형식으로 설정된 권장 수면)보다 아래 지점에 설치되는 것이 바람직한데, 이는 수면보다 높은 위치에 설치될 경우 와류를 발생시키지 못하는 문제가 따르고 수면보다 너무 아래 지점에 설치될 경우 농수산식품을 가라앉게 하는 작용을 제대로 수행하지 못하기 때문이다.

즉, 와류 발생기(40)는 세척조(10)의 수면 아래 지점에서 와류를 발생시켜 농수산식품을 세척수의 수면 아래로 가라앉도록 하는 역할을 수행한다.

일반적으로 과일 또는 채소와 같은 농수산식품은 비중이 물보다 낮아 물로 이루어진 세척수의 수면에 떠 있는 상태를 취하는데, 이 경우 초음파 진동자(20)에서 발생시킨 초음파 또는 버블 발생기(30)의 버블을 농수산식품의 부유 면에 제대로 전달하지 못해 원활한 세척을 수행할 수 없게 된다. 따라서, 와류 발생기(40)는 세척수의 수면 근처에 와류를 발생시켜 와류에 의한 충격량 전달에 의해 농수산식품의 이물질을 제거하는 것은 물론 농수산식품이 순간적으로 세척수의 수면 아래로 가라앉도록 하여, 다시 말해 농수산식품을 세척수에 충분히 잠기도록 하여 농수산식품에 초음파 및 버블을 충분히 접촉시킬 수 있는 기반을 제공한다.

도 2는 세척조의 바닥면에 설치된 버블 분사관과 초음파 진동자의 배치 구조 및 오버블로우 블록을 도시한 평면도이다.

본 발명의 버블 발생기(30)는 세척조(10)의 바닥 면에 설치되어 상기 세척조(10) 내로 버블을 분사하는 기능을 수행하는 것으로서, 이는 공지기술이므로 다양한 구조가 적용될 수 있으나 일 예로서 공기발생기를 구비한 버블 공급 수단(33)과 펌프, 버블 분사관(31)으로 이루어진 실시예를 예시적으로 설명한다.

공기발생기는 세척조(10)의 외부 또는 하부에 설치되는 것으로, 공지의 링브로워 또는 마이크로버블 발생을 위한 나노버블펌프로 이루어져 차후 버블이 되는 공기를 발생시킨다.

공기발생기로부터 공급된 공기는 버블 발생기(30) 역시 별도로 구비된 펌프의 동력을 매개로 버블 분사관(31)으로 이동되는데, 버블 분사관(31)은 세척조(10)의 바닥면에 가급적 넓은 면적을 확보할 수 있도록 길게 연장되어 있다.

이 버블 분사관(31)에는 연장 방향을 따라 일정 간격을 두고 토출공(32)이 형성되어 있어 공기발생기에서 발생된 공기를 펌프의 동력으로 토출공(32)으로 분사시키고, 이로 인해 버블 발생기의 기본적 기능으로 잘 알려진 바와 같이 세척조(10)의 세척수로 버블이 분사되는 것이다. 이 버블 발생기(30)는 공기발생기에서 공급된 공기와 물을 혼합시킬 수 있는 별도의 탱크를 구비하는 것도 가능하고, 이 탱크는 앞서 와류 발생기(40)의 설명에서 언급한 바와 같이 세척조(10)의 바닥면에 형성된 그릴(11)로 배출된 세척수를 수용하는 수 있을 뿐 아니라 워터 기반의 와류를 발생시키는 와류 발생기와 연결되는 것도 가능하다.

특히, 본 발명의 버블 분사관(31)은 마치 방바닥에 매설된 보일러의 온수 공급관과 같이 세척조(10)의 바닥면의 양 폭을 번갈아 지나는 사행(蛇行; serpentine) 형상, 즉 구불구불한 형상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 세척조 전반에 걸쳐 버블을 고르게 분사할 수 있도록 처리하기 위함이다.

더불어, 도면에 별도로 도시되어 있지는 않으나 본 발명의 초음파 세척기는 세척수를 공급하는 세척수 공급부를 포함하거나 외부의 세척수 공급부와 연결될 수 있는데, 이해하기 쉬운 예로서 이 세척수 공급부는 주방의 수도관일 수 있다.

또한, 세척수를 임시 수용하는 탱크와 별개로서 세척조(10)의 바닥면 또는 측벽의 하부에는 세척이 완료된 세척수를 외부로 배출할 수 있는 배출공(12)이 형성되어 있고, 이 배출공(12)은 평상시에는 누수 방지를 위해 마개로 막혀 있다가 커버의 개방 시 배출공(12)을 통해 세척조(10)의 세척수를 외부로 배출할 수 있다.

이와 같은 구성에 따른 본 발명의 초음파 세척기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 초음파 세척기의 세척 기능을 예시한 정단면도이고, 도 4는 본 발명의 세척조에서 와류가 발생되는 상태를 예시한 사진이다.

우선 본 발명의 초음파 세척기에 의하면, 도 3에 도시된 것처럼 3중의 세척력을 제공할 수 있다.

첫째는, 초음파 진동자에 의한 초음파 세척력이고, 둘째로는 버블 발생기에 의한 버블 세척력이다. 이때, 버블 발생기에서 발생하는 버블은 보다 우수한 세척력을 확보하기 위해 마이크로버블인 것이 바람직한데, 일반 기포는 물속에서 상승해 표면에서 파열하는 반면 마이크로버블은 세척조(10) 내에서 세척조(10) 내의 수압에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸하면서 멸균 및 살균작용을 하는 특성을 제공할 수 있기 때문이다.

이와 같은 초음파 및 버블 세척 작용에 의하면, 사과, 배와 같은 대과류는 물론 베리, 포도와 같은 소과류 세척에도 물리적 충격에 의한 손상을 방지하면서 우수한 세척력을 제공할 수 있는 이점을 가진다.

마지막으로, 와류 발생기(40) 역시 수면에 부유된 농수산식품, 특히 사과와 같은 대과류의 표면에 가해진 수압에 의해 이물질을 제거할 수 있는 세척력을 제공할 수 있다.

이와 같은 3중의 세척 기능은 농수산식품의 세척 시 동시에 제공될 수도 있고, 순차적 또는 2개 조합 방식으로 제공되는 것이 가능하다.

예를 들어, 컨트롤러(100)의 컨트롤 패널(101)의 조작으로 초음파 세척기를 구동 처리하면 1 단계로 와류발생기(40)를 구동시켜 세척수의 수면에 부유된 농수산식품을 세척수 아래로 가라앉도록 한다. 이와 동시, 또는 일정 인터벌을 둔 다음 2 단계로 초음파 진동자(20)를 구동시켜 초음파 세척을 수행할 수 있고 이때 3 단계로 버블 발생기(30)를 구동시켜 초음파와 함께 또는 초음파과 별개로 농수산식품에 버블을 제공할 수 있으며 아니면 초음파 발생 이후 일정한 인터벌을 둔 다음 버블을 발생시킬 수도 있다. 이처럼 와류 발생 - 초음파 발생 - 버블 발생이라는 총 3 단계 세척 프로세스는 총 세척시간동안 2 내지 4회 반복하여 수행될 수 있고 이때 각 단계 사이에 일정한 인터벌을 두는 것도 가능하다.

더불어, 초음파의 진동수의 고저, 와류 발생의 고저(펌프의 동력 차이에 따른 수압의 고저), 버블 발생의 고저(역시 펌프의 동력 차이에 따른 버블 분사력의 고저)와 같이 각각의 강도와 세기 역시 조절할 수 있다.

본 발명에서는 세척시간을 늘리고 줄이는 것, 와류와 버블 발생 회수를 높이거나 낮추는 것, 초음파 진동자의 주파수를 높이거나 낮추는 것과 같이 각 구성의 강도를 조절하는 것을 "레벨"을 조절한다고 표현하고, 이러한 복수 개의 구성에 대한 각 레벨의 수치를 총칭하여 "구동 레벨"이라고 표현한다. 다시 말해, 구동 레벨은 다양한 미세 구성의 레벨 각각의 수치를 포함하는 상위개념이고, 이 상위개념 내에서 세척시간에 대한 특정 수치와 같은 각 레벨에 대한 하위구성이 복수 개로 포함되어 있다.

이 구동 레벨은 사용자가 일일이 개별적인 구성 각각의 조절값으로 설정되어 컨트롤 패널(101)의 조작으로 미세 조절할 수 있는 것은 물론, 본 발명의 초음파 세척기에서 미리 학습을 통해 룩업테이블(look-up table)을 생성한 다음 이 룩업 테이블의 기준에 따라 자동으로 조절되는 것도 가능하다.

더 나아가, 다시 도 2를 참조하면 초음파 진동자(20)가 버블 분사관(31)과 더불어 세척조(10)의 바닥면에 설치된 것을 알 수 있다.

구체적으로, 도 2에 따른 실시예는 앞서 언급한 구불구불한 형상의 버블 분사관(31) 사이에서 초음파 진동자(20)가 일정 간격을 두고 복수 개로 배치된 구조를 제시한다.

이러한 실시예는 초음파 진동자(20)가 세척조(10)의 측벽에 설치된 가상의 예와 비교될 수 있는데, 만일 초음파 진동자(20)가 세척조(10)의 측벽에 설치될 경우 세척조(10)의 바닥면에서 상 방향으로 발생된 버블의 경로와 초음파의 경로가 직각으로 만나면서 상호 간섭 현상에 의해 초음파 및 버블의 강도가 상쇄되는 문제가 따른다. 반면, 도 2의 실시예에 따르면 초음파 진동자(20)에 의한 초음파 경로와 버블 경로가 모두 상 방향으로 진행되기 때문에 서로 간섭되지 않고 손실 없이 초음파 및 버블을 농수산식품에 안정적으로 전달할 수 있는 특성을 제공할 수 있다.

다시 도 2를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 초음파 세척기는 오버플로우 블록(50)을 포함하는 것이 가능하다.

구체적으로, 오버플로우 블록(50)은 상술한 와류 발생기(40)가 설치된 측벽과 다른 측벽(바람직하게는 마주보는 측벽)에서 일정 두께를 가진 상태로 기립 설치된 것으로서, 세척조(10)의 측벽보다는 약간 낮은 높이를 가진다.

이러한 오버플로우 블록(50)은 내부가 빈 상태에서 상면에 복수 개의 배출공을 구비한 서브 그릴(51)을 구비하고, 오버플로우 블록(50)의 바닥에는 역시 배수공이 형성되어 세척수를 외부로 배수 처리할 수 있거나 배수공이 관로를 매개로 와류 발생기(40)(구체적으로 와류 발생기에서 수압을 발생시키기 위해 세척수를 저장한 탱크)와 연결되어 이 세척수를 와류 발생 용도로 활용할 수 있다.

이러한 오버플로우 블록(50)은 상술한 세척수 공급부를 통해 세척수가 세척조(10)로 지속적으로 유입되는 경우 오버플로우 블록(50)의 세척조(10)의 상면까지 차오른 세척수를 배출 처리하는데, 다시 말해 오버플로우 블록(50)의 상면 높이가 세척조(10)의 한계 수위가 되는 것이다.

이러한 오버플로우 블록(50)에 의하여 세척수 공급부를 통해 세척수가 계속적으로 세척조(10)로 공급되는 상황에서도 세척수의 일정 수위를 유지하면서 와류 발생기(40)에서 사용할 수 있는 수원(水原)을 공급하는 역할을 겸비할 수 있다.

도 5는 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성을 도시한 블록도이다.

도 5에서는 컨트롤러(100)의 추가 구성을 도시하고 있는바, 우선 컨트롤러(100)의 추가 일 실시예로서, 컨트롤러(100)는 중량 입력모듈(110)과, 차등 구동모듈(120)을 추가로 포함하는 것이 가능하다.

중량 입력모듈(110)은 농수산식품의 중량을 사용자로부터 입력받는 기능을 제공하는 것으로서, 일 예로 상술한 컨트롤 패널(101)의 버튼을 통하여 세척하고자 하는 농수산식품의 중량을 입력받을 수 있다. 더 나아가, 중량 입력모듈(110)은 세척조(10)의 일 측에 구비된 저울로서, 이 저울에서 측정한 농수산식품의 중량을 후술할 차등 구동모듈(120)에 전달하는 것도 가능하다.

차등 구동모듈(120)은 측정된 농수산식품의 중량의 고저에 따라 구동 레벨을 차등 조절하는 기능을 제공한다.

앞서 설명하였듯이, 구동 레벨은 사용자가 설정하거나 아니면 초음파 세척기 자체적으로 보유한 룩업 테이블에서의 세척시간, 와류와 버블 발생 회수, 초음파 진동자의 주파수의 강도(특정 수치로 구체화 가능)를 의미하는데, 다시 말해 차등 구동모듈(120)은 농수산식품의 중량의 고저에 따라 이 구동 레벨의 수치를 차등 조절할 수 있다는 의미이다.

예를 들어, 농수산식품의 중량이 2Kg일 때 세척시간 4분, 와류 및 버블 발생 회수 3회, 초음파 진동자(20)의 주파수는 40kHz로 구동 레벨이 설정되어 있다고 가정할 때 측정된 농수산식품의 중량이 3Kg인 경우 세척시간 5분, 와류 및 버블 발생 회수 4회, 초음파 진동자(20)의 주파수는 42kHz로 각각의 구동 레벨 또는 적어도 하나의 구동 레벨을 차등 구동모듈(120)에서 차등 조절할 수 있다.

이에 따르면, 농수산식품의 중량에 따라 맞춤식으로 구동 레벨을 차별 조절하여 상술한 각 구성의 출력을 조절할 수 있어 보다 합리적인 맞춤형 세척력을 제공할 수 있다는 특성을 가진다.

컨트롤러(100)의 다른 추가 실시예로서, 컨트롤러(100)는 세척조(10)의 수위를 측정하는 수위 측정 센서(102)를 세척조(10)의 일 측에 구비한 상태에서 측정된 수위를 통해 세척조(10)의 수량을 파악하는 수량 파악모듈(130)을 포함한다.

이때, 수위 측정 센서(102)는 수위를 측정하는 기능을 가진 공지의 센서를 세척조(10)에 적용하는 것이 가능하고, 수량 파악모듈(130)은 미리 입력된 세척조(10)의 가로, 세로 치수에 측정된 수위를 높이로 계산하여 이들의 곱으로 세척조(10)의 수량을 리터(L) 단위로 계산할 수 있다.

아니면 수위 측정 센서(102)가 세척조(10)의 바닥에 설치된 로드셀과 같은 중량 센서일 수도 있고, 이 경우 미리 입력된 세척조(10) 자체의 무게를 제외한 중량에 의해 세척수(10)의 수량을 파악하는 것도 가능하다. 이때, 세척수(10)는 물이라는 가정에 의해 측정된 중량을 기준으로 부피를 측정할 수 있다.

이에 대응하여, 상술한 차등 구동모듈(120)은 이 수량을 반영하여 구동 레벨을 차등 조절하는 기능을 제공한다.

즉, 특히 버블과 초음파는 매질 역할을 하는 세척수의 양에 따라 그 성능과 기능이 달라질 수 있는데, 이와 같이 매질의 양의 고저에 따라 세척시간, 초음파 진동자의 진동수는 물론 버블 발생 회수와 같은 수치를 포함한 구동 레벨을 달리 조절 처리하여 보다 합리적인 세척 프로세스를 제공할 수 있다.

특히, 차등 구동모듈(120)은 구동 레벨에서 세척시간은 다음의 수학식 1을 통해 결정하는 것이 바람직하다. 이때, 다른 구동 레벨의 수치, 예를 들어 초음파 진동자(20)의 주파수는 상술한 실시예에 의하여 가변될 수 있으나 설명의 편의성을 위해 모두 중간값을 가진다는 가정을 둔다.

수학식 1.

여기서,

은 세척시간(분),

은 기준 세척시간(분),

은 기준 수량(리터),

은 측정된 세척수의 수량(리터),

는 농수산식품의 중량(Kg),

은 조절값(조절값은 2≤

≤4의 범위의 자연수)를 의미한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 기준 세척시간은 최소 세척시간을 의미하며, 예를 들어 2분으로 설정될 수 있다. 기준 수량은 와류 발생기(40)의 토출구(41) 바로 위 지점까지 차오른 세척수의 수량을 의미하며 예를 들어 50 내지 200 리터일 수 있다. 물론, 세척조(10)의 용적에 따라 이보다 크거나 작을 수도 있다.

조절값은 농수산식품의 중량을 고려하여 설정한 수치인데 물론 세척조(10)의 용적에 따라 달라질 수 있으나 보편적인 세척조(10)의 사이즈를 감안할 때 농수산식품의 중량은 대략 500g 내지 4kg이므로 이에 따라 조절값은 2,3,4 중 어느 하나의 자연수로 설정하였다.

수학식 1에 대하여 설명하면, 농수산식품의 중량이 증가할수록 당연히 세척시간도 길어지도록, 다시 말해 중량에 비례하도록 설정하되 반드시 선형 비례하지 않고 농수산식품의 중량이 커지더라도 본 발명 특유의 초음파, 버블, 와류에 의한 3중 세척에 의한 시간 대비 우수한 세척력을 자랑할 수 있다는 근거에 따라 일정한 세척 시간에 수렴하도록 처리하도록 하여 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지함과 아울러, 세척수의 수량이 증가할수록 초음파 내지 버블의 전달력이 분산될 수 있기 때문에 세척시간을 비선형적으로 증가할 수 있도록 처리한 특성을 가진다.

이 수학식 1에 의하면, 기준 세척시간이 2분, 기준 수량이 100리터, 측정된 수량이 150리터, 조절값은 2, 농수산식품의 중량은 2kg라 할 때,

= 2.9 분이 된다.

동일한 기준에서, 농수산식품의 중량이 3kg라 하면,

= 3.4분이 된다.

즉, 수학식 1은 농수산식품의 중량이 증가한다고 이에 따라 세척 시간이 선형 비례하지 않고 적정 수준으로 증가하도록 하되 세척수의 수량을 반영하여 이를 재조절함으로써 보다 합리적인 세척시간을 도출할 수 있는 특성을 제공한다.

더 나아가, 도 2에 도시된 바와 같이 초음파 진동자(20)가 버블 분사관(31) 사이에 복수 개로 배치된 경우 초음파 진동자(20)는 2개의 그룹으로 구분되는 것이 가능하다.

구체적으로, 세척조(10)의 바닥면의 기준 중앙 영역에 설치된 복수 개의 초음파 진동자(20)를 제 1 그룹(21)으로 설정한다. 여기서, 기준 중앙 영역은 세척조(10)에서 바닥면의 중앙 부위를 중심점으로 특정한 반지름을 가진 가상의 원 내에 포함된 영역을 의미한다.

또한, 이 기준 중앙 영역의 외측 영역에 설치된 복수 개의 초음파 진동자(20)를 제 2 그룹(22)으로 설정한다.

즉, 초음파 진동자(20)는 세척조(10)에서 바닥면의 중심에서 일정 반경을 가진 중앙 부위에 설치된 제 1 그룹(21)과 이 중앙 부위 밖에 설치된 제 2 그룹(22)으로 구분될 수 있다는 의미이다.

이에 대응하여, 차등 구동모듈(120)은 와류 발생기(40)의 구동 시, 제 1 그룹(21)의 초음파 진동자(20)의 주파수를 제 2 그룹(22)의 초음파 진동자(20)의 주파수보다 낮게 설정하는 주파수 차등 설정부(121)를 포함한다. 여기서, 초음파 진동자(20)의 주파수가 낮아진 경우 초음파의 전달거리 또는 침투 거리가 상대적으로 줄어든다는 이론을 근거로 한다.

즉, 주파수 차등 설정부(121)는 세척조(10)의 중앙 부위에 설치된 초음파 진동자(20)의 주파수를 그 주변에 설치된 초음파 진동자(20)의 주파수보다 낮게 처리하는 기능을 수행하는데, 이는 와류 발생기(40)에서 와류가 소용돌이처럼 발생하면 세척조(10)의 중앙 측으로 농수산식품이 몰리면서 가라앉은 다음 와류 발생기(40)의 와류 발생압력이 낮아지거나 와류 발생이 서서히 감소되는 시점에 와류 주변으로 농수산식품이 부상하게 된다.

즉, 세척조(10)의 중앙 부위로 쏠린 농수산식품은 가라앉은 상태라 세척조(10)의 바닥면과의 거리가 상대적으로 줄게 되고 세척조(10)의 중앙 부위 주변에 위치한 농수산식품은 수면으로 부상된 상태라 세척조(10)의 바닥면과의 거리가 상대적으로 증가하는 성질을 가지므로, 이를 반영하여 세척조(10)의 중앙 부위에 위치한 제 1 그룹(21)의 초음파 진동자(20)의 주파수는 상대적으로 낮게, 세척조(10)의 중앙 부위 외측에 위치한 제 2 그룹(22)의 초음파 진동자(20)의 주파수는 상대적으로 높게 설정하여 농수산식품의 위상의 변화에 관계없이 초음파가 농수산식품에 균일하게 전달될 수 있도록 처리한 것이다.

특히, 주파수 차등 설정부(121)는 다음의 수학식 2를 통해 제 1 그룹(21)의 초음파 진동자(20)의 주파수를 설정할 수 있다. 이때, 와류 발생기(40)의 와류 발생 압력은 일정하다고 가정한다.

수학식 2.

여기서,

은 제 1 그룹(21)의 초음파 진동자(20)의 주파수(kHz),

는 제 2 그룹(22)의 초음파 진동자(20)의 주파수(kHz),

은 와류 발생기(40)의 구동 시간(초),

은 와류 발생기(40)의 기준 구동 시간(초)을 의미한다.

이 수학식 2는 하이퍼탄젠트에 의하여 제 1 그룹(21)의 초음파 진동자(40)의 주파수를 제 2 그룹(22)의 초음파 진동자(20)의 주파수보다 작게 처리하되, 와류 발생기(40)의 구동시간이 증가할수록 농수산식품 중 가라앉는 것과 부상된 것의 차이가 더 벌어지거나 세척조(10) 내에서 위상의 변화가 심하게 일어날 수 있기 때문에 세척조(10)의 중앙 부위에 위치한 초음파 진동자(20)의 주파수를 더욱 줄일 수 있도록 한 것이다. 이때 와류 발생기(40)의 기준 구동 시간은 와류 발생기(40)의 실제 구동 시간보다 항상 크도록 설정되어 있다.

이 수학식 2 역시 와류 발생시간이 길어진다 하여도 이에 따라 제 1 그룹(21)의 주파수가 선형적으로 감소(선형 반비례)하도록 설정한 것이 아니라, 일정한 주파수 대역에 수렴될 수 있도록 하여 특정 위치에 따라 초음파 진동자(20)의 주파수 대역이 큰 차이를 가지지 않도록 하였다.

이에 따라 초음파 진동자(20)의 주파수가 일정값 이내로 수렴될 수 있는 범위에서 농수산식품의 세척조(10) 내 위치 및 와류 발생기(40)의 구동 시간에 따라 가변될 수 있어, 농수산식품의 다양한 표면에 3차원적으로 초음파가 적절히 전달되도록 하면서 특정 위치에 편중되지 않고 최대한 균일한 초음파 전달력을 제공할 수 있는 특성을 구비한다.

도 6은 버블 발생기에 항균성 물질을 추가하는 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 6에 따른 버블 발생기(30)는 버블 발생 시 이 버블에 액상의 항균성 물질이 함유되어 농수산식품의 살균력을 증가시킬 수 있는 수단을 제공한다.

구체적으로, 버블 발생기(30)에서 상술한 버블 공급 수단(33)은 서브 탱크(34)와 공급관(35) 및 혼합 구동부를 추가로 포함한다.

구체적으로, 서브 탱크(34)는 항균성 물질을 수용하는 공간을 제공하는 것으로, 이 서브 탱크(34)는 공기발생기와 버블 분사관(31) 사이 지점에 위치하여 연결 단에 노즐이 장착된 공급관(35)을 매개로 버블 분사관(31)에 연결되어 있다.

혼합 구동부는 서브 펌프(36)를 구비한 상태에서 이 서브 펌프(36)를 구동시킴으로써 버블 분사관(31)에 항균성 물질을 분사하여 공기발생기에서 공급된 공기와 혼합시키는 역할을 수행한다.

즉, 공기발생기에서 발생된 공기가 버블 분사관(31)의 시작 지점을 지날 때 서브 탱크의 서브 펌프(36)에 의해 분사된 항균성 물질이 스프레이 방식과 같이 혼합될 수 있어, 결과적으로 세척조(10) 내로 분사된 버블에 항균성 물질이 함유되도록 한다.

본 발명의 항균성 물질은 농수산식품의 살균 처리 기능을 제공하는 것으로, 인체에 악영향을 주지 않는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 항균성 물질은 크게 천연물계와 화학적 합성물계로 구분될 수 있는데, 천연물계로는 키토산, 프로타민, 아미노 유기체 화합물, 녹차, 삼백초와 같은 식물 추출물, 천연광석, 세라믹, 알릴 이소티오시아네이트(Allyl isothiocyanate) 등이 있으며, 화학적 합성물계로는 암모늄염과 유기 크롬, 구리화합물 등이 있다.

그러나 화학적 합성물계는 항균성이 우수하나 수질오염 및 독성 유발을 일으킬 수 있어 천연물계 항균성 물질을 이용하는 것이 보다 적합하다고 할 수 있다. 이러한 천연물계 항균성 물질 중 특히 알릴 이소티오시아네이트는 고추냉이 등 식물에 함유된 성분으로서, 균의 성장을 억제시키는 항균성이 뛰어난 물질이며 식품의 저장성을 높이기 위한 음식물의 용기 필름에 사용되는 물질이기도 한다.

이러한 알릴 이오티오시아네이트를 유효 성분으로 포함하는 항균성 물질을 제조하는 단계는 제 1 용액 제조 단계, 제 2 용액 제조 단계, 수득 단계를 포함할 수 있다.

먼저, 제 1 용액 제조 단계는 염화알릴 10 내지 40중량부, 포타슘티오시아네이트 30 내지 50중량부, 물 25 내지 45중량부를 혼합한 후 교반하여 제 1 용액을 제조하는 단계이다.

이때 염화알릴과 포타슘티오시아네이트는 항균성 물질을 합성하기 위한 출발 물질로서, 상기 제 1 용액 제조 단계를 통해 염화알릴과 포타슘티오시아네이트의 반응에 의해 알릴 티오시아네이트와 알릴 이소티오시아네이트가 생성된다.

다음으로, 제 2 용액 제조 단계는 상기 제 1 용액을 80 내지 140℃에서 1 내지 6시간 동안 가열하여 제 2 용액을 제조하는 과정으로서, 가열로 인해 알릴 티오시아네이트를 알릴 이소티오시아네이트로 생성하여 알릴 이소티오시아네이트의 수득량을 더욱 높이는 과정이라고 할 수 있다.

마지막으로, 수득 단계는 상기 제 2 용액을 냉각시키고 상등액을 분리한 다음 상등액을 무수황산나트륨으로 건조하여 항균성 물질을 수득하는 과정으로서, 무수 황산나트륨은 수분을 제거하는 기능을 수행하여 상온에서 냉각된 제 2 용액의 상등액에 존재하는 수분을 제거함으로써 건조된 항균성 물질을 수득할 수 있다.

이렇게 수득한 항균성 물질은 세척수 자체는 물론 세척조 내에서의 세균 성장을 억제시켜 세균 번식을 방지함과 아울러 농수산식품에 잔류한 세균에 대한 살균력을 제공하는 기능을 수행한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 버블 세척 기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 세척조 11: 그릴
12: 배출공 20: 초음파 진동자
21: 제 1 그룹 22: 제 2 그룹
30: 버블 발생기 31: 버블 분사관
32: 토출공 33: 버블 공급 수단
34: 서브 탱크 35: 공급관
36: 서브 펌프 40: 와류 발생기
41: 토출구 50: 오버플로우 블록
51: 서브 그릴 100: 컨트롤러
101: 컨트롤 패널 102: 수위 측정 센서
110: 중량 입력모듈 120: 차등 구동모듈
121: 주파수 차등 설정부 130: 수량 파악모듈

Claims

버블 세척기능을 겸비한 와류 발생 기반의 농수산식품용 초음파 세척기로서,
세척수 및 농수산식품을 수용하는 것으로, 초음파 진동자가 설치되어 초음파 방식으로 농수산식품을 세척하는 세척조;
상기 세척조의 바닥 면에 설치되어 상기 세척조 내로 버블을 분사하는 버블발생기;
상기 세척조의 일 측벽에 설치되어 세척수에 와류를 발생시키는 와류발생기;
상기 초음파 진동자 및 버블 발생기와 와류 발생기의 구동을 제어하는 것으로서, 농수산식품의 중량을 입력받는 중량 입력모듈과, 상기 세척조의 수위를 측정하는 수위 측정 센서 및, 상기 측정된 수위를 통해 상기 세척조의 수량을 파악하는 수량 파악모듈과, 상기 중량 및 수량의 고저에 따라 세척시간, 와류와 버블 발생 회수, 초음파 진동자의 주파수의 특정 수치를 포함하는 구동 레벨을 차등 조절하는 차등 구동모듈을 구비한 컨트롤러;를 포함하되,
상기 초음파 진동자는,
상기 바닥면의 기준 중앙 영역에 설치된 복수 개의 초음파 진동자를 제 1 그룹, 상기 기준 중앙 영역의 외측 영역에 설치된 복수 개의 초음파 진동자를 제 2 그룹으로 설정하고,
상기 차등 구동모듈은,
상기 와류 발생기의 구동 시, 다음의 수학식을 통해 제 1 그룹의 초음파 진동자의 주파수를 설정하는 주파수 차등 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
수학식.

(
은 제 1 그룹의 초음파 진동자의 주파수(kHz),
는 제 2 그룹의 초음파 진동자의 주파수(kHz),
은 와류 발생기의 구동 시간(초),
은 와류 발생기의 기준 구동 시간(초))
제 1항에 있어서,
상기 버블 발생기는,
상기 바닥면의 양 폭을 번갈아 지나도록 구불구불(蛇行; serpentine)한 형상으로 연장된 것으로, 일정 간격을 두고 복수 개의 토출공을 구비한 버블 분사관과,
공기 발생기로부터 공급된 공기를 상기 토출공으로 분사하는 버블 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
제 2항에 있어서,
상기 초음파 진동자는,
상기 바닥면에서 상기 버블 분사관 사이에 일정 간격을 두고 복수 개로 설치된 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
제 1항에 있어서,
상기 와류 발생기가 설치된 측벽과 다른 일 측벽에는,
일정 두께를 가지고 기립 설치된 것으로, 상면에 복수 개의 배출공을 구비한 서브 그릴과, 상기 서브 그릴로 입수된 세척수를 세척수 공급부에 공급하거나 탱크를 통해 임시 저장하는 세척수 처리부를 구비한 오버플로우 블록;이 설치된 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
제 1항에 있어서,
상기 차등 구동모듈은,
다음의 수학식 1을 통해 상기 구동 레벨 중에서 상기 세척시간을 결정하는 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
수학식 1.

(여기서,
은 세척시간(분),
은 기준 세척시간(분),
은 기준 수량(리터),
은 측정된 세척수의 수량(리터),
는 농수산식품의 중량(Kg),
은 조절값(조절값은 2≤
≤4의 범위의 자연수이다))
제 3항에 있어서,
상기 버블 공급 수단은,
항균성 물질을 수용한 서브 탱크와,
상기 탱크와 상기 버블 분사관에 노즐을 매개로 연결된 공급관 및,
상기 공급관의 서브 펌프의 작동을 제어하여 상기 버블 분사관에 상기 노즐을 통해 상기 항균성 물질을 분사하여 공기와 혼합시키는 혼합 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
제 6항에 있어서,
상기 항균성 물질은,
염화알릴 10 내지 40중량부, 포타슘티오시아네이트 30 내지 50중량부, 물 25 내지 45중량부를 혼합한 후 교반하여 제 1 용액을 제조하는, 제 1 용액 제조 단계;
상기 제 1 용액을 80 내지 140℃에서 1 내지 6시간 동안 가열하여 제 2 용액을 제조하는, 제 2 용액 제조 단계;
상기 제 2 용액을 냉각시키고 상등액을 분리한 다음 상기 상등액을 무수황산나트륨으로 건조하여 항균성 물질을 수득하는, 수득 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 초음파 세척기.
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