KR20220147912A - 시분할 초음파 세척기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시분할 초음파 세척기에 관한 것으로, 초음파 신호를 생성하는 초음파 발진기들을 시분할(Time division) 방식으로 구동함으로써 전력 소모 및 발열이 낮은 저가의 저전압 변압기를 사용해 초음파 신호를 변압하여 기계적인 진동 신호를 발생시키는 초음파 진동자들로 인가할 수 있도록 한 것이다.

Description

시분할 초음파 세척기{Time division ultrasonic cleaner}
본 발명은 초음파 진동 기술에 관련한 것으로, 특히 시분할 초음파 세척기에 관한 것이다.
초음파 세척(Ultrasonic cleaning)은 수조에 초음파 진동자를 설치하여 진동을 세척액에 전달시켜 초음파에 의한 캐비테이션(Cavitation) 효과에 의해 오염을 해리, 분산시키는 세정 방법이다. 여기서, 캐비테이션 효과라는 것은 초음파에 의해 세척액 중에 미소한 공동을 만드는 현상을 의미한다.
대한민국 공개실용신안 제20-1999-0003870호(1999.01.25) 등에 개시된 바와 같이, 초음파 세척기는 초음파 신호를 발생시키는 초음파 발진기와, 초음파 신호를 인가받아 기계적인 진동 신호를 발생시키는 초음파 진동자 사이에 변압기(Transformer)를 설치하여 초음파 발진기에 의해 발생되는 초음파 신호를 초음파 진동자에서 요구되는 전압으로 변압한다.
초음파 세척기에는 초음파 진동자가 병렬로 여러개 설치되며, 변압기에 의해 대략 400V 내지 2KV의 고전압, 400 내지 6000W의 고전력으로 변압해야 하기 때문에 전력 소모가 심하고, 발열이 많이 발생하는 문제가 있었다. 따라서, 본 발명자는 전력 소모 및 발열을 저감할 수 있는 새로운 구조의 초음파 세척기에 대한 연구를 하였다.
대한민국 공개실용신안 제20-1999-0003870호(1999.01.25)
본 발명은 초음파 신호를 생성하는 초음파 발진기들을 시분할(Time division) 방식으로 구동함으로써 전력 소모 및 발열이 낮은 저가의 저전압 변압기를 사용해 초음파 신호를 변압하여 기계적인 진동 신호를 발생시키는 초음파 진동자들로 인가할 수 있는 시분할 초음파 세척기를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기가 초음파 신호를 각각 생성하는 다수의 초음파 발진기와; 다수의 초음파 발진기 각각에 의해 생성되는 초음파 신호를 각각 변압하는 다수의 변압기와; 다수의 변압기 각각에 의해 변압된 초음파 신호를 인가받아 기계적인 진동 신호를 발생시키는 다수의 초음파 진동자 그룹과; 장치 전반을 제어하되, 초음파 발진기들이 시분할 방식으로 차례로 선택되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기가 제어부로부터의 스위칭 제어 신호에 따라, 다수의 초음파 발진기들을 시분할 방식으로 차례로 선택함으로써 다수의 초음파 발진기들이 시분할 방식으로 초음파 신호를 각각 생성하도록 하는 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기가 주파수 발진 신호를 생성하고, 생성된 주파수 발진 신호를 스위치에 의해 시분할 방식으로 차례로 선택되는 다수의 초음파 발진기들 각각으로 인가하는 주파수 발진기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 다수의 변압기 각각이 정격 용량이 서로 상이할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기가 상용 AC 전원을 정격의 DC 구동 전원으로 변환하여 제어부로 인가하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 초음파 신호를 생성하는 초음파 발진기들을 시분할(Time division) 방식으로 구동함으로써 전력 소모 및 발열이 낮은 저가의 저전압 변압기를 사용해 초음파 신호를 변압하여 기계적인 진동 신호를 발생시키는 초음파 진동자들로 인가할 수 있으므로, 전력 소모 및 발열을 저감할 수 있어 보다 안정적이면서도 가격 경쟁력이 우수하며, 장치를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 시분할 초음파 세척기의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 시분할 초음파 세척기에 의해 시분할 방식으로 발생되는 초음파 진동신호를 예시한 타임 챠트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 시분할 초음파 세척기의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 시분할 초음파 세척기(100)는 다수의 초음파 발진기(110)와, 다수의 변압기(120)와, 다수의 초음파 진동자 그룹(130)과, 제어부(140)를 포함한다.
다수의 초음파 발진기(110)는 초음파 신호를 각각 생성한다. 예컨대, 초음파 발진기(110)가 도면에는 도시하지 않았으나, RLC 공진회로(Resonance Circuit)의 리액턴스(Reactance) 성분의 조절을 통해 동조(Tuning)시켜 특정 주파수에서 발진(Oscillation)을 유지하는 초음파 발진회로를 포함할 수 있다.
다수의 변압기(120)는 다수의 초음파 발진기(110) 각각에 의해 생성되는 초음파 신호를 각각 변압(Transformation)한다. 변압기(120)는 초음파 발진기(110)에 의해 생성되는 초음파 신호를 초음파 진동자에서 요구되는 정격 전압 크기로 변압한다.
이 때, 다수의 변압기(120) 각각의 정격 용량이 서로 상이할 수도 있다. 이 때, 변압기(120)의 정격 용량은 해당 초음파 진동자 그룹(130)에 포함되는 초음파 진동자들의 수에 따라 달라질 수 있다.
다수의 초음파 진동자 그룹(130)은 다수의 변압기(120) 각각에 의해 변압된 초음파 신호를 인가받아 기계적인 진동 신호를 발생시킨다. 이 때, 각 초음파 진동자 그룹(130)은 복수의 초음파 진동자(131)(132)를 포함할 수 있다.
각 초음파 진동자 그룹(130)의 초음파 진동자(131)(132)들은 수조(도면 도시 생략) 저면에 부착되어 초음파 진동을 수조내의 세척액에 전달하고, 초음파 진동은 세척액 중에 미소한 공동을 형성시키는 캐비테이션(Cavitation) 효과를 발생시킴으로써 세척액 내의 식기 등에 대한 세척이 이루어진다.
제어부(140)는 장치 전반을 제어하되, 초음파 발진기(110)들이 시분할 방식으로 차례로 선택되도록 제어한다. 예컨대, 초음파 진동자 그룹이 A, B, C의 3개의 그룹으로 이루어진다면, 제어부(140)가 첫번째 시간 구간에서는 A 초음파 진동자 그룹에 대응하는 초음파 발진기를 선택하고, 두번째 시간 구간에서는 B 초음파 진동자 그룹에 대응하는 초음파 발진기를 선택하고, 세번째 시간 구간에서는 C 초음파 진동자 그룹에 대응하는 초음파 발진기를 선택하도록 구현될 수 있다.
제어부(140)에 의해 다수의 초음파 발진기(110)들이 시분할 방식으로 차례로 선택되면, 각 초음파 발진기(110)가 시분할 방식으로 초음파 신호를 발생시키고, 각 초음파 발진기(110)에 연결되는 각 변압기(120)에 의해 초음파 신호가 시분할 방식으로 변압되어, 각 변압기(120)에 연결되는 각 초음파 진동자 그룹(130)의 초음파 진동자(131)(132)들에 시분할 방식으로 인가로써 시분할 방식으로 기계적인 진동 신호가 발생된다.
도 2 는 본 발명에 따른 시분할 초음파 세척기에 의해 시분할 방식으로 발생되는 초음파 진동신호를 예시한 타임 챠트이다. 도 2 를 참조해 보면, 초음파 진동자 그룹이 A, B, C의 3개의 그룹으로 이루진 경우, 초음파 진동신호가 첫번째 시간 구간에서는 A 초음파 진동자 그룹으로, 두번째 시간 구간에서는 B 초음파 진동자 그룹으로, 세번째 시간 구간에서는 C 초음파 진동자 그룹으로 시간 분할 방식으로 인가되고 있음을 볼 수 있다.
만약, 3개의 초음파 진동자 그룹에 포함되는 두 초음파 진동자 각각의 정격 전력이 60W라면, 시분할 방식이 아닐 경우에는 120W 이상의 정격 용량을 가진 고전압 변압기가 사용되어야만 안정적인 구동이 가능하나, 시분할 방식일 경우에는 각 그룹이 1/3 시간 동안 시간 분할되어 구동되므로, 40W 정도의 저가의 저전압 변압기를 사용해도 안정적인 구동이 가능하다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 초음파 신호를 생성하는 초음파 발진기들을 시분할(Time division) 방식으로 구동함으로써 전력 소모 및 발열이 낮은 저가의 저전압 변압기를 사용해 초음파 신호를 변압하여 기계적인 진동 신호를 발생시키는 초음파 진동자들로 인가할 수 있으므로, 전력 소모 및 발열을 저감할 수 있어 보다 안정적이면서도 가격 경쟁력이 우수하며, 장치를 소형화할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기(100)가 스위치(150)를 더 포함할 수 있다. 스위치(150)는 제어부(140)로부터의 스위칭 제어 신호에 따라, 다수의 초음파 발진기(110)들을 시분할 방식으로 차례로 선택함으로써 다수의 초음파 발진기(110)들이 시분할 방식으로 초음파 신호를 각각 생성하도록 한다.
예컨대, 스위치(150)가 전계효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor)를 이용한 FET 스위치 회로로 구현되어, 제어부(140)의 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭(Switching) 되도록 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 스위칭 방식으로 다수의 초음파 발진기(110)들을 시분할 방식으로 차례로 선택하도록 구현할 수 있고, 이에 따라 스위칭 제어되는 다수의 초음파 발진기(110)들이 시분할 방식으로 초음파 신호를 각각 생성할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기(100)가 주파수 발진기(160)를 더 포함할 수 있다. 주파수 발진기(160)는 주파수 발진 신호를 생성하고, 생성된 주파수 발진 신호를 스위치(150)에 의해 시분할 방식으로 차례로 선택되는 다수의 초음파 발진기(110)들 각각으로 인가한다. 이 때, 주파수 발진기(160)에 의해 생성되는 주파수 발진 신호가 펄스 폭 변조(PWM) 신호일 수 있다.
초음파 발진기(110)는 주파수 발진기(160)에 의해 생성되어 스위치(150)에 의해 시분할 방식으로 인가되는 주파수 발진 신호에 따라, 특정 주파수에서 발진(Oscillation)을 유지하는 초음파 신호를 발생시킨다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 주파수 발진기에 의해 생성되는 주파수 발진 신호에 대응하는 특정 주파수의 초음파 신호를 발생할 수 있다. 이 때, 주파수 발진기(160)를 복수로 구현하거나 가변형으로 구현할 경우, 상이한 주파수 대역의 초음파 신호를 생성할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 시분할 초음파 세척기(100)가 전원 공급부(170)를 더 포함할 수 있다. 전원 공급부(170)는 상용 AC 전원을 정격의 DC 구동 전원으로 변환하여 제어부(140)로 인가한다.
예컨대, 전원 공급부(170)가 도면에는 도시하지 않았으나, 상용 AC 전원을 DC로 정류하는 정류회로와, 정류된 DC를 평활하여 안정화하는 평활회로를 포함하도록 구현될 수 있다.
제어부(140)는 전원 공급부(170)에 의해 공급되는 정격의 DC 구동 전원에 의해 구동되어 초음파 발진기들이 시분할 방식으로 차례로 선택되도록 제어하는 것을 포함하는 장치 전반을 제어한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 초음파 신호를 생성하는 초음파 발진기들을 시분할(Time division) 방식으로 구동함으로써 전력 소모 및 발열이 낮은 저가의 저전압 변압기를 사용해 초음파 신호를 변압하여 기계적인 진동 신호를 발생시키는 초음파 진동자들로 인가할 수 있으므로, 전력 소모 및 발열을 저감할 수 있어 보다 안정적이면서도 가격 경쟁력이 우수하며, 장치를 소형화할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 초음파 진동 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 시분할 초음파 세척기
110 : 초음파 발진기
120 : 변압기
130 : 초음파 진동자 그룹
131, 132 : 초음파 진동자
140 : 제어부
150 : 스위치
160 : 주파수 발진기
170 : 전원 공급부

Claims (5)

  1. 초음파 신호를 각각 생성하는 다수의 초음파 발진기와;
    다수의 초음파 발진기 각각에 의해 생성되는 초음파 신호를 각각 변압하는 다수의 변압기와;
    다수의 변압기 각각에 의해 변압된 초음파 신호를 인가받아 기계적인 진동 신호를 발생시키는 다수의 초음파 진동자 그룹과;
    장치 전반을 제어하되, 초음파 발진기들이 시분할 방식으로 차례로 선택되도록 제어하는 제어부를;
    포함하는 시분할 초음파 세척기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    시분할 초음파 세척기가:
    제어부로부터의 스위칭 제어 신호에 따라, 다수의 초음파 발진기들을 시분할 방식으로 차례로 선택함으로써 다수의 초음파 발진기들이 시분할 방식으로 초음파 신호를 각각 생성하도록 하는 스위치를;
    더 포함하는 시분할 초음파 세척기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    시분할 초음파 세척기가:
    주파수 발진 신호를 생성하고, 생성된 주파수 발진 신호를 스위치에 의해 시분할 방식으로 차례로 선택되는 다수의 초음파 발진기들 각각으로 인가하는 주파수 발진기를;
    더 포함하는 시분할 초음파 세척기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    다수의 변압기 각각이:
    정격 용량이 서로 상이한 시분할 초음파 세척기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    시분할 초음파 세척기가:
    상용 AC 전원을 정격의 DC 구동 전원으로 변환하여 제어부로 인가하는 전원 공급부를;
    더 포함하는 시분할 초음파 세척기.
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