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초음파 세척기로 세척시 고려해야할 사항
일반
2007. 11. 21. 22:45
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초음파세척기로 초음파세척시 고려할 사항
초음파세척기의 초음파를 이용하여 효율적인 세척을 하기 위해서는 Cavitation강도에 영향을 미치
는 여러가지 조건들을 검토해야 한다. 특히 초음파세척기 사용 시 온도, 세제의 종류, 주파수, 설치방법등은 매우 중요한 요소이다.
(1)온도
온도는 초음파세척기의 초음파세정을 하기 위한 중요한 요소의 하나다.
이는 세제의 여러가지 특성들이 온도에 따라 변하며 Cavitation강도에 영향을 주기 때문이다.
특히 기화압력, 표면장력, 용존가스 확산율, 가스이 용해성 등은 온도에 민감하다.
용액마다 특성의 차이가 있지만 일반적으로 온도가 높을수록 Cavitation강도가 세지고 초음파세척
기의 세척효과가 좋아진다.
또 용액의 기화점부근에서는 그 용액이 초음파의 부압때에 기화하게 되므로 Cavitation이 약하게
된다. 또한 온도는 화학반응의 속도와 효율에도 많은 영향을 미친다. 물은 70℃부근에서 가장 효과
적으로 Cavitation을 일으킨다. 그러나 어떤 물과 용제의 혼합용액은 다르다.
혼합용액에 있어서는 Cavitation강도는 감소하지만 화학 반응이 활발해지는 온도점에서 초음파세
척 기의 세척효율이 증가 한다.그러나, 그 온도 이상이 되면 Cavitation이 급격하게 감소하여 초음파세척기의 세척효율도 감소하게 된다.낮은 온도에서는 나빠짐으로 용제의 특성을 고려한 조건 선택이 초음파세척기의 세척효율을 높일 수 있다.
(2)용액속의 용존가스
용액안에 녹아있는 용존가스는 Cavitation강도를 약화시키는 역활을 한다. 이것은 부압상태때 Cavi
tation 기포 안으로 용존가스가 확산되어 들어옴으로써 기포안의 진공도를 떨어뜨리기 때문이다. 기
포안의 가스는 폭발때 완충역할을 하여 충격을 감소시키는 역활을 한다. 따라서 실제 초음파세척기
의 사용시에는 용액안의 가스를 제거해야 효과적인 세척을 할 수 있다. 용존가스제거 방법은 여러
가지가 있다.
① 초음파세척기를 이용한 초음파의 단속적인 조사
② 초음파세척기를 이용한 가열
③초음파세척기 사용 시 적당한 세제이용
(3)표면장력(Surface Tension)
일반적으로 표면장력이 큰 액체에서는 Cavitation강도가 강해진다. 이것은 일반적으로 표면장력이
큰 액체에서는 Cavitation강도가 강해진다. 이것은 표면장력이 클수록 Cavitation기포에 축적되는
에너기가 커지기 때문이다.
28KHz 40KHz 68KHz 130KHz
Cavitation크기(㎛) 2~3 1~2 0.5~1 0.1~0.5
충격력(28KHz기준) 100% 50% 20% 5%
투과율(5mm망의경우) 45% 60% 80% 95%
(4)점성(Viscosity)
점성이 강한 액체일수록 초음파세척기 사용 시 Cavitation현상이 일어나기 어렵다. 모터오일 같은
것은 정상적인 초음파의 조사로는 cavitation 현상이 일어나지 않는다.
(5)초음파 출력
초음파세척기 사용 시 초음파의 세기는 용도에 맞추어 선택해야 한다. 너무 센 경우에는 피 세척물
이 손상 내지 파괴되기 쉬우며 에너지가 낭비 될 뿐 아니라 진동부의 수명도 짧아지게 된다.
특히 파괴되기 쉬운 물체를 초음파세척기로 세척 할 때는 출력을 조정해야 한다.
(6)초음파 주파수
Cavitation강도는 주파수가 낮을수록 세어지며 100KHz이상에서 초음파세척기를 사용할 때는 Cavit
ation현상이 거의 일어나지 않는다. 그러나 주파수가 높아질수록 기포의 크기가 미세해지므로 초음
파세척기의 정밀세척에 유리하며 소음 레벨이 낮아지는 장점이 있다.
따라서 초음파세척기의 정밀세척, 파괴되기 쉬운 물체의 세척의 경우에는 28KHz보다 40KHz의 것
이 좋다.
①초음파 주파수와 입경의 관계
초음파세척기의 주파수가 높을수록 미세한 입자를 세척할 수 있다. 통상의 초음파세척기 응용에 있
어서 0.4㎛ 이상에서는 28KHz 초음파세척기를 많이 사용하고 0.1㎛이하에서는 200KHz이상의 초음
파세척기를 채택한다.
두 주파수 사이에는 40~50KHz대가 많다.
②초음파 주파수와 침투력 관계
주파수가 높으면 Cavitation이 약해지지만 침투력은 증대된다.
(7)피세척의 설치방법
피세척물은 용액을 통하여 초음파와 접촉하게 된다. 이에 대한 고려가 미흡함으로서 효과적인 세척
이 이루어지지 않는 경우가 많이 있다.
①방향의 선택을 잘못하여 Air pocket이 생기는 경우가 있다. 예를 들면 한쪽 끝이 막힌 파이프 등
의 물체를 열린쪽을 아래로하여 투입하면 에어포켓이 생기며 이로인해 세척이 안되는 부분이 생긴
다. 이와같이 방향선택이 잘못되어 세척이 안되는 경우에 주의 하여야 한다.
②작은물체 또는 얇은 물체, 평판등을 겹겹이 쌓아 올렸을 때 초음파에너지가 윗부분과 겹친 부분
에 제대로 전달되지 못하여 세척이 이루어지지 않는다. 이때는 작은 양으로 나누어 겹쳐지지 않게
하여 초음파세척기를 사용하는 것이 효율적이다.
③바스켓이나 피 세척물 고정용 기구는 가능한 한 초음파에 영향을 주지 않도록 만들어져야 한다.
바스켓에 주로 사용하는 그물망은 주파수에 따라 감쇠를 일으킨다.
28KHz에서는 10mm이상, 40KHz에서는 7mm이상의 것을 사용하는 것이 좋다. 피 세척물이 작은 경
우에는 비이커나 스텐레스 용기를 이용한 초음파세척기의 간접세척이 유리하다.
표면장력과 물성
온도: 온도가 높을수록 표면 장력은 작아진다. 기화점에서는 0이 된다.
계면활성제: 계면활성제는 액체의 표면장력을 떨어뜨리는 역할을 한다.
유기용제: 유기용제는 표면장력이 물보다 작다.
점성: 표면장력에 비례한다.
초음파세척기 사용 시 초음파 출력 산정법
①부피기준: 통상 1리터당 10Watt 에서 30Watt까지 산정
②면적기준: 통상 1㎠당 1Watt를 기준
초음파세척기의 초음파를 이용하여 효율적인 세척을 하기 위해서는 Cavitation강도에 영향을 미치
는 여러가지 조건들을 검토해야 한다. 특히 초음파세척기 사용 시 온도, 세제의 종류, 주파수, 설치방법등은 매우 중요한 요소이다.
(1)온도
온도는 초음파세척기의 초음파세정을 하기 위한 중요한 요소의 하나다.
이는 세제의 여러가지 특성들이 온도에 따라 변하며 Cavitation강도에 영향을 주기 때문이다.
특히 기화압력, 표면장력, 용존가스 확산율, 가스이 용해성 등은 온도에 민감하다.
용액마다 특성의 차이가 있지만 일반적으로 온도가 높을수록 Cavitation강도가 세지고 초음파세척
기의 세척효과가 좋아진다.
또 용액의 기화점부근에서는 그 용액이 초음파의 부압때에 기화하게 되므로 Cavitation이 약하게
된다. 또한 온도는 화학반응의 속도와 효율에도 많은 영향을 미친다. 물은 70℃부근에서 가장 효과
적으로 Cavitation을 일으킨다. 그러나 어떤 물과 용제의 혼합용액은 다르다.
혼합용액에 있어서는 Cavitation강도는 감소하지만 화학 반응이 활발해지는 온도점에서 초음파세
척 기의 세척효율이 증가 한다.그러나, 그 온도 이상이 되면 Cavitation이 급격하게 감소하여 초음파세척기의 세척효율도 감소하게 된다.낮은 온도에서는 나빠짐으로 용제의 특성을 고려한 조건 선택이 초음파세척기의 세척효율을 높일 수 있다.
(2)용액속의 용존가스
용액안에 녹아있는 용존가스는 Cavitation강도를 약화시키는 역활을 한다. 이것은 부압상태때 Cavi
tation 기포 안으로 용존가스가 확산되어 들어옴으로써 기포안의 진공도를 떨어뜨리기 때문이다. 기
포안의 가스는 폭발때 완충역할을 하여 충격을 감소시키는 역활을 한다. 따라서 실제 초음파세척기
의 사용시에는 용액안의 가스를 제거해야 효과적인 세척을 할 수 있다. 용존가스제거 방법은 여러
가지가 있다.
① 초음파세척기를 이용한 초음파의 단속적인 조사
② 초음파세척기를 이용한 가열
③초음파세척기 사용 시 적당한 세제이용
(3)표면장력(Surface Tension)
일반적으로 표면장력이 큰 액체에서는 Cavitation강도가 강해진다. 이것은 일반적으로 표면장력이
큰 액체에서는 Cavitation강도가 강해진다. 이것은 표면장력이 클수록 Cavitation기포에 축적되는
에너기가 커지기 때문이다.
28KHz 40KHz 68KHz 130KHz
Cavitation크기(㎛) 2~3 1~2 0.5~1 0.1~0.5
충격력(28KHz기준) 100% 50% 20% 5%
투과율(5mm망의경우) 45% 60% 80% 95%
(4)점성(Viscosity)
점성이 강한 액체일수록 초음파세척기 사용 시 Cavitation현상이 일어나기 어렵다. 모터오일 같은
것은 정상적인 초음파의 조사로는 cavitation 현상이 일어나지 않는다.
(5)초음파 출력
초음파세척기 사용 시 초음파의 세기는 용도에 맞추어 선택해야 한다. 너무 센 경우에는 피 세척물
이 손상 내지 파괴되기 쉬우며 에너지가 낭비 될 뿐 아니라 진동부의 수명도 짧아지게 된다.
특히 파괴되기 쉬운 물체를 초음파세척기로 세척 할 때는 출력을 조정해야 한다.
(6)초음파 주파수
Cavitation강도는 주파수가 낮을수록 세어지며 100KHz이상에서 초음파세척기를 사용할 때는 Cavit
ation현상이 거의 일어나지 않는다. 그러나 주파수가 높아질수록 기포의 크기가 미세해지므로 초음
파세척기의 정밀세척에 유리하며 소음 레벨이 낮아지는 장점이 있다.
따라서 초음파세척기의 정밀세척, 파괴되기 쉬운 물체의 세척의 경우에는 28KHz보다 40KHz의 것
이 좋다.
①초음파 주파수와 입경의 관계
초음파세척기의 주파수가 높을수록 미세한 입자를 세척할 수 있다. 통상의 초음파세척기 응용에 있
어서 0.4㎛ 이상에서는 28KHz 초음파세척기를 많이 사용하고 0.1㎛이하에서는 200KHz이상의 초음
파세척기를 채택한다.
두 주파수 사이에는 40~50KHz대가 많다.
②초음파 주파수와 침투력 관계
주파수가 높으면 Cavitation이 약해지지만 침투력은 증대된다.
(7)피세척의 설치방법
피세척물은 용액을 통하여 초음파와 접촉하게 된다. 이에 대한 고려가 미흡함으로서 효과적인 세척
이 이루어지지 않는 경우가 많이 있다.
①방향의 선택을 잘못하여 Air pocket이 생기는 경우가 있다. 예를 들면 한쪽 끝이 막힌 파이프 등
의 물체를 열린쪽을 아래로하여 투입하면 에어포켓이 생기며 이로인해 세척이 안되는 부분이 생긴
다. 이와같이 방향선택이 잘못되어 세척이 안되는 경우에 주의 하여야 한다.
②작은물체 또는 얇은 물체, 평판등을 겹겹이 쌓아 올렸을 때 초음파에너지가 윗부분과 겹친 부분
에 제대로 전달되지 못하여 세척이 이루어지지 않는다. 이때는 작은 양으로 나누어 겹쳐지지 않게
하여 초음파세척기를 사용하는 것이 효율적이다.
③바스켓이나 피 세척물 고정용 기구는 가능한 한 초음파에 영향을 주지 않도록 만들어져야 한다.
바스켓에 주로 사용하는 그물망은 주파수에 따라 감쇠를 일으킨다.
28KHz에서는 10mm이상, 40KHz에서는 7mm이상의 것을 사용하는 것이 좋다. 피 세척물이 작은 경
우에는 비이커나 스텐레스 용기를 이용한 초음파세척기의 간접세척이 유리하다.
표면장력과 물성
온도: 온도가 높을수록 표면 장력은 작아진다. 기화점에서는 0이 된다.
계면활성제: 계면활성제는 액체의 표면장력을 떨어뜨리는 역할을 한다.
유기용제: 유기용제는 표면장력이 물보다 작다.
점성: 표면장력에 비례한다.
초음파세척기 사용 시 초음파 출력 산정법
①부피기준: 통상 1리터당 10Watt 에서 30Watt까지 산정
②면적기준: 통상 1㎠당 1Watt를 기준
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