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2022년 12월 24일 (토) 03:34 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 00000

영문 : 00000

과제 팀명

장조림

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 장*욱(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 서*호

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 신*철

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 유*호

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 이*종

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

우리나라의 주식인 밥을 짓기 위해서는 쌀을 세척하는 과정이 꼭 필요하다. 전통적으로 우리나라에서는 밥을 짓기 전에 쌀을 여러 번 세척하여 사용해 왔다. 가정에서와 같이 소규모로 쌀을 세척하는 것은 인력으로 충분하지만, 대형 식당이나 급식소의 경우에는 쌀을 세척용기에 담는 것부터 시작하여 물로 세척을 하는 과정, 배수를 하는 과정까지 모두 인력으로 해결하기엔 다소 무리가 있다. 또한 세척과정에서 세척의 어려움으로 인한 세척의 불확실성, 지속적인 급수로 인한 과도한 양의 물 낭비 등의 문제점도 나타나고 있다. 따라서 이러한 문제점들에 기반하여 신뢰성 높은 세척도, 세척에 사용할 물 양의 최적화가 가능한 쌀 세척기를 설계 및 제작하고자 한다. 이를 위해 본 설계에서는 초음파 발진기를 사용하여 세척의 신뢰성을 높이고자 하였다. 또한 애벌 세척의 개념을 도입하여 세척의 신뢰도를 높이는 동시에 사용하는 물의 양을 최소화하고자 하였다.

개발 과제의 배경

(1) 대형식당이나 급식소의 경우 많은 양의 쌀을 세척하는 과정에서 지속적인 급수 등의 이유로 많은 양의 물이 낭비됨 (2) 국내 쌀 소비량 기준으로 세척에 연간 8500만 톤 가량의 물이 소비되고 이를 처리하기 위해 약 200억원의 비용이 듦 (3) 업소에서 대량의 쌀을 직접 씻기 위해 세척 전 과정에서 불필요한 노동이 투입됨

개발 과제의 목표 및 내용

목표 대형으로 쌀을 취급하는 업소에서 과도한 인력의 투입, 세척의 불확실성, 지속적인 급수로 인한 과도한 양의 물낭비 등을 해결하기 위해 세척 전단계를 자동화하고, 애벌세척의 개념과 초음파 발진기 세척을 도입하여 세척의 신뢰도를 높이는 동시에 사용하는 물의 양을 소화할 수 있는 세미기를 제작하였음.

내용

본 발명은 기존 세미기를 통한 세미 과정에서의 과도한 물 낭비 및 인력투입, 신뢰성 낮은 세척력과 관련한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세척 과정에서 애벌세척 개념의 도입 및 사용한 물을 정화하고, 쌀뜨물 상층부의 부유물의 제거, 세미 전 단계에서의 자동화, 초음파 세척을 통해 세미 전 단계의 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전 과정에서 물의 급배수를 다음과 같이 진행한다.우선 본 기계는 쌀을 세척할 때 애벌세척 1회, 본 세척 1회, 총 2회 세척을 진행한다. 이때 애벌세척에 사용되는 물은 이전 세척의 본 세척에 사용한 물을 필터로 걸러서 재사용하게 된다. 따라서 2회 세척을 진행하더라도 사용하는 물의 총량은 1회 세척을 진행했을 때와 동일하다. 이전 회차의 본 세척이 완료되면 본 세척을 진행한 물은 관을 타고 내려와 필터를 거쳐 정화된 후 별도의 물 저장고에 잠시 저장된다. 이 저장된 물은 다음 회차의 애벌 세척에 사용되며, 펌프를 통해 급수되게 된다.

1차로 애벌세척이 완료되면 애벌세척에 사용된 물은 별도의 배수관을 타고 버려지게 된다. 이후 본 세척을 위한 수돗물이 급수되고 2차 세척이 진행된다. 급수는 솔레노이드 밸브를 이용하여 진행되며, 5kg의 쌀포대를 기준으로 8L의 물이 공급된다.

2차 세척이 완료되면 세척 후 남은 쌀뜨물은 배수관을 통해 필터를 거쳐 정화된 후 별도의 물 저장고에 저장된다. 필터는 세척통과 물 저장고 사이에 위치하여 필터링 시간이 세척 시간에 지장을 주지 않도록 한다. 이때 필터는 쌀뜨물에 잔존하는 쌀겨 등의 불순물을 걸러내며, 쌀의 전분 성분은 통과시킬 수 있도록 5um 정도 수준의 필터를 사용한다. 이렇게 필터를 통해 한번 정화된 물은 저장고에 임시로 저장되었다가 다음 회차의 애벌 세척에 사용되며 펌프를 통해 공급되게 된다.
각 세척과정 직후 세척부에 담긴 물의 상부층에 떠 있는 부유물의 제거 단계가 수행된다. 세척부는 이중으로 구성되어 있고, 물의 추가 급수를 통해 실제로 세척이 수행되는 세척부의 물이 세면을 통해 넘치게 하는 역할을 한다. 이때 세척부 바깥쪽은 경사로 형태로 구성되어 있기 때문에 세척부에서 넘친 물이 경사로를 타고 내려가 한개의 배수구로 모일 수 있게 한다.
각 과정에서 사용되는 워터펌프는 아두이노를 통해 정해진 타임 테이블에 맞게 작동하며, 저장된 물을 빠르게 세척기로 공급하는 역할을 한다. 12V, 80W규격의 워터펌프를 사용하며, 최대 6LPM의 유속을 가지는 펌프를 사용한다. 급배수는 솔레노이드 밸브를 이용하며,이 또한 설정된 단계에 맞추어 자동으로 작동된다.
세척부에는 쌀의 손상을 최소화하면서 효율적이고 원활한 세미가 이루어질 수 있도록 초음파 발진기를 이용한다.초음파 발진기에서 발생한 초음파의 주파수가 높을수록 cavitation의 성장 주기가 짧고 크기가 작아 세척 속도가 빠르며, 반대로 초음파의 주파수가 낮을수록 cavitation의 성장 주기가 길고 크기가 커 강력한 세척력을 지닌다. 이때 주파수가 클수록 진동수가 높지만 진폭이 작고, 반대로 주파수가 작을수록 진동수가 낮지만 진폭이 크다. 쌀의 깔끔한 세척을 위해서는 발생한 cavitation의 수가 많을수록 유리하다. 따라서 본 발명에서는 40kHz, 50W 규격의 발진기 3개를 사용하며, 애벌 세척에 2분, 본 세척에 2분, 총 4분동안 한 단계의 세척을 진행하게 된다. 초음파 발진기는 균일한 세척을 위하여 세척기 양쪽 측벽에 2개씩 부착하여 사용하고,우수한 세척력을 더하기 위해 초음파 세척을 2회 반복한다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

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완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+'''목표'''
+대형으로 쌀을 취급하는 업소에서 과도한 인력의 투입, 세척의 불확실성, 지속적인 급수로 인한 과도한 양의 물낭비 등을 해결하기 위해 세척 전단계를 자동화하고, 애벌세척의 개념과 초음파 발진기 세척을 도입하여 세척의 신뢰도를 높이는 동시에 사용하는 물의 양을 소화할 수 있는 세미기를 제작하였음.
+'''내용'''
+ 본 발명은 기존 세미기를 통한 세미 과정에서의 과도한 물 낭비 및 인력투입, 신뢰성 낮은 세척력과 관련한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세척 과정에서 애벌세척 개념의 도입 및 사용한 물을 정화하고, 쌀뜨물 상층부의 부유물의 제거, 세미 전 단계에서의 자동화, 초음파 세척을 통해 세미 전 단계의 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
+ 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전 과정에서 물의 급배수를 다음과 같이 진행한다.우선 본 기계는 쌀을 세척할 때 애벌세척 1회, 본 세척 1회, 총 2회 세척을 진행한다. 이때 애벌세척에 사용되는 물은 이전 세척의 본 세척에 사용한 물을 필터로 걸러서 재사용하게 된다. 따라서 2회 세척을 진행하더라도 사용하는 물의 총량은 1회 세척을 진행했을 때와 동일하다. 이전 회차의 본 세척이 완료되면 본 세척을 진행한 물은 관을 타고 내려와 필터를 거쳐 정화된 후 별도의 물 저장고에 잠시 저장된다. 이 저장된 물은 다음 회차의 애벌 세척에 사용되며, 펌프를 통해 급수되게 된다.
+차로 애벌세척이 완료되면 애벌세척에 사용된 물은 별도의 배수관을 타고 버려지게 된다. 이후 본 세척을 위한 수돗물이 급수되고 2차 세척이 진행된다. 급수는 솔레노이드 밸브를 이용하여 진행되며, 5kg의 쌀포대를 기준으로 8L의 물이 공급된다.
+차 세척이 완료되면 세척 후 남은 쌀뜨물은 배수관을 통해 필터를 거쳐 정화된 후 별도의 물 저장고에 저장된다. 필터는 세척통과 물 저장고 사이에 위치하여 필터링 시간이 세척 시간에 지장을 주지 않도록 한다. 이때 필터는 쌀뜨물에 잔존하는 쌀겨 등의 불순물을 걸러내며, 쌀의 전분 성분은 통과시킬 수 있도록 5um 정도 수준의 필터를 사용한다. 이렇게 필터를 통해 한번 정화된 물은 저장고에 임시로 저장되었다가 다음 회차의 애벌 세척에 사용되며 펌프를 통해 공급되게 된다.
+ 각 세척과정 직후 세척부에 담긴 물의 상부층에 떠 있는 부유물의 제거 단계가 수행된다. 세척부는 이중으로 구성되어 있고, 물의 추가 급수를 통해 실제로 세척이 수행되는 세척부의 물이 세면을 통해 넘치게 하는 역할을 한다. 이때 세척부 바깥쪽은 경사로 형태로 구성되어 있기 때문에 세척부에서 넘친 물이 경사로를 타고 내려가 한개의 배수구로 모일 수 있게 한다.
+ 각 과정에서 사용되는 워터펌프는 아두이노를 통해 정해진 타임 테이블에 맞게 작동하며, 저장된 물을 빠르게 세척기로 공급하는 역할을 한다. 12V, 80W규격의 워터펌프를 사용하며, 최대 6LPM의 유속을 가지는 펌프를 사용한다. 급배수는 솔레노이드 밸브를 이용하며,이 또한 설정된 단계에 맞추어 자동으로 작동된다.
+ 세척부에는 쌀의 손상을 최소화하면서 효율적이고 원활한 세미가 이루어질 수 있도록 초음파 발진기를 이용한다.초음파 발진기에서 발생한 초음파의 주파수가 높을수록 cavitation의 성장 주기가 짧고 크기가 작아 세척 속도가 빠르며, 반대로 초음파의 주파수가 낮을수록 cavitation의 성장 주기가 길고 크기가 커 강력한 세척력을 지닌다. 이때 주파수가 클수록 진동수가 높지만 진폭이 작고, 반대로 주파수가 작을수록 진동수가 낮지만 진폭이 크다. 쌀의 깔끔한 세척을 위해서는 발생한 cavitation의 수가 많을수록 유리하다. 따라서 본 발명에서는 40kHz, 50W 규격의 발진기 3개를 사용하며, 애벌 세척에 2분, 본 세척에 2분, 총 4분동안 한 단계의 세척을 진행하게 된다. 초음파 발진기는 균일한 세척을 위하여 세척기 양쪽 측벽에 2개씩 부착하여 사용하고,우수한 세척력을 더하기 위해 초음파 세척을 2회 반복한다.
 ===관련 기술의 현황===