Ультразвуковое устройство для стирки

 

Устройство относится к бытовой технике и предназначено для стирки белья и акустической активации жидких сред при мойке, дезинфекции, стерилизации. Ультразвуковое устройство включает генератор электрических колебаний и акустический излучатель, содержащий цилиндрический корпус и закрепленные с натягом внутри корпуса пьезокерамические элементы в виде тел вращения. Размеры корпуса и пьезокерамических элементов определяются соотношением, которое соответствует согласованным механическим сопротивлениям активных и пассивных элементов. Данное устройство создает высокую интенсивность ультразвукового поля в жидкой среде и повышает качество и производительность стирки. 2 ил.

Изобретение относится к бытовой технике и может быть использовано для стирки белья, а также акустической активации жидких сред при мойке, дезинфекции, стерилизации и др.

Известны ультразвуковые устройства для стирки белья, включающие генератор ультразвуковых колебаний и акустический излучатель, содержащий пьезокерамический элемент [1, 2]. Устройства отличаются простотой конструкции. Однако эффективность стирки известными устройствами мала, так как пьезоэлемент установлен внутри полимерного материала, который не позволяет передать в жидкость требуемую для качественной стирки интенсивность ультразвукового поля.

Наиболее близким аналогом является ультразвуковое устройство для стирки, включающее генератор электрических колебаний, корпус и установленный на корпусе акустический излучатель, содержащий пьезокерамические элементы в виде тел вращения [3]. Устройство имеет механически прочные пассивные элементы: корпус и поддерживающие пластины.

Однако в известном устройстве интенсивность излучаемого ультразвукового поля недостаточна для качественной стирки, так как применяемые для герметизации пьезокерамических элементов полимерные материалы имеют большое затухание, не являются прозрачными для ультразвука и, следовательно, не могут пропустить требуемую высокую интенсивность. Высокая интенсивность ультразвукового поля не может быть получена в известном устройстве увеличением мощности, вводимой в пьезокерамический элемент от генератора электрических колебаний. При этом происходит не только разрушение герметизирующей оболочки, но и разрушение самого пьезокерамического элемента из-за растягивающих механических напряжений.

Заявляемое в качестве изобретения ультразвуковое устройство позволяет повысить качество и производительность стирки за счет повышения интенсивности излучаемого ультразвукового поля.

Указанный технический эффект достигается тем, что в ультразвуковом устройстве, содержащем генератор электрических колебаний и акустический излучатель, включающий корпус с размещенными на нем пьезокерамическими элементами в виде тел вращения, корпус представляет собой металлический цилиндр, на торцах которого жестко закреплены металлические герметизирующие крышки, пьезокерамические элементы жестко закреплены внутри корпуса соединением с натягом, а размеры корпуса и пьезокерамических элементов удовлетворяют следующему соотношению: (d_н+d_в)/С₁=(0,95-1,05)(D_н+D_в)/С₂, где d_н и d_в - соответственно наружный и внутренний диаметры пьезокерамического элемента; D_н и D_в - соответственно наружный и внутренний диаметры корпуса; C₁ и C₂ - скорости звука в пьезокерамическом материале и в материале корпуса, соответственно.

Создание ультразвукового устройства для стирки стало возможным благодаря новой конструкции корпуса, новой форме выполнения связей между корпусом и пьезокерамическими элементами и установленному авторами соотношению между размерами корпуса и пьезокерамических элементов. Цилиндрическая форма корпуса позволяет закрепить внутри него пьезокерамические элементы в виде тел вращения (кольцевых пластин и цилиндров) прессовым соединением с тепловым воздействием [4] . Образующийся при этом натяг создает в пьезокерамическом элементе предварительное механическое напряжение. Тем самым рабочая точка переменной механической нагрузки смещается в область чистого сжатия, в которой пьезокерамический элемент обладает повышенным пределом прочности. Это позволяет получить существенно более высокую, в сравнении с прототипом, ультразвуковую мощность.

Установленное авторами соотношение между размерами корпуса и пьезокерамических элементов позволяет согласовать механические сопротивления активных и пассивных элементов устройства и трансформировать высокую ультразвуковую мощность пьезоэлементов в высокую интенсивность ультразвукового поля в моющей жидкости. Тем самым достигается основной эффект изобретения - повышение качества и производительности стирки.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами: фиг. 1 и 2. На фиг. 1 изображен общий вид ультразвукового устройства для стирки, содержащего пьезокерамический элемент в виде кольцевой пластины, на фиг. 2 - общий вид устройства с двумя пьезокерамическими элементами в виде кольцевых цилиндров.

Ультразвуковое устройство для стирки содержит генератор электрических колебаний 1, корпус 2, крышки 3 и 4, кабельный ввод 5 и пьезокерамические элементы 6 (на фиг.1) или 6.1 и 6.2 (на фиг.2). Пьезокерамические элементы 6, 6.1 и 6.2 изготовлены из сегнетожесткой пьезокерамики на основе твердого раствора цирконата-титаната свинца. С целью согласования механических сопротивлений пьезоэлементов 6, 6.1 и 6.2 и корпуса 2 размеры их диаметров определяются приведенным выше соотношением. Пьезокерамические элементы 6, 6.1 и 6.2 жестко закреплены в корпусе 2 легкой посадкой с натягом. Для этого корпус 2 предварительно нагревается до получения гарантированного зазора, обеспечивающего свободную посадку при сборке. После охлаждения корпуса 2 образуется соединение с натягом. Допуски для размеров определяются выбранной для данного соединения легкой посадкой с натягом Н6/р5. Крышки 3 и 4 жестко соединены с корпусом с применением герметика на основе силоксанового каучука. Так же герметично закреплен кабельный ввод 5 на крышке 3. Электроды пьезокерамических элементов 6, 6.1 и 6.2 соединены с выходом генератора электрических колебаний 1.

Ультразвуковое устройство работает следующим образом. Электрические колебания ультразвуковой частоты с выхода генератора 1 поступают на пьезокерамические элементы 6, 6.1 и 6.2, где преобразуются в механические ультразвуковые колебания. При этом, вследствие предварительного механического напряжения, обеспеченного посадкой с натягом, пьезокерамический материал остается в состоянии сжатия, что позволяет получить высокую амплитуду механических колебаний без перехода в область растягивающих напряжений, опасных для пьезокерамики. Механические ультразвуковые колебания через корпус 2 передаются в жидкую среду, в которой создается ультразвуковое поле высокой интенсивности. Эффективная стирка в моющей среде обеспечивается кавитацией, создающей интенсивные ударные волны, и акустическими потоками вблизи очищаемой поверхности.

Предложенное ультразвуковое устройство, благодаря совокупности его существенных отличий, обеспечивает значительное увеличение интенсивности ультразвукового поля в жидкой среде, что позволяет повысить качество и производительность стирки и других процессов: мойки, дезинфекции, стерилизации.

Источники информации 1. Патент РФ 2118673, М. кл. D 06 F 7/04, 1998.

2. Патент РФ 2087608, М. кл. D 06 F 35/00, 1997.

3. Патент РФ 2109095, М. кл. D 06 F 7/04, 1998.

4. Справочник технолога-приборостроителя, Т.2/ Под ред. Е.А. Скороходова - М.: Машиностроение, 1980, с. 434.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для стирки, содержащее генератор электрических колебаний и акустический излучатель, включающий корпус с размещенными на нем пьезокерамическими элементами в виде тел вращения, отличающееся тем, что корпус представляет собой металлический цилиндр, на торцах которого жестко закреплены металлические герметизирующие крышки, пьезокерамические элементы жестко закреплены внутри корпуса соединением с натягом, а размеры корпуса и пьезокерамических элементов удовлетворяют соотношению (d_н+d_в)/C₁= (0,95-1,05)(D_н+D_в)/С₂, где d_н и d_в - соответственно наружный и внутренний диаметры пьезокерамического элемента; D_н и D_в - соответственно наружный и внутренний диаметры корпуса;
C₁ и С₂ - скорости звука в пьезокерамическом материале и в материале корпуса соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2