СПОСОБ СТИРКИ И/ИЛИ ЧИСТКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК D06F7/04 

Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано в технологии стирки с применением стиральных устройств вибрационного типа.

Известен способ стирки/или чистки, основанный на локальном воздействии в местах загрязнения мощным ультразвуком для интенсификации процесса (см. заявку РФ 92015616/12, кл, D 06 F 35/00, публ. 1997 г.).

Применение мощного ультразвука является небезопасным для человека, в связи с этим способ нецелесообразно использовать для бытовой стирки и/или чистки.

Известен способ стирки/или чистки с воздействием на ткани белья упругими колебаниями на частотах звукового диапазона, например на частоте 50 Гц промышленной сети, с возникновением в резервуаре эффекта низкочастотной кавитации - образования активных микропузырьков, действующих на обрабатываемую текстильную поверхность с ударной силой, выбивающих и разрушающих загрязняющие частицы (см. патент РФ N 204767, кл. D 06 F 7/04, публ. 10.11.95 г.).

Способ пригоден для стирки большого объема малозагрязненного белья в щадящем режиме. При этом качество стирки можно обеспечить только при периодическом ручном встряхивании белья в течение 30-40 мин при помощи щипцов или руками в резиновых перчатках для обеспечения безопасности, что вызывает значительные неудобства.

Это объясняется тем, что на низких частотах эффективность стирки падает за счет появления в жидкости крупных пульсирующих пузырьков, которые не создают мощных импульсов давления, характерных для кавитационных пузырьков, возникающих на частотах ультразвукового диапазона. Большой радиус кавитационных пузырьков и длительное время их существования объясняют неэффективность стирки при использовании низкочастотной кавитации.

Кроме того, известно, что инфразвук любых частот и интенсивностей представляет реальную угрозу для здоровья человека при длительном воздействии (уменьшает зрительную реакцию, равновесие, при меньшей интенсивности вызывает ощущение страха, ухудшает самочувствие). Максимальное неприятное действие ощущается человеком на частотах 8-16 Гц. Эксплуатация установок разрешается, если уровень звукового давления не более 75 дБ (через уши). Инфразвук усиливается в помещениях небольшого объема, в квартире он больше, чем на улице.

В связи с этим недостатком способа является низкая эффективность и неудобство осуществления из-за необходимости периодического ручного встряхивания белья при помощи щипцов или руками в резиновых перчатках (для обеспечения безопасности) с целью снижения эффекта экранировки бельем развития крупных пульсирующих пузырьков.

Способ неэффективен при стирке сильно загрязненного белья, непригоден для пятновыведения и дезинфекции, небезопасен при длительном времени стирки.

Известно применение для стирки низких ультразвуковых колебаний, преимущественно на частотах 10-60 кГц (см. патент ГДР 242067, кл. D 06 F 19/00, публ. 14.01.87 г.).

Стирка на низких частотах УЗ диапазона является более эффективной, поскольку доминирующим фактором в данном случае является кавитация (кавитационные пузырьки с диаметром от 0,001 до 1,0 мм), создающие интенсивные ударные волны, и акустические потоки - стационарные вихревые потоки, образующиеся в озвученной жидкости, микротечения, образующиеся вблизи поверхности, очищаемой осциллирующими пузырьками, наиболее важные из которых - течения в пограничном к очищаемой поверхности слое и вблизи него.

Установлено значительное ускорение стирки тканей, причем степень белизны увеличивается с увеличением частоты действия. При возникновении в среде кавитации происходит разрушение различных бактерий и вирусов, при этом имеет место прямая зависимость между интенсивностью УЗ и разрушающим эффектом.

Очистка на частотах УЗ диапазона является более эффективной, поскольку доминирующим фактором в данном случае является кавитация.

На высоких частотах целесообразно производить стирку в тех случаях, когда загрязнения слабо связаны с поверхностью деталей или легко растворяются в моющей жидкости.

Однако низкие колебания поглощаются текстильной тканью меньше, чем более высокие. В связи этим, например, при частоте 22 кГц одновременно можно отстирать только четыре слоя хлопчатобумажной ткани, на 46 кГц - два слоя. При этом на высоких частотах УЗ диапазона сильнее проявляются теневые эффекты (экранирование).

Недостаток известного способа заключается в малой производительности (малый объем одновременно стираемого белья) и низком качестве стирки из-за усиления экранирующих эффектов. Достоинством является высокая степень дезинфекции и быстрота стирки малого объема белья.

Таким образом известные способы стирки при низкой эффективности стирки имеют ограниченные технологические режимы стирки, что снижает их применение в бытовой стирке.

Известно стиральное устройство, содержащее корпус и вибрационный элемент с источником питания, по крайней мере один из торцов корпуса выполнен открытым, вибрационный элемент размещен в держателе, которым является эластичный герметик, заполняющий пространство между элементом и корпусом. (см. патент РФ N 2047676, МКИ D 06 F 7/04, публ. 10.11.95 г.).

Конструкция устройства предусматривает его работу при размещении на дне резервуара с направлением излучения в одном вертикальном направлении, что значительно снижает производительность и эффективность стирки. Размещение устройства с двухсторонним вертикальным излучением в слоях белья не приводит к повышению эффективности стирки из-за большой вероятности экранировки бельем эффекта кавитации (особенно с нижней стороны), так как под действием веса устройства и с связи с хаотическим встряхиванием не исключена возможность плотного облегания поверхности герметика бельем, что препятствует развитию кавитационных процессов. Этот недостаток также снижает эффективность пятновыведения из-за необходимости размещения очищаемой поверхности в максимальной близости от излучателя.

Таким образом известное устройство при низкой эффективности стирки, чистки, дезинфекции неудобно в эксплуатации и обеспечивает ограниченные технологические режимы стирки, что снижает область его применения.

Изобретение решает задачу улучшения качества и производительности стирки при высокой степени дезинфекции путем усиления преимуществ известных способов с одновременным уменьшением степени их отрицательных сторон за счет совместного их использования в режимах с изменением направления излучения.

Предлагаемые изменения в конструкции устройства предназначены для повышения быстроты и эффективности стирки, удобства эксплуатации устройства, расширения технологических возможностей устройства за чет обеспечения режима двухсторонней стирки белья путем повышения числа степеней свободны устройства в резервуаре. Устройство позволяет осуществлять изменения положения и ориентации поверхности распространения упругих колебаний относительно белья и проводить стирку с направлением излучения упругих колебаний во взаимно перпендикулярных или наклонных плоскостях в широком диапазоне частот упругих колебаний при улучшения условий для акустических потоков и гидродинамических процессов на границах устройство-жидкость-ткань, имеющих большое значение в очистке растворимых загрязнений.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе стирки, заключающемся в воздействии на моечную жидкость упругими колебаниями волн звукового диапазона, используют воздействие на моечную жидкость упругих колебаний ультразвукового диапазона, причем воздействие на моечную жидкость упругими колебаниями волн звукового диапазона и воздействие на моечную жидкость упругих колебаний ультразвукового диапазона осуществляют одновременно или поочередно, при этом воздействие ведут на частотах 20 Гц - 60кГц и осуществляют изменение направления распространения упругих колебаний волн в перпендикулярных и/или наклонных плоскостях относительно загрязненного объекта.

При этом целесообразно воздействие упругими колебаниями волн ультразвукового диапазона осуществлять в импульсном режиме.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для стирки для осуществления способа, содержащее расположенный в корпусе, заполненным эластичным герметиком вибрационный элемент, электрически связанный с источником питания посредством шнура и размещенный с обеспечением возможности распространения абсциссы его колебаний параллельно плоскости открытого торца корпуса, имеет средство для регулировки степени погружения корпуса в моечную жидкость.

Целесообразно средство для регулировки степени погружения корпуса в моечную жидкость выполнить в виде поплавкового элемента, размещенного на шнуре.

Предпочтительно вибрационный элемент выполнить из пьезокерамической пластины и/или многослойного пьезокерамического преобразователя.

На фиг. 1 представлен чертеж системы для осуществления способа с применением двух устройств для стирки; на фиг. 2 - чертеж устройства для осуществления способа с применением одного переносного устройства для стирки с поплавковым средством для регулировки степени погружения корпуса в моечную жидкость; на фиг. 3 - вариант выполнения переносного устройства для стирки с пьезокерамическим выполнением вибрационного элемента.

Для осуществления способа можно применить стиральное устройство, содержащее вибрационный элемент 1, размещенный в заполненном герметиком 2 корпусе 3 с обеспечением возможности распространения абсциссы его колебаний параллельно плоскости открытого торца корпуса 1, и средство для регулировки степени погружения корпуса 3 в моечную жидкость, размещенное на шнуре 4, электрически соединяющем вибрационный элемент 1 и источник питания. Стирку можно осуществлять с помощью одного или двух устройств 5, 6, имеющих средство для регулировки степени погружения корпуса 3 в моечную жидкость в виде поплавкового элемента 7.

Герметик 1 может быть выполнен из эластичного диэлектрического негигроскопического материала, например, "Виксид", литьевого пластиката.

Вибрационный элемент 1 имеет источник питания, который может быть выполнен автономным в виде аккумуляторной батареи с преобразователем постоянного напряжения в переменное.

Питание вибрационного элемента 1 может осуществляться в зависимости от требуемой мощности транзисторными, тиристорными генераторами. Частота генератора может быть фиксированной или регулироваться в заданном диапазоне в зависимости от вида обрабатываемого материала и его состава (лен, хлопок, шелк, синтетическое волокно, шерсть).

Устройство может быть выполнено с обеспечением работы вибрационного элемента на частотах колебаний звукового диапазона, в частности, на частоте (50 Гц) промышленной сети, с образованием в резервуаре активных микропузырьков, действующих на обрабатываемую текстильную поверхность ударной силой, выбивающей и разрушающей загрязняющие частицы.

Вибрационный элемент может быть выполнен в виде полуволнового или составного (многослойного) пьезоизлучателя для создания низкочастотного УЗ преобразователя (например, 24 кГц). Составной пьезоизлучатель состоит из трех пластин. Среднюю пластину изготавливают из пьезоматериала, а крайние (накладки) - из металла (например, дюралюминия). Присоединение к плоскому пьезоэлементу дополнительных накладок увеличивает общую высоту полуволнового излучателя и снижает его частоту.

Геометрические размеры излучающей пластины преобразователя выбираются такими, чтобы можно было получить наилучшее согласование полного сопротивления преобразователя с волновым сопротивлением среды, а следовательно, и максимальную интенсивность ультразвуковых колебаний.

Способ можно осуществить, например, при помощи двух устройств 5,6 (фиг. 1) для стирки по техническому решению на основе патента РФ 2047676, одно из которых работает на звуковой частоте (например, 50 Гц), а другое на ультразвуковой частоте (например, 24 кГц) из диапазона 10 Гц - 60 кГц, источником питания которых могут быть генераторы соответственно с импульсным и непрерывным режимами работы. Устройства 5, 6 снабжены поплавковыми элементами 7. Поплавковые элементы 7 могут быть установлены на шнурах 4 устройств с возможностью перемещения для установки глубины погружения устройств. Оба устройства 5, 6 помещают в резервуар 8 с моечной жидкостью по схеме на фиг. 1 (устройство 5 расположено на дне, устройство 6 подвешено на поплавковом элементе 7 таким образом, что направление его излучения перпендикулярно направлению излучения устройством 5) и осуществляют стирку при их одновременной или попеременной работе по меньшей мере с однократным одновременным или поочередным изменением направления излучения, например, путем взаимного изменения их положения (устройство 6 располагают на дне, устройство 5 устанавливают на поплавковом элементе 7). В процессе работы целесообразно вращением поплавкового элемента 7 изменять направление излучения.

Возможно выполнение вибрационного элемента из двух пьезоизлучателей для обеспечения работы на нескольких частотах. В этом случае достаточно применения одного устройства (фиг. 2) с поплавковым элементом 7 для обеспечения предлагаемого способа (устройство, например, сначала располагают на дне с работой на двух частотах в одном направлении, затем подвешивают на поплавке с распространением упругих колебаний в перпендикулярном направлении).

При этом возникающие в жидкости кавитационные микропузырьки получают большое ускорение под воздействием гидродинамических потоков, создаваемых высокими частотами.

Акустические потоки способствуют также лучшему обмену растворителей в зоне очистки, уносу загрязненного растворителя и поступлению свежей порции раствора.

Появление кавитации легко обнаруживается по туманному облачку в ультразвуковом поле. При больших интенсивностях кавитации возникает шум, напоминающий шипение закипающего чайника.

Бесчисленные микровзрывы кавитационных пузырьков и очищают ткань от грязи, жиров.

При возникновении в среде кавитации происходит разрушение различных бактерий и вирусов, при этом имеет место прямая зависимость между интенсивностью УЗ и разрушающим эффектом.

Именно таким образом с помощью УЗ разрушают тифозные и туберкулезные палочки, возбудитель коклюша и бешенства, бактерии таких видов, как стафилококки, стрептококки и т.д. Ниже указанного порога не только не наступает разрушение жизнеспособных микроорганизмов, но при определенных условиях происходит увеличение их числа.

Акустические излучатели могут работать в непрерывном и импульсном (или амплитудно-модулированном) режимах излучения. Работа преобразователя в непрерывном режиме приводит к тому, что в непосредственной близости от его излучающей поверхности (при интенсивностях, необходимых для эффективного протекания процесса) на низких частотах образуется экранирующая область, состоящая из множества кавитационных и пульсирующих пузырьков. Это ухудшает качество стирки и приводит к необходимости применения специальных мер для устранения указанного недостатка. Одной из таких мер является использование импульсного режима работы. При этом длительность импульса должна превышать время установления кавитации, а длительность паузы должна быть достаточной для рассеяния пузырьков, но не столь длительной, чтобы снизить эрозионную активность по сравнению с непрерывным режимом. Преимуществом импульсного режима является возможность превышения интенсивности в "пике" в несколько раз по сравнению с непрерывным режимом.

Ультразвук импульсного излучения, распространяясь в жидких средах, не вызывает развитых кавитационных явлений, характерных для ультразвука непрерывного действия, так как продолжительность ультразвукового импульса меньше полного периода развития кавитационного пузырька.

При работе в импульсном излучении стирка ткани происходит в основном за счет механического воздействия, обусловленного переменным звуковым давлением и ударным действием пузырьков газа, при этом повреждения ткани практически не наблюдаются.

При слышимых звуках низкой частоты повреждений ткани не наблюдается. В области ультразвуковых частот степень повреждения также уменьшается или пропадет совсем, так как интенсивность ударных волн с повышением частоты падает.

На частотах (50 Гц, 22 кГц) удовлетворительное качество стирки хлопчатобумажной ткани в сочетании с дезинфекцией достигается за 3-15 мин при интенсивности 1 Вт/см² в мыльно-содовом растворе при температуре 50^oC.

Применение повышенных частот до 60 кГц дает положительные эффекты: более равномерное кавитационное поле во всем объеме резервуара, уменьшение эффекта экранировки кавитационными пузырьками на границе излучатель - жидкость, возникновение сильных акустических потоков, создающих интенсивное перемешивание раствора, увеличение эффекта растворения жидкотекучих загрязнений.

Способ стирки целесообразно осуществлять с интенсивностью упругих колебаний 0,3 - 3 Вт/см², достаточной для образования кавитации при обеспечении безопасности работы.

При интенсивности ультразвука до 1 Вт/см² легко удаляются масляные и жировые загрязнения.

Ультразвуковые колебания благоприятствуют эмульгированию и пептизации, способствуют нарушению граничных слоев и пенообразованию. В результате при действии этих колебаний процессы отмывания различных загрязнений на волокнах или тканях значительно ускоряются и дают в отдельных случаях лучшие качественные показатели.

Известно, что стирку целесообразно проводить при определенной температуре жидкости в зависимости от вида загрязнения. Для водных щелочных растворов это 40-65^oC, для керосина 20-30^oC, для спиртобензиновой смеси 10-20^oC.

Если ткань плотная и загрязнение проникло глубоко, то ее обрабатывают с двух сторон.

Качество стирки белья вибрационным способом не уступает обработке его в обычных стиральных машинах, а по некоторым физико-гигиеническим показателям выше.

Особенно эффективен вибрационный способ для шерстяных и шелковых тканей, которые не испытывают большой усадки от свойлачивания волокна.

Стирка с применением УЗ дает меньшую усадку некоторых тканей, в частности, шерсти на частоте 8-60 кГц, некоторые ткани приобретают капиллярность с сохранением ее в течение различного времени, стирка капроновых чулок повышает влагосодержание и шелковистость, способствует большей ровноте крашения в диапазоне частот от 22 до 60 кГц.

Значительное ослабление шума и уменьшение вредного действия на человека достигается на частотах в диапазоне от 20 гц до 60 кГц.

Предлагаемый способ способствуют интенсификации процесса стирки, улучшению физико-гигиенических свойств обрабатываемой текстильной ткани и увеличению пенообразующей и эмульгирующей способности моющих веществ.

Способ стирки для повышения эффективности стирки заключается в том, что используют воздействие на моечную жидкость упругих колебаний ультразвукового диапазона, воздействие ведут на частотах 20 Гц - 60 кГц. Устройство для стирки для повышения эффективности стирки содержит средство для регулировки степени погружения корпуса в моечную жидкость. 2 с.п. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ стирки, заключающийся в воздействии на моечную жидкость упругими колебаниями волн звукового диапазона, отличающийся тем, что используют воздействие на моечную жидкость упругих колебаний ультразвукового диапазона, причем воздействие на моечную жидкость упругими колебаниями волн звукового диапазона и воздействие на моечную жидкость упругих колебаний ультразвукового диапазона осуществляют одновременно или поочередно, при этом воздействие ведут на частотах 20 Гц - 60 кГц и осуществляют изменение направления распространения упругих колебаний волн в перпендикулярных и/или наклонных плоскостях относительно загрязненного объекта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие упругими колебаниями волн ультразвукового диапазона осуществляют в импульсном режиме. 3. Устройство для стирки, содержащее расположенный в корпусе, заполненном эластичным герметиком, вибрационный элемент, электрически связанный с источником питания посредством шнура и размещенный с обеспечением возможности распространения абсциссы его колебаний параллельно плоскости открытого торца корпуса, отличающееся тем, что оно имеет средство для регулировки степени погружения корпуса в моечную жидкость. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что средство для регулировки степени погружения корпуса в моечную жидкость выполнено в виде поплавкого элемента, размещенного на шнуре. 5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что вибрационный элемент выполнен из пьезокерамической пластины и/или многослойного пьезокерамического преобразователя.