关于新型超声波洗衣机的构想

关于新式超声波洗衣机的构想爱知中学曹伯维摘要：目前，市场上大多数的洗衣机皆是利用动力洗衣除垢，在清洗的过程中，使用洗涤剂等化学物质去渍，残留较多，脱离了如今倡导的绿色生活。为此，研制了以超声波和气泡作为衣物清洗动力的新型洗衣机。由于超声波的一些特性，可以有效的去除衣物表面的污染物。加之于泡沫对污渍的溶解作用以及气泡破灭时产生的能量充当摩擦去渍的动能使得超声波可以很好地应用到生活中衣物污渍的洗涤，也减少了洗涤剂的使用，保护了环境，生活更绿色。同时，超声波在液体媒质中传播时引起的各种物理反应，能够有效的破坏细菌的内部结构，使细菌失去活性，起到灭菌的作用。关键词：超声波、超声振动、气泡、洗衣设备、灭菌如今大多数的洗衣机皆是利用电能转化为动能洗衣除垢，在清洗的过程中，不但会出现清洗不干净问题，还存在对洗涤剂的去除不充分问题，易有较多残留，且任何洗涤剂中或多或少均含化学物质，甚至有些化学物质对人体皮肤本身是有害。洗涤剂中的磷等化学物质，对于水质本身也是一种污染，脱离了如今倡导的绿色生活。利用超声波本身的特性，结合现今已有的超声波洗涤原理，研制出以超声波和气泡作为衣物清洗动力的新型洗衣机。由于超声波的稳态空化、瞬态空化、微声流、微射流和自身高频振荡可以有效的去除衣物表面的污染物。同时，加之于泡沫对污渍的溶解作用，当气泡产生和破灭时产生的气蚀和气流引起水的翻滚、旋转等搅动能最为有效动能可高效的清除衣物纤维表面以及内部的污渍。设计制造以超声波和气泡为清洗动力的新式洗衣机，从理论上讲超声波的灭菌作用也得以应用。超声波在液体媒质中传播时的超声空化引起的高温效应、高压效应和放电效应能破坏细菌的内部组织结构，使细菌失去生物活性，从而起到灭菌作用。一．利用超声波清洗的原理（一）原理新型超声波洗衣机与现已有的超声波清洗工件的原理大致相似，将超声发生器发出的电信号,利用能够发射或者接收超声波的超声换能器。将超声波这种声能转换成另一种形式的动能来清洗衣物上的污渍。通过超声换能器转换成超声振动并引入清洗液体内,在超声作用下使污垢脱落,达到清洗目的。清洗机器的主要构成部分是超声换能器,利用来自超声发生器输出的电能,在对应方向上产生机械振动,发出超声波。在盛有清洗液体的清洗机内引入超声波后,液体中会产生许多微气泡,形成超声空化、乳化及搅拌作用达到清洗目的。超声空化作用在固体和液体界面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层，增加搅拌作用，加快可溶性污物的溶解。此外，水本身的振动还会对清洗工作做出很大的贡献。超声波在液体中传播时，它将引起质点振动，使得衣物表面的污物物受到液体的冲击。在实际的清洗过程中，超声清洗是一个十分复杂的过程。包括超声波本身所具有的能量作用，气泡破灭时放出的能量作用(即超声空化作用、超声空化二阶效应产生的微声流的洗刷作用以及超声空化在固体和液体界面所产生的高速微射流的冲击作用)以及超声波对液体媒质的搅拌流动作用等。超声波的擦洗工作主要由出现在被清洗衣物的纤维表面的或者附近的气泡。具体的清洗过程则因衣物纤维上的污染物的性质不同而不同。衣物表面的污染物主要有油渍、尘土、固体粘黏物、汗渍等。如果衣物上的污渍是不可溶解的，超声波的稳态空化和微声流可以在纤维表面处提供一种溶解机制而使污染物溶解，在污染物层和纤维表面之间形成的稳态空化泡会使附着的污染物脱落。同时稳态空化和微声流有助于在水溶液中将衣物上的油渍、食物残留脂质等油脂类污染物乳化，从而使之脱落。（二）影响因素超声波清洗效果的好坏，一部分取决于超声清洗设备本身的性能，一部分与所要清洗污渍的性质等有关。超声空化强弱和超声波的频率、功率、清洗液体的表面张力、温度和流变特性等有关。其次超声波清洗污渍的质量和速度,在一定程度上也与清洗液体有关,可以改变或者改善水的性质，如水的酸碱性来加速清洗的过程和改善清洗的质量，还可以改变水温和声波频率的因素。二．气泡清洗的作用（一）原理将一定速度的气流射入清洗机器时，将引起清洗液的翻滚，使清洗液产生很强的动能，使衣物随清洗液体的不断搅动而做不规则的运动，从而使衣物纤维表面上的污染物能够脱落。存在于液体中的微小气泡在声音的作用下震动，当达到一定的声压时，气泡将会变大，直至破灭，而气泡破灭时产生的能量，破坏不溶解污染物，使它们分散至清洗介质中，气泡振动的同时，对衣物表面进行摩擦冲洗，将渗入纤维内部的污渍振动脱落。鉴于此，如果在液体中人为产生一定强度、一定大小的气泡，利用气泡破灭时产生的机械力以及气流引起液体的漩涡、旋转等物理现象作为清洗的动力，就可以达到去除衣物纤维表面和内部粘黏污染物的目的。（二）影响因素气泡清洗效果的好坏与清洗液自身性质、通入清洗槽中的气体流量和衣物上污渍的自身性质有关。通过管道进入清洗液体中的气体流量的大小直接影响清洗液体中气泡的多少和气流的流速，从而影响清洗液体中气泡破灭时能量的释放和清洗液体的搅动程度和效果。三．超声波灭菌作用（一）灭菌作用超声波具有灭菌的作用。超声波在液体媒质中传播时的超声空化引起的高温效应、压力效应、放电效应、机械搅拌、乳化和凝聚等现象能渗透到细菌的内部组织，从而使细菌失去生物活性。因此，在用以清洗衣物的同时起到可以杀菌消毒。（二）超声波清洗的优点超声波清洗作为一种先进、高效的清洗技术，在许多的领域得到了越来越广泛的应用。超声波清洗具有诸多特点:1.超声波清洗速度快、功效高。对于外形结构与硬度不定且具有狭小缝隙东西（如纤维）可用超声波清洗法彻底清洗干净。2.超声波清洗本省可大大提高被清洗物表面的洁净程度，因此超声波清洗在近代电子、航空、宇航等高尖端科技发展中也发挥了重要的作用。3.超声波清洗的连续自动化，可大大降低清洗的劳动强度，节约人力物力。4.超声波清洗不但具有成本低、效率高、清洗质量好等优点,还具有耗电量少的优点，缩减了成，节约了能源。5.利用超声波的物理去渍法，减少洗涤剂的使用，保护了环境，减少了污染，同时也减少了衣物上残留的化学物质对人体本身的伤害，达到绿色生活的标准。四．新型超声波洗衣机设备大致的构成新型超声波洗衣机主要由超声波发生器，超声换能器和清洗容器三部分构成。超声波发生器将电能转换成超声频电能并馈送给超声换能器，超声换能器将高频电振荡信号转换成同频率的机械振动，并通过清洗机身底板向清洗液体中辐射超声波。一般被清洗衣物放在内置专用网孔框中，加入水作为清洗介质，避免被清洗物直接压在清洗容器底板上。洗衣机机身内部一般用耐腐蚀并且透声的不锈钢板制成。超声换能器通常用专用胶直接粘在清洗容器底板上，或者根据清洗要求粘在清洗容器壁上。根据不同的清洗要求，清洗容器内部上还可以安装加热烘干装置和温控装置以及循环过滤等附加设备。五．新型超声波洗衣机存在的待解决问题虽然超声波清洗具有许多优点，但该方法具有噪声大，超声换能器容易损坏，而且研究发现超声波还具有方向性，各个方向清洗的效果不尽相同。超声波是声波的一种，因而存在波的衍射，折射和反射现象。有些地方入射波和反射波相互叠加振动最强清洗效果好，有些地方入射波和反射波相互抵消清洗效果差，因而存在清洗的不均匀现象，在气泡摩擦清洗释放能量的同时，对衣物的破坏性不可避免，除此之外，还有其他可能会发生的问题。因此，为了更好的发挥超声波在清洗衣物污渍方面的优势，还需要做很多的工作以及努力，使得超声波能在更多的领域得到应用，在更多的方面服务于提高生活质量，造福人类。参考文献：【1】李雅丽.《超声波清洗的原理和实际应用》.清洗世界报.2006(7)【2】胡兴军,杨燕.《超声波清洗技术倍受瞩目》.洗净技术报.2004(1).【3】孙晓清,符卫春,张虎.《超声波清洗发展状况》[J].榆林学院学报.2006(02)【4】陈辉,强颖怀,葛长路《超声波空化原理及其应用》;2005'全国真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2005