[发明专利]多频相控超声衣物清洗及脱水方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于超声波洗衣技术领域，具体涉及利用高低两种频率的相控阵换能器，实现超声能量局部集中对衣物进行清洗及脱水的方法和装置。

背景技术

洗衣机目前主要分机械式和非机械式两大类。其中，机械式分为波盘式、滚筒式等，一般以旋转轮带动水流或者滚动运行产生摩擦进行洗涤。波盘式结构简单、造价低，但磨损率高；滚筒式洁净度高，但造价高。机械式存在共同的缺点，在长时间运行的过程中容易使衣物拧在一起，摩擦会使衣物受损，清洗后衣物会产生皱折、变形甚至损坏，并且洗涤需要大量的水。

非机械式洗衣方式中其中一种是溶剂干洗机，这种方式虽然对衣物磨损小，但最大问题是溶剂有毒又难以彻底除尽。另外一种非机械式的清洗装置就是超声波洗衣机，该方式的原理是利用强超声波在液体介质中的“空化效应”达到清洁的效果。“空化效应”，即当声波在媒质中传播时，若声强足够大，液体所受的负压足够强，媒质分子间的平均距离就会超过极限，微泡就会快速形成、增大、急剧压缩、快速破裂，在瞬间产生可达1～3个大气压的巨大压力。这种高压的冲击波可对衣物产生强大的去污作用。该洗涤方式具有洁净度高，对衣物磨损小，用水量少，洗涤剂利用率高，减少甚至免用洗涤剂等优点，十分适合应用在清洗衣物的设备上。尤其在清洗棉质、丝绸、毛衣和一些易磨损易变形的衣服时，该种洗涤方式更具优势。

然而，超声清洗大量衣物时，需要高功率的超声波才能产生足够强度的空化效应。超声波换能器是一种压控器件，要使换能器产生大功率的能量，必须要有足够大的驱动电压。市场上的超声波洗碗机和用超声波辅助洗涤的洗衣机，驱动电压都需达到上千伏，致使驱动电源的能耗非常大，同时也带来了安全隐患。同时，大功率的超声波换能器造价非常高，难以普及到家庭使用。若换能器功率不足，就难以产生足够穿透力的超声波进行清洗或脱干衣物。传统的超声波衣物清洗装置，只是简单地把单个或者若干个超声波换能器简单组合起来工作，声波在清洗箱内不规则反射叠加，能量不能集中一处，造成能量损耗，不符合环保节能的要求。

由于全超声波洗衣机受能耗高、大功率的超声波换能器造价高这些缺点所局限，一直难以普及推广。超声波清洗只能作为传统洗衣机的辅助手段，或者是免除洗涤剂的一种解决方法。如授权公告号为CN2287159Y，授权公告日为1998年8月5日的实用新型专利公开了一种“全自动超声波洗衣机”，该装置把超声波空化效应、电机转动洗涤和泵水机泵水三种洗涤方式结合在一起。该设计方案虽然使用了造价低廉的低功率超声波换能器，降低了超声波洗衣装置的制造成本，但依然无法脱离电机转动的洗涤方式，很难发挥出超声波洗衣的优势。另外，在衣物脱水环节，该设计利用水泵轴头反向抛干的方式，容易损坏衣物。

公开号为CN 1795057A，公开日为2006年6月28日的发明专利“用于使用相控换能器阵列的超声波清洗的系统和方法”，用“最大能量波”扫描对器件进行精确定位清洗。其原理是通过控制换能器阵列中的每个阵元发出超声波的相位，使相控阵产生的超声波在某个方向形成超声波束，从而对该方向集中能量进行清洗。该发明的设计适用于精确清洗元器件，而超声洗衣不需要精确清洗，所以该系统在超声洗衣上有很大的局限性。

发明内容

本发明针对超声清洗能量分散、功耗大、大功率超声波换能器造价高的缺点，提供多频相控超声衣物清洗及脱水方法与装置。本发明根据洗涤过程中清洗与脱水过程的不同特点，采用高低频超声结合的方法来完成全超声洗衣。即低频超声用于空化清洗，高频超声用于雾化脱水。利用超声波束扫描的方法，使超声波的能量更集中，穿透力更强，清洗脱水效果更均匀，清洁度和脱水率都得到提高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

多频相控超声衣物清洗及脱水装置，包括衣物洗涤箱、电路控制系统、进水排水装置、显示控制面板、超声波相控阵和空气交换装置；

所述衣物洗涤箱用于放置被清洗或脱水得的清洗衣物，衣物洗涤箱内壁光滑且涂有用于反射声波的涂料；衣物洗涤箱内有声波反射板，工作时浮在液面，当超声波速扫描至液面时，反射板把超声波束反射回水中再次利用；超声波相控阵阵列均匀分布在圆筒侧壁和底部；衣物洗涤箱顶部设有进水装置，底部有排水装置；所述超声波相控阵包括谐振频率不同的超声相控阵。

上述的多频相控超声衣物清洗及脱水装置中，所述超声相控阵分为具有不同谐振频率的低频超声相控阵和高频超声相控阵。