Во второй половине XX века особенно бурное развитие в науке и технике приобрели направления, связанные
с понятием
«ультразвук». Его применение охватывает частотный диапазон от слышимого звука, до предельно достижимых высоких частот
(2x10
4 - 1x10
13 Гц), а диапазон мощностей - от долей миливатта до десятков киловатт. С этим понятием сегодня
связаны целые области современной физики, промышленных технологий, информационной и измерительной техники, медицины, биологии и
бытовых приборов. На основании разнообразных воздействий ультразвука на вещество и материалы образовалось целое технологическое
направление - ультразвуковые технологии.
Интерес к ультразвуку и ультразвуковой технике всё возрастает, благодаря его проникновению в самые
различные области человеческой деятельности. В последнее десятилетие XX века ультразвуковые технологии стали входить в быт
миллионов людей - были созданы ультразвуковые устройства для стирки, дезинфекции и дезодорации.
Ультразвук - это упругие колебания и волны, частота которых превышает 15-20 тысяч Гц. Для
генерирования ультразвуковых колебаний применяют разнообразные механические и электромеханические устройства. В
электромеханических устройствах ультразвуковая энергия получается путем преобразования электрической, для чего используются
главным образом различные пьезокерамические материалы. Пьезоэлектрический излучатель ультразвука представляет собой пластинку,
стержень или кольцо из пьезокерамического материала с металлическими электродами, к которым прикладывается переменное
электрическое напряжение определённой величины и формы, вырабатываемое специальным генератором.
При включении генератора в электрическую сеть пьезокерамический излучатель начинает вибрировать с
частотой генерируемого напряжения и будучи помещённым в моющий раствор создаёт в нём упругие волны, вызывающие явление
«кавитации», которое обеспечивает очистку (стирку), дезинфекцию и дезодорацию помещённых в моющий раствор изделий.
Во время распространение ультразвуковых волн во жидкой среде возникают чередующиеся зоны повышенного и
пониженного давление, как показано на рис. 1
рис. 1
В следствие этого из жидкости начинают выделяться миллиарды
пузырьков. При переходе из области с
пониженного давления пузырьки увеличивают свой объем, а под воздействие
повешенного давление они сжимаются. На переходе жидкость -
газ механическая энергия ультразвуковой волны преобразуется в тепловую.
При этом температура и давление возрастают многократно и
приводит к взрыву пузырьков (рис. 2). В физике это явление называется
«кавитация». Вследствие «кавитации»
ускоряются процессы выделение загрязнений.
рис. 2
Захлопывание пузырьков в зоне кавитации сопровождается сильным локальным разогревом жидкости, а также
выделением газа, содержащего атомарную и ионизованную компоненты, происходит ионизация газа с выделением озона (О
3).
Озон окисляет летучие органические вещества, обладающие дурным запахам, обеспечивает их дезодорацию, придаёт стираемым изделиям
запах последождевой свежести.
Воздействием на вещество в зоне кавитации пользуются для
уничтожения вредных микроорганизмов, т.е. его
дезинфекции. При этом за счёт возникающих в жидкости перепадов давления
происходит разрыв поверхностных оболочек микроорганизмов и
бактерий находящихся в жидкости, подвергаемой действию ультразвука, что
вызывает их гибель, а значит и обеззараживание стираемых
изделий, исключает необходимость кипячения.
Используя различные по составу моющие растворы можно производить очистку самых разных изделий,
применяя ультразвуковую технологию.
Традиционные стиральные машины самых известных в мире
производителей представляют собой достаточно
громоздкие электромеханические устройства, оснащенные мощным
электроприводом, автоматическими системами программного управление,
требующие стационарного подключения к водопроводу и электросети. За
цикл стирки такие бытовые машины потребляют, как правило,
более 3 кВтч электроэнергии, до 80 л. воды и значительное количество
моющих средств, выстирывая, отжимая и высушивая до 5 кг
белья. При всём этом цена таких устройств сегодня составляет изрядную
долю годового бюджета большинства семей, проживающих в мире
и является для них голубой мечтой. Надежды, что такие стиральные машины
станут общедоступны и намного экономичнее современных в
ближайшее десятилетие нет. Где же выход ?. Где путь действительного
прогресса в стирке с учётом экологических требований к экономии
электроэнергии, к снижению иных затрат при эксплуатации имеющихся
стиральных машин ?.
В начале XXI века, когда прошло много десятилетий успешного
применения ультразвуковых технологий для
очистки деталей на различных производствах от металлической пыли,
стружки, нагаров, окалины, заусениц, жировых и других
загрязнений их поверхности, при котором остаётся не более 0,5 %
загрязнений, эта чудо-технология очистки стала наконец-то входить
в быт людей и использоваться для стирки, дезинфекции и дезодорации
различных изделий в домашних условиях.
Производимое компанией «GM Corporation» семейство портативных устройств для стирки и
дезинфекции
«VOLCANO» в прямом смысле назвать стиральной машиной нельзя. Это, с технической точки зрения, ультразвуковые
аппараты для очистки различных изделий, ничем не напоминающие привычную нам стиральную машину. Однако такое простое и дешевое
устройство обеспечивает высококачественную стирку, дезинфекцию и дезодорацию самых различных изделий, а не только одежды и
постельного белья.
Устройство
«VOLCANO GOLD» весом не более 260 грамм, включается в электросеть с напряжением
220 вольт и потребляет при работе мощность до 5 ватт. При этом позволяют в течение часа выстирать и продезинфицировать 1,5 - 2,0
кг сухого белья. Температура моющего раствора может при необходимости достигать 80°С.
Режим работы по продолжительности - не ограниченный. Поэтому
особо загрязнённые изделия стираются в течение ночи или днем, включив
устройство на многие часы.