Внедрение передовых энергосберегающих технологий выдвинуло на передовые рубежи прогресса новое устройство бытового назначения - ультразвуковое стирающее устройство.
Стирка ультразвуком происходит за счет периодического формирования в объеме жидкости волн сжатия-разрежения, возникающих в практически несжимаемой среде - воде. Белье, помещенное в такую жидкость, подвергается интенсивному гидроакустическому воздействию.
Гидроакустические волны инициируют появление микроскопических пузырьков газа, которые способствуют отделению микрочастиц грязи из объема стираемого белья.
При образовании и последующем схлопывании (разрушении) пузырьков газа образуется озон, стерилизующий белье. В ряде случаев, при большой энергии ультразвуковых колебаний, может наблюдаться сонолюминесценция - свечение жидкости, особенно заметное в затемненном помещении.
Преимуществом стирки с использованием ультразвуковых колебаний является то, что белье не деформируется, не истирается и не рвется. Можно стирать даже шерстяные изделия и тонкое белье.
Помимо стирки и дезинфекции белья, можно обрабатывать овощи и фрукты, предназначенные для консервации, обеззараживать воду.
Появившиеся на рынке ультразвуковые стирающие устройства (УЗСУ) типа "Бионика" представляют собой компактный электрический прибор массой 200 г. "Бионика" состоит из сетевого адаптера - источника питания и собственно УЗСУ.
Само устройство в целях сохранения "ноу-хау" залито компаундом, и описание его принципиальной схемы и значимых для воспроизведения характеристик не приводится. Однако, имея полученные путем замеров и анализа режимов устройства вторичные характеристики, можно представить одну из возможных схем УЗСУ в следующем виде:
УЗСУ состоит из источника питания (микросхема DA1), двух взаимосвязанных генераторов, работающих на частотах 10 кГц и 1 МГц (микросхема DD1), выходного каскада на транзисторе VT1 и активатора-излучателя, подключаемого к точкам С и D устройства.
Источник питания в прототипе выполнен нерегулируемым, рассчитанным на максимальную мощность, потребляемую от сети - 3 Вт, что достаточно для стирки белья в объеме жидкости 10...25 литров. Более целесообразным представляется обеспечить УЗСУ плавной регулировкой выходной мощности.
На рис.1 в разрыв между точками А и В включен регулируемый источник стабилизированного постоянного тока (25...1000 мА).
На рис.2 показана схема регулируемого источника питания (5...13 В).
Генератор пакетов импульсов выполнен по традиционной схеме на микросхеме DD1 и особенностей не имеет. Номиналы RC-элементов высокочастотной части генератора могут быть откорректированы при настройке частоты в резонанс с частотой ультразвукового излучателя-активатора.
Микросхема DA1 и транзистор VT1 должны быть установлены на теплоотводящих пластинах.
Конструкция активатора
Наиболее проблематичным в практической реализации УЗСУ является выбор ультразвукового излучателя-активатора и обеспечение его гидроизоляции при одновременном достижении максимальной отдачи энергии ультразвуковых колебаний в окружающую среду (жидкость).
Обычно в качестве ультразвукового излучателя используют пьезокерамику - титанат бария, стронция, излучатели на ферритовых или пермаллоевых сердечниках, пьезокварцевые пластины (рис.3), что открывает широкое поле для эксперимента.
Одним из интересных вариантов получения ультразвуковых колебаний является просто пропускание импульсов электрического тока через воду с использованием системы близко расположенных электродов, подключенных к точкам А и В устройства.
Периодическое прохождение импульсов тока между электродами вызовет акустическую электростимулированную модуляцию раствора. В качестве электродов можно рекомендовать алюминий или графит.
При стирке должна быть обеспечена надежная развязка от питающей сети. Емкость для стирки (ведро, таз) должны быть удалены от заземленных предметов и установлены на сухом полу.
Акустические колебания в стирающем растворе можно возбуждать и в диапазоне звуковых частот. Эксперименты показали, что стирка в таких условиях происходит с приемлемым по сравнению с прототипом результатом.
Особенности стирки с применением УЗСУ - в стирающий раствор засыпают столько же стирающего порошка, как и при ручной стирке, температура воды должна быть порядка 65°С.
Белье должно свободно плавать в растворе, изредка его следует помешивать деревянным щипцами. Сильно загрязненные участки белья рекомендуется дополнительно намылить.
Процесс стирки длится 30...40 минут или более (в зависимости от КПД ультразвукового активатора).
Полоскать белье можно также с использованием УЗСУ. Следует отметить, что опыт оптимального использования УЗСУ появляется после нескольких стирок.
Страница 1 из 2
КАК СДЕЛАТЬ СВОИМИ РУКАМИ УЛЬТРАЗВУКОВУЮ СТИРАЛЬНУЮ МАШИНУ
Доброе время суток, уважаемый читатель!
До не давнего времени никто и не слышал про такое чудо техники, как ультразвуковые стиральные машины. Сразу представляется нечто сверхзвуковое, работающее на субатомных энергиях. На самом деле конструкция ультразвуковой стиральной машины достаточна проста. Но есть один вопрос: зачем они нужны? Если есть возможность и экономическая, и, так скажем, пространственная, лучше купить обычную стиральную машинку и не забивать себе голову ультразвуком. Действительно, думаю, по соотношению качества стирки, затраченных телодвижений и времени сложно противопоставить что-то иное современным стиральным машинкам. Но вот если есть ограниченность в денежных знаках или, скажем, у нас не так много пространства, то весьма привлекательным вариантом является ультразвуковая стиральная машина. Особенно, как мне кажется, это удобный вариант для путешественников: ультразвуковая стиральная машина не занимает много места, проста в использовании и особо непривередлива. Можно не усложнять, конечно, себе жизнь и пойти в магазин купить себе такую стиральную машинку. Цена подобных устройств варьирует в среднем от 1 000 руб. до 2 500. Но для тех кто не ищет легких путей, я предлагаю вариант самостоятельной сборки. Тем более, что, по своей сути, ультразвуковые стиральные машины не представляют собой нечто сверхсложное.
Но что такое ультразвуковая стиральная машина и для чего она предназначается? Как и понятно из названия, данное устройство используется для стирки белья посредством ультразвуковых колебаний, ну или близких к ультразвуку. Исключительной особенностью данного вида стирки является отсутствие механического воздействия на ткани (создатели подобных устройств даже утверждают, что качество стирки превосходит обычные стиральные машинки, что весьма спорно, за счет более глубокого проникновения ультразвука в структуру ткани нежели при механическом воздействии), производятся параллельно дезинфекция (поскольку, как известно, ультразвук пагубно воздействует на микроорганизмы) и, ко всему прочему, употребляется весьма низкое количество электроэнергии (что в некоторых ситуациях весьма существенно). Для полноценного функционирования ультразвуковой стиральной машины требуется всего 15 Вт. Правда, создатели ультразвуковой стиральной машины забывают, как правило, добавить, что для выведения пятен или грязи ультразвуковой стиральной машине понадобиться вдвое больше времени, чем обычной (5 – 6 часов).
Для того, чтобы изготовить ультразвуковую стиральную машину нам понадобиться блок питания, который изготовлен по безтрансформаторной схеме, пьезокерамический излучатель, генератор импульсов на транзисторе VT1 в прочном, хорошо изолированном корпусе. Собственно, именно трансформатор Tpl повышает импульсное напряжение до 50 – 55 В. Наблюдаемая частота импульсов колеблется в пределах 15 – 30 Кгц.
Появившиеся на рынке ультразвуковые стирающие устройства (УЗСУ) типа "Бионика" и им подобным представляют собой компактный электрический прибор массой около 200 г. "Бионика" состоит из сетевого адаптера - источника питания и собственно УЗСУ.
Стирка ультразвуком
происходит за счет периодического формирования в объеме жидкости волн сжатия-разрежения, возникающих в практически несжимаемой среде - воде. Белье, помещенное в такую жидкость, подвергается интенсивному гидроакустическому воздействию. Гидроакустические волны инициируют появление микроскопических пузырьков газа, которые способствуют отделению микрочастиц грязи из объема стираемого белья. При образовании и последующем схлопывании (разрушении) пузырьков газа образуется озон, стерилизующий белье. В ряде случаев, при большой энергии ультразвуковых колебаний, может наблюдаться сонолюминесценция - свечение жидкости, особенно заметное в затемненном помещении.
Преимуществом стирки с использованием ультразвуковых колебаний является то, что белье не деформируется, не истирается и не рвется. Можно стирать даже шерстяные изделия и тонкое белье. Помимо стирки и дезинфекции белья, можно обрабатывать овощи и фрукты, предназначенные для консервации, обеззараживать воду.
Само устройство в целях сохранения "ноу-хау" залито компаундом, и описание его принципиальной схемы и значимых для воспроизведения характеристик не приводится. Однако, имея полученные путем замеров и анализа режимов устройства вторичные характеристики, можно представить одну из возможных схем ультразвукового стирающего устройства:
УЗСУ состоит из источника питания (микросхема DA1), двух взаимосвязанных генераторов, работающих на частотах 10 кГц и 1 МГц (микросхема DD1), выходного каскада на транзисторе VT1 и активатора-излучателя, подключаемого к точкам С и D устройства.
Источник питания в прототипе выполнен нерегулируемым, рассчитанным на максимальную мощность, потребляемую от сети - 3 Вт, что достаточно для стирки белья в объеме жидкости 10...25 литров. Более целесообразным представляется обеспечить УЗСУ плавной регулировкой выходной мощности. На рис.1 в разрыв между точками А и В включен регулируемый источник стабилизированного постоянного тока (25...1000 мА). На рис.2 показана схема регулируемого источника питания (5...13 В). Генератор пакетов импульсов выполнен по традиционной схеме на микросхеме DD1 и особенностей не имеет. Номиналы RC-элементов высокочастотной части генератора могут быть откорректированы при настройке частоты в резонанс с частотой ультразвукового излучателя-активатора. Микросхема DA1 и транзистор VT1 должны быть установлены на теплоотводящих пластинах.
Наиболее проблематичным в практической реализации УЗСУ является выбор ультразвукового излучателя-активатора и обеспечение его гидроизоляции при одновременном достижении максимальной отдачи энергии ультразвуковых колебаний в окружающую среду (жидкость). Обычно в качестве ультразвукового излучателя используют пьезокерамику - титанат бария, стронция, излучатели на ферритовых или пермаллоевых сердечниках, пьезокварцевые пластины (рис.3), что открывает широкое поле для эксперимента. Одним из интересных вариантов получения ультразвуковых колебаний является просто пропускание импульсов электрического тока через воду с использованием системы близко расположенных электродов, подключенных к точкам А и В устройства. Периодическое прохождение импульсов тока между электродами вызовет акустическую электростимулированную модуляцию раствора. В качестве электродов можно рекомендовать алюминий или графит. При стирке должна быть обеспечена надежная развязка от питающей сети. Емкость для стирки (ведро, таз) должны быть удалены от заземленных предметов и установлены на сухом полу. Акустические колебания в стирающем растворе можно возбуждать и в диапазоне звуковых частот. Эксперименты показали, что стирка в таких условиях происходит с приемлемым по сравнению с прототипом результатом.
Особенности стирки с применением УЗСУ - в стирающий раствор засыпают столько же стирающего порошка, как и при ручной стирке, температура воды должна быть порядка 65°С. Белье должно свободно плавать в растворе, изредка его следует помешивать деревянным щипцами. Сильно загрязненные участки белья рекомендуется дополнительно намылить. Процесс стирки длится 30...40 минут или более (в зависимости от КПД ультразвукового активатора). Полоскать белье можно также с использованием УЗСУ. Следует отметить, что опыт оптимального использования УЗСУ появляется после нескольких стирок.
Технический прогресс не стоит на месте. С каждым годом появляются все новые изобретения, которые призваны облегчить жизнь и быт человека. Одним из таких приборов является ультразвуковая стиральная машинка. Размеры ее не превышают 10 см. Собирать такой прибор можно в домашних условиях. Это дает возможность зарабатывать деньги, не используя сложного оборудования, больших помещений и наемный труд.
Стиральная машинка использует для очистки белья звуковые колебания. Они распространяются по всему объему раствора с моющим средством, с такой же частотой, что и ультразвуковые волны. Перед традиционным способом стирки такое новшество имеет ряд преимуществ:
- Во-первых, она меньше по размерам и потребляет не больше 15 Вт мощности.
- Во-вторых, эту маленькую стиральную машинку можно использовать для любых тканей. Механических колебаний во время процесса практически нет.
- В-третьих, ультразвуковые волны обладают дезинфицирующим воздействием.
Что же представляют собой эти маленькие стиральные машины? Название говорит само за себя. Используют прибор этот для стирки белья. Очистка загрязнений происходит за счет воздействия на них колебаний, близких по параметрам к ультразвуку. Время воздействия на белье обычно удваивается. Стоят такие машинки обычно в пределах 1 – 2,5 тыс. рублей.
Собрать устройство может любой человек, знакомый с электротехникой. Основой любого прибора является его принципиальная схема. Изучив ее, мастер сможет подобрать нужные комплектующие и соединить их в правильной последовательности. Понадобится такой набор элементов:
Ниже приведена схема, которая позволяет работать такому прибору.
DD1 - это элемент, который излучает слабые ультразвуковые волны. Сигал усиливается за счет четырех транзисторов. К их выходам подсоединяется пьезокерамический излучатель, который играет роль конденсатора. Перезарядка его происходит на частоте 25 тыс. Гц. Питается прибор от нескольких гальванических батарей. Они соединятся в цепь последовательно. Качество стирки зависит от напряжения питания. Такую маленькую стиральную машинку может питать даже автомобильный аккумулятор. Ее удобно брать с собой в путешествия . Для работы от обычной розетки между прибором и сетью нужно поставить источник постоянного напряжения. Он должен иметь на выходе не больше 15 Вт напряжения. Понижается оно при помощи специального трансформатора, диодного моста и электролитического конденсатора. Емкость последнего должна быть не меньше 1000 мкФ.
Одним из главных элементов маленькой стиральной машинки является излучатель. Он распространяет волны с частотой 3,5 кГц. Его подсоединяют кабелем и фиксируют на плате эпоксидным клеем. Здесь же монтируют печатным или навесным способом остальные детали, и подключается шнур питания.
Генератор ультразвуковых колебаний предназначен для того, чтобы усиливать сигнал излучателя. При помощи него достигается частота волн 28 кГц. Сначала увеличивается емкость конденсатора. Она должна составлять 1600 пФ. Если все подсоединено правильно, то излучатель начинает издавать звук, похожий на свист. Дискомфортный тон убирают при помощи резистора. Прибор полностью погружается в воду и там производится его настройка. Когда звук исчезнет, емкость конденсатора можно снизить до первоначальной, в 200 пФ. Так настраивается работа прибора на частоте четвертой гармоники.
Самая эффективная стирка белья происходит в баке, не меньше 10 литров. Соотношение величины дна таза к его стенкам 1:1,5. Туда загружают не больше полутора килограмм сухого белья. Температура жидкости выдерживается в таком же режиме. Как и при обычной ручной стирке (для синтетики рекомендуют использовать температуру не больше 40 градусов, а для хлопка – 60-65 градусов). Меньшее количество стирки потребует уменьшения воды в емкости. В таз добавляют моющее средство, а аппарат помещают точно по центру. Обычно через полчаса белье готово для полоскания. Во время процесса рекомендуют вещи переворачивать. Делать это нужно каждые 15 минут. Волокна ткани при таком способе стирки не скручиваются. Следовательно, вещи служат дольше.
Ткани при такой стирке практически не повреждаются, так как их волокна при стирке не деформируются и не выкручиваются, как в традиционных машинах. При сильных загрязнениях рекомендуют белье замачивать на несколько часов. Прибор можно использовать и на этой стадии. Иногда хозяйки проводят замачивание в таком режиме, а стирают в обычной стиральной машинке.
После использования прибор достают, ополаскивают и сухим убирают на хранение. Рекомендуют использовать такую маленькую стиральную машинку для стирки деликатных и тонких тканей.
Технология изготовления ультразвуковой стиральной машины своими руками
Принцип работы ультразвуковой стиральной машинки основан на ультразвуковых, или близким к ним, колебаниям. Сам процесс стирки проходит без механического вмешательства. Считается, что ультразвуковые волны проникают в структуру ткани намного глубже, чем при обычной стирке, параллельно дезинфицируя одежду.
Данный прибор предназначен для функционирования в ограниченных пространствах или же в местах малой энергообеспеченности. Аппарат можно приобрести и в магазине, но если очень ограниченный бюджет или просто интересно создание чего-то собственными силами, то можно собрать машинку в домашних условиях своими руками. Для процесса изготовления данного приспособления не требуется особых навыков, но начальные знания в электронике и понятие основных принципов физики здесь очень даже пригодятся. Также необходимо обзавестись некоторым инструментом: паяльник, припой, кусачки и нож, найти корпус для будущего прибора и силиконовый клей (герметик).
Для начала стоит понять принцип работы схемы и разобраться в ее элементарной базе. В нашем случае это высокочастотный (приближенный к ультразвуку) излучатель, частота которого варьируется от 15 до 35 кГц. Питание, осуществляется безтрансформаторным элементом питания, который основан на генераторе импульсов. Можно протравить печатную плату и собрать по подходящей вам схеме свою ультразвуковую стиральную машину с нуля (здесь необходимо обзавестись нужными деталями), а можно воспользоваться готовыми приборами (слегка переделав их). Такие есть у всех в закромах кладовки.
Если решили производить изделие по второму варианту, то вам понадобиться любое импульсное зарядное устройство от 5 до 50 вольт (больше 50 вольт при поражении может привести к летальному исходу). Провод необходимой длинны, сечением около 0,75 мм², пьезокерамический излучатель (можно найти в старых будильниках или игрушках) и герметичный корпус для него.
Сам процесс изготовления начинается с того, что нужно разобрать блок питания зарядного устройства. Мы убираем высоковольтный конденсатор, который стоит на входе сетевого напряжения, и перепаиваем выходной «+» прямо к контактам импульсного трансформатора, минуя все электронные компоненты. Далее собираем зарядное устройство (можно подпаять провод нужной длины). Припаиваем кабель к пьезоизлучателю, который хорошо приклеиваем в подготовленный заранее корпус, все хорошо герметизируем и даем просохнуть. Если все сделано правильно, то ультразвуковая стиральная машинка готова к использованию.
Почему этим стоит заняться:
- Все те же 20 раз в экономии электричества и в 20 раз дешевле.
- Быстрее, чем сходить в магазин
Работает ли «Ретона», не работает ли «Ретона», науке доподлинно не известно. Но если мы взглянем на нее вооруженным взглядом…
Рис. 1 Ультразвуковая стиральная машина
Детали.
Для правильного приготовления народной «Антиретоны»® нам понадобятся:
- Импульсный блок зарядки сотового телефона – 1шт –50-80 руб.;
- Пьезоэлемент -1шт – 5-20 руб.;
- Корпус -1шт –18 руб.;
- Паяльник (он где-то должен быть!);
- Герметик;
- Правильно воткнутые руки
Рис. 2 Детали для самостоятельной сборки ультразвуковой стиральной машины.
Примечание. Пьезоэлемент покупать, кстати, не обязательно. Возможно, найдется дома сломанный или надоевший электронный будильник, телефон, старая китайская (корейская) магнитола, там они могут расти, сам видел.
Сборка.
Аккуратно разбираем зарядное устройство (рис. 3) и находим (или не находим!) конденсатор на 400 мкФ.
Рис. 3 Разобранное зарядное устройство
Заботливые производители могут его «забыть поставить», ну, да нам же и проще. Если он все-таки стоит после выпрямительных диодов, выпаиваем (выкусываем) его (рис. 4).
Рис. 4 Демонтаж конденсатора
Данной зарядке не хватает еще 2 диодов 4001, будет большое желание добавить, можно и добавить, а на нет и суда нет.
Перепаиваем один проводок с выхода выпрямителя на выход трансформатора (рис. 5), так, чтобы наш пьезоэлемент был подключен к выходным ножкам трансформатора.
Рис. 5 Перепаивание зарядного устройства.
Надежно закрепляем в понравившемся нам корпусе провод, приклеиваем (я использовал Момент-2, он немного размягчает пластмассу) пьезоэлемент плотно и без усилий. (рис. 6)
Рис. 6
Провода припаиваем не обращая особого внимания на полярность.
Заливаем герметиком (я это делал в 2 этапа) (рис. 7)
Рис. 7 Заливка пьезоэлеиента герметиком
Рис. 8
Р.S.
Стирает ли УЗСУ? (Маленький слабонаучный трактат)
Во- первых, под процессом стирки каждый понимает разное явление.
Если для одного чистое, значит не все в солидоле, а только рукава, то для другого руки, помытые 15 минут назад уже все в бактериях.
Поэтому общество попыталось договориться о Классе стирки. Разработаны методики , сколько какого порошка сыпать на какую ткань и какие загрязнения… сколько по времени и при какой температуре… десятки параметров. И, проведя подобный тест можно легко (уверен) установить, что УЗСУ не стирают.
Другое дело, если у Вас нет сегодня нескольких свободных тыс. долларов на стиральную машину первого класса. Вот тогда можно и про УЗСУ поговорить.
Процесс стирки, как правило, начинается с замачивания. Водопроводная вода насыщена растворенными газами. Эти растворенные в воде газы при погружении ткани начинают выделяться на ней в виде мельчайших, порядка 0,01 мм, воздушных пузырьков. Через несколько минут пузырьки практически сплошным ковром отделяют материал от раствора моющего средства.
Если механически не перемешать ткань, то эти пузырьки растворятся сами через несколько часов, когда моющий раствор уже будет комнатной температуры и у стирающего кончится терпение.
Теперь включим УЗСУ с частотой 100 килогерц. Колебания (при определенной мощности устройства) должны способствовать коалесценции (слиянию) воздушных пузырьков. Возникает два конкурирующих процесса – коалесценция мелких пузырьков и обратное растворение. Что-нибудь в конце-концов пересиливает и «защитная пленка» с поверхности ткани исчезает.
Несколько домашних экспериментов показали, что без «ручного привода» даже с УЗСУ коалесценция не бывает полной, т.е. пузырьки большего размера прикрывают часть ткани неразумно долгое время.
Далее, к вопросу о «химии» самого процесса очистки ткани. В стиральных машинах нити ткани многократно расслабляются, набирая в себя раствор моющего средства и растягиваются (скручиваются), в результате чего «отработанный» раствор выходит из ткани. Равномерность и интенсивность и длительность подобных воздействий и определяет качество стирки.
Сами «загрязнения» могут носить разнообразный характер от химического окрашивания до полимеризировавшего до состояния олифы пролитого растительного масла.
Поэтому (химические процессы оставим в стороне) стратегия примерно следующая. Отделить и измельчит все, что можно отделить и измельчить. Другими словами отделить переплетенные (и поэтому, условно, неразделимые) нити ткани от загрязнения с помощью ПАВ.
Выше рассмотрено, как с подобными проблемами справляется обычная стиральная машина, раскручивая и скручивая нити. В УЗСУ все не так. В «правильных» устройствах высокочастотная составляющая колебаний модулирована низкочастотными.
Это позволяет слегка раскачивать ткань незаметно для глаза из-за частоты 50-100Гц и малой амплитуды. Но при этом сами загрязнения, особенно, крупные пятна, отделившись от ткани остаются механически вплетенными в нее. И опять не обойтись без интенсивного полоскания.
Еще одной особенностью ультразвука является способность активировать химические, в том числе и биохимические, реакции. Поэтому, и, на мой взгляд, правильно, рекомендуется Интенсифицированное Ультразвуком Замачивание проводить по следующей схеме:
- Развести биоактивный порошок в строго рекомендованной пропорции при температуре не выше 40-42 в градусах Цельсия.
- Опустить белье и УЗСМ в емкость.
- Через 3-5 минут слегка перемешать ткань для удаления пузырьковой пленки.
- Через 40-60 минут повторить перемешивание более интенсивно, если раствор, который до этого пенился, пениться перестал, заменить его опять при температуре 40-42 градуса.
- Далее по желанию и возможности белье поласкается, сушится или выбрасывается в зависимости от полученного результата.