способ акустической обработки объета и устройство для возбуждения звуковых волн

Формула изобретения

1. Способ акустической обработки объекта путем воздействия на него звуковыми волнами через жидкую среду при введении в нее устройства для возбуждения звуковых волн, отличающийся тем, что воздействие осуществляют импульсными звуковыми волнами по меньшей мере на одной частоте, выбранной из диапазона частот 1 - 10 кГц при звуковом давлении не более 50 дБ, от устройства для возбуждения звуковых волн, обеспечивающего их излучение во всех направлениях.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкую среду подогревают до температуры 50 - 60^oC.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие осуществляют на одной из частот в диапазоне 3 - 7 кГц с длительностью импульса не менее 2 мс и с частотой следования 100 - 200 Гц.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что устройство для возбуждения звуковых волн вводят в резонанс путем изменения частоты следования импульсов и выбирают полученную частоту следования импульсов в качестве рабочей.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве объекта используют объект, подвергающийся дезинфекции.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве объекта используют объект, подвергающийся стерилизации.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве объекта используют загрязненное белье, а в качестве жидкой среды - моющий раствор.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве объекта используют пораженный участок кожи дерматитами и микозами.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве жидкой среды используют лекарственный раствор.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно стерилизуют или стирают белье, которое находилось ранее в соприкосновении с пораженным участком кожи.

11. Устройство для возбуждения звуковых волн, содержащее герметичный корпус, вибрационный элемент, источник питания, при этом вибрационный элемент установлен внутри герметичного корпуса, отличающееся тем, что источник питания размещен в герметичном корпусе, при этом вибрационный элемент связан со стенками герметичного корпуса с возможностью излучения ими импульсных звуковых волн в диапазоне частот 1 - 10 кГц во всех направлениях.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что вибрационный элемент выполнен из пьезоэлементов или магнитострикционных элементов, установленных на внутренних стенках герметичного корпуса.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что источник питания выполнен из батареи или аккумулятора постоянного тока и генератора электрических импульсов, соединенных через выключатель, а выход генератора электрических импульсов подсоединен к входу вибрационного элемента.

14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что выключатель выполнен на герконовом реле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам обработки акустическими волнами различных материальных объектов и может быть использовано, например, в медицине, пищевой и легкой промышленности, а также преимущественно в быту для стерилизации средств различного назначения, например, пищевых продуктов, медицинского инструмента или консервных банок, лечения ран и кожных заболеваний, стирки с дезинфицирующим эффектом.

Преимущества ультразвуковых методов стерилизации обусловлены тем, что при воздействии ультразвуковых волн на какой-либо объект происходит подавление бактерий и иных микроорганизмов. Основным частотным диапазоном является диапазон ультразвуковых частот 20 - 300 кГц (см., например, патент США N 2468550, НКИ 8-159, опубл. 26.04.49).

Выбор из всего акустического диапазона ультразвуковых волн обусловлен прежде всего неслышимостью органами слуха человека таких акустических волн при одновременном обеспечении возможности осуществления кавитационных режимов, высокоэффективных для стерилизации или стирки. Интенсивность и амплитуда ультразвука выбирается в зависимости от вида объекта, который подвергается ультразвуковому воздействию (0,1 - 10 Вт/см, 20 - 100 мкм, см., например, авторское свидетельство СССР NN 516407, 770496, 1050711, 1106485, 1144704.

Устройства, реализующие излучение волн в ультразвуковом диапазоне характеризуются на современном уровне техники при использовании пьезоэлементов или магнитстрикционных элементов наименьшими габаритами, но в тоже время они обладают по сравнению со звуковыми преобразователями невысокими величинами КПД. Чем выше используемая частота, тем в общем случае меньше габариты, но хуже коэффициент преобразования или КПД.

Основным ограничением использования диапазона ультразвуковых волн является оказываемое ими вредное воздействие на организм человека, особенно при длительном применении ультразвука. Поэтому, например, при лечении в зависимости от интенсивности ультразвуковых колебаний процедура облучения составляет кратковременный период обычно не более единиц или десятков минут. Особенно вредны ультразвуковые волны для обслуживающего персонала, который в силу своей профессии (медицинские работники или работник прачечной) продолжительное время находится в поле действия ультразвуковых волн. В устройствах, основанных на ультразвуковых методах, приходится использовать специальные средства защиты, экранирующие ультразвуковые волны.

Это вредное воздействие, как показывают исследования, может быть ослаблено за счет перехода в область звуковых волн в диапазоне 5 Гц - 15 кГц, однако в области очень низких частот 5 Гц - 1 кГц эффект очистки объектов, например, для стерилизации и подавления микроорганизмов проявляется незначительно или требует применения волн очень большой интенсивности, что также небезопасно для слуховых органов человека, как и использование ультразвука для его органических тканевых структур.

Известен способ ультразвуковой пастеризации, осуществляемый путем воздействия на объект акустическими волнами через жидкую среду [1].

В описании к патенту указывается, что для эффективной пастеризации медицинского инструмента и пищи на частотах от 2 до 250 кГц температура жидкой среды должна выбираться в диапазоне от 48^oC до 68^oC, а интенсивность должна быть выбрана не менее чем 5 Вт/л.

В этом способе воздействие осуществляют от внешнего источника в течение 15 - 30 мин.

Преимуществом способа является возможность проведения пастеризации при относительно низких температурах, что вообще характерно для ультразвуковой стерилизации.

Ограничением этого способа является внешнее расположение излучателя, что приводит к неравномерной стерилизации объекта, поскольку его части, расположенные ближе к источнику, подвергаются более интенсивному воздействию. Кроме того, использование непрерывного режима ультразвуковых колебаний увеличивает энергозатраты.

Известен также способ лечения гнойных полостных ран ультразвуком путем воздействия на них акустическими импульсами от ненаправленного излучателя [2].

В этом способе выбрана высокая рабочая частота излучения 250 - 300 кГц, чтобы не разрушать внутренние тактовые структуры в зоне раны. Излучатель выполнен ненаправленным и гибким для эффективного облучения полости раны.

Однако для очистки от гнойных бактерий и других микроорганизмов каких-либо других пораженных участков, например кожного покрова, достаточно эффективное лечение может быть проведено и на частотах 20 - 60 кГц (см., например, кн. Актуальные вопросы гастроэнерологии. М., 1975, с. 184-186.) и выбор таких высоких частот, особенно в случае лечения заболеваний кожи, не являлся бы обоснованным. Вредное же влияние ультразвука на тканевые структуры полностью исключить не удается и в этом способе, поэтому время экспозиции является кратковременным от 1 до 5 мин, а число повторения сеансов не более 2 раз в сутки.

Наиболее близким для заявленного способа акустической обработки объекта является способ, включающий воздействие на объект звуковыми волнами через жидкую среду при введении в нее устройства для возбуждения акустических волн [3].

Этот способ реализует процесс стирки загрязненного белья.

Достоинство этого способа - простота проведения стирки и возможность использования любой подходящей по габаритам емкости, работа в области низких звуковых частот.

Ограничениями являются: использование очень низкой частоты 50-60 Гц, что не позволяет повысить качество обработки за счет проведения одновременной дезинфекции белья, увеличивается продолжительность стирки и снижается ее качество по сравнению с ультразвуковыми методами очистки объектов, кроме того, в известном способе используется устройство с направленным излучателем и звуковые колебания передаются только в одном направлении, поэтому низкочастотной кавитации в значительной степени подвержено только белье, находящееся в направлении распространения упругой волны, что также снижает качество очистки. Кроме того, использование низкочастотного диапазона 50-60 Гц не эффективно для объектов, загрязненных различными микроорганизмами с целью их дезинфекции или стерилизации, а также для объектов, загрязненных паразитическими грибками: дерматомицетами, актиномицетами, дрожжеподобными грибками рода Candida, вызывающими дерматомикозы и микозы.

Наиболее близким техническим решением для заявленного устройства для возбуждения звуковых волн является устройство для стирки, содержащее герметичный корпус, вибрационный элемент, источник питания, при этом вибрационный элемент установлен внутри герметичного корпуса [3].

Ограничением этого устройства является то, что излучатель выполнен направленным, что снижает качество обработки, и кроме того, для питания устройства необходима промышленная сеть, поэтому устройство может быть использовано только в стационарных условиях и не может быть применено при отсутствии сети, например, в поездках, походах и тому подобное. Использование же промышленной сети также является небезопасным для пользователя, поскольку корпус устройства вводится непосредственно в жидкую среду.

При функционировании на частотах 50-60 Гц устройство не позволяет при акустической обработке объекта производить его дезинфекцию и стерилизацию. Габариты устройства также относительно большие, поскольку оно запитано очень низкими частотами 50 - 60 Гц, а чем ниже излучаемая частота, тем в общем случае выше габариты.

Задача, решаемая изобретением, - повышение качества обработки объекта и выявлением таких безопасных для человека режимов, которые эффективно могли бы использоваться для различных объектов и могли бы быть реализованы одним и тем же устройством, преимущество в бытовых условиях.

Технический результат, который может быть получен для способа, как объекта изобретения, - повышение эффективности обработки и безопасности проведения процесса, более равномерное качество обработки поверхности объекта, сокращение продолжительности очистки.

Технический результат, который может быть получен при реализации устройства для возбуждения звуковых волн, - повышение его эффективности и обеспечение возможности функционирования в стационарных и нестационарных условиях, обеспечение электробезопасности, повышение удобства пользования в бытовых условиях, уменьшение габаритов.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе акустической обработки объекта путем воздействия на него звуковыми волнами через жидкую среду при введении в нее устройства для возбуждения звуковых волн согласно изобретению воздействие осуществляют импульсными звуковыми волнами по меньшей мере на одной частоте, выбранной из диапазона частот 1 - 10 кГц при звуковом давлении не более 50 дБ, от устройства для возбуждения звуковых волн, обеспечивающего их излучение во всех направлениях.

Возможны дополнительные варианты реализации способа, в которых целесообразно, чтобы:

жидкую среду подогревали до температуры 50 - 60^oC;

воздействие осуществляли на одной из частот в диапазоне 3 - 7 кГц с длительностью импульса не менее 2 мс и с частотой следования 100 - 200 Гц;

устройство для возбуждения звуковых волн вводили в резонанс путем изменения частоты следования импульсов и выбирали бы полученную частоту следования импульсов в качестве рабочей;

в качестве объекта использовали объект, подвергающийся дезинфекции;

в качестве объекта использовали объект, подвергающийся стерилизации;

в качестве объекта использовали загрязненное белье, а в качестве жидкой среды - моющий раствор;

в качестве объекта использовали пораженный участок кожи дерматитами и микозами;

при использовании пораженного участка кожи дерматитами и микозами в качестве жидкой среды использовали лекарственный раствор;

дополнительно стерилизовали или стирали белье, которое находилось ранее в соприкосновении с пораженным участком кожи.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном устройстве для возбуждения звуковых волн, содержащем герметичный корпус, вибрационный элемент, источник питания, при этом вибрационный элемент установлен внутри герметичного корпуса, согласно изобретению источник питания размещен в герметичном корпусе, при этом вибрационный элемент связан со стенками герметичного корпуса с возможностью излучения ими импульсных звуковых волн в диапазоне 1 - 10 кГц во всех направлениях.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

вибрационный элемент был выполнен из пьезоэлементов или магнитострикционных элементов, установленных на внутренних стенках герметичного корпуса;

источник питания был выполнен из батареи или аккумулятора постоянного тока и генератора электрических импульсов, соединенных через выключатель, а выход генератора электрических импульсов был подсоединен к входу вибрационного элемента;

выключатель был выполнен на герконовом реле.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения более подробно описаны ниже с приведением конкретных примеров осуществления способа и со ссылками на чертеж устройства, предназначенного для осуществления одного из действий этого способа.

Чертеж схематично изображает устройство для возбуждения звуковых волн.

При исследовании волн во всем звуковом диапазоне от 5 Гц до 20 кГц при безопасном звуковом давлении для человека менее 50 дБ (для использования в быту) установлено, что частота ниже 1 кГц непригодна для качественной поверхностной или объемной обработки объекта, например для стерилизации, поскольку различные взвеси текст-культур микроорганизмов независимо от длительности стерилизации сохраняются в пределах 60 - 90%. С другой стороны, как оказалось, частоты выше 10 кГц, хотя и эффективны для стерилизации, но эффективны для обработки внутреннего объема объекта, например при стирке, поскольку по сравнению с ультразвуковыми методами объемная обработка проводится в заявленном способе с малой интенсивностью звукового воздействия (не более 0,1 Вт/см), которая соответствует низкому звуковому давлению (менее 50 дБ), безопасному для человека. Кроме того, частоты выше 10 кГц, оказывают раздражающее действие на слух. Использование импульсного режима повышает эффективность преобразования низкочастотных колебаний (или постоянного тока) в звуковые колебания в диапазоне 1 Гц - 10 кГц, и кроме того позволяет обеспечить реализацию резонансных режимов, характеризуемых наиболее высокими значениями КПД. Применение пьезоэлементов и магнитострикционных элементов накладывает дополнительные ограничения, связанные с допустимой максимальной мощностью, которая может быть преобразована ими в звуковые колебания, поэтому использование интенсивности излучения более 0,1 Вт/см также нецелесообразно. Использование устройства для возбуждения звуковых волн, обеспечивающего их излучение во всех направлениях (ненаправленного акустического излучателя) в предложенном способе позволяет реализовать передачу упругих звуковых колебаний во всех направлениях, а так как частота по сравнению с ультразвуковыми колебаниями выбрана достаточно низкой, то интерференции волн не происходит, что позволяет равномерно, практически с одинаковой интенсивностью воздействовать на различные объекты, размещая ненаправленный излучатель внутри жидкой среды, так как жидкая среда является проводником акустических волн в указанном диапазоне звуковых волн.

Таким образом, установлено, что описанные в независимом пункте формулы признаки способа, резко расширяют области применения устройства, реализующего этот способ.

Наиболее предпочтительным диапазоном частот, как выявлено, является диапазон 3 - 7 кГц с длительностью импульса не менее 2 мс и с частотой следования 100 - 200 Гц. При этих режимах удается с наименьшими энергетическими затратами обеспечить эффективную очистку объекта.

Выбор указанных в способе режимов, соответствующих отсутствию кавитации (докавитационных), в отличие от ближайшего аналога, позволяет обеспечить, например, низкую степень воздействия звуковых колебаний на любой чувствительный к кавитации объект, например такой, как ткани человека при его лечении или на основу стираемых текстильных изделий, хотя сохраняется возможность полного подавления микроорганизмов или удаления растворимых или нерастворимых частиц с поверхности или объема очищаемого объекта, что будет показано ниже с помощью различных примеров осуществления способа.

Резонансные характеристики каждого отдельного пьезоэлемента могут отличаться между собой и, кроме того, зависят от места установки их внутри корпуса. Корпус же с размещенными в нем дополнительными элементами питания, например источником питания, генератором электрических импульсов, выключателем, обладает своей резонансной характеристикой, резко отличающейся от резонансных характеристик пьезоэлементов или магнитострикционных элементов. Поэтому для получения наиболее экономичных и эффективных с точки зрения интенсивности звукового излучения режимов от малогабаритной, относительно маломощной батареи или аккумулятора ненаправленный излучатель вводят в резонанс путем изменения частоты следования импульсов и выбирают полученную частоту следования импульсов в качестве рабочей. Таких резонансов в общем случае может оказаться (и в действительности существует) несколько, и из этих нескольких частот следования импульсов в диапазоне 100 - 200 Гц может быть выбрана одна частота следования, соответствующая наиболее экономичному или наиболее эффективному по интенсивности излучения звуковых колебаний режиму, или может быть выбрана другая резонансная частота следования, удовлетворяющая как требованиям по экономичности, так и по интенсивности. Таким образом, введение устройства для возбуждения акустических волн в резонанс позволяет дополнительно снизить энергозатраты и повысить энергетические характеристики звуковых волн, распространяющихся от ненаправленного излучателя во все стороны.

Например, заявленным способом акустической обработки возможно проведение стерилизации как непосредственно объекта, например стеклянных банок для консервирования, так и жидкого пищевого продукта, помещенного в банку, например молока, компота и тому подобное.

Пример 1. Стерилизация продукта, размещенного в банке для домашнего консервирования.

В нестерилизованную банку при температуре 20^oC помещают требуемый к совместной стерилизации продукт (например, компот) и внутрь банки вводят устройство для возбуждения звуковых волн. Это устройство создает в жидкой среде звуковое поле, при этом частота излучения лежит в диапазоне 1 - 10 кГц (или в оптимальном диапазоне 3 - 7 кГц, как описано выше). Необходимая мощность излучения выбирается 0,05 - 0,1 Вт/см.

Время, необходимое для стерилизации, определяется свойствами пищевого продукта (плотностью жидкости, наличием включений, например, ягод и т.п.), мощностью излучения (чем выше мощность, тем меньше время: при указанных мощностях 0,05 Вт/см и 0,1 Вт/см приблизительно в три раза), объемом банки.

Как показали эксперименты, в указанном диапазоне мощностей время, необходимое для стерилизации составляет около 15 - 25 мин на 1 л.

Эффективность способа подтверждена результатами исследований воздействия звукового поля на гибель бактерий золотистого стафилококка при исходном уровне заражения 7 10⁶ микр.тел./л. в резервуаре емкостью 10 л, заполненном молоком и водой. Через 30 мин после воздействия звуковых волн выявилось 1 10⁵ микр.тел./л, что соответствовало гибели 90% бактерий.

Через 60 мин озвучивания выявилось 2 10⁴ микр.тел./л., что соответствовало гибели 99% бактерий как в молоке, так и в воде.

Пример 2. Стерилизация продукта, размещенного в банке для домашнего консервирования.

Стерилизуемый продукт предварительно нагревают до температуры 50 - 60^oC и выполняют операции в соответствии с примером 1, на указанных режимах. Время стерилизации в среднем сокращается приблизительно на 30%. Через 20 мин озвучивания выявлена гибель 90% бактерий золотистого стафилококка, через 40 мин - 99%.

Выявленные тенденции скорости отмирания бактерий обратны исходным уровням заражения, которые в естественных условиях гораздо ниже.

Пример 3. Стерилизация банок для домашнего консервирования.

Банки заполняют водой (которая для ускорения процесса стерилизации может быть подогрета до температуры 50 - 60^oC).

Выполняют операции в соответствии с режимами, описанными в примере 1. Время для стерилизации определяется объемом объекта и лежит в пределах 10 - 15 мин на 1 л.

После этого вода выливается в следующий объект, а время стерилизации уменьшается приблизительно в два раза, поскольку вода уже является стерилизованной, и составляет 5 - 8 мин на 1 л.

Каждая последующая банка стерилизуется в течение 5 - 7 мин.

Далее консервирование продукта может быть осуществлено другими известными способами, например нагреванием в водяной бане или в соответствии с вышеописанными примерами 1 или 2.

Как видно из вышеприведенных примеров, оптимальным является нагрев продукта или воды до температуры 50 - 60^oC для ускорения процесса стерилизации. Дальнейший нагрев, как показали исследования, также как и при ультразвуковой стерилизации, нецелесообразен, т.к. время очистки объекта сокращается незначительно. В то же время, стерилизация продукта при относительно низких температурах позволяет сохранить его высокое качество, например, сохранить полезные аминокислоты и витамины. Положительный эффект в предложенном способе достигается за счет воздействия на микрофлору равномерно распределенного звукового импульсного поля от устройства для возбуждения акустических волн (ненаправленного излучателя).

Пример 4. Способ лечения дерматитов и микозов.

В этом случае объектом обработки является пораженный участок кожи.

Устройство для возбуждения звуковых волн прикладывают непосредственно к пораженному участку кожи и проводят его обработку звуковым полем в соответствии с режимами, описанными в примере 1. Жидкой средой в этом случае являются естественные потовыделения больного. Время экспозиции 15 - 20 мин 1 - 2 раза в день при курсовом лечении 7 дней. Эффективность лечения проверена на больном А.

Пример 5. Способ лечения дерматитов и микозов.

Пораженный участок кожи и устройство для возбуждения акустических волн, создающее импульсное поле с описанными выше режимами, помещают в воду при температуре 20^oC. Корпус устройства располагают в 2 - 3 см от пораженного участка кожи. Время экспозиции 10 - 15 мин 1 - 2 раза в день при курсовом лечении 3 - 5 дней. Эффективность лечения проверена на больном Б.

Пример 6. Способ лечения дерматитов и микозов.

Осуществляют как в примере 5, но воду подогревают до температуры 50 - 60^oC. Эффективность лечения проверена на больных В и Г. Время экспозиции 10 - 15 мин 1 - 2 раза в день при курсовом лечении 3 - 4 дня.

Пример 7. Способ лечения дерматитов и микозов.

Осуществляют как в примере 6, но в качестве жидкой среды используют 5% раствор перманганата калия. Курс лечения составляет не более 2 дней. Эффективность лечения проверена на больном Д.

Пример 8. Способ лечения дерматитов и микозов.

Осуществляют как в любом из примеров 4 - 7, при этом дополнительно стерилизуют или стирают белье, которое находилось ранее в соприкосновении с пораженным участком кожи.

Стерилизацию или стирку проводят в соответствии с указанными режимами непосредственно тем же указанным устройством для возбуждения акустических волн. Введение дополнительно стирки или стерилизации позволяет исключить повторное заражение участков кожи жизнеспособными микроорганизмами, оставшимися на белье больного.

Например, при стирке проводят дезинфекцию белья больного, которое помещают моющий раствор с концентрацией синтетических моющих средств (СМС) 0,2% с температурой 50 - 60^oC.

Время дезинфекции зависит от количества белья и составляет 20 - 30 мин.

Контроль эффективности обеззараживания белья проводился с помощью бязевых тест-объектов, зараженных наиболее стойкими к внешним воздействиям бактериями двухмиллиардной взвесью тест-культуры кишечной палочки и золотистого стафилококка.

Процесс обработки проводился при температуре 50 - 60^oC и концентрации СМС 0,2% в емкости 10 л, куда помещались бязевые тест-объекты и устройство для возбуждения акустических волн, создающее импульсное звуковое поле с интенсивностью 0,8 Вт/см на частотах 3 - 7 кГц в течение 30 мин. Исследования тест-культур после извлечения их из емкости показали 100% обеззараживание текстов как в случае заражения золотистым стафилококком, так и в случае инфицирования кишечной палочкой.

Все экспериментальные исследования по примерам 1 - 8 проводились в соответствии с методиками N 739-68, N 859-70, утвержденных Минздравом СССР, в которых для определения степени стерилизации или обеззараживания количество бактерий микрофлоры выбирается значительно большим, чем они могут существовать в естественных условиях, что доказывает высокую эффективность способа при его применении в реальных условиях.

Пример 9. Способ стирки.

В резервуар емкостью до 20 л с моющей жидкостью при температуре 20^oC и при концентрации СМС 0,2% помещают стираемое сухое белье (до 3 кг) и устройство для возбуждения акустических волн, стирку проводят на указанных выше режимах. Время стирки определяется степенью загрязненности белья. Для сильно загрязненного белья время основной стирки 60 мин с двумя промежуточными полосканиями, для нормально загрязненного белья 40 мин с одним промежуточным полосканием.

Упругие звуковые волны заставляют в процессе стирки колебаться частицы моющего раствора, пронизывающего стираемую ткань и омывающего растворимые и нерастворимые частицы грязи, что способствует ослаблению взаимосвязи частиц грязи и ткани.

Растворимые частицы грязи растворяются в растворе, а нерастворимые выбиваются упругими волнами из основы ткани. В дальнейшем эти частицы удаляются при полоскании.

При наличии в белье различных микроорганизмов разность давлений в моющем растворе при прохождении фронтов импульсной звуковой волны и внутри оболочки микроорганизмов приводит к разрушению оболочки и их гибели, таким образом дополнительно достигается дезинфекция белья.

Эффективность данного метода стирки подтверждается результатами исследований по стандартной методике: по отражающей способности стандартно загрязненных тест-образцов до и после проведения цикла стирки. Усредненная отстирываемость составляет 40%.

Пример 10. Способ стирки.

Проводится в соответствии с примером 9 при нагреве моющего раствора до 50 - 60^oC.

Для сильно загрязненного белья время основной стирки составляет 45 мин с двумя промежуточными полосканиями, для нормально загрязненного белья 30 мин с одним промежуточным полосканием. Усредненная отстирываемость составляет 45%.

Понятно, что перечисленные выше примеры являются иллюстрирующими заявленный способ акустической обработки объекта и не подвергают сомнению его использование в других областях, например для стерилизации медицинского инструмента, дезинфекции ванн, очистке каких-либо внутренних поверхностей, например аквариумов, проведение мокрой химической чистки ковров с последующим удалением моющего раствора и тому подобное.

Эффективность обработки достигается возможностью удаления как твердых нерастворимых частиц, так и растворимых, а также способность воздействия звуковых волн в указанном диапазоне частот на различные виды микроорганизмов.

Для реализации предложенного способа акустической обработки объекта предложено простое для использования в быту устройство для возбуждения звуковых волн (см. чертеж).

Устройство содержит герметичный корпус 1, вибрационный элемент 2, источник питания 3. Вибрационный элемент 2 установлен внутри герметичного корпуса 1. Источник питания 3 также размещен в герметичном корпусе 1, а вибрационный элемент 2 связан со стенками герметичного корпуса 1 с возможностью излучения ими импульсных акустических волн в диапазоне 1 - 10 кГц во всех направлениях.

Вибрационный элемент 2 может быть выполнен из пьезоэлементов 2 или магнитострикционных элементов 2, установленных на внутренних стенках герметичного корпуса 1. В указанном диапазоне наиболее простая реализация достигается этими элементами, хотя могут быть использованы и различного вида магнитные реле.

Источник питания 3 может быть выполнен из батареи 4 или аккумулятора 4 постоянного тока и генератора 5 электрических импульсов, связанных через выключатель 6, а выход генератора 5 электрических импульсов подсоединен ко входу вибрационного элемента 2.

Генератор 5 может быть построен по любой известной схеме, например на основе мультивибратора.

В общем случае для реализации способа выключатель 6 может быть выполнен на герконовом реле, что дополнительно повышает надежность включения-выключения, однако могут использоваться и любые иные выключатели 6, при их установке не нарушающие герметичности герметичного корпуса 1.

Например, при использовании устройства для стирки выключатель 6 может быть выполнен из двух электропроводящих пластин, установленных в разрыве цепи между батареей 4 и генератором 5 и выведенных с герметизацией за стенки герметичного корпуса 1. Поскольку моющий раствор является щелочным, то при погружении в него герметичного корпуса 1 происходит гальваническое замыкание пластин через раствор, а при вытаскивании герметичного корпуса 1 - размыкание. Однако в общем случае подходит любая, удовлетворяющая условиям герметичности конструкциях выключателя 6, в частности, например, построенного на основе геркона.

В случае использования геркона, тот подключается в разрыв цепи между батареей 4 и генератором 5, а герметичный корпус 1 снабжается постоянным магнитом 1, размещенным на его стенке с наружной стороны. Постоянный магнит и геркон образуют герконовое реле, и при перемещении магнита вдоль стенки герметичного корпуса 1 в конструктивную область расположения геркона происходит замыкание его контактов без нарушения целостности оболочки герметичного корпуса 1.

В случае применения батареи 4 в качестве одного из элементов источника питания 3 герметичный корпус 1 может быть выполнен разъемным (не показано) для замены батареи 4, а стенки герметичного корпуса 1 снабжены герметичным уплотнением.

В случае использования в качестве батареи 4 аккумулятора 4 устройство может быть снабжено переходным элементом (не показано) в виде вилки, герметично установленной на герметичном корпусе 1 для подзарядки аккумулятора 4.

Устройство для возбуждения звуковых волн работает следующим образом.

При включении выключателя 6 постоянное напряжение от батареи 4 или аккумулятора 4 подается на генератор 5, который вырабатывает электрические импульсы. Эти импульсы подаются на вибрационный элемент 2, который, например, выполнен из керамических пьезоэлементов. Механические колебания от вибрационного элемента 2 передаются через стенки герметичного корпуса 1 наружу в виде продольных звуковых волн.

Размещенные в герметичном корпусе 1 пьезоэлементы или магнитострикционные элементы механически связаны с ним и составляют акустическую систему, имеющую хотя бы одну резонансную частоту. Для повышения интенсивности акустического поля частота заполнения выбирается равной резонансной частоте вибрационного элемента 2 и находится в пределах 1 - 10 кГц (3 - 7 кГц), а длительность посылки не менее 2 мс. Кроме того, частота следования импульсов от генератора 5 соответствует одной из резонансных частот вибросистемы, образованной вибрационным элементом 2 и герметичным корпусом 1 (с расположенными в нем остальными элементами), и находится в пределах 100 - 200 Гц. Настройка на резонансную частоту следования импульсов осуществляется частотной подстройкой генератора 5 в процессе его предварительной регулировки.

Наиболее успешно заявленный способ акустической обработки объекта и устройство для возбуждения звуковых волн могут использоваться в быту для стерилизации средств различного назначения, например пищевых продуктов, медицинского инструмента (шприцев, игл), стеклянных банок домашнего консервирования, для лечения гнойных ран и кожных заболеваний, для деликатной стирки белья с дезинфицирующим эффектом и в других областях техники, в которых требуется очистка объектов как от твердых и растворимых примесей, так и от микроорганизмов.

Источники информации

1. Патент США N 4211744, A 61 L 1/00, опубл. 08.07.80.

2. Патент Российской Федерации N 2003362, A 61 N 5/00, опубл. 30.11.93.

3. Патент Российской Федерации N 2047676, D 06 F 7/04, опубл. 10.11.95.