一种定点真空超声无损洗衣机及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种定点真空超声无损洗衣机及其方法，属于家用电器领域。该洗衣机包括洗涤室，还包括密封盖、反射板和超声波换能器；所述的密封盖用于盖住洗涤室开口，使洗涤室保持密封；超声波换能器用于使洗涤室内产生超声场；洗涤室和/或密封盖上设置有用于抽出洗涤室中水位以上空气的抽气口；所述的反射板固定于洗涤室或密封盖上，且当密封盖盖住洗涤室开口状态下，反射板伸入洗涤室内，用于将超声场聚集于洗涤室下部。本发明相对于现有技术，具有低耗性、无污性、定点性、迷你性四大特点，将对传统洗衣机的短板起到改善、弥补和推动作用。
【专利说明】
一种定点真空超声无损洗衣机及其方法
技术领域
[0001]本发明属于家用电器领域，具体涉及一种定点真空超声无损洗衣机机器及其方法。
【背景技术】
[0002]洗衣机现已成为城市家庭的必备家居品，然而传统洗衣机主要存在以下缺点。第一，高能耗是不容忽视的问题。以下表格为传统洗衣机的能耗数据统计。
[0003]我国约有13.68亿人口，以四口家庭为单位，估算得中国传统洗衣机保有量约3.42亿台。按照每五天洗衣机工作一次，则每年洗衣机耗水量为27.5亿吨、耗电量为249.66亿千瓦时，相当于267个西湖的水量，I个100W电灯泡工作104.03亿天。
[0004]第二，洗涤剂中的含磷成分会诱发水体富营养化，这是水体污染的来源之一。第三，我们也会因为衣物上一块小污渍而不得不将整件衣物进行清洗，这是欠环保、高成本的做法。
[0005]目前市场上最常见的是波轮洗衣机。它的清洗原理是通过化学反应由洗衣粉的主要成分生物酶在浸泡过程中将高分子污渍生物分解。再通过物理反应原理，使衣物在洗涤液中浸泡时，动力系统带动洗涤波轮转动，使衣物与衣物，衣物与洗涤液，衣物与桶壁进行摩擦、冲击，以物理力的作用，使被洗涤液包围的污垢彻底分离于洗涤物，从而达到去污彻底，洗涤干净的效果。而根据数据显示，一般的波轮洗衣机每洗一次衣服，耗水150升，洗衣时长约40分钟，而且一般二级波轮洗衣机的洗净比在0.8左右。(波轮式全自动洗衣机的原理及构造，李晓霞Gansu Science and Technology,2012.09)
[0006]因而传统的波轮洗衣机存在耗水多、时间长、污染水体的特点。除此之外，传统洗衣机需要用洗涤剂来分解衣物上的污渍，而洗涤剂的存在会对水体造成一定影响，尤其是含磷洗涤剂会造成水体的富营养化。以上都是其不足之处。
[0007]超声波洗衣机清洗的机理则为，超声空化及伴随产生的冲击波、微声流、微射流以及清洗液超声振动本身的机械效应。超声波洗衣机与普通洗衣机的主要区别是洗涤系统。故目前市场上所用的超声波清洗机一般没有对洗涤水进行真空脱气的工序，也没有对洗涤水恒温加热的装置，因此目前市场上的超声波洗衣机的清洗效果反映普遍不佳，这也是目前超声波洗衣机的局限所在。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种定点真空超声无损洗衣机机器及其方法，使当衣物上有局部污渍使，无需对整件衣物进行洗涤。
[0009]本发明的洗衣机是基于超声波清洗技术而设计的。本发明的所采用的几个相关技术原理如下:
[0010]1.超声波清洁:当足够强的超声波作用于液体媒介时，若交变声压的幅值pm大于液体中的静压力Po，则在液体中形成局部性的负压作用区，当这一负压足以克服液体分子之间的结合力时(也称液体强度)，液体将被拉断而形成空腔，即产生空化气泡。接着在声压的正压相到来时，空化气泡产生闭合和崩塌。
[0011]由于产生实测中液体的实际强度远低于理论值的矛盾，提出“空化核”理论。即液体中早已存在的微小气泡，这些气泡成为液体中的薄弱环节，液体将于这些地方优先被拉开。
[0012]空化的基本效应包括高温、发光、发电以及压力效应。压力效应描述空化气泡闭合时，在气泡附近将产生局部的高压。瑞利通过计算得到结论并绘制如下曲线。结论为气泡内气体压强Q愈小，闭合速度也愈高，且最大压强产生在临近气泡壁的距离上。在液体中这种局部性极高压力，正是形成以气泡中心向外传播的冲击波的原因。利用这种液体中局部高压可做到物体的清洁。
[0013]2.真空除气:液体中空气的溶解量随着液体表面气压的下降而减小。
[0014]以海水作为实验对象进行利用低压条件释放水中气体的实验，并通过实验获得了以下几点结论:
[0015]a.根据亨利定律的阐述，气体在海水中的溶解度随着气体分压的增加而增大。盐度与温度也是两个重要的影响因素，随着温度和盐度的增加，气体亨利常数将增大，而使得气体再水中的溶解度减小。
[0016]b.通过减压装置的不断吸抽减压，气液表面气体的分压逐渐减小，溶解在水中的气体不断从液相向气相中释放，而且压强越低，释放的气体量越多。当温度盐度以及减压前水中气体溶解度一定时，释放的气体量与最终压强有关，而与初始压力无关。
[0017]3.除气强化:溶解气体量明显减少的液体中超声波空化效应得到强化。
[0018]液体中溶解的空气在声压的正压负压交替过程中会产生相应的空气气泡，使得液体中空气气泡与真空核群泡共存。空气气泡的存在会减弱甚至抵消超声波空化气泡的冲击波，减弱空化效应，降低超声清洗效率。
[0019]4、恒温加热:液体表面张力系数和粘滞系数随着水温的升高而减小，不但能增强超声波的空化效应，而且能减少水中溶解气体含量。这将有利于超声波的洗涤作用。
[0020]为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下:
[0021]定点真空超声无损洗衣机，包括洗涤室，还包括密封盖、反射板和超声波换能器；所述的密封盖用于盖住洗涤室开口，使洗涤室保持密封;超声波换能器用于使洗涤室内产生超声场;洗涤室和/或密封盖上设置有用于抽出洗涤室中水位以上空气的抽气口。当洗涤室内被抽真空时，水中的气体也会随之逸出，转化成无气水。所述的反射板固定于洗涤室或密封盖上，且当密封盖盖住洗涤室开口状态下，反射板伸入洗涤室内，用于将超声场聚集于洗涤室下部。上述部件为实现本发明所需的必要技术特征，但本领域技术人员应当知道，上述各部件需要多种配套设备，诸如电源、电路、控制器及超声波发生器等，均可根据实际需要进行配置，不作为限定。所述的密封盖可通过设置密封圈或其他密封方式实现抽真空过程中的密封。本发明中所述的反射板指能够反射超声波的板块，由于其作用是反射超声波，因此其伸入洗涤室时，洗涤过程中保持的形态应当尽量有利于使超声场聚集于待洗衣物周边，具体形态可进行试验后调整。事实上，其在反射超声波的同时，也可用于按压衣物，使之下沉进入水中，最大程度的舒展衣物，便于洗涤。另外，本领域技术人员应当知道所述的抽气口应位于洗涤室的最高水位上方。
[0022]上述装置使用时，首先将洗涤用水注入洗涤室中，用抽气装置使水中的气体大部分被脱除，再将衣物上粘有污渍的待洗部位浸入水中，合上密封盖，并利用反射板将衣物压入水中。再利用超声波换能器，使洗涤桶中形成超声场，对衣物进行洗涤。由于洗涤用水中的气体被事先脱除，因此液体中超声波空化效应相对于原水得到大大的强化，同时反射板进一步将超声场聚集于衣物周边，衣物上的污渍在超声波作用下被高效脱除。利用该设计能做到即使不用洗涤剂，也获得与传统洗衣机同样的清洗效果。这一设计不仅颠覆传统洗衣机多次进水脱水的做法，而且能缩短清洗时长，因此耗水量大幅减小。
[0023]作为优选，还设有加热元件，用于加热洗涤室内的液体，使其维持在一个合适的温度。如前所述，液体表面张力系数和粘滞系数随着水温的升高而减小，不但能增强超声波的空化效应，而且能减少水中溶解气体含量。这将有利于超声波的洗涤作用。
[0024]作为优选，所述的密封盖和洗涤室上设有磁性元件，用于使密封盖和洗涤室之间通过吸引力进行密封。因为，在衣物局部洗涤过程中，只有衣物的一角位于洗涤室内，剩余均在洗涤室外，因此盖体无法通过螺纹等机械部件旋紧，容易损伤衣物。但为了保持洗涤用水的脱气状态，盖体又需要尽量合拢，因此通过磁性元件进行闭合。磁性元件可同时设置于密封盖和洗涤室上，也可仅设置于其中一个上面，另一个可采用铁等金属元件作为材料，使两者之间产生吸引力。磁性元件可采用永磁体或电磁铁。
[0025]作为优选，所述的超声波换能器为超声波薄片换能器，设置于洗涤室本体的底部；所述的反射板平行于洗涤室底面设置。由于本发明洗衣机的使用特性，需要考虑到其便携性，洗衣机机体的体积需控制在较小范围内。因此超声波薄片换能器可用于减少体积。且该设计可使整个洗衣机的布置紧凑，功能单元清晰。
[0026]进一步的，所述的反射板边缘与洗涤室内壁的距离为2?4cm。该距离下，反射板与洗涤室内壁间的缝隙能够容纳大部分衣物的厚度，同时也能够在洗涤室内形成最大的反射面积，使超声场尽可能地聚集。
[0027]作为优选，所述的洗涤室和密封盖之间设有相互配合的机械连接结构。机械连接结构可以是螺纹、卡扣、销钉等各种结构，优选采用螺纹。机械连接结构的作用是在洗涤室抽真空前，对密封盖和洗涤室施加合力，使两者能通过密封件保持密闭。但值得注意的是，机械连接结构并不一定要设置在洗涤室上，也可设置与周边部件上，只要能使洗涤室和密封盖之间配合密封即可。例如，可在洗涤室外部的洗衣机外壳和密封盖之间设置螺纹。
[0028]作为优选，所述的密封盖下底面固定一中空圆柱体，所述的抽气口设置与密封盖顶部，所述的中空圆柱体底面作为所述的反射板，所述的中空圆柱体侧壁和/或底面上设有通孔，所述的通孔和抽气口配合形成抽气通路。
[0029]进一步的，所述的中空圆柱体侧壁固定有若干块磁铁，所述的洗涤室上部侧壁固定有若干块与中空圆柱体侧壁上的磁铁相吸引的磁铁。该设计能使结构紧凑，且磁铁的放置位置不会影响超声场又能起到防水作用。
[0030]本发明的另一目的在于提供一种定点真空超声无损洗衣方法，步骤如下:首先将脱除水中气体的洗涤用水置于洗涤室中，再将衣物中有污渍的局部待洗部位置于洗涤用水中，利用超声波换能器在洗涤室中形成超声场，对污渍进行脱除;污渍脱除过程中，优选对洗涤用水进行加热，进一步优选利用反射板将衣物局部待洗部位下压使其得到伸展的同时使超声场聚集于衣物局部待洗部位附近。
[0031]本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一一种方案所述洗衣机的洗衣方法，步骤如下，首先将洗涤用水注入洗涤室中，盖上密封盖，用抽气装置将洗涤室抽真空，同时利用加热元件对洗涤用水进行加热，脱除水中气体;然后打开密封盖，将衣物中有污渍的待洗部位置于洗涤室中，盖上密封盖，同时使反射板伸入洗涤室内，将洗涤室中的衣物伸展并压入洗涤室下部;再利用超声波换能器，使洗涤桶中形成超声场，同时利用加热元件使洗涤用水维持在预设温度，对衣物进行洗涤;洗涤完毕后，对洗涤室中的洗涤用水进行更换，进行漂洗步骤，完成衣物定点洗涤。
[0032]本发明与现有技术相比具有如下特点:第一，真空配合超声波清洗;第二，辅以恒温加热模块;第三，完全不需要洗涤剂;第四，定点除污。因此，本发明相对于现有技术，具有低耗性、无污性、定点性、迷你性四大特点，将对传统洗衣机的短板起到改善、弥补和推动作用。
【附图说明】
[0033]图1为本发明中定点真空超声无损洗衣机的基本结构示意图；
[0034]图2为本发明一个实施例中定点真空超声无损洗衣机的结构示意图；
[0035]图3为本发明带有加热元件的定点真空超声无损洗衣机的结构示意图；
[0036]图4为本发明带有磁铁的定点真空超声无损洗衣机的结构示意图；
[0037]图5为本发明定点真空超声无损洗衣机的外观示意图；
[0038]图中:密封盖1、反射板2、抽气口3、上部磁铁4、下部磁铁5、内部支架6、电源接口 7、洗涤室8、超声波薄片换能器9、塑料外壳10和PTC加热元件11。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0040]本发明的定点真空超声无损洗衣方法基本步骤如下:首先将脱除水中气体的洗涤用水置于洗涤室中，再将衣物中有污渍的局部待洗部位置于洗涤用水中，利用超声波换能器在洗涤室中形成超声场，对污渍进行脱除;污渍脱除过程中，优选对洗涤用水进行加热，进一步优选利用反射板将衣物局部待洗部位下压使其得到伸展的同时使超声场聚集于衣物局部待洗部位附近。下面提供实现上述步骤的若干具体实现方式。
[0041]如图1所示，在基本实施例中，定点真空超声无损洗衣机内包括洗涤室8、密封盖1、反射板2和超声波薄片换能器9。但该装置仅为实现功能的必要且最基本的配置方案。作为进一步的优选，在另一实施例中，如图2所示，定点真空超声无损洗衣机，主体结构包括洗涤室8、密封盖1、反射板2、超声波薄片换能器9、电源接口 7和内部支架6，上述部件均设置于塑料外壳10中。密封盖I和塑料外壳10上均设有配合的螺纹，当两者拧紧时，密封盖I可盖住洗涤室8开口，使洗涤室8保持密封。超声波薄片换能器9紧贴洗涤室8的底部外壁。电源接口7与集成有超声波发生电路和电源电路相连接，用于对洗衣机进行供电，同时驱动超声波薄片换能器9向上发送超声波，在洗涤室8内产生超声场。当然，电路也可内置与洗衣机内部，也可采用蓄电池以便于旅行携带。密封盖I顶部中心开设抽气口 3，抽气口 3可与手动抽气装置或电动抽气装置相连，对内部气体进行抽除。本实施例中，反射板2通过连接杆固定于密封盖I上，并随密封盖I而动。当密封盖I盖于洗涤室8开口状态下，反射板2伸入洗涤室8内一定距离，且面板呈水平状态，将超声场聚集于洗涤室8下部。反射板2边缘靠近洗涤室8内壁，两者间距离为2cm。该间距在针对不同厚度的衣物进行洗涤时，可以在一定范围内进行调整。超声波薄片换能器9的功率选择可经过实验，选择最优功率，实现最佳洗涤状态。
[0042]如图3所示，在另一实施例中，洗涤室8外壁上还设有PTC加热元件11。在通电后，PTC加热元件11能够对洗涤室8内的水进行加热，并使其维持在一定温度。不同衣物的具体温度可通过实验进行确定。洗衣机还可以设有中央控制单元，对各部件进行自动化控制。洗衣机的电源可采用220V交流电或者蓄电池，视实际情况而定。用户可事先通过控制电路设定多种温度模式，进行选择操作。
[0043]如图4和5所示，在另一实施例中，密封盖I下底面固定一中空圆柱体，抽气口3设置与密封盖I顶部。中空圆柱体底面作为所述的反射板2。为了使真空抽气能够实现，中空圆柱体底面上设有通孔，该通孔位于洗涤室8液面以上。通孔和抽气口 3配合形成抽气通路，使液面以上的气体通过两个孔被抽出。当然该通孔也可设置与圆柱体侧壁上，以免在加水过多时，该通孔浸入液面中。中空圆柱体侧壁等弧度固定有6块上部磁铁4，而洗涤室8侧壁顶部也固定有6块与中空圆柱体侧壁上的磁铁相吸引的下部磁铁5。上述磁铁的设置位置也可根据需要进行改变，不作为限定。
[0044]在另一实施例中，可以将洗衣机整体集成外壳中。进一步的，洗衣机呈有倒角的圆柱体，便于携带的同时有利于整体集成。但本领域技术人员应当明白，任何类似圆柱体的形状均属于本发明的保护范围内，不构成限制。洗衣机的总体积约为0.5升。在该体积下，可以做成迷你洗衣机，满足旅行、外出或不需要整件衣服进行洗涤时，快速、便捷的对衣物中的某一部分进行洗涤的需求。因此，本发明也实现了一个非常创新的理念，即“定点高效除污”，可针对衣物上某一部位的污渍进行洗涤。旅行、居家等过程中，再也无需因为衣物中沾上了一点油渍而对整件衣服进行洗涤了。
[0045]基于上述方案的一种洗衣机的洗衣方法:首先将洗涤用水注入洗涤室8中，盖上密封盖I，用抽气装置将洗涤室8抽真空，同时利用PTC加热元件11对洗涤用水进行加热，脱除水中气体;然后打开密封盖I，将衣物中有污渍的待洗部位置于洗涤室8中，盖上密封盖I，同时使反射板2伸入洗涤室8内，将洗涤室8中的衣物伸展并压入洗涤室8下部;再利用超声波换能器，使洗涤桶中形成超声场，同时利用PTC加热元件11使洗涤用水维持在预设温度，对衣物大约洗涤lOmin。洗涤完毕后，对洗涤室8中的洗涤用水进行更换，进行漂洗，即重复上述步骤大约5min，打开密封盖I取出衣物，风干或烘干后完成衣物局部的定点洗涤。
[0046]以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种定点真空超声无损洗衣机，包括洗涤室，其特征在于:还包括密封盖、反射板和超声波换能器;所述的密封盖用于盖住洗涤室开口，使洗涤室保持密封;超声波换能器用于使洗涤室内产生超声场;洗涤室和/或密封盖上设置有用于抽出洗涤室中水位以上空气的抽气口 ；所述的反射板固定于洗涤室或密封盖上，且当密封盖盖住洗涤室开口状态下，反射板伸入洗涤室内，用于将超声场聚集于洗涤室下部。2.如权利要求1所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:还设有加热元件，用于加热洗涤室内的液体。3.如权利要求1所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:所述的密封盖和洗涤室上设有磁性元件，用于使密封盖和洗涤室之间通过吸引力进行密封。4.如权利要求1所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:所述的超声波换能器为超声波薄片换能器，设置于洗涤室本体的底部;所述的反射板平行于洗涤室底面设置。5.如权利要求4所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:所述的反射板边缘与洗涤室内壁的距离为2?4cm。6.如权利要求1所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:所述的洗涤室和密封盖之间设有相互配合的机械连接结构。7.如权利要求1所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:所述的密封盖下底面固定一中空圆柱体，所述的抽气口设置与密封盖顶部，所述的中空圆柱体底面作为所述的反射板，所述的中空圆柱体侧壁和/或底面上设有通孔，所述的通孔和抽气口配合形成抽气通路。8.如权利要求7所述的定点真空超声无损洗衣机，其特征在于:所述的中空圆柱体侧壁固定有若干块磁铁，所述的洗涤室上部侧壁固定有若干块与中空圆柱体侧壁上的磁铁相吸引的磁铁。9.一种定点真空超声无损洗衣方法，其特征在于，步骤如下:首先将脱除水中气体的洗涤用水置于洗涤室中，再将衣物中有污渍的局部待洗部位置于洗涤用水中，利用超声波换能器在洗涤室中形成超声场，对污渍进行脱除；污渍脱除过程中，优选对洗涤用水进行加热，进一步优选利用反射板将衣物局部待洗部位下压使其得到伸展的同时使超声场聚集于衣物局部待洗部位附近。10.—种利用权利要求1?8任一所述洗衣机的洗衣方法，其特征在于，首先将洗涤用水注入洗涤室中，盖上密封盖，用抽气装置将洗涤室抽真空，同时利用加热元件对洗涤用水进行加热，脱除水中气体;然后打开密封盖，将衣物中有污渍的待洗部位置于洗涤室中，盖上密封盖，同时使反射板伸入洗涤室内，将洗涤室中的衣物伸展并压入洗涤室下部;再利用超声波换能器，使洗涤桶中形成超声场，同时利用加热元件使洗涤用水维持在预设温度，对衣物进行洗涤;洗涤完毕后，对洗涤室中的洗涤用水进行更换，进行漂洗步骤，完成衣物定点洗涤。
【文档编号】D06F39/14GK105821618SQ201610344823
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】刘柏辰, 郑仕达, 张剑锋, 丁超尔, 项光霁, 何哲楠, 胡培楠
【申请人】浙江大学