專利名稱：多頻相控超聲衣物清洗及脫水方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波洗衣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用高低兩種頻率的相控陣換能器， 實(shí)現(xiàn)超聲能量局部集中對(duì)衣物進(jìn)行清洗及脫水的方法和裝置。
背景技術(shù)：
洗衣機(jī)目前主要分機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。其中，機(jī)械式分為波盤式、滾筒式 等，一般以旋轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)水流或者滾動(dòng)運(yùn)行產(chǎn)生摩擦進(jìn)行洗滌。波盤式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，但 磨損率高；滾筒式潔凈度高，但造價(jià)高。機(jī)械式存在共同的缺點(diǎn)，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的過程中容 易使衣物擰在一起，摩擦?xí)挂挛锸軗p，清洗后衣物會(huì)產(chǎn)生皺折、變形甚至損壞，并且洗滌 需要大量的水。非機(jī)械式洗衣方式中其中一種是溶劑干洗機(jī)，這種方式雖然對(duì)衣物磨損小，但最 大問題是溶劑有毒又難以徹底除盡。另外一種非機(jī)械式的清洗裝置就是超聲波洗衣機(jī)，該 方式的原理是利用強(qiáng)超聲波在液體介質(zhì)中的“空化效應(yīng)”達(dá)到清潔的效果?！翱栈?yīng)”，即 當(dāng)聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，若聲強(qiáng)足夠大，液體所受的負(fù)壓足夠強(qiáng)，媒質(zhì)分子間的平均距離就 會(huì)超過極限，微泡就會(huì)快速形成、增大、急劇壓縮、快速破裂，在瞬間產(chǎn)生可達(dá)1 3個(gè)大氣 壓的巨大壓力。這種高壓的沖擊波可對(duì)衣物產(chǎn)生強(qiáng)大的去污作用。該洗滌方式具有潔凈度 高，對(duì)衣物磨損小，用水量少，洗滌劑利用率高，減少甚至免用洗滌劑等優(yōu)點(diǎn)，十分適合應(yīng)用 在清洗衣物的設(shè)備上。尤其在清洗棉質(zhì)、絲綢、毛衣和一些易磨損易變形的衣服時(shí)，該種洗 滌方式更具優(yōu)勢(shì)。然而，超聲清洗大量衣物時(shí)，需要高功率的超聲波才能產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的空化效應(yīng)。 超聲波換能器是一種壓控器件，要使換能器產(chǎn)生大功率的能量，必須要有足夠大的驅(qū)動(dòng)電 壓。市場(chǎng)上的超聲波洗碗機(jī)和用超聲波輔助洗滌的洗衣機(jī)，驅(qū)動(dòng)電壓都需達(dá)到上千伏，致使 驅(qū)動(dòng)電源的能耗非常大，同時(shí)也帶來了安全隱患。同時(shí)，大功率的超聲波換能器造價(jià)非常 高，難以普及到家庭使用。若換能器功率不足，就難以產(chǎn)生足夠穿透力的超聲波進(jìn)行清洗或 脫干衣物。傳統(tǒng)的超聲波衣物清洗裝置，只是簡(jiǎn)單地把單個(gè)或者若干個(gè)超聲波換能器簡(jiǎn)單 組合起來工作，聲波在清洗箱內(nèi)不規(guī)則反射疊加，能量不能集中一處，造成能量損耗，不符 合環(huán)保節(jié)能的要求。由于全超聲波洗衣機(jī)受能耗高、大功率的超聲波換能器造價(jià)高這些缺點(diǎn)所局限， 一直難以普及推廣。超聲波清洗只能作為傳統(tǒng)洗衣機(jī)的輔助手段，或者是免除洗滌劑的一 種解決方法。如授權(quán)公告號(hào)為CN2287159Y，授權(quán)公告日為1998年8月5日的實(shí)用新型專利 公開了一種“全自動(dòng)超聲波洗衣機(jī)”，該裝置把超聲波空化效應(yīng)、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)洗滌和泵水機(jī)泵 水三種洗滌方式結(jié)合在一起。該設(shè)計(jì)方案雖然使用了造價(jià)低廉的低功率超聲波換能器，降 低了超聲波洗衣裝置的制造成本，但依然無法脫離電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的洗滌方式，很難發(fā)揮出超聲 波洗衣的優(yōu)勢(shì)。另外，在衣物脫水環(huán)節(jié)，該設(shè)計(jì)利用水泵軸頭反向拋干的方式，容易損壞衣 物。公開號(hào)為CN 1795057A，
公開日為2006年6月28日的發(fā)明專利“用于使用相控?fù)Q能器陣列的超聲波清洗的系統(tǒng)和方法”，用“最大能量波”掃描對(duì)器件進(jìn)行精確定位清洗。其 原理是通過控制換能器陣列中的每個(gè)陣元發(fā)出超聲波的相位，使相控陣產(chǎn)生的超聲波在某 個(gè)方向形成超聲波束，從而對(duì)該方向集中能量進(jìn)行清洗。該發(fā)明的設(shè)計(jì)適用于精確清洗元 器件，而超聲洗衣不需要精確清洗，所以該系統(tǒng)在超聲洗衣上有很大的局限性
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)超聲清洗能量分散、功耗大、大功率超聲波換能器造價(jià)高的缺點(diǎn)，提供 多頻相控超聲衣物清洗及脫水方法與裝置。本發(fā)明根據(jù)洗滌過程中清洗與脫水過程的不同 特點(diǎn)，采用高低頻超聲結(jié)合的方法來完成全超聲洗衣。即低頻超聲用于空化清洗，高頻超聲 用于霧化脫水。利用超聲波束掃描的方法，使超聲波的能量更集中，穿透力更強(qiáng)，清洗脫水 效果更均勻，清潔度和脫水率都得到提高。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，包括衣物洗滌箱、電路控制系統(tǒng)、進(jìn)水排水裝 置、顯示控制面板、超聲波相控陣和空氣交換裝置；所述衣物洗滌箱用于放置被清洗或脫水得的清洗衣物，衣物洗滌箱內(nèi)壁光滑且涂 有用于反射聲波的涂料；衣物洗滌箱內(nèi)有聲波反射板，工作時(shí)浮在液面，當(dāng)超聲波速掃描至 液面時(shí)，反射板把超聲波束反射回水中再次利用；超聲波相控陣陣列均勻分布在圓筒側(cè)壁 和底部；衣物洗滌箱頂部設(shè)有進(jìn)水裝置，底部有排水裝置；所述超聲波相控陣包括諧振頻 率不同的超聲相控陣。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述超聲相控陣分為具有不同諧振 頻率的低頻超聲相控陣和高頻超聲相控陣。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述電路控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制系 統(tǒng)和功放驅(qū)動(dòng)電路；數(shù)字控制系統(tǒng)用于控制衣服洗滌的整個(gè)流程，并完成超聲波相控陣的 超聲頻率與相位的控制、監(jiān)測(cè)衣服清洗狀態(tài)以及電源控制；功放驅(qū)動(dòng)電路用于把弱超聲信 號(hào)放大為能夠驅(qū)動(dòng)相控陣的強(qiáng)超聲信號(hào)。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述數(shù)字控制系統(tǒng)調(diào)整超聲波相控 陣陣元發(fā)出的超聲波相位，改變超聲波束角度，使波束按照順時(shí)針或逆時(shí)針方向在洗滌箱 內(nèi)進(jìn)行掃描，從而均勻清洗所有衣物。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述進(jìn)水排水裝置用于控制洗滌用 水的進(jìn)出，所述進(jìn)水排水裝置包括位于衣物洗滌箱底部的漏水口、位于漏水口下方的隔離 槽、隔離槽下方通過排水閥門連接至排水口，且隔離槽與排水閥門之間設(shè)有水流傳感器，排 水閥門由電子閥門控制開合，當(dāng)清洗程序結(jié)束，進(jìn)入脫水程序時(shí)，電子閥門打開，污水通過 排水口排出。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，水流傳感器為水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪，排水 口電子閥門打開，衣物洗滌箱內(nèi)的污水經(jīng)帶動(dòng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)衣物洗滌箱內(nèi)液面低 于漏水孔所在的水平線時(shí)，衣物與水隔離開，殘留在衣物上的大量水分會(huì)從漏水孔滴入隔 離槽；當(dāng)隔離槽中的水通過水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪的流速下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，高頻超聲相控陣啟動(dòng)，超 聲空化與霧化同時(shí)進(jìn)行。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述空氣交換裝置包括進(jìn)氣口、排氣口和濕度監(jiān)測(cè)裝置；進(jìn)氣口裝有可循環(huán)利用的干燥劑，排氣口裝有抽風(fēng)機(jī)；進(jìn)入脫水程 序時(shí)，抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，把箱外干燥空氣抽入，箱內(nèi)霧化的濕氣抽走；濕度監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)洗 滌箱內(nèi)部和外部的濕度狀況；頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置的外殼和衣物洗滌箱內(nèi)分別 安裝有濕度傳感器；當(dāng)脫水程序開始后，由于衣物里面的水分被霧化，箱內(nèi)濕度會(huì)比外部濕 度高，隨著衣物里面的水分逐漸被霧化分離并被抽風(fēng)機(jī)抽走，箱內(nèi)的濕度與箱外達(dá)到相對(duì) 穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)箱內(nèi)外濕度相等時(shí)，脫水程序完成上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述顯示控制面板安裝在多頻相控 超聲衣物清洗及脫水裝置外殼頂部，用于控制和顯示當(dāng)前裝置的工作狀態(tài)，用戶根據(jù)清洗 的衣物數(shù)量、厚度和個(gè)人要求選擇相應(yīng)的洗滌模式和脫水模式；顯示控制面板分別預(yù)設(shè)了 五個(gè)檔位的洗滌與脫水強(qiáng)度選項(xiàng)，每個(gè)檔位的強(qiáng)度由清洗所用的超聲波頻率、波束集中度 和工作時(shí)間所決定；脫水模式分定時(shí)脫水與智能脫水定時(shí)脫水由用戶預(yù)設(shè)脫水流程的工 作時(shí)間；智能脫水由濕度傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)控制脫水流程的結(jié)束時(shí)間。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述低頻超聲相控陣產(chǎn)生的超聲波 通過對(duì)液體產(chǎn)生空化效應(yīng)達(dá)到清洗衣物的目的；所述高頻超聲相控陣通過對(duì)未脫水的衣物 產(chǎn)生霧化效應(yīng)，使衣物中的水分霧化分離，達(dá)到衣物脫水的作用；所述衣物洗滌箱為圓筒 形，衣物洗滌箱側(cè)壁配置的超聲相控陣發(fā)生器以低頻超聲相控陣發(fā)生器為主，衣物洗滌箱 底面配置高頻超聲相控陣發(fā)生器。上述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中，所述衣物洗滌箱為圓筒形，內(nèi)放置 清洗衣物。衣物的清洗和脫水都在此箱中進(jìn)行。所述超聲相控陣分為低頻與高頻兩種。低 頻超聲相控陣的諧振頻率為200KHz 250KHz，超聲波通過對(duì)液體產(chǎn)生空化效應(yīng)達(dá)到清洗 衣物的目的。高頻超聲相控陣的諧振頻率為1. 2MHz左右，利用其霧化效應(yīng)，使衣物中的水 分霧化分離，達(dá)到衣物脫水的作用。通過調(diào)節(jié)相控陣的頻率、波束能量的集中程度，以及波 束的掃描速度，針對(duì)不同衣物，選擇不同的頻率、功率等進(jìn)行清洗及脫水。清洗比較輕薄、干 凈的衣物可以選用低頻率、能量較分散的超聲波束；清洗比較厚重、臟的衣物可以選用高頻 率、能量較集中的超聲波束。本發(fā)明提供的多頻相控超聲衣物清洗及脫水方法，包括以下步驟步驟1 把待洗衣物放入洗滌箱內(nèi)，并添加少量清洗劑，放入聲波反射板；根據(jù)清 洗任務(wù)在顯示控制面板上選擇相應(yīng)的洗滌模式或自定義洗滌強(qiáng)度和時(shí)間；脫水模式選擇定 時(shí)脫水或者智能監(jiān)控脫水，若選擇定時(shí)脫水，需要選定脫水時(shí)間；若選擇智能監(jiān)控脫水，則 由濕度傳感器監(jiān)控脫水過程；按確認(rèn)鍵開始程序。步驟2 開始程序后，進(jìn)水電子閥門打開，對(duì)衣物洗滌箱內(nèi)筒注水；當(dāng)注入了預(yù)設(shè) 定的水量后，聲波反射板漂浮于水面；步驟3 進(jìn)入清洗程序，低頻超聲相控陣啟動(dòng)，電路控制系統(tǒng)通過控制相控陣元超 聲波的相位，使超聲波束依照設(shè)定速度上下掃描，達(dá)到均勻清洗的目的；步驟4 第一階段清洗程序結(jié)束，排水程序開始；排水口電子閥門打開，洗滌箱內(nèi) 的污水經(jīng)過排水口帶動(dòng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)桶內(nèi)液面低于漏水孔所在的水平線時(shí)，衣物 與水隔離開，殘留在衣物上的大量水分會(huì)從漏水孔滴入隔離槽；當(dāng)隔離槽中的水通過水流 感應(yīng)轉(zhuǎn)輪的流速下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，高頻超聲相控陣啟動(dòng)，超聲空化與霧化同時(shí)進(jìn)行；步驟5 當(dāng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，說明檢測(cè)到箱內(nèi)污水排放完畢，低頻超聲相控陣關(guān)閉，霧化脫水程序執(zhí)行；排氣扇啟動(dòng)，將霧化濕氣排走；外面的空氣通過進(jìn)氣口，經(jīng)過干燥劑的處理后，變成干燥的空氣進(jìn)入洗滌箱內(nèi)；步驟6 若裝置啟動(dòng)前用戶選擇定時(shí)脫水，控制系統(tǒng)的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)；當(dāng)數(shù)值到 達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，排氣扇與高頻超聲相控陣停止工作，脫水程序結(jié)束；若用戶選擇智能監(jiān)控脫 水，安裝在洗滌箱內(nèi)外的濕度傳感器啟動(dòng)，對(duì)洗滌箱內(nèi)空氣濕度進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)排氣口處的濕 度傳感器檢測(cè)到洗滌箱內(nèi)外空氣濕度相等時(shí)，排氣扇與高頻超聲相控陣停止工作，脫水程 序結(jié)束；步驟7 進(jìn)水電子閥門打開重新注水，重復(fù)步驟2、3、4、5、6，按要求循環(huán)若干次，即 可完成衣物洗滌任務(wù)。本發(fā)明利用相控陣換能器，實(shí)現(xiàn)超聲能量局部集中對(duì)衣物進(jìn)行清洗及脫水的方法 和裝置，本發(fā)明的特點(diǎn)在于采用全超聲技術(shù)，無需電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置輔助，真正實(shí)現(xiàn)清洗脫水全 超聲一體化，并有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、效率高、智能監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。總的來說，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具備如下優(yōu)點(diǎn)和效果1、該方法針對(duì)洗衣和脫水兩個(gè)環(huán)節(jié)的不同要求，采用了高低兩種頻率的超聲波換 能器，分別用于脫水和洗衣，真正做到洗、漂、脫全超聲一體化，充分發(fā)揮了超聲波洗衣和脫 水的優(yōu)勢(shì)。對(duì)衣物磨損小，特別適合用于棉質(zhì)、絲綢、毛衣和一些易磨損易變形的衣物。2、該方法工作效率高，能量利用率高，所以降低了能耗。傳統(tǒng)超聲洗衣所用的高功 率換能器驅(qū)動(dòng)電壓至少為IkV以上。本發(fā)明設(shè)計(jì)裝置所需超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)電壓僅為傳 統(tǒng)設(shè)計(jì)的1/2到1/3左右，比傳統(tǒng)裝置更安全。升壓電路放大電壓的倍數(shù)越大，電路的能效 就越低，所以本設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)裝置能效更高。3、該方法利用濕度傳感器監(jiān)測(cè)濕度，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控脫水，比傳統(tǒng)的定時(shí)脫水更智 能，脫水率更高。4、該裝置無需電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置輔助，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了制造成本。使用方便安 全，噪聲少，能耗低，裝置輕巧，加工技術(shù)要求低，適合大量生產(chǎn)，能夠很好地普及大眾使用。


圖1是實(shí)施方式多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置中衣物洗滌箱部分的俯視圖；圖3是多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖4是超聲相控陣波束掃描清洗原理在俯視方向的示意圖；圖5是超聲相控陣波束掃描清洗原理在側(cè)視方向的示意圖；圖6是實(shí)施方式中單次洗衣脫水的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。實(shí)施例如圖1、圖2所示，本發(fā)明主要包括進(jìn)水電子閥門1、外筒2、衣物洗滌箱3、進(jìn)氣口 4、干燥劑貯存盒5、低頻超聲相控陣發(fā)生器6、高頻超聲相控陣發(fā)生器7、隔離槽8、漏水孔9、水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪10、排水閥門11、排水口 12、排氣扇13、排氣口 14、濕度傳感器15、霧氣冷凝 管16、超聲反射板17。低頻超聲相控陣發(fā)生器6與高頻超聲相控陣發(fā)生器7分布在洗滌箱內(nèi)筒側(cè)壁與底 面，數(shù)量可根據(jù)設(shè)計(jì)要求自行設(shè)定。側(cè)壁配置的超聲相控陣發(fā)生器以低頻超聲相控陣發(fā)生 器6為主，底面配置高頻超聲相控陣發(fā)生器7。該設(shè)計(jì)的原因是清洗衣物時(shí)，衣物均勻分布 在洗滌箱內(nèi)的液體中，而當(dāng)衣物脫水時(shí)，衣物集中在內(nèi)筒底部。干燥劑貯存盒5安裝在內(nèi)筒3與外筒2之間，外部空氣通過進(jìn)氣口 4進(jìn)入內(nèi)筒前， 經(jīng)過干燥劑貯存盒5中的干燥劑作用后，會(huì)變得更加干燥，增加抽濕效果。
漏水孔9分布在內(nèi)筒3底部。清洗衣物時(shí)，內(nèi)筒3與隔離槽8均注滿水。當(dāng)裝置 開始排水時(shí)，隔離槽8中的水會(huì)先通過排水口 12排走，內(nèi)筒3的水就會(huì)通過漏水孔9注入 隔離槽8中。當(dāng)內(nèi)筒中的水被完全排走后，殘留在衣物上的水分會(huì)通過漏水孔9滴入隔離 槽8中。排水時(shí)，水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪10的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著內(nèi)筒水量的減少而降低。霧化脫水時(shí)，內(nèi)筒中的霧氣被排氣扇13排出，經(jīng)過濕度傳感器15進(jìn)入霧氣冷凝管 16，霧氣冷凝成水滴，被導(dǎo)流到排水口 12排走。如圖3所示，裝置的控制系統(tǒng)與各部分模塊的關(guān)系為電源的驅(qū)動(dòng)模塊為控制系 統(tǒng)供電，控制系統(tǒng)根據(jù)程序設(shè)定分別控制低頻相控陣換能器、高頻相控陣換能器、注水閥 門、排水閥門和電源驅(qū)動(dòng)的工作；濕度傳感器通過把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)來控制高頻 相控陣換能器和排氣扇的工作；水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪通過反饋水流速度信息到控制系統(tǒng)來控制 高、低頻相控陣換能器的工作。如圖4、5所示，以一個(gè)相控陣為例，低功率的相控陣元發(fā)出的聲波都集中在某一 個(gè)方向上，使該方向上的超聲能量達(dá)到清洗要求。本發(fā)明通過調(diào)整陣元發(fā)出超聲波相位，可 以改變波束角度，使波束按照順時(shí)針或逆時(shí)針方向在洗滌箱內(nèi)進(jìn)行掃描，從而均勻清洗所 有衣物。如圖6所示，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程包括以下步驟步驟1 把待洗衣物放入洗滌箱內(nèi)，并添加少量清洗劑，放入聲波反射板17。根據(jù) 清洗任務(wù)在控制面板上選擇相應(yīng)的洗滌模式，也可以自定義洗滌強(qiáng)度和時(shí)間。脫水模式可 以選擇定時(shí)脫水或者智能監(jiān)控脫水。若選擇定時(shí)脫水，需要選定脫水時(shí)間；若選擇智能監(jiān)控 脫水，則由濕度傳感器監(jiān)控脫水過程。按確認(rèn)鍵開始程序。步驟2:如圖6所示，開始程序后，進(jìn)水電子閥門1打開，水管對(duì)洗滌箱內(nèi)筒2注水。 當(dāng)內(nèi)筒2注入了預(yù)設(shè)定的水量后，聲波反射板17漂浮于水面。步驟3 進(jìn)入清洗程序，低頻超聲相控陣6啟動(dòng)，系統(tǒng)通過控制相控陣元超聲波的 相位，使超聲波束依照固定速度上下掃描，以達(dá)到均勻清洗的目的。步驟4 第一階段清洗程序結(jié)束，排水程序開始。排水口電子閥門11打開，在洗滌 箱內(nèi)筒的污水從排水口 12排出，污水經(jīng)過排水口帶動(dòng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪10轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)桶內(nèi)液面 低于漏水孔所在的水平線時(shí)，衣物與水隔離開，殘留在衣物上的大量水分會(huì)從漏水孔滴入 隔離槽8。當(dāng)隔離槽8中的水通過水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪10的流速下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，高頻超聲相控 陣7啟動(dòng)，超聲空化與霧化同時(shí)進(jìn)行。步驟5 當(dāng)排水口的水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪10停止轉(zhuǎn)動(dòng)，說明檢測(cè)到箱內(nèi)污水排放完畢，低 頻超聲相控陣關(guān)閉，霧化脫水程序執(zhí)行。排氣扇13啟動(dòng)，將霧化濕氣排走。外面的空氣通過進(jìn)氣口 4，經(jīng)過干燥劑5的處理后，變成干燥的空氣進(jìn)入洗滌箱3內(nèi)。步驟6 若裝置啟動(dòng)前用戶選擇定時(shí)脫水，控制系統(tǒng)的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)數(shù)值到 達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，排氣扇13與高頻超聲相控陣7停止工作。脫水程序結(jié)束。若用戶選擇智能監(jiān) 控脫水，安裝在洗滌箱內(nèi)外的濕度傳感器啟動(dòng)監(jiān)控。當(dāng)排氣口處的濕度傳感器15檢測(cè)到洗 滌箱內(nèi)外空氣濕度相等時(shí)，排氣扇13與高頻超聲相控陣7停止工作。脫水程序結(jié)束。
步驟7 進(jìn)水電子閥門1打開重新注水，重復(fù)步驟2、3、4、5、6，按要求循環(huán)若干次， 即可完成衣物洗滌任務(wù)。本發(fā)明利用相控陣組對(duì)衣物進(jìn)行波束掃描，相控陣元發(fā)出的低功率超聲波在某個(gè) 時(shí)間段內(nèi)集中在某個(gè)方向，使該方向上的波束能量大幅提升，達(dá)到產(chǎn)生空化效應(yīng)清洗衣物 的需求。通過改變陣元的相位來調(diào)整波束的方向，達(dá)到各個(gè)方向都實(shí)現(xiàn)均勻清洗的目的。這 種設(shè)計(jì)降低了超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)電壓，提高了能源的利用率，增加了裝置的安全性，也徹 底去除了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌的輔助，真正達(dá)到高效的全超聲洗衣。與此同時(shí)，針對(duì)洗衣和脫水兩 個(gè)環(huán)節(jié)的不同要求，該設(shè)計(jì)采用了高低兩種頻率的超聲波換能器，用于不同環(huán)節(jié)，真正做到 洗、漂、脫全超聲一體化。通過傳感器的監(jiān)測(cè)和程序控制，做到了全智能自動(dòng)監(jiān)控洗衣。本 設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便安全，噪聲少，能耗低，裝置輕巧，加工技術(shù)要求低，適合大量 生產(chǎn)，能夠很好地普及于大眾中使用。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，包括衣物洗滌箱、電路控制系統(tǒng)、進(jìn)水排水裝置、顯示控制面板，其特征在于還包括超聲波相控陣、空氣交換裝置；所述衣物洗滌箱用于放置被清洗或脫水得的清洗衣物，衣物洗滌箱內(nèi)壁光滑且涂有用于反射聲波的涂料；衣物洗滌箱內(nèi)有聲波反射板，工作時(shí)浮在液面，當(dāng)超聲波速掃描至液面時(shí)，反射板把超聲波束反射回水中再次利用；超聲波相控陣陣列均勻分布在圓筒側(cè)壁和底部；衣物洗滌箱頂部設(shè)有進(jìn)水裝置，底部有排水裝置；所述超聲波相控陣包括諧振頻率不同的超聲相控陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述超聲相 控陣分為具有不同諧振頻率的低頻超聲相控陣和高頻超聲相控陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述電路控 制系統(tǒng)包括數(shù)字控制系統(tǒng)和功放驅(qū)動(dòng)電路；數(shù)字控制系統(tǒng)用于控制衣服洗滌的整個(gè)流程， 并完成超聲波相控陣的超聲頻率與相位的控制、監(jiān)測(cè)衣服清洗狀態(tài)以及電源控制；功放驅(qū) 動(dòng)電路用于把弱超聲信號(hào)放大為能夠驅(qū)動(dòng)相控陣的強(qiáng)超聲信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述數(shù)字控 制系統(tǒng)調(diào)整超聲波相控陣陣元發(fā)出的超聲波相位，改變超聲波束角度，使波束按照順時(shí)針 或逆時(shí)針方向在洗滌箱內(nèi)進(jìn)行掃描，從而均勻清洗所有衣物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述進(jìn)水排 水裝置用于控制洗滌用水的進(jìn)出，所述進(jìn)水排水裝置包括位于衣物洗滌箱底部的漏水口、 位于漏水口下方的隔離槽、隔離槽下方通過排水閥門連接至排水口，且隔離槽與排水閥門 之間設(shè)有水流傳感器，排水閥門由電子閥門控制開合，當(dāng)清洗程序結(jié)束，進(jìn)入脫水程序時(shí)， 電子閥門打開，污水通過排水口排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于水流傳感器 為水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪，排水口電子閥門打開，衣物洗滌箱內(nèi)的污水經(jīng)帶動(dòng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng) 衣物洗滌箱內(nèi)液面低于漏水孔所在的水平線時(shí)，衣物與水隔離開，殘留在衣物上的大量水 分會(huì)從漏水孔滴入隔離槽；當(dāng)隔離槽中的水通過水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪的流速下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，高 頻超聲相控陣啟動(dòng)，超聲空化與霧化同時(shí)進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述空氣交 換裝置包括進(jìn)氣口、排氣口和濕度監(jiān)測(cè)裝置；進(jìn)氣口裝有可循環(huán)利用的干燥劑，排氣口裝有 抽風(fēng)機(jī)；進(jìn)入脫水程序時(shí)，抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，把箱外干燥空氣抽入，箱內(nèi)霧化的濕氣抽走；濕度 監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)洗滌箱內(nèi)部和外部的濕度狀況；頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置的外殼 和衣物洗滌箱內(nèi)分別安裝有濕度傳感器；當(dāng)脫水程序開始后，由于衣物里面的水分被霧化， 箱內(nèi)濕度會(huì)比外部濕度高，隨著衣物里面的水分逐漸被霧化分離并被抽風(fēng)機(jī)抽走，箱內(nèi)的 濕度與箱外達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)箱內(nèi)外濕度相等時(shí)，脫水程序完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述顯示 控制面板安裝在多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置外殼頂部，用于控制和顯示當(dāng)前裝置的 工作狀態(tài)，用戶根據(jù)清洗的衣物數(shù)量、厚度和個(gè)人要求選擇相應(yīng)的洗滌模式和脫水模式；顯 示控制面板分別預(yù)設(shè)了五個(gè)檔位的洗滌與脫水強(qiáng)度選項(xiàng)，每個(gè)檔位的強(qiáng)度由清洗所用的超 聲波頻率、波束集中度和工作時(shí)間所決定；脫水模式分定時(shí)脫水與智能脫水定時(shí)脫水由 用戶預(yù)設(shè)脫水流程的工作時(shí)間；智能脫水由濕度傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)控制脫水流程的結(jié)束時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置，其特征在于所述低頻超 聲相控陣產(chǎn)生的超聲波通過對(duì)液體產(chǎn)生空化效應(yīng)達(dá)到清洗衣物的目的；所述高頻超聲相控 陣通過對(duì)未脫水的衣物產(chǎn)生霧化效應(yīng)，使衣物中的水分霧化分離，達(dá)到衣物脫水的作用；所 述衣物洗滌箱為圓筒形，衣物洗滌箱側(cè)壁配置的超聲相控陣發(fā)生器以低頻超聲相控陣發(fā)生 器為主，衣物洗滌箱底面配置高頻超聲相控陣發(fā)生器。
10.權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述多頻相控超聲衣物清洗及脫水裝置的清洗及脫水方法， 其特征在于包括以下步驟步驟1 把待洗衣物放入洗滌箱內(nèi)，并添加少量清洗劑，放入聲波反射板；根據(jù)清洗任 務(wù)在顯示控制面板上選擇相應(yīng)的洗滌模式或自定義洗滌強(qiáng)度和時(shí)間；脫水模式選擇定時(shí)脫 水或者智能監(jiān)控脫水，若選擇定時(shí)脫水，需要選定脫水時(shí)間；若選擇智能監(jiān)控脫水，則由濕 度傳感器監(jiān)控脫水過程；按確認(rèn)鍵開始程序。步驟2:開始程序后，進(jìn)水電子閥門打開，對(duì)衣物洗滌箱內(nèi)筒注水；當(dāng)注入了預(yù)設(shè)定的 水量后，聲波反射板漂浮于水面；步驟3 進(jìn)入清洗程序，低頻超聲相控陣啟動(dòng)，電路控制系統(tǒng)通過控制相控陣元超聲波 的相位，使超聲波束依照設(shè)定速度上下掃描，達(dá)到均勻清洗的目的；步驟4 第一階段清洗程序結(jié)束，排水程序開始；排水口電子閥門打開，洗滌箱內(nèi)的污 水經(jīng)過排水口帶動(dòng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)桶內(nèi)液面低于漏水孔所在的水平線時(shí)，衣物與水 隔離開，殘留在衣物上的大量水分會(huì)從漏水孔滴入隔離槽；當(dāng)隔離槽中的水通過水流感應(yīng) 轉(zhuǎn)輪的流速下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，高頻超聲相控陣啟動(dòng)，超聲空化與霧化同時(shí)進(jìn)行；步驟5 當(dāng)水流感應(yīng)轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，說明檢測(cè)到箱內(nèi)污水排放完畢，低頻超聲相控陣關(guān) 閉，霧化脫水程序執(zhí)行；排氣扇啟動(dòng)，將霧化濕氣排走；外面的空氣通過進(jìn)氣口，經(jīng)過干燥 劑的處理后，變成干燥的空氣進(jìn)入洗滌箱內(nèi)；步驟6 若裝置啟動(dòng)前用戶選擇定時(shí)脫水，控制系統(tǒng)的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)；當(dāng)數(shù)值到達(dá)預(yù) 設(shè)值時(shí)，排氣扇與高頻超聲相控陣停止工作，脫水程序結(jié)束；若用戶選擇智能監(jiān)控脫水，安 裝在洗滌箱內(nèi)外的濕度傳感器啟動(dòng)，對(duì)洗滌箱內(nèi)空氣濕度進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)排氣口處的濕度傳 感器檢測(cè)到洗滌箱內(nèi)外空氣濕度相等時(shí)，排氣扇與高頻超聲相控陣停止工作，脫水程序結(jié) 束；步驟7 進(jìn)水電子閥門打開重新注水，重復(fù)步驟2、3、4、5、6，按要求循環(huán)若干次，即可完 成衣物洗滌任務(wù)。
全文摘要
本發(fā)明公開多頻相控超聲衣物清洗及脫水方法與裝置，所述裝置包括包括衣物洗滌箱、電路控制系統(tǒng)、進(jìn)水排水裝置、顯示控制面板、超聲波相控陣、空氣交換裝置；衣物洗滌箱內(nèi)有聲波反射板，工作時(shí)浮在液面；超聲波相控陣陣列均勻分布在圓筒側(cè)壁和底部；衣物洗滌箱頂部設(shè)有進(jìn)水裝置，底部有排水裝置；所述超聲波相控陣包括諧振頻率不同的超聲相控陣。本發(fā)明的方法根據(jù)洗滌過程中清洗與脫水過程的不同特點(diǎn)，采用高低頻超聲結(jié)合的方法來完成全超聲洗衣，即低頻超聲用于空化清洗，高頻超聲用于霧化脫水。本發(fā)明利用超聲波束掃描的方法，使超聲波的能量更集中，穿透力更強(qiáng)，清洗脫水效果更均勻，清潔度和脫水率都得到提高。
文檔編號(hào)D06F19/00GK101962898SQ20101025303
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者馮振華, 曹燕, 朱曉靜, 韋崗 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)