CN104525544A - 一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管及超声波清洗机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管及超声波清洗机。支撑管包括管体以及沿管体轴向绕设的若干齿环，玻璃容器设置在该支撑管外部。清洗机包括清洗槽，清洗槽内排设有若干所述的支撑管，支撑管下部设有超声波换能器以及控制该换能器工作的超声波发生器和控制电路；还包括设置在支撑管下部的排气总管，排气总管外设排气进水双向阀以及排水阀，排气进水双向阀和排水阀之间设联通阀；所述玻璃容器倒扣在支撑管上。本发明提供了一种降低在传输过程中，超声波能量损耗的一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管及超声波清洗机。

Description

一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管及超声波清洗机

技术领域

本发明涉及一种超声波实验室玻璃容器清洗机，尤其针对长径比较大（如试管、比色管等）；或口径小容积大，超声波空化效应无法有效作用的（烧瓶、试剂瓶等）的超声波清洗。

背景技术

为了排除杂质对实验的不良影响，使用的玻璃容器必须洗涤干净，在实验中，盛放化学试剂的玻璃容器往往有残留物附着在玻璃容器的内壁，一些经过高温加热或放置反应物时间较长的试管，还不易洗涤干净。使用不干净玻璃容器存放试剂，不干净试管实验，会影响实验效果，甚至让实验者观察到错误现象，得出错误结论。玻璃容器在实验使用后需要进行清洗干净。对于少量实验玻璃容器清洗可采用手工清洗的方式，而大量的实验玻璃容器，如试管等，多采取超声波清洗机清洗。

现有的超声波清洗机都将超声波换能器安装在清洗槽外壁，通过发出的超声波在清洗槽底部产生的空化效应，对玻璃器皿进行清洗。超声波虽可以在液体传播，但在管口引起超声衰减。清洗槽底部产生的空化气泡也可以向上运动，但当长度口径比较大的试管、比色管等，清洗效果明显不如大口径的玻璃器皿。对于实验玻璃容器内壁清洗更为重要。

发明内容

本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种降低在传输过程中，超声波能量损耗的一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管及超声波清洗机。

为此本发明采用的技术方案是：本发明包包括管体以及沿管体轴向绕设的若干齿环，玻璃容器设置在该支撑管外部。

所述齿环包括上下相互配合在一起的上圆台和下圆台；

所述支撑管具有以下结构特征：

齿环外径/管体管径比为1.3~1.7；

相邻齿环距/齿环高：0.9~3；

齿环上夹角：上圆台齿面与管体轴线夹角120~105度；

齿环下夹角：下圆台齿面与管体轴线夹角150~135度；

齿环外径/玻璃容器内径比为1.2~2。

所述齿环非均匀排列在管体上。

本发明还包括清洗槽，清洗槽内排设有若干所述的支撑管，支撑管下部设有超声波换能器以及控制该换能器工作的超声波发生器和控制电路；

还包括设置在支撑管下部的排气总管，排气总管外设排气进水双向阀以及排水阀，排气进水双向阀和排水阀之间设联通阀；所述玻璃容器倒扣在支撑管上。

排气总管与清洗槽构成一整体，超声波换能器设置在排气总管路的下方，超声波换能器产生的超声波能量由排气总管经过各齿环支撑管传递到待清洗的玻璃容器内部。

排水阀与排气进水双向阀出水口处设水泵。

另一种实施例中，本发明包括清洗槽，清洗槽底部设有玻璃容器导向固定架，玻璃容器由导向固定架固定，所述支撑管从上部插入玻璃容器内，支撑管上部设超声波换能器以及控制该换能器工作的超声波发生器和控制电路；

所述支撑管开设有进水孔，进水孔和设置在其上部的进水总管连通，进水总管路径上设有进水阀。

进水总管与清洗槽上盖板构成一体，超声波换能器设置在进水总管的上方，超声波换能器产生的超声波能量由进水总管分配到各变直径齿环进水管，传递到待清洗的试管内部。

所述清洗槽底部设有排水阀。

所述进水阀、排水阀之间设水泵。

本发明的优点是：1）能量集中：超声波能量大部分通过金属固体传递到玻璃容器内部，直接清洗实验样品残留物附着的部位，能量相对集中提高清洗效率，在发生空化作用，明显伴随着直进流作用和液体粒子推动产生的加速度效应等，多种的物理化学作用和效应，使污物分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，进一步提高清洗效果；

2）同时支撑管的存在改变通常情况下超声波在匀质物体中传播的单向指向性特点，由于齿环向外倾斜的结构，使部分超声波发生散射，上下齿环对超声波产能的能量形成一个向外的扩散，形成对试管等玻璃容器更强的冲击力；

    3）本发明利用排气总管或进水总管总为传递超声波能量的介质，利用金属固体能量衰减小的特点，进一步使超声波能量集中并均匀分配到个各个玻璃容器内，提高清洗效果；

4）本发明的齿形换超声波能量在玻璃容器内分布相对均匀，发出位置与容器壁距离减小实现精微的清洗，高效快捷达到实验室玻璃器皿的清洗标准；

5）清洗范围广：除能清洗光口玻璃器皿为更解决小口径大容积（如各种烧瓶、容量瓶）的清洗；

6）简洁的操作：配合将玻璃器皿导向架直接将玻璃器皿倒扣在齿环支撑管上，控制排气进水双向阀，清洗液直接充满玻璃容器内部。能实现超声波清洗、自来水漂洗、蒸馏水冲洗、纯净压缩空气吹干不更换玻璃容器位置一次完成。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为支撑管的结构示意图。

图3为清洗槽底部的结构示意图。

图4、5为本发明另一种形式的结构示意图。

图6为另一种形式的支撑管的结构示意图。

图中1为不锈钢清洗槽，2为齿环支撑管， 3为排气总管， 4为超声波换能器，5为排水阀， 6为联通阀， 7为排气进水双向阀，8为齿环，9为玻璃器皿导向架， 10为超声波发生器和控制电路；

11为固定孔，12为进水总管，13为清洗槽上盖板，14为导向孔，15为进水阀门，16为齿环进水管，17为导向杆，18为固定螺杆，19为试管导向固定架，20为高位溢水口，21为排水阀。

具体实施方式

实施例一：

如图1、2所示；本发明的齿环支撑管2和排气总管3，通过螺纹竖直刚性连接，实现清洗不同玻璃容器时，更换不同粗细、长短的齿环支撑管2。

排气总管3与清洗槽底盘之间的固定连接，密封穿过不锈钢清洗槽1，连接排气进水双向阀7。排气总管3形成一个刚性整体，超声波产生的超声波带动排气总管3和齿环支撑管2作上下振动，各齿环支撑管2与清洗液产生空化作用。

不锈钢清洗槽1的底部设有排水管，连接排水阀5，排气总管3与排水管在排气进水双向阀7与排水阀5前由联通阀6连接。

清洗操作：超声波清洗机的清洗槽1内设有齿型环支撑管2，玻璃器皿倒置齿型环支撑管2上，通过玻璃器皿导向架9，限制装置工作时玻璃器皿水平方向移动。防止在清洗过程中的跳动、碰撞、晃动引起玻璃容器的损坏。

超声波在液体中空化作用，是超声波清洗主要作用。超声波清洗过程中，空气气泡对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全排出，空化作用的真空核泡才能达到最佳效果。因此，在加入清洗液前，打开排气进水双向阀7，由齿型环支撑管2经过排气总管3排出玻璃器皿内空气，清洗液能顺利充满倒置的玻璃容器。

清洗前打开联通阀6。由于超声波换能器4能量相对集中在玻璃器皿内部，使玻璃器皿内存在压力波动，玻璃器皿与齿环支撑管2产生跳动、碰撞。通过打开的联通阀6将此压力与出水口平衡，降低因压力波动引起的玻璃器皿跳动幅度。此压力差能实现玻璃器皿内部液体与清洗槽1内液体的流动混合。同时将原来残存的空气和清洗液中释放出的空气，通过此管路从倒置的玻璃器皿中排出，空化作用的真空核泡达到最佳效果，提高清洗效率。

若取得更好效果，可以采取在排水阀5与排气进水双向阀7出水口附加水泵强制循环方法，均匀清洗液浓度降低玻璃器皿残存物浓度加强清洗效果，对污物的搬运起着很大的作用。

在使用超声波对玻璃容器清洗后，可将自来水、蒸馏水经排气进水双向阀7注入容器对内壁进行冲洗提高器皿清洗效果。在清洗后可通入纯净的压缩空气对容器内壁吹干。

齿环支撑管结构的实验：

实验方法：控制变量法。既清洗液浓度、试管污染程度不变，每次仅改变齿环支撑管2的一项尺寸。以整数分钟递加，实验测量达到清洗效果的最少清洗时间。在此基础上，保证清洗效果无明显变化，分别改变某一尺寸的范围。再通过改变清洗时间进行测试，当清洗效果无明显变化，得到某一尺寸允许范围。在不改变某一尺寸得基础上分别对其他尺寸进行实验。

为保证实验直观明了：以绝缘油作为清洗清洗样本。以10%纯碱作为清洗剂。

洗涤干净的标准：洗涤过的玻璃仪器内壁附着的水既不聚成水滴，也不成股流下。

计时标准：整数分钟为分段单位。

超声波清洗机，超声波发生器功率240w。

测得齿环支撑管2的齿环型、齿环距、齿环高在采取如下范围均能取得稳定清洗效果：

齿环外径/支撑管光径：1.3~1.7。

（相邻）齿环距/齿环高：0.9~3。，各齿环间距离应避免出现，所使用超声波波长1/4、1/2、1、2倍的长度。

上夹角：上齿面与支撑管（轴线）夹角120~105度

下夹角：下齿面与支撑管（轴线）夹角150~135度

在实验对改为非管型玻璃容器，如烧瓶、容量瓶清洗时齿环支撑管2以上密下疏齿距为佳。

在取得上述数据后，对齿环支撑管2粗细（齿环外径）与清洗试管内径比优选。在保持试管样品相同是通过改变齿环支撑管2粗细（齿环外径），实验发现1.2~2之间清洗效果无明显改变。当其比值大于2.5时，明显需要通过延长清洗时间达到效果。而通过换用粗齿环支撑管2后其比值小于2时，清洗时间缩短，效率明显提高。

本发明齿环支撑管2的齿环8为非均匀排列特异齿型结构，将超声波能直接传递到玻璃器皿内，齿环8在超声波产生的振动作用下，在玻璃器皿内部与液体发生空化效应，产生的小气泡向四周扩散直接作用于玻璃容器内壁。齿环8非均匀排列，可防止空化作用产生的小气泡与管壁发生自激振动。特异齿环结构，改变由于超声波在匀质物体中传播的单向指向性，部分超声波产生散射，伴随着空化作用产生物理和化学效应，液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对玻璃容器进行超精密清洗。

本发明改变超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的垂直方向的直进流。降低上下跳动，同样取得对被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。

本发明的排气总管3为一个有足够刚度的整体结构并与清洗槽1构成一整体。超声波振子装置在排气总管3路的下方振子产生的超声波能量，由排气总管3经过各齿环支撑管2传递到待清洗的玻璃容器内部。

本发明的排气总管3形成一个刚性整体，此刚度远大于清洗槽底盘刚度，实现超声波能量分配，将超声波换能器4产生的能量，分配到各齿环支撑管2上；降低超声波传递衰减。超声波产生的超声波带动排气总管3和齿环支撑管2作上下振动，各齿环支撑管2与清洗液产生空化作用。

实施例二：

如图4、5、6所示：将试管插入试管导向固定架19上，上盖板导向孔14对准清洗槽上导向杆17垂直插入，变直径齿环进水管16将可靠进入待清洗试管内部。当上盖板13完全落座后，锁紧固定螺杆18，减小清洗机工作室的振动。进水阀门15提供超声波清洗机内注水，侧面设有高位溢水口20用于监视清洗槽1液位。当上盖板13完全落座后，超声波清洗机上盖板13的变直径齿环进水管16和进水总管12完全浸入液面以下。

清洗过程中无须人工搬动试管将进水阀门15打开清洗液，经过进水总管12变直径齿环进水管16，注满试管，再流入清洗槽1，当高位溢水口20有液体流出既液位以满，关闭进水阀门15。

需要取得更好效果，加快清洗速度，可以采取在排水阀21与进水阀门15出间附加水泵强制循环，均匀清洗液浓度，对污物的搬运起着很大的作用。

进水总管12为一个有足够刚度的整体结构并与清洗槽上盖板13构成一体。超声波振子牢固粘贴于在进水总管12路的上方，振子产生的超声波能量，由进水总管12分配到各变直径齿环进水管16，传递到待清洗的试管内部。通过齿环8角将空化气泡分布到管壁各处。利用超声波在金属固体内部传播特性使用特异齿型环8角度突变改变超声波传递方向，很好起到清洗作用。解决管口引起超声衰减；或因试管表面对超声波的反射，引起超声波的能量损失；空化气泡运动受阻等，降低实验试管内壁清洗效果的问题。

在该例中采用的齿环型进水管16其数据：变直径齿环进水管16，为上大下小机构。齿环尖构成的锥度1：20。

相邻齿环外径/变直径齿环进水管外径（齿环外径-2x齿环高）：1.3~1.7。

相邻齿环距/齿环高：0.9~3。

上齿面与变直径齿环进水管轴线夹角120~105度。

齿面与变直径齿环进水管轴线夹角150~135度。

在实验对烧瓶、容量瓶清洗时变直径齿环进水管16以上密下疏齿距为佳。

实验发现试管内径与变直径齿环进水管16最大直径处直径比1.2~2之间清洗效果明显。当其比值大于2.5时，效率明显下降。

Claims (10)

1.一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管，其特征在于，包括管体以及沿管体轴向绕设的若干齿环，玻璃容器设置在该支撑管外部。

2.根据权利要求1所述的一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管，其特征在于，所述齿环包括上下相互配合在一起的上圆台和下圆台；

所述支撑管具有以下结构特征：

齿环外径/管体管径比为1.3~1.7；

相邻齿环距/齿环高：0.9~3；

齿环上夹角：上圆台齿面与管体轴线夹角120~105度；

齿环下夹角：下圆台齿面与管体轴线夹角150~135度；

齿环外径/玻璃容器内径比为1.2~2。

3.根据权利要求1所述的一种用于玻璃容器超声波清洗的支撑管，其特征在于，所述齿环非均匀排列在管体上。

4.一种利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，包括清洗槽，清洗槽内排设有若干所述的支撑管，支撑管下部设有超声波换能器以及控制该换能器工作的超声波发生器和控制电路；

还包括设置在支撑管下部的排气总管，排气总管外设排气进水双向阀以及排水阀，排气进水双向阀和排水阀之间设联通阀；所述玻璃容器倒扣在支撑管上。

5.根据权利要求4所述的一种利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，排气总管与清洗槽构成一整体，超声波换能器设置在排气总管路的下方，超声波换能器产生的超声波能量由排气总管经过各齿环支撑管传递到待清洗的玻璃容器内部。

6.根据权利要求4所述的一种利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，排水阀与排气进水双向阀出水口处设水泵。

7.根据权利要求1所述的一种利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，包括清洗槽，清洗槽底部设有玻璃容器导向固定架，玻璃容器由导向固定架固定，所述支撑管从上部插入玻璃容器内，支撑管上部设超声波换能器以及控制该换能器工作的超声波发生器和控制电路；

所述支撑管开设有进水孔，进水孔和设置在其上部的进水总管连通，进水总管路径上设有进水阀。

8.根据权利要求7所述的一种利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，进水总管与清洗槽上盖板构成一体，超声波换能器设置在进水总管的上方，超声波换能器产生的超声波能量由进水总管分配到各变直径齿环进水管，传递到待清洗的试管内部。

9.根据权利要求7所述的一种利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，所述清洗槽底部设有排水阀。

10.根据权利要求9所述的利用所述支撑管的超声波清洗机，其特征在于，所述进水阀、排水阀之间设水泵。