CS249312B1 - Ultrazvukový přimovyzařující měnič pro vyzařování do kapalného prostředí - Google Patents

Abstract

Měnič je určen především do kapalných prostředí tvořených ultrazvukovými čistícími lázněmi. Je řešen přímý styk radiátoru s kapalinou. Měnič je tvořen dvěma vlnovodnými nástavci a střední elektroakusticky aktivní částí, složenou ze dvou piezoelektrických, tlouštkově kmitajících, destiček a střední elektrody, vzájemně spojených. Nejméně jeden vlnovodný nástavec zasahuje do nádoby s kapalným prostředím a je obepnut těsněním z poddajného, účinkům kapaliny odolávajícího, elektricky izolujícího materiálu chránícího střední elektroakusticky aktivní část proti vniknutí kapaliny. Těsnění umožňuje uchycení měniče v držáku nebo ve stěně nebo dně nádoby s kapalinou. Oba vlnovodné nástavce mohou současně vyzařovat do dvou oddělených kapalných prostředí. V tomto případě je těsnění s výhodou uloženo ve vzájemně rovnoběžných stěnách dvou oddělených nádob s kapalným prostředím. Měnič lze využít ve všech výrobních a technologických procesech, kde se používá ultrazvukového čištění, např. ve strojírenství, mikroelektronice, chemickém průmyslu, lékařství apod.

Description

(54) Ultrazvukový přimovyzařující měnič pro vyzařování do kapalného prostředí

Měnič je určen především do kapalných prostředí tvořených ultrazvukovými čistícími lázněmi. Je řešen přímý styk radiátoru s kapalinou. Měnič je tvořen dvěma vlnovodnými nástavci a střední elektroakusticky aktivní částí, složenou ze dvou piezoelektrických, tlouštkově kmitajících, destiček a střední elektrody, vzájemně spojených. Nejméně jeden vlnovodný nástavec zasahuje do nádoby s kapalným prostředím a je obepnut těsněním z poddajného, účinkům kapaliny odolávajícího, elektricky izolujícího materiálu chránícího střední elektroakusticky aktivní část proti vniknutí kapaliny. Těsnění umožňuje uchycení měniče v držáku nebo ve stěně nebo dně nádoby s kapalinou. Oba vlnovodné nástavce mohou současně vyzařovat do dvou oddělených kapalných prostředí. V tomto případě je těsnění s výhodou uloženo ve vzájemně rovnoběžných stěnách dvou oddělených nádob s kapalným prostředím. Měnič lze využít ve všech výrobních a technologických procesech, kde se používá ultrazvukového čištění, např. ve strojírenství, mikroelektronice, chemickém průmyslu, lékařství apod.

Vynález se týká ultrazvukového přímovyzařujícího měniče pro vyzařování do kapalného prostředí, například do nádoby s ultrazvukovou čistící lázní.

V ultrazvukových čistících zařízeních se používají vesměs, jako akustické vysílače, soustavy složené z tloušEkově kmitajících piezoelektrických destiček zakončených radiátorem a reflektorem anebo v symetrickém uspořádání se dvěma radiátory podle čs. AO 227 150.

U známých uspořádání měnič nezasahuje přímo do čistící lázně, ale je aktivní plochou přitmelen k membráně, která tvoří dno, stěnu nebo jinou samostatnou část zařízení a k vyzařování dochází nepřímo prostřednictvím této membrány.

Tento způsob provedení přináší řadu technologických problémů. Jde zejména o kvalitu spojení měniče s membránou, provedené zpravidla lepením. Při demontáži měniče dochází k k porušení nádoby i ostatních částí zařízení. Správná činnost čistícího zařízení, které zpravidla pracuje s několika elektricky paralelně spojenými měniči, závisí na přesném nastavení rezonančních kmitočtů, všech měničů. Po natmelení jednotlivých měničů na membránu se rezonanční kmitočty výrazně změní, a tím se zhorší elektroakustické vlastnosti zařízení.

Tyto nevýhody odstraňuje ultrazvukový přímovyzařujíci měnič podle vynálezu pro vyzařování do kapalného prostředí, zejména za účelem ultrazvukového čištění. Tento měnič je složený ze dvou vlnovodných nástavců a střední elektroakustický aktivní části, tvořené nejméně dvěma tloušEkově kmitajícími destičkami z piezoelektrického nebo elektrostrikčního materiálu a střední elektrody, vzájemně spojených.

Podstatou vynálezu je, že první a/nebo druhý vlnovodný nástavec je ve styku s kapalným prostředím. Zároveň je střední elektroakustický aktivní část obepnuta těsněním z z poddajného, účinkům kapaliny odolávajícího a elektricky izolujícího materiálu. Je možné uchytit v těsnění držák. Další výhodná varianta je, že těsnění je uloženo ve vzájmně rovnoběžných stěnách dvou oddělených nádob s kapalným prostředím.

Výhodou tohoto měniče je, že na rozdíl od běžně používaných měničů, kdy jsou měniče lepeny na dno nebo· stěny nádoby s čistící lázní, v tomto případě nejsou měniče k nádobě tmeleny a zasahují svými akusticky aktivními vlnovodnými nástavci, tedy radiátory, přímo do kapaliny. Současně je tak eliminována změna rezonačního kmitočtu vyvolaná obtížně kontrolovatelným procesem tmelení.

Utěsnění měničů ve stěně nádob je provedeno jednoduchým způsobem, například pryžovým těsněním. Protože měniče nejsou lepeny, lze je snadno, bez porušení nádoby i jich samých, vyměňovat. Přímý kontakt radiátorů měničů s kapalinou rovněž zvySuje energetickou účinnost zařízení. Vynález přináší též významnou úsporu kovových materiálů, protože nádoby pro čistící lázeň lze výhodně vyrábět z plastické hmoty. U souměrného uspořádání se dvěma lázněmi přistupuje další výhoda, spočívající v tom, že u jednoho celku, bez zvyšování počtu měničů lze jednu lázeň použít pro hrubé čištění a druhou například pro oplachování.

Příklady uspořádání měniče podle vynálezu jsou uvedeny na přiložených výkresech.

Na obr. 1 a 2 je schematicky znázorněn souměrný přímovyzařujíci měnič, který je uzpůsoben k ponoření do kapaliny. Na obr. 3 je přiklad oboustranně vyzařujícího měniče, zasahujícího do dvou oddělených nádob s kapalným prostředím. Na obr. 4 je příklad souměrného měniče se dvěma vlnovodnými nástavci nekonstantního průřezu.

Souměrný přímovyzařujíci měnič na výkrese sestává z prvního vlnovodného nástavce _1 a druhého vlnovodného nástavce _2, které tvoří radiátory, mezi nimiž jsou dvě piezoelektrické tloušEkově kmitající destičky 2 ^a A ^a střední elektroda ji. Sevření obou vlnovodných nástavců i, 2, obou piezoelektrikých tloušEkově kmitajících destiček 3, 4 ^a střední elektrody 5. je provedeno svorníkem, který zde není zakreslen. Střední elektroakustický akt.ivní části, to je destičky 3, _4 a střední elektroda _5, jsou chráněny těsněním ji ('•které je obepíná a je například z neoprenu, silikovové pryže apod., což zabraňuje vniknutí kapa* líny k těmto elektricky buzeným částem.

Těsnění 6 je umístěno v blízkosti uzlu kmitání a proto závažněji neovlivňuje vlastnosti soustavy. V těsnění £ je uchycen držák jehož středem prochází jeden přívod 7_ od střední elektrody 5 a druhý přívod od polepů piezoelektických, tloušťkově kmitajících destiček 3 a 4, které jsou spojeny svorníkem.

Oba vlnovodné nástavce 1., 2. jsou na stejném elektrickém potenciálu a jsou uzemněny. Takto vytvořený souměrný přímovyzařující měnič může být ponořen do čistící kapaliny například do nádoby, jejíž stěny mají být čištěny kavitačním účinkem, například hlava spalovacího motoru. Po vložení měniče s čistící kapalinou v důsledku elektroakusticky vybuzené kavitáce dochází k čištění stěn nádoby a předmětů umístěných uvnitř. Těsnění zabraňuje vnikání kapaliny k elektroakusticky aktivním částem a musí být tedy z materiálu, který odolává chemickým účinkům čistící kapaliny.

Spojením několika takto vytvořených měničů lze vytvořit celek, umožňující vyzáření většího výkonu. Jako příklad je uvedeno spojení tří shodných měničů v jeden celek. Měniče jsou vytvořeny každý vždy ze dvou vlnovodných nástavců, po řadě 11, 21 a 12, 2_2_ a 13, 23, tvořících radiátory, dále vždy po řadě ze dvou piezoelektrických, tloušťkově kmitajících destiček 31. 41 a 32, 42 a 33, 43 a ze středových elektrod po řadě 51, 52 a 53.

Tyto měniče jsou opatřeny ochranným těsněním 2 ^a tvoří kompaktní celek. Elektricky jsou všechny měniče spojena paralelně, k čemuž slouží první vodiče 7., 71, 72 vzájemně propojující příslušné středové elektrody 51, 52, 53 a druhé vodiče j$, 81, 82 mezi sebou propojující první vlnovodné nástavce 21, 22 a 23, s nimiž jsou elektricky spojeny druhé vlnovodné nástavce 11, 12 a 13.

Do těsnění j> je zakotven držák 2/ tvořený trubicí a sloužící jako držák celého zařízení umožňující snadnou manipulaci s měniči v čistící lázni. Popsané řešení měniče lze s výhodou též aplikovat pro současné vyzařování do dvou oddělených kapalných prostředí. Funkce měniče je táž jako v předchozím případě, avšak lze dosáhnout většího vyzařovacího výkonu.

Další variantou je měnič, tvořený prvním a druhým vlnovodným nástavcem 1. a .2 ve funkci radiátorů, dvou piezoelektrických, tloušťkově kmitajících destiček 3, 4., střední elektrody 5 a těsnění £. Těsnění 6^ je uloženo ve vzájemně rovnoběžných stěnách, dvou shodných oddělených nádob 101 a 102 s kapalným prostředím 103 a 104. Měnič má opět dva přívody 7 a 8.

Měnič prochází do těchto dvou nádob 101 a 102 tak, že první vlnovodný nástavec 1. vyzařuje do jednoho kapalného prostředí 103 a druhý vlnovodný nástavec 2 do druhého kapalného prostředí 104. Obě nádoby 101 a 102 tvoří s měničem, případně několika měniči, kompaktní celek, ku příkladu tak, že obě nádoby 101 a 102 jsou vzájemně spolu mechanicky spojeny a těsnění 6 vůči nádobě 101 a 102 zabraňuje unikání kapaliny. Povrch vlnovodných nástavců .1, 2 je chráněn proti účinkům kavitační eroze například tvrdým chromováním.

Po připojení elektrického napětí na přívody 7_ a £ dojde k rozkmitání symetrického ultrazvukového měniče, který je symetricky zatížen dvěma oddělenými kapalnými prostředími 103, 104, která vytvářejí stejné zatěžovací impedance. V těchto kapalných prostředích 103, 104 se vytvoří intenzivní kavitační pole, které se s výhodou použije pro čištění předmětů, uložených v kapalině, například strojních součástí, elementů pro mikroelektroniku a podobně.

Pro vyzařování do kapalného prostředí lze realizovat měnič podle vynálezu též s vlnovodnými nástavci nekonstantního průřezu, například kuželového tvaru. Vlnovodné nástavce 111 a 112 tvořící radiátory, mají tvar divergentního kuželovitého vlnovodu a svírají mezi sebou piezoelektrické, tloušťkově kmitající, destičky 2 ^a A ^a střední elektrodu 5_. Těsnění 6 umožňuje podobně jako v předešlém příkladě umístit měnič do stěn nádob 101 a 102.

Funkce tohoto měniče je táž jako v prvním případě s tím, že jelikož radiátory mají tvar divergentních vlnovodů, dochází k vyzařování z větší plochy a tím i k lepšímu impedančnímu přizpůsobení zářiče na kapalné prostředí.

Využití vynálezu je velmi široké a výhodné, zejména v oblasti ultrazvukového čištění. Ponorný měnič realizovaný podle obr. 1 a obr. 2 lze vkládat do nádob s kapalinou a využívat účinků intenzivního ultrazvukového pole k čištění. Takto lze s výhodou čistit vnitřní Části a stěny útvarů, které jinou cestou lze Čistit velmi nesnadno.

Zařízení podle vynálezu má široké uplatnění ve všech výrobních a technologických procesech, kde se používá ultrazvukové čištění - ve strojírenství, v mikroelektronice, v chemickém průmyslu a v dalších oblastech, například v lékařství apod.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Ultrazvukový přímovyzařující měnič pro vyzařování do kapalného prostředí, zejména za účelem ultrazvukového čištění, složený ze dvou vlnovodných nástavců a střední elektroakusticky aktivní části, tvořené nejméně dvěma tloušťkově kmitajícími destičkami z piezoelektrického nebo elektrostrikčního materiálu a střední elektrody, vzájemně spojených, vyznačující se tím, že první vlnovodný nástavec (1) a/nebo druhý vlnovodný nástavec (2) je ve styku s kapalným prostředím (103) a/nebo (104) a střední elektroakuticky aktivní část je obepnuta těsněním (6) z poddajného, účinkům kapaliny odolávajícího a elektricky izolujícího materiálu.
2. 2. Ultrazvukový přímovyzařující měnič podle bodu 1, vyznačující se tím, že v těsnění (6) je uchycen držák (9).
3. 3. Ultrazvukový přímovyzařující měnič podle bodu 1, vyznačující se tím, že těsnění (6) je uloženo ve vzájemně rovnoběžných stěnách dvou oddělených nádob (101) a (102) s kapalným prostředím (103) a (104).