JP6134138B2 - 洗浄装置、洗浄方法、およびそのモニター方法 - Google Patents
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Description
Fco = 2.4048c/2πa ...(式1)
ここで、cは流体内における音速を示し、aは液体流半径を示している。例えば、約10mmの内径の流出口の場合で、かつ1500m/secの液体中の音速を仮定すると、最低モードに対する液体流のカットオフ周波数は約114kHzである(高次モードは高カットオフ周波数を有している)。しかしながら、後で検討するように、流体特性と気泡の閉じ込めは、カットオフ周波数に影響を与える。例えば、気泡は液体中の音速を下げ、従って、モードのカットオフ周波数を低くする。
Claims (36)
- 表面を洗浄するための装置であって、前記装置は、チャンバーを形成する本体と、前記チャンバーに液体流を入れるための入口と、前記チャンバーから液体流を出すための出口と、前記出口に連結され、表面を洗浄するための液体の出力流を発生するためのノズルと、前記本体に連結され、音響エネルギーを前記チャンバー内の液体に導入して、前記音響エネルギーが前記ノズルから流出する液体内に存在するようにする音響変換器と、前記ノズルから流出する液体内に気泡を発生させるための気泡発生器と、を有し、前記本体および前記ノズルのうちの少なくとも前記ノズルは、圧力解放境界を提供する材料から形成されていることを特徴とする装置。
- 前記気泡発生器は、液体内に電解的に気泡を発生させる電極を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電極は、液体流の方向を横切るように延びる導電性導線の配列を有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記気泡発生器は、前記ノズル内に配置されることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記気泡発生器を制御して気泡のパルスを発生させる、前記気泡発生器用の第一の制御装置をさらに有することを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記音響変換器を制御して音響エネルギーのパルスを発生させる、前記音響変換器用の第二の制御装置をさらに有することを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記第二の制御装置は、前記音響変換器を断続的にオンオフ切り替えして前記音響エネルギーパルスを発生させることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記音響エネルギーパルスの振幅または周波数変調を行う変調器をさらに有することを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記第一の制御装置と前記第二の制御装置は、気泡のパルスと音響エネルギーのパルスが相互に制御された時間的関係を有して発生するように、連係されていることを特徴とする請求項5に従属する請求項6から8のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記本体は、前記音響変換器が取り付けられた壁部と、前記壁部から前方に延びる構成要素とを有し、前記壁部と前記構成要素は、前記音響変換器から前記出口に向かって延びるチャンバーを形成することを特徴とする請求項1から9のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記壁部は後壁であり、前記構成要素は、前記壁部から前方に延びて前記出口と連通する比較的小さい半径の端部を形成する略円錐形であり、前記壁部および前記構成要素は前記音響変換器から前記出口に向けて延びる、半径が小さくなる略円錐のチャンバーを形成することを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記構成要素は、圧力解放物質で形成されてなることを特徴とする請求項10または11に記載の装置。
- 前記圧力解放物質は、細胞状泡沫物質またはゴムであることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 複数の入口通路を有する入口マニホルドをさらに有し、前記複数の入口通路は、それぞれ、入口端部で前記入口に連結され、出口端部で前記本体に連結されることを特徴とする請求項1から13のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記入口内に遮音装置をさらに有することを特徴とする請求項1から14のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記表面の洗浄をモニターするための装置をさらに有し、前記モニター装置は、電気化学セルを形成する、第一の電極および第二の電極を有し、それぞれ、前記表面の一部に配置され、抵抗測定装置によって相互接続されてなることを特徴とする請求項1から15のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 界面活性剤を前記液体に添加するための装置をさらに有することを特徴とする請求項1から16のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 表面を洗浄するための方法であって、前記方法は、圧力解放境界を提供する材料から形成されているノズルからの液体流を前記表面に向けて導くステップを有し、前記液体流は音響エネルギーを有し、前記ノズルから流出する前記液体内に気泡を伴うことを特徴とする方法。
- 前記液体内に気泡を発生させるステップをさらに有することを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記気泡を前記液体内に電解的に発生させることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記気泡を、前記ノズル内または前記ノズルの自由端からある距離だけ離れたところで発生させることを特徴とする請求項19または20に記載の方法。
- 前記音響エネルギーのパルスを発生させるステップをさらに有し、前記音響エネルギーのパルスは前記表面に向けて導かれることを特徴とする請求項18から20のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記パルス内の前記音響エネルギーは、振幅または周波数が変調されることを特徴とする請求項22の方法。
- 前記気泡および前記音響エネルギーは、相互に制御された時間的関係を有するパルスの形態で発生することを特徴とする請求項18から23のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記気泡および前記音響エネルギーは、実質的に同時に前記表面に衝撃を与えることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記音響エネルギーは、前記液体流が音響変換器から前記ノズルに延びるチャンバーを通って流れるときに、前記音響変換器によって前記液体に導かれることを特徴とする請求項18から25のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記チャンバーは、前記音響変換器から前記ノズルに向かって延びる、半径が減少する略円錐のチャンバーであることを特徴とする請求項26に記載の方法。
- 前記チャンバーへ入る液体流は入口マニホルドによって複数の平行流に分割され、前記入口マニホルドは複数の入口流路を有し、前記入口流路は、それぞれ、入口端部で前記入口に連結され、出口端部で前記チャンバーに連結されることを特徴とする請求項26または27に記載の方法。
- 遮音装置を設けることにより前記チャンバーの入口管路を前記音響変換器から音響的に分離するステップをさらに有することを特徴とする請求項26から28のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体は、気泡が合体することなく、気泡の径を安定的に制御する界面活性剤を含有することを特徴とする請求項18から29のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記音響エネルギーは、前記表面で前記気泡の非慣性崩壊を起こすように制御されることを特徴とする請求項18から30のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記音響エネルギーは、前記表面から少し離れて前記気泡の慣性的キャビテーションを起こすように制御されることを特徴とする請求項18から31のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記音響エネルギーは、前記気泡中に表面波を発生させることを特徴とする請求項18から32のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 電気化学的セルを形成する第一の電極および第二の電極を被洗浄面の各部にそれぞれ配置し、前記第一の電極および第二の電極の間の抵抗を測定することにより前記表面の洗浄をモニターするステップをさらに有することを特徴とする請求項18から33のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の電極は前記表面の外部に配置され、前記第二の電極は洗浄する空洞、凹部または細孔に配置されることを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 前記抵抗の低下を測定して前記空洞、凹部または細孔の洗浄を示すステップを有することを特徴とする請求項35に記載の方法。
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