Внедрение передовых энергосберегающих технологий выдвинуло на передовые рубежи прогресса новое устройство бытового назначения — ультразвуковое стирающее устройство. Стирка ультразвуком происходит за счет периодического формирования в объеме жидкости волн сжатия-разрежения, возникающих в практически несжимаемой среде — воде. Белье, помещенное в такую жидкость, подвергается интенсивному гидроакустическому воздействию. Гидроакустические волны инициируют появление микроскопических пузырьков газа, которые способствуют отделению микрочастиц грязи из объема стираемого белья. При образовании и последующем схлопывании (разрушении) пузырьков газа образуется озон, стерилизующий белье. В ряде случаев, при большой энергии ультразвуковых колебаний, может наблюдаться сонолюминесценция — свечение жидкости, особенно заметное в далеененном помещении.
Преимуществом стирки с использованием ультразвуковых колебаний является то, что белье не деформируется, не истирается и не рвется. Можно стирать даже шерстяные изделия и тонкое белье. Помимо стирки и дезинфекции белья, можно обрабатывать овощи и фрукты, предназначенные для консервации, обеззараживать воду.
Появившиеся на рынке ультразвуковые стирающие устройства (УЗСУ) типа «Бионика» [1] представляют собой компактный электрический прибор массой 200 г. «Бионика» состоит из сетевого адаптера — источника питания и собственно УЗСУ. Само устройство в целях сохранения «ноу-хау» залито компаундом, и описание его принципиальной схемы и значимых для воспроизведения характеристик не приводится. Но, имея полученные путем замеров и анализа режимов устройства вторичные характеристики, можно представить одну из возможных схем УЗСУ в следующем виде (рис.1).
УЗСУ состоит из источника питания (микросхема DA1), 2-х взаимосвязанных генераторов, работающих на частотах 10 кГц и 1 МГц (микросхема DD1), выходного каскада на транзисторе VT1 и активатора-излучателя, подключаемого к точкам С и D устройства. Источник питания в прототипе выполнен нерегулируемым, рассчитанным на максимальную мощность, потребляемую от сети — 3 Вт, что достаточно для стирки белья в объеме жидкости 10…25 литров. Более целесообразным представляется обеспечить УЗСУ плавной регулировкой выходной мощности. На рис.1 в разрыв между точками А и В включен регулируемый источник стабилизированного постоянного тока (25…1000 мА). На рис.2 показана схема регулируемого источника питания (5…13 В). Генератор пакетов импульсов выполнен по традиционной схеме на микросхеме DD1 и особенностей не имеет. Номиналы RC-элементов высокочастотной части генератора могут быть откорректированы при настройке частоты в резонанс с частотой ультразвукового излучателя-активатора. Микросхема DA1 и транзистор VT1 должны быть установлены на теплоотводящих пластинах.
Наиболее проблематичным в практической реализации УЗСУ является выбор ультразвукового излучателя-активатора и обеспечение его гидроизоляции при одновременном достижении максимальной отдачи энергии ультразвуковых колебаний в окружающую среду (жидкость). Обычно в качестве ультразвукового излучателя используют пьезокерамику — титанат бария, стронция, излучатели на ферритовых или пермаллоевых сердечниках, пьезокварцевые пластины (рис.3) [2-4], что открывает широкое поле для эксперимента. Одним из интересных вариантов получения ультразвуковых колебаний является просто пропускание импульсов электрического тока через воду с использованием системы близко расположенных электродов, подключенных к точкам А и В устройства. Периодическое прохождение импульсов тока между электродами вызовет акустическую электростимулированную модуляцию раствора. В качестве электродов можно рекомендовать алюминий или графит. При стирке должна быть обеспечена надежная развязка от питающей сети. Емкость для стирки (ведро, таз) должны быть удалены от заземленных предметов и установлены на сухом полу. Акустические колебания в стирающем растворе можно возбуждать и в диапазоне звуковых частот. Эксперименты показали, что стирка в таких условиях происходит с приемлемым по сравнению с прототипом результатом.
Особенности стирки с применением УЗСУ — в стирающий раствор засыпают слишь же стирающего порошка, как и при ручной стирке, температура воды должна быть порядка 65°С. Белье должно свободно плавать в растворе, изредка его следует помешивать деревянным щипцами. Сильно загрязненные участки белья рекомендуется дополнительно намылить. Процесс стирки длится 30…40 минут или более (в зависимости от КПД ультразвукового активатора). Полоскать белье можно также с использованием УЗСУ. Следует отметить, что опыт оптимального использования УЗСУ появляется после нескольких стирок.