Очистное устройство и способ очистки, и ее мониторинг

Очистное устройство и способ очистки, и ее мониторинг

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к очистному устройству и способу очистки, и к способу мониторинга очистки.

Очистка является существенной частью многих исследовательских, промышленных процессов и коммунальных услуг, три очевидных примера которых представляет производственная деятельность, здравоохранение и лабораторная работа. Очистка зачастую оказывается непростой: очищаемый объект может быть сложным, со многими недоступными щелями или камерами, и потенциальное загрязнение может быть очень опасным (хороший пример представляет эндоскоп для биопсии). Очищаемый объект также может быть чувствительным к обращению (хорошими примерами этого являются салат и материалы растительного происхождения, микрочипы, мясо, материалы судебной экспертизы и т.д.), или допускающим минимальные степени процарапывания и повреждения (таким как оптические линзы, ювелирные изделия, стекла и поверхности престижных часов, или внешняя отделка престижных автомобилей). Часто бывает ограниченным время, отведенное на очистку, что является обязательным условием при перемещении объекта на следующий этап обработки или на использование после его очистки (либо ввиду ограниченного числа предметов, доступных для использования - как в случае эндоскопа -, либо вследствие того, что задержка с подачей сырья нарушает режим работы - как в примере салата).

При очистке расходуют огромное количество воды, даже для «натуральных» продуктов: производство 1 тонны шерсти в настоящее время требует использования примерно 500 тонн воды. Когда рассматривают биологически опасные отходы больницы или скотобойни, или очистку, связанную с химическими и ядерными реакторами, весьма острой проблемой становится охрана водных ресурсов. Требование тщательной очистки часто противоречит требованиям сохранить очищаемый целевой объект от повреждения, не использовать чрезмерное количество воды, не загрязнять окружающую среду химическими стоками и не применять избыточную энергию или рабочую силу или время.

Ультразвуковая очистка была известна в технологии в течение многих лет применением «ультразвуковых очистных ванн», при котором инерционная кавитация и генерирование высокоскоростных жидкостных струй в результате захлопывания пузырьков обусловливают удаление поверхностных загрязнений. Использование кавитации в ультразвуковых очистных ваннах в течение десятилетий привело к созданию ультразвуковых очистных установок, которые пригодны для таких вариантов применения, в которых очищали прочные объекты (то есть, где повреждение кавитационной эрозией не является проблемой), и где размер очищаемого объекта является достаточно малым для погружения, и где отсутствует срочность очистки, которая потребовала бы применения портативного дезактивационного устройства для проведения немедленной очистки прямо на месте, обусловленной, скажем, случайным загрязнением. Во многих ситуациях такой очистки образцы либо очищают перед дальнейшей обработкой, либо распределяют внутри подходящей среды как часть более масштабной методологии. Затем очистка или обработка упрощается применением ультразвуковой ванны. Это неизменно включает погружение подходящего контейнера внутри ванны.

Очищающее действие часто приписывают генерированию интенсивной кавитации внутри самого резервуара и взаимодействию этих событий со стенками обсуждаемого объекта. Очищающее действие относят на счет событий кавитации, где инерция жидкости проявляла доминирующее влияние на динамические характеристики пузырьков, например, когда высокоскоростная жидкостная струя проходит через пузырек в результате захлопывания стенок пузырька и генерирует взрывную волну при соударении с жидкостью или твердым телом; когда пузырьки захлопываются с почти сферической симметрией в событиях «переходной», или «инерционной», кавитации, создавая ударные волны в жидкости и химические частицы с высокой реакционной способностью, такие как свободные радикалы; и когда скопления пузырьков захлопываются в согласованном режиме, чем эти эффекты многократно усиливаются сравнительно с тем, чего можно было бы ожидать без кооперативного эффекта. Поэтому точный механизм часто связывают с «переходной кавитацией», или более точно, инерционной кавитацией, где фаза интенсивного захлопывания проявляется в локальном создании таких экстремальных условий.

Однако такие ультразвуковые очистные системы могут испытывать одну или более проблем с повреждением поверхностей, плохой очисткой, в особенности трехмерных поверхностей, например, щелей, и неспособностью очищать крупные объекты или поверхности. Кроме того, помещение очищаемого объекта в ультразвуковую очистную ванну может нарушать акустическое поле так, что ухудшается способность производить очистку.

Настоящее изобретение, по меньшей мере частично, нацелено на преодоление этих проблем известных способов очистки поверхностей, в частности, ультразвуковой очистки.

Настоящее изобретение представляет устройство для очистки поверхности, причем устройство включает корпус, определяющий камеру, впускной канал для течения жидкости в камеру, выпускной канал для течения жидкости из камеры, сопло, соединенное с выпускным каналом для формирования выходного потока жидкости для очистки поверхности, акустический преобразователь, связанный с корпусом, для введения акустической энергии в жидкость внутри камеры, в соответствии с чем акустическая энергия присутствует в жидкости, вытекающей из сопла, и генератор газовых пузырьков для создания газовых пузырьков внутри жидкости, вытекающей из сопла.

Генератор пузырьков предпочтительно включает электроды, которые предназначены для генерирования газовых пузырьков электролитическим путем внутри жидкости. Обычно электрод включает сетку из электропроводных проволок, протяженную поперек направления течения жидкости.

Необязательно, генератор газовых пузырьков размещают внутри сопла.

Устройство может дополнительно включать первое управляющее устройство для генератора газовых пузырьков, которое предназначено для управления генератором газовых пузырьков, чтобы генерировать импульсы газовых пузырьков.

Устройство может дополнительно включать второе управляющее устройство для акустического преобразователя, которое предназначено для управления акустическим преобразователем, чтобы генерировать импульсы акустической энергии. Второе управляющее устройство предпочтительно предназначено для периодического включения и выключения акустического преобразователя для создания импульсов акустической энергии. Устройство может дополнительно включать модулятор для амплитудной или частотной модуляции импульсов акустической энергии.

Первое и второе управляющие устройства предпочтительно согласованы так, что газовые пузырьки и импульсы акустической энергии генерируются во взаимно регулируемой временной взаимозависимости.

Этим согласованием обеспечивают то, что звук и пузырьки могут возникать в одно и то же время в местоположении очищаемой поверхности. Для достижения этого события можно варьировать их относительные временные режимы включения и выключения на сопле с учетом различных периодов времени распространения звука и перемещения пузырьков в жидкости, которая может представлять собой поток, и это зависит от длины жидкости между соплом и очищаемой поверхностью. Звук распространяется в жидкости со скоростью свыше 1 км/секунду, тогда как скорость пузырьков соотносится со скоростью течения жидкости. Как только звук включен, он также может быть подвергнут амплитудной или частотной модуляции. Таким образом, согласно этому особенно предпочтительному варианту исполнения, можно согласовывать во времени два эффекта: акустическое поле полностью отключается, в то время как скопление пузырьков генерируется и переносится на поверхность. Как только скопление достигло поверхности, активируется акустическое поле. Это акустическое поле может быть непрерывным или модулированным по амплитуде или частоте.

Акустическое поле выключается, пока пузырьки перемещаются по потоку, чтобы предотвратить захлопывание пузырьков во время их перемещения. Это является простейшим вариантом исполнения регулирования звука. Однако для некоторых вариантов применения (например, для малых объемов воды и надлежащих более высоких уровней содержания поверхностно-активного вещества) может оказаться ненужным полное отключение акустического поля в то время, как пузырьки перемещаются по потоку, и могут быть использованы другие варианты исполнения, например, переключение звука на гораздо более высокие частоты.

Корпус предпочтительно включает заднюю стенку, на которой монтируют акустический преобразователь, и протяженный от нее вперед по существу конический элемент со сформированным на нем наконечником с относительно малым радиусом, который сообщается с выпускным каналом, причем задняя стенка и по существу конический элемент определяют главным образом коническую камеру с уменьшающимся радиусом, протяженную от преобразователя в сторону выпускного канала. По существу конический элемент может иметь геометрическую форму конуса, или, альтернативно, может иметь негеометрическую форму, такую как форму рупора или форму колокола. По существу конический элемент может быть сформирован, например, из ячеистого вспененного материала или резины. Могут быть применены другие материалы. Выбор материала определяется требованием соответствия (настолько тесного, насколько это осуществимо) акустических граничных условий на стенке внутри конуса граничным условиям в сопле и потоке жидкости, как только она покидает сопло, во избежание резких несовпадений импеданса между конусом, соплом и потоком жидкости, которые воспрепятствовали бы прохождению акустической энергии вдоль потока.

Кроме того, конструктивный принцип, использованный для камеры и сопла, применяемых в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, состоит в том, что акустическое граничное условие на внутренней стенке камеры и сопле должно соответствовать акустическому граничному условию, которое будет иметь место в потоке жидкости, когда она выходит из сопла. В раскрытых здесь вариантах исполнения создают поток жидкости в свободном воздухе, и поэтому внутренняя стенка камеры должна быть поглощающей давление, и тем самым для создания такой поглощающей давление границы использовали поглощающий давление материал, такой как ячеистый вспененный материал или резина. Однако если в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения очищающую струю жидкости (например, воды) не направляют в воздух, но вместо этого впрыскивают в еще одно очищаемое изделие, например, в трубку, например, для очистки эндоскопа с узким внутренним диаметром, в этом варианте исполнения применяли бы камеру с состоянием внутренней стенки, которое согласуется с соответствующим акустическим граничным условием изделия, и характеристика поглощения давления может не понадобиться.

Устройство может дополнительно включать впускной коллектор, который включает многочисленные впускные патрубки, каждый из которых на впускном конце соединен с впускным каналом, и на выпускном конце с корпусом и/или звукоизолирующим устройством во впускном канале.

Устройство также может включать устройство для добавления поверхностно-активного вещества к жидкости.

Настоящее изобретение дополнительно представляет способ очистки поверхности, причем способ включает стадию, в которой: направляют в сторону поверхности поток жидкости из сопла, причем поток жидкости включает акустическую энергию и увлеченные газовые пузырьки внутри жидкости, вытекающей из сопла.

Поверхность может представлять собой наружную поверхность или внутреннюю поверхность, например, полости. Поток жидкости может быть направлен на поверхность или вблизи поверхности, например, впрыскиванием жидкости внутрь трубки (например, эндоскопа) или трубы, такой как сопло автомата по продаже напитков.

Способ может дополнительно включать стадию, в которой газовые пузырьки генерируют внутри жидкости электролитическим путем.

Газовые пузырьки предпочтительно генерируют внутри открытого конца сопла или на расстоянии от него. Например, было найдено, что, если генератор газовых пузырьков, например, электролизные проволоки, образующие газовые пузырьки, был размещен на небольшом расстоянии, таком как около 1 см, от распылителя сопла, может быть повышена стабильность потока жидкости.

Газовые пузырьки предпочтительно генерируют в периодическом режиме.

Способ дополнительно может включать стадию, в которой генерируют импульсы акустической энергии.

Кроме того, акустическая энергия в пределах импульсов может быть модулирована по частоте или амплитуде.

Поток жидкости предпочтительно воздействует на поверхность волнами пузырьков и импульсами акустической энергии, которые по существу одновременно достигают поверхности.

Акустическую энергию предпочтительно сообщают жидкости с помощью акустического преобразователя, когда жидкость протекает через главным образом коническую камеру с уменьшающимся радиусом, протяженную от преобразователя в сторону сопла.

Такая коническая камера не является обязательной, и в определенных вариантах применения могут быть использованы камеры другой формы, например, с постоянным поперечным сечением, сформированные корпусом, таким как цилиндрическая труба.

Поступающий в камеру поток жидкости предпочтительно разделяют на многочисленные параллельные потоки с помощью впускного коллектора, который включает многочисленные впускные патрубки, каждый из которых на впускном конце соединен с впускным каналом, и на выпускном конце с камерой.

Способ может дополнительно включать стадию, в которой впускной трубопровод камеры акустически изолируют от акустического преобразователя.

Настоящее изобретение дополнительно включает способ очистки поверхности, причем способ включает стадию, в которой создают газовые пузырьки на поверхности и используют модулированную акустическую энергию для генерирования поверхностных волн в пузырьках, чтобы вызвать неинерционное захлопывание пузырьков.

Пузырьки и акустическая энергия предпочтительно находятся в потоке жидкости, направленном на поверхность.

Поверхность обычно включает по меньшей мере одну полость, выемку или пору, и пузырькам сообщают такие размеры, чтобы они были способны входить по меньшей мере в одну полость, выемку или пору.

Акустическая энергия предпочтительно возбуждает поверхность пузырьков, когда пузырьки находятся по меньшей мере в одной полости, выемке или поре.

Пузырьки и акустическую энергию предпочтительно направляют к поверхности в виде импульсов так, что импульсы пузырьков и акустической энергии попадают на поверхность по существу одновременно.

Настоящее изобретение, по меньшей мере частично, основывается на полученных авторами настоящего изобретения сведениях, что когда проводят ультразвуковую очистку, для очистки не требуется генерировать инерционную кавитацию. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения представлено очистное устройство, предназначенное для достижения поверхностной очистки (обеззараживания) применением действия пузырьков на поверхность (или внутри щели внутри поверхности), стимулированного акустическим воздействием. Этим избегают инерционного захлопывания на поверхности раздела и тем самым связанных с этим паразитных эрозионных механизмов известных систем и способов ультразвуковой очистки. Однако, необязательно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения можно генерировать инерционную кавитацию, если очищаемая поверхность является достаточно прочной.

Без намерения вдаваться в теорию, представляется, что в соответствии с предпочтительными аспектами настоящего изобретения процесс перемещения пузырьков контролируется давлением внутри газовой фазы, которая обусловливается скорее неинерционной кавитацией, нежели инерционными силами по сходящимся направлениям в жидкости, которые приводят к инерционному захлопыванию. Очистка может быть дополнительно интенсифицирована созданием поверхностных волн на стенках пузырьков (иногда также называемых колебаниями формы пузырьков). Поэтому устройство и способ согласно настоящему изобретению предпочтительно предназначены для создания пузырьков вне поверхности раздела твердого тела и жидкости, но близко к ней на очищаемом объекте, и затем направления их на поверхность с помощью надлежащей акустической волны, достаточной, чтобы обусловить неинерционное захлопывание и, если это применимо, образование поверхностных волн на стенке пузырьков.

Однако, как описано выше, для некоторых особенно прочных поверхностей может быть дополнительно создано инерционное захлопывание на поверхности, которое может обеспечивать усиленную очистку без чрезмерного повреждения поверхности.

Дополнительным признаком предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является передача такой очищающей способности, с использованием неинерционной кавитации, по потоку жидкости или шлангу/отводу, чем избегают необходимости в погружении и тем самым делают устройство портативным. Это может быть достигнуто надлежащим приспособлением существующих очистных систем, в которых в настоящее время применяют шланги или отводы для подачи потока очищающей текучей среды. Такое устройство предпочтительных вариантов исполнения системы согласно настоящему изобретению также может сберегать воду и/или энергию, по сравнению с известной погружной системой.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут представлять оборудование и способы, в которых привлекают новый вариант применения возбуждения газовых пузырьков внутри жидкостей с конечной целью обеззараживания поверхности. В соответствии с изобретением может быть очищена по существу любая поверхность, которая варьирует от внутренних или наружных поверхностей, твердых или мягких поверхностей, неорганических объектов (например, эндоскоп), органических или живых организмов, в том числе продуктов питания (например, складок на салате-латуке), человеческой кожи (например, под ногтями на пальцах рук у хирурга), с использованием переносных или закрепленных шлангов и отводов (например, для судебных экспертиз, аутопсии, археологических экспертиз). Поверхность для обеззараживания могла бы включать строения, оборудование, инфраструктуру (например, скотобойни, больничные палаты, операционные), и связанные с ними объекты, находящиеся внутри них (например, персонал, клавиатуры, телефоны и т.д.) или используемые снаружи. В частности, в этих устройстве и способах применяют целенаправленное возбуждение пузырьков на поверхности раздела фаз или внутри поры, полости, выемки, щели, трубки, трубы или камеры. Как было показано, эти пузырьки выполняют полезную работу, включающую очистку поверхности, поры, полости, выемки или щели внутри поверхности, или очистки в трубке, трубе или камере. По существу, этим представлен новый и эффективный способ очистки широкого многообразия поверхностей.

В частности, настоящее изобретение, по меньшей мере частично, основывается на полученных авторами настоящего изобретения сведениях, что очистка поверхности может быть достигнута созданием колебания пузырьков (включающего поверхностные волны), инициируемого надлежащим акустическим возбуждением. Кроме того, очистка щелей может быть достигнута в результате захвата пузырьков в порах и других особенностях поверхностного рельефа, включающего, но не ограничивающегося таковым, захват в результате процессов течения, гидродинамических эффектов или сил акустического излучения. Эти пузырьки колеблются и удаляют материал из щели. Акустическое возбуждение в этих событиях может быть достигнуто вдоль текущего потока жидкости. Эффекты совокупности пузырьков могут быть приспособлены для обеспечения возможности передачи звука по жидкости на очищаемую поверхность. Проточное устройство, геометрическая форма, материалы и акустические характеристики совокупности пузырьков могут обеспечить эффективный перенос акустической энергии на очищаемую поверхность. Могут быть применены относительно низкие скорости течения, сводя к минимуму отходы моющего раствора.

В качестве дополнительного предпочтительного механизма формирования пузырьков была разработана и эксплуатировалась технология электрохимического зародышеобразования пузырьков. Импульсное генерирование пузырьков (создающее скопление пузырьков) в сочетании с импульсным акустическим возбуждением может создавать «активные» пузырьки на очищаемой поверхности. Модулированное по амплитуде или частоте акустическое поле, связанное с акустической энергией, по выбору включаемое и выключаемое, может быть использовано для максимизации акустического давления, передаваемого устройством на поверхность раздела фаз в присутствии надлежащего скопления пузырьков. Импульсное генерирование пузырьков и импульсное акустическое возбуждение можно независимо регулировать так, чтобы на сопле генерирование пузырьков было независимым от генерирования импульсов акустического возбуждения, и таким независимым регулированием можно независимо варьировать импульсы пузырьков и импульсы акустической энергии, чтобы на очищаемой поверхности пузырьки и импульс акустической энергии могли поступать на поверхность или вблизи нее по существу одновременно для обеспечения эффективной очистки субстрата акустической энергией, вызывающей неинерционную кавитацию пузырьков на поверхности или вблизи нее.

Для такой пульсации акустической энергии нет необходимости в выключении акустического поля между импульсами, но вместо этого можно модулировать акустическую энергию путем амплитудной или частотной модуляции, чтобы создавать акустические импульсы с высокой энергией с интервалами низкоэнергетического фона.

В некоторых вариантах исполнения звук отключают, когда скопление пузырьков перемещается по потоку (для предотвращения акустически индуцируемого слияния пузырьков), и затем звук включают для создания модулированного импульса акустической энергии, как только скопление пузырьков достигает очищаемой поверхности. Как только эти пузырьки выполнили некоторую очистку и начали распределяться в потоке, звук выключают, и генерируют еще одно скопление пузырьков на сопле, и процесс повторяется.

Независимое регулирование может быть достигнуто, принимая во внимание тот факт, что звук распространяется в потоке жидкости с иной скоростью, нежели пузырьки. Согласование подачи тока, используемого для генерирования пузырьков и звука, является таким, чтобы обеспечивать поступление как скопления пузырьков, так и ультразвука на поверхности в одно и то же время. На основе этого критерия различные периоды времени перехода пузырьков и звука по трубе обусловливают временной режим активации токов, которые генерируют звук и пузырьки так, чтобы их включения могли быть ступенчатыми, если так предписывает согласование временного режима. Лежащая в основе этого техническая концепция состоит в использовании различных времен распространения их по потоку жидкости для обеспечения того, что пузырьки и акустическая энергия одновременно достигнут поверхности, которая должна очищена.

В дополнение, новые электрохимические способы могут быть использованы для мониторинга степени in situ очистки в результате воздействия потока текучей среды и пузырьков на поверхность. Изобретение также включает устройство для мониторинга эффективности очистки путем применения датчиков вблизи местоположения, где должна находиться очищаемая поверхность, или внедренных в эту поверхность.

Соответственно этому, очистное устройство может дополнительно включать устройство для мониторинга очистки поверхности, причем устройство включает первый и второй электроды, образующие гальванический элемент, предназначенные для соответственного размещения на участке поверхности и соединенные между собой через устройство для измерения электрического сопротивления.

Настоящее изобретение дополнительно представляет способ мониторинга очистки поверхности, устройство, включающее размещение первого и второго электродов, образующих гальванический элемент, на соответственных участках очищаемой поверхности, и измерение электрического сопротивления между ними.

Обычно первый электрод размещают в очищаемой полости, выемке или поре, и второй электрод размещают на наружном участке поверхности.

Способ предпочтительно включает стадию, в которой определяют снижение электрического сопротивления как показатель очистки полости, выемки или поры.

Для устройства в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения материал и форма сопла, и частота акустического возбуждения могут быть выбраны так, чтобы по меньшей мере одна мода не была быстро затухающей в потоке жидкости. Сопло может быть сконструировано так, чтобы предотвращать сильное несовпадение импеданса между акустическим полем в коническом корпусе и акустическим полем в потоке жидкости. Для некоторых вариантов применения (например, если поток жидкости окружен газом, как только он покидает сопло) конкретное (но не исключительное) предпочтительное проявление этого состоит в использовании в конструкции сопла и/или конического корпуса материалов, которые являются всецело (или близко к этому) поглощающими давление. Скорость течения и конструкция сопла могут быть выбраны так, что поток жидкости не утрачивает целостности, прежде чем он достигнет целевой очищаемой поверхности (например, распадается на капли, увлекает нежелательные пузырьки и т.д.), до такой степени, что это затрудняло бы распространение звука от сопла до цели. Форма конического корпуса может быть скомпонована так, чтобы содействовать передаче звука от конуса до потока жидкости и впоследствии через сопло. Модулированное по амплитуде или частоте акустическое поле может резко улучшить передачу давления внутри текучей среды, протекающей через устройство к целевому субстрату.

Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны только в порядке примера, с привлечением сопроводительных чертежей, где:

Фиг.1 представляет схематический вид сбоку очистного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет схематический вид сбоку очистного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 представляет схематический перспективный вид очистного устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 представляет схематический вид альтернативной формы конуса для применения в любом из вариантов исполнения очистного устройства согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 представляет схематическое изображение, как вид сбоку, последовательности стадий цикла очистки, показывающее генерирование импульсов акустической энергии и импульсов газовых пузырьков, производимых любым из вариантов исполнения очистного устройства согласно настоящему изобретению;

Фиг.6 показывает фазовое соотношение между (а) генерированием акустической энергии (звука) и (b) формированием пузырьков для создания импульсов относительно времени, на сопле в любом из вариантов исполнения очистного устройства согласно настоящему изобретению, и дополнительно показывает модуляцию акустической энергии;

Фиг.7 показывает сигнал акустического давления, зарегистрированный на целевой поверхности для последовательности модулированного и немодулированного давления, с использованием рабочего цикла, показанного в фиг.6;

Фиг.8 показывает взаимосвязь между давлением и временем, измеренным на гидрофоне, генерированным акустической энергией, либо в непрерывной, либо в модулированной моде, в очистном устройстве любого из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.9 показывает взаимосвязь между сопротивлением и временем, измеренным на поверхности, либо чистой, либо загрязненной, для применения в способе мониторинга очистки поверхности согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

С привлечением фиг.1 показано очистное устройство в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Очистное устройство, в целом обозначенное кодовым номером 2 позиции, включает пустотелый корпус 4, определяющий центральную камеру 6. Корпус 4 имеет заднюю стенку 8 и по существу конический элемент 10, протяженный вперед от нее, который завершается размещенным спереди отверстием 12. Обычно как элемент 10, так и стенка 8 имеют вращательную симметрию, то есть, являются круглыми, хотя может быть использованы другие геометрические формы. В этом описании термин «по существу конический» следует толковать широко с включением конструкций, которые имеют не только геометрическую коническую форму, но и также конструкции, которые, например, являются колоколообразными, имеющими вогнутую внутреннюю стенку, если смотреть изнутри, как показано в фиг.1, или имеют постоянный угол полураствора, как показано в фиг.2, или являются подобными рупору, как показано в фиг.4 (то есть, имеет выпуклую внутреннюю стенку, если рассматривать изнутри). Соответственно этому, элемент 10 формирует конический корпус, такой как колоколообразная или рупорообразная конструкция, и для краткости может называться далее просто «рупор».

Сопло 14 выступает вперед из отверстия 12 и определяет жидкостный выпускной канал 16. Жидкостный впускной канал 18 размещен на задней стенке 8 или рядом с нею. Трубопровод 20 для подачи жидкости, обычно в форме гибкого шланга, сообщается с впускным каналом 18. На задней стенке 8 смонтирован акустический преобразователь 22. Работу преобразователя 22 контролирует управляющее устройство 23. Преобразователь 22 обычно установлен на наружной поверхности стенки 8 и занимает значительную часть площади поверхности стенки 8. В альтернативном варианте, преобразователь может быть встроен в камеру на задней стенке или сквозь нее. Действительно, тогда для достижения условия поглощения давления в стенках камеры (например, нужно было впрыснуть поток в полость, такую как внутренний канал эндоскопа) в устройстве либо может быть применен преобразователь на задней стенке, либо, альтернативно, делают внутреннюю поверхность рупора включающей преобразователь. Следует отметить, что преобразователь мог бы быть смонтирован где-то еще таким образом, как на стенках рупора или сопла, при условии, что для конкретного варианта применения не потребовалось бы согласование граничного условия поглощения давления, как только поток покинул сопло (например, если поток использовали бы для очистки внутренности эндоскопа).

При применении жидкость непрерывно протекает через питающий трубопровод 20 в центральную камеру 6 и затем вперед через выпускной канал 16 сопла 14 с образованием потока 24 жидкости, который направлен на поверхность 26 очищаемого субстрата 28. Поверхность 26, в частности, может иметь трехмерные поверхностные признаки, такие как щель 30, показанная в преувеличенной форме в фиг.1.

Генератор 32 пузырьков размещают внутри сопла 14 выше по потоку, по направлению течения текучей среды, относительно выпускного канала 16. Генератор 32 пузырьков создает газовые пузырьки внутри потока жидкости так, что поток жидкости, сталкивающийся с поверхностью 26 субстрата, включает не только акустическую энергию от преобразователя 22, но также газовые пузырьки.

Существуют несколько подходов к зародышеобразованию газовых пузырьков в потоке жидкости, включающие нагнетание газа и in situ электрохимическое генерирование газовых пузырьков электрохимическим разложением воды в жидкости. Для in situ электрохимического генерирования газовых пузырьков введение электродов в конструкцию позволяет регулировать зародышеобразование, и предпочтительно этого достигают продеванием платиновых (Pt) проволок с диаметром 50-100 мкм через струю сопла (примерно за 1 см до выхода). Другие подходы включают применение одного или более электродов в потоке жидкости или в стенке сопла.

С привлечением фиг.2, в этом модифицированном варианте исполнения задняя стенка 40 составлена пластиной, например, из пластика или металла, такого как алюминий или нержавеющая сталь, имеющей жидкостный впускной канал 42 в ней и акустический преобразователь 44, который сам может включать усеченный конус 46, закрепленный или иным образом удерживаемый на задней поверхности пластины 40. По существу конический элемент 48, включающий рупор, выступает вперед от пластины 40 и формирует встроенное сопло 50, на котором размещен генератор 52 пузырьков.

В варианте исполнения согласно фиг.1 пустотелый корпус 4 может быть сделан в виде цельной детали и изготовлен из единого материала с задней стенкой 8, которая составляет цельную деталь с рупором 10. В этом варианте исполнения рупор состоит из материала, который может действовать как поглощающая давление поверхность раздела, когда на него направляют текучую среду, чтобы акустическая энергия в материале рупора эффективно и рационально передавалась в текущую жидкость на внутренней поверхности рупора. Назначение устройства согласно этому варианту исполнения состоит во введении акустической энергии в поток протекающей текучей среды и затем для направления этого потока через выпускной канал на обрабатываемую поверхность с использованием конической формы рупора, чтобы сконцентрировать как акустическую энергию, так и поток текучей среды, в то же время сводя к минимуму акустические потери или потери на трение на конической поверхности.

Обсуждаемый выше вариант исполнения направлен на конкретный вариант применения с введением акустической энергии в поток жидкости, когда жидкость окружена воздухом после ее выхода из сопла. Это применимо, например, для очистки под ногтями на пальцах рук хирурга или для очистки салата-латука. Однако для других вариантов применения, в которых поток жидкости направляют внутрь очищаемого изделия (таких как очистка эндоскопа), поток жидкости после выхода из сопла может не иметь граничного условия поглощения давления, и для этого варианта исполнения может быть использован рупор, сделанный из иного материала, не поглощающего давление.

Соплу и выпускному каналу придают такие форму и размеры, чтобы обеспечить возможность передачи звука вдоль потока текучей среды. Преимущественным является формирование равномерного течения потока. Квалифицированный специалист в этой области технологии является вполне компетентным в создании подходящего сочетания формы и размеров рупора, выпускного канала и впускного канала для достижения желательного равномерного потока жидкости, содержащего акустическую энергию из преобразователя.

Как описано выше, новые электрохимические способы могут быть использованы для in situ отслеживания степени очистки как результата воздействия потока текучей среды и пузырьков на поверхность.

В этом варианте исполнения очистное устройство дополнительно включает устройство для мониторинга очистки поверхности, причем устройство включает первый и второй электроды 200, 202, образующие гальванический элемент, предназначенные для соответственного размещения на участке поверхности и соединенные между собой через устройство 204 для измерения электрического сопротивления. В способе мониторинга очистки поверхности первый электрод 200 размещают на наружном участке поверхности, и второй электрод 202 размещают в очищаемой полости или выемке. Электрическое сопротивление между ними измеряют с использованием устройства 204 для измерения электрического сопротивления, чтобы определить снижение электрического сопротивления как показателя очистки полости или выемки. Как показано в фиг.9, исходное значение А электрического сопротивления изм