Lave-linge à action ultra-sonore

Abstract

 Lave-linge comportant une cuve (2) partiellement emplie d'un liquide de nettoyage, un tambour métallique perforé (3) destiné à contenir le linge et tournant dans cette cuve selon un axe horizontal, la paroi inférieure de ladite cuve étant courbée pour rester parallèle et à faible distance de la paroi extérieure de ce tambour, une source émettrice d'ondes ultra-sonores fixée à ladite paroi, dans lequel cette source émettrice est constituée par au moins un groupe de plusieurs transducteurs (6) du type piezo-électrique à céramique précontrainte étant d'une puissance unitaire d'environ 50 W. et émettant dans une bande de fréquence compri­se entre 20 et 50 kHz.

Description

[0001] L'invention se rapporte à un lave-linge et, plus parti­culièrement à un lave-linge à usage domestique, pourvu d'émet­teurs d'ultra-sons.

[0002] On attribue généralement à W. HEIBERGER, l'idée d'utili­ser les ultra-sons dans les techniques de nettoyage. Toutefois, jusqu'à nos jours, ces techniques n'ont trouvé d'applications satisfaisantes que pour le nettoyage de corsp solides et immobiles, par exemple, dans le domaine de la mécanique (roulements à billes, engrenages, machines de bureau, horlogerie) de l'électronique (quartz, circuits câblés ou imprimés, compteurs, relais), de la physique et chimie (verreries de laboratoire, décontamination des corps solides dans l'industrie nucléaire et des instruments chirurgicaux), de l'optique et verres correctifs, etc...

[0003] On sait que les émetteurs, alimentés en résonance électro-acoustique par le générateur haute fréquence, transfor­ment l'énergie électrique en énergie vibratoire et transmet­tent au liquide contenu dans la cuve de nettoyage des ondes de pression et de dépression. Le liquide devient alors le siège d'un train d'ondes stationnaires avec un ventre de pression acoustique au niveau de l'émetteur et un ventre d'amplitude au niveau de la surface libre.

[0004] Si la puissance acoustique est suffisante, les ventres de pression se manifestent par le phénomène de "cavitation". Les bulles de cavitation se forment pendant la demi-alternance correspondant à la dépression acoustique et se referment brutalement en puissantes micro-implosions pendant la demi-­alternance correspondant à la compression acoustique. Les pressions instantanées engendrées par ces micro-implosions sont énormes (de l'ordre de 500 bars) et donnent ainsi naissan­ce à des forces locales d'accélération très intenses.

[0005] L'énergie des ultra-sons se transmet aussi bien dans les liquides de nettoyage que sur les corps solides à éliminer à la surface des pièces. Il y a alors un véritable bombarde­ment du produit de nettoyage sur les salissures, huiles et graisses.

[0006] La violente agitation due à la cavitation fait pénétrer le liquide dans toutes les anfractuosités à nettoyer.

[0007] Soit une pièce mécanique compacte, plongée dans une cuve de nettoyage ultrasonique : une fraction de la vibration inci­dente produite par les émetteurs se réfléchit sur la surface de la pièce exposée directement aux émetteurs et il y a for­mation d'un train d'ondes stationnaires secondaire entre les fractions d'onde incidente et d'onde réfléchie. La réflexion de la vibration sur la surface exposée de la pièce est une réflexion sur obstacle fixe avec noeud d'amplitude c'est-à-dire ventre de pression sur l'obstacle. La surface exposée devient alors un ventre de cavitation et toutes les salissures qui s'y trouvent sont arrachées par les micro-implosions dues aux pression et dépressions acoustiques alternatives.

[0008] Lorsque les pièces à nettoyer ne sont pas trop grosses, elles vibrent en masse à très faible amplitude sous l'action de l'énergie acoustique transmise par le liquide.

[0009] On constate que, dans le cas d'une pièce solide, il n'y a que peu d'absorption et déperdition de puissance puis la pièce réfléchit l'onde en direction des parois de la cuve émettant une onde secondaire pouvant, éventuellement, être utilisée à son tour.

[0010] Il était effectivement tentant d'étendre cette technique de nettoyage des pièces solides à celui du textile, d'autant plus que l'on avait obtenu de bons résultats dans le dégrais­sage des fibres et l'élimination partielle de la lanoline de la laine, sans observer que dans ces cas, il ne s'agissait pas d'une action mécanique de nettoyage, mais d'une émulsion de matière grasse. Néanmoins, cette extrapolation omettait de tenir compte que, dans le nettoyage des pièces solides, la salissure est superficielle alors que, dans le textile, elle est surtout en profondeur, entre les fils.

[0011] Le plus ancien brevet sur les lave -linge à ultra-sons semble être le brevet FRUTH US - A n° 2.468.550 demandé le 27 Octobre 1944 qui décrit un lave-linge ayant un tambour vertical perforé tournant vis-àvis huit émetteurs ultra­sonores du type magnéto-strictif disposés , soit en couronne et agissant alternativement sur une zone déterminée du linge, soit tangentiellement.

[0012] Dans le premier cas, les ondes sont sensées traverser le linge entassé dans le tambour, dans le second, elles produisent une mise en mouvement giratoire du liquide.

[0013] A l'évidence, en 1944, on ignorait que le linge mouillé s'entasse au fond du tambour et constitue un matelas imper­méable aux ondes ultra-sonores. On retrouve les mêmes erreurs dans le brevet US - A 2.985.003 de la GENERAL MOTORS CORPORATION, déposé le 11 Janvier 1957 et décrivant un lave-­vaisselle (Fig. 1) ou un lave-vêtements (Fig. 2).

[0014] Le brevet suisse CH- A n° 360.366, déposé le 11 Juin 1958, avec priorité allemande de 1957, décrit, lui aussi, un lave-linge ou similaire, à tambour vertical, les émetteurs étant fixés aux parois de la cuve de manière que les trains d'ondes ultrasonores soient perpendiculaires à l'axe vertical de rotation. Là encore, l'inventeur ignorait l'imperméabilité d'un matelas de textile mouillé, aux ondes ultra-sonores. Les lave-linge à fonctionnement traditionnel ayant tous adopté le tambour à axe horizontal, les lave-linge à ultra-sons ont alors aussi adopté cette disposition.

[0015] On peut citer le CH- A 353.323 et l'US - A 3.410.116. Malheureusement, à l'epoque où ces inventions furent faites les émetteurs ultrasonores étaient impropres à fournir un résultat satisfaisant.

[0016] Il est bien connu que les émetteurs à magnéto-striction avaient un rendement n'atteignant qu'avec peine 35/40 %, si bien que pour obtenir un résultat passable, il aurait fallu utiliser des puissances énormes d'où des volumes difficiles à loger et des prix de revient exhorbitants. C'est qu'en effet, le problème est double : non seulement les résultats du lavage par ultra-sons doivent être au moins égaux à ceux du lavage traditionnel, mais il est nécessaire que soient comparables les prix des deux types de matériel en cause. Bien plus, les générateurs d'ultra-sons devraient être très bon marché, car la solution idéale consiste à les ajouter sur une machine classique afin que celle-ci puisse faire un lavage économique (par ultra-sons ) et un lavage à l'eau bouillante.

[0017] Bien que les transducteurs modernes du type piezo-­électrique à céramique précontrainte aient un rendement voisin de 95 %, l'utilisation d'un seul de ces appareils reste impensable étant donné la puissance (donc le volume...et le prix ) nécessaire pour vaincre l'imperméabilité du linge mouillé entassé, sans oublier que la maîtrise d'une telle puissance étant encore malaisée, il y a risque d'endommager le textile traité.

[0018] Il ne servirait à rien d'ailleurs de remplacer ce trans­ducteur unique par une couronne de transducteurs de puissance inférieure (comme dans l'U.S. - A 2.468.550) , car, dans cette disposition, chaque transducteur agit individuellement.

[0019] Après de longs essais, car rien n'était évident, le demandeur s'est aperçu que si le lavage du linge par ultra-sons était non seulement possible, mais encore pouvait amener des économies de temps et d'argent, ce n'était que sous certaines limites et conditions précises.

[0020] N'importe quel transducteur ne convient pas et, sa position, par rapport au tambour est très importante. Cela explique qu'il n'y a jamais eu, dans le passé, de commercialisation de lave-linge fonctionnant au moyen d'ultra-sons.

[0021] En effet, le problème technique s'enferme dans la four­chette suivante : créer une puissance suffisante pour vaincre l'imperméabilité aux ultra-sons découlant de la compacité des fibres résilientes mais mouillées sans produire des destructions superficielles des tissus.

[0022] Partant de cette idée directrice, le demandeur décida d'utiliser des transducteurs de puissance moyenne incapables de détruire les fibres textiles, mais de les orienter pour que leur trains d'ondes convergent vers une même zone où les effets aux implosions des bulles de cavitation d'un train d'un transducteur sont suivis de ceux du train d'ondes d'un autre transducteur.

[0023] Il s'est avéré que le type de transducteur résolvant le mieux le problème des lave-linge était du type piezo-électrique à céramique précontrainte dont la puissance unitaire est d'envi­ron 50 W. Les fréquences ultra-sonores utilisables se situent dans la bande de 20 à 50 kHz. Pour les essais, la fréquence était de 28 kHz.

[0024] Diverses autres caractéristiques de l'invention ressor­tiront à la lecture de la description et des revendications qui suivent.

[0025] Une forme de réalisation d'un lave-linge selon l'inven­tion est représentée à titre d'exemple non limitatif sur le dessin annexé, sur lequel :

- La figure 1 est une coupe schématique de profil et,

- la figure 2 une vue de face du même lave-linge (apnneau de carrosserie antérieure enlevé).

[0026] Comme on le voit sur ces figures, un lave-linge, d'une manière classique, comprend, à l'intérieur d'une carrosserie 1, une cuve cylindrique 2 et un tambour métallique perforé concentrique 3, mis en rotation par un moteur 4 commandé par un programmateur schématisé par son tableau 5.

[0027] Selon l'invention, plusieurs transducteurs émetteurs 6 sont fixés au fond de la cuve 2. D'une manière classique, ces transducteurs alimentés en courant haute fréquence, transforment l'énergie électrique en ondes acoustiques.

[0028] Selon une particularité de l'invention, ces transducteurs 6 sont groupés de manière à diriger leur train d'ondes en direc­tion d'une zone de convergence Z située au-dessous du niveau d'eau X-Y.

[0029] Sur le mode de réalisation représenté, ces transducteurs sont alignés selon deux génératrices parallèles à l'axe de rotation du tambour masi situées l'une par rapport à l'autre de telle manière à satisfaire cette convergence. Compte tenu qu'à la fin de chaque rotation, le linge s'amasse dans la partie du tambour située dans le plan médian de celui-ci, les groupes de transducteurs sont avantageusement disposés hors de ce plan de manière qu'à l'arrêt entre changement de sens de rotation, l'épaisseur du linge amassé soit moindre.

[0030] Bien entendu, si l'on n'est pas trop limité par le prix de revient, on peut disposer deux séries de trans­ducteurs (comme visible sur la figure 1) placées symétrique­ment au plan médian.

[0031] Il est apparu nécessaire au demandeur, de modifier la vitesse de rotation des machines traditionnelles et de ramener cette vitesse à 1 T/m. pour les lave linge à ultra-sons de manière que le linge reste plus longtemps dans la cible des transducteurs.

[0032] Enfin, il a été observé qu'à partir d'une température de 60°C du liquide de lavage, les phénomènes de cavitation avaient tendance à diminuer, d'où nécessité, si l'on désire un rendement optimal, de limiter la température de l'eau à ce maximum de 60°C.

[0033] Enfin, le demandeur ayant constaté que les temps de lavage sont plus courts avec l'emploi de détergents sous forme de lessives, qu'avec celui de produits liquides ( à capacité identique), il a observé que, dans le premier cas, l'activité de la cavitation était beaucoup plus importante. Il faut donc supposer que cette amélioration est due à l'aire accroché aux particules solides de la lessive qui, comme il est bien connu, comporte des charges inertes utilisées comme "diluants" solides pour favoriser le dosage , cet air produisant des bulles dans le liquide du bain et donc des "germes" de cavitation

Revendications

1 - Lave-linge comportant une cuve partiellement emplie d'un liquide de nettoyage, un tambour métallique perforé destiné à contenir le linge et tournant dans cette cuve selon un axe horizontal, la paroi inférieure de ladite cuve étant courbée pour rester parallèle et à faible distance de la paroi extérieure de ce tambour, une source émettrice d'ondes ultra-sonores fixée à ladite paroi, des moyens de chauffage du liquide de nettoyage, des moyens de mise en rotation de ce tambour et des moyens de commande du genre programmateur règlant les conditions d'utilisation, caractérisé en ce que cette source émettrice est constituée par au moins un groupe de plusieurs transducteurs (6) du type piezo-électrique à céramique précontrainte étant d'une puissance unitaire d'environ 50W. et émettant dans une bande de fréquence comprise entre 20 et 50 kHz.

2 - Lave-linge selon la revendication 1, caractérisé en ce que les transducteurs (6) émettent au moins deux à deux des faisceaux convergents vers un foyer situé au-dessous du niveau d'eau.

3 - Lave-linge selon la revendication 2, caractérisé en ce que tout ou partie de ces transducteurs (6) est situé hors du plan médian vertical passant par l'axe du tambour (3).

4 - Lave-linge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont mis hors circuit quand la température du liquide de nettoyage atteint 60°C.

5- Lave-linge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du tambour est réduite à un T/m.

Dessins