Brevet FR2614325A1 — publié le 19881028

L'invention se rapporte à un lave-linge et, plus parti- culièrement à un lave-linge à usage domestique, pourvu-d'émet- teurs d'ultra-sons. On attribue généralement à W. HEIBERGER, l'idée d'utili- ser les ultra-sons dans les techniques de nettoyage. Depuis 1960, ces techniques ont évolué en même temps que la qualité et les possibilités des émetteurs ultra-sonores. De nos jours ces techniques trouvent une application satisfaisante en mécanique (roulements à billes, engrenages, machines de bureau, horlogerie), électronique (quartz, circuits câblés ou impri- més, compteurs, relais), physique et chimie (verreries de la- boratoire, décor.tamination des corps solides dans l'industrie nucléaire), instruments chirurgicaux, optiques et verres cor- rectifs, etc... On remarque, néanmoins, que dans toutes ces applications, le corps à nettoyer est solide et immobile. Evidemment, on a pensé, à utiliser les particularités des ultra-sons pour le nettoyage des textiles, notamment, pour les dégraisser. On a, en effet, observé que les vibrations produisaient l'émulsification de la graisse ou de l'huile, permettant la précipitation des particules solides en fond de cuve de traitement. De bons résultats furent obtenus avec de la fibre brute et, en particulier, pour lélimination par- tielle de la lanoline de la laine. Par contre, les essais faits de lavage par ultra-sons de tissus et, surtout, de tissus confectionnés, comme des pièces de lingerie furent décevants: c'est que les tissus sont constitués de fils eux-mêmes formés de fibres résilientes. La cible n'est donc plus réflectrice des ondes, comme dans le cas de métaux, mais, au contraire absorbante. Par ailleurs, on constata que les tissus s'aggloméraient les uns aux autres dans les cuves dévenant totalement imperméables aux ondes acoustiques. On pensa compenser l'amortissement de celles-ci en augmentant la puissance de la source. A l'époque de ces tests, les émetteurs étaient constitués de blocs de nickel dont on maitrisait mal les puissances engendrées dans les bains. L'augmentation de puissance produisit des cas de destruction partielle des tissus, enlevant toute fiabilité au procédé et le rendant inapte à un usage domestique. 2 2614.325 Après de longs essais, la demanderesse s'est aperçue que si le lavage du linge, par les ultra-sons était possible ce n'était que dans certaines conditions précises. La pre- mière idée directrice étant qu'il fallait éviter que le meme fil ou la même maille reste trop longtemps la cible d'un émetteur ultra-sonore, d'o nécessité de déplacer le tissu vis-à-vis la source. Ce problème a trouvé une solution en plaçant les pièces à nettoyer dans un tambour rotatif partiellement immergé com- me on le fait dans une machine à laver classique, mais cette fois-ci, la rotation de ce tambour perforé n'a plus, pour objectif principal le frottement mutuel des pièces, mais plus simplement, la modification de leur position en regard des émetteurs. Le déplacement des pièces textiles étant ainsi anarchique, la même fibre ne peut pas se représenter deux fois dans la même position vis-à-vis du train d'ondes. De ce fait chaque fibre est soumise à une suite de bombardements différem- ment dirigés. La demanderesse eut alors l'idée de fractionner l'émetteur en plusieurs sources formant un faisceau convergent, de cette façon, la fibre qui passe dans la -one de convergence reçoit plusieurs trains d'ondes de choc engendrées par leur cavitation respective. Les implosions étant forcément non synchrones, la fibre est secouée successivement dans différen- tes directions, l'action est alors mécanique. Bien entendu, cet avantage inédit doit venir s'ajouter à ceux déjà connus en particulier à l'amélioration de l'émulsification des grais- ses contenues dans beaucoup des salissures. Enfin, la deman- deresse ayant constaté que les temps de lavage semblaient être moins importants avec l'emploi de détergents sous forme de lessives, qu'après celui de produits liquides (à capacité identique) 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'air 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 3 2614325 liqude du bain et donc des "germes de cavitation". Diverses autres caractéristiques de l'invention ressor- tiront à la lecture de la description et des revendications qui suivent. Une forme de réalisation d'un lave-linge selon l'inven- tion 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 (panneau de carrosserie antérieure enlevé). 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. Selon l'invention, au moins un transducteur émetteur 6 est fixé au fond de la cuve 2 et situé au-dessous du niveau x-y de l'eau y contenue. Ce transducteur alimenté en courant haute fréquence, transforme l'énergie électrique en ondes acoustiques. Il a paru avantageux de créer une zone Z de convergence de plusieurs champs d'émission. La figure 1 montre que la zone Z est formée par trois émetteurs à axes convergents. Comme les phénomènes de cavitation ne peuvent se produire qu'en milieu liquide, la zone Z doit s'étendre le plus possible en ce milieu, donc au-dessous du niveau x-y, l'efficacité maxi- male étant atteinte quand le centre de convergence est situé au-dessous de ce niveau. Sur la figure 2, on a utilisé deux séries de trois émetteurs, ces émetteurs sont du type piézo-électrique à céramiques précontraintes dont les rendements atteignent 95 % et dont la puissance unitaire est d'environ 50 W. Les fré- quences ultra-sonores utilisables se situent dans la bande de à 50 KHz. Pour les essais, la fréquence était de 28 kHz. La demanderesse a observé que c'est pour une température de l'eau comprise entre 45 et 60 o C que l'on obtenait le maximum de cavitation. Or, on sait que c'est la cavitation 4 2614325 qui, par l'implosion des bulles formées pendant la demi ealternance correspondant à la compression acoustique pro- duit une pression énorme (de l'ordre de 500 Bars) donnant naissance à des forces locales d'accélération très intenses propulsant toute particule (ici, les micelles détergentes) se trouvant au voisinage d'un ventre de cavitation. Ainsi s'expliquent les résultats obtenus par la deman- deresse lors de ses essais, puisqu'un traitement du linge durant 30 minutes, à 50 OC avec le lave-linge qui vient d'être décrit, a été suffisant pour un lavage parfait, pour lequel une machine à laver conventionnelle aurait tourné 1h.20' à 90 C. Enfin, il est apparu que la hauteur du liquide dans la cuve avait une importance déterminante, si l'on utilise des émetteurs ferrites ou titanates, la résonance est en effet parfaite quand cette hauteur est égale à un nombre impair de quarts de longueur d'onde de la vibration dans le liquide de lavage. Ceci s'explique puis les ondes stationnaires présentent des plans ventraux de pression acoustique paral- lèles à la surface émettrice et éloignés entre eux d'une 1/2 longueur d'onde (soit environ 35 mm pour 20 kHz). Bien qu'il soit prétentieux de vouloir expliquer le processus de nettoyage de teytiles par les ultrasons, on peut néanmoins affirmer que ce processus est totalement différent de celui du nettoyage de pièces métalliques par exemple, en ce sens que, dans ce dernier cas, les ondes de choc sont réfléchies; elles agissent donc comme un marteau-piqueur tendant à briser la"croûte de salissure", alors que dans celui des pièces textiles, l'effet des ondes de choc est surtout de dd!-former le support portant la salissure, la croûte de celle-ci se brisant par flexion (comme cela se faisait, autrefois, dans l'essangeage manuel). De plus, en raison de la présence de pores dans le tissu, ceux-ci sont traversés par les ondes qui ne font que perdre de la puissance, à moins que, comme pour la lumière,.on parle d'émission secondaire (Théorie de LABBE), ces ondes attaquant un tissu en deuxième plan et ce, grâce au déplacement des pièces textiles par le tambour. On remarque, d'ailleurs, que 2614325 la disposition en éventail des émetteurs, donc des trains d'ondes stationnaires, favorise la progression de la puis- sance active à laquelle le tissu est soumis. 6 2614325 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Lave -linge comportant une. cuve partiellement emplie d'un liquide de nettoyage, dans laquelle tourne un tambour métallique perforé à axe horizontal, destiné à contenir le linge, des moyens permettant de mettre en rotation ce tambour et des moyens de commande du genre programmateur réglant les conditions d'utllisation, caractérisé en ce que sur la partie inférieure de la cuve 2 concentrique au tambour perforé 3, est fixé au moins un transducteur 6 émetteur d'ondes ultra-sonores de fréquence comprise dans la bande de 20 à 50 kHz. 2- Lave-linge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance d'émission est comprise entre 300 et 500 W, éventuellement divisée par multiplication du nombre d'émet- teurs de puissance plus faible. 3- Lave-linge selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les faisceaux de vibration des émetteurs 6 sont convergents de manière à ce que leur champ se recoupe par- tiellement pour former une zone d'activité plus efficace. 4- Lave-linge selon la revendication 3, caractérisé en ce que le point de convergence des émetteurs est situé au-dessous du niveau maximum de l'eau. - LTave-linge selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans le programme du lave-linge utilisant les ultra-sons les moyens de chauffage sont mis hors circuit quand la température atteint un maximum de 60 O C.