СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СУШКИ ВОЛОС
METHOD FOR ULTRASONIC DRYING OF HAIR

Изобретение относится к области бытовой техники, связанной с осуществлением процессов сушки волос при помощи акустических колебаний без повышения температуры и разрушения их структуры. Может быть использовано в учреждениях бытового обслуживания человека (банях, бассейнах, парикмахерских, салонах красоты и т.п.)
Для того чтобы волосы долго оставались здоровыми и красивыми, за ними нужно осуществлять правильный уход, основным элементом которого является сушка (благодаря своему слоистому строению волосы обладают гигроскопичностью и могут удерживать влаги до 50% своего веса). Самый хороший способ сушки волос, конечно, естественный, на открытом воздухе. Наиболее приемлемый способ искусственной сушки, достаточно мало травмирующий волосы - это просушивание с помощью подогретых полотенец, но при этом не надо забывать, что нельзя тереть волосы полотенцами, их можно только нежно промокать или обертывать. Такой способ очень длительный.
В настоящее время для сушки волос используют конвективный способ, заключающийся в том, что сухой воздух прогревается с использованием встроенного нагревательного элемента, нагретый воздух с помощью вентилятора направляется на волосы человека или животного, проходит через высушиваемый материал, увлажняется и удаляется. Процесс длится столько времени, сколько нужно для высыхания волос [1]. Процесс реализуется с помощью фенов различной конструкции. Тепловая сушка в технологическом оформлении используемых разнообразных фенов характеризуется следующими недостатками:
- процесс чрезвычайно энергоемок и длителен;
- фены не могут быть малогабаритными, так как это уменьшает температуру и объем сушащего воздуха, что, с одной стороны, ограничивает скорость процесса, а с другой, - увеличивает его себестоимость;
- высокая температура приводит к пересыханию и разрушению волос. Для исключения этого момента необходимо снабжать сушилку «умной» и дорогой электронной системой контроля температуры высушиваемых волос, что значительно увеличивает стоимость фена и увеличивает длительность процесса.
Приведенные недостатки объясняются не низким уровнем проработанности конструктивных решений, а недостатками положенного в основу метода - конвективной сушки.
Перспективным вариантом замены или дополнения конвективного способа сушки является сушка с применением ультразвуковых колебаний.
Для устранения недостатков известных устройств (фенов) был разработан способ для осуществления сушки волос, приятый за прототип [2]. Способ сушки волос по прототипу заключается в одновременном воздействии на волосы нагретым воздухом и ультразвуковыми колебаниями.
При этом ультразвуковое воздействие осуществляют контактно при помощи излучателя акустических колебаний ультразвуковой частоты, выходящего из корпуса устройства (фена).
При реализации процесса сушки волос при помощи устройства по [2] излучатель акустических колебаний ультразвуковой частоты касается отдельных участков волосяного покрова, передает ультразвуковые колебания отдельным волоскам, которые начинают совершать колебания с ультразвуковой частотой. Благодаря этим колебаниям повышается скорость сушки.
Однако устройству, принятому за прототип, присущи следующие существенные недостатки:
ограничение по допустимой интенсивности ультразвукового излучения, ввиду возможного контакта с кожей головы и для исключения перегрева волоса в месте механического контакта. Этот недостаток обуславливает необходимость ограничения интенсивности УЗ излучения терапевтическими дозами (не более 0,1…0,8 Вт/см) при непосредственном контакте металлического излучателя с кожей, что снижает скорость сушки за счет ультразвука;
- одновременное воздействие на ограниченное количество волосков, что не позволяет значительно повысить скорость сушки;
- в местах контакта с волосинками, на боковой поверхности излучателя амплитуда колебаний много меньше, чем амплитуда на торцевой поверхности излучателя. Это не позволяет воздействовать на волос с максимальной эффективностью.
Таким образом, способ сушки волос, принятый за прототип, не позволяет использовать все преимущества ультразвукового воздействия и реализовать процесс сушки с максимальной эффективностью.
Предлагаемый способ ультразвуковой сушки волос заключается в одновременном воздействии на волосы нагретым воздухом и ультразвуковыми колебаниями. Ультразвуковое воздействие осуществляют бесконтактно, на частоте 22…35 кГц с интенсивностью излучения не менее 135 дБ при помощи плоского излучателя, изгибно колеблющегося на частоте, кратной основной, возбуждаемого акустически связанным с ним продольно колеблющимся пьезоэлектрическим преобразователем, питаемым электронным генератором ультразвуковой частоты. Воздействие на волосы осуществляют одновременно колебаниями, создаваемыми обращенной к волосам поверхностью излучателя с расстояния, превосходящего продольный размер излучателя, и колебаниями, создаваемыми другой стороной излучателя, которые направляют на волосы после отражения и прохождения расстояния, превосходящего продольный размер излучателя, на величину, кратную половине длины волны УЗ колебаний в воздухе.
В предлагаемом устройстве ультразвуковой сушки задача повышения эффективности акустического воздействия и увеличения скорости сушки решается за счет:
- использования в качестве источника ультразвуковых колебаний пьезоэлектрической ультразвуковой колебательной системы с излучателем в виде изгибно-колеблющегося диска, позволяющего формировать равномерно ультразвуковое излучение на большой площади [3];
- применения сушильной камеры специальной формы, обеспечивающей формирование оптимального акустического поля на всем волосяном покрове головы;
- обеспечения ультразвукового воздействия на частоте более 22 кГц, поскольку колебания такой частоты человеком не воспринимаются как звуковое воздействие;
- обеспечения ультразвукового воздействия с интенсивностью ультразвукового воздействия более 135 дБ, поскольку колебания такой интенсивности начинают заметно интенсифицировать процесс сушки в сравнении с обдувом теплым воздухом [3].
Сущность предлагаемого технического решения поясняется на чертеже, на котором схематично поясняется предложенный способ ультразвуковой сушки волос
Предлагаемое устройство состоит из излучателя ультразвуковых колебаний в виде изгибно-колеблющегося диска 1, соединенного с пьезоэлектрическим преобразователем 2, установленным в специальном отражателе 3. Пьезоэлектрический преобразователь питается от генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты (не показан). От головы человека (высушиваемых волос) диск расположен на расстоянии, превышающем его диаметр. На этом расстоянии происходит формирование равномерного поля излучения дискового излучателя (дальняя зона излучения).
В предлагаемом способе ультразвуковой сушки процесс осуществляется следующим образом. Отражатель располагается над головой человека таким образом, что область головы, имеющая волосяной покров, находится внутри отражателя. Осуществляют воздействие ультразвуковыми колебаниями до момента удаления необходимого количества влаги (требуемой степени сухости волос). При генерировании изгибно-колеблющимся диском плоской волны распределение ультразвуковых колебаний внутри сушильной камеры примет вид, показанный на чертеже стрелками. Изгибно-колеблющийся диск излучает ультразвуковые колебания в обе стороны относительно своей плоскости.
Воздействие на волосы осуществляют одновременно колебаниями, создаваемыми обращенной к волосам поверхностью излучателя с расстояния, превосходящего продольный размер излучателя, и колебаниями, создаваемыми другой стороной излучателя, которые направляют на волосы после отражения от отражателя и прохождения расстояния, превосходящего продольный размер излучателя на величину, кратную половине длины волны УЗ колебаний в воздухе.
В результате ультразвукового воздействия с показанным на чертеже распределением будет обеспечена равномерность высушивания волос по всей поверхности головы.
Для повышения эффективности электроакустического преобразования пьезоэлектрический преобразователь выполнен в виде трехполуволновой ультразвуковой колебательной системы с концентратором 4 [3].
Разработанное для реализации предложенного способа устройство имеет следующие технические характеристики: интенсивность формируемых акустических колебаний - не менее 140 дБ; частота колебаний генерируемых изгибно-колеблющимся дисковым излучателем - 22 кГц; максимальная амплитуда (размах амплитуды) колебаний дискового излучателя 100 мкм; диаметр излучающего диска колебательной системы - не более 250 мм; материал дискового излучателя и концентратора - титановый сплав; диаметр отражателя 600 мм; материал отражателя - металл.
Для определения эффективности созданной конструкции сушильной камеры были проведены экспериментальные исследования, при которых использовался дисковых излучатель с потребляемой электрической мощностью 200 Вт. Температура в сушильной камере поддерживалась на уровне 23-26°С, влажность 50-65%. Дополнительная подача и отвод сушильного воздуха не использовались, т.е. для подтверждения эффективности использовался самый нерациональный способ сушки. Время сушки не превышало 10 минут
Приведенные значения показывают эффективность предлагаемого технического решения и перспективность его применения.
Мелкосерийное производство разработанного устройства для ультразвуковой сушки планируется начать в 2009 году.
Список литературы, используемой при составлении заявки
1. Патент РФ №2278606.
2. Патент Японии №Р2004-298483А от 2004.10.28 - прототип.
3. Хмелев, В.Н. Ультразвуковые многофункциональные и специализированные аппараты для интенсификации технологических процессов в промышленности [Текст] / В.Н.Хмелев, А.В.Шалунов [и др.]. - Барнаул: АлтГТУ, 2007. - 416 с.