УПРОЩЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОБЪЕКТА
SIMPLIFIED CLEANING DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к способу и устройству, предназначенным для очистки изделий повышенной хрупкости. Изобретение предназначено для очистки объектов, требующих соблюдения специальных гигиенических условий, таких, например, как контактные линзы.
Техническое решение, предназначенное для очистки контактной линзы, описано в патенте ЕР 0521119. Это техническое решение основано на устройстве, имеющем в своем составе камеру, в которой может быть размещена контактная линза. Данное устройство подсоединено с одной стороны к насосу, который позволяет создавать разрежение, а с другой стороны к поршневому устройству, обеспечивающему введение в упомянутую камеру очищающей жидкости под давлением. Данное устройство функционирует на основе явлений кавитации, значительная энергия которых позволяет достигнуть высокого уровня очистки. Однако такое техническое решение требует использования двух синхронизированных систем накачки, протяженных каналов, многочисленных соединений, а также зависит от инерции находящихся в движении компонентов, инерции столбов жидкости, находящейся в движении, и подвержено воздействию различных амортизирующих факторов, связанных с различными компонентами, такими как каналы с изменяющимися значениями давления. Таким образом, данное техническое решение основывается на сложной механике, требующей высокой надежности. Кроме того, в этом случае потребляется значительное количество энергии и имеет место относительно большой расход очищающей жидкости. И наконец, данное техническое решение вызывает явления кавитации, которые всегда сопровождаются зачастую нежелательными бурно проявляющимися эффектами.
Другое техническое решение, предназначенное для очистки контактных линз и использующее явление кавитации, описано в патенте ЕР 1146914. Это техническое решение состоит в создании пониженного давления при помощи устройства, которое периодически входит в контакт с камерой, содержащей подлежащую очистке контактную линзу, поочередно с переводом этой камеры под атмосферное давление. Это техническое решение основывается на использовании ротора, приводимого во вращательное движение при помощи двигателя и содержащего множество внутренних каналов, предназначенных для соединения различных источников давления с полостью закрытой камеры. Это устройство обладает многочисленными недостатками, о которых уже было сказано выше, к которым добавляется сам факт использования ротора: действительно, это устройство требует использования специальных соединительных средств между упомянутыми каналами, приводит к потерям энергии и износу в результате трения, связано с необходимостью герметизации и обеспечения гигиенических требований вследствие того, что очищающая жидкость проходит через ротор.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства очистки, которые позволяли бы получить удовлетворительный результат за меньший промежуток времени и отличались простотой реализации, меньшими габаритными размерами и относительно небольшой стоимостью.
Концепция предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы подвергать камеру, содержащую подлежащий очистке объект, воздействию резких циклов скачкообразного изменения давления, вызывающих специфическое движение текучей, газообразной, жидкой и даже пастообразной среды, внутри упомянутой камеры, обеспечивающему эффект очистки камеры.
Устройство очистки в соответствии с предлагаемым изобретением содержит камеру, внутри которой размещают объект, подлежащий очистке, например, контактную линзу, крышку камеры, средства питания очищающей текучей средой, причем упомянутая камера содержит поршень, выполненный с возможностью перемещаться при помощи двигателя, и имеет специфическую геометрическую форму, позволяющую обеспечить контакт с внешним резервуаром текучей среды в том случае, когда поршень занимает определенное положение внутри упомянутой камеры для обеспечения резкого скачкообразного изменения давления, причем устройство содержит выходной клапан, остающийся закрытым в том случае, когда поршень увеличивает объем камеры, понижая давление внутри камеры.
Предлагаемое устройство дополнительно может содержать пружину, противодействующую двигателю и позволяющую обеспечить движение поршня в некотором первом направлении, причем двигатель вызывает движение этого поршня в противоположном направлении.
Выходная часть упомянутого клапана может быть связана при помощи канала с резервуаром текучей среды, содержащим очищающую жидкость, для того, чтобы сформировать замкнутый контур для этой текучей среды.
Участок камеры специфической геометрической формы может быть получен за счет выполнения в ней отверстия, канавки или расширения поперечного сечения этой камеры для обеспечения возможности контакта с резервуаром текучей среды и/или с наружным воздухом в том случае, когда поршень занимает определенное положение внутри камеры для реализации резкого скачкообразного изменения давления.
Предлагаемое устройство может иметь в своем составе средство концентрации волн в той зоне камеры, в которой располагается подлежащий очистке объект.
Предлагаемое изобретение касается также способа очистки объекта, размещенного в камере устройства описанного выше типа, включающего повторение следующих этапов:
с помощью двигателя поршень перемещают в направлении уменьшения объема камеры, с поддержанием неизменным давления в камере за счет выходного клапана, находящегося в открытом положении,
с помощью двигателя перемещают поршень в противоположном направлении, увеличивая объем камеры, причем упомянутый клапан находится в закрытом положении, при котором давление внутри камеры снижается,
обеспечивают резкое изменение давления внутри камеры путем введения камеры в контакт с внешней текучей средой в случае, когда поршень достигает упомянутого участка камеры со специфической геометрической формой.
Способ может содержать, параллельно осуществлению предшествующих этапов, этап подачи в камеру очищающей жидкости.
Эти и другие объекты, характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше понятны из описания не являющихся ограничительными вариантами его осуществления, приводимого со ссылками на сопровождающие фигуры чертежей, в числе которых:
фиг.1 представляет собой схематический вид, иллюстрирующий концепцию предлагаемого изобретения;
фиг.2 - схематический вид варианта реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.3 - вид варианта схемы, показанной на фиг.1;
фиг.4 - схематический вид способа реализации с использованием поршня;
Фиг. с 5а по 5с представляют собой схематические виды вариантов реализации средства резкого освобождения давления;
фиг.6 представляет собой схематический вид устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, предназначенного для очистки контактных линз;
фиг.7 - схематический вид варианта реализации, показанного на фиг.6;
Фиг.8 - кривую изменения давления в функции времени внутри устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, представленного на фиг.7.
На фиг. с 1 по 3 схематически представлены устройства, иллюстрирующие предлагаемое изобретение.
На фиг.1 проиллюстрирована замкнутая полость 1, внутри которой располагается подлежащий очистке объект. Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением содержит средство 2 уменьшения давления, связанное с упомянутой полостью при помощи первого отверстия, причем это средство представляет собой насос, средство 3 резкого освобождения давления, связанное с камерой 1 при помощи второго отверстия, причем это средство представляет собой устройство скачкообразного повышения давления воздуха до атмосферного, выполненное в виде клапана и связанное с резервуаром, содержащим текучую среду 4.
Способ очистки в соответствии с предлагаемым изобретением, осуществляемый при помощи описанного выше устройства, включает следующие основные этапы:
- уменьшают давление внутри камеры 1 при помощи всасывающего насоса 2, который отсасывает воздух, присутствующий в камере;
- при достижении давления, имеющего величину ниже некоторого порогового значения, резко и скачкообразно изменяют давление до атмосферного при помощи клапана 3, что выражается в резком поступлении воздуха 4 во внутреннюю полость камеры и вызывает резкое повышение внутреннего давления в этой камере.
Описанные выше этапы предлагаемого способа повторяются циклическим образом.
Упомянутое средство 2 уменьшения давления может представлять собой средство механического типа, например насос, средство гидравлического типа, например турбину, средство электромеханического типа, например вибрационный насос, цикличность функционирования которого является достаточно высокой для того, чтобы рассматривать это функционирование как непрерывное. Упомянутое средство функционирует непрерывным или квазинепрерывным образом так, чтобы это средство вызывало течение воздуха квазинепрерывного типа внутри упомянутой камеры.
Функция устройства скачкообразного изменения давления 3 состоит в том, чтобы вызвать резкое повышение давления, и может представлять собой достаточно простое устройство, скачкообразно переводящее камеру, находящуюся под пониженным давлением, в контакт с некоторой внешней средой, имеющей постоянное давление, например, с воздухом, находящимся при атмосферном давлении. Это устройство может представлять собой простое механическое устройство, образованное шариком, перекрывающим отверстие в упомянутой камере и связанным с пружиной, причем этот шарик имеет возможность перемещаться таким образом, чтобы освобождать отверстие в камере в том случае, когда разность давлений между внутренней полостью камеры и окружающим ее внешним пространством достигает некоторой величины, достаточной для того, чтобы противодействовать усилию, создаваемому упомянутой пружиной. Это устройство также может быть основано на использовании постоянной упругости материала, которая позволяет открыть клапан в том случае, когда уровень разрежения превышает некоторое пороговое значение. Это явление влечет за собой резкое изменение упомянутого квазипостоянного течения.
Сочетание и повторение двух описанных выше эффектов позволяет создать внутри камеры циркуляцию воздуха, отличающуюся резкими движениями, что позволяет обеспечить более качественную очистку, чем при обычном течении.
Это устройство также может быть применено с использованием любой текучей среды 4. При использовании жидкости, обладающей несжимаемым характером, такой, например, как вода, это устройство остается эффективным вследствие того, что внутри камеры всегда остаются как минимум несколько пузырьков воздуха, причем это явление связано с несовершенством геометрии стенок камеры, с возможным присутствием загрязняющих веществ, твердых или жидких, и с возможным несовершенством герметизации камеры, например, на уровне ее отверстий, что позволяет данному устройству реализовать описанный выше цикл изменения давления. В соответствии с концепцией предлагаемого изобретения предельные условия кавитации не являются целью, которую стремятся достигнуть в данном случае, и не являются необходимыми, в отличие от предшествующего уровня техники. Однако предлагаемое изобретение соответствует этим предельным условиям, и заявленное устройство может нормально функционировать в этих условиях, в случае необходимости.
На фиг.2 представлен схематический вид варианта осуществления предлагаемого изобретения. В этом варианте устройство дополнительно содержит средство питания 5 текучей средой 6, в частности водой, через некоторое третье отверстие, выполненное в камере 1. Это средство питания может представлять собой обычный канал, связанный с резервуаром воды, находящейся под некоторым давлением, предпочтительно высоким и постоянным.
Это устройство позволяет осуществлять следующие этапы:
этап уменьшения давления воздуха внутри камеры 1 при помощи всасывающего насоса 2, который обеспечивает отсасывание воздуха, присутствующего в этой камере;
этап параллельного заполнения упомянутой камеры водой, поступающей из средства питания 5, причем этому заполнению способствует давление воды на входе и отсасывание воздуха насосом 2;
осуществляемый при достижении величины давления ниже некоторого порогового значения, этап резкого скачкообразного изменения давления до атмосферного, вызываемого клапаном 3, обеспечиваемого за счет резкого поступления воздуха 4 во внутреннюю полость камеры и вызывающего резкое повышение давления внутри этой камеры.
Здесь следует отметить, что это устройство позволяет обеспечить следующие эффекты:
- скачкообразное повышение давления воздуха внутри камеры создает удар внутри этой камеры, который передается в объем камеры через воду вследствие ее квазинесжимаемого характера;
- без специфического способа инициации камера полностью заполняется водой, причем это заполнение оказывается лучшим, чем в случае простого питания водой. Действительно, это устройство позволяет достичь любых возможных скрытых полостей камеры под действием резких скачкообразных изменений давления;
- при любых условиях всегда остаются несколько пузырьков газа, которые позволяют механизму всасывания, а затем механизму скачкообразного изменения давления продолжать функционировать даже в том случае, когда камера практически полностью заполнена водой. Эти пузырьки воздуха имеют малые размеры и часто оказываются невидимыми невооруженным глазом при атмосферном давлении. Эти пузырьки воздуха могут перемещаться случайным образом, совершая резкие конвекционные движения, порождаемые скачкообразным повышением давления, и они имеют объем, который возрастает по мере снижения давления, причем это изменение объема также может представлять собой дополнительный источник конвекционного движения в жидкости. Благодаря этим явлениям пузырьки газа активно участвуют в очистке поверхностей, что обеспечивает эффективную очистку внутри упомянутой камеры.
В конечном счете устройство позволяет сочетать действие двух дополняющих друг друга текучих сред, а именно, воздуха, который обеспечивает механизм снижения давления и последующего резкого скачкообразного повышения этого давления, и воды с добавлением жидкого чистящего вещества, которая обеспечивает более эффективное действие очистки по сравнению с одним только воздухом и которая эффективным образом принимает участие в передаче ударных волн. Разумеется, возможно и любое другое сочетание текучих сред, жидких, газообразных и даже пастообразных, а также использование жидкости, содержащей твердые частицы, находящиеся во взвешенном состоянии.
Таким образом, заявленные устройство и способ позволяют обеспечить высокоэффективную очистку.
На фиг.3 схематически представлен вариант реализации устройства, показанного на фиг.1, который обладает тем преимуществом, что требует использования только одного отверстия в камере 1, предназначенного для осуществления функций снижения давления и резкого освобождения давления. Действительно, в этом случае устройство освобождения давления 3, выполненное в виде клапана, связано с отверстием выходного канала механизма снижения давления.
На фиг.4 схематически представлен вариант реализации устройства, показанного на фиг.1. Это устройство имеет в своем составе выходной клапан 7, связанный с камерой 1 при помощи некоторого первого отверстия, и устройство скачкообразного повышения давления 3 описанного выше типа. Камера устройства содержит открытую часть, перекрытую поршнем 8, причем этот поршень может быть приведен в движение в направлении, показанном стрелкой А, или в противоположном направлении при помощи двигателя 9.
Это устройство функционирует следующим образом:
- в соответствии с первой фазой двигатель 9 толкает поршень 8 в направлении, противоположном стрелке А, что влечет за собой удаление воздуха из камеры через открытый клапан 7, причем давление в камере при этом остается постоянным;
- затем двигатель 9 приводит поршень в движении в направлении, показанном стрелкой А, в результате чего давление в камере уменьшается, причем в этой фазе клапан 7 остается закрытым;
- после достижения некоторой величины давления устройство 3 вызывает резкое скачкообразное изменение давления внутри камеры, что вызывает резкое повышение давления в ней и заполнение камеры воздухом.
Таким образом, можно видеть, что это устройство позволяет осуществить способ, описанный выше в отношении устройства, показанного на фиг.1.
В этом варианте реализации средство понижения давления образовано выходным клапаном 7, поршнем 8 и двигателем 9.
На фиг. 5а - 5с схематически представлены варианты реализации устройства, показанного на фиг.4, с использованием упрощенных устройств, предназначенных для резкого освобождения давления.
Действительно, на фиг.5а представлена в разрезе цилиндрическая камера, в стенке которой выполнено отверстие 11, позволяющее обеспечить контакт с воздухом, находящимся под атмосферным давлением. В этом устройстве, в случае, когда поршень, который перемещается в направлении стрелки А, обеспечивая понижение давления в камере 1, достигает положения, в котором он переходит дальше отверстия 11, камера с пониженным давлением резко переводится в контакт с наружным воздухом, находящимся под атмосферным давлением, что вызывает эффект резкого скачкообразного повышения давления. Таким образом, устройство резкого освобождения давления в этом устройстве реализуется при помощи сочетания действия поршня 8 и отверстия 11.
Следует отметить, что это устройство связывает обе функции понижения давления 2 и резкого освобождения давления 3 посредством поршня 8, что делает это устройство по существу следящей системой в отличие от предшествующих устройств, в которых оба упомянутых средства функционируют независимым образом.
Устройство, показанное на фиг.5b, представляет вариант реализации, в котором отверстие 11 заменено на канавку 12.
Устройство, показанное на фиг.5с, представляет вариант реализации, в котором отверстие 11 заменено на расширение 13 поперечного сечения камеры, которое обеспечивает возможность прохождения воздуха с боковых сторон через пространство, располагающееся между расширенной стенкой камеры и поршнем.
На фиг.6 представлено устройство, основанное на схеме, показанной на фиг.4, и в варианте его применения для очистки контактной линзы 30. Это устройство имеет в своем составе поршень 8 и клапан 7, возможные функции и конструкции которых были пояснены выше. Это устройство дополнительно имеет в своем составе устройство скачкообразного повышения давления 3, связанное с резервуаром, содержащим текучую среду 4, а именно, очищающую воду. В этом устройстве на выходе клапана 7 размещен канал, связанный с резервуаром 4 типа расширительного бака для того, чтобы сформировать замкнутый контур циркуляции воды. При этом в камере 1 может быть размещен подлежащий очистке объект, например контактная линза 30.
Это устройство позволяет обеспечить высококачественную очистку контактных линз. При скорости вращения двигателя, составляющей 2 оборота в минуту, и при работе устройства на протяжении десяти минут с использованием специальной очищающей жидкости, разбавленной до 50%, вследствие чего она становится менее агрессивной и более экологичной, полученный результат оказывается эквивалентным результату, полученному при помощи обычного замачивания этой линзы на 24 часа.
Вариант реализации этого устройства схематически представлен на фиг.7. В этом варианте реализации скачкообразное повышение давления реализуется при помощи воздуха, поступающего через отверстие 11, выполненное в камере, как и в способе реализации, представленном на фиг.5а, и здесь дополнительно имеется замкнутый контур циркуляции воды. Это устройство содержит крышку 15, которая может быть приподнята для того, чтобы разместить контактную линзу в камере 1. Геометрия канала подвода воздуха и полости 1 может характеризоваться наличием небольших внутренних стенок 16, предназначенных для того, чтобы обеспечить возможность концентрации ударных волн при скачкообразном увеличении давления в той зоне, где располагается контактная линза 30, и предпочтительно размещенных в непосредственной близости от места входа текучей среды 4 в камеру 1.
В качестве варианта можно комбинировать два синхронизированных между собой устройства скачкообразного повышения давления с использованием воды и воздуха или с соответствующим смещением их действия для того, чтобы обеспечить равновесие резкого скачкообразного повышения давления и заполнения.
Это устройство позволяет получить кривую изменения давления внутри полости 1, представленную на фиг.8. В первой фазе, на протяжении которой поршень уменьшает объем камеры 1, давление остается постоянным и равным атмосферному давлению. Во второй фазе, на протяжении которой поршень увеличивает объем камеры 1, давление постепенно уменьшается, и в третьей фазе давление резко повышается, то есть увеличивается за очень короткое время, до уровня атмосферного давления.
Предлагаемое устройство может быть приспособлено для тех или иных конкретных объектов, подлежащих очистке.
Следует отметить, что заявленное устройство может функционировать и в других специфических условиях, в соответствии с которыми имеет место изменение состояния упомянутой текучей среды, в которой происходят явления кавитации. Это устройство остается совместимым с присоединяемыми дополнительными компонентами, такими, например, как датчики давления, устройства типа, например, ультразвуковых преобразователей, находящихся в контакте с текучей средой или погруженных в упомянутую полость для того, чтобы добавить дополнительную вибрацию.
Устройство и способ в соответствии с предлагаемым изобретением обладают следующими преимуществами:
- они позволяют достигнуть улучшенных характеристик очистки за уменьшенный промежуток времени;
- предлагаемое устройство является простым и относительно дешевым;
- предлагаемое устройство обладает относительно небольшими габаритными размерами;
- предлагаемое устройство функционирует с достаточно простым двигателем, потребляющим относительно небольшое количество энергии.