УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ, ВЫПОЛНЕННОЕ С РАСПЫЛИТЕЛЬНЫМИ СРЕДСТВАМИ И С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЩЕТКОЙ
CLEANER WITH SPRAYERS AND SPINNING BRUSH

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству для очистки, предназначенному для удаления частиц с поверхности, содержащему распылительные средства, предназначенные для распыления капель рабочей текучей среды, вращающуюся щетку, впускной канал для приема загрязненного воздуха, такого как воздух, насыщенный частицами, и блок очистки. Изобретение также относится к пылесосу.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подобное устройство для очистки известно из патента США 7377009. В патенте США 7377009 раскрыт очиститель сложного типа, выполняющий как функцию вакуумной очистки для всасывания пыли, так и функцию водной очистки. Очиститель имеет корпус очистителя, включающий в себя часть для установки контейнера. В части для установки контейнера может быть избирательно установлен или контейнер для сбора пыли, предназначенный для собирания пыли, или контейнер для сбора воды, предназначенный для собирания загрязненной воды. Контейнер для сбора воды включает в себя контейнер, установленный на части для установки контейнера и имеющий пространство для собирания загрязненной воды, всасывающую трубу, соединенную со стороной контейнера, простирающуюся в направлении вниз в контейнере и соединенную со шлангом для всасывания воды. Выпускной канал образован с нижней стороны контейнера и обеспечивает выпуск воздуха из контейнера. Устройство для предотвращения выпуска воды смонтировано в выпускном канале и предотвращает утечку загрязненной воды, поступившей в контейнер, наружу по выпускному каналу. Очиститель имеет всасывающую головку с отверстием для всасывания пыли, обеспечивающим всасывание пыли, когда очиститель выполняет вакуумную очистку, и всасывающую головку с соплом для всасывания загрязненной воды, когда очиститель выполняет очистку в режиме водной очистки при работе очистителя. Всасывающее сопло смонтировано с передней стороны всасывающей головки с отверстием для всасывания пыли для всасывания загрязненной воды, которая использовалась для очистки ковра или пола после распыления из устройства для распыления промывочной воды в режиме водной очистки при работе очистителя. Щетка установлена с возможностью вращения в отверстии для всасывания пыли. Когда очиститель находится в режиме вакуумной очистки, пыль или инородные материалы на полу собираются щеткой к внутренней стороне отверстия для всасывания пыли. В случае режима водной очистки щетка соприкасается с ковром в тех местах, где промывочная вода была подана из устройства для распыления промывочной воды для промывания ковра. Промывочная текучая среда загрязняется частицами пыли и грязи, находящимися на поверхности. После операции промывки загрязненная текучая среда удаляется с поверхности под действием всасывающей силы, создаваемой всасывающим вентилятором, и собирается в контейнере для собирания воды. При использовании известного устройства для очистки необходима подача сравнительно большого количества промывочной воды на поверхность для гарантирования того, что все частицы пыли станут смоченными. Если сравнительно малые частицы не станут смоченными, данные малые частицы, тем не менее, могут быть перемещены посредством воздуха в контейнер для сбора воды. Однако довольно трудно отделить подобные малые сухие частицы от воздуха посредством устройства для предотвращения выпуска воды. Что касается малых частиц, то даже более важно удалить их с поверхности и отделить их от отработанного воздуха вследствие риска возникновения проблем со здоровьем. Недостаток заключается в том, что устройство для очистки должно быть дважды перемещено по поверхности, в первый раз - для выполнения операции промывки и во второй раз - для удаления загрязненной текучей среды с поверхности. Другой недостаток, связанный с использованием больших количеств воды, состоит в том, что контейнер для сбора мусора необходимо опорожнять сравнительно часто.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в разработке устройства для очистки, посредством которого сравнительно малые частицы могут быть легко смочены сравнительно малым количеством текучей среды.
Данная задача решается посредством устройства для очистки в соответствии с изобретением с помощью блока очистки, выполненного с возможностью отделения по меньшей мере части капель рабочей текучей среды от воздуха, при этом распылительное средство содержит вращающуюся щетку, имеющую щеточные элементы, при этом указанная вращающаяся щетка при использовании может смачиваться рабочей текучей средой, при этом щетка выполнена с возможностью вращения с такой частотой вращения и имеет такой размер, что при использовании капли рабочей текучей среды сбрасываются в виде тумана из капель с гибких щеточных элементов в пространство коалесценции в устройстве, при этом загрязненный воздух, поступающий во впускной канал, может поступать в пространство коалесценции, для образования коалесцированных частиц из капель, сброшенных со щеточных элементов, и частиц в загрязненном воздухе, при этом коалесцированные частицы могут быть перемещены из пространства коалесценции в блок очистки для отделения по меньшей мере части коалесцированных частиц от воздуха.
Во время вращения щетки ускоряющие силы, такие как центробежные силы, будут среди прочих действовать на щетку и гибкие щеточные элементы. Помимо центробежных сил могут иметь место другие ускоряющие силы, такие как ускоряющие силы, обусловленные деформацией гибких щеточных элементов. Подобная деформация имеется, например, в том случае, если щетка находится в контакте с поверхностью, подлежащей очистке. В подобном случае гибкие щеточные элементы выпрямляются, когда они не находятся в контакте с поверхностью, и они будут изгибаться, когда они окажутся в контакте с поверхностью. Данный процесс деформирования из выпрямленной в изогнутую конфигурацию и наоборот приведет к дополнительным ускорениям гибких щеточных элементов и их частей. Вращающаяся щетка и гибкие щеточные элементы выполнены с возможностью их смачивания рабочей текучей средой, например, когда они находятся в контакте с полом или поверхностью, подлежащей очистке, волоски щетки захватывают рабочую текучую среду, такую как вода или смесь воды и мыла. В альтернативном варианте рабочая текучая среда может подаваться к гибким щеточным элементам посредством направления рабочей текучей среды непосредственно к гибкому щеточному элементу, например посредством выделения текучей среды на щетку или посредством впрыскивания текучей среды в полую сердцевину щетки. В подобном случае отсутствует необходимость в том, чтобы щетка была размещена в контакте с поверхностью, подлежащей очистке. Вместо добавления преднамеренно выбранной рабочей текучей среды также можно использовать разлитую текучую среду, уже имеющуюся на поверхности, подлежащей очистке, в качестве рабочей текучей среды, такую как разлитые кофе, молоко, чай или тому подобное. Рабочая текучая среда, удерживаемая гибкими щеточными элементами, сбрасывается с них под действием ускоряющих сил. На данные ускоряющие силы влияют размер и частота вращения щетки; однако, как разъяснено выше, также деформация гибких щеточных элементов также может влиять на ускорение. При малых ускорениях существует возможность того, что почти никакая рабочая текучая среда не будет сбрасываться, в то время как при увеличивающихся ускорениях может иметь место некоторое расплескивание или разбрызгивание. При еще бóльших частотах вращения и соответствующих ускорениях образуются капли, и, начиная с определенного ускорения, капли рабочей текучей среды сбрасываются в виде тумана из капель с гибких щеточных элементов. Туман из капель сбрасывается в пространство коалесценции. Туман из капель смешивается с воздухом, имеющимся в пространстве коалесценции, и, таким образом, образует туман из рассеянных в воздухе капель рабочей текучей среды.
Загрязненный воздух поступает в пространство коалесценции из впускного канала. В загрязненном воздухе имеются частицы грязи. Частицы грязи могут быть твердыми и/или жидкими и, как правило, будут иметь разный размер, форму и вес. В особенности малые частицы могут создавать риск для здоровья и, следовательно, должны улавливаться в максимально возможной степени. Поскольку в пространстве коалесценции «удерживаются» рассеянные в воздухе капли рабочей текучей среды, а также частицы грязи и особенно малые частицы, будут происходить столкновения между каплями рабочей текучей среды и частицами грязи. Благодаря столкновениям капли будут соединяться с частицами, в результате чего образуются коалесцированные частицы, которые, как правило, имеют больший размер и являются более тяжелыми по сравнению с частицами пыли перед столкновением с каплями. Коалесцированные частицы перемещаются в блок очистки, в котором они отделяются от воздуха, в котором они рассеяны. Поскольку данные коалесцированные частицы являются сравнительно большими и тяжелыми по сравнению с частицами грязи, содержащимися в них, они могут быть легче отделены от воздуха посредством блока очистки. Аналогичным образом, данные коалесцированные частицы имеют больший размер и являются более тяжелыми по сравнению с каплями рабочей текучей среды, из которых они возникают, то есть с каплями рабочей текучей среды перед сцеплением/слиянием с частицей/частицами грязи. Коалесцированные частицы возникают из капель рабочей текучей среды. Данные капли рабочей текучей среды имеют такой размер и вес, что по меньшей мере часть их может быть отделена сепарационным устройством. По этой причине коалесцированные частицы, которые образуются из таких капель текучей среды, поддающихся отделению, также могут быть отделены. Например, частица грязи, которая находится в диапазоне частиц, отделяемых фильтрами тонкой очистки воздуха, и, например, имеет диаметр, который меньше 1 микрона, может быть отделена благодаря коалесценции в сепарационном устройстве, которое непригодно для отделения частицы таких малых размеров, которые она бы имела, если бы она не подверглась соединению или коалесценции с каплей рабочей текучей среды.
Сепарационное устройство может содержать, например, фильтр или центробежный вентилятор. Как правило, частицы отделяются легче при увеличении их веса и размера. Следовательно, определенные виды сепарационного устройства не ограничивают применимость данного изобретения.
Туман из капель рабочей текучей среды образуется для улавливания частиц грязи. Туман из капель имеет меньшую среднюю плотность и содержит меньше рабочей текучей среды, чем, например, лужа текучей среды, которая содержит частицы грязи, «дрейфующие» в ней. Следовательно, в соответствии с изобретением требуется сравнительно небольшое количество рабочей текучей среды.
В случае водной очистки посредством лужи текучей среды и частиц грязи, удерживаемых в ней, которая всасывается посредством всасывающего сопла, только частицы, находящиеся в непосредственной близости от сопла и, в частности, под соплом, поступают в сопло и будут удалены. Поскольку устройство для очистки в соответствии с изобретением имеет впускной канал, в который может поступать загрязненный воздух, также существует возможность удаления частиц грязи, которые не плавают в луже текучей среды, но которые переносятся в воздушных потоках, поступающих во впускной канал. Действительно, известно, что значительная часть частиц выходит не из зоны, находящейся непосредственно под впускным каналом, но также из зоны, находящейся рядом с впускным каналом и вокруг него. Благодаря впускному каналу в соответствии с изобретением рабочая зона, из которой эффективно удаляются частицы грязи, значительно увеличивается.
2
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением щетка имеет такой размер и выполнена с возможностью вращения с такой частотой вращения, что при использовании капли рабочей текучей среды сбрасываются со щеточных элементов благодаря ускорению кончиков гибких щеточных элементов, составляющему по меньшей мере 3000, более предпочтительно по меньшей мере 6000 м/с.
2
2
2
Эффект коалесценции, как правило, связан с мягкими щетками, то есть с гибкими щеточными элементами, которые приводятся в движение с большими частотами вращения. Как было указано выше, ускорение может быть результатом простого вращения или сложной картины деформации элементов, помимо вращения. Подобная сложная картина может возникать, например, в том случае, если щеточные элементы контактируют с полом или если они контактируют с другими элементами устройства для очистки, такими как интерцептор. Независимо от причины ускорения, то есть простого вращения или комбинации вращения и деформации, процесс коалесценции становится эффективным при ускорении, составляющем по меньшей мере 3000 м/с, но он становится очень эффективным при ускорении, составляющем по меньшей мере 6000 м/с. При таком ускорении достигается то, что сброшенные капли имеют размер, достаточно большой для того, чтобы они могли соединяться с частицами, что одновременно делает их легче поддающимися отделению, и при этом достаточно малым для создания тумана с огромным количеством капель, гарантирующим высокую вероятность коалесценции между каплями и частицами грязи. Ускорение на окружной периферии щетки в случае простого вращения может быть легко определено специалистом в данной области техники, поскольку подобное ускорение зависит от диаметра D щетки и угловой скорости ω щетки (a=0,5*D*ω). В случае сложной картины могут быть использованы высокоскоростные камеры для отслеживания траектории кончиков щеточных элементов экспериментальным образом.
В очень предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением по меньшей мере часть гибких щеточных элементов вращающейся щетки во время использования находится в контакте с поверхностью, подлежащей очистке.
Помимо выполнения функции образования тумана из капель щетки воздействуют на поверхность, подлежащую очистке, что предпочтительно для удаления грязи, которая прилипает к указанной поверхности. Дополнительное преимущество подобной конструкции заключается в том, что текучая среда, которая уже имеется на полу и которая должна быть удалена с него, может быть использована в качестве рабочей текучей среды, из которой должны быть образованы центрыкоалесценции.
Предпочтительный вариант осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением содержит по меньшей мере две щетки, при этом каждая из по меньшей мере двух щеток во время использования обеспечивает сбрасывание тумана из капель по направлению к общей заданной зоне пространства коалесценции, при этом по меньшей мере часть загрязненного воздуха может достичь указанной заданной зоны. За счет направления таким образом большего числа распыляемых струй из капель рабочей текучей среды в одну и ту же заданную зону загрязненный воздух бомбардируется каплями, в результате чего вероятность улавливания частицы грязи значительно повышается. Кроме того, эффект коалесценции «концентрируется» в данной зоне, и это способствует компактности устройства при одновременном сохранении эффективности коалесценции.
Предпочтительный вариант осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением содержит по меньшей мере две щетки, при этом каждая из по меньшей мере двух щеток имеет часть гибких щеточных элементов, которая во время использования находится в контакте с поверхностью, подлежащей очистке, при этом по меньшей мере две щетки выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях, направленных друг к другу у поверхности, подлежащей очистке.
В подобной конструкции впускной канал и камера коалесценции совпадают экономичным образом. Вытолкнутые капли концентрируются в зоне между щетками, и щетки ограничивают впускной канал и пространство коалесценции. Следовательно, процесс коалесценции может быть осуществлен очень эффективно при сравнительно небольшой нагрузке на конструкцию.
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением вращающаяся щетка выполнена с возможностью вращения с частотой, составляющей по меньшей мере 3500 оборотов в минуту, предпочтительно по меньшей мере 7000 оборотов в минуту и более предпочтительно по меньшей мере 8000 оборотов в минуту.
Данные частоты вращения приводят к образованию сравнительно большого количества капель рабочей текучей среды, которые имеют размеры, которые пригодны для отделения в широко используемых блоках очистки посредством центробежных вентиляторов или фильтров. Предпочтительные диаметры вращающихся щеток находятся в интервале между 40 и 80 мм. При этом предпочтительном диапазоне диаметров щеток данные частоты вращения достижимы при использовании широко применяемых приводных устройств для бытовых электроприборов.
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением вращающаяся щетка во время использования имеет диаметр, составляющий по меньшей мере 20 мм.
При меньших диаметрах щетки частота вращения, которая требуется для достижения минимального ускорения, становится слишком большой, что приводит к избыточным требованиям для приведения щеток в движения и к потерям в подшипниках. Длина гибких щеточных элементов становится слишком малой, что не позволяет компенсировать неровности поверхности, подлежащей очистке.
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением среднее расстояние между двумя соседними гибкими щеточными элементами составляет от 10 до 100, более предпочтительно - от 20 до 40 микрон.
При таком расстоянии малые капли чистящей текучей среды могут быть образованы и могут удерживаться между щеточными элементами, например, под действием капиллярных сил.
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением щеточные элементы имеют величину линейной плотности в дтекс, составляющую от 0,01 до 50, предпочтительно от 0,1 до 10 и даже более предпочтительно - от 0,1 до 2.
Подобные тонкие щеточные элементы не имеют достаточной жесткости для сохранения самого прямолинейного состояния и будут распрямляться только под действием ускоряющих сил. Когда щетка вращается с высокой скоростью, щеточные элементы будут сталкиваться с поверхностью и одновременно будут выделять свою энергию. Тонкие щеточные элементы вряд ли будут обеспечивать приложение какой-либо нормальной силы к поверхности, так что вряд ли какая-либо сила трения будет возникать между щеточными элементами и поверхностью. Поскольку почти не возникает трения, повреждение или износ щеточных элементов и поверхности будут ограничены. Кроме того, щеточные элементы с относительно малым значением линейной плотности в дтекс имеют сравнительно высокое сопротивление износу, что гарантирует продолжительный срок службы. Несмотря на то, что некоторые материалы имеют более высокое сопротивление износу и/или являются более дорогими, чем другие, щеточные элементы могут содержать материалы, подобные хлопку, льну, шерсти, шелку, вискозе, ацетату/триацетату (CA/CT), полиамиду (РА 6/РА 66), полиамиду (РА 11), сложному полиэфиру/полиэтилентерефталату (PES/PET), сложному полиэфиру/полибутилентерефталату (PES/PBT), мета-арамиду (m-AR), пара-арамиду (p-Ar), эластану /полиуретану (EL/PUR), полиакрилонитрилу (PAN), модакрилу (МАС), полипропилену (РР), полиэтилену (РЕ), поливинилхлориду (PVC), поливиниловому спирту (PVAL), фторволокну (политетрафторэтилену - PTFE), углеродному волокну (CF).
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением щеточные элементы содержат сложный полиэфир и имеют величину линейной плотности в дтекс, составляющую от 0,01 до 50, предпочтительно от 0,1 до 10 и даже более предпочтительно - от 0,1 до 2.
Подобные легкие щеточные элементы не имеют достаточной жесткости для сохранения самого прямолинейного состояния и будут распрямляться только под действием ускоряющих сил. Когда щетка вращается с высокой скоростью, щеточные элементы будут сталкиваться с поверхностью и одновременно будут выделять свою энергию. Тонкие щеточные элементы вряд ли будут обеспечивать приложение какой-либо нормальной силы к поверхности, так что вряд ли какая-либо сила трения будет возникать между щеточными элементами и поверхностью. Поскольку почти не возникает трения, повреждение или износ щеточных элементов и поверхности будут ограничены. Кроме того, щеточные элементы с относительно малым значением линейной плотности в дтекс имеют сравнительно высокое сопротивление износу, что гарантирует продолжительный срок службы.
В предпочтительном варианте осуществления устройства для очистки в соответствии с изобретением плотность пучков составляет по меньшей мере 30 пучков (17) на квадратный сантиметр.
Вследствие большого числа щеточных элементов сравнительно большое количество рабочей текучей среды может захватываться на квадратный сантиметр, в результате чего создается сравнительно густой туман.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет разъяснено более подробно со ссылкой на чертежи, в которых
фиг.1 представляет собой схематическое сечение устройства для очистки в соответствии с изобретением,
фиг.2 представляет собой увеличенное сечение части вида в перспективе устройства для очистки, подобного показанному на фиг.1,
фиг.3 представляет собой сечение щетки устройства для очистки, подобного показанному на фиг.1,
фиг.4 представляет собой сечение пучка, содержащего некоторое количество щеточных элементов,
фиг.5 представляет собой вид в перспективе двух щеток устройства для очистки, подобного показанному на фиг.1,
фиг.6 представляет собой схематическое сечение двух щеток устройства для очистки, подобного показанному на фиг.1, с частицами пыли, каплями текучей среды и коалесцированными частицами,
фиг.7 представляет собой увеличенный вид изображения по фиг.5,
фиг.8 представляет собой схематическое сечение устройства для очистки в соответствии с изобретением,
Фиг.9 представляет собой схематическое сечение устройства для очистки в соответствии с изобретением.
Аналогичные компоненты обозначены одними и теми же ссылочными позициями на фигурах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее некоторые принципы работы устройства по изобретению будут разъяснены со ссылкой на фиг.8. На фиг.8 схематически показано сечение устройства для очистки в соответствии с изобретением. Устройство 1 для очистки имеет впускной канал 13, расположенный над поверхностью 11, подлежащей очистке. Частицы 10 или 202 являются прилипшими к поверхности 11 или перемещаются в воздухе над поверхностью 11. Устройство всасывает данные частицы 202 и воздух, в котором они рассеяны, в направлении вверх во впускной канал 13. Средства для создания подобного воздушного потока, например посредством вакуума, известны специалисту и не будут описаны в данном описании. Устройство 1 имеет распылительное средство 225. Распылительное средство содержит вращающуюся щетку 3. Когда щетка вращается, рабочая текучая среда 201 будет смачивать волоски 3 щетки, и капли рабочей текучей среды 201 будут сбрасываться с гибких волосков щетки или щеточных элементов 18. В зависимости от частоты вращения и размера щетки 3 структура сбрасываемых капель может изменяться. Начиная с определенной частоты вращения, капли будут сбрасываться в виде тумана 19 из капель в пространство или камеру 213 коалесценции в устройстве 1. Воздух, который поступает во впускной канал 13, загрязнен частицами 202. Через посредство проточного канала 12 загрязненный воздух перемещается в пространство 213 коалесценции и впоследствии перемещается через пространство 213 коалесценции. В пространстве 213 коалесценции загрязненный воздух смешивается с туманом 19, который создан распылительным средством 225. Часть капель 200 будет сталкиваться с частью частиц 202 и прилипать к ним с образованием коалесцированных частиц 22. Размер и вес коалесцированных частиц 22 представляют собой результат коалесценции по меньшей мере одной частицы 10 или 202 пыли и по меньшей мере одной капли 200; следовательно, размер и вес коалесцированных частиц будут больше, чем размер и вес частиц 202 и капель 200, из которых они образованы. Благодаря большому количеству капель 200 большое количество частиц 10 или 202 пыли или даже все частицы 10 или 202 пыли будут слипаться с каплей 200. Коалесцированные частицы 22 впоследствии перемещаются посредством дополнительного проточного канала, аналогичного каналу 12, при этом дополнительный проточный канал имеется между пространством 213 коалесценции и контейнером 9 для сбора мусора, к блоку очистки, имеющему всасывающий вентилятор или центробежный вентиляторный агрегат 15. Контейнер 9 для сбора мусора обеспечивает сбор большей части коалесцированных частиц 22. Частицы 22, которые имеют больший размер и являются более тяжелыми, как правило, падают вниз на дно контейнера 9 для сбора мусора. Коалесцированные частицы 22 меньшего размера проходят дальше к центробежному вентилятору 15, в котором они будут отделяться от воздуха. Центробежный вентиляторный агрегат 15 содержит два вентиляторных узла, а именно всасывающий вентиляторный узел и сепарационный вентиляторный узел. В то время как всасывающий вентиляторный узел обеспечивает образование потока воздуха, проходящего через устройство, сепарационный вентиляторный узел расположен внутри контейнера 9 и обеспечивает отделение частиц 22 от воздуха центрифугированием. Центробежный вентиляторный узел и всасывающий вентиляторный узел функционируют контрпродуктивно по отношению к потоку воздуха, проходящему через устройство. После удаления коалесцированных частиц 22 относительно чистый воздух 250 выходит из устройства 1 через решетку, расположенную рядом с рукояткой или ручкой 7 устройства и направленную от рукоятки или ручки 7 устройства, так что на пользователя, который обеспечивает маневрирование устройства посредством ручки 7 по поверхности 11, не будет воздействовать воздушный поток 250, выходящий из устройства 1.
Фиг.1-7 показывают разные виды устройства 1 для очистки в соответствии с изобретением. Устройство 1 для очистки содержит корпус 2, в котором две щетки 3, 4 установлены с возможностью вращения вокруг осей 5, 6. Щетки 3, 4 приводятся в движение посредством двигателя (не показанного). Двигатель может быть расположен в любом пригодном месте, при этом через посредство зубчатых передач или ремней щетки 3, 4 приводятся во вращение с частотой от 3000 до 10000 оборотов в минуту. Ось двигателя может быть также непосредственно соединена с осью щетки, при этом двигатель может быть размещен, например, внутри щетки. Диаметр щеток может составлять, например, от 40 до 80 мм. Длина щетки может составлять, например, приблизительно 25 см. Как показано на фиг.1-3, щетка 3 выполнена с возможностью вращения в направлении по часовой стрелке, показанном стрелкой Р3, и щетка 4 выполнена с возможностью вращения в направлении против часовой стрелки, показанном стрелкой Р4, вокруг соответствующих горизонтальных осей 5, 6. Щетки 3, 4 полностью ограждены корпусом 2 за исключением зоны в нижней части. Корпус 2 предусмотрен с колесиками (не показанными), удерживающими оси 5, 6 на заданном расстоянии от поверхности, подлежащей очистке. Корпус 2 предусмотрен с ручкой 7 на стороне, удаленной от щеток 3, 4. Устройство 1 для очистки предусмотрено с расположенным между ручкой 7 и щетками 3, 4 резервуаром 8 для чистящей текучей среды, подобной воде, и с контейнером 9 для сбора мусора, предназначенным для текучей среды и частиц 10, собранных с поверхности 11, подлежащей очистке. Контейнер 9 для сбора мусора выполнен с проточным каналом, например, в виде полой трубки 12, простирающейся от отверстия 13 между щетками 3, 4 в контейнер 9 для сбора мусора. На стороне контейнера 9 для сбора мусора, противоположной по отношению к трубке 12, контейнер 9 для сбора мусора снабжен всасывающим вентиляторным агрегатом 14 и блоком очистки, содержащим центробежный вентилятор 14' в качестве вращающегося сепаратора. За счет определенного размещения вращающихся щеток впускной канал 13 представляет собой пространство, которое ограничено поверхностью 11, подлежащей очистке, и щетками 3, 4. В данной конструкции пространство 213 коалесценции и впускной канал 13 сходятся. Как можно ясно видеть на фиг.2 и 3, щетки 3, 4 содержат полый сердечник 15 в виде трубки, выполненной с некоторым числом каналов 16, проходящих через стенку сердечника 15. С наружной стороны трубки 15 предусмотрены пучки 17. Каждый пучок 17 образован из сотен отдельных волокон, представляющих собой щеточные элементы 18. Щеточные элементы 18 выполнены, например, из сложного полиэфира с диаметром, составляющим приблизительно 10 микрон, с линейной плотностью в дтекс в диапазоне от 0,01 до 50 и имеют плотность пучков, составляющую по меньшей мере 30 пучков на квадратный сантиметр.
b
Фиг.4 показывает сечение пучка 17 с щеточными элементами 18. На фиг.4 показаны только девять щеточных элементов 18. Диаметр D щеточного элемента 18 составляет приблизительно 10 микрон. Среднее расстояние D между двумя соседними щеточными элементами 18 составляет приблизительно 28 микрон. В данном случае следует упомянуть, что обычно щеточные элементы могут быть расположены довольно хаотично. Капли 19 текучей среды могут образовываться между щеточными элементами 18. Данные капли имеют значительный разброс диаметров. Среди прочего, это может быть обусловлено довольно хаотичным расположением щеточных элементов 18 внутри пучка. Размер или диаметр капель среди прочего определяется капиллярным воздействием между щеточными элементами 18. Капли, которые являются очень маленькими, то есть имеют размер порядка 1 микрона, будут исчезать или взрываться очень быстро вследствие большого поверхностного натяжения, которое возникает в результате большого соотношения поверхности и объема капель. Данные очень маленькие капли могут даже не участвовать в процессе коалесценции. Размер капель можно регулировать посредством частоты вращения щетки. Он должен быть отрегулирован в соответствии с характеристиками блока очистки, то есть самые маленькие коалесцированные капли, которые достигают блока очистки, труднее всего отделить.
Гибкая трубка 20 простирается от резервуара 8 (см. фиг.1) для рабочей текучей среды. Конец гибкой трубки 20 заканчивается внутри полого сердечника 15 щетки 3 или 4 соответственно на стороне щетки 3 или 4. Резервуар 8 и трубка 20 совместно со щетками 3, 4 образуют распылительное средство.
В то время как рабочая текучая среда может выходить из полой щетки через отверстия 16 и перемещается по каналам, образованным между щеточными элементами, наружу из щетки, другая часть рабочей текучей среды может сначала выходить из полого сердечника щетки в виде сравнительно больших капель, которые в виде брызг попадают или падают на поверхность, подлежащую очистке, или пол 11. Таким образом, пол 11 становится увлажненным рабочей текучей средой. Впоследствии рабочая текучая среда, которая была набрызгана на пол, подается снова в щетку за счет капиллярного воздействия, обеспечиваемого щеточными элементами, которые вместе могут образовывать капиллярные каналы, когда щеточные элементы находятся в контакте с полом. После отрыва от пола рабочая текучая среда сбрасывается с пространства между щеточными элементами в виде тумана из капель рабочей жидкости за счет ускорения кончиков щеточных элементов, создаваемого за счет центробежных сил и деформации элементов.
Шнур 21 питания проходит в ручку 7 и направляется через корпус к двигателям, предназначенным для приведения щеток 3, 4 во вращательное движение, к устройству, предназначенному для подачи чистящей текучей среды из резервуара 8 к щетке 3, и к всасывающему вентиляторному агрегату 14 и центробежному вентилятору 14'. В другом варианте осуществления функция подачи может быть выполнена за счет силы тяжести, то есть поток текучей среды вызывается гравитацией.
При использовании устройство 1 для очистки перемещают в направлении, показанном стрелкой Р1, по поверхности 11, подлежащей очистке. Во время указанного перемещения щетки 3, 4 вращаются в противоположных направлениях Р3, Р4 с угловыми скоростями ω (радиан/с). Направления Р3, Р4 направлены друг к другу рядом с поверхностью 11, подлежащей очистке. Чистящая текучая среда вводится внутрь трубки 15 щетки 3 или 4. Благодаря ускоряющим силам рабочая текучая среда проходит по каналам 16 и впоследствии перемещается через пучки 17 и между пучками 17 на поверхность 11. Щеточные элементы 18 пучков 17 на щетках 3, 4 перемещаются по поверхности 11, подлежащей очистке, и грязь и другие материалы отделяются от поверхности 11. Одновременно поверхность очищается рабочей текучей средой посредством растворения грязи в указанной текучей среде и впитывания грязи в указанную текучую среду. При дальнейшем перемещении устройства 1 для очистки в направлении, показанном стрелкой Р1, отсоединенные частицы 10 и чистящая или рабочая текучая среда, находящиеся на поверхности, перемещаются вверх во впускной канал 13 за счет вращения щеток 3, 4.
В том случае, когда щетка 3, 4, имеющая диаметр 44 мм, вращается со скоростью 8000 оборотов в минуту, центростремительное ускорение, обусловленное частотой вращения и действующее на вершины щеточных элементов, может быть рассчитано как
brush
2
2
2
а = 0,5*D*ω = 0,5*0,044*(2*π*8000/60) = 15424 м/с.
Если щетка не входит в контакт с полом 11, это может быть хорошим приближением к фактическому ускорению кончиков щеточных элементов. Однако в том случае, если кончики щеточных элементов перемещаются по поверхности контакта, щеточные элементы деформируются рядом с поверхностью контакта и распрямляются снова с возвратом к их исходной форме после потери контакта. Данное распрямление представляет собой очень быстрый процесс деформации, поскольку гибкие щеточные элементы являются очень тонкими и не имеют почти никакого сопротивления изгибу. Таким образом, при потере контакта между щеточными элементами и поверхностью контакта или полом щеточные элементы быстро изменяют свою форму из изогнутого состояния или конфигурации на прямую конфигурацию. Это приводит к движению кончиков щеточных элементов, подобному движению кнута, что придает дополнительное ускорение кончикам помимо ускорения, обусловленного вращением щетки. Ускоряющие силы будут преодолевать воздействие капиллярных сил между каплями и щеточными элементами 18.
При таких ускоряющих силах в сочетании с большим количеством пучков рабочая текучая среда разделяется на большое количество маленьких капель 19. Размер капель 19 предпочтительно составляет от 10 до 100 микрон и более предпочтительно - от 28 до 57 микрон, то есть хорошо соответствует техническим требованиям к блоку очистки, соответствующему уровню техники. Капли 19 будут сталкиваться с частицами 10 и прилипать к ним в соответствии с техническими эффектами и принципами, которые уже были описаны со ссылкой на фиг.8.
На фиг.9 схематически показано сечение одного варианта осуществления устройства 1 для очистки в соответствии с изобретением. Загрязненный воздух, показанный стрелками 220, поступает во впускной канал 13. Частицы 202 грязи переносятся в загрязненном воздухе 220. Первая щетка 3 или 4, вращающаяся в направлении против часовой стрелки, обеспечивает «сбрасывание» тумана 200 из капель рабочей текучей среды в пространство 213 коалесценции. Вторая щетка 4 или 3, вращающаяся в направлении по часовой стрелке, также обеспечивает «сбрасывание» тумана из капель рабочей текучей среды. Два тумана направлены к общей заданной зоне 217 и охватывают общую заданную зону 217 в пространстве 213 коалесценции. В зоне 217 плотность капель тумана значительно увеличивается по сравнению с ситуацией с только одной щеткой или с бóльшим числом щеток, не обеспечивающих перекрытия/наложения создаваемого тумана. Кроме того, капли, сбрасываемые щеткой 3, могут сталкиваться с каплями, сбрасываемыми щеткой 4, поскольку их скорости направлены в противоположных направлениях из-за направлений вращения щеток 3 и 4. Это приводит к коалесценции между каплями от щеток 3 и 4. Это предпочтительно в особенности для маленьких капель, которые могут создавать проблему в блоке очистки (не показанном), поскольку данные маленькие капли могут соединяться с каплями из противоположной щетки для образования частиц, имеющих больший размер и являющихся более тяжелыми, которые не создают проблемы при отделении их от воздуха в блоке очистки. Загрязненный воздух перемещается по направлению к общей заданной зоне 217, и после достижения зоны 217 рассеянные в воздухе частицы грязи образуют цели для «обстреливания» каплями рабочей текучей среды. Исходя из фигуры, можно прийти к заключению, что не весь загрязненный воздух может иметь доступ к заданной зоне 217, но воздух может обходить данную зону рядом со щетками. Рядом со щетками плотность капель в распыленной среде является сравнительно высокой, что может компенсировать потери при улавливании, обусловленные обходом.
Несмотря на то что изобретение было проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в предшествующем описании, подобные иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не как ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
Например, существует возможность использования изобретения в соответствии с вариантом осуществления, в котором щеточные элементы щетки представляют собой другой вид волокна, волоски, элемент, имеющий форму проволоки, или элемент другого вида.
Также существует возможность того, что оси вращения щеток будут проходить под некоторым углом относительно поверхности, например вертикально. При этом щетки по-прежнему могут образовывать туман из капель текучей среды.
Кроме того, можно нанести чистящую жидкость на внутреннюю сторону обеих щеток. Также можно нанести чистящую жидкость на наружную сторону щеток посредством распылительного средства, содержащего распылительные сопла.
Также существует возможность того, что коалесцированные частицы 22 будут перемещаться только посредством вращающихся щеток 3, 4 в трубку 12 и в камеру для сбора мусора.
Также существует возможность того, что устройство (1) для очистки будет содержать контейнер для сбора, предназначенный для удерживания мусора, такого как грязь, пыль и текучая среда.
Рабочая текучая среда может обладать очищающими свойствами, но также может представлять собой текучую среду, которая нежелательна, такую как разлитые жидкости; при условии, что рабочая текучая среда может сбрасываться в виде капель, которые «захватывают» частицы грязи, преимущества изобретения могут быть реализованы на практике. В этом отношении рабочая текучая среда альтернативно может быть названа улавливающей текучей средой или упомянута как улавливающая текучая среда.
Другие разновидности раскрытых вариантов осуществления могут быть предусмотрены и реализованы специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения на практике при изучении чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а неопределенный артикль “a” или “an” не исключает множественности. Сам факт, что определенные меры приведены в отличающихся друг от друга, зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинацию данных мер невозможно будет использовать наилучшим образом. Любые ссылочные позиции/знаки в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем.