УСТРОЙСТВО УПРОЩЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ЧИСТКИ И ЗАПОЛНЕНИЯ
SIMPLIFIED DEVICE FOR CLEANING AND FILLING

Изобретение относится к способу заполнения, чистки, проникновения разблокирующего типа в закрытую или практически закрытую полость, а также к устройству для его осуществления. Устройство особенно пригодно для обработки сложных по форме полостей и/или полостей, доступ в которые затруднен. Устройство может иметь много применений, включая применение в установках в строительной, химической или пищевой промышленности, медицине и стоматологии.
Известен практически применяемый способ, при котором для чистки закрытой полости в ней выполняют два отверстия для циркулирования в полости под высоким давлением текучей среды (газообразную или жидкую), обладающей в случае необходимости химическими чистящими свойствами.
При применении этого способа быстро достигают пределов, которыми он ограничен:
- при обработке некоторых полостей сложной формы стенки остаются недоступными для воздействия текучей среды и неочищенными;
- кроме того, при простой циркуляции требуется относительно продолжительный период времени чистки, и обычно достигается посредственная эффективность чистки.
Известен практически применяемый способ, при котором, для заполнения жидкостью или пастообразным веществом закрытой или полузакрытой полости, заполненной воздухом, к отверстию в полости присоединяют трубопровод для подачи воды и для обеспечения выпуска воздуха либо через второе отверстие, либо через то же самое отверстие. Такой способ, однако, является продолжительным по времени при большом объеме полости. Кроме того, этим способом невозможно полностью заполнить полость сложной формы, включающую узкие ответвления, в «карманах» которых остается захваченный воздух.
Такой способ заполнения описан в европейском патенте EP № 0538200 и предназначен для применения в стоматологической области, где закрытой полостью является полость в зубе, которую надлежит заполнить заполняющей пастой. В этом способе применяют механизм для аспирации объема полости зуба, обеспечивающей возможность заполнения полости пастой в то же самое время. Этот способ обладает недостатками, заключающимися в большой продолжительности процесса заполнения при большом объеме полости, невозможности заполнения всех ответвлений полости и в том, что остаются «карманы», в которых удерживается захваченный воздух.
Второй способ, предназначенный для применения в стоматологической области, описан в патенте США № 4021921. Этот способ заключается в введении жидкости внутрь зуба с помощью насоса, которым нагнетают жидкость. При этом способе также обеспечивают дополнительные пузырьки газа и использование колебаний давления, сочетающихся с периодическими импульсами, создаваемыми посредством управления насосом, что позволяет выполнять повторяющиеся циклы пуска и останова. Этот способ обладает преимуществом, заключающимся в повышении эффективности операций чистки и заполнения, в сравнении с результатами, достигаемыми при простой циркуляции жидкости под давлением. Однако предложенное устройство обладает недостатком, заключающимся в сложности его конструкции, объемности механизма и в сложности его применения и управления им из-за характерного действия насоса. Кроме того, этим способом невозможно полностью исключить все воздушные «карманы» в полости, а ее заполнение и чистка являются неудовлетворительными.
Третий способ, предназначенный для применения в стоматологической области, описан в европейском патенте EP № 0299919. Этот способ основан, с одной стороны, на использовании насоса, с помощью которого можно создавать вакуум в полости зуба, и на использовании устройства с поршнем, назначение которого заключается в подаче в полость зуба чистящей жидкости под давлением. Это устройство действует на основе явления кавитации, при котором имеет место вовлечение большого количества энергии, что обеспечивает возможность преодоления недостатков описанных ранее способов. Однако при таком способе требуется применение двух управляемых нагнетающих систем относительно длинных трубопроводов, большого числа соединений; способ зависит от инерционности компонентов при их движении, инерционности столбов жидкости при их движении, и он подвержен влиянию различных тормозящих факторов, связанных с использованием различных компонентов, например трубопроводов, в контексте колебаний давления. Применение этого способа связано, таким образом, с проблемами надежности, возникающими в результате использования сложного механизма. Кроме того, при этом способе имеет место значительное потребление энергии и жидкости. И, наконец, при этом способе возникает явление кавитации, которое всегда сопровождается часто нежелательными сильными воздействиями, непригодными для предполагаемого применения. Вариант выполнения этого способа, обладающий теми же недостатками, описан в европейском патенте EP № 0521119.
Способ, обладающий аналогичными недостатками, описан в европейском патенте EP № 0766535.
Другой способ, в котором используют явление кавитации, описан в европейском патенте EP № 1146914. Он заключается в создании низкого давления с помощью устройства, которое периодически вводят в контакт с полостью, которую надлежит подвергнуть чистке, чередуя с установлением атмосферного давления. Этот способ основан на использовании ротора, вращаемого от двигателя и содержащего несколько внутренних трубок, посредством которых соединяют полость закрытого пространства с источниками различного давления. Это устройство обладает многими недостатками, подобными упомянутым ранее, к которым прибавляется факт использования ротора; более конкретно: при использовании этого устройства требуется выполнение особенно надежного соединения трубопроводов, имеют место потери энергии и износ, вызываемый трением, возникают проблемы обеспечения герметичности соединений и проблемы гигиенического характера, так как жидкость проходит через ротор.
Известно из практики, что, когда трубопровод забивается, его пытаются прочистить путем заполнения, например, водой согласно упомянутой выше технологии, надеясь на то, что давление будет достаточным для преодоления затора. На практике применение этого способа ограничено в случае возникновения труднопреодолимых заторов.
Основной задачей изобретения является создание способа, применение которого позволяет выполнять сложные вмешательства для чистки, заполнения, ликвидации заторов в труднодоступной закрытой полости, и устройства для его осуществления.
Более точно, задачей изобретения является создание способа, пригодного для выполнения операций заполнения, чистки, ликвидации заторов, с помощью которого можно получать хорошие результаты и в короткие периоды времени, и устройства для осуществления этого способа.
Задачей изобретения также является создание способа, пригодного к использованию в различных областях, например в установках в строительной, химической или пищевой промышленности, причем полость может представлять собой трубопровод для транспортировки жидкости или резервуар, а также в медицине и стоматологической области, причем полость может представлять собой артерию или зуб, и устройства для осуществления этого способа.
Задачей изобретения является создание простого способа и компактного устройства при низкой стоимости.
Концепция изобретения заключается в том, что полость, во внутреннюю область которой необходимо вмешательство, подвергают циклическим резким сбросам давления, вызывающим особое движение текучей среды (газообразной, жидкой и даже пастообразной) внутри полости, в результате чего происходит чистка, заполнение, удаление заторов в полости.
Более точно, устройство согласно изобретению для осуществления сложного вмешательства в закрытую полость содержит трубку, первый конец которой предназначен для введения внутрь полости, причем трубка дополнительно соединена:
а) со средствами для снижения давления, предназначенными для снижения давления внутри полости;
b) с выпускной трубкой для извлечения отсасываемого материала; и
c) с трубкой, соединенной с устройством для резкого сброса давления, и с отверстием в устройстве для введения конца трубки в контакт с атмосферным воздухом, когда давление внутри полости достигает значения ниже некоторого порогового значения.
В качестве средства для снижения давления может быть использована циркуляция воздуха, вызывающая снижение давления за счет эффекта Вентури.
Устройство может быть соединено с трубкой для удаления отходов.
Устройство может содержать шарик, прижимаемый к отверстию посредством пружины таким образом, чтобы вводить или не вводить полость в контакт с атмосферой посредством отверстия в устройстве.
Устройство может содержать трубку, один конец которой выполнен так, чтобы его можно было вводить внутрь полости, а другой конец которой пригоден для соединения с другой трубкой, соединенной с резервуаром с текучей средой.
Устройство может содержать концевой фитинг, изготовленный из силикона или эластомера, через который пропускают конец трубки или концы трубок, предназначенных для введения внутрь полости, причем силиконовый концевой фитинг выполнен с возможностью размещения в отверстии полости.
Одна из двух трубок, пропущенных через силиконовый или эластомерный концевой фитинг, может выступать на большую величину, чтобы она более глубоко входила внутрь полости.
Это устройство можно использовать для оказания стоматологической помощи. Как вариант выполнения, устройство можно использовать для чистки, например, контактных линз.
Изобретение также относится к способу осуществления сложного вмешательства в закрытую полость, включающему повторение следующих двух этапов:
- снижение давления на конце трубки, соединенной с полостью посредством другого ее конца; и
- при давлении внутри полости ниже порогового значения соединение трубки через трубку и отверстие с наружным воздухом при атмосферном давлении для достижения резкого повышения давления внутри полости.
Способ осуществления сложного вмешательства в закрытую полость может включать циркуляцию воздуха в трубопроводе для снижения давления в трубке под влиянием эффекта Вентури.
Способ осуществления сложного вмешательства может включать параллельно с двумя предыдущими этапами этап подачи в полость текучей среды через трубку.
Эти задачи, отличительные особенности и преимущества и другие признаки настоящего изобретения пояснены более подробно в последующем описании конкретных вариантов выполнения, приведенных на основании того, что ими не ограничивается объем изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
на Фиг.1 - схематический вид, на котором проиллюстрирована концепция изобретения;
на Фиг.2 - схематический вид варианта выполнения устройства согласно концепции изобретения;
на Фиг.3 - вариант устройства, представленного на Фиг.1;
на Фиг.4 - вид в перспективе устройства согласно изобретению, предназначенного для применения в стоматологии;
на Фиг.5 - подробный вид устройства, представленного на Фиг.4; и
на Фиг.6 - кривая давления как функция времени, получающаяся при использовании устройства, представленного на Фиг.4.
На Фиг.1-3 изображены схематически устройства, иллюстрирующие концепцию изобретения.
На Фиг.1 изображена закрытая полость 1, в которую надлежит произвести необходимое вмешательство для выполнения операции чистки. Устройство согласно изобретению содержит средства 2 для снижения давления, соединенные с полостью посредством первого отверстия; эти средства представлены насосом в данном варианте выполнения; средства 3 для резкого сброса давления соединены с полостью 1 посредством второго отверстия; эти средства представлены, в данном варианте исполнения, выпускным устройством клапанного типа, и эти средства соединены с резервуаром, содержащим текучую среду 4 (воздух при атмосферном давлении, в данном варианте исполнения).
Для упрощения описания полость представлена схематически в виде прямоугольника. Она, однако, может иметь любую сложную форму и может содержать труднодоступные места.
Способ чистки согласно изобретению, выполняемый с помощью описанного выше устройства, включает следующие существенные этапы:
- понижение давления внутри полости 1 с помощью всасывающего насоса 2, которым отсасывают воздух, имеющийся в полости;
- при давлении ниже некоторого порогового значения резкое изменение давления посредством клапана 3, выражающееся в резком впуске воздуха 4 в полость, что вызывает резкое повышение давления внутри полости.
Описанные выше этапы повторяют циклически.
Средства 2 для снижения давления могут быть механического типа, например насосом; гидравлического типа, например турбиной; электромеханического типа, например вибрационным насосом, рабочий цикл которого достаточно высок, чтобы считать его постоянным. Он действует в непрерывном или практически непрерывном режиме для создания практически непрерывного потока воздуха внутри полости.
С помощью выпускного устройства 3 создают резкое повышение давления, и оно может представлять собой простое устройство, посредством которого полость, находящуюся в состоянии низкого давления, резко вводят в контакт с наружной средой с постоянным давлением, например с воздухом при атмосферном давлении. Это устройство может представлять собой простое механическое устройство, состоящее из шарика, цилиндра или элемента любой формы, пригодного для закрывания отверстия полости, соединенного с пружиной; этот элемент должен быть установлен с возможностью перемещения таким образом, чтобы открывать отверстие полости, когда перепад давлений между внутренним пространством полости и наружной средой достигает достаточного значения, для оказания противодействия силе пружины. Это устройство может также быть основано на постоянной упругости материала, благодаря которой обеспечивается возможность открывания клапана при уменьшении давления ниже некоторого порогового значения. Это явление вызывает резкое изменение практически постоянного потока. В виде варианта выполнения, это устройство может быть управляемым, например клапаном с механическим управлением.
Комбинация и повторение двух описанных выше эффектов обеспечивает возможность создания циркуляции воздуха, характеризующейся сильными перемещениями внутри полости, что обеспечивает возможность достижения чистки лучшего качества, чем при простом потоке.
Это устройство можно также применять, используя любую текучую среду. Следует отметить, что в случае использования жидкости, например воды, несжимаемой по своей природе, такое устройство остается эффективным благодаря тому, что всегда остается, по меньшей мере, небольшое количество пузырьков воздуха внутри полости (из-за несовершенства геометрии стенок полости, из-за возможного присутствия твердых или жидких загрязняющих веществ и из-за возможной неполной герметичности уплотнения полости, например, в области отверстия), что позволяет при использовании устройства создавать описанные выше циклы давления. Согласно концепции изобретения экстремальные параметры явления кавитации не наблюдаются, и они не являются необходимыми, в отличие от прототипа. Однако изобретение остается совместимым с этими экстремальными параметрами, и ничто не препятствует работе устройства в таких условиях, если это требуется в некоторых случаях применения.
На Фиг.2 представлен схематический вид варианта выполнения устройства. В этом варианте выполнения устройство содержит дополнительно средства 5 для подачи текучей среды 6 (воды, в данном варианте исполнения) через третье отверстие в полости 1. Средства для подачи могут быть простым трубопроводом, соединенным с резервуаром с водой под некоторым давлением, достаточно высоким и постоянным.
При использовании этого устройства можно выполнять следующие этапы:
- понижение давления воздуха внутри полости 1 посредством всасывающего насоса 2, которым отсасывают воздух, имеющийся в полости;
- параллельно заполнение полости водой, подаваемой из средств 5 (этому заполнению способствует давление, под которым находится вода на впуске, и всасывание с помощью средств 2);
- при давлении ниже некоторого порогового значения резкое изменение давления посредством клапана 3, выражающееся в резком впуске воздуха 4 в полость, что вызывает резкое повышение давления внутри полости.
Следует отметить, что при использовании этого устройства можно получать следующие результаты:
- при впуске воздуха внутрь полости происходит удар внутри полости, передающийся объему полости посредством воды благодаря ее практической несжимаемости;
- без использования какого-либо особенного способа заливки полость отделывают путем заполнения водой; это заполнение получается лучшего качества, чем в случае использования простой подачи воды; более конкретно, посредством этого устройства можно «добраться» до любых уголков полости под воздействием резких сбросов давления;
- тем не менее, всегда остается небольшое количество пузырьков газа, наличие которых обеспечивает возможность продолжения работы механизма всасывания и последующего сброса давления даже при почти полностью заполненной водой полости; эти пузырьки воздуха очень маленькие и часто невидимые невооруженным глазом при атмосферном давлении; они могут перемещаться хаотически, совершая резкое конвекционное движение, создаваемое при сбросе давления, и они имеют объем, который увеличивается при снижении давления; эти колебания объема также могут служить дополнительным источником конвекционного движения в жидкости; благодаря этому явлению пузырьки газа принимают активное участие в чистке поверхностей;
- чистка полости оказывается очень эффективной.
И, наконец, посредством этого устройства можно сочетать действие двух дополняющих друг друга текучих сред: воздуха, благодаря которому действует механизм снижения давления и последующего резкого сброса; и воды с дополнением жидкого чистящего вещества, если это необходимо, применение которой может обеспечивать более эффективную чистку, чем только одного воздуха, и которая принимает эффективное участие в передаче ударных волн. Естественно, возможно использование любых других сочетаний текучих сред (жидких, газообразных и даже пастообразных), например жидкости, содержащей твердые частицы во взвешенном состоянии. Использование этого способа и этого устройства, таким образом, обеспечивает возможность выполнения более качественной чистки. Можно использовать принципы изобретения для вспомогательных целей для чистки объекта, размещенного в полости.
Кроме того, посредством использования способа и устройства можно как следует заполнить полость 1 водой. И, наконец, эта система также очень подходит для разблокирования полости благодаря тому, что заполнение улучшается, и могут быть достигнуты зоны, которые сложно достигнуть при использовании простого потока, и благодаря тому, что посредством резких снижений давления можно передавать удары, оказывающие позитивное воздействие при разблокировании (ликвидации заторов).
На Фиг.3 изображен схематически вариант выполнения устройства, представленного на Фиг.1, обладающий преимуществом, заключающимся в том, что для него требуется только одно отверстие в полости 1 для исполнения функций снижения давления и резкого повышения давления. Более конкретно, в этом случае устройство 3 для сброса давления в форме клапана соединено с отверстием выпускной трубки механизма сброса давления.
На Фиг.4 изображено конкретное устройство 10, пригодное для оказания стоматологической помощи.
Как показано на Фиг.5, это устройство содержит две трубки 11 и 12, пропущенные через силиконовый концевой фитинг 13, выполненный в виде усеченного конуса и вставленный в отверстие 14 в зубе 15 таким образом, чтобы оно заходило в полость 1 зуба. Трубку 11 используют для выполнения функции снижения давления, а трубку 12 - для подачи текучей среды 6. Предпочтительно трубку 12 для подачи текучей среды вводят дальше для исключения потенциальной возможности взаимодействия между двумя трубками (11 и 12), при котором может, например, иметь место риск всасывания текучей среды 6 через трубку 11 непосредственно на выходе из трубки 12. Пробка 13 представляет собой простую силиконовую пробку, плотно вставленную прямо в отверстие 14 в зубе, причем эта пробка удерживается на месте в рабочем режиме благодаря низкому давлению внутри полости 1.
Устройство 10 дополнительно содержит трубку 16, которая может быть соединена с наружным воздухом посредством циркуляционной трубки 17, например такой, которые имеются в больницах. Этой трубкой 16 соединен конец трубки 11 с выпускной трубкой 18 большего диаметра. С помощью этой конструкции обеспечивают возможность посредством трубки 16 вызывать снижение давления около конца трубки 11 благодаря эффекту Вентури. Такая геометрия предложена для обеспечения возможности действия устройства в определенном диапазоне давлений. Трубка 11 и трубка 16, таким образом, выполняют функцию средств 2 для снижения давления, как это показано на Фиг 1-3. Как вариант выполнения, другие средства для снижения давления могут быть использованы на конце трубки 11, например всасывающий насос.
Материалы, извлеченные посредством трубки 11, направляют с помощью трубки 18, которая может быть соединена с трубкой 19, ведущей в устройство для сбора гигиенических отходов. Кроме того, трубка 20 соединена с одной стороны с трубкой 11, а с другой стороны - с системой, состоящей из шарика 22 и пружины 21, действие которых описано выше. Когда давление достигает достаточно низкого значения, пружина 21 сжимается под давлением наружного воздуха, что приводит к резкому прекращению проникновения в трубку 20 через отверстие 23 и затем в полость 1 зуба через трубку 11, вызывая резкое повышение давления. Шарик 22 затем снова возвращается назад под действием пружины 21 и закрывает отверстие, связанное с внешней средой. Этот узел, состоящий из трубки 20, шарика 21, пружины 22 и отверстия 23, служит для резкого сброса давления. Трубка 12 соединена ее концом с трубкой 24, соединенной с резервуаром, содержащим текучую среду 6. Этот узел представляет собой питающее устройство 5.
Это устройство 10 содержит корпус 25, в котором размещены и посредством которого защищают различные трубки. Этот корпус содержит выпуск, предназначенный для введения его в полость зуба, а более точно, он содержит два конца трубок 11 и 12. Этот корпус содержит четыре других места соприкосновения с внешней средой, предназначенных для присоединения трубок 16, 18, 12, 20, согласно приведенному выше описанию.
Посредством этого устройства можно, с одной стороны, производить чистку полости 1 зуба с использованием чистящей текучей среды 6, а с другой стороны можно также заполнять эту полость пастой, доставляя ее вместо чистящей текучей среды.
Это устройство также обеспечивает давление согласно кривой, изображенной на диаграмме на Фиг.6, внутри полости зуба 1. В первой фазе давление падает непрерывно, а затем, во второй фазе, давление снова резко повышается, т.е. в очень короткий промежуток времени, до атмосферного давления.
Специалист может приспособить устройство для применения его в различных областях, упомянутых выше.
Следует также отметить, что это устройство можно использовать в других конкретных условиях, в которых изменено состояние текучей среды, в которых имеет место явление кавитации. Устройство совместимо с дополнительными вспомогательными компонентами, например датчиками давления; с такими устройствами, как, например, преобразователь, находящимися в контакте с текучей средой или погруженными в полость для создания дополнительных вибрационных и/или тепловых явлений, например, ультразвукового типа.
Устройство и способ согласно изобретению, в конечном счете, обладают следующими преимуществами:
- устройство пригодно для применения в различных областях как для обработки полостей малых объемов, так и полостей в промышленных установках объемом в несколько кубических метров;
- оно также обеспечивает очень хорошую чистку, заполнение, удаление заторов в короткие промежутки времени;
- устройство имеет простую конструкцию, имеет низкую стоимость, может быть выброшено в отходы после одноразового использования, что является большим достоинством, например, при применении в медицине и стоматологии, где требования, связанные с гигиеной, очень высоки;
- оно не очень объемное, и его можно очень легко присоединить к внешним трубопроводам и к полости, которую надлежит обрабатывать;
- отсасываемый материал не проходит через все функционально важные компоненты устройства, а его направляют в сборник отходов;
- оно действует при простой подаче газа и, если необходимо, при подаче текучей среды; для его работы не требуется большого количества энергии; и
- для его запуска требуется только заполнить его объем.