ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЕ УСТРОЙСТВА, РАБОТАЮЩИЕ ОТ АККУМУЛЯТОРОВ
VENTILATION WATER IMPERMEABLE DEVICES OPERATING FROM BATTERIES

Данное изобретение относится к удалению газа, например водорода, из внутреннего пространства водонепроницаемых работающих от аккумуляторов устройств, таких как ручные бытовые электроприборы для использования в личной гигиене.
При определенных условиях во внутренних частях устройств, работающих от аккумуляторов, может накапливаться водород. Водород может высвобождаться из аккумуляторов или может образовываться посредством электролиза вне аккумуляторов. Смешение этого водорода с окружающим кислородом может привести к образованию взрывчатого газа, который потенциально может воспламениться от искры из двигателя или переключателя устройства.
Эту проблему решали различными способами. В устройствах и приборах, для которых не требуется водонепроницаемость, корпус устройства будет зачастую содержать отверстие, через которое газы могут удаляться.
В случае приборов, которые работают во влажных средах, например электрические зубные щетки и бритвы, работающие от аккумуляторов, отверстие может быть закрыто микропористой мембранной. Мембрана проницаема для газа (газообразного) водорода, но непроницаема для воды. Хотя этот подход, в общем, эффективен при удалении водорода из внутреннего пространства прибора, использование мембраны оказывается дорогостоящим и усложняет процесс сборки изделия.
Другой подход предполагает вступление в реакцию газообразного водорода, а не его удаление. В этом случае внутри устройства предусматривается гидрирогенизирующий катализатор, способствующий взаимодействию водорода и кислорода с образованием воды, и влагопоглотитель из двуокиси кремния для ее поглощения. Водонепроницаемые камеры, использующие этот подход, описаны в заявке США 2002/0045093.
В общем, настоящее изобретение описывает устройства, работающие от аккумуляторов и в которых удаление газов (например, водорода) обеспечивается через отверстие, которое герметизировано уплотнением, которое обычно закрыто и остается закрытым, когда давление прикладывается снаружи устройства, но открывается, когда превышается заранее заданное внутреннее давление. В некоторых случаях отверстие в корпусе устройства, которое герметизировано, представляет собой отверстие, которое служит другой цели в устройстве, например отверстие, через которое проходит исполнительный механизм.
В одном объекте изобретение характеризует водонепроницаемое устройство, работающее от аккумуляторов, содержащее (а) корпус, имеющий полое внутреннее пространство и отверстие, через которое газ может отводиться из внутреннего пространства; и (b) уплотнение, расположенное с возможностью перекрытия отверстия в обычном состоянии, причем уплотнение выполнено с возможностью изгибаться под действие давления газа во внутреннем пространстве и отодвигаться от отверстия при превышении давления газа заданного значения, например примерно от 0,1 до 2 бар.
Устройство может представлять собой устройство для личной гигиены, такое как бритва или зубная щетка. Таким образом, устройство может дополнительно содержать картридж бритвы или головку зубной щетки, установленные на корпусе.
Устройство может включаться и выключаться с помощью исполнительного механизма. Исполнительный механизм в некоторых случаях может быть выполнен проходящим через отверстие. В таких случаях уплотнение может окружать шток исполнительного механизма.
В некоторых случаях уплотнение может быть выполнено в виде эластичного элемента, например в виде уплотнения сильфонного типа или эластичной кольцеобразной манжеты. Отверстие может быть расположено внутри кольцеобразной канавки, выполненной по наружной поверхности корпуса, и уплотнитель может быть выполнен в виде кольцеобразного элемента, например манжеты из эластичного материала, расположенной в канавке с возможностью перекрытия отверстия. Кольцеобразный элемент может быть заранее подвергнут растяжению, обеспечивающему его удержание в натянутом состоянии на наружной поверхности корпуса.
В другом объекте изобретение характеризует водонепроницаемое устройство, работающее от аккумуляторов, содержащее (а) корпус, имеющий полое внутреннее пространство, образованное внутренней стенкой, причем корпус имеет отверстие, через которое может отводиться газ; (b) держатель, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью удержания аккумулятора, причем держатель имеет отверстие, через которое может отводиться газ; (с) первое уплотнение, расположенное между держателем и внутренней стенкой корпуса, допускающее прохождение текучей среды между отверстием в корпусе и отверстием в держателе, но препятствующее прохождению текучей среды через первое уплотнение в корпус; и (d) второе уплотнение, расположенное с возможностью перекрытия отверстия в держателе в обычном состоянии, причем это уплотнение выполнено с возможностью изгибаться под действием давления газа во внутреннем пространстве держателя и отодвигаться от отверстия при превышении давления газа заданного значения.
В некоторых случаях первое и второе уплотнения могут быть выполнены в виде эластичных элементов. Корпус и держатель могут быть выполнены по существу цилиндрическими, при этом первое уплотнение может быть выполнено в виде пары кольцеобразных жгутов, расположенных по одному с каждой стороны от отверстия в держателе и отверстия в корпусе с возможностью изолирования отверстий от остальной части корпуса.
Подробности одного или нескольких примеров осуществления изобретения изложены в сопроводительных чертежах и описании, приводимом ниже. Другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны из описания и чертежей и из формулы изобретения.
На Фиг.1 представлен фрагмент осевого сечения устройства по одному из вариантов осуществления изобретения. На Фиг.1А представлено поперечное сечение по линии А-А на Фиг.1. На Фиг.1В представлено в увеличенном масштабе поперечное сечение уплотнительного элемента, использованного в устройстве, представленном на Фиг.1.
На Фиг.2 схематично представлен фрагмент устройства по другому варианту осуществления изобретения. На Фиг.2А схематично представлен вид в поперечном сечении по линии А-А на Фиг.2. На Фиг.2В схематично представлен в увеличенном масштабе вид верхней части устройства на Фиг.2, иллюстрирующий путь прохождения потока газа в данном варианте осуществления изобретения.
На Фиг.3 схематично представлен фрагмент устройства по еще одному варианту осуществления изобретения. На Фиг.3А схематично представлен в увеличенном масштабе подробный вид области А на Фиг.3.
На Фиг.4 схематично представлен фрагмент устройства по еще одному варианту осуществления изобретения.
На Фиг.5 схематично представлен вид нижней части устройства на Фиг.4, иллюстрирующий путь прохождения потока газа в данном варианте осуществления.
На Фиг.1-1А устройство 10, например бритва или зубная щетка, содержит обычно цилиндрический корпус 12 ручки. Аккумулятор (не показан) расположен внутри корпуса, когда устройство используется, что приводит к возможной выработке газообразного водорода. Корпус 12 водонепроницаемо герметизирован. Кнопка 14 исполнительного механизма располагается на наружной поверхности 16 корпуса и доступна пользователю для нажатия, чтобы активировать функции устройства, например функцию чистки головки механической щетки или функцию вибрации бритвы, питающейся от аккумуляторов, для влажного бритья. Кнопка исполнительного механизма завершает шток 18. Шток 18 впрессован во втулку 20, которая скользит вниз при нажатии кнопки, активизируя функции устройства (как это происходит, не будет обсуждаться, поскольку это не имеет отношения к изобретению и может отличаться от устройства к устройству). Кнопка исполнительного механизма возвращается в свое нормальное, не нажатое положение возвратной пружиной 22.
Отверстие вокруг втулки 20 и смежной стенки 24 фланца 25 корпуса 12 должно быть уплотнено, для того чтобы устройство было полностью водонепроницаемым. Уплотнение обеспечивается при помощи сильфонного уплотнителя 26, имеющего верхнее уплотнительное кольцо 28, нижнее уплотнительное кольцо 30 и выпуклый наружу сильфон 32. Верхнее уплотнительное кольцо 28 герметизирует место пересечения нижней поверхности кнопки с верхним концом штока, в то время как нижнее уплотнительное кольцо 30 герметизирует наружную поверхность фланца 25. При нормальных условиях внутреннего давления сильфон 32 упруго сдвигает уплотняющие кольца относительно поверхностей, которые они герметизируют. Предпочтительно, чтобы сильфонный уплотнитель 26 был выполнен в виде эластичного уплотнителя, который предварительно подвергнут растяжению до его рабочей формы путем растяжения по фланцу 25.
При превышении заданного значения давления газа внутри корпуса, например от 0,1 до 2 бар, свидетельствующем о присутствие газообразного водорода, сильфонное уплотнение изгибается, благодаря чему уплотнение в области верхнего и (или) нижнего уплотнительного кольца (обычно в области нижнего уплотнительного кольца) временно нарушается, что дает возможность газу выходить из устройства. Обычно газ проходит через зазор между втулкой 20 и фланцем 25 в камеру, образованную внутренней стенкой сильфона 32, и затем, когда уплотнение нарушено, проходит нижнее уплотнительное кольцо и через зазор между кнопкой 14 и корпусом 12.
Как только давление внутри корпуса нормализуется, сильфонный уплотнитель возвращается в свое нормальное, неизогнутое положение, в котором он обеспечивает устройству водонепроницаемость. Так как уплотнение нарушается только на очень короткое время и до очень малой степени и так как внутреннее давление выше, чем наружное давление, маловероятно, что какое-либо количество воды проникнет в устройство во время выпуска газа.
Упругость эластичного уплотнителя и степень, до которой он заранее растянут (т.е. степень, до которой диаметры верхнего и нижнего уплотнительных колец меньше, чем диаметры частей, которые они герметизируют), будут зависеть от заданного порога давления, который приемлем в конкретном устройстве.
В одном примере сильфонный уплотнитель выполнен из жидкой силиконовой резины (LSR), имеющей твердость примерно 50 единиц по Шору А. и заранее растянутой примерно от 15 до 40%, и выполнен с таким расчетом, чтобы удалять газ при превышении внутреннего давления значения 0,3 бар. Конфигурация этого уплотнения показана детально на Фиг.1В.
По желанию, сильфонное уплотнение может быть заменено уплотнением, имеющим одно уплотнительное кольцо, а не два уплотнительных кольца, как описано выше. Например, верхнее уплотнительное кольцо 28 может быть исключено.
Устройство может содержать отверстие, через которое не проходит исполнительный механизм кнопки. Например, как показано на Фиг.2-2В, корпус 12 может содержать канавку 50, в которой расположено выпускное отверстие 52. Кольцеобразный уплотнительный элемент 54, например эластичная манжета, расположен в канавке 50, герметизируя отверстие 52. Уплотнительный элемент находится в предварительно растянутом состоянии, обеспечивающем его плотное прилегание к поверхности канавки 50. Предварительное растяжение обычно достигается путем натягивания уплотнительного элемента 54 на канавку, так как диаметр уплотнительного элемента немного меньше, чем диаметр корпуса в канавке. В общем случае необходимо, чтобы материал уплотнительного элемента был достаточно эластичным, чтобы уплотнительный элемент в процессе его размещения в канавке можно было растянуть в тех областях корпуса, которые имеют большой диаметр.
Как показано на Фиг.2В, когда аккумулятор В выделяет газ, увеличенное давление газа внутри корпуса 12 будет немного растягивать уплотнительный элемент 54, отодвигая его от поверхности канавки в области отверстия 52. Это обеспечивает удаление газа вокруг уплотнительного элемента 54, как показано стрелками на Фиг.2В. Как обсуждалось выше, удаление газа настолько кратковременно и степень, до которой смещается уплотнение, настолько мала, что очень маловероятно, что вода поступит в устройство во время удаления газа.
В одном примере уплотнительный элемент 54 изготовлен из эластомера, выпускаемого под торговым наименованием VITON, имеющего твердость примерно 70 единиц по Шору А., предварительно растянутого примерно от 10 до 20%, и выполнен с таким расчетом, чтобы удалять газ при превышении внутреннего давления значения 0,3 бар.
Как показано на Фиг.3 и 3А, в некоторых случаях вокруг отверстия 52 в канавке 50 может быть предусмотрена небольшая приподнятая площадка 56. Эта приподнятая площадка обеспечивает концентрацию усилия предварительного натяжения прокладки по периметру отверстия 52, увеличивая степень герметизации так, что для заданной конструкции уплотнительного кольца потребуется более высокое внутреннее давление, чтобы нарушить уплотнение. Это особенно полезно для проектируемых уплотнительных колец.
В некоторых случаях аккумулятор может быть размещен в держателе внутри корпуса. Например, как показано на Фиг.4 и 5, аккумулятор В может быть размещен в держателе 60, имеющем канавку 62, отводящее газ отверстие 64 внутри канавки и кольцеобразный уплотнительный элемент 66, герметизирующий отверстие, аналогично вариантам осуществления, которые обсуждались выше. Важно, что, когда газ выходит из отводящего отверстия 64, он выходит из корпуса и не остается во внутреннем пространстве корпуса. Таким образом, корпус включает в себя отводящее отверстие 68, расположенное относительно близко к отводящему отверстию 64. По желанию, роль отводящего отверстия 68 может выполнять линия стыка, вдоль которой две части корпуса могут быть отделены друг от друга, например основная часть корпуса и крышка аккумуляторного отсека. Чтобы предотвратить попадание газа из отверстия 64 или воды из отверстия 68 во внутреннее пространство корпуса, предусмотрено уплотнение 70 между внутренней стенкой 72 корпуса 12 и внешней стенкой 74 держателя 60 по разные стороны отверстий. Уплотнение может быть выполнено в виде пары эластичных уплотнительных колец, как показано, или любого другого подходящего вида уплотнения. Уплотнение 70 рассчитано и выполнено таким образом, чтобы оно оставалось не нарушенным при любом ожидаемом давлении в области между стенками 72 и 74, предотвращая любую утечку из этой области в корпус. Поток газа во время отвода проходит сначала наружу через отверстие 64 и затем наружу через отверстие 68, как показано на Фиг.5. В данном варианте осуществления уплотнительный элемент 66 может быть визуально скрыт и защищен одной частью корпуса (например, основной частью корпуса, показанной с правой стороны на Фиг.4). Держатель 60 может быть постоянно зафиксирован и герметизирован к основной части корпуса одним из уплотнительных колец так, что уплотнительный элемент 66 заслоняется основной частью корпуса, в то время как крышка аккумуляторного отсека может быть удалена, чтобы обеспечить замену аккумуляторов.
Описано несколько вариантов осуществления изобретения. Тем не менее, будет пониматься, что могут быть произведены различные модификации без отступления от сущности и объема изобретения. Например, отводящее отверстие и уплотнительный элемент могут быть предусмотрены в других местах корпуса и могут иметь различную конфигурацию. Как в предыдущем примере, канавка, описанная выше, может быть в общем случае эллиптической формы. Кроме того, хотя выше упоминались бритвы и зубные щетки, обсуждаемые здесь уплотнения могут использоваться в любом виде водонепроницаемых устройств, например в электрических фонариках, скребковых щетках, работающих от аккумуляторов, фотоаппаратах и тому подобном.