устройство для стерилизации замкнутой полости
Классы МПК: | A61L2/02 с использованием физических явлений; |
Автор(ы): | РОССЕЛЬ Жорди (CH) |
Патентообладатель(и): | Медитекник Инк. (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-02-03 публикация патента:
10.03.2004 |
Изобретение относится к устройству для чистки и стерилизации внутреннего пространства замкнутой полости. Устройство содержит средство для подачи в полость стерилизационной жидкости и средство для создания в подаваемой стерилизационной жидкости колебаний давления с регулируемыми амплитудой и частотой и задаваемым градиентом этих колебаний. Средство для создания колебаний выполнено с возможностью создания в стерилизационной жидкости кавитации. Изобретение позволяет повысить эффективность стерилизации. 7 з.п.ф-лы, 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
1. Устройство для чистки и стерилизации внутреннего пространства рабочей камеры, включающее средство подачи (2) стерилизационной жидкости в эту рабочую камеру (1, 1", 1"") и средство для создания в среде этой стерилизационной жидкости колебаний давления с возможностью изменения амплитуды, частоты и градиента этих колебаний, при этом средство для создания колебаний давления выполнено с возможностью создания кавитации в среде этой стерилизационной жидкости, отличающееся тем, что средство для создания колебаний давления содержит подвижный столбик стерилизационной жидкости, заключенный в главном канале (4), расположенном между рабочей камерой (1, 1", 1"") и переключающим элементом (3), выполненным с возможностью обеспечения периодического соединения рабочей камеры с источником пониженного давления (7), при этом величина этого пониженного давления находится в зависимости от амплитуды создаваемого давления и атмосферного давления.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит два канала (5 и 6), с помощью которых осуществлено соединение главного канала (4) с атмосферным давлением и с источником пониженного давления соответственно, при этом переключающий элемент (3) имеет соединительные отверстия (10b и 10с), расположенные между каналами (5 и 6) и главным каналом (4) и выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере между двумя положениями, в одном из которых с помощью одного из соединительных отверстий (10b) осуществлено соединение главного канала (4) с атмосферным давлением, а в другом положении с помощью другого соединительного отверстия (10с) осуществлено соединение главного канала (4) с источником пониженного давления, а также средство для перемещения переключающего элемента (3) из одного положения в другое.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что переключающий элемент (3) представляет собой ротор (10) и по кинематическим условиям выполнен заодно с выходным валом приводного двигателя (13).4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно включает концевую часть (15), предназначенную для соединения рабочей камеры (1) с одной стороны с переключающим элементом (3), а с другой стороны со средством подачи (2) стерилизационной жидкости.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что между переключающим элементом (3) и рабочей камерой (1) установлен гибкий соединительный элемент (15b), соединенный герметично и с возможностью разъединения с концевой частью (15).6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что рабочая камера (1") выполнена состоящей из двух частей (1"а и 1"b), соединенных друг с другом герметично и с возможностью разъединения.7. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что рабочая камера (1’’) состоит из трубчатого элемента (16), один конец которого открыт для введения в этот трубчатый элемент рабочей части эндоскопа (Е), при этом внутреннее пространство этой рабочей камеры (1’’) соединено с одной стороны, через соединительную деталь (24), с переключающим элементом (3), а с другой стороны - со средством подачи стерилизационной жидкости через канал (25), предназначенный для обеспечения доступа биопсийных щипцов эндоскопа (Е).8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что рабочая камера (1’’) выполнена трубчатой формы и содержит трубчатый элемент (16), открытый с обоих концов, при этом каждый из этих концов размещен в одной из кольцеобразных канавок (17 и 18), выполненных в двух запорных элементах (21 и 22) соответственно и соединен с упомянутыми запорными элементами через уплотняющие детали (19 и 20).Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к устройству для чистки и стерилизации внутреннего пространства замкнутой полости, которое включает в себя средство для подачи в полость, предназначенную для обработки, стерилизационной жидкости и средство для создания в среде подаваемой стерилизационной жидкости колебаний давления с регулируемыми амплитудой и частотой и задаваемым градиентом этих колебаний, при этом упомянутое средство выполнено с возможностью создания кавитации в среде стерилизационной жидкости. Установлено, что кавитация, возникновение которой в гидравлических системах считается нежелательным из-за таких эффектов, как повреждение поверхностей, шум и потеря контакта с жидкостью, имеет также свойства, которые в некоторых применениях могут оказываться благотворными. Первое из этих свойств является механическим и позволяет в режиме кавитации преодолеть ограничения, связанные с капиллярным эффектом. А это может быть полезным при обработке областей, к которым нет иного доступа. При разумном подходе разрушительные свойства кавитации также можно применять во благо, используя термальную волну, которая хоть и возникает временно, но является, тем не менее, существенной. То же самое верно и в отношении окисляющего действия кавитации. Это имеет место в силу того, что при происходящем с выделением тепловой энергии схлопывании (экзотермальная имплозия) пузырьков пара, оказывающем отрицательное давление на микроорганизмы, энергия высвобождается в течение очень короткого времени и на очень малой площади, создавая на время очень высокую температуру. Именно поэтому сочетание механического, теплового и даже химического эффектов позволяет в одно и то же время улучшить использование чистящего и/или стерилизующего агента и повысить его эффективность. Растворимость одного вещества в другом при этом существенным образом повышается, что обеспечивает возможность стерилизации полостей или тел, погруженных в жидкость, находящуюся в режиме кавитации, что было бы невозможно осуществить путем простого промывания или продолжительного погружения с использованием того же жидкого агента. Кавитация возникает, когда в определенной жидкости складываются определенные термодинамические условия, поэтому достаточно, чтобы внутреннее пространство полости, которое герметизировано и наполнено жидкостью, было подвергнуто действию колебаний давления, амплитуда и форма которых соответствует условиям создания кавитации в этой жидкости при данной температуре. Действие кавитации может быть приложено к самой жидкости, к стенкам полости, или же к любому телу, погруженному в эту жидкость. Однако требования к параметрам колебаний давления весьма специфичны и их трудно выполнить простым механическим подбором уровней и частоты колебаний давления. Использование кавитации для чистки и стерилизации уже было предметом многих применений в области медицины, а также для чистки и стерилизации медицинского и связанного с медициной оборудования. Для чистки и стерилизации предлагалось также сочетание сверхзвуковых частот и кавитации. Для примера можно сослаться на патент DE 3903648, который относится к способу инактивации вирусов в жидкости с помощью кавитации, вызываемой путем изменения скоростей потока внутри жидкости. Этот способ осуществляют с использованием насоса высокого давления и клапана гомогенизации, расположенного ниже по течению. В патенте ЕР 0078614 предлагаются чистка и дезинфекция контактных линз в солевом растворе, в котором создается кавитация при ультразвуковой частоте. Еще один способ чистки и стерилизации, в котором сочетаются ультразвук и кавитация, описан в патентах ЕР 0595783 и US 4193818. Однако сочетанию кавитации с ультразвуком присущ тот недостаток, что при этом повреждается обрабатываемая поверхность. В патенте ЕР 0299919 предлагалось также использовать кавитацию для девитализации зубов, при этом отверстие, обеспечивающее доступ к полости коронки зуба, герметично закрыто с помощью концевой части. Эта концевая часть включает инжектор для жидкости, который соединен с подающим насосом и отводной трубкой, соединенной с всасывающим насосом. Всасывающий насос выполнен с возможностью создания в жидкости пузырьков, схлопывание которых обеспечено при работе нагнетательного насоса, с созданием, тем самым, кавитации. Усовершенствование вышеуказанного устройства предлагалось в патенте ЕР 0521119, в котором в настраиваемой концевой части расположен водоструйный насос, а сама концевая часть выполнена с возможностью герметичного закрытия отверстия, обеспечивающего доступ в полость коронки зуба, заполненную жавелевой водой. Впускное отверстие этого водоструйного насоса соединено с выходным каналом поршневого насоса, а его выпускное отверстие соединено с отводной трубкой, и его всасывающая трубка имеет выход в полость коронки зуба. При каждом цикле насоса благодаря чередованию нагнетания и всасывания обеспечено возвратно-поступательное движение определенного объема жидкости в отводной трубке, в трубке, соединяющей насос с отводной трубкой через водоструйный насос, с созданием в жидкости, находящейся в полости коронки зуба, пониженного и повышенного давлений с их чередованием, и с созданием, тем самым, кавитации. В первом из этих устройств для девитализации требуются два насоса, и его работа связана с большим расходом жидкости, которая является собственно жидкостью для обработки. Во втором из этих устройств для девитализации использован поршневой насос простого действия, который выполняет функцию как бы приводного средства, приводящего в работу водоструйный насос, создавая колебания давления в полости коронки зуба. Поршневой насос, использованный для этой цели, создает колебание давления синусоидальной формы, которое начинается от закрытия клапана простого действия и нарастает до достижения градиента синусоиды. Для создания кавитации полезное значение имеет только градиент, и этот градиент должен быть как можно более крутым (высоким), с тем чтобы изменение давления было как можно более стремительным. Если параметры синусоидального колебания недостаточны для создания желаемой кавитации им самим, то оно действует на давление в полости коронки зуба через массу жидкости, которую оно (давление) заставляет двигаться, и работает как резонатор с созданием требуемых колебаний со стремительным изменением давления через водоструйный насос. Целью предлагаемого изобретения является достижение такого же эффекта, но непосредственно, без использования водоструйного насоса, то есть без генератора повышенного давления. В связи с этим предметом предлагаемого изобретения является устройство для чистки и стерилизации внутреннего пространства полости в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. При использовании переключающего элемента обеспечена возможность подключения столбика стерилизационной жидкости, соединяющего этот переключающий элемент со стерилизационной камерой, т.е. рабочей камерой, к двум определенным уровням давления, разность которых соответствует желаемой амплитуде, при этом градиент изменения весьма значителен, и влияют на этот градиент только потери напора в каналах, так как давления того и другого уровней постоянны. Кроме того, давление только одного уровня может быть изменено произвольно, в то время как давление другого уровня, соответствующее самому высокому давлению, представляет собой просто атмосферное давление. Таким образом, система работает как пружинный поршень, который под воздействием возвратной пружины постоянно стремится возвратиться в одно из своих двух положений. В случае предлагаемого изобретения функцию этой пружины выполняет атмосферное давление. На прилагаемых чертежах графически проиллюстрирован пример осуществления устройства для чистки и стерилизации, являющегося предметом предлагаемого изобретения, где:на фиг.1 изображена блок-схема, иллюстрирующая принцип работы этого устройства;
на фиг.2 - часть устройства, принцип работы которого проиллюстрирован на фиг.1, в разрезе;
на фиг.3 - другая часть того же устройства, вид спереди;
на фиг.4 - разрез по линии IV - IV, показанной на фиг.3;
на фиг. 5 - часть устройства, изображенная на фиг.3, установлена на зуб (в разрезе), в соответствии с первым применением устройства по предлагаемому изобретению;
на фиг. 6 - часть устройства, изображенная на фиг.3, установлена на камеру для чистки и стерилизации контактных линз;
на фиг. 7 на виде спереди показан эндоскоп, часть которого введена в стерилизационную камеру устройства по предлагаемому изобретению, специально приспособленного для этого использования;
на фиг. 8 - устройство по предлагаемому изобретению в еще одном применении, вид спереди с частичным разрезом. Устройство для чистки и стерилизации замкнутой полости, принцип работы которого проиллюстрирован на фиг.1, включает рабочую камеру 1, соединенную с одной стороны со средством калиброванной подачи 2, а с другой стороны - с распределительным или переключающим элементом 3 через посредство главного канала 4. Первый впускной канал 5 этого переключающего элемента 3 сообщается с атмосферным давлением, а его второй впускной канал 6 соединен с источником пониженного давления 7, который, в свою очередь, соединен с вакуумным насосом 8 и регулируемым вспомогательным каналом впуска воздуха 9. Переключающий элемент 3, который с большей детализацией показан на фиг.2, включает цилиндрическое тело (барабан), сквозь которое проходит осевой канал, в который в боковых направлениях открываются каналы 5 и 6, и один конец которого соединен с главным каналом 4, соединяющим этот переключающий элемент с рабочей камерой 1. В этом осевом канале установлен распределительный ротор 10, при этом на одном конце барабана 11 установлено с охватом ротора 10 кольцевое уплотнение 12, которому не позволяет смещаться крышка 13, благодаря чему обеспечивается герметичность осевого канала. Конец распределительного ротора 10, выступающий из барабана 11, выполнен заодно (зацело) с приводным валом двигателя 14. Конец ротора 10, соединенный с главным каналом 4, имеет осевой канал 10а, снабженный двумя отверстиями - 10b и 10с, которые предназначены соответственно для циклического (периодического) соединения осевого канала 10а с каналом 5 (атмосферным давлением) и с каналом 6 (источником пониженного давления). Первая фаза циклического процесса, осуществляемого устройством, которое было описано выше, включает резкое понижение давления в рабочей камере 1 до давления ниже давления парообразования стерилизационной жидкости, которой заполнена рабочая камера 1, что обеспечивается при соединении рабочей камеры 1 с источником пониженного давления 7, при этом ротор 10 находится в угловом положении, показанном на фиг.2. На уровень и градиент требуемого изменения давления влияют природа стерилизационной жидкости, ее температура и степень чистоты. Всякая примесь или механическая неоднородность для данной стерилизационной жидкости означают потенциальные помехи для образования пузырьков. Следует заметить, что в случае предлагаемого изобретения этот градиент очень крут, а для установления пониженного давления в рабочей камере 1 принимаются в расчет только потери напора в каналах, и в отличие от известных устройств предшествующего уровня техники, нет синусоидальной помехи, возникающей при работе насоса. Вторая фаза этого процесса состоит в создании условий для схлопывания (имплозии) пузырьков пара, возникших на первой фазе процесса, путем восстановления в рабочей камере 1 атмосферного давления, что обеспечивается при повороте ротора 10, при котором отверстие 10b приводится в соединение с каналом 5 и, следовательно, с атмосферным давлением. Жидкость, которая была всосана в главный канал 4, затем возвращается в рабочую камеру 1, создавая небольшой импульс повышенного давления, который запускает процесс одновременного схлопывания всех пузырьков пара, которые образовались перед этим. Максимальный эффект изменения состояния пропорционален разрежению, создаваемому в источнике пониженного давления 7 вакуумным насосом 8. При этом уровень пониженного давления может быть модулирован как функция от желаемой мощности с помощью вспомогательного канала для впуска воздуха 9. Наполнение системы осуществляется через рабочую камеру 1 с помощью средства калибровочной подачи 2, при этом в рабочем режиме среднее давление является пониженным. Возвратно-поступательное движение столбика стерилизационной жидкости на самом деле обеспечивается только для правильно заполненного канала, и регенерация жидкости желательна, даже если это делает систему открытой. Скорость вращения приводного вала двигателя 14, приводящего в движение ротор 10, регулируется в зависимости от природы используемой стерилизационной жидкости, ее температуры и выбранного уровня пониженного давления. Играет роль и может потребовать адаптации, в частности во время операции растворения, состояние смеси, выведенной из рабочей камеры 1 (пропорция растворенного газа) через главный канал 4. Размеры и жесткость главного канала 4, соединяющего рабочую камеру 1 с переключающим элементом 3, находятся в зависимости от частоты цикла. Главный канал, выполненный в виде трубки из полиуретана с внутренним диаметром 2 мм, толщиной стенки 1 мм и длиной 320 мм, показал хорошие результаты при частоте порядка от 15 до 25 Гц для большинства использовавшихся стерилизационных жидкостей. Этот размер является подходящим для создания хорошего режима кавитации в объемах до нескольких кубических сантиметров. Размеры сечения впускного канала для свежей стерилизационной жидкости определяются исходя из компромисса между хорошим наполнением трубки и неустранимыми потерями пониженного давления. Хорошие результаты были достигнуты при использовании трубки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,3 мм и длиной 15 мм. Рабочая пропускная способность зависит от природы используемой стерилизационной жидкости и составляет порядка 10 мл/мин. Калибровка вспомогательного канала впуска воздуха 9 зависит от используемого диафрагменного насоса. Наилучшая легкость использования обеспечивается с помощью регулирующего клапана. Диафрагменный насос должен быть таким, чтобы возможно было достижение в источнике пониженного давления 7 в рабочем режиме, когда вспомогательный канал впуска воздуха полностью закрыт, разрежения по меньшей мере -0,9
![устройство для стерилизации замкнутой полости, патент № 2225224](/images/patents/243/2225003/8226.gif)
Класс A61L2/02 с использованием физических явлений;