Устройство экономного потребления воды

Устройство экономного потребления воды относится к санитарно-техническим водоразборным устройствам и может применяться в системах раздачи хозяйственно-питьевой воды для гигиенических и других целей, где применяются водопроводные краны.
Водные процедуры, связанные с гигиеной, процесс мытья, набирание воды - все это делается с помощью водопроводных кранов, при этом необходимость в экономном использовании воды очень важна и на сегодняшний день является актуальной проблемой. Экономия расхода воды означает не только рациональный подход к ее использованию, но и хороший способ сократить размер коммунальных платежей. Статистика показывает, что только 3/4 от общего расхода воды можно отнести к полезному потреблению. Оставшуюся 1/4 составляют водопотери, и задача пользователей - свести к минимуму неоправданные траты воды, а для этого не обязательно менять уже имеющуюся у него сантехнику на более современную.
Большое количество воды расходуется просто так, например, из-за того, что неудобно лишний раз пользователю закрывать краны при мытье посуды, столовых приборов, так как пока ставиться вымытая посуда и берется следующая, вода просто течет и при этом значительное количество воды уходит в канализацию. При необходимости помыть грязные руки, надо затем еще и сам кран отмыть - мелочь, но опять же лишний расход воды. При этом рост коммунальных тарифов на воду и повсеместная установка счетчиков учета воды заставляет задуматься об экономном использовании водных ресурсов.
А главное, бережное отношение к воде - это охрана окружающей среды. Вода на нашей планете - ценнейший ресурс, но количество ее ограничено. Благодаря экономии воды значительно сокращается количество энергии для ее воспроизводства, снижается выброс углекислого газа в атмосферу и тем самым улучшается экологическая обстановка.
Из уровня техники известно «Устройство для экономии воды Семыкина» (Патент RU №147923 U1, F16K 31/62, опубл. 20.11.2014), содержащее два бистабильных электромагнитных клапана, которые открываются или закрываются для протока жидкости в зависимости от направления, подаваемого на их катушки тока, двухпозиционный электрический ножной переключатель с возвратной пружиной, источник постоянного тока и конденсатор.
Недостатком известного устройства является то, что оно предполагает работу от сети 220 В через преобразователь, а там где присутствует вода это представляется опасным, так как выход преобразователя из строя ставит под угрозу работоспособность оборудования и безопасность пользователей. Ножной переключатель в виде педали является механическим устройством и поэтому быстро изнашивается, что является его слабым местом, и, кроме того, находящаяся на полу педаль привлекает внимание детей и домашних животных, что, небезопасно, так как возможно затопление помещения.
Широко известны сенсорные приборы для экономии расхода воды, например, электронные краны (Патент US 2015292187 А1, Е03С 1/04, Е03С 1/05, опубл. 15.10.2015; Патент US №2016333556 А1, Е03С 1/04, Е03С 1/05, F16K 11/074, F16K 31/04, F16K 37/00, опубл. 17.11.2016; Патент CN №203821502 U1, Е03С 1/04, Е03С 1/046, Е03С 1/05, опубл. 10.09.2014). Известен автоматический кран (Патент CN №105804166 А1, Е03С 1/042, Е03С 1/05, опубл. 27.07.2016), который включает в себя: основание; кран с датчиком; корпус, сконфигурированный для приема по меньшей мере одного впускного трубопровода воды и имеющий сопло для подачи воды; клапанный модуль для регулирования потока воды из сопла, управляемый электромагнитным приводом; устройство управления для управления потоком воды из сопла; контроллер с сенсорным модулем и блок управления. Известен электронный кран с датчиком движения (Патент US №20160208465 A1, Е03С 1/04, F16K 11/00, опубл. 21.07.2016), содержащий: корпус крана со сливным патрубком и рычагом, где в сливной патрубок вмонтированы датчик движения и сенсорная кнопка переключения; монтажный хвостовик; блок управления с электронными клапанами внутри; отдельно выполненый модуль питания; блок смесителя; смеситель; два подводных гибких шланга и шланг-смеситель.
Сенсорные электронные краны являются отличной альтернативой электромеханическим устройствам для экономии воды, и особенно для применения в общественных местах, но их главный минус - постоянная температура воды. А это не самый лучший вариант, например, для использования в кухонных мойках в быту, так как на кухне зачастую требуется использовать разную температуру воды, потому что для каждого действия она должна быть своя: для мытья овощей вода - теплая, для жирной посуды - горячая, а для бульона - холодная. Другими словами, на кухне очень важно постоянно менять температуру воды, а в автоматических сенсорных смесителях это делать довольно сложно. Кроме этого, инфракрасные датчики уже встроены непосредственно в сливные патрубки кранов, и поэтому, при переходе на их использование необходимо будет менять всю имеющуюся сантехнику, а это затратно, так как электронные краны весьма дороги.
Также достаточно известны насадки на водопроводные краны для экономии расхода воды, которые подключают непосредственно на сливной патрубок уже имеющегося крана при помощи переходника (например, «Инфракрасный датчик на водный смеситель», https://www.youtube.com/watch?v=9rdRLdnst8s), которые быстро устанавливаются и обходятся намного дешевле кранов-смесителей, оборудованных сенсором.
Наиболее близким по отношению к достигаемому результату (прототипом) является «Сенсорная водосберегающая насадка на кран» (https://www.youtube.com/watch?v=7qxyxPiXN7E), включающая специальный переходник, корпус с внутренней и внешней резьбой, который вставляется вместо стандартной сеточки-аэратора и располагается на сливном патрубке крана-смесителя; расположенный внутри насадки блок управления, состоящий из печатной платы, клапана для перекрывания отверстия водопровода и отсека в задней части насадки для источника питания в виде четырех пальчиковых батареек; встроенные инфракрасный датчик, который регулирует движение, и сенсорную кнопку для переключения режимов. Сенсорная насадка выполнена с возможностью работы в двух режимах: ручном и автоматическом.
Однако эта насадка, как и все известные насадки, замечательно подходит только обладателям электрических водонагревателей (бойлеров), которые настраиваются на подачу воды определенной температуры. Для стандартных водопроводных клапанов, где температура воды настраивается приблизительно, возможны определенные неудобства. Например, когда вначале может потечь из крана очень горячая вода из-за разницы в уровне давления в трубах, потому что происходит неравномерное распределение подачи горячей и холодной воды в кран, так как давление в магистрали с горячей водой выше, чем с холодной. В таких случаях нужно спустить некоторое количество воды пока она остынет, а это лишний ее расход. Но очень горячая вода может пойти и при наличии бойлера, так как особенностью их эксплуатации является то, что бойлер наполняется только холодной водой, а в процессе нагревания давление внутри емкости увеличивается, и горячая вода также стремится к выходу в магистраль холодного водопровода. Еще один нюанс проявляется, если бойлер расположен далеко от крана. В этом случае до момента, когда начнет течь горячая вода, приходится спускать холодную воду, уже находящуюся в трубе между бойлером и насадкой, а это также потери воды, хотя заявлена ее экономия.
Общим недостатком всех известных насадок, является и то, что они устанавливаются только на краны-смесители, у которых имеются на смесителе сеточки-аэраторы и резьбы на конце сливного патрубка крана. К тому же батарейки вставляются в специальный отсек, предназначенный для них, который крепится в задней части насадки, что утяжеляет конструкцию и по весу и визуально (смотрится громоздко и стиль смесителя меняется не в лучшую сторону).
В основу настоящего технического решения положена задача расширения арсенала технических средств аналогичного назначения, заключающаяся в том, чтобы создать устройство, позволяющее пользователю с целью эффективного и рационального потребления воды дооснастить уже имеющийся у него водопроводный кран. Устройство должно устранять вышеуказанные недостатки прототипа и должно быть удобным, малозаметным, эстетичным «включателем/выключателем» воды, перекрывающим поток воды в водопроводе при отсутствии необходимости ее использования.
Технический результат заключается в повышении универсальности устройства при одновременном повышении ресурса работоспособности и безопасности использования.
Решение задачи и достижение заявленного технического результата обеспечивает конструкция устройства экономного потребления воды, содержащая блок управления с источником питания в отдельном отсеке; соединенную с блоком управления насадку со встроенными инфракрасным датчиком и сенсорной кнопкой активации для принудительного длительного включения воды и выполненными в отдельном кожухе; подключенные к блоку управления два бистабильных электромагнитных клапана, которые установлены на перекрываемые ими соответствующие водопроводы с холодной и горячей водой.
Насадка (видимая часть устройства экономного потребления воды) едва заметна и не нарушает эстетический дизайн водопроводного крана, так как расположена непосредственно под основанием корпуса крана-смесителя на консоли раковины и не бросается в глаза. А блок управления скрыт от глаз пользователя в пространстве под раковиной. Насадка имеет округлые формы, сочетающиеся визуально с корпусом крана-смесителя и цветом покрытия, идентичным покрытию самого смесителя. Форма и цвет покрытия могут варьироваться.
Устройство экономного потребления воды выполнено с возможностью работы в двух режимах: первый характерен при использовании его для повседневных нужд и второй режим для принудительного длительного включения воды с целью быстрого заполнения емкостей. Управление режимами осуществляется посредством использования инфракрасного датчика наличия объекта в зоне его чувствительности и сенсорной кнопки активации. Алгоритм работы устройства экономного потребления воды при управлении посредством сенсорной кнопки активации предполагает принудительное длительное включение подачи воды и автоматическое отключение по истечении, например, трехминутного интервала. Эта функция, которую можно запрограммировать, защищает пользователя от забывчивости или возникновения непредвиденных ситуаций с оставлением крана-смесителя в открытом положении и риска затопления помещения.
Устройство экономного потребления воды выполнено с возможностью настройки чувствительности инфракрасного датчика от расстояния. Температура воды устанавливается, как обычно это делается на смесителе: либо при помощи рычага однозахватного крана-смесителя, либо привычными вентилями для ручного управления.
Сенсорная кнопка активации с неограниченным количеством циклов нажатия не изнашивается, не ломается, не засоряется и не требует сильного нажимного усилия.
Бистабильные электромагнитные клапаны представляют собой надежную и функциональную арматуру для систем трубопровода и ресурс их работы очень велик. До момента выхода из строя каждый клапан способен проработать, пока число включений не достигнет порядка одного миллиона, а время, которое требуется для его срабатывания, может составлять от 0,03 до 0,5 сек. Клапаны могут быть использованы еще и в качестве отсечных, что дополнительно обеспечивает безопасность.
Автономный источник питания, выполненный общим напряжением 6 В, безопасен при использовании и позволяет устройству экономного потребления воды стать независимым от состояния электросети, с возможностью работы даже при отключении электричества. Питание может осуществляться как от одной батареи, так и батареек в частности, от пальчиковых батареек типа AAA/аккумуляторов в количестве как минимум 4 шт.
Элементы конструкции устройства экономного потребления воды выполнены с применением материалов высокого качества, которые прошли специальную обработку для устойчивости к коррозии.
Совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет получить эффект экономии расхода воды за счет использования ее только по назначению и без замены уже имеющегося у пользователя крана-смесителя любой конфигурации с сохранением его эстетичного вида, особенностей управления температурой воды и при этом обеспечивает удобство и безопасность пользователю.
Достижение заявленного технического результата обеспечивается:
- исполнением инфракрасного датчика и кнопки активации в миниатюрном кожухе, подобранном под стиль водопроводного крана, а также расположением блока управления под раковиной мойки, что делает устройство экономного потребления воды в целом малозаметным;
- возможностью установки насадки под уже имеющийся у пользователя кран любой конфигурации, что повышает универсальность устройства экономного потребления воды и одновременно обеспечивает удобство пользователю, так как нет необходимости в использовании кранов с резьбой на конце сливного патрубка;
- использованием двух бистабильных электромагнитных клапанов, а также сенсорной кнопки активации, что повышает износостойкость устройства экономного потребления воды, а соответственно повышает ресурс работоспособности и одновременно безопасность;
- применением материалов высокого качества, которые прошли специальную обработку для устойчивости к коррозии, что придает устройству высокие эксплуатационные характеристики, а в целом повышает универсальность устройства экономного потребления воды;
- размещением блока управления в пространстве под раковиной мойки с отсеком для автономного источника питания, которое делает устройство экономного потребления воды малозаметным, что удобно и безопасно для его использования, а соответственно повышает универсальность.
Устройство экономного потребления воды просто в установке даже для малопонимающих в сантехнике пользователей и не представляет серьезной проблемы. Монтируется на любой кран с возможностью получения сенсорного смесителя, а при демонтаже - снова становится обычным краном. Или, например, с изменением места жительства его можно просто свинчивать и устанавливать в новом месте.
Устройство экономного потребления воды гигиенично, так как позволяет избегать частого физического контакта грязных рук и крана. Пользователи избавлены от необходимости дотрагиваться лишний раз до ручек крана (рычага/вентилей) грязными руками, например, при готовке, что уменьшает еще и риск заражения различными инфекционными заболеваниями.
Основные достоинства предлагаемого технического решения:
- время срабатывания мгновенно;
- кожух с инфракрасным датчиком и сенсорной кнопкой активации занимает небольшое пространство и не бросается в глаза;
- блок управления скрыт от глаз пользователя;
- монтируется на кран-смеситель любой конфигурации.
Сущность предлагаемого технического решения пояснена следующими чертежами (фиг. 1-2):
на фиг. 1 - общий вид устройства экономного потребления воды;
на фиг. 2 - проиллюстрирован порядок установки насадки на консоль раковины.
Устройство экономного потребления воды (фиг. 1) включает насадку 1 со встроенными инфракрасным датчиком 2 и сенсорной кнопкой 3 активации, выполненными в отдельном кожухе 4, блок 5 управления с отсеком для автономного источника питания (не показан) и два бистабильных электромагнитных клапана 6 и 6'.
Насадка 1 (фиг. 1 и 2) содержит корпус 7, на котором смонтирован кожух 4 со встроенными в него инфракрасным датчиком 2 и сенсорной кнопкой 3 активации. Насадка 1 выполнена с возможностью размещения непосредственно под основанием корпуса крана-смесителя по месту его установки на консоли раковины мойки. Насадка 1 соединена с блоком 5 управления кабелем 8 питания через разъем с кабелем 9. Кабель 8 питания проложен через предназначенный для этого канал (не показан) внутри корпуса 7 насадки 1 с выходом к отверстию 10. Корпус 7 выполнен в частном случае плоским и круглым в форме шайбы с отверстием 10 по центру и каналом (не показан) для прокладывания кабеля 8 питания, размещенного в его полости. Отверстие 10 предназначено для прохода водяных шлангов, элементов крепления и кабеля 8 питания.
Инфракрасный датчик 2, от работы которого зависит, в какой момент времени будет включена или прекращена подача воды, состоит из излучающего и приемного элемента (не показаны). Принцип действия инфракрасного датчика 2 основан на формировании соответствующих электрических сигналов при появлении в зоне его работы рук или предметов. Дальность срабатывания подбирается при монтаже для обеспечения отсутствия ложных срабатываний и расстояние составляет 8-12 см от места расположения инфракрасного датчика 2.
Сенсорная кнопка 3 активации выполнена с герметизацией со стороны чувствительной поверхности и предназначена для принудительного длительного включения подачи воды к смесителю и запрограммирована на определенный период времени истечения воды из крана, например, на 3 мин.
Кожух 4 предназначен для защиты инфракрасного датчика 2 и сенсорной кнопки 3 активации от попадания на них влаги. Кожух 4 выполнен миниатюрным, обтекаемой каплевидной формы, сменным. Кожух 4 можно подбирать в зависимости от типа крана, с которым планируется использовать устройство экономного потребления воды. Он может быть выполнен с отличием по высоте, размеру, форме, углу наклона по отношению к плоскости раковины и материалу покрытия (краска, хром и т.п.) с целью визуальной адаптации к конкретному типу смесителя и раковины.
Блок 5 управления установлен под раковиной на плоскости мебели /на стене и предназначен для обеспечения функции управления работой электромагнитных клапанов при обнаружении инфракрасным датчиком 2 каких-либо объектов в контролируемой им зоне. В отдельном отсеке блока 5 управления расположен автономный источник питания (не показан), который выполнен в виде батареи или комплекта батареек/аккумуляторов общим напряжением 6 В. Блок 5 управления снабжен тремя кабелями 9, 9' и 9'' с разъемами для обеспечения его соединения с другими элементами устройства.
Клапаны 6 и 6' выполнены бистабильными (импульсными) и электромагнитными (соленоидными) с электромеханическим принципом работы (переключением с закрытого на открытое положение). Каждый из двух бистабильных электромагнитных клапанов 6 и 6' установлен на соответствующий перекрываемый водопровод в месте присоединения водяных шлангов (гибких подводок) или медных трубок смесителя крана к магистралям с холодной и горячей водой. Клапаны 6 и 6' предназначены для регулировки прохождения жидкости в зависимости от подачи напряжения (или импульса) на их соленоиды (катушки). С помощью клапанов 6 и 6' обеспечивается эффект экономии расхода воды и реализуется удобная система быстрого отключения подачи воды. Клапаны 6 и 6' подключены к блоку 5 управления кабелями 11 и 11' через разъемы с его кабелями 9' и 9'' соответственно (фиг. 1).
Устройство экономного потребления воды монтируют следующим образом.
Сначала осуществляют демонтаж крана-смесителя. Отсоединяют гибкие подводки (или медные трубки) смесителя от подводящих воду труб. Затем устанавливают насадку 1 на консоль раковины. Совмещают ее отверстие 10 с имеющимся отверстием в консоли таким образом, чтобы инфракрасный датчик 2 был ориентирован строго в сторону потенциального излива воды из сливного патрубка крана. Кабель 8 питания выводят в отверстие в раковине. Затем возвращают демонтированный кран-смеситель на место установки на консоли раковины и закрепляют его уже непосредственно на поверхности корпуса 7 насадки 1 с помощью штатных элементов крепления (фиг. 2). Подключают клапан 6 к трубе (водопроводу) холодной воды и к соответствующей гибкой подводке смесителя крана. Аналогично подключают другой клапан 6' к трубе (водопроводу) горячей воды. Закрепляют блок управления 5 на плоскости мебели под раковиной мойки. Соединяют разъемы кабеля 8 питания и кабелей 11 и 11' с разъемами кабелей 9, 9' и 9'' соответственно, тем самым завершают монтаж устройства экономного потребления воды. Настраивают зону чувствительности инфракрасного датчика 2. Сразу же после установки устройство экономного потребления воды готово к работе, которая осуществляется следующим образом.
Поворачивают рычаг однозахватного крана-смесителя (либо открывают вентили обычного крана-смесителя) для того, чтобы настроить напор и температуру воды.
Кран-смеситель работает лишь тогда, когда под сливной патрубок крана попадают руки или объекты, подлежащие мытью. Подводят, например, ладони рук к изливу снизу в зону чувствительности инфракрасного датчика 2. Инфракрасный датчик 2, обнаруживая объект в контролируемой им зоне, сразу же срабатывает. Электрические сигналы, испускаемые излучающим элементом инфракрасного датчика 2, отражаются от рук пользователя и попадают на приемный элемент, где преобразуются в соответствующие сигналы управления, которые передаются по проводу кабеля 8 питания на электронную схему блока 5 управления. Блок 5 управления обрабатывает информацию от инфракрасного датчика 2 и формирует импульсные сигналы управления определенной полярности для последующей передачи по соответствующим проводам кабелей 9', 9'' и 11, 11' к клапанам 6 и 6'. В результате на клапаны 6 и 6' будет подан электрический импульс, который переведет их в нормально-открытое положение. Вода при этом попадет в смеситель и польется из сливного патрубка крана (излив). Клапаны 6 и 6' остаются в открытом положении, пока их катушки находятся под напряжением.
Руки убирают (достаточно даже небольшого отведения рук в сторону). На клапаны 6 и 6' подается импульс обратной полярности, который и переводит их в нормально-закрытое положение. Излив воды прекращается. Чтобы снова осуществить подачу воды, подводят руки вновь.
Для быстрого заполнения емкостей касаются сенсорной кнопки 3 активации. Сенсорная кнопка 3 активации срабатывает. Инфракрасный датчик 2 блокируется, и кран-смеситель работает уже как стандартный в течение запрограммированных, например, 3 мин.
Таким образом, предложенное устройство экономного потребления воды выполнено с износостойкими элементами, которое обеспечивает повышение ресурса работоспособности, а также с полезной функцией, позволяющей существенно экономить расход воды. Удобно для применения в повседневном бытовом использовании, так как эргономично. Универсально, так как подходит для установки на любой уже имеющийся у пользователя водопроводный кран при сравнительно небольшой себестоимости.