Унитаз с устройством удаления воды из водяного затвора

Полезная модель унитаз с устройством удаления воды из водяного затвора, в дальнейшем просто устройство относится к санитарно-техническим изделиям, и может найти применение в туалетах дач, коттеджей и т. п. жилых помещений, где окружающая температура может временно падать до уровня ниже нуля по Цельсию.
В наиболее распространенных современных унитазах непременным элементом конструкции является «водяной затвор», служащий для предотвращения попадания канализационных газов в помещение. Под «водяным затвором» понимают конструкцию (изогнутый сливной канал), содержащую некоторый объем воды, часть которой находится в чаше унитаза, а другая – в передней изогнутой части канала (свойство сообщающихся сосудов).
Именно эта деталь и является основной причиной, препятствующей эксплуатации унитазов при отрицательных температурах (ниже температуры замерзания воды), так как вода в водяном затворе при замерзании расширяется и разрушает конструкцию унитаза.
К настоящему времени известны различные способы решения данной проблемы, предотвращающие разрушение унитаза при его хранении в условиях низких температур, например: удалением воды из водяного затвора насосом, помпой или шприцем; заменой воды в водяном затворе на низкозамерзающую жидкость или добавлением в воду значительного количества обычной поваренной соли; а также обеспечением в районе водяного затвора температуры выше точки замерзания воды с помощью дежурного нагревателя (любого типа).
Все вышеперечисленные способы, так или иначе, связаны с определенными трудностями и неудобствами, требуют дополнительных средств, к тому же, для включения унитаза снова в работу опять же необходимы дополнительные средства и время.
Прототипом заявляемой полезной модели могут служить практически все современные туалеты с унитазом, в конструкции которого присутствует вышеупомянутый водяной затвор. Туалет в заявленной полезной модели также как и прототип, включает сливной бачок и унитаз, в котором присутствует водяной затвор.
Сливной бачок, также как и прототип, содержит систему подвода воды, состоящую из подводящего трубопровода и крана подвода воды, систему регулирования уровня воды, состоящую из запорного клапана и поплавка уровня, и систему слива, включающую сливной клапан с патрубком.
Унитаз, также как и прототип, содержит чашу, основание и канализационный патрубок. В чаше организована система смыва, состоящая из криволинейного канала и системы отверстий в ободке чаши. В основании унитаза присутствует канализационный патрубок.
Основной задачей заявленного устройства является удаление воды из водяного затвора и сливного бачка при подготовке туалета к хранению при низких температурах без вышеперечисленных затруднений, наиболее простым способом и, соответственно, облегчение эксплуатации туалета.
Технический результат достигается удалением воды из водяного затвора и сливного бачка с помощью явления, известного в гидравлике как «сифонный эффект», суть которого заключается в перетекании жидкости из сосуда с более высоким уровнем жидкости в сосуд с меньшим уровнем жидкости при условии неразрывности жидкости в соединяющем канале. Это явление давно используется во многих областях техники, в том числе и в унитазах, в частности, в системах слива, но в данном случае это явление используется для удаления воды из водяного затвора и самого сливного бачка.
Поставленная задача достигается внесением в конструкцию туалета (унитаза и сливного бачка) некоторых изменений - это
сифон водяного затвора, состоящий из клапанного сифонного узла в бачке и системы каналов в основании унитаза;
сифон опорожнения бачка, состоящий из узла опорожнения бачка и отводящих каналов;
система управления клапанным сифонным узлом и система управления узлом опорожнения бачка, установленными в сливном бачке.
Конструктивные подробности вышеперечисленных элементов, а также обозначения и названия элементов, составляющих предъявляемое устройство, приводится ниже:
Элементы устройства, являющиеся общими с прототипом: 1 - чаша; 2 - основание; 3 - сливной бачок; 4 - клапан слива; 5 - кран подвода воды; 6 - запорный клапан; 7 - поплавок уровня; 8 - канал слива; 9 - канал смыва: 10 - канализационный патрубок.
Далее приводятся элементы, являющиеся существенными признаками.
11 - сифонный клапан; 12 - клапан опорожнения бачка; 13 - канал опорожнения бачка: 14 - канал подвода в сифон; 15 - сифонная трубка; 16 - входной канал сифона; 17 - выходной канал сифона; 18 - канал прочистки забора в сифон; 19 - сифонный цилиндр; 20 - патрубок сифонного клапана; 21 - вилка сифонного клапана; 22 - пружина сифонного клапана; 23 - сифонный фиксатор; 24 - защелка сифонного клапана; 25 - пружина сифонного фиксатора; 26 - поплавок фиксатора сифона; 27 - силовой цилиндр сифона; 28 - шток силового цилиндра сифона; 29 - поршень силового цилиндра сифона; 30 - пружина силового цилиндра сифона; 31 - стержень силового цилиндра сифона; 32 - жиклер силового цилиндра сифона; 33 - поплавок силового цилиндра сифона; 34 - стопор сифонного клапана; 35 - мембрана стопора сифонного клапана; 36 - пружина стопора сифонного клапана; 37 - упор стопора сифонного клапана; 38 - цилиндр клапана опорожнения бачка; 39 - патрубок клапана опорожнения бачка; 40 - вилка клапана опорожнения бачка; 41 - пружина клапана опорожнения бачка.42 - фиксатор клапана опорожнения бачка; 43 - защелка клапана опорожнения бачка; 44 - пружина клапана опорожнения бачка; 45 - поплавок фиксатора опорожнения бачка; 46 - силовой цилиндр опорожнения бачка; 47 - шток силового цилиндра опорожнения бачка; 48 - поршень силового цилиндра опорожнения бачка; 49 - пружина силового цилиндра опорожнения бачка; 50 - стержень силового цилиндра опорожнения бачка; 51 -жиклер силового цилиндра опорожнения бачка; 52 - поплавок силового цилиндра опорожнения бачка; 53 - стопор опорожнения бачка. 54 - мембрана стопора опорожнения бачка; 55 - пружина стопора опорожнения бачка; 56 - упор стопора опорожнения бачка; 57 - трубка подвода напора.
На фиг. 1 и 2 представлен типовой современный туалет, включающий сливной бачок и унитаз, причем на фигуре 1 представлен вертикальный продольный разрез по осевой линии унитаза со сливным бачком, а на фигуре 2 представлен вертикальный поперечный разрез сливного бачка и унитаза. Вода в водяном затворе, а также в местах, где может скапливаться вода, обозначены буквой «w» и голубым цветом.
На остальных фигурах представлено заявляемое устройство, состоящее из сливного бачка, унитаза и элементов, обеспечивающих заявляемую работу устройства, причем все элементы для достижения поставленной цели объединены либо механическими, либо гидравлическими связями, что видно из приводимого Описания, а также прилагаемого графического материала.
На фиг. 3 и 4 представлено заявляемое устройство в простейшем исполнении без системы управления клапанным сифонным узлом и системы управления узлом опорожнения бачка, причем на фигуре 3 представлен вертикальный продольный разрез по осевой линии, а на фигуре 4 вертикальный поперечный разрез. На фиг. 3 представлен момент слива, когда открыт сливной клапан, при этом вода также поступает и в канал прочистки забора в сифон, предотвращая его засорение. На фигуре 4 представлен момент, когда все клапаны закрыты, и вода в сифонные каналы не поступает.
На фиг. 5 схематично представлено расположение основных элементов устройства, как являющихся общими с прототипом, так и элементов, являющихся существенными признаками заявляемого устройства: входящие в сифон водяного затвора и входящие в сифон опорожнения бачка.
На фиг. 6 схематично представлена работа сифонного эффекта - удаление воды из водяного затвора и из бачка после заполнения сифонных каналов водой. В сифонном эффекте водяного затвора участвуют: 11 - сифонный клапан, 14 - канал подвода в сифон, 16 - входной канал сифона, 17 - выходной канал сифона, 18 - канал прочистки забора в сифон. В сифонном эффекте опорожнения бачка участвуют: 12 - клапан опорожнения бачка, 13 - канал опорожнения бачка, 15 - сифонная трубка.
На фиг. 7 представлен сливной бачок с установленной в нем системой управления клапанами - сифонным и опорожнения бачка. Некоторые элементы представлены в разрезе и вынесены отдельно в увеличенном виде. Причем ссылка D включает сифон водяного затвора, а ссылка C включает сифон опорожнения бачка.
На фиг. 8 представлен разрез Е - Е (фиг. 7) - вид на систему управления узлом опорожнения бачка. Синяя линия обозначает уровень воды, некоторые детали, попавшие в разрез, для облегчения восприятия, не показаны.
Элементы системы управления опорожнением бачка идентичны элементам системы управления сифонным клапаном и могут быть конструктивно одинаковыми, что видно при рассмотрении фиг.9 и 10.
На фиг. 9 (выноска D фигуры 7) представлен клапанный сифонный узел с системой управления клапанным сифонным узлом. Клапанный сифонный узел организует подачу воды в канал подвода в сифон при открытии сифонного клапана, а при закрытии сифонного клапана образуется неразрывное жидкостное соединение каналов: входного канала сифона и выходного канала сифона, что обеспечивает сифонный эффект. Клапанный сифонный узел включает: 11 - сифонный клапан; 19 - сифонный цилиндр; 20 - патрубок сифонного клапана; 21 - вилку сифонного клапана; 22 - пружину сифонного клапана.
В систему управления клапанным сифонным узлом входит
фиксирующий элемент удерживает сифонный клапан в открытом положении определенное время, необходимое для заполнения сифонных каналов водой, а затем закрывает сифонный клапан. Фиксирующий элемент включает: 23 - сифонный фиксатор; 24 - защелку сифонного клапана; 25 - пружину сифонного фиксатора; 26 - поплавок фиксатора сифона;
силовой элемент приводит пружину силового цилиндра сифона в сжатое состояние. Силовой элемент включает: 27 - силовой цилиндр сифона; 28 - шток силового цилиндра сифона; 29 - поршень силового цилиндра сифона; 30 - пружину силового цилиндра сифона; 31 - стержень силового цилиндра сифона; 32 - жиклер силового цилиндра сифона; 33 - поплавок силового цилиндра сифона;
стопорный элемент препятствует открытию сифонного клапана в рабочем режиме туалета, а при переходе в режим хранения позволяет пружине силового цилиндра сифона открыть сифонный клапан. Стопорный элемент включает: 34 - стопор сифонного клапана; 35 - мембрану стопора сифонного клапана; 36 - пружину стопора сифонного клапана; 37 - упор стопора сифонного клапана.
Узел опорожнения бачка и система управления узлом опорожнения бачка конструктивно идентичны вышеописанным клапанному сифонному узлу и системе управления клапанным сифонным узлом, что видно из фигуры 10. Функционально узел опорожнения бачка организует подачу воды в сифонную трубку при открытии клапана опорожнения бачка и включает: 12 - клапан опорожнения бачка; 15 - сифонную трубку; 38 - цилиндр клапана опорожнения бачка; 39 - патрубок клапана опорожнения бачка; 40 - вилку клапана опорожнения бачка; 41 - пружину клапана опорожнения бачка.
В систему управления узлом опорожнения бачка входит
фиксирующий элемент удерживает клапан опорожнения бачка в открытом положении определенное время, необходимое для заполнения сифонной трубки водой, а затем закрывает клапан опорожнения бачка. Фиксирующий элемент включает: 42 - фиксатор клапана опорожнения бачка; 43 - защелку клапана опорожнения бачка; 44 - пружину клапана опорожнения бачка; 45 - поплавок фиксатора опорожнения бачка;
силовой элемент приводит пружину силового цилиндра опорожнения бачка в сжатое состояние. Силовой элемент включает: 46 - силовой цилиндр опорожнения бачка; 47 - шток силового цилиндра опорожнения бачка; 48 - поршень силового цилиндра опорожнения бачка; 49 - пружину силового цилиндра опорожнения бачка; 50 - стержень силового цилиндра опорожнения бачка; 51 -жиклер силового цилиндра опорожнения бачка; 52 - поплавок силового цилиндра опорожнения бачка;
стопорный элемент препятствует открытию клапана опорожнения бачка в рабочем режиме туалета, а при переходе в режим хранения позволяет пружине силового цилиндра опорожнения бачка открыть клапан опорожнения бачка. Стопорный элемент включает: 53 - стопор опорожнения бачка; 54 - мембрану стопора опорожнения бачка; 55 - пружину стопора опорожнения бачка; 56 - упор стопора опорожнения бачка.
Фиг. 11, 12 и 13 последовательно иллюстрируют работу устройства, позиции, представленные на них, обозначены в описании работы устройства.
Для большей наглядности системы управления клапанным сифонным узлом и узлом опорожнения бачка, представлена на фиг. 14, причем большинство деталей - в разрезе.
Устройство работает следующим образом.
В обычном режиме работа устройства ничем не отличается от работы типового туалета, представленного на фигурах 1 и 2. Этот обычный режим для заявленного устройства отображен на фигурах 3 и 4: здесь кран подвода воды 5 в сливной бачок 3 открыт и уровень воды в сливном бачке 3 регулируется обычной системой регулирования уровня, состоящей из запорного клапана 6 и поплавка уровня 7, при этом сифонный клапан 11 и клапан опорожнения бачка 12 закрыты (не задействованы).
При переходе в режим хранения выполняется определенная последовательность действий по удалению воды из водяного затвора и сливного бачка, представленная на фигурах 11, 12 и 13. Пример приведен для сифонного клапана, для клапана опорожнения бачка действия будут аналогичными.
Состояние системы управления клапанным сифонным узлом в обычном (рабочем) режиме отображен на фиг. 11. Давление воды в подмембранной полости стопора сифонного клапана 34 удерживает мембрану стопора сифонного клапана 35 в приподнятом состоянии и упор стопора сифонного клапана 37 не дает возможность штоку силового цилиндра сифона 28 воздействовать на вилку сифонного клапана 21.
В случае подготовки туалета к режиму хранения, краном подвода воды 5 перекрывается подача воды в сливной бачок 3 (фиг. 4), при этом падает давление в подмембранной полости стопора сифонного клапана 34 (фиг. 12), мембрана стопора сифонного клапана 35 под действием пружины стопора сифонного клапана 36 прогибается, упор сифонного клапана 37 освобождает шток силового цилиндра сифона 28, который под действием пружины силового цилиндра сифона 30 нажимает на вилку сифонного клапана 21, которая открывает сифонный клапан 11. Вилка сифонного клапана 21 поднимается, отжимая защелку сифонного клапана 24, и сифонный клапан 11 фиксируется в поднятом положении, что позволяет воде через патрубок сифонного канала 20 войти в канал подвода в сифон 14, заполнить входную сифонную ветвь 16 и выходную сифонную ветвь 17 (фиг. 6).
1
сф
Дальнейшие действия отображены на фигуре 13. По мере поступления воды в сифонные каналы уровень воды в сливном бачке 3 понижается и, по достижению определенного значения уровня h, поплавок фиксатора сифона 26 опускается, отодвигая защелку сифонного клапана 24 и освобождая вилку сифонного клапана 21. Поплавок силового цилиндра 33 также опускается вслед за уровнем воды в сливном бачке 3, стержень силового цилиндра сифона 31 освобождает поршень силового цилиндра сифона 29, и пружина силового цилиндра 30 в разжатом состоянии не препятствует повороту вилки сифонного клапана 21 и сифонный клапан 11 под действием пружины сифонного клапана 22 закрывает патрубок сифонного клапана 20. Сифон, образованный каналом подвода в сифон 14, входной сифонной ветвью 16, и выходной сифонной ветвью 17 начинает работать, вода из водяного затвора W сливается в канализационный патрубок 10 под действием перепада давлений жидкости, вызванного разностью уровней h.
Следует отметить, что для опорожнения бачка можно было бы использовать обычный клапан с патрубком (без сифонной трубки), но в этом случае в бачке остался бы некоторый уровень жидкости, обусловленный геометрическими особенностями патрубка - поверхность слива из патрубка расположена над поверхностью пола бачка, применение же сифона позволяет удалить воду из бачка практически полностью, т. к. вход в сифонную полость совпадает с уровнем пола бачка (что представлено на фиг. 5 и 8).
Последовательность действий по опорожнению бачка подобна операциям по удалению воды из водяного затвора, описанным выше, отличие заключается лишь в том, что после открытия клапана опорожнения бачка 12 вода поступает в патрубок клапана опорожнения бачка 39, создавая в нем разряжение, которое подсасывает воду в сифонную трубку 15, заполняя ее.
После закрытия клапана опорожнения бачка 12 в результате действий, аналогичных для сифонного клапана 11, оставшаяся в сливном бачке 3 вода эвакуируется по каналу опорожнения бачка 13 в канализационный патрубок 10.
Теперь в рассматриваемом туалете вода отсутствует, что позволяет ему находиться при низких температурах без разрушения.
Рассмотрим работу устройства при приведении туалета в обычное рабочее состояние после его хранения. Работа узлов и деталей системы управления клапанным сифонным узлом и системы управления узлом опорожнения бачка принципиально не отличаются и поэтому для краткости они рассматриваются одновременно, описание позиций также приведены в сокращенном виде.
Для приведения дачного туалета в обычный режим (при соответствующей окружающей температуре), достаточно открыть кран подвода воды 5 в сливной бачок 3, при этом вода по трубке подвода напора 57 (фиг. 14) подводится к стопорным элементам 34 и 53. Давление воды в подмембранных полостях стопорных элементов перемещает соответствующие мембраны 35 и 54 с упорами 37 и 56, которые отжимают штоки 28 и 47 соответствующих силовых цилиндров 27 и 46, блокируя их воздействие на соответствующие вилки 21 и 40. Далее вода под напором поступает через жиклеры 32 и 51 в подпоршневые полости соответствующих силовых цилиндров, поршни которых 29 и 48, перемещаясь под действием напора воды, сжимают пружины 30 и 49 силовых цилиндров 27 и 46, приводя их в рабочее состояние. Наличие жиклеров 32 и 51 замедляет перемещение соответствующих поршней 29 и 48, что позволяет застопорить штоки 28 и 47 соответствующих силовых цилиндров, прежде, чем начнется сжатие их соответствующих пружин. Уровень воды в сливном бачке повышается до рабочего состояния, и поплавки силовых цилиндров 33 и 52, поднимаясь, вставляют стержни 31 и 50 за кольцевые выступы поршней 29 и 48. Теперь пружины 30 и 49 соответствующих силовых цилиндров 27 и 46 сжаты, но упоры 37 и 56 не дают им возможности воздействовать на вилки 21 и 40, и вся система приведена в первоначальное рабочее состояние.
Таким образом, исходя из вышеописанного, видно, что заявляемое устройство просто и надежно в эксплуатации: переход в режим хранения и обратно в рабочий режим осуществляется простым поворотом крана подачи рабочей жидкости (воды). В тоже время для изготовления устройство не требует значительных затрат и специализированного оборудования и при своей конструктивной простоте обеспечивает выполнение поставленной задачи - слив воды из водяного затвора и сливного бачка для предотвращения разрушения бачка и унитаза при низких температурах окружающей среды.