Самозакрывающийся обратный клапан для полной остановки возвратного воздушного потока через вентиляционные устройства и приспособления
SELF-CLOSING CHECK VALVE FOR COMPLETE STOP OF RETURN AIR FLOW THROUGH VENTILATION DEVICES AND APPLIANCES

Область применения
Предлагаемое устройство находит применение в качестве плотно самозакрывающегося клапана, полностью останавливающего возвратный, воздушный поток через вентиляционные приборы, такие как бытовые вентиляторы и аспираторы. Устанавливается как в качестве дополнительной приставки к существующим вентиляционным приборам, также в качестве прилежащего приспособления для будущих вентиляционных систем. Существует возможность для самостоятельного установления клапана в воздуховоде или на отверстиях вентиляционных шахтах.
Предшествующее состояние техники
В современных домах проветривание мокрых и кухонных помещений осуществляется в большинстве случаев через вентиляторы и аспираторы, которые отводят воздух из проветриваемых помещений в вентиляционные шахты. В неблагоприятных условиях, в сочетании с тем, что вентиляторы и аспираторы выключены в течение длительного промежутка времени, беспрепятственный обратный воздушный поток приводит к проникновению неприятных запахов и влаги в проветриваемые помещения и в жилище в целом. На рынке в основном предлагаются самозакрывающиеся клапаны, которые в большинстве своем реализованы в виде дроссельных клапанов, а также в виде заслонках и жалюзийных решетках. В этих конструкциях основная проблема заключается в том, что клапаны, выполненные указанным способом, неизбежно имеют щели, возникающие между их подвижными и неподвижными частями. Хотя бы минимальный нежелательный поток воздуха из вентиляционной шахты в вентилируемое помещение станет особенно ощутимым, если с ним помимо влаги будут передаваться и сильные внешние запахи.
Известен патент US5509445 от 1996, публикация заявки на патент US2006/0200896 A1 и заявка на полезную модель RU147326 U1 от 10.11.2014, в которых описаны самозакрывающимися обратные клапаны с затвором в виде шара для бытового применения. Клапан, представленный в патенте US5509445, предназначен для остановки обратного воздушного потока через вентиляционное отверстие от окружающей среды к внутренней части дома. Шар движется по изогнутому каналу с наличным кольцеобразным овальным седлом, выполненным в виде отдельной детали, установленной на нижнем конце канала. Публикация заявки на патент US2006/0200896 A1 описывает самозакрывающийся клапан для ванных комнат и туалетов. Представлены два варианта его реализации. В первом варианте, который предлагается для установки в подвесных потолках, шарик движется в изогнутый канал, достигая кольца с прикрепленным к нему уплотнением, и таким образом закрывает клапан. В следующем варианте, в той же заявке, шарик движется в цилиндрической трубе, от чьей поверхности вырезаны окна. На входе в трубу изнутри есть ограничительное кольцо, на котором остановится шарик, чтобы закрыть клапан. Труба установлена в наклонном положении (5°-10°) относительно горизонтали. В патенте не комментируются требования к диаметру шарика и к внутреннему диаметру цилиндрической трубы, но из чертежей можно сделать вывод, что шарик плотно движется в трубе, что и необходимо для эффективного закрытия клапана. В этом случае, однако, свободное движение шарика будет затруднено, даже полностью остановлено при возникновении минимальной деформации или загрязнения трубы. Третий документ RU147326 U1 от 10.11.2014 описывает цилиндр с коническим седлом для шара на одном конце и с крышкой на верхнем конце. Хотя, ориентация клапана нигде не указана в формуле изобретения, приложенные фигуры указывают, что клапан ориентирован вертикально.
Пространственная ориентация упомянутых клапанов имеет решающее значение для их работы. Цилиндр с коническим седлом для закрывающего элемента, как описанный в RU147326 U1, напоминает хорошо известный шаровой обратный клапан. Объединяя цилиндр с усеченным конусом или с другим сужением или кольцом, как например в US2006/0200896 A1 от 2006, если не указано иное, должно быть получено симметричное осевое тело. Ставя шарик внутри этого тела, чьей диаметр меньше диаметра цилиндра, что необходимо для свободного движения шарика, как в случае обратного клапана, при положении что тело не имеет вертикальной ориентации, центр шарика будет смещен от оси симметрии тела. Таким образом, при определенном наклоне клапана, из-за разницы в диаметрах и смещении закрывающего элемента в форме шара от оси симметрии тела, возможно появление щели, хотя клапану следовало бы быть закрытым, когда под воздействием его собственного веса, шарик устанавливается в нижнем конце модуля, полученный из сборки клапанного тела и седла закрывающего элемента. С подходящим выбором монтажных наклонов и геометрии собранных клапанного корпуса и седла закрывающего элемента появления щели можно избежать и это, несомненно необходимо учитывать при описании и конструировании клапана.
Описанные клапаны требуют наличия дополнительных элементов отчасти в сложной форме или с наличными кромками и прокладками, также важно и точное согласование размеров трубы (канала) и шарика, для обеспечения плотного закрытия клапана. В противном случае возможно появление щели при соприкосновении шарика с ограничивающим кольцом, что скомпрометирует плотное закрытие клапана. Рассматриваются только варианты клапанов, включающие одну трубу (канала). Входящее отверстие клапана и его закрывающий шарик должны быть сделаны с размерами, обеспечивающими оптимальный поток проходящего воздуха. Это в свою очередь приведет к увеличению размера клапана в целом и неудобству монтажа. В дополнение, похожие размеры используемого цилиндрического клапанного корпуса и шарика, как затвора, затрудняют воздушный поток через клапан.
В настоящем изобретении сконструирован самозакрывающийся обратный клапан, где устранены вышеупомянутые недостатки состояния техники. Сконструирован дешевый в производстве, простой в изготовлении и в монтаже обратный клапан, плотно закрывающий отверстие при возникновении обратного воздушного потока и надежно функционирующее устройство при длительной эксплуатации. Настоящее изобретение имеет упрощенную конструкцию и в дополнении устраняет необходимость точного согласования размеров между различными элементами корпуса клапана. По сравнению с конструкцией с цилиндрическим клапанным корпусом предыдущего состояния техники, представленное изобретение позволяет прохождение более сильного воздушного потока. Помимо варианта, применимого для вентиляционных устройств для ванных комнат, также доступен и вариант для кухонных аспираторов.
Техническая сущность изобретения
Предлагается самозакрывающийсяобратный клапан для полного предотвращения обратного воздушного потока, такой как, например, через вентиляционные устройства и приспособления, состоящего из коробки, являющейся полым телом, оснащённым входными и выходными отверстиями, корпуса клапана, чья ось находится в наклонном положении относительно горизонтальной плоскости, причём корпус клапана помещается внутри коробки и шара, находящийся в корпусе клапана. Согласно изобретению, у коробки есть не менее одного выходного отверстия и не менее одного монтажного входного отверстия, и в полости коробки находится, по меньшей мере, один корпус клапана, чья ось расположена под наклоном относительно горизонтальной плоскости, причём корпус клапана представляет трубукруглого поперечного сечения с уменьшающимся вдоль её оси диаметром - конической трубой. Ниже расположенный узкий конец конической трубы плотно фиксирован к соответствующему входному отверстию коробки, причём, будучи так расположен, конец конической трубы является входным конически сужающимся отверстием клапана. Коробка и корпус клапана также могут представлять одну деталь.В части трубы, которая находится внутри коробки, есть не менее одного окна для свободного протекания воздуха в направлении выхода коробки, которое предпочтительно вырезано из поверхности трубы. Коническая труба находится под углом относительно горизонтальной плоскости. Внутри конической трубы установлен затвор в виде шара, у которого есть возможность свободного перемещения в ней, диаметр шара меньше внутреннего диаметра трубы в её широком конце и приблизительно равный, но не меньше внутреннего диаметра в её узком конце. Клапан находится в закрытом положении, когда шар находится в нижней, более узкой части клапанного корпуса - на входном конически сужающегося отверстия, возникающим естественным способом из-за уменьшающегося диаметра конической трубы. Клапан находится в открытом положении, когда шарудален от входного отверстия. Длина конической трубы и её расположение внутри коробки предпочтительно таковы, что когда клапан находится в открытом положении, уход затвора из конической трубы сквозь её широкий конец предотвращается частью стенки коробки, причём дополнительные протекторы от ухода шара не требуются. Собственный вес шарового затвора и наклон конической трубы таковы, что при отсутствии воздушного потока в направлении к выходному отверстию, шаровой затвор будет находиться у входного конически сужающегося отверстия корпуса, а при наличии силы, направленной к вентиляционной шахте, возникшей из-за разницы давлении с обеих сторон клапана, шаровой затвор преодолеет наклон своей траектории и остановится на расстоянии от входного отверстия. Воздушный поток можно отвести к входному отверстию при помощи вентилятора. Самостоятельная вентиляция тоже возможна.
Вариант, при котором самозакрывающийся клапан содержит, по крайней мере, одну коническую трубу, чья ось находится в наклонном, но не вертикальном положении относительно горизонтальной плоскости, является подходящим для монтажа у входа вентилятора, с той стороны коробки, на которой размещены её выходные отверстия. В одном предпочтительном варианте выполнения самозакрывающегося обратного клапана, выходные отверстия клапана сделаны на одной стенке коробки, а входные отверстия сделаны на стенку противоположную выходным отверстиям. В зависимости от выполнения и с целью увеличения потока отводимого воздуха, на коробке могут быть сделаны больше чем одно входное отверстие, и на них смонтированы больше чем один клапанный корпус, причём располагая их внутри коробки. Описанный таким образом клапан можно использовать и самостоятельно непосредственно закрепленным у входа вентиляционной шахты или внутри воздуховода - самостоятельно или после вентиляционного прибора.
В другом предпочтительном варианте самозакрывающегося клапана, ось конической трубы расположена вертикально относительно горизонтальной плоскости. В этом варианте у шарового затвора есть возможность для почти вертикального движения внутри клапанного корпуса, не имея при этом возможности покинуть трубу через наличные окна и отверстия. Входное отверстие находится в горизонтальной плоскости и более узкий конец конической трубы вплотную и без щелей закреплены к нему. Это решение рекомендуется, если клапан установлен непосредственно у вертикально направленных выходов кухонных аспираторов или внутри вертикально направленных воздуховодов. Когда клапан установлен у выхода кухонного аспиратора, шаровой затвор предпочтительно изготовлен из жаростойких материалов. Клапан может быть выполнен также с более чем одним вертикально направленным клапанным корпусом. В предпочтительном выполнении, выходные отверстия сделаны на одной стенке коробки, а на противоположную стенку сделаны круглые входящие отверстия. Дополнительно можно установить манипулятор, который предусмотрен на случай необходимости принудительного смещения шарового затвора, если клапан установлен и прямой доступ к шаровому затвору невозможен. В зависимости от конкретного выполнения манипулятор может быть пружиной или кнопкой.
В каждом из выше упомянутых вариантов выполнения самозакрывающегося обратного клапана, шаровой затвор выполнен предпочтительно полым, сделан из недеформируемого материала, как например шарик для настольного тенниса или полое тело из алюминиевого сплава.
В другом варианте выполнения самозакрывающегося обратного клапана, в соответствии со всеми другими вариантами выполнения частично вырезанные из поверхности трубы окна дополнительно оснащены ограничителями, предохраняющие уход шара из конической трубы. Здесь можно уточнить, что с целью повышения потока отводимого воздуха, клапан может быть сделан как полое тело, с находящимися внутри несколькими клапанными корпусами, являющимися коническими трубами, чьи оси в одном из вариантов расположены в зависимости от обстоятельств и дизайна под наклоном или вертикально относительно горизонтальной плоскости, а в другом варианте имеется комбинация из двух ориентации, причём каждый клапанный корпус содержит в качестве затвора один шар.
Основное преимущество предлагаемого клапана представляет его способность для полного перерыва обратного воздушного потока через вентиляционные устройства и сооружении такие, как бытовые вентиляторы и аспираторы, осуществимое при помощи несложной для производства и монтажа конструкции, будучи надежной в ходе эксплуатации, имеющей низкую себестоимость и не требующую точного согласования размеров клапанного корпуса и затвора. Возможность монтажа более одного клапанного корпуса позволяет увеличить поток проходящего воздуха, причём это не потребует чрезмерного увеличения общих размеров коробки клапана. Выбор клапанного корпуса с конически сужающимся отверстием, возникающим естественным способом из-за формы конической трубы, в котором корпусе установлен затвор в виде шара, имеющий возможность для перемещения, не требует установки дополнительных элементов и прокладок, поскольку шар обеспечивает плотное закрытие отверстия, достигая положение по которому диаметры трубы и шара сходятся. Постепенно возрастающее уширение вдоль оси разрешает свободное перемещение шара по всему объёму трубы. У каждого из предпочтительных вариантов выполнения, клапана можно установить горизонтально, вертикально или под наклоном относительно горизонтальной плоскости, выбор вида монтажа зависит в основном от того как размещены выходные отверстия коробки. Клапан предотвращает полностью перенос внешних запахов и влаги - это особо актуальный вопрос в современных многоэтажных жилых зданиях. Кроме того, в присутствии благоприятного ветра, а также и при наличии условий для возникновения хотя бы слабого потока воздуха, разница в давлениях с двух сторон клапана будет достаточной для открытия клапана, причём поток воздуха будет проходить из помещения к вентиляционной шахте, обеспечивая самостоятельное проветривание и позволяя таким образом уменьшить отрицательные последствия длительного отсутствия вентиляции.
Дополнительные преимущества: корпус клапана состоится только из одной детали - конической трубы, причём конструкция является упрощенной по сравнению с известным уровнем техники. В данном подходе предотвращается возникновение щели, когда клапан должен быть закрытым, поскольку являющимся затвором шар, перемещается в полном объёме конической трубы не пересекая соединение цилиндра и седла затвора. При этом клапан будет работать, как описано, при произвольных углах установки, находящихся в интервале от малых углов до вертикального положения. Кроме того, служившая как корпус клапана, коническая труба позволит проход более сильного воздушного потока через клапан по сравнению с конструкцией, содержащей цилиндрический корпус клапана за счет более уширенного отверстия в конце конической трубы. За счет своего более широкого диаметра, широкий конец конической трубы не может быть полностью закрыт шаром, причём вентиляция сквозь неё тоже будет возможна. Этот эффект хорошо наблюдается в варианте с вертикальной ориентацией корпуса клапана. Коническая труба сама по себе отводит воздушный поток, даже в отсутствии дополнительных отверстиях на поверхности корпуса клапана.
Описание приложенных фигур
С целью пояснения прибор показан на следующих фигурах:
Фигура 1 изображает поперечный разрез клапана с горизонтальным ходом шарового затвора;
Фигура 2 - вид прибора в направлении А согласно фигуры 1;
Фигура 3 - вид прибора в направлении Б согласно фигуры 2;
Фигура 4 - представляет поперечный разрез клапана с вертикальным ходом шарового затвора;
Фигура 5 - вид прибора в направлении А согласно фигуры 4.
Примеры выполнения
Устройство показано на представленных фигурах. Коробка 1, является полым телом, оснащена выходными вентиляционными отверстиями 2 выполненными, как показано на фиг. 1 и фиг. 3. Труба 3 с уменьшающимся внутренним диаметром, вдоль её продольной оси (коническая труба) пересекает своей узкой частью круглое входное отверстие 10 на стенке коробки 1 и плотно закреплена в нем. Узкий конец этой конической трубы является входным конически сужающимся отверстием 6 клапана. На поверхности конической трубы 3 вырезано окно 4, находящееся полностью внутри объема коробки 1, причём размер окна достаточный, чтобы воздушный поток проходил через них свободно. В другом выполнении вместо того чтобы воздушный поток проходил через окна 4, воздух может выйти через широкий конец трубы. Затвор в виде шара 5, который предпочтительно сделан из недеформируемого материала, такого как, например, шарик для настольного тенниса, свободно перемещающегося в конической трубе, между частью 9 стенки коробки 1 и входным конически сужающимся отверстием 6 на узком конце конической трубе 3. Альтернативно у широкого конца трубы установлены ограничители. Диаметр шара 5 меньше чем диаметр конической трубы в её самой широкой части и приблизительно равный, но не меньше чем внутренний диаметр конической трубы 3 в её самой узкой части. Труба 3 установлена под наклоном относительно горизонтальной плоскости, причём при рабочем положении клапана, как показано на фиг. 1, и при отсутствии воздушного потока, затвор в виде шара 5 самостоятельно устанавливается в нижней, узкой части конической трубы 3 и закрывает входное конически сужающееся отверстие 6 клапана. Клапан закрепляется плотно, предпочтительно у входного отверстия вентилятора при помощи уплотнительной ленты 7 или другим подходящим способом. Тонкий ограничитель 8 необходим для того чтобы шар 5 невольно не покинул трубу проходя через окна 4 или в случае мощного вентилятора. Описанное устройство альтернативно можно установить непосредственно у входавентиляционной шахты, самостоятельно или после того как воздух был выведен с помощью вентиляционных приборов, таких как вентиляторы или аспираторы.
В другом предпочтительном выполнении, как показано на фиг. 4, в рабочем положении клапана ось конической трубы 3 ориентирована в вертикальном направлении. Этот вариант является предпочтительным в сочетании с кухонными аспираторами. Коническая труба 3 пересекает своей узкой частью круглое входное отверстие 10 на стенке коробки 1, являющейся полым телом, достигая при этом противоположную стену 9, причем поверхность трубы оснащена окнами 4, которые при необходимости оборудованы ограничителями 8 и размеры окон позволяют свободное прохождение воздушного потока и поместить их целиком внутри объема коробки 1. В этом случае как показано на фиг. 5, коробка 1 оснащена выходными вентиляционными отверстиями 2,размеры которых позволяют свободный проход воздушного потока сквозь них и препятствуют затвору в виде шара 5 покинуть коробку 1. Длина трубы 3 такова, чтобы затвор 5 не покинул трубу 3. Затвор в виде шара 5 сделан предпочтительно полым, из легкого, жаростойкого, жесткого материала, например из подходящего алюминиевого сплава, и имеет возможность свободного перемещения внутри конической трубы 3 между частью 9 стены коробки 1 и входным конически сужающимся отверстием 6 трубы. Насчет специфики приложения в этом случае, предусмотрен вариант с установленным манипулятором 11 (в зависимости от конкретного выполнения, это может быть и пружина или кнопка) в случае необходимости вынужденного смещения затвора 5. С помощью подходящих прокладок 7 клапан устанавливается внутривыходного воздуховода аспиратора, сохраняя его в целости, причём через клапан проходит весь воздушный поток, отводимый аспиратором к вентиляционной шахте.
Возможно также выполнение, при котором корпус клапана 3 не установлен внутри отдельной объёмной коробки 1, а как, например, если коническая труба 3 плотно закреплена своей узкой частью в отверстии 10, сделанном в плите, которая плотно закреплена внутри воздуховода, причем коническая труба оборудована ограничителем для шара 5 на её большом отверстии. В другом выполнении узкая часть конической трубы с установленным ограничителем в её широкой части прикреплена непосредственно к воздуховоду при помощи уплотнительной массы.
Насчет повышения потока отводимого воздуха, клапан может представлять собой полое тело с находящимися внутри несколькими коническими трубами 3, чьи оси установлены в зависимости от данных условии под наклоном или вертикально относительно горизонтальной плоскости в одном варианте или в другом варианте и представляют комбинацию из конических труб в разных ориентациях, причём каждая труба содержит один затвор 5. Коробка и клапанные корпусы могут быть сделаны в виде одной детали, а не как отдельные элементы.
Одно из преимуществ самозакрывающегося клапана с затвором в виде шара 5 является то, что под давлением возникшего обратного воздушного потока из вентиляционной шахты к проветриваемому помещению сферический затвор в виде шара 5 будет стремиться примыкать максимально плотно к узкому отверстию 6 установленной описанным способом конической трубы 3 и таким образом будет перерывать нежелательный обратный воздушный поток. Если сферический затвор в виде шара 5 будет изготовлен с формой максимально близкой к сферической, без заметных швов и неровностей и труба имеет поперечное сечение максимально близкое к идеальному кругу, узел перекрытия не будет иметь щелей и он приблизится к герметическому.
В варианте с легким наклоном монтажа конической трубы 3, внутри которой движется сферический затвор 5, клапан останется с плотно закрытым затвором 5, установившимся в расположенным внизу узком конце конической трубы 3, таким образом перекрывая входящее вентиляционное отверстие 6 клапана, когда вентилятор выключен и когда нет условий для возникновения воздушного потока из проветриваемом помещения к шахте.
Преимущественным является то, что перемещение затвора 5 осуществляется при минимальном механическом сопротивлении. Таким образом, даже при выключенном вентиляторе, затвор 5 освобождает входное вентиляционное отверстие 6, если разница давлении с двух сторон клапана превысит минимальную разницу достаточную для перемещения затвора 5 наверх, притом будет пропущен даже и слабый воздушный поток. Если затвор 5 является полой сферой, с минимальной собственной массой, сделанной из легкого, достаточно прочного материала, как например шара для настольного тенниса, проветривание помещения будет осуществляться даже если вентилятор выключен - при наличии условий для возникновения слабых воздушных потоков с проветриваемого помещения к вентиляционной шахте. Клапан закроется в тот момент, когда воздушный поток достаточно ослабится или изменит свое направление. Когда вентилятор включен, затвор 5 полностью удален от входного отверстия 6. Из-за напора воздушного потока затвор 5 находится на противоположном конце трубы 3, воздушной поток последовательно проходит через входное коническое отверстие 6, окно 4 и продолжает через выходные отверстия 2 коробки клапанак вентилятору и соответственно к вентиляционной шахте.