АКВАВЕНДИНГОВЫЙ АППАРАТ С ВНУТРЕННИМ АКВАРЕЗЕРВУАРОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к аквавендинговым аппаратам, т.е. к автоматам продажи воды (без продавца) путем автоматически управляемой выдачи воды из акварезервуара, находящегося внутри корпуса аппарата, в тару (емкость, бутыль) покупателя воды при условии осуществления покупателем соответствующей оплаты.
Уровень техники
Известен аквавендинговый аппарат с внутренним акварезервуаром, содержащий корпус, акварезервуар, выполненный в виде вертикально ориентированного прямого кругового цилиндра и расположенный в корпусе в его верхней части с образованием под акварезервуаром технического отсека для размещения технических средств, связанных с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара в тару покупателя, а также указанные технические средства, расположенные в указанном техническом отсеке (см. описание полезной модели по патенту RU № 107628 U1, МПК G07F7/00, G06Q30/00, опубликовано 20.08.2011 Бюл. № 23).
Признаки известного аквавендингового аппарата, общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что он содержит корпус, акварезервуар, расположенный в корпусе с образованием технического отсека для размещения технических средств, связанных с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара в тару покупателя, а также указанные технические средства, расположенные в указанном техническом отсеке.
Причина, препятствующая получению в известном аквавендинговом аппарате технического результата, который обеспечивается заявленным техническим решением, заключается в выполнении акварезервуара в виде прямого кругового цилиндра, в расположении акварезервуара в верхней части корпуса, в расположении указанных технических средств под акварезервуаром.
Известен аквавендинговый аппарат с внутренним акварезервуаром (прототип), содержащий корпус, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, как минимум один акварезервуар, выполненный в виде вертикально ориентированного прямого кругового цилиндра и расположенный в корпусе в области его задней стенки с образованием в плане технического отсека между акварезервуаром и передней стенкой корпуса для размещения в этом отсеке технических средств, связанных с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара в тару покупателя, а также указанные технические средства, расположенные в указанном техническом отсеке, а именно, блок подачи воды, блок отпуска воды, электронный блок, выполняющий функции устройства управления и связи, содержащий идентифицирующее устройство, подключенные к электронному блоку модем и GSM-модуль с возможностью соединения с сервером оператора сотовой связи посредством Интернет-соединения, соединения с устройством сотовой связи покупателя посредством установления GSM-соединения, использования в качестве средства оплат устройства сотовой связи покупателя, а в качестве средства идентификации - его номера в сети оператора сотовой связи, при этом насос для подачи воды снабжен частотным преобразователем, а блок отпуска воды - датчиком удара (см. описание полезной модели по патенту RU №137142 U1, МПК G07F 13/00, опубликовано 27.01.2014 Бюл. №3).
Признаки известного аквавендингового аппарата (прототипа), общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что он содержит корпус, расположенный в корпусе акварезервуар, а также расположенные в корпусе (1) технические средства, связанные с куплей-продажей воды и выдачи воды из акварезервуара (4) в тару покупателя.
Причина, препятствующая получению в известном аквавендинговом аппарате (прототипе) технического результата, который обеспечивается заявленным техническим решением, заключается в выполнении акварезервуара в виде прямого кругового цилиндра, а корпуса - в виде прямоугольного параллелепипеда.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное для патентования техническое решение, заключается в необходимости создания такого аквавендингового аппарата, который сочетал бы в себе два противоречивых свойства: эффективную автоматическую промываемость его акварезервуара, с одной стороны, и оптимальное соотношение емкости акварезервуара и в целом габаритов аквавендингового аппарата в плане (т.е. обеспечение максимальной емкости акварезервуара при минимальных в плане габаритах акварезервуара и корпуса аквавендингового аппарата), с другой стороны.
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат, опосредствующий решение данной технической проблемы, заключается в создании нового интегрального свойства аквавендингового аппарата, которое заключается в оптимальном сочетании в отношении формы акварезервуара (в плане) противоречивых свойств окружности и прямоугольника: 1) окружность, с одной стороны, из-за отсутствия у нее углов обеспечивает наиболее эффективное промывание полости акварезервуара, необходимое для поддержания качества воды, а с другой стороны, круглая форма далеко не оптимальна с точки зрения соотношения емкости акварезервуара и его габаритов в плане, 2) прямоугольник же наоборот: он наиболее оптимален с точки зрения соотношения емкости акварезервуара и его габаритов в плане, но при этом из-за наличия углов прямоугольный акварезервуар не может быть эффективно промываемым. Оптимальный компромисс: сочетание прямоугольника с окружностью, что и дает кривая Ламе. Известно, что акварезервуар прямоугольной в плане формы обладает тем преимуществом, что при одном и том же объеме (в сравнении с круглым в плане акварезервуаром) он занимает в корпусе аквавендингового аппарата существенно меньше места. При этом известно, что при одинаково заполненном объеме акварезервуар в форме параллелепипеда займет на 20% меньше места, чем акварезервуар в форме прямого кругового цилиндра. Таким образом, минимизация занимаемого акварезервуаром в корпусе места при одном и том же с кругом объеме требует отказа от круглой в плане формы в пользу прямоугольной в плане
формы. Однако, с другой стороны, круглая в плане форма (равно как и эллиптическая) не имеет углов, что значительно повышает эффективность автоматического промывания акварезервуара, осуществляемого вращающимися струями воды. Форма же параллелепипеда имеет углы и в этих углах не обеспечивается качественное автоматическое промывание акварезервуара вращающимися струями. Таким образом, круглая в плане форма акварезервуара наиболее эффективна с точки зрения промывания акварезервуара, но при этом она совершенно не рациональна с точки зрения соотношения емкости и занимаемого в корпусе места. А прямоугольная в плане форма наоборот, более эффективна с точки зрения оптимизации соотношения емкости и занимаемого места, но совершенно неэффективна с точки зрения технологии промывания акварезервуара. Что касается корпуса, то он в плане должен повторять форму акварезервуара, с тем, чтобы минимизировать внешние габариты аквавендингового аппарата при одновременном улучшении промываемости его акварезервуара.
Достигается технический результат тем, что аквавендинговый аппарат с внутренним акварезервуаром содержит корпус (1), расположенный в корпусе акварезервуар (4), а также расположенные в корпусе (1) технические средства, связанные с куплей-продажей воды и выдачи воды из акварезервуара (4) в тару покупателя, при этом акварезервуар (4) представляет собой вертикально ориентированный прямой гиперэллиптический цилиндр, направляющей которого является гиперэллипс с полуосями a1 и b1, представляющий собой кривую , характеризующуюся отношениями: (x/a1)m+(y/b1)m=1, 2,8≤m≤10, a1>b1, а корпус (1) представляет собой вертикально ориентированный прямой гиперэллиптический цилиндр, направляющей которого является гиперэллипс с полуосями а2 и b2, представляющий собой кривую , характеризующуюся отношениями: {x/a2)n+(у/b2)n=1, 2,8≤n≤10, при этом передняя стенка (2) корпуса (1) выполнена в виде двери (6), в которой установлена дополнительная дверь (8), закрывающая вход в камеру налива, прикрепленную к двери (6).
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведено схематическое изображение горизонтального сечения (план) корпуса аквавендингового аппарата и расположенного в корпусе акварезервуара;
на фиг. 2 приведено схематическое изображение передней стенки корпуса, выполненной в виде двери;
на фиг. 3 показаны кривые  (суперэллипс) при 0,1≤m≤1,0;
на фиг. 4 показаны кривые  (суперэллипс) при 1,1≤m≤2,0;
на фиг. 5 показаны кривые  (суперэллипс) при 2,2≤m≤4,0;
на фиг. 6 показаны кривые  (суперэллипс) при 4,2≤m≤6,0;
на фиг. 7 показаны кривые  (суперэллипс) при 6,2≤m≤8,0;
на фиг. 8 показаны кривые  (суперэллипс) при 8,2≤m≤10.
m
m
http://tm.spbstu.ru/Суперэллипс_и_суперпарабола.
Сведения об этой кривой содержатся, например, в следующих источниках:
[1] Савелов А.А. Плоские кривые. Систематика, свойства, применения. (Справочное руководство). - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. - С. 179-181
[2] Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов, т. 3 Коо-Од - М.: «Советская Энциклопедия», 1982. - С. 188-189
[3] https://ru.wikipedia.org/wiki/Суперэллипс
[4] http://tm.spbstu.ru/Суперэллипс_и_суперпарабола
Кривая , как известно, является обобщением эллипса [1; 2]. При этом формула кривой  задает замкнутую кривую, ограниченную прямоугольником (фиг. 3-8):
(-a≤x≤+a) и (-b≤y≤+b).
Параметры a и b называются полуосями или полудиаметрами кривой , которая при 0<m<1 выглядит как четырехконечная звезда с вогнутыми сторонами (фиг. 3), при 1<m<2 - как ромб с выпуклыми сторонами (фиг. 4), при m>2 - как прямоугольник со скругленными углами, так что в точках (±a, 0) и (0, ±b) кривизна кривой равна нулю (фиг. 5-8).
Кривую  также называют суперэллипсом по причине того, что она является обобщением эллипса, и выделяют при этом два вида суперэллипса: гипоэллипс (при m<2,0; см. фиг. 3, 4) и гиперэллипс (при m>2,0; см. фиг. 5-8) [3; 4]. Такое деление обусловлено тем, что при m=2,0 кривая  вырождается в эллипс (классический) или в окружность, если a=b (фиг. 4). Кроме того, выделяют так называемые критические значения m: m=0 - крест, m=0,5 - звезда из парабол, m=2/3 - астроида, m=1 - ромб с вершинами (±a, 0) и (0, ±b) (см. фиг. 3); m=2 - эллипс (или окружность при a=b), m=4 - сквиркл (четырехугольное колесо), m=∞ - прямоугольник (или квадрат при a=b) (см. фиг. 5-8).
Осуществление полезной модели
Аквавендинговый аппарат (фиг. 1) содержит:
- корпус 1, который выполнен в форме прямого гиперэллиптического цилиндра, при этом одна его вертикальная стенка является его передней стенкой 2 (которая является одновременно лицевой панелью аквавендингового аппарата), а противоположная ей - задней стенкой 3 данного корпуса;
- акварезервуар 4, который выполнен в форме прямого гиперэллиптического цилиндра и расположен в корпусе 1;
- технические средства, связанные с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара 4 в тару покупателя, расположенные в корпусе 1 (технические средства и тара не показаны).
1
1
Акварезервуар 4 выполнен в форме вертикально ориентированного прямого гиперэллиптического цилиндра, направляющей которого является гиперэллипс с полуосями a и b. Данный гиперэллипс представляет собой кривую , характеризующуюся следующими отношениями:
1
1
1
1
m
m
(x/a)+(y/b)=1, 2,8≤m≤10, a>b.
1
1
1.
Таким образом, стороны условного прямоугольника (не показан), в который вписан указанный гиперэллипс, имеют длину 2a в направлении оси х (малая сторона) и 2b в направлении оси y (большая сторона) в декартовой системе координат с центром 0
2
2
Корпус 1 выполнен в форме вертикально ориентированного прямого гиперэллиптического цилиндра, направляющей которого является гиперэллипс с полуосями a и b. Данный гиперэллипс представляет собой кривую , характеризующуюся следующими отношениями:
2
2
n
n
(x/a)+(y/b)=1, 2,8≤n≤10.
2
2
2.
2
2
Таким образом, стороны условного прямоугольника (не показан), в который вписан указанный гиперэллипс корпуса, имеют длину 2a в направлении оси х (условно малая сторона) и 2b в направлении оси y (условно большая сторона) в декартовой системе координат с центром 0 В оптимальном варианте выполнения корпуса a=b.
1
2
1
2
1
2
Акварезервуар 4 расположен в корпусе 1 со смещением в сторону его задней стенки 3, так что между этой задней стенкой и смежной с ней задней стенкой акварезервуара 4 имеет место технологический зазор δ. Такой же примерно зазор δ имеет место и между боковыми стенками корпуса 1 и смежными с ними боковыми стенками акварезервуара 4 (вообще говоря, зазоры δ и δ могут быть разными). Кроме того, в направлении оси y удвоенная малая полуось 2b гиперэллипса акварезервуара 4 существенно меньше удвоенной полуоси 2b гиперэллипса корпуса 1, благодаря чему между передней стенкой 2 корпуса 1 и ближайшей к ней параллельной ей стенкой акварезервуара 4 образован (в плане) технический отсек 5 для размещения в этом отсеке технических средств, связанных с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара в тару покупателя. В итоге имеем следующие отношения между геометрическими параметрами гиперэллипса корпуса 1 и гиперэллипса акварезервуара 4:
2
1
2
2
1
1
a=a+δ, 2b=2b+δ+Δ,
1
2
где δ и δ - упомянутые технологические зазоры, Δ - расстояние между передней стенкой 2 корпуса 1 и ближайшей к ней параллельной ей стенкой акварезервуара 4, определяющее упомянутый технический отсек 5. При этом указанные технические средства расположены в указанном техническом отсеке 5.
1
1
m
m
Выполнение акварезервуара 4 в форме прямого гиперэллиптического цилиндра, направляющей которого является кривая , характеризующаяся отношениями [(x/a)+(y/b)=1, 2,8≤m≤10], является тем необходимым компромиссным решением, которое обеспечивает сочетание известных преимуществ как круглой в плане формы (эффективное промывание), так и прямоугольной (оптимизация соотношения емкости и габаритов), но при этом не имеет присущих этим формам в отдельности известных недостатков. При этом очевидно, что гиперэллипс при m=2,0 не может быть принят во внимание в рамках заявленных патентных притязаний, так как представляет собой вырожденный случай (круг или эллипс; см. фиг. 4). Еще более очевидным является невозможность принятия гипоэллипса (m<2,0; см. фиг. 3, 4). Таким образом, для решения сформулированной выше технической проблемы может быть использован только гиперэллипс (m>2,0; см. фиг. 5-8). При этом значения m, непосредственно близкие к m=2,0, также не могут быть приняты, так как в этом случае кривая  мало отличается от окружности и, поэтому, как и окружность, несет в себе все присущие окружности недостатки применительно к внутреннему акварезервуару аквавендингового аппарата. Опытным путем установлено минимальное значение m=2,8. При этом максимальное значение установлено также опытом: m=10. Дальнейшее увеличение m приближает нас к прямоугольнику с его известными недостатками применительно к внутреннему акварезервуару аквавендингового аппарата. Таким образом, опытным путем установлено, что для достижения заявленного технического результата приемлемыми значениями m являются значения в интервале 2,8≤m≤10. Кроме того, опыт показывает, что для усиления искомого эффекта целесообразно сузить интервал значений m до следующих пределов: 3,2≤m≤8.
Сформулированная техническая проблема решается, прежде всего, благодаря форме выполнения акварезервуара в виде гиперэллиптического цилиндра (направляющая в виде гиперэллипса при 2,8≤m≤10). Однако существенна и форма корпуса (2,8≤n≤10), так как при такой форме корпуса контур корпуса повторяет контур акварезервуара, вследствие чего в корпусе в его углах нет пустот, что оптимизирует пространство, занимаемое аппаратом. Кроме того, передняя стенка 2 корпуса 1 выполнена в виде одностворчатой двери 6 (фиг. 2), в верхней части которой снаружи установлен рекламный щит 7 с товарными знаками (знаками обслуживания) производителя аппарата. В двери 6 ниже рекламного щита 7 установлена дополнительная дверь 8, расположенная со смещением от центра двери 6 влево относительно покупателя и закрывающая вход в камеру налива, расположенную в отсеке 5 и прикрепленную к двери 6 (камера налива не показана и не обозначена). Дверь 8 выполнена из монолитного поликарбоната, свободно пропускающего свет видимого диапазона, что дает возможность покупателю воды при закрытой двери 8 визуально контролировать процесс выдача воды в тару покупателя, находящуюся в камере налива. При этом указанный монолитный поликарбонат выполнен защищенным от ультрафиолетового излучения, что увеличивает срок службы как данной двери, так и тех надписей, рекламных материалов и инструкций, которые расположены на боковой грани (задней стенке) камеры налива с внутренней стороны этой стенки.
Камера налива может представлять собой, например, полый прямоугольный параллелепипед, одна боковая грань которого является открытой и обращена к покупателю воды для свободного доступа покупателя воды в эту камеру при открытой двери 8, предназначенной, с одной стороны, для защиты внутренней полости камеры налива от загрязнения, а с другой стороны, для доступа покупателя воды в камеру налива с целью установки в эту камеру тары покупателя. Внутри камеры налива в ее верхней части установлен штуцер 9 для подачи воды в тару покупателя. В камере налива, кроме того, имеется поворотный стол 10, который выполнен в виде равнополочного гнутого швеллера и может занимать горизонтальное положение (как показано на фиг. 2) для установки на него тары малых габаритов или вертикальное положение (не показано) для возможности установки тары больших габаритов непосредственно на дно камеры налива. Справа от дополнительной двери 8 (относительно покупателя) установлен пользовательский интерфейс 11 с дисплеем 12, кнопками управления 13 и инструкцией 14 для покупателя воды. При этом кнопки 13 расположены ниже дисплея 12, а сам дисплей расположен на уровне верхней части двери 8 (т.е. выше середины этой двери), что повышает удобство эксплуатации аквавендингового аппарата, так как при манипулировании покупателем кнопками 13 не происходит затемнение для покупателя дисплея 12 правой рукой покупателя, что дает возможность покупателю непрерывно обозревать дисплей 12 на уровне горизонта его визуального восприятия. Кроме того, дисплей 12 выполнен жидкокристаллическим и предназначен для визуального отображения информации о параметрах воды и процесса выдачи воды. Кнопки 13 выполнены в антивандальном исполнении и включают три кнопки с над- (возможно и под-) кнопочными надписями в следующем порядке их расположения слева направо относительно покупателя: СТАРТ, СТОП, ОЗОН. Инструкция 14 содержит как текстовую информацию с вербальными указаниями для покупателя, имеющего относительно более развитым левое полушарие его головного мозга, так и пиктограммы, позволяющие «правополушарному» покупателю понять правила пользования аппаратом посредством визуального восприятия соответствующих информационных иероглифов.
Функционирование аквавендингового аппарата с внутренним акварезервуаром заключается в следующем.
Заполнение акварезервуара 4 питьевой водой осуществляют периодически по мере продажи воды. Каждый раз после заполнения акварезервуара 4 питьевой водой запускают в работу упомянутые выше средства, связанные с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара 4 в тару покупателя. При этом покупатель воды со своей тарой для воды (меньшей или ), находясь непосредственно около аквавендингового аппарата, изучает инструкцию 14, входящую в состав пользовательского интерфейса 11. Далее, свободно открыв дополнительную дверь 8, покупатель поворачивает стол 10 в нужное ему положение - горизонтальное или вертикальное (если изначально стол находится в другом, неподходящем положении), определяемое вертикальным габаритом его тары. Затем покупатель устанавливает свою тару либо на стол 10 (если тара меньшая), либо на дно камеры налива (если тара ) и, нажимая на кнопки 13 интерфейса 11 и делая оплату покупки воды, он запускает процесс отпуска воды из акварезервуара 4 в тару покупателя и при этом осуществляет при помощи дисплея 12 интерфейса 11 и через прозрачную дверь 8 визуальный контроль этого процесса.
Обслуживающий персонал осуществляет техническое обслуживание аппарата, для чего он (персонал) получает доступ к техническим средствам, связанным с куплей-продажей воды и выдачей воды из акварезервуара 4 в тару покупателя, расположенным в техническом отсеке 5, путем открывания обычно запертой двери 6 имеющимся у него ключом.
Периодически (примерно один раз в месяц, возможно чаще) осуществляют автоматизированное промывание акварезервуара 4 промывочным раствором (водный раствор уксусной кислоты) при помощи лейки специальной конструкции, установленной в акварезервуаре в его верхней части (лейка не показана). Лейка выполнена с возможностью подачи под напором на внутреннюю поверхность акварезервуара одновременно нескольких струй промывочного раствора, вращающихся одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При этом благодаря выполнению акварезервуара 4 в форме гиперэллиптического цилиндра в указанных выше пределах m (2,8≤m≤10) осуществляется эффективное промывание не только внутренних поверхностей акварезервуара 4 с нулевой кривизной, но и тех внутренних поверхностей, кривизна которых не является нулевой («скругленные углы»).