ГИДРОСИСТЕМА ДЛЯ АКВАВЕНДИНГА
HYDRAULIC SYSTEM FOR WATER VENDING MACHINE

Область техники, к которым относится изобретение
Изобретение 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 (публичная оферта).
Уровень техники
Известна гидросистема для аквавендинга, содержащая акварезервуар (расходный резервуар) с выходным патрубком акварезервуара, а также камеру налива воды с патрубком налива воды (раздаточный узел), гидравлически связанную с выходным патрубком акварезервуара посредством трубопровода подачи воды в камеру налива воды; при этом акварезервуар расположен выше камеры налива для обеспечения подачи воды в камеру налива воды самотеком при открывании соответствующего электроуправляемого клапана (см. описание полезной модели к патенту RU №107628 U1, МПК G07F 7/00, G06Q 30/00, опубл. 20.08.2011 Бюл. №23).
Признаки известной гидросистемы, общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что она содержит акварезервуар с выходным патрубком акварезервуара, а также камеру налива воды с патрубком налива воды, гидравлически связанным с выходным патрубком акварезервуара посредством трубопровода подачи воды в камеру налива воды.
Причина, препятствующая получению в известной гидросистеме технического результата, который обеспечивается заявленным для патентования техническим решением, заключается в расположении акварезервуара существенно выше камеры налива и в подаче воды самотеком из акварезервуара в камеру налива, что снижает устойчивость конструкции аппарата из-за высокого расположения его центра тяжести, а также существенно увеличивает время автоматической выдачи воды в тару покупателя воды до неприемлемой для покупателя величины.
Известна гидросистема для аквавендинга (прототип), которая содержит акварезервуар (емкость) с выходным патрубком акварезервуара, блок подачи воды, содержащий насос, снабженный частотным преобразователем, а также камеру налива воды (блок отпуска воды) с патрубком налива воды, гидравлически связанным с выходным патрубком акварезервуара посредством трубопровода подачи воды в камеру налива воды, при этом указанный насос гидравлически включен в разрез указанного трубопровода, а акварезервуар расположен на одном уровне с камерой налива (см. описание полезной модели к патенту RU №137142 U1, МПК G07F 13/00, опубл. 27.01.2014 Бюл. №3).
Признаки известной гидросистемы (прототипа), общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что она содержит акварезервуар с выходным патрубком акварезервуара, камеру налива воды с патрубком налива воды, гидравлически связанным с выходным патрубком акварезервуара посредством трубопровода подачи воды в камеру налива воды, а также насос, гидравлически включенный в разрез указанного трубопровода.
Причина, препятствующая получению в известной гидросистеме (прототипе) технического результата, который обеспечивается заявленным для патентования техническим решением, заключается в использовании насоса с частотным преобразователем, из чего следует, что в известном техническом решении используется насос с электроприводом переменного тока.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное для патентования техническое решение, заключается в необходимости создания такой гидросистемы для аквавендинга, которая характеризуется незначительным уровнем шума, малым потреблением электроэнергии, длительным периодом работы насоса без технического обслуживания, электробезопасностью, простотой обеспечения необходимой стерильности воды.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат, опосредствующий решение данной технической проблемы, заключается в создании нового интегрального свойства заявленной гидросистемы, которое проявляется в процессе ее работы в составе аквавендингового аппарата. Это свойство заключается в том, что в процессе этой работы в трубопроводе, связывающим акварезервуар с камерой налива, образуется гидрозатвор, в который в процессе работы гидросистемы оказывается погруженным центробежный насос с «мокрым» ротором (погружной, возможно циркуляционный), рабочее колесо которого приводится электроприводом постоянного тока с низким (безопасным) напряжением питания. Использование такого насоса с таким приводом обеспечивает существенное снижение шума и напряжения питающей электросети, а также повышает надежность и долговечность за счет использования воды в качестве смазки и охлаждающего агента. Эти свойства, как известно, присущи погружному насосу как таковому, и они с очевидностью проявляются в заявленной гидросистеме. Однако стандартное (очевидное для специалиста) применение погружного насоса в заявленной гидросистеме предполагает размещение такого насоса внутри акварезервуара в воде акварезервуара вблизи его днища. В этом случае применение насоса обеспечит проявление всех его широко известных позитивных свойств, важных для аквавендинга. Однако такое очевидное для специалиста расположение погружного насоса будет значительно затруднять обеспечение необходимой стерильности воды, так как насос при таком его расположении будет мешать периодическому осуществлению процедур автоматизированного промывания акварезервуара, предписываемых санитарными нормами. Таким образом, неочевидный характер заявленного для патентования технического решения заключается в отказе от расположения насоса внутри акварезервуара и в создании для него (погружного насоса) отдельной от акварезервуара зоны его погружения в воду акварезервуара; а именно зоны в виде горизонтального участка трубопровода U-образной формы, автоматически обеспечивающей в процессе работы гидросистемы необходимый для этого гидрозатвор. При этом гидрозатвор как таковой широко известен в сантехнике, где он проявляет своё единственное свойство, заключающееся в создании преграды для газообмена. В заявленном для патентования техническом решении гидрозатвор данное свойство не проявляет, так как здесь нет необходимости ставить препятствие для газообмена, ибо его (газообмена) нет. В заявленном техническом решении гидрозатвор выполняет нестандартную для него функцию, а именно функцию имитации погружения погружного насоса в воду акварезервуара без его физического нахождения внутри акварезервуара (так называемое виртуальное погружение). Другими словами, погружной насос в процессе работы гидросистемы оказывается виртуально погруженным в воду именно акварезервуара, но при этом внутри акварезервуара его (насоса) нет, а находится он в гидрозатворе, образуемом водой, истекающей из акварезервуара. Из этого следует, что заявленное для патентования техническое решение не является очевидным для специалиста (не следует явным образом из уровня техники), что обусловливает соответствие заявленного для патентования технического решения критерию изобретательского уровня.
Достигается технический результат тем, что гидросистема для аквавендинга содержит акварезервуар с выходным патрубком акварезервуара, камеру налива воды с патрубком налива воды, гидравлически связанным с выходным патрубком акварезервуара посредством трубопровода подачи воды в камеру налива воды, а также насос, гидравлически включенный в разрез указанного трубопровода и представляющий собой центробежный насос с «мокрым» ротором, снабжённый электроприводом постоянного тока, при этом акварезервуар выполнен с выходным патрубком акварезервуара, установленным в его днище, и содержит установленную внутри акварезервуара защитную трубу для размещения в ней бактерицидной лампы ультрафиолетового излучения, а трубопровод подачи воды в камеру налива воды выполнен с возможностью образования в нём гидрозатвора, в зоне которого расположен указанный насос.
Кроме того, технический результат достигается также тем, что гидросистема дополнительно содержит гидравлически последовательно соединённые предварительный фильтр и обратноосмотическую мембрану, выход чистой воды которой гидравлически соединён либо с входным патрубком акварезервуара, установленным в его верхней части, либо с упомянутым выходным патрубком акварезервуара. Кроме того, технический результат достигается также тем, что гидросистема дополнительно содержит трубопровод обратной подачи воды, вход которого через клапан обратной подачи воды гидравлически соединён с упомянутым трубопроводом подачи воды в камеру налива воды, а выход - с входным патрубком акварезервуара, установленным в его верхней части.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена общая функциональная схема гидросистемы для аквавендинга, характеризующаяся заполнением акварезервуара любой питьевой водой: либо привозной, необходимо подготовленной в другом месте, либо взятой из водопроводной сети, необходимо подготавливаемой на месте расположения данной гидросистемы; на фиг.2 приведена функциональная схема гидросистемы для аквавендинга, характеризующаяся заполнением акварезервуара водой, взятой из водопроводной сети и подаваемой в акварезервуар через предварительный фильтр, обратноосмотическую мембрану и входной патрубок, установленный в верхней части акварезервуара (т.е. сверху); на фиг. 3 приведена функциональная схема гидросисте-мы для аквавендинга, характеризующаяся заполнением акварезервуара водой, взятой из водопроводной сети и подаваемой в акварезервуар через предварительный фильтр, обратноосмотическую мембрану и выходной патрубок (т.е. снизу, так что выходной патрубок в этом случае одновременно выполняет функцию входного патрубка); на фиг.4 приведена функциональная схема гидросистемы для аквавендинга, характеризующаяся возможностью организации на определённое время замкнутого (кругового) контура движения воды через акварезервуар.
Осуществление изобретения
Гидросистема для аквавендинга в ее общем виде (фиг.1) содержит акварезервуар 1 с входным патрубком 2 для заполнения акварезервуара водой, выходным патрубком 3 для выдачи воды в тару покупателя воды и воронкообразным (конусным) днищем 4. При этом акварезервуар 1 содержит защитную трубу 5 для размещения в ней бактерицидной лампы ультрафиолетового излучения (лампа не показана). Гидросистема также содержит камеру 6 налива воды с патрубком 7 налива воды в тару покупателя воды (тара не показана), U-образный трубопровод 8 подачи воды из акварезервуара 1 в камеру 6, центробежный насос 9 с «мокрым» ротором и электроприводом постоянного тока (погружной насос), запорный элемент 10 (любой, управляемый запорный элемент, который может быть в открытом или закрытом состоянии, например, клапан или кран).
Входной патрубок 2 установлен в верхней части акварезервуара 1. Выходной патрубок 3 установлен в днище 4 акварезервуара 1, выполненным воронкообразным (конусным, так что патрубок 3 установлен в вершине этого конуса) для предотвращения образования застойных зон воды в нижней части акварезервуара 1.
Защитная труба 5 установлена внутри акварезервуара в его нижней части (вблизи днища 4), выполнена из материала, пропускающего свет ультрафиолетового диапазона, и предназначена для размещения в ней бактерицидной лампы ультрафиолетового излучения. Данная труба установлена с таким расчетом, чтобы вход в патрубок 3 находился в зоне эффективного облучения ультрафиолетом от лампы, расположенной в трубе 5. Это необходимо для обеспечения необходимой стерильности воды, истекающей из акварезервуара 1 через патрубок 3, даже в том случае, когда вода в акварезервуаре 1 некоторое время остается без движения. Кроме того, труба 5 установлена горизонтально, причем так, что как минимум один ее конец выходит наружу относительно акварезервуара 1 через боковую стенку акварезервуара 1, что необходимо для создания возможности замены бактерицидной лампы без вхождения во внутреннюю полость акварезервуара 1.
Трубопровод 8 выполнен U-образным и вследствие этого содержит два вертикальных участка (нисходящий и восходящий) и горизонтальный участок, обусловливающий возможность образования в нем гидрозатвора. Вертикальный нисходящий участок трубопровода 8 своим входом гидравлически соединен с выходом патрубка 3, при этом в разрез этого участка включен запорный элемент 10, необходимый для создания условий для проведения ремонтных работ или текущего обслуживания. Вертикальный восходящий участок трубопровода 8 своим выходом гидравлически соединен с патрубком 7 камеры 6 налива воды, расположенной при этом на одном уровне с акварезервуаром 1 или выше него. Горизонтальный участок трубопровода 8 в процессе истечения воды из акварезервуара 1 через выходной патрубок 3 обусловливает образование в трубопроводе 8 (в его горизонтальном участке) гидрозатвора, в зоне которого в разрез трубопровода 8 включен насос 9.
Гидросистема в видовом варианте осуществления аквавендинга, предусматривающем подачу воды в акварезервуар 1 исключительно из водопроводной сети (фиг.2,3), дополнительно содержит гидравлически последовательно соединенные предварительный фильтр 11 и обратноосмотическую мембрану 12, через которые и осуществляется искомая подача воды. В свою очередь данный вид гидросистемы делится на два вида (точнее, подвида), различающихся по способу подачи воды в акварезервуар 1: либо через входной патрубок 2, установленный в верхней части акварезервуара 1 (фиг.2, стандартная схема: выход чистой воды мембраны 12 гидравлически соединен с входным патрубком 2, установленным в верхней части акварезервуара 1), либо через выходной патрубок 3 (фиг.3, нестандартная схема: выход чистой воды мембраны 12 гидравлически соединен с выходом выходного патрубка 3 через тройник 13, вследствие чего выходной патрубок 3 также выполняет функцию входного патрубка для воды, поступающей с выхода мембраны 12 в акварезервуар 1).
В варианте гидросистемы на фиг.2 процессы подачи воды в акварезервуар 1 и выдачи воды из акварезервуара 1 в камеру 6 пространственно разделены, т.е. осуществляются через разные патрубки: подача через патрубок 2 (т.е. сверху), а выдача через патрубок 3 (т.е. снизу). В этом варианте вода в камеру 6 поступает исключительно из акварезервуара 1, что предъявляет повышенные требования к его объему. Другими словами, акварезервуар 1 в этом варианте (фиг.2) выполняет функцию накопительного бака и должен иметь достаточный объем для бесперебойного удовлетворения покупателей воды в рамках соответствующей публичной оферты. При этом приемлемый для покупателя воды расход воды из акварезервуара 1 в тару покупателя, находящуюся в камере 6, с необходимостью обеспечивается насосом 9.
В варианте гидросистемы на фиг.3 процессы подачи воды в акварезервуар 1 и выдачи воды из акварезервуара 1 в камеру 6 осуществляются через один и тот же патрубок, т.е. через выходной патрубок 3: подача - с выхода низконапорной мембраны 12 через тройник 13, открытый запорный элемент 10 и патрубок 3 (т.е. снизу) при неработающем насосе 9; выдача - через патрубок 3, открытый запорный элемент 10, тройник 13 и насос 9 (т.е. снизу) при работающем насосе 9. При этом вода в камеру 6 (т.е. в тару покупателя воды) при работающем насосе 9 поступает одновременно из двух источников: из акварезервуара 1 через патрубок 3 и из водопроводной сети (т.е. с выхода чистой воды низконапорной мембраны 12). При этом основным является именно поток воды из водопроводной сети, т.е. с выхода низконапорной мембраны 12. Использование в качестве мембраны 12 именно низконапорной обратноосмотической мембраны исключает необходимость применения дополнительного насоса для создания повышенного давления на входе в эту мембрану, что исключает шум, неизбежно создаваемый таким насосом. В то же время работающий насос 9 несколько увеличивает рабочий перепад давления на мембране 12 (по сравнению с перепадом, обеспечиваемым давлением водопроводной сети) и тем самым несколько увеличивает расход воды через эту мембрану. Однако этот расход все же явно не достаточен для удовлетворения потребности покупателя воды в разумной минимизации времени наполнения водой его тары. Этот недостаток, присущий низконапорной мембране, компенсирует вода, находящаяся в акварезервуаре 1: поток этой воды в тройнике 13 складывается с потоком воды с выхода низконапорной мембраны 12, в результате чего суммарный поток, обеспечиваемый работающим насосом 9, оказывается (как установлено экспериментально) достаточным для удовлетворения потребности покупателя воды в разумной минимизации времени наполнения водой его тары. В результате такого эффекта суммирования двух потоков воды производитель аквавендинговых аппаратов может существенно уменьшить объем акварезервуара 1, так как в варианте на фиг.3 этот акварезервуар уже не является накопительным баком, обеспечивающим необходимый уровень расхода воды, но является лишь компенсирующей емкостью, предназначенной компенсировать недостающий уровень расхода воды через низконапорную обратноосмотическую мембрану 12.
В варианте гидросистемы на фиг.4 предусмотрен трубопровод 14 обратной подачи воды в акварезервуар 1 для осуществления промывания трубопровода 8 одновременно с промыванием акварезервуара 1. При этом вход трубопровода 14 через тройник 15 гидравлически подключен к трубопроводу 8 в верхней части его восходящего участка с обеспечением гидравлической развязки трубопровода 14 от патрубка 7 при помощи дополнительных клапанов - клапана 16 обратной подачи воды и клапана 17 для временного «отсечения» камеры налива 6 от трубопровода 8.
Функционирование гидросистемы заключается в следующем.
По первому варианту функционирования гидросистемы заполнение акварезервуара 1 осуществляют привозной водой периодически по мере продажи воды (фиг.1). При этом запорный элемент 10 нормально открыт, вследствие чего вода из акварезервуара 1 затекает в U-образный трубопровод 8 в его нижнюю часть, создавая тем самым в этом трубопроводе гидрозатвор, создающий эффект виртуального погружения погружного насоса 9 в воду акварезервуара 1 без физического нахождения этого насоса внутри этого акварезервуара. Покупатель воды устанавливает тару для воды в камеру 6 налива воды. После этого, нажимая на соответствующие кнопки пользовательского интерфейса и делая соответствующую оплату (интерфейс не показан), он запускает процесс отпуска воды из акварезервуара 1 в тару покупателя воды при помощи насоса 9.
По второму варианту функционирования гидросистемы заполнение акварезервуара 1 осуществляется через верхний входной патрубок 2 водой, взятой из водопроводной сети и проходящей соответствующую подготовку на месте при помощи фильтра 11 и мембраны 12 (фиг.2). В этом варианте поддержание необходимого объема воды в акварезервуаре 1 обеспечивается соответствующей автоматикой (не показана), а формирование гидрозатвора в трубопроводе 8, необходимого для нормальной работы насоса 9, и выдача воды в тару покупателя воды, помещенную в камеру 6, осуществляемая исключительно за счет воды акварезервуара 1, и это происходит так, как описано выше для первого варианта функционирования.
По третьему варианту функционирования гидросистемы заполнение акварезервуара 1 осуществляется через выходной патрубок 3 водой, взятой из водопроводной сети и проходящей соответствующую подготовку на месте при помощи фильтра 11 и мембраны 12 (фиг.3). В этом случае выходной патрубок 3 поочередно работает в обе стороны: на вход в акварезервуар 1 для заполнения акварезервуара водой, и на выход из акварезервуара 1 для подачи воды в камеру налива 6. При этом заполнение акварезервуара 1 происходит под действием давления в водопроводной сети, которое одновременно обеспечивает работу низконапорной обратноосмотической мембраны 12. При заполнении акварезервуара 1 подача воды в него с выхода мембраны 12 автоматически прекращается. Далее, когда покупатель воды, оплатив покупку, запускает процесс выдачи воды в тару покупателя, включается насос 9, который подает воду в камеру налива 6 как с выхода мембраны 12, так и из акварезервуара 1 через патрубок 3. Таким образом, в камеру налива 6 поступает суммарный поток, образованный сложением указанных двух потоков, что обеспечивает необходимо короткое время наполнения водой тары покупателя воды.
По всем вариантам функционирования гидросистемы необходимо осуществлять периодическое промывание акварезервуара 1 специальным дезинфицирующим раствором, временно подаваемым в акварезервуар 1 под давлением специальным промывочным аппаратом (не показан). При этом благодаря наличию трубопровода 14 обратной подачи воды и гидравлической развязки этого трубопровода от патрубка 7 при помощи тройника 15 и клапанов 16, 17, как показано на фиг.4, создается возможность одновременно с промывкой акварезервуара 1 осуществить промывку и трубопровода 8 вместе с насосом 9. Для этого во время промывки акварезервуара 1 надо открыть клапан 16, закрыть клапан 17 и на определенное время включить насос 9.