Обратный клапан вентиляции двустворчатый гравитационного действия

Полезная модель относится к области строительства, а именно к системам вентиляции воздуха жилых, офисных, производственных помещений, медицинских учреждений, в частности к обратным клапанам вентиляции. Применяется в системах вентиляции, в которых процесс притока и вытяжки воздуха носит неустойчивый и переменный характер со сменой направления тяги, в результате чего в помещение через вытяжной вентиляционный канал при возникновении обратной тяги из смежный помещений и окружающей среды могут попадать: переохлажденный или перегретый воздух, болезнетворные микробы и вирусы, нежелательные запахи, токсичные и горючие газы, кислород при пожаре.
Задачей полезной модели является обеспечение автоматического устранения обратной тяги воздушной вентиляции путем перекрытия воздушного канала, в котором установлен клапан, без значительного уменьшения пропускной способности данного воздушного канала при прямой тяге, вне зависимости от силы воздушного потока, проходящего по данному воздушному каналу. При этом система должна быть надежной, долговечной, обеспечивать минимальное вмешательство человека для ее настройки, замены быстроизнашивающихся деталей в течение всего срока эксплуатации, должна быть автономной (работать самостоятельно без внешних источников питания), а также простой в изготовлении.
Для решения данной задачи двустворчатый клапан включает в себя жесткие не деформирующиеся в процессе эксплуатации створки, легко поворачивающиеся на значительный угол и открывающие внутренний просвет клапана даже при слабом воздушном потоке прямой тяги, при этом быстро и легко захлопывающиеся под действием гравитации при отсутствии тяги и остающиеся захлопнутыми при дальнейшем появлении обратной тяги.
В результате получен обратный клапан, обладающий минимальным сопротивлением воздушному потоку прямой тяги из всех известных аналогов (за исключением клапанов с электронным управлением), полностью устраняющий обратную тягу, характеризующийся жесткостью конструкции, не требующий настройки, не содержащий изнашивающихся  в результате деформации деталей, размещаемый как снаружи, так и внутри стандартных вентиляционных трубопроводов в виде соединителя, не требующий внешнего пространства для установки, поскольку все детали расположены внутри трубчатого корпуса, работающий автономно исключительно под действием воздушного потока и сил гравитации.
Уровень техники.
Известны и широко применяются обратные клапаны вентиляции мембранного типа, например, клапан фирмы AVENTA, модели ZZ различных диаметров (каталог фирмы 2019 года на официальном сайте https://awenta.msk.ru/wp-content/uploads/2019/11/katalog_2019.pdf). В данных клапанах в качестве створок выступает закрепленная посредине клапана гибкая мембрана. Даже при слабом потоке воздуха прямой тяги гибкие створки легко отклоняются на небольшой угол, при обратной тяге створки прижимаются к решетчатому каркасу клапана, закрывая проход воздуха. Главным недостатком клапанов такого типа является их малая надежность и недолговечность, поскольку гибкие створки часто деформируется при сильном потоке воздуха и клапан остается открытым при небольшой обратной тяге, кроме того, необходимость установки каркаса-решетки, на который мембрана опирается при закрытии клапана, значительно снижает пропускную способность такого клапана.
Клапаны данного типа схожи с представленной полезной моделью только по количеству створок.
Известны и широко применяются двустворчатые обратные клапаны типа «бабочка», захлопывание створок и закрытие клапана обеспечивается пружинами, например, клапан фирмы SHUFT, модель RSK различных диаметров (каталог фирмы 2021 года на официальном сайте http://www.shuft.ru/upload/medialibrary/223/catalog_2021_interactive_compressed.pdf). Преимуществом данного клапана является хорошая пропускная способность при сильном потоке воздуха, создаваемом, как правило, вытяжными вентиляторами, общим недостатком подобных моделей является небольшая пропускная способность при слабой тяге естественной вентиляции, неспособной преодолеть силу пружин. Сами пружины, особенно при повышенной влажности, склонны быстро выходить из строя, снижая долговечность клапанов данного типа.
Клапаны данного типа схожи с представленной полезной моделью только по количеству створок.
Известны и широко применяются обратные клапаны, так называемые, инерционные решетки, включающие в себя несколько створок расположенных в виде жалюзи, например, клапан фирмы OSTBERG, модель VK различных типоразмеров (каталог фирмы 2018 года на официальном сайте https://ostberg.com.ru/wp-content/uploads/2020/04/productcatalouge2018.pdf).
Клапаны данного типа наиболее близки к представленной полезной модели по конструкции и принципу закрытия клапана под действием гравитации.
Данные клапаны включают в себя несколько жестких створок, закрепленных на осях внутри трубчатого корпуса, которые под действием силы тяжести в отсутствие воздушного потока принимают фиксированное положение и перекрывают внутренний просвет клапана от прохождения воздуха. Недостатком клапанов такого типа является малая пропускная способность при слабой тяге естественной вентиляции, которую можно было бы несколько увеличить путем уменьшения массы створки, сохраняя ее жесткость, но это влечет за собой увеличение количества сворок, что, в свою очередь, опять приводит к уменьшению пропускной способности из-за образования плотной решетки створок.
Сущность полезной модели.
Двустворчатый обратный клапан вентиляции гравитационного действия в общем виде состоит из трубчатого корпуса (1) с отверстиями или иными элементами (6) для крепления осей вращения (10) створок, оборудованный упорами (5), ограничивающими вращение створок, которые используются для запирания клапана при обратной тяге; двух жестких комбинированных вращающихся створок (2, 3), закрепленных на оси вращения (10) внутри трубчатого корпуса. Каждая комбинированная створка делится осью вращения на две части: одна из частей створки (8) является воздухонепроницаемой фронтально повторяющей контур сечения трубчатого корпуса в месте установки упоров, а вторая часть створки (9) является воздухопроницаемой и представляет собой противовес к первой части створки, обладающий незначительной парусностью.
Принцип действия такого клапана напоминает действие «ножниц»: при прямой тяге на воздухонепроницаемые части створок воздействует воздушный поток, заставляя створки отклоняться, открывая клапан, при этом противовесы, которые также расположены внутри корпуса, но на которые воздушный поток не оказывает значительного воздействия, позволяют створкам открываться на значительный угол при минимальной силе воздушного потока, «ножницы смыкаются»; при отсутствии тяги под действием гравитации створки принимают положение «открытых ножниц», клапан закрывается; при обратной же тяге воздушный поток давит на захлопнутые створки, прижимая их к упорам, поддерживая клапан в закрытом виде.
В частности, представленный на фиг. 1-6 обратный клапан предполагает горизонтальную установку: трубчатый корпус располагается горизонтально, оси вращения створок также располагаются горизонтально, меньший противовес располагается сверху.
Створки выполнены на каркасе (11) из металлической проволоки круглого сечения с антикоррозийной и шумопоглощающей изоляцией, обеспечивающем одновременно и жесткость створки, и минимальные парусные свойства воздухопроницаемой части створки, и защиту от коррозии, и невысокую шумность действия
Створки клапана в отсутствие воздушного потока находятся в равновесии под действием силы тяжести и имеют фиксированное вертикальное положение (фиг. 3, 4).
Воздухонепроницаемые части двух разных створок являются одинаковыми, а воздухопроницаемые части двух разных створок отличаются по своей форме, массе и моменту силы тяжести, возникающему при отклонении створки от вертикального положения: для одной из створок воздухопроницаемая часть тяжелее и обладает большим моментом силы тяжести, чем воздухонепроницаемая часть, а для другой створки воздухопроницаемая часть легче и обладает меньшим моментом силы тяжести, чем воздухонепроницаемая часть.
Оптимальное соотношение веса нижней и верхней части створки, соответственно, 10/9.
Для выполнения условия вертикальности при равновесном состоянии створки закреплены внутри корпуса не соосно, а на разных осях вращения, расположенных одна под другой, а профиль створок имеет форму сигмоиды (напоминает латинскую букву S или Z), ось вращения створки проходит в районе центра сигмоиды (фиг. 3, 4).
Поскольку створки закреплены на разных осях, расположенных одна под другой, возникает необходимость закрывать пространство между осями при закрытии клапана, в противном случае имеет место значительная потеря герметичности при возникновении обратной тяги.
Для этого в воздухопроницаемой части каждой створки вплотную к оси закреплена воздухонепроницаемая пластина (12), которая при закрытии клапана прижимается к прижимной пластине (4), устанавливаемой внутри корпуса между осями в специальные отверстия. Пластины (12) выполняются таким образом, что при любом взаимном расположении двух створок, закрепленных в корпусе, пластина одной створки не соприкасается со второй створкой.
Описание чертежей.
На фиг. 1 представлен обратный клапан вентиляции двустворчатый гравитационного действия с горизонтальным типом установки в сборе, показанный в разрезе трубчатого корпуса, состоящий из четырех разъемных недеформирующихся в процессе эксплуатации деталей.
На фиг. 2 представлено устройство трубчатого корпуса.
На фиг. 3, 4 показано устройство створок клапана, створки изображены в положении равновесия под действием силы тяжести.
На фиг. 5 представлен клапан в сборе в разрезе трубчатого корпуса с положением деталей, соответствующем закрытому клапану.
На фиг. 6 представлен клапан в сборе в разрезе трубчатого корпуса с положением деталей, соответствующем полностью открытому клапану.
Осуществление полезной модели.
Первый опытный образец представленной полезной модели, в частности горизонтального исполнения, был установлен в  отверстие вытяжной вентиляции в ванной комнате квартиры пятиэтажного многоквартирного дома с естественной системой вентиляции с целью уменьшения запаха табачного дыма, проникающего в отверстие вытяжной вентиляции из соседней квартиры в периоды, когда процесс притока и вытяжки воздуха носит неустойчивый и переменный характер с частой сменой направления тяги (при ветреной погоде или при включенной вытяжке в кухне).
Трубчатый корпус был изготовлен из отрезка пластиковой вентиляционной трубы диаметром 100 мм, длина отрезка 100 мм. В качестве упоров ограничителей вращения створок была использована горловина пластикового стакана 0,5 л вклеенная в корпус, отверстия для крепления осей были выполнены путем просверливания трубы насквозь.
Каркас створок был выполнен из изолированной медной проволоки круглого сечения, диаметр вместе с изоляцией 2,4 мм. Оси вращения створок были выполнены из стекловолокнистых стержней диаметром 2 мм и длиной 103 мм.
Оси были склеены с проволочными рамками, на каждой оси с двух сторон вплотную к проволочной рамке были насажены шайбы из проволоки круглого сечения толщиной 0,5 мм для предотвращения трения створок о трубчатый корпус при вращении.
Воздухонепроницаемая часть створок была выполнена путем обертывания самоклеящейся алюминиевой фольгой вокруг проволочной рамки клейкой частью вовнутрь и, таким образом, склеенной сама с собой внутри рамки.
Сборка клапана осуществлялась путем небольшого сдавливания трубчатого корпуса перпендикулярно осевым линия вращения створок достаточного для прохождения вовнутрь створок с осями, оси устанавливались в соответствующие отверстия, далее при прекращении сдавливания корпус распрямлялся, таким образом часть оси выходила из отверстия наружу клапана на расстояние 2 мм.
Межосевое пространство первого опытного образца закрывалось мембраной из тонкого полиэтилена, приклеенной к воздухонепроницаемым частям обеих створок со стороны обратной тяги, данная мембрана препятствовала полному открытию створок на 90 градусов относительно вертикали, максимальный угол раскрытия створок принудительным потоком составлял около 75 градусов.
Клапан был установлен без вытяжного вентилятора, действовал исключительно при естественной тяге.
До этого в вентиляционное отверстие была установлена декоративная пластиковая решетка с москитной сеткой.
После установки клапана в декабре 2020 года по настоящий момент запаха табачного дыма в квартире не было совсем, причем непосредственно в вентиляционном отверстии запах табачного дыма появлялся, но далее отверстия не распространялся (небольшие порции дыма попадали сквозь технологические отверстия при обратной тяге, но вытягивались при возобновлении  прямой тяги), более того, субъективно, значительно улучшилась вентиляция ванной комнаты особенно в периоды неустойчивой тяги (определено по уменьшению запотевания зеркала в ванной комнате).
При устойчивой естественной тяге средний угол раскрытия створки составляет около 60 градусов, учитывая, что максимальный 75 градусов.
Второй опытный образец был выполнен в компоновке, представленной на фиг. 1-6. В качестве корпуса был использован отрезок вентиляционной трубы диаметром 125 мм, воздухонепроницаемые перегородки створок были выполнены из листа алюминия (использовался корпус алюминиевой банки), остальные материалы аналогичны первому опытному образцу, прижимная пластина выполнена из пластика, расстояние между осями составило 9 мм.
Данный образец был установлен на кухне этой же квартиры в вентиляционный канал после вытяжки.
При включенной вытяжке угол раскрытия створки составляет 90 градусов, средний угол раскрытия створки при устойчивой естественной тяге составляет 65 градусов.